热处理工艺评定(供参考）

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热处理工艺评定(供参考）   
        化学热处理
    化学热处理技术作为重要的热处理手段，通常是将制品放在含有一种或几种元素或其化合物中加热，使在反应后具有活性的该种元素渗入制品表面，改变表层的化学成分并改变其组织结构，以提高其表面硬度、耐磨性或抗蚀性等。具有扩大材料的应用范围，延长制品的使用期限的优点。
    天津市热处理研究所有限公司拥有国内先进的辉光离子氮化炉、预抽真空氮化炉和多台井式氮化炉，可对各种材料进行氮化处理，工件变形小、质量号，能显著提高工件的表面硬度、耐磨度、耐疲劳和耐腐蚀性。
加工范围
    可进行机械、冶金、汽车、工模具等行业各种工件的渗碳、渗氮、气体软氮化、碳氮共渗和退火、正火、调质、淬火、回火等热处理加工。
典型设备
设备名称        额定电压/ V        额定功率/Kw        最高温度/℃        最大装炉量/ kg        冷却方式
辉光离子氮化炉        380        100        650        1500        炉冷
预抽真空氮化炉        380        90        650        2000        炉冷
井式渗碳炉        380        35        900        1450        水、油冷
井式氮化炉        380        45        650        1450        炉冷
井式氮化炉        380        90        650        1450        炉冷
转筒炉        380        24        650        100        油冷





                压铝模的加氧氮碳同渗
加氧气氮碳共渗处理可在井式渗碳炉进行，用液氨，氧气和氮气作为渗剂。炉罐内壁，炉盖内表面及装料框均用水玻璃石墨涂料涂覆，并于200℃烘干，以延长使用寿命。
   空炉升温到620℃，将模具3Cr2W8V钢制模具装入炉内，向炉内通入氮气排除空气，通氮量为0.4—0.5M／h，压力为20×10∧4Pa（2kgf／cm2）排除空气1h。然后将炉温升至570℃，停止通氮，改通氨气，流量0.5—0.6m3、压力为7×10∧4Pa（7kgf／cm2），同时通入氧气，流量50—80mL／min，压力为3×10∧4Pa(0.3kgf／cm2)。在570℃保温2h后，将炉温升至620℃再保温2h，处理过程结束。切断氨气和氧气，改通氮气以排尽炉中的氨气和氧气，同时切断电源使炉温下降，当炉温下降到450℃以下后，将模具从炉中取出，放入罐壁内通水的冷却罐内缓冷到室温。
    共渗后表面硬度为891HV0.05，表层ε相白亮层，厚度为0.02—0.023mm，主要的氮化物相为Fe3N和Fe4N，并有少量Fe3O4，没有明显的Fe2N脆性相。与ε相接连的是含N的α—Fe扩散层，白亮层加扩散层总的氮化深度为0.2—0.28mm。心部为原始组织+回火索式体。经上述工艺处理的3Cr2W8V钢制铝合金压铸模压铸千余件，表面仍光洁完好，脱模顺利，无粘附，剥落，擦伤，腐蚀现象。

       
       
          
        气体氮化炉热处理工安全操作规程


      1．氨瓶应放置在距工作场地5米以外的地方。
　　2．搬运氨瓶应平卧，垫块或系绳应在瓶子中上部，不准系在盖、颈上。氨瓶运送应采用推车或电瓶车，不准使用行车(或吊车)，严禁抛、滚、滑。
　　3．液氨冻结时，只能用水冲淋，严禁用火或电炉烘烤。在严冬贮藏氨瓶时，应保温在20℃左右。
　　4．液氨用完后，应在瓶上用粉笔写上“已用完”或“空瓶”标记，并集中堆放。
　　5．氮化炉装好料后，必须仔细检查氨气管道、炉盖是否有泄漏。严防氨分解出来的氢气遇火自燃，引导到氮化包内而引起爆炸。
　　6．操作人员应戴好口罩，并站在上风。
　　7．出炉时先打开炉盖，充分通风后方可取工件，以防氨气中毒。
　　8．操作中发现漏气或氮化包内温度突然升高，应及时切断热源，但不得切断气源。
　　9．其它操作程序应遵守气体渗碳炉热处理工安全操作规程。  


       
       
                采用尿素水溶液添加含硫、硼、氮物质的渗剂,在540—560℃时对高速钢钻头进行滴注式气体氧、碳、氮、硫、硼五元共渗,其渗层厚度、渗层硬度及红硬性、抗弯强度、冲击韧性、耐磨性均显著高于原尿素水溶液氧氮化处理的钻头,耐用度成倍提高。一九八五年六月在成都机械研究所进行同行业创部优产品检验中,钻头切削寿命超过部优等品指标,被评为部优产品。此工艺设备简单、操作方便、成本低廉,更适于中小企业的批生产应用。

       
       
          
        应用N.M.处理消除表层过共析碳化物疵病
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（时间:2008-4-24 8:55:56  编辑：中华机床网）

摘要：过共析钢过高的含碳量常带来碳化物粗大和网状带状偏析。传统的高温正火工艺不但能耗高，有时效果也不理想。而结合淬火加热进行固溶渗氮，利用氮强烈扩大奥氏体区、降低A1和Acm 点的原理，促使表层碳化物溶入奥氏体内，淬火后得到高硬度的含氮马氏体和适量残留奥氏体。随着碳化物的溶解，各种碳化物疵病基本或完全消除。与传统工艺相比有极大节能效果。文中对含氮马氏体化(N.M.)处理给出明确定义，并介绍了N.M.处理消除剪毛机刀片碳化物疵病和改善宇航某零件与军工齿轮碳氮共渗层组织的应用效果。
关键词：N.M.处理；固溶渗氮；碳化物疵病；过共析钢；渗碳
1  前言
过共析碳素工具钢和合金工具钢经适当热处理，可获得高硬度和高耐磨性，因而是制造各种刀、量具的常用材料。由于含碳量高，轧制、锻压或毛胚热处理工艺不当，常产生碳化物(K)粗大和网状、带头偏析，给成品带来高脆性，耐磨性也随之降低。为消除这些K疵病，传统的经典工艺是对毛胚或半成品加热到。Accm以上进行正火。这是工时长、能耗高的工艺，效果往往也不理想。对于许多刀具、量具来说，心部的K疵病并不足以使整体强度降低到不能使用的程度，只要刀刃或表面金相组织改善，其性能就可以提高。这些工具如果成品热处理时进行短时间固溶渗氮，随后出炉淬火，即可得到满意效果，不但节能省时，还可提高寿命。该工艺我们称之为“含氮马氏体化处理”，简称“N.M.处理”。对于铁合金，氮的渗入可大幅度降低A1和A3(Acm)点，在较低温度下就能促使K溶入奥氏体(A)内，K疵病随之消失，淬火后渗层内得到含碳和氮的马氏体(M)及适量残留奥氏体(AR)组织，心部则为M和原有的K(图1a、b)。同理，对一些需要长时间深层渗碳、因而容易出现网状带状偏析的零件，渗碳后淬火加热时渗入适量的氮，就可使渗层金相组织大大改善，避免了废品，提高了质量和寿命。

