钢材回火温度对性能的影响及渗碳规律分析

2.1.1 高温快速加热

适当提高炉温可使钢件表面达到所需温度的时间大为缩短（见图6-1）。实践证明，把炉温从900℃提高到925℃，可使工件表面到达900℃的时间从2h减少到0.5h。

图6-1 100mm厚钢板在不同炉温下加热时的表面温度随时间的变化

同理，也可用高温快速回火代替常温回火。由于温度对钢材回火组织和性能的影响大大超过时间的作用，提高回火温度增加的能耗完全可以被缩短的时间补偿。

2.1.2 高温渗碳

由扩散定律推导出的计算钢渗碳层δ（mm）和渗碳温度T（K）与时间t（h）的关系式为

在给定温度下，上式可简化为。此关系是一种明显的抛物线规律（见图6-2），故渗碳的快慢取决于不同温度下的K值（见表6-6）。在不同温度渗到相同渗碳层深度的时间t_i和K_i的关系为

图6-2 固体渗碳（65%木炭+23%焦炭、12%BaCO₃） 时渗碳层深度和渗碳温度、渗碳时间的关系

如果渗碳温度由常用的930℃提高到1050℃，从表6-6可查出K₁=0.674；K₂=1.257；t₂=0.287t₁，说明1050℃渗碳比930℃渗碳缩短2/3的时间，温度提高120℃。

表6-6 不同温度下的K值(www.xing528.com)

表6-7所列为20CrMnTi钢在920℃和1000℃渗碳结果比较。SAE1117（相当于16Mn易切削钢）、SAE4615（相当于15Ni2Mo）、SAE8620（相当于20CrNiMo）、SAE9315（相当于15CrNiMo）四种钢在不同温度下气体渗碳结果见表6-8。表中数据和计算结果基本吻合。AISI1080钢（相当于20钢）在不同温度下渗碳3h的碳质量分数沿层深分布如图6-3所示。图6-4为SAE8620钢在不同温度下渗碳不同时间和不同渗碳条件的碳质量分数沿层深分布。所有数据都显示在1000℃以上渗碳显著的增速效果。

表6-7 20CrMnTi钢在920℃和1000℃渗碳结果比较

表6-8 不同钢种在不同温度下气体渗碳3h结果

图6-3 AISI1080钢在不同温度渗碳3h的碳含量（质量分数）沿层深分布

高温渗碳时间短，可达到节能效果。但长期以来，由于高温渗碳炉制造难度大且难以实现大批量自动化生产，限制了这种方法的应用。近年来，天津创真炉业有限公司研发出了工作温度在1100℃的密封箱式渗碳炉，天龙科技炉业（无锡）有限公司研发的大型井式渗碳炉通过技术鉴定，已投放市场，为高温、快速、节能深层渗碳提供了技术保证。

图6-4 SAE8620钢渗碳碳含量（质量分数）梯度计算值

1—1040℃，0.5h 2—1040℃渗碳0.5h、扩散0.5h 3—925℃，5.5h 4—1040℃渗碳3h