渗碳硬化缺陷
1、过渗碳

过渗碳是由于渗碳层的含碳量过高而生成大量碳化物的一种现象。一般认为：产生过渗碳的主要原因之一是固体渗碳时渗碳剂的活性太强或气体渗碳时气氛碳势过高，在材料方面，含有铬、钼等强碳化物形成元素的铬钢和铬钼钢易产生过渗碳。

将镍铬钼含量较低的SNCM21（约相当于20 CrNiMo）钢，铬钢中的SCr22（约相当于20Cr）钢和铬钼钢中的SCM22（相当于20CrMo）钢，在相同条件下固体渗碳和随炉缓冷后，进行 组织观察和分析：表面的白色部分为碳化物，而心部的白色部分为铁素体。SNCM21钢因含铬量比其它两种钢少，所以碳化物数量也比较少。而同时含有铬和钼 的SCM22钢，碳化物数量最多。一般来说，渗碳淬火的轴类零件极易弯曲变形，淬火后需要校直，而在过渗碳的情况下，弯曲变形特别大，在校直时经常发生断 裂。对断裂的SCr22钢轴类零件进行分析发现：渗碳层硬度62HRC，芯部硬度38HRC，渗碳层深度为1.8㎜稍感过深；渗层内有许多粒状碳化物，而 且晶粒与芯部一样都发生了粗化。

2、反常组织

一般说来，脱氧彻底的镇静钢经渗碳、随炉缓冷后，其显微组织为珠光体和网状碳化物，而脱氧不彻底的沸腾钢经渗碳炉冷后，其显微组织为网状或块状碳化物和包围碳化物的铁素体，后一种组织叫做反常组织。

具有反常组织的渗碳钢进行淬火加热时，铁素体难以奥氏体化，碳化物难以固溶，因此淬火时产生硬度低的软点，整个工件的淬火硬度也不均匀。

对镇静钢和沸腾钢渗碳淬火后进行显微组织分析发现：镇静钢表面为细针状马氏体，心部为分布均匀的索氏体和铁素体；而沸腾钢表面有黑色的屈氏体（非马组织），心部为不均匀分布的铁素体和索氏体。且后者耐磨性很差。

对沸腾钢制造的转向销在使用过程中因过度磨损而断裂进行分析，整个渗层的硬度低且不均匀，有的部分为52～54HRC，有的部分为34～42HRC，芯部硬度仅为15HRC。

3、晶界氧化

晶界氧化是利用RX气体（一种标准成分为40%H2、40%N2和20%CO的商品）进行气体渗碳以来一直受到人们普遍关注的问题，早在1940年左右，美国刊物就有相关内容报导。

晶界氧化是在利用RX气体进行渗碳时，因气氛中含有H2O和CO2与钢发生反应而在晶界形成氧化物的一种现象。钢中的铬和锰极易氧化，当氧从钢的表面侵入 时，晶界附近的铬和锰便较其它元素优先扩散至晶界与氧结合而形成氧化物。当然在钢的表面也同样形成氧化物。在显微镜下观察时，晶界氧化物呈网状分布。晶界 氧化的深度与渗碳时间有关，一般为0.01～0.0２㎜左右。另外，由于铬、锰优先被氧化，基体中的铬、锰含量减少，钢的淬透性降低，因此易产生不完全淬 火和淬硬深度不足等缺陷。补救办法是向RX气体中添加一定数量的NH３，用增加氮的方式以弥补淬透性恶化。

对SNCM21钢齿轮气体渗碳淬火后进行组织分析：在抛光的状态下直接进行显微观察，可以清楚地看到氧化的晶界；而在抛光腐蚀的状态下进行组织观察，却难以分辨。此外，在固体渗碳时也经常可以看到晶界氧化现象。

４. 变形

一般而言，渗碳用钢是含碳量在0.20%左右的低碳钢和低碳合金钢,与高碳钢相比,其淬火变形量较小。但经表面渗碳后,由于含碳量增加,变形量也相应增 大,特别是因形状不同而使变形显得相当复印。此外,渗碳后进行二次淬火的工件,其变形量要比省略一次淬火的工件为大，为了尽量减小变形，应防止渗碳加热和 淬火冷却不均匀，在零件设计上则应避免壁厚或截面急剧变化。

前面（2.2）已述及，工件锻造时应使其流线的分布尽量对称，而对于渗碳淬火齿轮则更应引起注意。

5、  软点和硬度不足

硬度不均匀多由渗碳造成。为防止渗碳不均的发生，最重要的是保证渗碳过程的加热均匀、气氛均匀、淬火时冷却均匀。
对于硬度不足来说，除应注意上述问题外，还要注意渗碳剂或渗碳气氛中的碳浓度以及钢中的残奥量等。

