1.化学催渗类
(1)四氯化碳及氯离子类、酸性气体类:机理是利用氯离子在气相反应中对工件表面反应,清除表面污物,露出新鲜表面,活化工件表面,促进表面反应能力,对渗C、渗N有明显的催渗作用,作用机理只限炉气与工件界而反应,除对工件表而产生化学反应外,对炉子耐热钢构件有明显腐蚀作用。
(2)BH催渗技术:强化渗碳剂裂化反应,既使煤油也可在860~880℃低温裂解,机理为4价碳离子催渗;即使4价碳原子渗入也不会产生合金化作用。
(3)稀土共渗技术:除催渗节能提高效率外,最大特征与区别是稀土能渗入钢的表面层内起微合金化作用,细化组织与提高性能,这是本技术与其他催渗技术的本质差别。
(4)多元共渗:C、N、B、S、O、RE,尽管各个元素起的作用不同,但是稀土RE起第二相沉淀析出核心,细化第二相使之细小弥散分布,不易团聚长大的特殊作用不可能被取代,因此提高工艺温度,进一步提高渗速及保持高性能的特殊作用十分明显。
2.物理催渗先进技术
诸如离子氮化、离子软氮化、离子渗碳、电场渗碳及真空渗碳等,只是处理特殊零什时使用。对汽车齿轮来说,要求批量大、成本低、质量稳定,特殊方法难以满足。故目前仍然沿用常规设备,如井式渗碳炉、密封箱式渗碳炉及连续式气体渗碳炉,只不过进行了必要技术改造,特别是增加了先进的计算机控制系统.广泛采用国际上通用的氧探头及碳势控制智能仪表及其上位机——工业控制计算机及相应的自适应渗碳软件,这些装备国内已能自行制造,性能与国外产品基本相同,价格则低很多。
3.与国际接轨及齿轮产品出口配套的技术措施
(1)硬件设备条件 我国热处理专业化水平还很低,企业分散,尚处于转轨阶段,大多数企业热处理设备落后,对于质量控制设备,有的不具备或只有一部分,要彻底改变这种现状只有走专业化道路。目前只能面对这种现实加强设备、工艺及质量管理,力求最好效果。
(2)工艺软件及质量管理 采用我国独创的稀土碳共渗技术,允分发挥其独特的作用,加强工艺管理,可使汽车齿轮的渗碳工艺水平达到新水平,产品质量上一个新台阶,生产条件好的企业达到出口水平完全可能。实践证明,少量企业走在前面已成功向外商汽车企业提供了配套齿轮产品及汽车零配件总成。
三、稀土共渗技术的正确应用
1.稀土渗剂的选择
为了适应当前市场需求,推进先进工艺技术的应用,推荐稀土共渗技术,我们目前与原哈尔滨稀土材料厂的工程技术人员共同组建了哈尔滨意锋稀土应用技术开发公司,业已研制成功并推出有机稀土共渗催渗剂系列产品。它除了效果优良外,还克服了管口堵塞问题,在井式渗碳炉中连续使用50余炉没有发生一次堵塞现象,给用户使用带来方便,满足了市场需求。
2.稀土催渗效果评价
(1)评价内容 催渗含义主要指渗入速度及节电两个方面。
(2)评价方法对渗速而言有如下几种对比方法,即加稀土与不加两种工艺相比:①不同时间取样测层深并做出两条渗碳动力学曲线进行对比。②除去辅助时间之后纯渗碳时间的渗碳速度v为总深度δ除以纯渗碳时间h,即v=δ/h(mm/h)。③加稀土与不加稀土两种工艺随炉淬火试样直接对比。④对周期性炉一个周期所需时间或层深进行对比。⑤对连续炉按推料周期与试块渗层深度进行对比。
3.稀土渗碳工艺的特殊性
欲使稀土渗入钢中起微合金化作用即能成为第二相碳化物形核核心进而沉淀析出细小弥散颗粒状碳化物,阻碍马氏体转变时切变长大而成为超细马氏体,因此,渗碳工艺必须采用高的炉气碳势。只有提供足够多的碳原子即过饱和浓度的碳原子,稀土才能达到形核条件,同时也因此增加基体中的缺陷密度,促进碳原子在固相中的扩散速度,才能获得典型的金相组织。通常920~930℃条件下炉气碳势必须采用Cp=1.2~1.3,甚至1,4。但不能在高温下过早析出碳化物。而较低碳势Cp=1.0~1.1,效果将不明显。
4.稀土渗碳的微观组织评价
由于稀土渗碳工艺要求的特殊性,必须采用较高的Cp进行渗碳,因此渗碳外表面过共析区必须有在常规×500倍的显微镜下可见的细小弥散颗粒状碳化物,或隐形更细小不可见的弥散碳化物,两者的基体都是超细隐晶马氏体与残留奥氏体,这就是稀土渗碳的典型最佳金相组组织。图1是20CrMnTiH钢经900℃×7h稀土渗碳后的典型最佳金相组织图;图2是在相同条件下的金相组织,只是Cp较低,碳化物颗粒很细小而已;图3则为20CrMnTiH钢无碳化物的金相组织。
如果稀土渗碳工艺参数不当,也可能出现原机械部颁发的汽车齿轮渗碳金相检验标准规定的有关碳化物、马氏体及残留奥氏体各种级别的组织。