测定中性硬化或渗碳的碳势

钢的合金化含量对有效气氛碳势的影响。

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To成功地热处理或渗碳在热处理车间看到的许多不同的合金,有必要适当地控制大气中的碳势。在中性硬化中,这意味着碳势对零件是中性的,既不是渗碳也不是脱碳。在渗碳过程中,这意味着达到所需的表面碳含量,从而达到所需的涂层深度。

钢的典型热处理气氛如表1所示。公司2.浓度会随期望的碳势而变化。不管大气的来源是什么,重要的是一氧化碳(CO)的含量保持在20%(丙烷为23%)。如果一氧化碳的百分比没有保持在20%,那么氧探针将不能读取正确的碳势。如果使用丙烷,则必须调整碳分析仪,以反映丙烷中CO的百分比。所有用来从露点确定碳势的图表和图表都是基于20%的一氧化碳含量。

表1:典型炉内气氛组成。

氧探针或碳探针由掺杂钇的氧化锆管分隔的铂电极组成。探头插入熔炉或发电机中。向探头提供大约0.5 CFH的空气作为参考。熔炉大气和参考大气之间的氧分压差在探头上设置了一个电压。通过测量这个小电压(以毫伏为单位),可以确定碳电势。因此,通过监测探头两端的电压电位,可以通过添加空气和天然气来控制炉气碳电位。在现代仪器中,这是在内部使用微处理器完成的。在许多方面,它的运行方式与O2.传感器在汽车适当的燃烧。

氧探头的优点是准确、快速。直接读出大气中的碳势是很常见的。探头具有适合高温渗碳的高温范围。几乎不需要维护。

氧探针的主要缺点是假定CO含量是固定的(通常是天然气的20%或丙烷的23%)。如果CO含量不在这个固定值,则探头获得的读数是错误的。氧探头也是陶瓷管,容易受到热冲击或机械冲击。根据应用情况,它必须大约每年更换一次。重渗碳可以缩短探头的使用寿命。然而,它的准确性、易用性和缺乏维护,通常超过了缺点。

碳势的控制

虽然之前已经确定,大气成分中含有20%的CO对于准确读取碳探测器来说是至关重要的,但这一碳含量并不一定是部分所看到的。在热处理的气氛控制下,会发生不同的反应:

  • 气相反应。
  • 在气相中的扩散。
  • 在钢表面的反应。
  • 钢中的扩散。

气相反应动力学可以忽略,因为与钢中碳扩散动力学相比,气相反应动力学足够快,并且如果大气稳定。已经证明[1][2]气相中的扩散不是速率决定的。如果大气稳定且接近平衡(CO含量为20%),经过适当校准的碳探针将提供大气碳势的准确表示。

钢中碳的活性,A.C,在稀溶液中,为[3]:

哪里T温度用度数表示吗KQ是由于添加合金元素而导致的碳活性调整。碳活度系数的调整,Q,由[3]给出:

该数据针对多种合金进行了汇编(表2)。已经显示了计算结果,以便读者可以检查他/她(和我)的工作。

表2:合金化浓度对碳有效活性的影响。

在大多数情况下,有效碳势高于钢中的碳含量。在某些钢中,有效碳势略低于碳含量。在这些情况下,最好使用合金中的碳含量。当试图对渗碳极限非常严格的中性硬化合金进行脱碳时,这些方程非常有效。它们可以实现精确且可重复的碳控制。

结论

在这篇简短的文章中,我们描述了一种方法,用于确定与给定合金使用的适当碳势,以减少中性硬化时脱碳或渗碳的机会。它还可用于获得渗碳时所需的碳势和选择合适的表面碳含量。

如果您对本文有任何疑问,或对未来文章有任何建议,请与作者联系。

参考文献

  1. R.Collin、S.Gunnarson和D.Thulin,“预测气体渗碳钢碳浓度分布的数学模型”,Harterei Tecn Mitt.,第25卷,第17-22页,1970年1月。
  2. R.Collin、S.Gunnarson和D.Thulin,“预测气体渗碳钢碳浓度分布的数学模型”,《钢铁研究所学报》,第210卷,第10期,第785-789页,1972年。
  3. T. Ellis, i.m. Davidson和C. Bodsworth,“奥氏体中碳的一些热力学性质”,钢铁学会杂志,第201卷,第582-587页,1963。
  4. “钢的气体渗碳”,载于《金属手册》,第4卷,热处理,台北,美国金属学会,1981。