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固體滲碳技術詳解

文章出處:未知 人氣:發表時間:2019-03-23 19:41
固體滲碳技術詳解一、滲碳目的
滲碳就是向鋼的表面層滲體碳原子的過程。即把工件放入滲碳氣氛中在900—950℃加熱保溫,使鋼件表面層增碳的過程。
機械零件中,如凸輪、偏心輪、齒輪、活塞銷等類零件工作時表面經受強烈地摩擦,并承受著沖擊載荷,因此,要求表面硬、耐磨、心部應俱有良好的塑性和韌性。
如何滿足零件表面硬、耐磨心部又有良好的塑性韌性呢?這個問題,必須從材料使用和熱處理工藝方面分析研究,如果選用高碳鋼材進行淬火、低溫回火處理,雖具有高的硬度和良好的耐磨性,但塑性韌性較低,滿足不了要求。選用低碳鋼材料淬火后,雖具有高的硬度和良好的耐磨性,但塑性韌性較低,滿足不了要求。選用低碳鋼材料淬火后,雖具有良好的塑性韌性,但得不到高硬度和耐磨性的表面層,同樣滿足不了要求。而選用低碳鋼進行滲碳、淬火,則可以得到滿意的結果,這就是滲碳的目的。
二、滲碳用鋼
由于滲碳零件要求滲碳淬火后心部保持一定的韌性,宜用含碳量較低的鋼制造,一般含碳量在0.08~0.25%范圍。對于要求較高或較大截面的零件,含碳量達0.30%。由于低碳鋼強度較低,而且淬透性差,長時間滲碳晶粒易于長大,所以,重要零件(如汽車、拖拉機齒輪等)都用低碳合金滲碳鋼。合金滲碳鋼中常加入Cr、Ni、Mo、W、V、Mn、B和Ti等元素。
各種不同合金元素對滲碳鋼有不同的影響,大數如下:
Cr、Mn、Ti等合金元素,它加入合金主要作用是增加滲碳鋼的淬透性,并使在淬火和低溫回火后表層和心部組織得到強化。
Mo、W、Ti、V、B等合金元素,它加入合金滲碳鋼中的含量雖然不多,特別是B的含量是極微的,僅為0.001—0.004%。Mo、W、Ti、V、Ti所起的主要作用是形成穩定的合金碳化物,阻礙奧氏體晶長大,并使合金滲碳鋼在淬火和回火后表層和心部組織得到強化。特別是增加表面耐磨性。微量的B能強烈地增加合金滲碳鋼的淬透性。
三、滲碳的一般原理和質量要求
鋼之所以能夠滲碳,是因為鋼在高溫奧氏體狀態,對碳具有相對大的溶解度(2.06%),鋼的滲碳就的借助這個原理。但是,并不是所有狀態的碳都可以被鋼表面所吸收,而只有活性碳原子才能被鋼表面吸收,被吸收的碳原子,在高溫狀態下在內部往外擴散,從而形成一定厚度的滲碳層。因此,滲碳過程中包括了分解、吸收、擴散三個基本過程。
(一)            分解:
含碳化合物的分解,形成活形碳原子(用[C]表示):
2CO  —→  CO2   +  [C]
(一氧化碳) (二氧化碳)
CH4   —→  2H2   +  [C]
(甲烷)      (氫)
(二)            吸收:
高溫下活性碳原子與金屬表面接觸,被金屬表面吸收后,溶解于金屬基體或與金屬基體形成某種金屬化合物。
(三)            擴散:
零件表面吸收(固溶)了碳原子后,表面含碳量增加,使零件表面與心部產生一定的碳濃度而促使表面碳原子逐步向心部擴散。
滲碳的結果取決于上述三個基本過程的關系。通過調整上述三個過程的關系,應滿足如下主要的滲碳層質量的要求:
⒈ 到達規定的滲碳層厚度(滲碳層厚度之計算,一般是從零件表層開始測量到過渡的二分之一處)。如滲碳層太薄時,在高負荷作用下,會使滲碳層壓穿,如滲碳太厚,也將影響滲碳零件的抗沖擊能力。
⒉ 滲碳表層含碳濃度應控制在0.8—1.05%范圍內。如含碳濃度過低(小于0.8%),則達不到所要求的高硬度,高耐磨性。如果含碳濃度過高(大于1.05%),則過剩碳化物較多,也使滲碳層強度,尤其是疲勞強度下降,特別當碳化物以針狀或網狀形式存在時由于馬氏體被這些脆性組織所割裂,對滲碳層強度起著特別有害的影響。
⒊ 含碳量沿深度的變化(也稱濃度梯度)要和緩,表層和心部之間的過渡區無明顯分界,以避免在使用過程中產生滲層剝落現象。
⒋ 過共析、共析層應占整個滲碳層厚度的60—70%,**限度應不小于50%,這樣,使淬火后得到大致均勻的硬度,也不妨礙對滲碳層的**后研磨。
常用滲碳方法有:固體滲碳法和氣體滲碳法兩種。
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