结构钢氮基气氛保护热处理增脱碳控制

摘要

氮基气氛保护热处理可以有效提高制件表面热处理质量，提高表面性能，改善组织。此外，还具有环保、节能、气源稳定、成本低廉、操作性强、安全性好等优点，正在不断取代盐浴热处理和传统气氛热处理，在热处理技术领域占有重要地位，具有十分广泛应用的发展前景。航空结构钢，尤其是大型超高强度结构钢对热处理后表面增脱碳、热处理变形、力学性能提出更高的要求。氮基气氛保护热处理通过气氛控制、等温淬火可以实现满足要求的同时，还可能由于气氛控制不当带来不可预见的脱碳、增碳的质量隐患，因而限制了结构钢氮基气氛保护热处理的工程化应用。因此深入探究氮基气氛保护热处理控制关键，制定合理的工艺控制措施和补救措施应用到科研生产中至关重要。
　　本研究从实际生产为切入点，选取18Cr2Ni4WA、30CrMnSiNi2A、40CrNi2Si2MoVA、50CrVA四种生产上常用的结构钢，研究氮基气氛热处理碳势恢复时间、平衡碳势保持对脱碳的影响；研究了产生增脱碳后不同的碳势和保持时间对增脱碳的平复作用；研究了结构钢复碳后表面显微硬度、显微组织、力学性能的变化规律。
　　研究表明，碳势恢复时间和平衡碳势保持时间对脱碳结果都有影响，碳势恢复时间越长，脱碳越严重，平衡碳势保持时间越长，脱碳越少。研究还表明结构钢产生增脱碳可以通过在氮基气氛保护炉采用二次热处理来实现复碳的作用。采用平衡碳势并保持较长时间是最佳的复碳方案，复碳后表面显微硬度、显微组织、力学性能都有很大改善。最后通过对典型结构钢梁的氮基气氛保护热处理的设备操作流程和热处理工艺进行设计、生产验证，实现了工程化应用。

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第1章 绪 论

1.1钢热处理高温氧化与脱碳机理

1.2课题背景

1.3可控气氛热处理概述

1.4国内外氮基气氛热处理的研究进展及发展趋势

1.5本文的主要研究内容

第2章 试验材料和方法

2.1试验材料选择及分析

2.2底装料氮基气氛保护炉

2.3试样的加工

2.4增脱碳层深度测定及组织观察

2.5力学性能检测

第3章 碳势恢复、保持时间对结构钢脱碳的影响

3.1引言

3.2碳势恢复时间对脱碳的影响

3.3碳势保持时间对脱碳的影响

3.4本章小结

第4章 氮基气氛对薄层增脱碳的平复作用

4.1引言

4.2气氛碳势、保持时间对增脱碳的平复作用

4.3气氛增脱碳—复碳试验

4.4本章小结

第5章 典型件氮基气氛保护热处理流程设计及应用

5.1引言

5.2钢梁技术术条件要求

5.3确定碳势恢复时间

5.4气氛控制工艺参数设计

5.5钢梁氮基气氛保护热处理工艺设计

5.6热处理工艺结果验证及分析

5.7本章小结

结论

附 录 显微硬度检测试验数据

参考文献

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致谢

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