粒度和保温时间对渗碳AISI 1018钢的表面硬度的影响外文翻译资料

 2022-07-30 20:30:43

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粒度和保温时间对渗碳AISI 1018钢的表面硬度的影响

O. L. Akanji1* , O. S. Fatoba1,2 and A. S. Aasa3

1.特斯瓦恩理工大学化学与冶金材料工程，P.M.B X680，比勒陀利亚，南非0001，南非

2.拉各斯大学冶金材料工程，Akoka，Yaba，拉各斯，尼日利亚

3.比勒陀利亚大学机械工程，比勒陀利亚，南非

作者贡献：这些成果是由作者们合作得到的。O.S.F.撰写了草稿的第一稿并对实验进行整合分析。A.S.A.对结果和讨论中的数据进行了分析、验证和检验。O.L.A.收集论文所需的材料，撰写文献综述并对实验过程进行分析。所有作者在提交出版之前，对此文章进行了校对。 所有作者认可终稿。

文章信息:DOI: 10.9734/BJAST/2015/13552

编辑：1.Grzegorz Golanski，波兰科技大学材料工程研究所

2.SingiresuS·拉，迈阿密大学机械系和航空航天工程

审稿：1.匿名，印度

2.匿名，巴西

3.匿名，尼日利亚

4.匿名，中国

收稿：2014年8月22日

确认：2014年12月27日

出版：2015年1月21日

摘要：这篇文章考察了过程变量对渗碳AISI 1018钢在水和油中淬火以提高性能的机械性能的影响。渗碳剂中加入了贝壳。渗碳剂使用贝类重量百分比（10，20，30和40％），212mu;m，425mu;m和600mu;m的粒径渗碳。本实验的渗碳温度为950℃，保温时间分别为4h,6h,8h,采用水淬和油淬。之后再在200℃保温1h以减少淬火过程中产生的应力。对钢的硬度测试表明，保温时间的增加、贝壳质量分数的增加及粒径的细小使得钢的硬度增加。最佳的工艺为：90%的木炭加上10%粒径为212mu;m的贝壳作为渗碳剂，保温8h后水淬。

关键词：活性剂；保温时间；淬火介质；粒径大小；硬度

  1. 简介

工程材料的失效是不可避免的，原因有几个，包括人身伤害，经济损失以及对产品和服务可用性的干扰。通常的原因是材料的选择和处理不当，设计不当和组件的滥用[1]。各种形式的钢都用于主要和次要机械部件的制造。螺栓，凸轮，螺母和切削刀具是通常由钢制成的基本工程组件之一。许多钢构件的使用条件要求它们具有坚硬，耐磨的表面和坚固的抗冲击心部。

钢铁由于其在钢种之间的主导地位和可加工性[2]，以及低成本的特点，它在齿轮，钥匙，小齿轮，手工具，轴，农业设备等工程部件的生产具有广泛的应用[3]。这些部件需要良好的冲击强度，拉伸强度和硬度，以达到安全和坚韧的目的。溶质原子溶入间隙才会提高钢的快速渗透能力。一旦溶解，这些元素通过根据扩散原子形成间隙碳化物，氮化物或硼化物来增加表面的硬度[4]。

Nwoke等人 [1]报道渗碳是最常用的钢的热处理方法之一。多年来，它是通过将低碳铁部件埋在木炭中进行的，然后将温度升高至红热并保持数小时。所得到的材料相比较初始材料，硬度有所提高，韧性不降低的情况下耐磨性也有所提高。最优结构材料在制造环境中是一个巨大的问题，其中诸如韧性和硬度等机械性能的高性能需求很高[6]。在硬化热处理过程中，溶解在奥氏体中的碳的浓度增加导致奥氏体向马氏体的转变后钢的硬度和其他机械性能的提高[6,7]，而心部作为铁素体或珠光体结构保持一定韧性[8,9]。

Ogo和Ette研究了使用贝壳作为活性剂在渗碳钢中的潜力[10]。从其结果来看，向木炭添加贝壳提高了渗碳速率，拉伸强度和渗碳钢硬度也有显着提高[11-13]。他们认为，贝壳的作用比BaCO3效果更好，相对效率为72.5％。但粒度对渗碳钢强度的影响却没有被过多讨论。

大家对热处理工艺参数的研究已经持续了很久[14-17]，但表面处理的工艺研究却相对较少[18]，因此控制渗碳参数是一个复杂的课题。渗碳的主要影响因素是保温时间，渗碳温度，碳势和淬火介质[19]。

