渗碳表面非马氏体组织的形成机理?.

老热工

渗碳表面非马氏体组织(黑色组织)在渗碳件中是严格控制的.但如何形成的,书本上讲了很多,也有一些措施,但效果并不明显,有时按书本上的应对措施反而更加不利,我们在实际工作中发现,有时的意外,反而情况会有所改观.因此,我们有必要对非马氏体的形成机理进行反思.从我查到其它的资料来看,判断表面非马氏体可能是微小的石墨团，这是渗碳早期零件表面温度较低，在碳势较高时碳原子在工件表面附着后向工件内部扩散能力不足，凝结成细小的石墨，这与炉内结碳黑的情况有点类似。而当工件温度升高后，碳原子在工件表面附着后向工件内部扩散能力恢复，后面的渗碳过程就正常了，但早期形成的石墨团就会保留下来。这样就能解释很多问题：在渗碳早期时,通入氨气,只是提高了表面硬度,非马氏体的组织仍然存在;提高升温阶段早期的碳势有加剧非马氏体的现象,而升温和均温阶段碳势低时非马氏体反而少了或者几乎消失;非马氏体(黑点)周围有少量贫碳现象就是由于石墨的形成使石墨团周围的部分碳原子转变为石墨.如果是材料和工艺问题,那么应该在整个渗层内都出现非马氏体,而不仅在最外表很浅的范围内出现.以上是个人的一点看法,不知正确与否，请各位高手、同仁讨论指正.

[ 本帖最后由 老热工 于 2009-3-18 11:22 编辑 ]

guihe

请楼主帮忙看一下图中箭头所示深色组织是否就是非马组织呢？如果是非马组织，究竟是什么组织呢？可能是怎样形成的呢？如何避免或降低呢？请不吝赐教！
材料：20CrMnTi
渗碳温度：920度
回火温度：160度

申兴一

这样的情况我们也碰到过，我见到试棒有问题，所以在降温的时间关闭煤油不降温度，保持1H后来检查的时候一切正常！！ 但是检测刚才的试棒就有了你说的情况

老热工

非马氏体对降低渗碳件表面硬度和表面接触疲劳强度,因此,在重要的齿轮上都要求控制非马氏体的深度.大家谈谈你们是如何控制非马氏体量的?

所以因为

有道理，升温阶段要控制碳势。您控制在多少范围呢？

老热工

碳势控制在0.2~0.3%,即不渗碳也不脱碳,这样最终检查时基本没有非马氏体出现.

[ 本帖最后由 老热工 于 2009-4-1 08:25 编辑 ]

lpl24

你的问题很经典，相信只要做过渗碳的朋友应该多少都遇到过此类问题，我们习惯叫“黑色组织”，书上针对这一现象也有解释，但是实际中出现的模式并不完全类似，此类“黑色组织”认为是零件内氧化造成的，即金属内部的合金元素内氧化，是一种非马氏体组织，硬度很低，严重影响零件的使用，其他的各种说法很多，但是根据我多次的试验结果显示，该类组织跟我们原材料的纯净度和被加工零件的表面洁净度，还有加工设备和加工工艺都有关系，我但是针对进口材质和国产材质分别做过试验，进口材质很少或者几乎不出现这样的问题。我对国产材料进行分析后，制定了新的工艺，才基本上解决了此问题。

guihe

有效控制这种非马组织的深度后，经过磨削，黑色组织一般可以消除。
好富顿的颜高工跟我们讲过，这种非马很难根除，只能尽可能降低，如果谁可以彻底解决非马问题，那他将是世界级。

一张餐巾纸

高，真不愧为老热工！‘黑色组织’到底是怎么一回事？虽有‘石墨团’一说，但未被公认，公认的是‘内氧化’学说。老热工针对被忽视了的边缘论点，不为‘积习所蔽’，不为‘权威所桎梏’，冲破传统观念，在自己的工作平台上提出了自己的应对措施，而且行之有效。这个技术难题的内涵也许还有待于进一步深化。而作为一个应用科学工作者，思想之敏捷，思路之活泼，是最为可贵的内在智慧，‘水不在深，有龙则灵’，令人称赞，令人佩服！
  看到这一类帖子(还有像慕山慕水、耿工、汪工、赖工等朋友发表的好些帖子)不仅学习了技术，而且是一种精神享受。这才是本论坛的特色，是从事热处理工作者的‘美味佳肴’，其它技术宣传媒体无法摆出如此丰盛的百家饭宴席。

[ 本帖最后由 一张餐巾纸 于 2009-4-2 11:09 编辑 ]

zHANG_999567

谁能检测一下表面的碳含量?

