合金元素对渗碳速度的影响（加分讨论）

申兴一

目前有很多的低碳合金钢进行渗碳处理，但他们的渗碳速度有很大差异。你能具体说说那些合金成分对渗碳速度是提高的，那些合金成分对渗碳速度是降低的？

qixiao9421

合金元素 一般都是增加淬透性啊 耐磨性啊什么的 一般的合金元素 无非是Ti Mn Mo Cr

不过据说稀土元素可以催渗。原理就是和合金的原理差不多吧。

wanggong

qixiao9421 发表于 2011-7-26 09:07
合金元素 一般都是增加淬透性啊 耐磨性啊什么的 一般的合金元素 无非是Ti Mn Mo Cr

不过据说稀土元素可 ...

当合金中存在第三元素时,它们会对扩散元素的化学势产生影响,从而影响其扩散速度.有的可以加速,有的则会减慢,情况比较复杂.
应该指出,目前对影响扩散的因素(温度/晶体结构/第三元素/界面/电场/热场.....)了解得还很不够,人们还不能定量地阐述各种因素的具体影响.

湘寒月

   合金化对渗碳钢心部性能的影响与一般结构钢是一样的。为了使心部具有较高的强度，首先必须有一定的碳含量。碳含量太低，强度达不到要求，但是过高的碳含量会使钢的塑性和韧性下降。渗碳钢的碳含量一般为0.10％～0.25％。个别钢种碳含量高到0.30％～0.35％，虽然强度提高，但脆性增大。其次，必须有足够的淬透性。淬透性提高了，渗碳件在淬火时心部能得到马氏体组织，不易出现游离铁素体和非淬火组织，从而保证心部的强度和韧性。提高淬透性的元素有硅、锰、镍、铬、钼、钨、硼等。合金元素对基体淬透性的影响见图1。此外，渗碳钢必须有低的晶粒长大敏感性，以保证渗碳和以后的淬火加热时奥氏体晶粒不过分粗化。为此通常用铝细化晶粒或加入强碳化物形成元素钛、钒等。
    为了使渗碳层具有高的强度和一定的塑性，合金化首先必须保证表面有足够的碳含量，表面层碳含量太低了，硬度达不到要求，但过高的碳含量会使碳化物大量增加，碳化物分布不均匀，有时还呈网状分布。碳还将使马氏体点(Mo)降低，从而增加淬火后渗层中的残余奥氏体量。而碳化物分布不均匀或残余奥氏体量增加都会使渗层的强度、疲劳性能及耐磨性能降低。
    碳化物形成元素铬、钼等增大钢表面吸收碳原子的能力，增大渗碳层中的碳浓度，但是阻碍碳原子在奥氏体中的扩散。非碳化物形成元素硅、镍等则减小钢表面吸收碳原子的能力，降低渗碳层中的碳浓度，从而加速碳原子在奥氏体中的扩散。