应用N.M.处理工艺，我们从1974年以来生产了数以十万计的剪毛机刀片，少量石灰打浆机锤杆。内蒙有的单位用于军工重负荷齿轮和某宇航产品零件，都得到满意效果。

剪羊毛机
剪羊毛机
2  N.M.处理消除剪毛机刀片K偏析
20 世纪60年代初我国开始生产剪羊毛机。当时羊群多在荒漠或半荒漠草原上放牧，毛中含砂量极高。一副刀片每剪2—3头羊就要卸下磨刀，每副刀片剪几十头羊就磨损报废，严重影响了机械化剪毛的推广。各厂曾用过国产T12A、Cr06、苏联X05(w％C 1.25—1.40，Cr0.4—0.6)钢效果不佳。1968年原农机部统一进口日本SKS8(w％C 1.30—1.50，Cr0.20—0.50，W2.0—2.5)钢供各厂使用，均未见起色。
1974—l978年笔者参加剪毛机刀片质量攻关，对刀片材料做过全面分析，发现SKS8、Cr06和X05钢原材料都含碳量过高、金相组织存在K粗大和严重网状、带状偏析问题(见图1a、b心部)。著名的前苏联工具钢专家Fennep指出：碳工钢和低合工钢中含C量>1.20％时，几乎不可避免地会出现K偏析[1]。攻关中，我们和冶金部门共同研制成功国产刀片用钢和热处理新工艺，提前超标准地完成攻关任务[2]。而面对各厂积压的大量SKS8和Cr06钢材，也做了许多试验，找到了消除K疵病的热处理新工艺，将这些钢材重新利用起来。
2.1  高温正火处理
刀片生产厂对这些钢材曾按传统工艺作高温正火消除 K偏析处理。由于SKS8和Cr06钢含碳量≥1.30％，其Acm≥950℃故正火试验从950℃×30min(盐浴加热)做起(上刀片毛胚为 1.5mm冷轧带钢，下刀片毛胚为4.5mm热轧带钢)。结果表明：在950℃即使保温240min，K也不能全部溶解。后来用到1070℃×30min 空冷。但高温正火后组织十分粗大，二次K沿粗大晶界(约2—3级晶粒度)呈网状析出，并有针状魏氏组织(图2)，硬度高达34—39HRc。为消除二次K 网，补充920℃油淬和730℃回火软化。最后该厂采取的预处理工艺是：1070℃×30min空冷+920℃×10min油淬+730℃×60min回火，硬度为18—22HRc。

2.2  N.M.处理工艺
2.2.1  定义  用带有严重K偏析的钢材加工成刀片，在井式气体渗碳炉内进行固溶渗氮(在含活性N的盐溶中也有相同效果，但有污染故不用)，出炉油淬并低温回火，作为刀片最后的成品热处理。此即“含氮马氏化处理”，简称“N.M.处理”。它有两层含义：a.含氮化处理，即对工件固溶渗氮，以得到含氮的奥氏体—A(N)；b.马氏体化处理，即将A(N)淬火成含氮马氏体—MN)加适量含氮的残留奥氏体—AR(N)。由于处理工艺不同，或许渗层中还保留一些过剩K，这对某些零件可提高其耐磨性，而对剪毛机刀片之类的锋利刀具则不希望存在。N能促使渗层K溶于A中，所以即使渗层还保留一些过剩K，其形态也将改变：细化、球化，网状带状偏析弱化。总之，有利于疲劳强度、耐磨性和韧性的提高。对量具等精密零件可以大大提高加工后的光洁度。N.M.处理不允许由于渗N而出现新的N化物层，否则就不是固溶渗N，就不是N.M.处理。无疑渗层中的M和AR中还含有碳，甚至少量合金元素。但它们都是钢材本身带来的，与本工艺无关。所以本工艺仍然命名为含氮马氏体化处理。在N原子渗入时渗层中的C原子可能部分向内层转移，甚至向外脱碳(例如以氨或尿素为渗剂，炉内碳势较低时)，只要不降低硬度和耐磨性，这是允许的，不必为保持高碳势而刻意添加煤油或苯。
2.2.2 处理工艺  刀片高温装入炉中，立即滴入渗剂(三乙醇胺、甲酰胺、尿素均可，三者氮势依次增高，而碳势则依次降低)快速排气，以防氧化脱碳。处理温度为760℃— 850℃，可结合各牌号工具钢正常淬火温度进行，出炉直接油中淬火。低于750℃，刀片心部淬火不足，有托氏体；高于860℃，渗层中M(N)太粗，AR过多，影响性能。处理时间取15—60min，表面可得到0.03—0.10mm的K溶解层(出炉前改滴酒精5min，将炉内含氰气体排出烧尽)，少于 15min K溶解层不明显，超过60min表面可能出现氮化物。对于碳工钢和低合工钢，因缺少形成高硬氮化物的元素，有时化合物的硬度还不及M(N)高。
2.2.3 渗层成分与组织  选用厚0.1mm，成分与刀片用钢相近的Cr03钢箔(w％C1.23，Cr0.32)同炉共渗后，测定钢箔成分为w％C 1.17—1.30，N 0.39—0.74。有的研究表明：T8钢在800℃苯加氨气氛中CN共渗，第一小时N含量可迅速达到0.8％，时间延长反而渐渐下降，而C含量则不断升高。我们的试验也证实了这点。
    正常的N.M.处理层组织应该由细小M(N)＋AR(N)组成，对剪毛机刀片来说，要求没有过剩K，这是基于我们对刀片磨损机理研究的结果。对其它零件则可根据其服役条件、失效方式区别对待。但是消除表层粗大K及带状网状偏析则是N.M.处理必须达到的目的。
2.2.4 剪毛效果  N.M.处理消除了刀片表层K疵病，防止了崩刃，使刀片寿命(用每副刀片每次刃磨后剪新疆细毛羊头数表示)大幅度提高。在同等条件下经几万头羊大规模剪毛考核结果，与普通油淬相比，N.M.处理使SKS8试验刀片从3.7头／次，提高到16.2头／次；使SKS8批量生产刀片从2头／次提高到13.9头／次。这一数据略高于当年进口、有国际王牌刀片之称的某牌号刀片(13.4头／次)。而我们研制的新材料T12J刀片则为21头／次，每副刀片用至报废总剪羊头数达1000头以上。
2.2.5分析讨论  氮是极强烈扩大γ区的元素，能大幅度降低α—γ的转变。由Fe—C—N三元合金700℃、800℃、900℃等温截面相图(图3)可以看出，随着温度升高，γ区不断扩大，800℃时含C量0.5～1.10％的碳钢只需稍稍渗N，就可得到单一的γ(N)，淬火后得到M(N)。

图4是一幅N.M.处理后空冷的照片(试样为厚4.5mmCr06热轧钢带)。它清晰反映了N.M.处理的变化过程。图中由表及里分A、B、C、D四层，最表面的A层是高温装炉后排气不尽和出炉空冷而产生的氧化层，在M(N)和AR(N)上有内氧化的黑网，硬度很低，正常处理时不允许出现。淬火后要精磨的零件则另作别论。