老热工

非马氏体组织的出现,确实有时与材料的纯洁度和表面光洁度有一定的关系。一些氧化物(硅、硫、锰、铬）是容易导致非马氏体的形成，但问题是为什么只在表面较浅的范围内形成了非马氏体，实际是氧化物(硅、硫、锰、铬）在钢材中是比较均匀分布的。进口材料杂质少，纯洁度高出现非马氏体量很少，也容易采取措施控制，但不是不出现非马氏体。有的连续渗碳炉改造后提高了升温区的温度后（提高升温区加热功率，碳势维持较低保持不氧化），非马氏体量大大减少，渗碳前区少通氨气表面硬度也会很高。去年曾看到一本杂志上有片文章说渗碳淬火后零件表面黑色组织主要是石墨，而不是以前讲的是奥氏体的分解产物（屈氏体等），如果说是由于渗碳剂中的氧向钢中扩散形成合金元素的氧化造成表面局部淬透性下降，那么氧在渗碳中是一直存在着，还会继续一直渗入，不会只出现在表面很薄的范围，再又有人发现：渗碳早期预先轻微的氧化能有较地防止非马氏体出现，按原来的理论就更难于解释了。所以说钢的纯洁度不高，氧化物（杂质）的出现是诱发非马氏体形成的一个重要原因。

WXH6255

非马氏体组织不会是石墨团的，我们给福特配套的产品对表面存在的非马氏体组织要求很高的，非马氏体组织使表面存在拉应力，性能大幅下降。

czwjn

希望看到更好的评论和解释，事不辩不明啊，不过老热工值得钦学习。

横笛吹雨

手头有一篇论文《采用稀土催共渗技术改善非马氏体组织对表面硬度的影响》，传上供讨论参考。可惜文件太大传不上来。节录一部分吧：
研究其机理，根据许多专家分析认为产生非马氏体组织的原因是由“内氧化”造成的，即由于金属内部或者外部的原因使得在表层20---40μm范围内的组织中的Cr等元素产生氧化，使得淬硬性下降，产生三黑组织，造成表面硬度下降。
笔者认为：称为“稀土”的镧系元素的总称有一个共性，就是活性较强。稀土能与碳形成共渗，进入钢件表层，形成稀固溶体，这已经被许多学者验证。由于稀土是比较活泼的元素，在钢件表层可以优先与内部存在的氧以及其它阴离子元素如N、S、P等反应，甚至可以在一定的条件下夺取某些金属氧化物中的氧，使其还原，也就是说稀土在表层更容易与氧结合，形成稀土氧化物，减少Cr等元素的氧化，这样使得工件在淬火过程中大大减少非马氏体组织的产生，从而提高了淬硬性。
通过实践，我们认为在化学热处理工艺中采用稀土催供渗技术可以有效的改善非马氏体组织，提高渗件表面硬度，是提高齿轮热处理质量的一个行之有效的好途径。

[ 本帖最后由 WJFU66 于 2009-4-2 13:26 编辑 ]

老热工

在我的实践经验中发现:周期炉在装炉量大时,炉温上升速度严重滞后于碳势上升速度时（特别是在低温700~820停留时间过长）就会有严重的非马氏体存在.越是提高渗碳早期的碳势就越容易出现非马氏体，并且黑色组织（黑点）会越大，实心大件更严重。我们的齿轮有些磨齿,还有不磨齿的.
采用稀土催供渗技术可以有效的改善非马氏体组织，提高渗件表面硬度，这是事实。由于稀土是比较活泼的元素，稀土能与碳形成共渗，进入钢件表层，并比铁优先形成与碳的固溶体，而且在随后的渗碳过程中能有郊地防止碳被黑色组织所贫化，稀土渗入深度要比碳浅得多。稀土的原子半径比铁大，渗入钢表面后形成的晶格间隙要比其它常用金属合金元素形成的晶格间隙要大，渗碳就自然快了。同时由于稀土的渗入，表层淬火后形成的晶格畸变更大，位错数量增加，表面硬度等机械性能就会产生极大的提高。
渗碳过程中氧是一直存在的，一直在渗入，为什么只氧化浅表面的合金元素呢？为什么只有铬、锰、钛、硅等元素的氧化物，而没有发现金属性更强的合金元素钨、钼、钒的氧化物？即使氧化了合金元素，为什么还会造成黑色组织周围有贫碳现象呢？稀土渗入后为什么就没有了稀土氧化物的踪迹呢？
在碳氮共渗时黑色组织更加明显。这由于碳氮共渗时温度要低（中温碳氮共渗820~840℃和低温碳氮共渗500~600℃），且均温时零件内温度更低，碳的扩散受到的阻力更大，碳原子聚集后的石墨化倾向也就更严重。低温碳氮共渗（500~600℃）时，就有明显的碳黑形成。如果说内氧化产生的合金元素贫化，那含氧气氛的气体软氮化工艺就更难实施了。

横笛吹雨

据介绍，渗碳件表层的非马组织，有黑网、黑带、黑洞等三黑组织。
请问这三黑有区别吗？
是石墨团还是屈氏体不能做进一步的的鉴定鉴别吗？

老热工

早期氧化。

guihe

请您给详细解释一下形成的机理，谢谢。

老热工

渗碳件表层的非马组织，有黑网、黑带、黑洞等三黑组织，我认为它们是没有区别的。就象碳化物在晶界上形成的网状碳化物、碳化物条、碳化物颗粒，只是把碳化物换成了石墨。我以前就怀疑过它是不是石墨。后来发现就有人做了这方面的分析，基本是石墨。这几天我正在找这个资料，可能是在2008年《金属热处理》杂志上，找到了大家分享。

zHANG_999567

碳化物石墨化的温度是多少?那位高手方便检测表面含碳量,这么多的石墨含碳量一定非常高了.

老热工

出现这种情况有点极端情况,应该叫氧化.,即炉内气氛碳势不高而含水量过高..说到这儿就应该知道怎么做了.另外锻件表面氧化皮没有清除干净渗碳时也有这种现象.