本文的目的是通过研究活性剂的重量百分比和颗粒大小，确定贝壳作为钢的渗碳活性剂与木炭混合的潜在用途，讨论活性剂颗粒尺寸对渗碳AISI 1018钢的机械性能的影响。

  1. 实验过程

2.1材料及原理

材料化学成分见表1

表1.AISI 1018钢化学成分（尼日利亚拉各斯埃尔多拉多钢铁业）

渗碳工艺在马弗炉中进行。将贝壳和木炭在球磨机中得到并研磨成粉末以增加表面积。将贝壳粉末分别用212mu;m，425mu;m和600mu;m的筛子筛分。如表3所示，将木炭粉末与活性剂（贝壳）以9:1,8:2,7:3和6:4的比例适当混合。含有CaCO3的贝壳作为活性剂，促进CO 2气体的形成（iv），并与介质中的过量碳反应产生CO气体。该CO与低碳钢表面反应形成扩散到钢中的原子碳。在渗碳过程开始之前将制备的样品抛光成镜面状。试样放入含有渗碳剂（木炭及贝壳）的箱子中，并加入黏土和水以保证渗碳剂的紧实，且防止其他气体进入箱子。将渗碳箱放入炉中并加热到950℃。当达到既定渗碳温度时，分别保温4h、6h及8h。保温结束后，将渗碳箱移出，在室温下将试样水淬或油淬。油淬后的材料物理性能见表2。渗碳实验根据木炭与贝壳百分比不同而进行了多组实验。

渗碳试样在200℃保温一个小时后空冷。通过使用带有维氏钻石压头的Matsuzawa Seiko Vickers显微硬度测试仪MHT-1对渗碳回火的低碳钢钢样品进行维氏硬度试验。对于每个硬度压痕动作，使用100kg的间隙，50mu;m的间隔和10秒的停留时间。样品的硬度由压头在所述样品上施压及被机器移位的距离所示。每个试样实验5次，将得到的平均值作为实验数据。加载10s钟后，以两个对角线为特征的压头的金刚石形状保留在样品的表面上。

表2.木炭和贝壳的比例

表3.淬火油的典型特征（加拿大石油公司）

  1. 结果与讨论

根据图1,950℃渗碳4h后水淬，当贝壳粒径为212mu;m且含量为40%时，硬度最高且为300HV。同等条件下，贝壳粒径为425mu;m时得到的硬度比212mu;m时低，粒径为600mu;m时最低。这就表明，同等条件下，活性剂粒径越小，得到的材料硬度越大。根据据Stephen和Edward等人[20]对回火微观结构的变化的研究，硬度、拉伸强度和屈服强度会降低，但延展性和韧性会增加。对渗碳试样回火温度的确定会影响到其淬火时产生的应力是否得到减少。过饱和固溶体析出为稳定分散的碳化物相，导致钢的韧性大大提高，但其硬度几乎没有降低[21]。这就表明，粒径越小，渗碳和回火样品的硬度越高。渗碳4h后水淬的条件下，活性剂粒径为425mu;m的硬度和粒径为212mu;m的硬度相差不大，但粒径为600mu;m对应的硬度确实另外两种粒径的一半。

根据图2，950℃渗碳4h后油淬，贝壳粒径为212mu;m时得到最佳硬度270HV，但相比同等条件下的水淬，硬度有所降低。根据图1和图2的对比，同等条件下水淬得到的硬度比油淬高。如Gunduz等人的研究，这可能是因为水的快冷导致马氏体中碳含量的增加[22]。除此之外，图1中在先共析铁素体和珠光体中的微小颗粒阻止了位错运动，也对水淬试样的硬度有一定贡献。粒径为212mu;m时显示正弦曲线。活性剂质量分数为30%时，硬度下降了18%。质量分数越小，对应硬度值越大。随着活性剂质量分数的减少，425mu;m对应的硬度呈增加趋势。水淬得到的硬度比油淬高。细小粒度对增加渗碳时间的钢的硬度有影响。

根据图3，950℃渗碳6h后水淬，贝壳粒径为425mu;m且含量为20%时得到最高硬度为269HV。在这之后，硬度随着活性剂增加而减小。粒径为212mu;m且木炭含量为100%时得到最低硬度。这些就表明了活性剂粒径与含量对渗碳回火试样硬度的影响。相同水淬条件下，保温时间的延长对于粒径600mu;m所对应的硬度影响不大。

根据图4，950℃渗碳6h后油淬，贝壳粒径为600mu;m且含量为20%时得到最高硬度为301HV，尽管在其他组成范围内硬度有急剧地下降。212mu;m对应曲线起初较为平缓，达到265HV的峰值后，随着活性剂的增加，硬度降低。最低硬度出现在425mu;m对应曲线中。通过图3和图4的对比，425mu;m粒径对应的硬度在油淬时的硬度比水淬时有显著地降低。