    正常N.M.处理后表面组织应为图中B层。这层N渗入最多并固溶于A中，由于N促使K溶入A内，含高C、N的A，空冷已能淬火，故得到M(N)和部分AR(N)，没有过剩K，硬度800—840HV0.1。N继续深入，其浓度逐渐降低，到C层时已不足以使K溶解。但渗了N的A，空冷时还能淬硬，AR也较少。所以C层由M(N)加K及少量AR组成，硬度最高，达825—880HV0.1，这层最耐磨。再向内的D层未渗上N，空冷时未淬硬，只相当正火组织，由索氏体加原有K组成，硬度284—368HV0.1。如N.M.处理后淬油，则D层应为工具钢正常淬火组织。
    若金相试样腐蚀恰到好处，可以看出，由表面到C层，M(N)均呈灰白色，明显区别于D层。C层灰白基体上还分布有白亮的K，其形貌与D层基本相同。同时，C层和B层厚度相当，说明N渗入层厚度约为K完全溶解层的两倍。
    由于渗层K偏析得以消除，又含较多AR，故表层呈韧性断口。N.M.处理刀片的刃口在磨粒推动下并不崩刃，而作塑性流动，有力地消耗了磨粒能量，延缓了刃口的磨损、破坏(图5)。

3  N、M处理消除CN共渗层K偏析
3  N、M处理消除CN共渗层K偏析
3.1用于宇航产品零件
    某零件材料为20CrMnTi钢锻件，要求CN共渗淬火，渗层深≥1.30mm，共渗时间长，渗层常出现粗大密集的块状网状CN化合物，脆性高，在随后机加工时易产生裂纹，还经常在二次加热淬火时因脱碳造成硬度低等问题，长期得不到解决。后从N.M.处理中受到启发，既然固溶渗N能消除钢表层K疵病，也应该能改善共渗层的组织性能。1980年代后期试验成功用N.M.处理代替原二次加热淬火，保证了组织和性能合格，用于生产质量一直稳定。
3.1.1  原工艺CN共渗在井式气体渗C炉进行，渗剂为三乙醇胺+乙醇，温度880℃，出炉缓冷，渗层≥1.30mm，机加工后二次加热淬火。为稳定尺寸，淬火后需冰冷处理，最后低温回火。
3.1.2  新工艺CN共渗工艺不变，机加工后的N.M.处理在同一井式渗碳炉中进行。为避免粘稠的三乙醇胺堵塞管道，改用氨气并滴少量乙醇以防脱碳，温度870℃，时间视工件尺寸而定，出炉直接淬油，其后按原工艺冰冷处理并回火。
3.1.3  N.M.处理效果N.M.处理后表层得到极细的M(N)加AR(技术要求1—3级，实际都是1级)。表层CN化合物基本溶解，即使共渗后达5—6级的大块状密集CN化合物，也变为2、3级的细小颗粒(要求1—4级合格)。硬度为61—65HRC(要求60—66HRC)。显微硬度测试，即使共渗后化合物5—6级的试样，N.M.处理并回火后，渗层硬度梯度也很平缓。 N.M.处理操作简便，并不增加工序，无需增添设备，成本不高，质量稳定。
3.2  用于军工高精度重负荷齿轮
3.2.1  新旧工艺  内蒙一机厂20Cr2Ni4A钢、模数为7—9的高精度重负荷齿轮，原工艺为820℃氨加煤油CN共渗空冷——精加工——淬火——低温回火。由于渗层深，共渗时间长，渗层常出现大片状CN化合物或粗大钩条状CN化合物加粗大孪晶M，齿面抗疲劳剥落性能差、寿命低。李冬贵等对此精心设计了一套新工艺：齿轮先 920℃高温CN共渗，以快速获得所需渗层厚度，然后随炉降温进行570℃×(3—4)h的CN共渗，以获得高的N含量，再随炉升温到760℃—880℃ 加热A化，出炉淬火。CN共渗、NC共渗和A化三步既可在渗碳炉中连续进行，也可以CN共渗后齿部精加工，再NC共渗和整体加热淬火。经这样处理的齿轮，渗层为纤细的位错M与高度弥散的细圆形CN化合物，具有较高的静弯强度和接触疲劳强度，其耐磨性和抗咬合性能也比一般CN共渗或渗C淬火者高。
3.2.2  工艺分析模数为7—9的齿轮，其渗层厚度都在1.30mm以上，用氨加煤油为渗剂，820℃ CN共渗，必然时间很长，CN化合物粗大及网状带状偏析在所难免。新工艺920℃共渗，渗速大大提高，可较快达到一定渗层厚度。但920℃时氨分解率很高，炉内N势低，主要是渗碳，氮渗入十分有限。因而其后的570℃ NC共渗可大大提高表面N含量，而得到ε＋γ化合物(经X线衍射证实)，在随后淬火加热时ε＋γ分解，N溶入A中，形成含高N的A，淬火后转变为M(N)。
A中N含量升高，也促使高温共渗生成的粗大网带状CN化合物溶解或者细化，消除化合物偏析。
570℃的共渗还有两个作用：a、对920℃共渗后精加工再淬火的齿轮起到预热作用，可降低应力，减少变形；b、20Cr2Ni4A钢920℃共渗后即使空冷，其组织也是孪晶M加AR和K，570℃的NC共渗也起到高温回火作用，使M和AR中析出细微的粒状CN化合物，淬火加热时可阻止晶粒长大；另一方面也降低了基体中的CN含量。二次加热淬火时，这部分A可能转变成纤细的位错M。所以这一工艺设计是合理的，给人们提供有价值的参考。
4  结论
    (1)氮的渗入可扩大钢γ区，降低A1和A3(Acm)点。过共析钢结合淬火加热，同时进行固溶渗氮，可使表层碳化物溶入A中，淬火后得到无K的M(N)表层；
    (2)含氮马氏体化处理(N.M.处理)可用于消除工具钢或渗碳、碳氮共渗零件表层K、CN化合物存在的颗粒粗大和网状、带状偏析等疵病，提高零件性能与寿命；
    (3)与传统高温正火相比，N.M.处理是消除过共析钢表层K疵病最简单，最节能的新工艺。


       