湘寒月

     铬、锰是提高渗层淬透性的主要元素。钼提高渗层(高碳)淬透性更大，可显著地增大有效硬化层深度。硅强烈地提高渗层的淬透性，但是在渗碳过程中容易发生晶界氧化而形成黑色网状缺陷。镍对渗层淬透性的贡献较小，但它可以提高渗层的韧性。
     随合金元素添加量的增加，钢的马氏体点(坛)下降，使淬火后渗层中含有大量残余奥氏体，影响零件的715渗疲劳性能及耐磨性。因此，当淬透性有足够保证时，决不要过分提高合金元素含量。
      热处理渗碳钢零件的热处理包括机械加工前的预处理和最终处理。预处理的目的是消除锻造应力及保证适当的硬度，改善切削加工性能。根据不同钢种和预处理要求进行不同的预处理：正火、正火+回火、淬火+回火。例如制造齿轮的20CrMnTi钢锻造后进行950～970℃正火是为了消除锻造应力，并保证进行正常切削加工所需的硬度。淬透性高的中合金渗碳钢18Cr2Ni4wA在正火后得到马氏体组织，硬度很高，必需再进行高温回火进行软化。12CrNi3A齿轮钢则需用调质来改善切削加工性能。最终处理的目的是使渗碳钢零件达到规定的性能要求。渗碳后一般进行淬火和低温回火处理。根据钢种和性能要求的不同，可以进行各种组合的最终处理。
     渗碳后仍能保持细晶粒，淬火时表面层不易出现网状碳化物的钢和在渗碳后不再需要切削加工的零件(如20CrMnTi钢制齿轮)，可以采用渗碳后直接淬火+低温回火工艺。直接淬火工序简单，成本低，变形小，而且渗碳层的残余奥氏体量少。这是目前许多工厂都采用的工艺。
     渗碳时晶粒易长大的钢，或渗碳后需要进行切削加工的零件，则需要采用渗碳后先冷却、然后再进行淬火+低温回火工艺。渗碳时晶粒长大，而力学性能又要求很高的零件有时还采用二次淬火+低温回火工艺。采用二次淬火零件变形较大，有时第一次淬火可用正火代替，以减少变形。
     中合金高淬透性渗碳钢在淬火前还要求进行一次或多次高温回火，这样可以降低淬火后渗层中的残余奥氏体量，同时可以降低零件硬度和改善切削加工性能。一些心部具有很高的综合力学性能而表面又需要有高的硬度和耐磨性的重载渗碳部件，在淬火时先放入200℃左右的盐浴中进行等温处理，然后再进行500～550℃高温回火，最终进行低温回火。这样，渗碳层既可得到高碳的回火马氏体，从而保持高的硬度和耐磨性，而心部保持回火索氏体以保证高的强韧性。

LHH1362

渗碳钢中有些合金如钨、钼等含量比较高时，提高了奥氏体化的临界点温度，在中温渗碳还没有完全奥氏体化(880c。)左右时有影响。只是分析，没有实践，贵在参与。

wanggong

belldou 发表于 2011-7-26 09:54
合金化对渗碳钢心部性能的影响与一般结构钢是一样的。为了使心部具有较高的强度，首先必须有一定的碳含量 ...

提高淬透性的元素有硅、锰、镍、铬、钼、钨、硼等。合金元素对基体淬透性的影响见图1

图1在哪里?

wanggong

belldou 发表于 2011-7-26 09:56
铬、锰是提高渗层淬透性的主要元素。钼提高渗层(高碳)淬透性更大，可显著地增大有效硬化层深度。硅强烈 ...

http://wenku.baidu.com/view/febc132f453610661ed9f4a5.html
1)上文提到硅:使钢中增碳困难,并使渗碳速度降低.
2)上文提到任何元素有益作用,不良作用,一分为二,比较符合辩证法
3)楼主问的是渗碳速度快慢的影响,淬透性之类是淬火,冷却阶段的事情
4)还是感谢分享相关资料

yxl冷锋

合金元素对渗碳的影响，主要是影响表面碳浓度和影响深层深度
碳化物形成元素Ti、Cr、Mo、W及含量大于1%的V、Nb等对碳元素有吸附作用，增加渗层表面碳浓度，非碳化物形成元素如Ni、Al、Si等都降低渗层表面碳浓度；
Mn、Cr、Mo能略微增加渗层深度，W、Ni、Si等则使深度减小，一般合金元素是通过影响碳在奥氏体中的扩散系数和表面碳浓度来影响碳的扩散速度，这两者之间有时是矛盾的。
如Ni能增大碳在钢中的扩散速度，但是同时又使表面碳浓度降低，后者作用大于前者，故使渗层深度降低

ζ_静待彼岸

这里有篇合金元素对渗碳的影响。

http://www.docin.com/p-2483315.html

申兴一

belldou 发表于 2011-7-26 09:56
铬、锰是提高渗层淬透性的主要元素。钼提高渗层(高碳)淬透性更大，可显著地增大有效硬化层深度。硅强烈 ...

