渗碳高强机械结构件的热处理最新进展

　　像齿轮这一类需要渗碳的结构件，它的高强度化对策是不同的，一般是将提高齿根强度的方法和提高齿面强度的方法的任何一方置于重要位置而进行开发。其缘由之一是在气体渗碳时有晶界氧化，从与氧的亲和性的观点出发，在选择加入钢材中的合金成份方面受到了限制。渗碳齿轮，因齿轮形状和使用环境的不同，其破坏形态有较大差异，具体可将之分为齿根断裂和齿面断裂破坏。齿根部的断裂可分为由冲击载荷造成的冲击（脆性）断裂和由交变应力造成的疲劳断裂。与此相对的齿面破坏是因齿面间的接触而产生的现象，可细分为凹坑、划伤、烧结、磨损等。这些破坏形态随齿轮间的相对滑动速度和载荷面压的不同而变化。要求齿轮具有高的耐久性，而且延续追求所用钢材的极限性能。由于齿轮大半实行渗碳淬火，故渗碳钢的开发对齿轮的高强度化和轻量化有极大的促进作用。

　　近年来由于真空渗碳技术的普及提高了钢材合金设计的自由度，从而有可能既节省合金，又能提高齿轮的齿根强度和齿面强度。

　　近些年开发了可以与连续炉相匹配的高效率批量生产型真空渗碳炉，推进了渗碳气体选择和渗碳控制技术的进步。在欧洲已进行了以汽车部件为中心的从气体渗碳向真空渗碳的转变。即使在国外，也正向低co2 排放化、缩短交付时间，改良作业环境和提高生产灵活性的方向发展。

　　真空渗碳的原理：气体渗碳是利用渗碳性气体的布德奥德反应(c+co2=2co)而进行的供给碳元素的处理。由于在气氛气体和钢材表面的平衡成立，故可控制气氛气体分压而调剂钢材表面均碳元素浓度。另一方面，在真空渗碳处理中，是将密闭炉内调剂到真空(减压)状态后，导入碳化氢(c2h2等)气体供应碳元素。渗碳期是在钢材表面生成极薄的石墨膜，以石墨-渗碳体-奥氏体的 相平衡反应到高表面碳浓度进行渗碳，而扩散期是碳仅向内部扩散。总之，可以导入表面的最高碳浓度就是与石墨平衡的碳浓度。以此方法为基础，若增大碳化物构成元素的cr、mo 含量，就可提高表面碳的浓度。反之，若增加助长石墨生成的si、ni 含量，表面碳浓度就降低，也不会生成碳化物。这就是说由于钢材成份的影响，有时是完全没有生成碳化物，有时却完全覆盖了碳化物，实用钢多处于上述二者的中间状态，在渗碳期部分生成了碳化物。

　　真空渗碳用钢：解决真空渗碳课题的钢以真空渗碳代替批量生产型连续渗碳炉时，至今为止产生了不同的研究课题，如过渗碳，在处理品边沿部生成了晶界碳化物和残余奥氏体(a)，有时会造成处理品的强度下降。由于脉冲渗碳等渗碳控制技术的提高，有时虽然可以减轻过渗碳，但将其作为对策尚不充分。因此，现在有必要利用渗碳以后的热履历和处理品形状的最好化，以谋求对过渗碳的改良。

　　真空渗碳具有气体渗碳所没有的长处和可能性，可以期待其有高性能化、降低成本、提高劳动生产率和保护环境等效果。具体而言，真空渗碳的特点是不产生晶界氧化和渗碳阻碍、可供给高浓度碳、易进行高温渗碳处理、易使用中间冷却、可减少气体使用量和排出废气量。与上述特点相对应的长处和可能性是高性能化、缩短处理时间、扩大适用部件、省略工序和保护环境。例如，使用了碳化氢气体的真空渗碳（或减压渗碳）已查明具有表面无氧化、用高温渗碳可缩短渗碳时间、火焰和废气少可保护环境等优点。但是另一方面，采取真空渗碳时出现的问题也有一些，原来真空渗碳效果不明显的缘由有：①渗碳的浓度和深度与气体渗碳不同；②有必要按处理品及其装入状态变更渗碳控制；③处理品形状不同给渗碳控制造成了困难。④没有与连续炉相匹配的高生产率热处理炉。这些需要今后的生产实践中得到逐步解决。