                低温固体硼碳氮稀土共渗的研究
杨顺贞　左　禹
摘　要　研究了硼-碳-氮-稀土(B-C-N-RE)共渗工艺及共渗层的组织性能， 并与硼-碳-氮(B -C-N)共渗工艺及组织性能进行了比较， 结果表明， 在一定范围内， 稀土具有明显的催 渗作用； 与B-C-N共渗相比， B-C-N-RE共渗层的耐磨性和耐蚀性明显提高。 对B-C-N-RE共渗的机理及稀土元素的作用进行了初步探讨。
关键词　B-C-N-RE共渗； 稀土元素； 组织； 耐磨性； 耐蚀性
分类号　O 612.3
杨顺贞　左　禹
摘　要　研究了硼-碳-氮-稀土(B-C-N-RE)共渗工艺及共渗层的组织性能， 并与硼-碳-氮(B -C-N)共渗工艺及组织性能进行了比较， 结果表明， 在一定范围内， 稀土具有明显的催 渗作用； 与B-C-N共渗相比， B-C-N-RE共渗层的耐磨性和耐蚀性明显提高。 对B-C-N-RE共渗的机理及稀土元素的作用进行了初步探讨。
关键词　B-C-N-RE共渗； 稀土元素； 组织； 耐磨性； 耐蚀性
分类号　O 612.3
摘　要　研究了硼-碳-氮-稀土(B-C-N-RE)共渗工艺及共渗层的组织性能， 并与硼-碳-氮(B -C-N)共渗工艺及组织性能进行了比较， 结果表明， 在一定范围内， 稀土具有明显的催 渗作用； 与B-C-N共渗相比， B-C-N-RE共渗层的耐磨性和耐蚀性明显提高。 对B-C-N-RE共渗的机理及稀土元素的作用进行了初步探讨。
关键词　B-C-N-RE共渗； 稀土元素； 组织； 耐磨性； 耐蚀性
分类号　O 612.3
Study on low temperature powder B-C-N-RE co-cementation
Yang Shunzhen1) Zuo Yu2)
(?1)?School of Mechanic and Electric Engineering, Hehai Univers ity, Changzhou, 213022;
2)?Department of Applied Chemistry, Beijing University of Chemic al Technology, Beijing, 100029)
Abstract The process and structure of powder B-C-N-RE co-cementation are studied and t he wear and corrosion properties of the co-cementation layer are compared with those of boro-carbonitriding layer. The results show that rare earth elements e ffectively promote the cementation process. Both wear resistance and corrosion r esistance of the co-cementation layer increase obviously in comparison with th ose of boro-carbonitriding layer. The mechanism B-C-N-RE co-cementation and the effects of rare earth elements on the co-cementation process are discussed .
Key words B-C-N-RE co-cementation; rare earth elements; microstructure; wear resistanc e; corrosion resistance
引　言
　　渗硼工艺近年来发展很快， 是一种很有前途的表面强化手段， 现已成功地用于一些工模具 的表面处理。 但目前的渗硼工艺还存在如下问题： (1)渗硼温度偏高， 一般大于850 ℃ ， 工件变形较大。 (2)为提高基体强度， 往往需要进行渗后热处理， 而对于一些淬火温 度高的钢种， 则难以进行渗硼后的热处理。 近年来发展的B-RE、 B-N等共渗工艺［ 1～3］在一定程度上克服了上述缺点， 使渗层性能得到改善， 但未能把共渗温度降至A1 相变点温度以下。 因此， 作者研究了低温B-C-N-RE多元共渗， 把共渗温度降至A1相变 点温度以下， 这种方法可以扩大渗硼技术在工业中的应用领域。 本文研究B-C-N-RE多 元共渗层的组织、 耐磨性和耐蚀性， 探讨稀土元素在共渗过程中的作用和机理。
1　试验材料和方法
　　试验材料为45＃碳钢， 渗剂采用B-Fe, KBF4, 尿素、 稀土元素La和Ce的混合氧化物 及其它添加剂。 将渗剂充分混合均匀后与试样共置于用无缝碳钢管焊制的共渗罐中密封， 在 SX-4-10型箱式电炉中加热处理。 按图1所示工艺首先加热到570 ℃保温2 h后再升至68 0 ℃进行不同时间的保温， 然后炉冷至500 ℃以下取出空冷。

图1　共渗工艺
Fig.1 The co-cementation process
　　采用金相显微镜、 HX-1000型显微硬度计、HDV-7型恒电位仪、 MM200型摩擦磨损试验机等仪器设备对共渗层组织及性能进行检测。
2　实验结果与讨论
2.1　渗层的显微组织和显微硬度
　　图2显示稀土w=6%时， 保温时间对45钢硼碳氮稀土共渗层深度的影响， 图3是在680  ℃保温6 h条件下， 渗剂中稀土含量对渗层深度的影响， 图4显示了渗层金相组织， 图5 是在680 ℃， 保温6 h渗层中显微硬度的变化。 图中结果表明：　　(1) 低温硼碳氮稀土共渗的渗层呈齿状形态， 与高温硼碳氮复合渗的形态相似， 但在低温 下硼化物齿变短。
　　(2) 低温硼碳氮稀土共渗时， 渗层与基体间没有明显的过渡区， 这与高温共渗组织不同 ， 这可能与碳、 硅原子在低温下不能长程扩散有关。
　　(3) 稀土具有明显的催渗作用， 但稀土的加入量有一最佳范围， 加入量过大渗层深度反而 减小。
　　图2显示稀土w=6%时， 保温时间对45钢硼碳氮稀土共渗层深度的影响， 图3是在680  ℃保温6 h条件下， 渗剂中稀土含量对渗层深度的影响， 图4显示了渗层金相组织， 图5 是在680 ℃， 保温6 h渗层中显微硬度的变化。 图中结果表明：　　(1) 低温硼碳氮稀土共渗的渗层呈齿状形态， 与高温硼碳氮复合渗的形态相似， 但在低温 下硼化物齿变短。
　　(2) 低温硼碳氮稀土共渗时， 渗层与基体间没有明显的过渡区， 这与高温共渗组织不同 ， 这可能与碳、 硅原子在低温下不能长程扩散有关。
　　(3) 稀土具有明显的催渗作用， 但稀土的加入量有一最佳范围， 加入量过大渗层深度反而 减小。

图2　保温时间对共渗层深度的影响
Fig.2 The influence of heating time on depth of the co-cementation layer

图3　稀土含量对共渗层深度的影 响
Fig.3 The influence of content of rare earth oxides on depth of the co-ce mentation layer