18Cr2Ni4wA在正火后得到马氏体组织，硬度很高，必需再进行高温回火进行软化。12CrNi3A齿轮钢则需用调质来改善切削加工性能。最终处理的目的是使渗碳钢零件达到规定的性能要求。渗碳后一般进行淬火和低温回火处理。根据钢种和性能要求的不同，可以进行各种组合的最终处理。
NI4，NI3等材料由于含NI的量比例增大，在渗碳后要低温出炉，而且要高温回火，(最好要2次）回火后淬火温度相对其他材料要低多了。淬火后的回火也是要在2次以上，后面要提高回火温度才能提高产品的使用性能。当然这是我个人的一点经验，大家不要笑话！

湘寒月

申兴一 发表于 2011-7-26 15:35
18Cr2Ni4wA在正火后得到马氏体组织，硬度很高，必需再进行高温回火进行软化。12CrNi3A齿轮钢则需用调质来 ...

合金元素对渗碳速度因子影响的研究

草原的风

渗层的表面含碳量、碳浓度梯度和深度是渗碳工艺的主要技术指标，合金元素的主要作用就体现在这三个方面。合金元素在渗碳钢中主要作用是增加钢的淬透性，细化奥氏体晶粒，改善渗碳工艺性能。铬、镍、锰、铝等元素主要是提高淬透性，可以使截面较大的渗碳零件获得较深的淬硬层，提高心部的强度。钛、钒、钨、钼等元素可以细化奥氏体晶粒，防止渗碳过程中钢过热。
合金元素对渗碳工艺性能的影响，主要是在影响渗层表面碳浓度、渗层碳浓度梯度、渗碳速度和渗层深度方面。强及中强碳化物形成元素铬、铝、钨、钒、钛等，它们与碳的结合力较强，在渗碳时都能增加表面含碳量。但由于它们阻碍碳向心部扩散，使渗碳层的碳浓度梯度变陡。弱碳化物形成元素锰，略降低表面含碳量，但它有使渗层碳浓度梯度变和缓的良好作用。
非碳化物形成元素硅、镍、铝等，它们降低表面碳浓度。但它们加速碳原子向奥氏体中扩散，使渗层碳浓度梯度和缓，改善碳的分布状况。此外，含锰过高会增大钢的过热，含硅过高会使渗碳层发生石墨化。

wanggong

草原的风 发表于 2011-7-27 04:04
渗层的表面含碳量、碳浓度梯度和深度是渗碳工艺的主要技术指标，合金元素的主要作用就体现在这三个方面。合 ...

#9 #13 特别是#14楼说理透彻,读之醍醐灌顶,茅塞顿开!

刘武乐

刘武乐

渗碳的过程就是扩散的过程，扩散的原理就是渗剂分子从浓度高的地方向浓度低的地方移动，
按照这个原理来讲合金元素的分子的大小对渗碳的速度会有影响，

分子相对较小的合金元素与分子直径较大的合金元素相比会加快渗碳速度，
并且被合金原子 占据的地方肯定是碳浓度最低的地方,所以我认为分子直径细小并且合金元素密度大的地方渗碳速度快。
另外从微观的角度说一点，任何化学元素的最外层电子数量都不一样，有的元素容易失去电子，有的元素容易得到电子，化学元素得失电子的难易程度就决定了该化学元素的活跃度，故有自然界的化学元素有惰性元素和活性元素之区分。
所以我认为合金元素对渗碳速度的影响还决定于合金元素的活跃度。故活性元素加快渗碳速度，惰性元素阻碍渗碳速度。
Ti   V     Mn   Cr  Mo   是易失去电子的较活跃的化学元素，固对碳元素有亲和力，可以加快渗碳速度。
这里所说的活跃度是与碳元素的活跃度相比较。以上观点都是个人说法，并无科学依据，欢迎指正。

