采用渗碳-碳氮共渗复合热处理工艺具有处理温度低、渗速快等优点,同时能有效抑制单一渗碳和单一碳氮共渗中易产生的组织缺陷,渗层浓度梯度和硬度梯度平缓,渗层与基体结合强度较高、表面残余应力高,综合力学性能好。
对于含碳量较低、合金元素较少且要求渗层大于1.0mm,在重载荷、中等冲击、中高速场合下工作的零件通常采用渗碳-碳氮共渗复合热处理。前期进行高温高碳势渗碳,使渗层表面获得足够的碳浓度,后期碳氮共渗扩散,这样既可增厚渗层,平缓碳浓度梯度,同时抑制了块状和网状碳化物的出现。由于碳氮共渗在扩散时期进行,大大提高了共渗速度,共渗采用较低的碳势、和氨气通入量,可有效抑制和黑色组织。
复合热处理使表层、次表层都具有很高的硬度,提高了该区域的强度、硬度和残余压应力,将抑制疲劳裂纹疲劳萌生和扩展,从而提高了其疲劳强度。复合处理的共析层一般在0.25-0.35mm,平缓的浓度和硬度梯度减缓了小能量多冲击裂纹和弯曲偏劳裂纹的生成。下图为我公司为某著名机械公司生产的20#柱塞进行渗碳-碳氮共渗复合热处理后的表面组织。
青岛丰东热处理有限公司使用自主研发的UNICASE滴注式密封箱式多用炉进行渗碳-碳氮共渗复合热处理,工艺已趋于成熟,将在更广泛的领域使用。