图4　共渗层金相组织
Fig.4 Microstructure of the co-cementation layer

图5　共渗层显微硬度
Fig.5 Micro-hardness of the co-cementation layer
2.2　共渗机理
　　由于渗剂中采用了尿素， 并有氟硼酸钾及木炭等， 因此图1所示的复合渗处理兼有软氮化 与渗硼的优点， 但并非两种处理的简单叠加， 而是具有相互促进和补充作用。
　　在较低温度下(570 ℃)保温， 尿素发生如下反应：
(NH2)2CO→CO+2[N]+2H2
2CO→[C]+CO2
　　产生的活性氮原子和活性碳原子首先渗入钢表面， 使表面晶格畸变， 位错密度增加， 活 化了表面， 可加速渗硼阶段硼和碳原子的吸附过程。 其次， 尿素热分解出的H2和CO可 以还原钢表面的氧化膜， 使表面净化。 根据Fe-H2-H2O系和Fe-CO-CO2系的氧化 还原反应平衡曲线， 有下列反应：
4H2+Fe3O4→3Fe+4H2O
H2+FeO→Fe+H2O
CO+Fe3O4→3FeO+CO2
CO+FeO→Fe+CO2
　　渗剂中的氟硼酸钾(KBF4)在529 ℃以上将发生下列反应：
KBF4→KF+BF3
反应生成的BF3与H2气体一起与试样反应生成的HF气体对试样表面亦有净化作用。 第三， 氮的渗入使钢的A1温度降低， 扩大了γ相区， 相对提高了渗硼温度。 由于硼原子在 γ-Fe中的扩散速度比在α-Fe中要快得多［4］， 所以γ相区扩大可以加速较低温 度下渗硼和渗碳的速度。
　　稀土元素具有很强的化学活性， 象La, Ce等稀土元素极易丢失电子而形成正离子， 促使 渗剂中的BF3断链， 同时夺取B2O3中的氧， 使渗剂中的活性硼原子增多。 稀土的强 还原性活化并净化了钢的表面。 在吸附过程中， 活性稀土原子能够增加活性硼原子在表 面 的吸附浓度， 从而提高硼化物的形核数。 而试样表面形成的硼化物晶核密度是渗硼层生长 的控制因子［5］， 硼化物晶核数量越多， 垂直于试样表面生长的硼化物齿就越多 ， 因而渗剂中加入稀土后的共渗组织变得连续致密。 另一方面， 稀土本身容易吸附于钢 表面， 当吸附的稀土原子达到一定浓度后， 就优先沿晶界、 位错等晶体缺陷处渗入钢中 ， 降低了表面能， 为活性硼原子在金属表面的吸附创造了更为有利的条件。 稀土原子在 渗入过程中不断吸附钢中的碳， 从而净化了其周围的基体， 有利于铁硼化合物不断长大， 而铁硼化合物在长大的同时， 向其前沿排挤碳， 反过来又可促进稀土原子不断向内渗入 。 因此， 稀土原子和硼原子的扩散是相互促进的过程。
→KF+BF3
反应生成的BF3与H2气体一起与试样反应生成的HF气体对试样表面亦有净化作用。 第三， 氮的渗入使钢的A1温度降低， 扩大了γ相区， 相对提高了渗硼温度。 由于硼原子在 γ-Fe中的扩散速度比在α-Fe中要快得多［4］， 所以γ相区扩大可以加速较低温 度下渗硼和渗碳的速度。
　　稀土元素具有很强的化学活性， 象La, Ce等稀土元素极易丢失电子而形成正离子， 促使 渗剂中的BF3断链， 同时夺取B2O3中的氧， 使渗剂中的活性硼原子增多。 稀土的强 还原性活化并净化了钢的表面。 在吸附过程中， 活性稀土原子能够增加活性硼原子在表 面 的吸附浓度， 从而提高硼化物的形核数。 而试样表面形成的硼化物晶核密度是渗硼层生长 的控制因子［5］， 硼化物晶核数量越多， 垂直于试样表面生长的硼化物齿就越多 ， 因而渗剂中加入稀土后的共渗组织变得连续致密。 另一方面， 稀土本身容易吸附于钢 表面， 当吸附的稀土原子达到一定浓度后， 就优先沿晶界、 位错等晶体缺陷处渗入钢中 ， 降低了表面能， 为活性硼原子在金属表面的吸附创造了更为有利的条件。 稀土原子在 渗入过程中不断吸附钢中的碳， 从而净化了其周围的基体， 有利于铁硼化合物不断长大， 而铁硼化合物在长大的同时， 向其前沿排挤碳， 反过来又可促进稀土原子不断向内渗入 。 因此， 稀土原子和硼原子的扩散是相互促进的过程。
3　B-C-N-RE共渗层的性能及改性机理
3.1　共渗层的耐磨性能
　　从图6的磨损曲线可以看出， B-C-N-RE共渗层的耐磨性能优于B-C-N共渗层。 由于稀 土元素的催渗作用使得B-C-N-RE共渗层的厚度增加并且渗层组织致密， 耐磨性能提高。 此外， 大尺寸的稀土原子导致晶格畸变； 稀土原子使渗层晶粒细化， 可相对降低晶界的 有害元素偏聚浓度， 降低组织的 脆性； 这些作用都促使共渗层耐磨性提高。
　　从图6的磨损曲线可以看出， B-C-N-RE共渗层的耐磨性能优于B-C-N共渗层。 由于稀 土元素的催渗作用使得B-C-N-RE共渗层的厚度增加并且渗层组织致密， 耐磨性能提高。 此外， 大尺寸的稀土原子导致晶格畸变； 稀土原子使渗层晶粒细化， 可相对降低晶界的 有害元素偏聚浓度， 降低组织的 脆性； 这些作用都促使共渗层耐磨性提高。

图6　B-C-N-RE共渗层与B-C-N渗 层耐磨性的比较
Fig.6 Comparation of wear resistances of B-C-N-RE cementation layer an d B-C-N cementation layer
3.2　共渗层的耐蚀性能
　　B-C-N-RE共渗层的耐腐蚀性能也明显优于B-C-N渗层。 图7的极化曲线表明， 在稀硫酸溶液中B-C-N-RE共渗层的阳极溶解电流仅相当于B-C-N渗层的二分之一左右。 稀土原子的渗入， 一方面改善了共渗层的组织， 使渗层组织连续致密； 另一方面， 稀土原子独特的电子层结构， 能吸引晶界上的碳、 氮、 硼等原子向其周围偏聚， 减小晶界与晶粒 内成分和相分布的差异， 从而使晶界与晶内的电位差减小， 避免晶界的优先腐蚀； 稀土原子置换夹杂物中的部分金属原子后， 可增强化合物的稳定性。 由于上述原因， 渗层的耐腐蚀性能得到改善。

图7　两种不同共渗层在0.1 mol/L H2SO4中的极化曲线
Fig.7 Polarization curves of the two different cementation layers in 0.1 mol/L H2SO4
4　结　论
　　(1) 低温硼碳氮稀土共渗的渗层呈齿状， 随温度降低硼化物齿变短。
　　(2) 低温硼碳氮稀土共渗层与基体间没有明显的过渡区， 这与高温共渗组织不同。
　　(3) 稀土具有明显的催渗作用， 使渗层均匀致密， 并使共渗层的耐磨性和耐蚀性明显提高 。
第一作者：女，40岁，讲师
作者单位：杨顺贞(河海大学机电工程学院，常州，213022)
　　　　　左　禹(北京化工大学应用化学系，北京，100029)
参考文献
　[1] 谢　飞， 黄志荣， 蒋劭辛. 硼碳氮复合渗提高注射模具寿命的研究 . 模具工业， 1994 (2)： 51～54
　[2] 卢昌颖， 袁玉辉， 徐志东. 硼碳氮共渗改善渗硼层的性能. 金属热处理， 1987 (2)：16～20
　[3] 戴文兵， 楼南金， 郭喜云， 等. 微量稀土元素对硼氮共渗层的影响. 金属热 处理学报， 1993 (4)：40～43
　[4] 雷天同， 孙东克. 粉末法硼氮和碳氮共渗中氮原子的扩散和作用. 金属热处理 ， 1991 (8)：13～17
　[5] 蒋百灵， 雷廷权. 渗硼层生长的控制因素及其动力学过程分析. 金属学报， 1991， 27(A1)： 11～15
4　结　论
　　(1) 低温硼碳氮稀土共渗的渗层呈齿状， 随温度降低硼化物齿变短。
　　(2) 低温硼碳氮稀土共渗层与基体间没有明显的过渡区， 这与高温共渗组织不同。
　　(3) 稀土具有明显的催渗作用， 使渗层均匀致密， 并使共渗层的耐磨性和耐蚀性明显提高 。
第一作者：女，40岁，讲师
作者单位：杨顺贞(河海大学机电工程学院，常州，213022)
　　　　　左　禹(北京化工大学应用化学系，北京，100029)
参考文献
　[1] 谢　飞， 黄志荣， 蒋劭辛. 硼碳氮复合渗提高注射模具寿命的研究 . 模具工业， 1994 (2)： 51～54
　[2] 卢昌颖， 袁玉辉， 徐志东. 硼碳氮共渗改善渗硼层的性能. 金属热处理， 1987 (2)：16～20
　[3] 戴文兵， 楼南金， 郭喜云， 等. 微量稀土元素对硼氮共渗层的影响. 金属热 处理学报， 1993 (4)：40～43
　[4] 雷天同， 孙东克. 粉末法硼氮和碳氮共渗中氮原子的扩散和作用. 金属热处理 ， 1991 (8)：13～17
　[5] 蒋百灵， 雷廷权. 渗硼层生长的控制因素及其动力学过程分析. 金属学报， 1991， 27(A1)： 11～15
第一作者：女，40岁，讲师
作者单位：杨顺贞(河海大学机电工程学院，常州，213022)
　　　　　左　禹(北京化工大学应用化学系，北京，100029)
参考文献
　[1] 谢　飞， 黄志荣， 蒋劭辛. 硼碳氮复合渗提高注射模具寿命的研究 . 模具工业， 1994 (2)： 51～54
　[2] 卢昌颖， 袁玉辉， 徐志东. 硼碳氮共渗改善渗硼层的性能. 金属热处理， 1987 (2)：16～20
　[3] 戴文兵， 楼南金， 郭喜云， 等. 微量稀土元素对硼氮共渗层的影响. 金属热 处理学报， 1993 (4)：40～43
　[4] 雷天同， 孙东克. 粉末法硼氮和碳氮共渗中氮原子的扩散和作用. 金属热处理 ， 1991 (8)：13～17
　[5] 蒋百灵， 雷廷权. 渗硼层生长的控制因素及其动力学过程分析. 金属学报， 1991， 27(A1)： 11～15