各种钢中的碳化物量和残余奥氏体量都是固体渗碳多于气体渗碳的。这可能是由于固体渗碳时的含碳量为1.3%左右，而气体渗碳时的含碳量可调至 0.80～0.90的缘故。另外，在气体渗碳时，各种钢的碳化物都模糊不清，几乎看不到。

6、 淬火裂纹

渗碳工件的淬火裂纹基本上可按调质工件的情况加以考虑。由于渗碳工件的表面含碳量很高，故应对冷却要特别关注。另外钢材的淬透性过高也往往容易产生淬火裂纹。

对SCM22钢渗碳淬火主轴的淬火裂纹进行分析，在SCM22钢中含有0.0002%B，与标准H钢的淬透性带相比，这种钢的淬透性过高，故淬火裂纹可能是由于淬透性过高造成的。

7、 磨削裂纹

对凸轮轴磨削裂纹进行观察分析，裂纹呈网状，相当于3.4所述的第二类磨削裂纹。该件选用S20C钢，经锻造、正火、切削加工、渗碳、淬火和回火后再进行磨削。观察发现：裂纹沿网状渗碳体形成。为防止这类磨削裂纹的产生，可采用以下两种不同的方法。

第一种方法：为防止网状渗碳体的形成，采用下述方法：（固体渗碳：940℃×4h，箱中冷却；调整晶粒：900℃×0.5h，油淬；淬火：780℃×0.5h，水淬；回火：220℃×2h，空冷。

第二种方法：为切断网状渗碳体，采用下述方法：渗碳：900℃×4h，箱 中冷却；退火：800℃×1.5h，箱中冷却；淬火：780℃×0.5h，水淬；回火：220℃×2h，空冷。

用上述两种方法处理的凸轮轴在磨削时，均未产生磨削裂纹。在显微组织中也未发现有渗碳体析出。但前者比后者组织细而均匀，而后者的弯曲量比前者小50%。

8、腐蚀

在固体渗碳中，加入催渗剂（碳酸盐）时，如有低熔点杂质存在，那么这些杂质将在渗碳时发生熔化并附着在工件表面上，阻碍渗碳的进行。此外，渗碳工件的表面还 往往遭受腐蚀。这类腐蚀多在渗碳热处理并完成喷砂工序之后发现。尽管腐蚀原因尚不明确，但为了防止腐蚀的发生，一定要注意如下几个问题：即工件切削加工后 表面上的锈斑、残留的切削液、催渗剂（碳酸盐）的数量和混合状态、木炭中的硫和渗剂中的水分等。

9、 渗碳后二次淬火和一次淬火的温度

由渗碳钢经渗碳所制成的零件，其表面含碳量很高，而心部未渗碳部分的含碳量很低。但零件表层和芯部的合金元素含量相同，故可将渗碳件视为两种钢组成的复合 材料。如此看来，当渗碳件进行渗后热处理时，无论是二次淬火还是一次淬火，都相当于把两种钢以相同的热处理温度进行处理，故而，选用的淬火温度应同时满足 渗碳层和芯部的要求。因此，淬火温度的选择应兼顾渗层获得良好显微组织和非渗碳部分获得良好的显微组织和机械性能。

对SCM420钢制成的试样（Ф15×50）经900℃×4h渗碳随炉缓冷后进行如下处理：

(1)二次淬火

第一次淬火：880℃×2h，油冷淬火；第二次淬火：在780～860℃之间分别以20℃为间隔的各温度下保温2h后于油中淬火；回火：180℃×2h， 空冷。显微观察结果为：第二次淬火温度为760～780℃时，粒状碳化物稍许粗化；820～880℃时，粒状碳化物很细，硬度为64HRC。

(2)一次淬火

淬火：在800～840℃之间分别间隔为20℃的各温区保温2h后油冷淬火；回火：180℃×2h，空冷。显微组织观察结果：淬火温度为780℃时，碳化物呈网状；800～840℃时，呈粒状；860℃时，可看到微量的粒状碳化物，硬度为65HRC。

对非渗碳部分，即心部机械性能，先把拉伸试样和冲击试样按与渗碳相同的热处理规范进行假渗碳，即把试样进行900℃×4h加热后随炉缓冷，然后分别模拟 （1）和（2）的过程规范处理，最后测试其机械性能，结果表明：二次淬火时，第二次淬火温度为820～840℃时机械性能最优；一次淬火时，淬火温度为 840～860℃时机械性能最优。

综合上述试验结果：渗碳后若进行二次淬火，且第一次淬火温度为880℃时，则第二次淬火温度为820～840℃为最好；渗碳后若采用一次淬火，则淬火温度以840～860℃为最佳。

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