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渗碳

渗碳

渗碳是指一种制造工艺,通过在钢或铁零件表面浸渍碳原子使其表面硬化。这一过程有助于“表面硬化”或“表面硬化”,即金属内部保持相对柔软,但外层硬化成坚硬的保护性外壳。渗碳通常依靠高度控制的热处理过程来加速碳原子的转移。

本世纪的冶金学家使用各种方法来获得淬硬的钢表面。与感应淬火和氮化一样,渗碳已经成为最流行的制造工艺之一。

渗碳过程

制造商通过添加碳,努力使铁或低碳钢的表面硬化,从而进行渗碳。这个过程改变了钢铁零件表面的化学成分。工件在机加工后通常要经过这一过程。渗碳工具不容易断裂,在正常使用过程中更有效地抵抗划痕和其他磨损。制造商使用机箱深度测量来帮助评估这外层保护层的厚度。

在渗碳过程中,碳原子从碳源扩散到金属工件表面。当部件冷却时,它们会永久附着在金属结构中。碳会以两种方式之一增加硬度:要么成为金属本身外部结构的一部分,形成外部马氏体或珠光体钢层,或者在某些情况下,它会与合金中的其他元素结合后形成碳化物。这两种情况都会产生永久硬化的钢表面。

渗碳的方法

四种渗碳方法已在制造环境中得到普及。各有利弊:

液体渗碳

制造商有时会把碳原子浸入低碳钢的表面,方法是将金属浸入高碳液体的高温浴中。

流程细节

在过去,用于这一过程的液体通常包括氰化物,这是一种强酸,可以帮助磨损表面,为碳沉积准备金属。今天,制造商通常在液体渗碳过程中使用更环保、毒性更小的酸。网篮或金属丝使整个工件在液浴中悬浮一段时间,确保渗碳均匀。

好处

这一工艺有利于生产高碳含量的外部金属外壳。它通常只需要比较少的时间就可以完成。液体渗碳对于中小型零件的表面强化是非常有效的;制造商可以很容易地将这一过程自动化。

例子

生产球轴承等小件产品的制造商经常采用液体渗碳。

气体渗碳

这种广受欢迎的渗碳方法是利用甲烷或一氧化碳等气体使碳沉积在低碳钢合金或铁的表面。

流程细节

今天,制造商小心地控制温度,以达到最佳的渗碳水平。这一过程通常在大型熔炉中进行。它经常与自动化一起发生,并对表面硬化的深度提供了很好的控制。

好处

气体渗碳使制造商更容易在非常大的工件上工作。此外,它还可以使公司有效地对大量材料进行外壳硬化。

例子

这个过程允许渗碳的商业保险箱和金库,以及大型工业叶片和其他重型物品。

固体渗碳

这种制造工艺是许多年前发现的,它需要用木炭或焦炭包装低碳钢或铁,然后在非常高的温度下加热材料。

流程细节

这时会形成一氧化碳气体,帮助把一些碳转移到金属表面。使用这种方法时,制造商经常会遇到在整个表面保持均匀温度的挑战,因此渗碳表面的碳水平可能会有所不同。这一过程会产生较薄(1mm到1.5mm)的硬化层。

好处

填充渗碳方法使制造公司能够渗碳大零件和小零件的大体积。

例子

制造商有时使用这种方法生产廉价的消费工具,如园艺抹刀和耙子。

真空渗碳

真空渗碳通常与油或高压气淬技术结合使用,在无氧的情况下进行。

流程细节

公司经常利用甲烷作为扩散碳的媒介,在非常高的温度下将这种气体注入渗碳的无氧真空室。

好处

这种灵活、昂贵的工艺允许制造商有效地对各种不同尺寸的工件进行渗碳。它产生表面硬化比较快。

例子

这种方法被证明是生产许多航空、航天和钻井部件的理想方法。

应用程序

渗碳引起的表面硬化在各行各业都有广泛的应用。例如,今天的渗碳钻头在许多情况下帮助人们,从木工到石油和天然气勘探。渗碳也对机械加工行业做出了重要贡献,使制造商能够延长许多金属设备的使用寿命。一些严重依赖渗碳金属的行业包括:海事和航空航天工业、农业综合企业、工业制造商和汽车工业。

关键优势

渗碳有其优点,因为它为低碳钢和铁合金的外表面提供表面硬化。例如,经过热处理和渗碳的金属部件往往能更有效地抵抗磨损。渗碳表面的硬度也可以保护锋利的工具在正常使用时不容易碎裂。渗碳还能提高耐磨性,延长工具和金属制品的使用寿命。


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