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對滲碳零件非馬氏體組織的形成機理進行了闡述，試驗了內氧化、冷卻速度和淬火介質對滲碳零件非馬氏體組織的影響，并依據筆者一線生產經驗提出了一些對策。

普遍的理論認為非馬氏體組織是由于晶界內氧化使合金元素貧化、淬透性下降導致形成屈氏體類組織。滲碳淬火件的非馬氏體組織包括：表面脫碳形成的鐵素體、表層沿晶界形成的屈氏體，有些鋼種還有貝氏體，以及在不腐蝕條件下所見到的晶界內氧化。非馬氏體組織深度如果超標嚴重，反映在力學性能上就是出現零件表面硬度低的現象。在實際使用中會降低齒輪的耐磨性和疲勞壽命，危害比較嚴重。目前廣泛使用的吸熱式保護氣氛滲碳和氮-甲醇氣氛滲碳，淬火后零件表面都不同程度地出現黑色組織、黑色網或黑帶，軸類零件和齒輪類零件的齒根部位較為嚴重。

 1、非馬氏體組織的形成機理

非馬氏體組織是晶界內氧化與合金元素貧化綜合作用的結果。經過對黑色組織、黑網或黑帶進行金相觀察和物理分析，證明它是奧氏體的分解產物，還有少量O、N、Fe、Mn、Cr 的合金化合物。晶界內氧化與爐氣的組分、溫度和工件的材料有關；從熱力學角度分析，在常用的熱處理溫度范圍內，Al、Ti、Si、Ta、Cr、Mn 和Nb 等合金元素比Fe 對O 具有更大的親和力，即這些合金元素在熱處理中可能被內氧化；W、Mo、Ni 合金元素對O 的親和力比Fe 要小，含有這些元素的合金鋼內氧化傾向較小。因此常用滲碳鋼20CrMnTi 比8620H 和20CrNi3 材料晶界內氧化嚴重。

此外，晶界內氧化的快慢還與動力學有關，氣氛中有一定的碳勢，就有相應的氧分壓。由Sierent 定律可知鋼表面有對應的氧含量，在鋼的表面到內部形成氧的濃度梯度而發(fā)生氧的擴散。同時在內氧化物形成中還存在著基體中的雜質或合金元素的長程逆擴散和富集，內氧化層深符合擴散定律，并取決于氧和合金元素的擴散速度。隨著滲層加深，滲碳時間延長，深度增加主要由動力學來控制，工件在爐內停留的時間越長，晶界內氧化越嚴重。

晶界的合金元素被氧化后，游離的合金元素濃度下降，它鄰近區(qū)域的合金元素就向晶界擴散，擴散到晶界的合金元素又被氧化，這個過程不斷進行，造成了奧氏體晶界以至內部合金元素的貧化，其穩(wěn)定性下降。由于晶界的特殊條件，原子排列雜亂，晶界邊緣的奧氏體合金元素在滲碳過程中易于貧化嚴重，加上合金元素非自發(fā)形核的作用，晶界易于產生黑網。由于提高淬透能力的合金元素的濃度下降了，因此這個區(qū)域的淬透性也相應下降，導致淬火時轉變?yōu)轳R氏體的能力下降，從而出現非馬氏體顯微組織。

 2、非馬氏體組織形成的主要影響因素 

2.1、原料氣中氧化性組分含量過高的影響

用丙烷制備的吸熱式氣氛作為載氣，要嚴格控制原料氣丙烷中水和硫的含量以及空氣中水的含量，必須用輔助監(jiān)控裝置露點儀來嚴格控制氣氛的露點。氮-甲醇氣氛中，通常用薄膜或焦炭分子篩制氮，在運行初期NH 3 純度能達99.99%，隨著運行時間的延長和設備的老化，NH 3 的純度隨之降低，影響滲碳淬火件非馬氏體顯微組織的控制，最好采用液氮或者嚴格控制NH 3 的純度；甲醇要嚴格控制其水、有機硫和無機硫的含量，應采用優(yōu)質純凈的甲醇。 

2.2、工件材料的影響

含有W、Mo、Ni 合金鋼的內氧化傾向小。鋼中含微量的B 或加入微量Mo 能使C 曲線右移，提高鋼的淬透性，滲碳淬火后非馬組織較淺。在選材時應盡可能選用含W、Mo、Ni 的高淬透性合金滲碳鋼。

 2.3、熱處理工藝的影響

為減少內氧化，從工藝方面主要途徑是控制氧、二氧化碳和水的含量，保持爐壓穩(wěn)定，減少工件在爐內的時間，盡早恢復爐氣并保持控制穩(wěn)定。在加熱前保持零件潔凈，毛坯零件應進行良好的預備熱處理，消除鍛造缺陷，選用冷速較快的冷卻介質。鋼件滲碳后，適當提高淬火加熱溫度，亦可使過冷奧氏體等溫轉變(TTT) 曲線右移，從而減少非馬氏體顯微組織。

 2.4、設備密封性的影響

爐子良好的密封性，使爐外空氣不會侵入，從而有效減少非馬氏體顯微組織。 

2.5、淬火冷卻介質的影響

正確地選擇冷卻介質是抑制和減少非馬氏體顯微組織的重要措施，滲碳后的零件采用堿水淬火，黑網幾乎不會出現。在大批量生產中發(fā)現，薄壁零件、環(huán)齒類零件淬火后一般內氧化程度輕微，而軸類零件則容易出現黑網。所以在不導致開裂和產生嚴重變形的前提下盡量采取冷卻快的介質，對減少非馬氏體顯微組織非常有利。提高冷卻速度可以從兩方面入手：一是使用冷卻效率高的淬火油或者鹽浴；二是提高淬火時油的流動速度。一般認為，油的流速在0.3 ～ 0.5 m/s 較合適，速度太高，易產生工件的陰陽面，導致硬度、組織的差異和工件的變形。因為提高油的流動速度，相對工件而言實際只是提高了工件陽面和側面油的流速，工件陰面和死角(如齒根)幾乎沒有明顯提高；工件的冷卻速度也是如此。

 2.6、爐子氣氛的循環(huán)能力和換氣能力

邊界氣膜層學說是近代氣固相化學反應速度研究領域形成的新學說，它同樣適用于化學熱處理滲碳。滲碳時氣氛中的有效成分與工件表面接觸發(fā)生以下反應：滲碳淬火件非馬氏體組織形成原因分析及對策碳被吸收后，殘余氣體會在工件表面不斷累積，形成一個中間氣膜層，其主要成分是CO2、H2、H2O。滲碳時氣氛中的活性成分穿透“中間氣膜層”后才能和工件接觸參與滲碳反應。

在中間氣膜層中非滲碳活性成分CO2、H2、H2O 的濃度遠高于層外?！爸虚g氣膜層”的存在，阻礙著氣氛與工件表面的接觸，從而影響了滲碳反應的發(fā)生；同時，中間汽膜層中主要是氧化性組分，對晶界內氧化非常不利。提高爐子循環(huán)風扇的循環(huán)能力，使之破壞氣膜層，增強氣氛與工件的接觸，提高反應的有效幾率，對減少非馬氏體顯微組織非常有利。