       
       
       
                压铸模具钢的选用及提高寿命方法


      摘要：影响压铸模使用寿命的因素很多,除了选择正确工艺及合理操作外,其材料的准确选用也至关重要.本文不但对压铸模合理选材做了阐述,还详细探讨了几种提高其使用寿命的方法.  
　　我国加入WTO后的新形式,模具行业从总体上来看,机遇要大于挑战.这主要是我国模具价格要比许多工业发达国家低,有的甚至只是国外价格的1/3～1/5,因此在国际市场上有一定的竞争优势.  
　　从资料可知,在全部模具中,其模具用量的次序是塑料模具、冷冲压模、铸造模具、锻造模具等等。但是，由于选材不对、工艺不正确或操作不当，造成低的高温强度与韧度、差的高温耐磨性、低的耐熔融损伤性等，严重影响了模具使用寿命。所以，除了选择正确工艺及合理操作以外，压铸模材料的选用也是重要问题之一，这对提高模具的产品质量、延长使用寿命具有十分重要的意义。  
　　1 工作条件与性能要求  
　　压铸模是完成压力铸造生产的基本工具,是在高压150MPa～500MPa下将高温1000℃熔融金属压铸成形，加工对象有铅、锌、铝、镁、铜及其它合金等。由于这些金属及合金的熔点不同，对模具性能要求也不完全相同。  
　　1.1 压铸模具的工作条件  
　　(1)与其他模具相比，压铸模具的工作条件十分恶劣，因不同被压铸的金属，要承受150MPa～500MPa很高压力的作用。  
　　(2)工作时，经常与300℃～1000℃的熔融金属接触，不同压铸合金的浇注温度见表1。且不断地反复加热和冷却，沿截面温度梯度很大。  
　　表1 不同压铸合金地浇注温度  
      
  
(3)模具工作型腔收到150m/s～70m/s高速注入地熔融金属接触时，会产生严重地磨损。  
　　(4)型腔在液态金属冲刷和浸蚀作用下，易使金属粘着在模具型腔表面上(尤其是铝合金更为突出)，甚至渗入模面或与模面金属发生化学变化而腐蚀模面。 中国塑料模具网  
　　1.2 压铸模其他性能要求  
　　压力铸造可以铸出形状复杂、精度高、表面粗糙度小并且具有良好地力学性能的零件。所以，压铸模具应具有如下的性能要求： 中国塑料模具网  
　　(1)较大的高温强度与韧度  
　　压铸模具受到熔融金属注入时的高温、高压和热应力作用，容易发生变形，甚至开裂。因此，模具材料在工作温度下应具有足够的高温强度与韧度，以及较高的硬度。  
　　(2)优良的高温耐磨性、抗氧化性与抗回火稳定性 中  
　　高温熔融金属高速注入模具和浇铸后脱模时，均产生较大的摩擦作用，为保证模具长期使用，模具在工作温度下应均有较高的耐磨性。大量连续生产的压铸模具，长时间处于一定温度作用下，应持续保持其高硬度，而且应不粘模及不产生氧化皮。因此，模具还应具有良好的抗氧化性与回火稳定性。  
　　(3)良好的热疲劳性能  
　　压铸模具表面反复受到高温加热与冷却，不断膨胀、收缩，产生交变热应力。此应力超过模具材料的弹性极限时，就发生反复的塑性变形，引起热疲劳。同事，模具表面长时间受到熔融金属的腐蚀与氧化，也会逐渐产生微细裂纹，大多数情况下，热疲劳是决定压铸模具寿命的最重要因素。 中国塑料模具网  
　　(4)高的耐熔融损伤性  
　　随着压铸机的大型化，压铸压力也在增大，已从低压的20～30MPa，提高到高压150～500MPa。高温高压浇铸可产生明显的熔融损伤，模具应对此具有较大的抵抗力。为此，模具材料必须具有较大的高温强度，较小的对熔融金属亲和力，模具表明粗糙度要小，并附有适当的氧化模、氮化层等保护层，而不存在脱碳层。  
　　(5)淬透性好、热处理变形小  
　　一般压铸模具的制造方法是将退火状态的模具材料雕刻型腔，然后热处理，得到所需要的硬度，或将模具材料先进行热处理，得到需要的硬度，再雕刻型腔。先雕刻型腔后热处理的制造方法，有高的硬度和强度，不易产生熔损与热疲劳。无论用哪一种方法进行热处理，得到均一的硬度是必要的，所以要求淬透性好，特别是先雕刻型腔后进行热处理，要用热处理变形小的材料，这点对于尺寸大的模具尤为重要。 中国塑料模具网  
　　(6)较好的被削性与磨削性 中国塑料模具网  
　　压铸模型腔都经切削加工制成，所以模具材料应具有较好的被削性。必须指出，耐磨性好的材料，其被削性一般较差。许多模具钢就是如此，虽在退火状态，其基体部分还是较硬。再加坚硬的碳化物，一般切削困难。 中国塑料模具网  
　　为获得较光滑的压铸件，要求模具型腔表面的粗糙度值小，所以对模具材料也应具有较好抛光性能。 中国塑料模具网  
　　(7)材料内部组织均匀无缺陷  
　　模具材料的组织应均匀、无缺陷、方向性少、否则不仅影响模具的裂纹、强度、热疲劳性能，而且还影响热处理变形。 中国塑料模具网  
　　表2列出压铸不同金属对模具硬度要求。  
表2 压铸模具硬度  
      
2 压铸模材料的选用原则  
　　经上述分析及介绍可知，压铸模材料的选用原则是：  
　　第一 能满足被压铸材料工作条件的要求，一般按表3选用。 中国塑料模具网  
　　表3 压铸模具材料的选用  
      