yzfsmile

主要合金元素对钢性能影响的有关说明
Al        主要作用为细化晶粒和脱氧，在渗氮钢中能促成渗氮层，含量高时，能提高高温抗氧化性，耐H2s气体的腐蚀作用，固溶强化作用大，提高耐热合金的热强性，有促使石墨化倾向
B        微量硼能提高钢的淬透性，但随钢中碳含量增加，淬透性的提高逐渐减弱以至完全消失
C        含量增加，钢的硬度和强度也提高，但塑性和韧性随之下降
C0        有固溶强化作用，使钢具有红硬性，提高高温性能、抗氧化和耐腐蚀性，为高温合金及超硬高速钢的重要合金元素，提高钢的Ms点，降低钢的淬透性
Cr        提高钢的淬透性，并有二次硬化作用，增加高碳钢的耐磨性，含量超过12％时，使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀作用，提高钢的热强性，是不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素，但含量高时易产生脆性
Cu        含量低时，作用和镍相似，含量较高时，对热变形加工不利，如超过O．30％时，在热变形加工时导致高温铜脆现象，含量高于O．75％时，经固溶处理和时效后可产生时效强化作用。在低碳合金钢中，特别是与磷同时存在，可提高钢的抗大气腐蚀性，2％一3％的铜在不锈钢中可提高对硫酸、磷酸及盐酸等的抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定性
Mn        降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向
Mo        提高钢的淬透性，含量0.5％时，能降低回火脆性，有二次硬化作用。提高热强性和蠕变强度，含量2％～3％时，提高抗有机酸及还原性介质腐蚀能力
N        有不明显的固溶强化及提高淬透性的作用，提高蠕变强度，与钢中其他元素化合，有沉淀硬化作用，表面渗氮，提高硬度及耐磨性，增加抗蚀性，在低碳钢中，残余氮会导致时效脆性
Nb        固溶强化作用很明显，提高钢的淬透性(溶于奥氏体时)，增加回火稳定性，有二次硬化作用，提高钢的强度、冲击韧性，当含量高时(大于碳含量的8倍)，使钢具有良好的抗氢性能，并提高热强钢的高温性能(蠕变强度等)
Ni        提高塑性及韧性，(提高低温韧性更明显)，改善耐蚀性能，与铬、钼联合使用，提高热强性，是热强钢及不锈耐酸钢的主要合金元素之一
P        固溶强化及冷作硬化作用很好，与铜联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能，与硫、锰联合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性
Pb        改善切削加工性
RE        包括镧系元素及钇和钪等17个元素，有脱气、脱硫和消除其他有害杂质作用，改善钢的铸态组织，O．2％的含量可提高抗氧化性、高温强度及蠕变强度，增加耐蚀性
S        改善切削性。产生热脆现象，恶化钢的质量，硫含量高，对焊接性产生不好影响
Si        常用的脱氧剂，有固熔强化作用，提高电阻率，降低磁滞损耗，改善磁导率，提高淬透性，抗回火性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件下的耐蚀性。含量较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢易于在回火时产生石墨化
Ti        固溶强化作用强，但降低固溶体的韧性，固溶于奥氏体中提高钢的淬透性，但化合钛却降低钢的淬透性。改善回火稳定性，并有二次硬化作用，提高耐热钢的抗氧化性和热强性，如蠕变和持久强度，且改善钢的焊接性
V        固溶于奥氏体中可提高钢的淬透性，但化合状态存在的钒，会降低钢的淬透性，增加钢的回火稳定性，并有很强的二次硬化作用，固溶于铁素体中有极强的固溶强化作用。细化晶粒以提高低温冲击韧性，碳化钒是最硬耐磨性最好的金属碳化物，明显提高工具钢的寿命，提高钢的蠕变和持久强度，钒、碳含量比超过5.7时，可大大提高钢抗高温高压氢腐蚀的能力，但会稍微降低高温抗氧化性
W        有二次硬化作用，使钢具有红硬性，提高耐磨性，对钢的淬透性、回火稳定性、力学性能及热强性的影响均与钼相似，稍微降低钢的抗氧化性
Zr        锆在钢中作用与铌、钛、钒相似，含量小时，有脱氧、净化和细化晶粒的作用，提高钢的低温韧性，消除时效现象，提高钢的冲压性能

leekeychen

碳化物形成元素有利于提高C原子在奥氏体中的扩散速度，故有利于提高渗碳速度；

非碳化物形成元素则反之。

motion_0576

17#  Ti在低合金结构钢中主要以细化晶粒为主要目的。

旺旺

钢的内部结构在粗晶粒时渗碳要快写吧，我想细化晶粒的合金元素会减缓渗碳速度，相反情况下会提高渗碳速度。