GCr15材料碳氮共渗出来以后表面黑色组织

lmdrcl · 发表于 2012-7-17 09:39:08

本帖最后由 lmdrcl 于 2012-7-17 09:43 编辑

大侠们:现在我司发现碳氮共渗出来的GCr15材质零件出来以后看金相表面金相有黑色组织。请大虾们帮忙分析其产生原因！

sbm197873 · 发表于 2012-7-17 10:07:21

黑色组织基本和粗大碳化物位置一致，晶界CR元素被C夺走，造成淬透性下降！

lmdrcl · 发表于 2012-7-17 10:10:11

sbm197873 发表于 2012-7-17 10:07
黑色组织基本和粗大碳化物位置一致，晶界CR元素被C夺走，造成淬透性下降！

请问该怎么解决该问题啊？

197971500 · 发表于 2012-7-17 10:13:54

把你碳氮共渗的工艺说一下，现在的表面硬度是多少？

maike · 发表于 2012-7-17 15:18:12

碳势有点高，碳化物这么大！

孤鸿踏雪 · 发表于 2012-7-17 17:14:37

黑色组织是气体碳氮共渗极易出现的一种缺陷。根据它们的形状与分布状态，有黑点、黑网和黑带之分。严重的黑色组织显著降低零件的表面硬度、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，造成早期磨损，降低零件的使用寿命。
黑点又称黑色斑点状组织，在抛光未经腐蚀的试样上呈斑点状，位于表层0.10mm以内。氮势很高的气氛中碳氮共渗时，容易形成这种缺陷。
目前一般认为，黑色斑点组织主要由大小不等的孔洞所组成，某些孔洞中可能存在石墨与氧化物夹杂。有人对形成机理做这样的解释：共渗初期形成的高氮ε相（因温度低、氮势高所致），于高温长时间停留而逐渐分解，转变为含氮较低的渗碳体Fe3（C、N）。这一过程中析出的过剩氮原子互相结合成分子，聚集于高氮相（比容大）转变为低氮相（比容小）因体积收缩而留下的显微孔洞后，形成合金元素及铁的氮化物，CH4则可能分解析出石墨。降低氨的通入量和提高共渗温度，可以减轻黑色孔洞的形成趋势。
在浸蚀后的金相试样上观察到黑网和黑带，主要是由屈氏体、贝氏体等非马氏体组织构成的，有时在共渗层内呈带状，有时沿着奥氏体晶界呈网状，有时出现在粒状化合物的周围。
造成这类组织缺陷的原因很多：有可能是共渗温度低，炉气活性差，表面碳氮含量不足，奥氏体不够稳定；也可能是缓慢冷却或淬火加热过程中发生表面脱碳或脱氮；还可能是碳氮化合物的析出，使附近奥氏体中合金元素与碳氮浓度明显下降。上述因素降低了相应部位过冷奥氏体的稳定性，提高了临界淬火速度，形成了非马氏体组织。
造成黑网和黑带的另一个重要原因是合金元素的内氧化。所谓内氧化，就是氧原子在钢材内层与合金元素化合，发生的氧化反应。
使合金元素内氧化的气氛不外是二氧化碳，氧气和水蒸气。一定成分的炉气，对铁而言是还原性和渗碳性的；而对那些与氧亲和力强的合金元素而言，则可能是氧化性的。这样，在生产条件下，就可能同时出现工件的渗碳与合金元素的内氧化。碳氮共渗过程中，氧原子在工件表面聚集，并沿着奥氏体晶界向内层扩散，而合金元素原子则由内层向表面沿晶界扩散，与氧结合，形成合金元素的氧化物。
合金元素与氧的亲和力是不同的，在碳氮共渗温度下（如860℃）从大到小的顺序可排列为Al、Ti、Si、V、Mn、Cr、Fe、Mo、W、Co、Ni、Cu。铬锰钛钢进行碳氮共渗时容易出现内氧化，其内因即在于此。合金元素的内氧化，贫化周围奥氏体中的合金元素含量，降低奥氏体的稳定性，而氧化物又促进扩散型转变的非自发成核。油冷淬火时，这部分合金元素贫化了的奥氏体转变为极细珠光体与贝氏体等非马氏体组织。
实践证明，碳氮共渗的内氧化倾向较气体渗碳大，这可能与共渗气氛的氧势较高有关。碳氮共渗氧势较高的原因是：
①碳氮共渗的温度比渗碳低，煤油热解不完全，产气量少，排气速度慢，炉内氧化性气体的消失速度也慢，氧势较高；
②液氨中经常存在一定水分，当氨气干燥不充分时，水分被带入炉内；
③氨气在炉内会与一氧化碳、二氧化碳及氧气发生化学反应，生成水蒸气，进一步提高炉内氧势，促进内氧化。实验证明，随着供氨量增加，特别在排气阶段，将使炉内氧势升高，内氧化加剧。
从选材考虑，含钼钢种发生内氧化的倾向较小。在工艺方面，可以适当提高共渗温度（如850℃以上），充分干燥氨气，控制排气阶段的供氨量，或采用甲醇（乙醇）和氨共同排气等措施，都有利于内氧化。