第二 根据被压铸零件的大小来决定模具尺寸，并考虑到生产批量，参见表3。   
　　第三 按钢材的供应条件，应优先采用我国自产，并且冶金质量稳定的钢材。   
　　第四 大、中型精密压铸模具，应选用加工工艺性能好、使用性能可靠和寿命长的钢种。 中国塑料模具网  
　　3 提高模具寿命方法  
　　随着现代技术的进步，积极推广应用新技术，是进一步提高模具寿命的重要手段。较成熟的提高模具寿命的新工艺有模具整体强韧化处理及模具表面强化处理两大类。 中国塑料模具网  
　　3.1 整体强韧化处理  
　　3Cr2W8V模具钢使用较广，常规热处理工艺为1050℃～1100℃淬火，550℃～620℃回火，硬度一般为45 HRC～50HRC，使用中常出现早期断裂现象，模具寿命往往是较低的。如改用高温淬火和高温回火新工艺，即1150℃高温淬火，640℃～680℃高温回火，硬度为40HRC左右，得到回火索氏体组织。这样，硬度虽然降低了些，但由于耐热疲劳性及断裂韧度大大提高，使用中避免了断裂现象的发生，使用寿命显著延长。若将回火温度控制在620℃～640℃，硬度保持43HRC左右，对一些凸模形状可以延缓产生塌陷时间。  
3.2 表面强化处理  
　　近几年来，随着工业的发展，对产品质量的要求日益严格，因而对模具的要求也越来越高。特别是精密压铸模具，除要求有很高的力学性能，还要求变形量很小，热处理后基本不再加工。下面介绍了三种常用的模具表面强化处理：  
　　(1)模具气体软氮化   
　　气体软氮化是一项新的化学热处理工艺，它是由液体软氮化发展起来的。这项工艺是在井式炉中使用尿素、甲酸胺、三乙醇胺等有机化合物作为渗剂，或通入氨加渗碳性气体等添加物进行氮化处理。  
　　气体软氮化工艺除具有液体软氮化处理温度低、时间短、变形小、不受钢种限制，处理后能显著提高模具型腔的耐磨性、疲劳性、抗咬合及擦伤等性能外，还解决了液体软氮化的毒性问题，具有劳动条件好，氮化质量稳定，工艺操作方便等有点。 中国塑料模具网  
　　压铸模具钢3Cr2W8V软氮化后渗层厚度表明硬度的关系见表4。  
表4 软氮化后渗层厚度与表面硬度的关系  
      
　3Cr2W8V压铸模径气体软氮化表明强化处理后，一般能提高2～10倍，取决于被压铸德零件材料、形状及尺寸。  
　　(2)模具离子氮化   
　　离子氮化是提高模具零件耐磨性、疲劳强度、抗蚀性德一种新德化学热处理工艺，生产实践证实，应用在压铸模具上效果良好。   
　　模具离子氮化德应用实例见表5。   
　　表5 模具离子氮化德应用实例  
      
　(3)模具渗铬  
　　压铸模渗铬可提高型腔表明硬度(HV1300以上)、耐磨性、耐蚀性、疲劳强度和抗高温氧化性。对承受强烈磨损的模具，可显著提高使用寿命。   
　　模具渗铬时，加热到950℃～1100℃，保温5h～10h即可形成一层结合牢固的渗铬层。渗铬层厚度一般较小，不影响模具型腔的尺寸。  
　　例如，某厂对压铸件的一般形状及尺寸来说，铝合金压铸磨3Cr2W8V，经渗铬后的使用寿命可提高10倍左右。   
　　4 结束语  
　　压铸模的工作条件极为复杂和恶劣，一副模具在使用过程中往往交织着多种损伤现象，这些损伤相互作用、相互促进，最后以一种或多种形式失效。所以，在选用模具钢时，应认真细致地进行探讨及分析，从而采用提高压铸模使用寿命地最佳措施，这将对降低生产成本提高经济效益具有重要地现实意义。  



       
       

                原苏联资料报道：
每70g苏打粉（Na2HCO3）和亚铁氰化钾（黄白盐）加1kg木屑配制成的固体渗碳剂，均匀混合后即可使用。工艺：930℃×4h，渗层可达1.0mm，要达到此渗速，普通固体渗碳要8h。此法渗速快，成本低，而且节能。

1、  渗碳：
（1）、木屑+5-10%BaCO3制成固体渗碳剂（加催渗剂），820-830℃×1-1.5h，渗层可达0.25-0.30mm，碳浓度达0.70%-0.90%，生产劳动条件优于一般固体渗碳，节电70%，成本仅为原工艺的30%。
（2）、90%木屑+10%Na2CO3制成渗碳剂。
（3）、 88%木屑+12%BaCO3制成渗碳剂。
（4）、 66%木屑+27% BaCO3+7% Na2CO3制成渗碳剂（一般薄辟件不用此法）。
2、固体渗氮：
  60%木屑+30%尿素+7%生石灰+3%氯化铵，渗氮温度（550±10℃），时间4-10h，渗层厚0.12-0.15 mm。适用于3Cr2W8V、H13等热作模具，高速钢刀具制品等。
3、C-N共渗
  80%木炭+12%木屑+7.5%尿素+0.5-1% Na2CO3组成C、N共渗剂。
4、防氧化保护剂（木屑+3-5% Na2CO3）：
（1）        如：为了节约Cr12MoV合金钢材料，把磨损的模具翻新利用，有较高的经济价值。其工艺：
缩孔加热，780-790℃；高温回火700-720℃；淬火加热980-1000℃时，都撒上木屑适量，能起很好的保护作用。
（2） 工、模具、结构件等在箱式炉中退火时，只要在工件上撒上一层木屑，退火后工件表面光洁美观。
（3） 在高速钢锻件上放一些木屑，再装箱退火，能大大减轻氧化脱碳程度。
（4） 高速钢刀具或模具返修品在空气炉中退火时，能保证工件不氧化、脱碳。

       
       
       
       
