膏剂渗碳工艺与渗后热处理对其渗层性能的影响
钢的渗碳是化学热处理中应用最普遍的一种方法，渗碳方法一般分为固体法、气体法、液体法等。但无论哪种方法，渗碳总是通过气相进行的。固体法作为最古老的方法之一，现仍有应用，主要是设备简单，便于操作，尤其适用于单件小批量生产及修复渗碳。膏剂法渗碳其实是固体渗碳法的延续，具有渗速较快、节约渗剂、操作简单、成本低廉，尤其可实现局部渗碳，但同时往往又存在渗入不均匀、不稳定、不易控制的缺点，因而限制了膏剂法纪的应用。本试验的目的是通过在膏剂渗碳涂层的外面再涂覆一层保护涂料，试图克服膏剂在加热固化过程中的氧化、开裂、碳的外逸损耗现象，进而现实可靠的膏剂渗碳。
渗碳膏剂是由固体渗碳剂碾成粒度为目粉末后，加入粘结剂调成糊状膏剂，粘结剂为日常用胶水及水玻璃溶液两种。保护性涂料配方分别为①棕刚玉粉+纳土+粘结剂；②石英粉+石墨粉+纳土+粘结剂；③铁粉+Al2O3+硅溶胶；④耐火粘土+水玻璃。渗碳膏剂和保护涂料的涂覆方法为：先将待渗试样表面清理干净，依次将渗碳膏剂和保护层涂刷在试样表面上，待自然干燥后在100～150℃下烘干。并采用如下方法进行对比试验：（a）涂渗碳膏剂后直接渗碳；（b）涂渗碳膏剂后再外涂保护涂料直接渗碳；（c）涂渗碳膏剂后，埋入旧渗碳剂中密闭渗碳；（d）涂渗碳膏剂后，再加保护涂料埋入旧渗剂中密闭渗碳。渗碳工艺都为920℃保温5h，然后再进行不同的渗后热处理：800℃加热淬火+200℃×1h回火，及先900℃淬火，再800℃加热淬火+200℃×1h回火。并试验了渗碳膏剂涂层厚度对渗碳层深度的影响，及不同渗后热处理对渗层耐磨性的影响。
几种试验方法的渗碳结果及涂料情况分析：涂渗碳膏剂后不涂保护涂料的试样，无论是直接渗碳（方法（a））。还是装箱埋入旧渗碳剂中渗碳（方法（c）），试样的渗碳层深极浅，主要是高温下渗碳涂层与氧作用形成CO2逸出，工件表面形不成一定的碳势所致。采用（b）即加涂保护涂料后直接渗碳，无论采用哪种保护涂料，其保护效果都不十分理想，出现渗层深度不均匀现象。经观察分析认为，虽然渗碳膏剂外加涂一层保护性涂料，但在高温下加热固化时，局部出现裂纹或固化结壳后不具备气密性，在保护层内形成不了一定的碳势均匀性差，致使渗层深度及其均匀性受到影响。采用方法（d）时，无论采用哪种保护涂料，其外表面均未发现裂纹，主要是高温加热时，旧渗剂的颗粒对保护涂料的外层起到了支撑作用，防止了固化过程中的堆积、开裂现象，但1号、2号保护涂料的保护效果仍不耐高温，但形成的坚硬外壳透气性好，达不到气密性作用，无法防止碳的外逸。3号、4号保护涂料的效果最为稳定可靠，其中3号保护涂料中的Fe粉与Al2O3在高温下形成烧结产物，有较高的强度，不易开裂；4号保护涂料中耐火粘土质细，混合后细腻粘稠，烧结后其强度亦较高，不易开裂。使用（d）方法，并外涂3、4号保护涂料，测试渗碳膏剂涂层厚度对渗碳层深度的影响，得出了涂层厚度与渗层深度之间的关系曲线。
当涂层厚度＜4mm时，随涂层增加、渗层深度增加较快，而当涂层厚度在5mm左右时，渗层增加不明显，即涂层在5mm左右时，工件表面已形成一稳定的碳势，再增加涂层，碳势不会明显提高。渗碳膏剂厚度5mm，外涂3号、4号保护涂料，埋入旧渗剂中于920℃保温5h试样的形貌，渗层深度为1.0mm，与固体渗碳法相近。采用（d）方法并外涂3、4号保护涂料渗碳后，经不同热处理（800℃加热淬火+200℃×1h回火，及先900℃淬火，再800℃加热淬火+200℃×1h回火）试样淬回火后的硬度都在60～62HRC之间，无明显差别，随后进行磨损试验。从试验结果可以看出，两次淬火试样的耐磨性优于一次淬火试样的耐磨性。虽然二者硬度上无明显差别，但两次加热淬火中的第一次加热淬火细化了组织，并使渗碳时形成的网状碳化物破碎和溶解，这样细化的组织加上细粒状的碳化物，使耐磨性能得到了提高。
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