lmdrcl · 发表于 2012-7-21 10:53:31

孤鸿踏雪发表于 2012-7-17 17:14
黑色组织是气体碳氮共渗极易出现的一种缺陷。根据它们的形状与分布状态，有黑点、黑网和黑带之分。严 ...

谢谢孤鸿踏雪的精辟回复！
请问碳氮共渗工艺：氨气应该什么时候通入炉内比较合适？
另外：我提高碳氮共渗的温度和降低氨气通入量都试验过了，没有什么起色！
甲醇含水量超过国家标准1级有影响吗？

江湖123 · 发表于 2012-7-21 10:57:43

检测一下氨气的含水量，甲醇的含水量，从金相看碳势应该可以，可以试着加大点氨气的用量，一吨炉放至6升每分钟试一下

sbpfiwxf0512 · 发表于 2012-7-21 11:06:39

有没有这样的原因由于渗碳了使得表面含碳高后冷却不好，造成屈氏体啊

sbpfiwxf0512 · 发表于 2012-7-21 11:07:34

请问有没有这样的可能？谢谢

孤鸿踏雪 · 发表于 2012-7-21 11:21:14

lmdrcl 发表于 2012-7-21 10:53
谢谢孤鸿踏雪的精辟回复！
请问碳氮共渗工艺：氨气应该什么时候通入炉内比较合适？
另外：我提 ...

非常惭愧，关于碳氮共渗，我纯粹是纸上谈兵，缺少实际经历和经验，请你看看这个http://www.rclbbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=53645，也许会有所收获

江湖123 · 发表于 2012-7-22 10:52:04

sbpfiwxf0512 发表于 2012-7-21 11:07
请问有没有这样的可能？谢谢

和油冷速关系不大，检查一下炉子密封性，还有要检测一下风叶，是否有水进入

孤鸿踏雪 · 发表于 2012-7-22 10:56:08

楼主能否介绍一下你的共渗工艺？设备？温度？渗剂配方及各自的共给量？

aaron01 · 发表于 2012-7-25 14:06:21

我很赞同2楼和5楼的意见，渗碳的碳势太高了，估计淬火前还有个降温段，零件表面析出大量的小颗粒二次碳化物，奥氏体里的铬含量大幅下降，造成表面的奥氏体淬透性下降，由于碳化物是沿晶析出的，导致晶界附近出现贫碳、贫铬区域，淬火后不能完全得到马氏体组织，沿晶析出屈氏体网状组织。

yangmzh · 发表于 2012-7-28 09:21:43

Gcr15需要碳氮共渗吗？是软氮化吧

lmdrcl · 发表于 2012-8-1 15:27:16

不是软氮化！就是碳氮共渗！

lmdrcl · 发表于 2012-8-1 15:29:38

孤鸿踏雪发表于 2012-7-22 10:56
楼主能否介绍一下你的共渗工艺？设备？温度？渗剂配方及各自的共给量？

爱协林多用炉:轴承钢GCr15材料！碳氮共渗温度830～850度保温1～3小时后油淬火，回火 160～200度回火3～5小时！气氛：甲醇、丙烷、氮气、氨气。

aaron01 · 发表于 2012-8-1 15:36:05

lmdrcl 发表于 2012-8-1 15:29
爱协林多用炉:轴承钢GCr15材料！碳氮共渗温度830～850度保温1～3小时后油淬火，回火 160～200度回火3～5 ...

谢谢楼主的工艺，再问一句，碳势是多少？
因为你的金相照片显示表面出现大量碳化物，所以想了解零件表面碳浓度情况。

lmdrcl · 发表于 2012-8-1 15:50:27

我们的碳势：1.0～1.2%

aaron01 · 发表于 2012-8-1 16:27:30

lmdrcl 发表于 2012-8-1 15:50
我们的碳势：1.0～1.2%

确实是高了，这个温度下奥氏体里溶不了那么多碳，析出碳化物了

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