低温化学热处理工艺方法选择通则

低温化学热处理工艺方法选择通则

1 范围

本标准规定了低温化学热处理工艺方法选择的一般通则。

本标准适用于碳素钢、合金结构钢、工模具钢、不锈钢和铸铁等材料制成的工件的气体渗氮、离子渗氮、气体碳氮共渗、盐浴硫氮碳共渗及电解渗硫等低温化学热处理工艺方法的选择。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T 7232 金属热处理工艺术语（GB/T 7232—1999，neq DIN EN 10052：1994，JIS B 6905：1995）

GB/T 8121 热处理工艺材料术语

GB/T 18177 钢件的气体渗氮（GB/T 18177—2000，neq JIS 6915：1993）

JB/T 4155 气体氮碳共渗

JB/T 6956 钢铁件的离子渗氮

JB/T 9198 盐浴硫氮碳共渗

3 术语和定义

GB/T 7232、GB/T 8121中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1 低温化学热处理 low temperature thermochemical treatment

将钢铁工件置于低于Ac₁温度的活性介质中保温，渗入一种或几种元素以改变表层化学成分、组织和性能的热处理工艺。

3.2 咬合 seizing

摩擦副在摩擦力作用下，其两个磨伤表面出现黏合，摩擦副的相对运动受阻的现象。

3.3 咬死 grip

因咬合而导致摩擦表面“冷焊”，表面产生严重黏着或转移使相对运动停止的现象。

3.4 接触疲劳 contact fatigue

材料在循环接触应力作用下，产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后，接触表面发生麻点、浅层或深层剥落的过程。

3.5 弯曲疲劳 bending fatigue

工件在脉冲或交变弯曲应力作用下萌生裂纹，因裂纹扩展而导致断裂的过程。

3.6 黏着磨损 adhesive wea

在摩擦副相对运动中，接触表层发生塑性变形，表面的氧化膜被破坏，从拉毛、擦伤发展到材料由一表面转移至另一表面所导致的磨损。

4 选择工艺术方法的一般原则

4.1 根据工件的服役条件、失效形式与渗层的特性选择工艺

4.1.1 用碳素结构钢或低合金结构钢制造的低速或轻载荷下工作的，但有耐磨要求的工件，在成品状态选用气体氮碳共渗或盐浴硫氮碳共渗。低合金结构钢工件，亦可采用离子渗氮。

4.1.2 承受重载荷并要求耐磨性与抗疲劳性高的工件，应采用离子渗氮或气体渗氮。

4.1.3 承受中等弯曲、扭转和一定冲击载荷，且工作表面承受磨损的轴类工件，应采用气体氮碳共渗、盐浴硫氮碳共渗或离子渗氮（碳素结构钢除外）。

4.1.4 承受很高的弯曲、扭转和一定冲击载荷，工作表面易磨损的工件（如大马力柴油机曲轴）；承受很高的弯曲、扭转和一定冲击载荷，转速高，精度高的工件（如坐标镗床主轴等）应采用离子渗氮或气体渗氮。

4.1.5 用含铬、钼、钒的合金结构钢制造的承受高接触载荷和弯曲应力，且要求变形小的工件（如大模数重载齿轮齿轴）采用深层离子渗氮或气体渗氮。

4.1.6 要求减摩、自润滑性能高的工件，应采用盐浴硫氮碳共渗。

4.1.7 单纯要求耐蚀性好的工件，可用碳素钢制造并进行抗蚀渗氮，但化合物层应以ε相为主，且致密区厚度在10μm以上。

4.1.8 承受较轻与中等载荷，以黏着磨损为主要失效形式的工件，应采用盐浴硫氮碳共渗或气体氮碳共渗。

4.1.9 以黏着磨损为主要失效形式的模具（如高精度冷冲模、冷挤模、拉深模、塑料及非金属成型模等）和刀具（回火温度低的碳素工具钢、低合金工具钢冷作模具除外），应采用盐浴硫氮碳共渗或气体氮碳共渗；以热磨损与冷疲劳为主要失效形式的模具（如铜合金挤压模与压铸模等），应采用离子渗氮或气体渗氮。

4.1.10 低温电解渗硫主要用于经过渗碳、淬火；渗氮；整体或表面淬火以及调质的工件，达到降低表面摩擦系数，提高抗擦伤、抗咬合能力的目的。

4.1.11 五种低温化学热处理渗层性能的对比见表1。几种典型工件（如齿轮、轴类、冷热模具等）的适用工艺参见附录A、附录B、附录C。

表1 五种低温化学热处理渗层性能的对比

5 低温化学热处理工艺的实施

分别参照GB/T 18177、JB/T 6956、JB/T 4155、JB/T 9198等相关标准执行。低温电解渗硫可参照有关工艺执行。

附录A

（资料性附录）(www.xing528.com)

适用于齿轮的低温化学热处理工艺

适用于齿轮的低温化学热处理工艺见表A.1。

表 A.1

4.2 根据工件的材料及技术要求选择工艺

4.2.1 碳素钢工件，不应选用气体渗氮（抗蚀渗氮除外）或离子渗氮，应采用气体氮碳共渗或盐浴硫氮碳共渗。

4.2.2 铸铁工件，回火温度低于520℃的弹簧钢等工件，应选用气体氮碳共渗或离子渗氮。

4.2.3 形状复杂件，有深孔、小孔、细狭缝或盲孔的需硬化工件，不应选用离子渗氮。

4.2.4 需要局部渗或局部防渗的工件，不应选用盐浴硫氮碳共渗。

4.2.5 要求有效硬化层深度大于0.35mm的工件应选用离子渗氮或气体渗氮；要求渗层较浅的工件应选用盐浴硫氮碳共渗或气体氮碳共渗，也可选用离子渗氮。

4.3 根据工件的尺寸和生产批量选择工艺

4.3.1 工件尺寸较大且批量生产，应用气体氮碳共渗或离子渗氮。

4.3.2 品种单一且大批量生产，可选用气体氮碳共渗；工件大小不一，品种多，宜采用盐浴硫氮碳共渗。

4.4 根据综合经济效益选择工艺

从生产效率、生产周期、能源消耗、设备投资、生产成本及环境保护等因素综合考虑，因厂制宜地合理选择工艺见表2。

表2 五种低温化学热处理工艺方法综合经济效益比较

（续）

5 低温化学热处理工艺的实施

分别参照GB/T 18177、JB/T 6956、JB/T 4155、JB/T 9198等相关标准执行。低温电解渗硫可参照有关工艺执行。

附录A

（资料性附录）

适用于齿轮的低温化学热处理工艺

适用于齿轮的低温化学热处理工艺见表A.1。

表 A.1

附录B

（资料性附录）

适用于轴类工件的低温化学热处理工艺

适用于轴类工件的低温化学热处理工艺见表B.1。

表 B.1

附录B

（资料性附录）

适用于轴类工件的低温化学热处理工艺

适用于轴类工件的低温化学热处理工艺见表B.1。

表 B.1

附录C

（资料性附录）

适用于模具的低温化学热处理工艺

适用于模具的低温化学热处理工艺见表C.1。

表 C.1

附录C

（资料性附录）

适用于模具的低温化学热处理工艺

适用于模具的低温化学热处理工艺见表C.1。

表 C.1