        斯太尔汽车WD615发动机曲轴的修复
来源：汽车维护与修理   作者：崔世林  发布时间：2007-10-18
    斯太尔汽车wd615发动机曲轴大都采用45号钢制造。当其轴颈的圆度或圆柱度超过0．05mm时，可通过磨削轴颈来减级(按修理尺寸)使用。只要遵循“减级必氮化”的原则，轴颈不仅可以减1级(按一级修理尺寸)使用，而且还可以减4级(按四级修理尺寸)使用。当轴颈的直径小于允许尺寸时，还可采用埋弧自动堆焊和随后的渗氮处理恢复其名义尺寸。本文介绍我公司恢复该曲轴轴颈名义尺寸的方法。
    1  曲轴的埋弧自动堆焊
    埋弧自动堆焊的实质是机械化的电弧焊：把手工电弧焊的焊条改为自动进给的光钢丝(焊丝)，把焊条上的药皮改为将颗粒状的熔剂(又称焊药)撒敷在焊缝上，使堆焊在熔剂层下进行，不露弧光(图1)。
    1．1  主要没备
    1．1，1  埋弧自动堆焊设备
    埋弧自动堆焊设备由国产adz—300—1型振动堆焊设备稍加改装而成，主要有直流弧焊机、堆焊机床和控制柜3部分。
    1，1．2  预热炉
    预热炉内有4格，装4个小车，可同时放入4根曲轴。在预热炉底部敷设有直径为d 5111111的电炉丝。
    1．2  埋弧自动堆焊工艺
    1．2．1  堆焊前准备
    (1)检验曲轴，测量并记录各轴颈尺寸。曲轴表面及油孑l内应无残留油脂，曲轴磨削后的直线度应为0．05mill，圆角处应无裂纹和台阶。
    (2)堵油孔。用炭精棒或石墨堵塞油孔。
    (3)选择熔剂。最好用含锰、硅量高的焊剂431，其颗粒直径不小于d 3．5mm。为满足堆焊层含碳量要求，可在焊剂中加1％焊剂质量的石墨粉，并用水玻璃将石墨粉粘在焊剂上(焊剂的颗粒在加人石墨粉前要予以筛选，加入石墨粉后要予以烘干)。
    (4)选择焊丝。选用d1．6mill的优质中碳弹簧钢丝，将它清洗除油后绕在绕丝盘上：
    (5)预热曲轴。使曲轴温度达到300度。在将曲轴安装到堆焊机床上后，曲轴的温度可能会降低，这时可用气焊枪补充加热。
    1．2．2  曲轴堆焊工艺规范
    (1)堆焊速度：0．46m／min—0．56 m／min。
    (2)工作电压：21v—23v。
    (3)送丝速度：2．1 m／min～2．3 m／rain。
    (4)工作电流：150a～190a(随送丝速度而定)。
    (5)堆焊螺距：3．6 1tull～4 rmn、
    (6)焊丝外伸长度：10lllln—12 mill。
    (7)电感：第2档，
    (8)焊嘴的偏置量：2lllnl—5 mm(曲轴轴颈直径大时偏置量应大)。
    1．2．3  埋弧自动堆焊工艺
    (1)由轴颈中部向两边圆角堆焊，在圆角堆焊结束后将电弧拉离圆角，使起焊和停焊均处在轴颈应力较小的部位。
    (2)一次堆焊层厚度为3—51tiiii：当轴颈需要堆焊2—3次时，可以连续堆焊，但每次堆焊后，均应使堆焊层表面平整。
    1．2．4  曲轴堆焊后的处理
    (1)曲轴在堆焊结束后需在炉中保温(300℃)2h，再随炉冷却。
    (2)检验堆焊层表面硬度和曲轴的直线度，应分别为332hv(相当于35hrc左右)和0．05tnm(堆焊层组织应为均匀的、晶粒细小的回火索氏体)。
    (3)钻通油孔。
    (4)车削和磨削曲轴轴颈。先车削主轴颈，然后车削连杆轴颈(轴颈堆焊后的加工余量为2．5-3 mm，车削时要注意留出0．6～0．8rain的磨削量)，在车削结束后再磨削曲轴轴颈。
    在车削和磨削曲轴轴颈时要仔细观察其表面有无裂纹，磨削结束后还要对曲轴进行探伤，尤其不允许轴颈圆角处有裂纹。另外，曲轴轴颈加工后的尺寸不能达到轴颈公差范围的极限值，要留——定范围给渗氮处理，如潍坊柴油机厂把曲  轴  主  轴  颈  控  制  在0100+0.003或-0.002mm，杭州汽车发动机厂控制在d 100—000，2mm；对曲轴不能进行渗氮处理。
    2  曲轴的渗氮处理
    否则，
    对于曲轴轴颈的渗氮处理，我公司采用低温气体碳氮共渗工艺(气体软氮化处理)，不仅能提高曲轴的硬度和疲劳强度，而且还具有不受钢种限制，处理时间短、温度低，曲轴变形小，设备简单，操作方便及成本低等优点。   
    2．1  低温碳氮共渗温度  
    在fe—n—c系的共析温度(565度)附近，氮在。—fe中有最大的溶解度。降低共渗温度(低于共析温度)时，渗氮层厚度随之变小，硬度也降低。提高共渗温度(高于共析温度)时，虽然能增加渗氮层厚度，但易出现渗氮层外缘组织疏松的缺陷，明显降低渗氮层的性能。我公司采用的共渗温度为570℃(比回火温度低15度)。
    2．2  低温碳氮共渗时间
    渗氮层厚度是随共渗时间的增加而增大的，但不是按正比例增大的。在低温共渗时，渗氮层厚度增大的速度开始时很快，而在2．5h以后显著减慢，原因是随着时间的增加，碳的含量明显增加，阻碍氮原子向轴颈金属内部扩散。因此，我公司将共渗时间确定为3h。
    2．3  低温碳氮共渗介质
    尿素(nh2)co是价廉的农用化肥，它在500度以上完全热分解时所形成的气体的组成是：φ(co)=0．25,φ(n2)：0．25及φ(h2）=0．5。这种气体的活性较强，完全适用于曲轴的低温气体碳氮共渗工艺。
    尿素的熔点很低，为127度，在低温下分解不完全时易生成一些固态物质，堵塞添加尿素的通道。所以，尿素加料通道要适当加大并设置水冷套，使尿素能直接进入500℃以上的渗氮炉内进行热分解。
    2．4  渗氮炉
    由于渗氮处理时曲轴必须垂直放置，且还要用夹具夹牢(防止变形)，故要把稍事改装后的井式渗碳炉作为渗氮炉。
    2．5  操作步骤
    (1)将曲轴清洁后装炉升温，并在曲轴装炉后立即滴人甲醇进行排气，排气时间为20min—30min。
    (2)加入尿素，并继续滴人甲醇进行排气30min。
    (3)停止滴甲醇而继续加入尿素，并保温(570t)3h。尿素的加人量要按渗氮炉容量控制在600-800g／h。如尿素加入量过少，则气体活性低，影响渗氮的速度；如尿素加入量过多，则气体活性高，易产生轴颈表面组织疏松的缺陷，并可能导致大量未完全分解的尿素生成物堵塞添加尿素的通道，影响正常操作。在操作中可根据废气燃烧情况判断尿素加入量是否恰当。若废气不易燃烧，则尿素加入量不足；若火苗经常熄灭，则尿素加入量过多。
    (4)保温结束后停止加入尿素，然后滴人甲醇进行排气约5min。
    (5)将曲轴从渗氮炉中取出，并按工艺要求进行冷却。
    2．6  低温碳氮共渗后的冷却
    曲轴出炉后采用快速淬火油或机械油冷却15min。
    2．7  曲轴渗氮处理后的质量检验
    对渗氮处理后的曲轴轴颈，应检验其表面硬度、渗氮层厚度。对由我厂渗氮处理后的曲轴轴颈试样的检验结果是：轴颈表面硬度600hv以上，渗氮层厚度0．021 1llin—0．023 rain。该检验结果符合有关的技术要求。
    3  曲轴修复后的使用
    18辆斯太尔汽车在其wd615发动机装用修复后曲轴的运行试验结果是：汽车行驶里程最长的达到11万km，最短的也超过6万lan；未出现过主轴瓦或连杆轴瓦产生异响、拉瓦或抱轴的事故。上述结果表明所采用的曲轴修复工艺能延长斯太尔汽车w1)615发动机曲轴的使用寿命。