表面渗碳淬硬与渗氮
碳或氮扩散进入表面
表面硬化只让钢件的外层变硬，内部仍保持韧性。在高温炉中，把碳原子（渗碳）或氮原子（渗氮）浸入表面。齿轮齿、凸轮轴和曲轴需要的正是这样：耐磨的外皮，包着不会开裂的芯部。
工作原理
把零件装入炉中。 洁净的零件装入密封炉中，炉内充满富碳气体（渗碳，通常约 900–950 °C），或氨气或等离子体（渗氮，通常约 500–570 °C）。需要保持软的区域要遮蔽，例如镀铜或涂膏。
让原子扩散进去。 碳或氮原子进入表面，并通过扩散（原子缓慢地游入金属内部）向里渗透。保温越久，硬化层（变硬的外层）越深，通常需要几个小时。
完成周期。 渗碳件在油中淬火，然后回火，与第 12.1 课相同，使富碳的外层变得非常硬。渗氮件本来就硬，只需缓慢冷却，因此几乎不变形。
检查硬化层。 切下一块试件，抛光后从表面向内测量硬度，以确认硬化层深度。
关键数据
- 材料
- 渗碳：低碳钢；渗氮：含铬、钼或铝的合金钢、工具钢、部分不锈钢
- 典型零件
- 齿轮、凸轮轴、曲轴、轴承套圈、销、注塑模零件、挤出螺杆
- 零件尺寸
- 从小销钉到一米多宽的大齿轮，受炉子大小限制
- 精度
- 渗碳会使零件略微变形，因此关键面常在渗碳后磨削；渗氮能把尺寸保持在百分之几毫米之内
- 表面质量
- 渗碳件常发黑，需要清理或磨削；渗氮件呈哑光灰色
- 适合的批量
- 每炉可处理数百到数千件
- 模具与设备成本
- 工业炉约十万美元到数百万美元；大多数公司把零件送到专业热处理厂
- 速度
- 渗碳：每炉几个小时；渗氮：往往 10–60 小时或更久，取决于硬化层深度
优点与局限
优点
- 表面非常硬、耐磨，芯部坚韧、能抗冲击
- 提高疲劳强度，使零件在反复载荷下更耐用
- 渗氮无需淬火，因此变形极小
- 一炉可同时处理许多零件
局限
- 硬化层很薄；深度损伤或大量磨削会把它去掉
- 渗碳加淬火可能使零件翘曲
- 渗氮很慢，而且只适合某些合金钢
- 需要专业的炉子和气氛控制；通常外包
应用领域
- 汽车变速箱齿轮、凸轮轴、曲轴、活塞销
- 航空航天传动齿轮、轴承、起落架零件
- 工装模具注塑模零件、挤出模头、塑料挤出机螺杆
- 工业机械齿轮、轴、链条零件、液压元件
- 枪械滑套和枪管，常用盐浴渗氮
如何识别
- 齿轮和轴上哑光灰色或黑色的表面，轴承面经过磨削。
- 锉刀在表面上打滑，尽管零件可能是弯曲而不是断裂。
- 在切开并腐蚀的试样上，边缘有一圈深度均匀、颜色更深或更浅的边。
对比
观看
Artisan Makes · 先做简单讲解，再看车间里的表面硬化
THE FACILITY · 固体渗碳、淬火，以及前后的锉刀测试
ION HEAT · 两种渗氮方法有何不同
Ionitech Ltd. · 等离子渗氮腔室内零件发出红光
查看实拍照片
- 维基百科：渗碳 — 渗碳方法和硬化后的零件
- 维基百科：渗氮 — 气体渗氮、盐浴渗氮和等离子渗氮
- 维基共享资源图片搜索
记住
- 表面硬化是在坚韧的芯部外面罩上一层硬皮。
- 渗碳在高温下加碳，然后淬火；渗氮在较低温度下加氮，无需淬火。
- 非常适合既要耐磨又要抗冲击的齿轮和轴。