根据图5，950℃渗碳8h后水淬，贝壳粒径为212mu;m且含量为10%时得到最高硬度310HV，425mu;m粒径对应的硬度增加平缓，600mu;m粒径对应的硬度随着贝壳含量增加而降低。212mu;m对应硬度是其余两个的两倍。因此，90%的木炭加上粒径为212mu;m的贝壳作为渗碳剂，得到最高硬度310HV。这表明粒径越小，对应硬度越高。此外，由Fatoba等人的研究，贝壳将作为渗碳过程中潜在的钢铁活性剂[13]。

根据图6，950℃渗碳8h后油淬，212mu;m粒径且含量为10%时对应最高硬度280HV，远远高于其他两种粒径对应的硬度值。212mu;m对应曲线中，随着活性剂增加，硬度增加。但在30%时硬度稍微降低，40%时又增加。600mu;m对应曲线中最高硬度出现在贝壳含量为10%的时候。

图1.百分含量--硬度（950℃，4h，水淬）

图2.百分含量--硬度（950℃，4h，油淬）

图3.百分含量--硬度（950℃，6h，水淬）

图4.百分含量--硬度（950℃，6h，油淬）

图5.百分含量--硬度（950℃，8h，水淬）

图6.百分含量--硬度（950℃，8h，油淬）

  1. 结论

根据结果可以得出：

在低碳钢的渗碳剂中加入贝壳会明显提高渗碳效果，这一点可以从相同保温时间、贝壳粒径、淬火介质条件下，渗碳剂为100%木炭的试样与加入贝壳的试样的硬度对比中看出来。没有加入贝壳的试样的硬度值是最低的。

最佳渗碳工艺为90%的木炭加上10%粒径为212mu;m的贝壳作为渗碳剂，保温8h后水淬。最高硬度为310HV。这表明随着粒径减小，硬度会提高。说明贝壳应该应用到低碳钢的渗过程中。

更长的保温时间和更细的粒度会带来更佳的渗碳效果。更长的保温时间使得碳扩散的时间更长，这会增加渗碳的深度及试样的硬度。另一方面，更细的粒径代表更大的表面积，提高了反应速率。

说明：作者之间不存在利益联系

参考文献：

1.Nwoke VU. 工艺变量对不同介质淬火的表面硬化低碳钢的力学性能的影响[J].国际科学技术研究,2014;3（4）：388-398.

  1. 金泽浩，Koyasou YK. 开发用于汽车齿轮的高强度渗碳钢[J]. 新日铁技术报告1995;65：234-237.
  2. Smith WF，Haashemi J. 材料科学与工程材料[M].第4版 McGraw-Hill，纽约;2006年.
  3. 希金斯RA. 工程冶金.（第1部分，应用物理冶金）.第5版 肯特：ELBS; Edward Arnold Publishers Ltd. 1991; 40-162.
  4. 杨CF，赵LH，吴继康. 渗碳和加氢对AISI 4118钢冲击韧性的影响[J]. 表面和涂层技术,1995;73：18-22.
  5. Rajan TV，Sharma CP，Sharma A. Heat Treatment-Principles and Techniques. 印度私人有限公司，新德里印度Prentice-Hall;1988年.
  6. Thelning KE. 钢及其热处理[M],第二版 巴特沃思，伦敦;1984年.
  7. Feng C，Tahir IK. 淬火介质对Ti-6Al-4V磨损行为的影响[J]. 材料科学学报,2008;43（2）：788-92.
  8. Oberg E，Jones FD，Horton HL. 机械手册[M]. 第22版 美国纽约纽约工业出版社;1984年.
  9. Ogo DUI，Ette AO. 在渗碳的轻度钢使用河蚌壳作为增碳剂[J].ISIJ国际1994;44（5）：865-868.
  10. Ogo DUI，Ette AO，Iyorchir AI. 尼日利亚小型铸造和热处理车间海水和椰子壳作为碳酸钡替代品的可行性[J]. ISIJ国际2007;35（2）：203-209.
  11. Ekeshili CK。 粒度和烧结温度对海壳/粘土混合物燃烧性能的影响[J].学士论文，农业大学，马可迪;1991年.
  12. Fatoba OS，Bodude MA，Akanji OL，Adamson IO，Agwuncha SC. 贝壳，动物骨和碳酸钠作为活性炭在碳钢渗碳中的适用性[J]. 基础与应用科学学报, 2013;

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