稀土在摩托车发动机化学热处理中的应用研究
作者：
发布时间：2008-07-31
现代企业的竞争，主要表现在知识和技术的竞争上。特别是在知识经济时代，企业的发展就更加依赖于技术进步和技术创新。谁抢占了技术的制高点，谁就抢占了市场的制高点。↑ 我国著名经济学家、清华大学经济管理研究所所长傅家骥先生曾为技术创新这一名词下过这样的定义：“技术创新是一种生产函数的转移，或是一种生产要素与生产条件的新组合，其目的在于获取潜在的超额利润。”他还鲜明地指出：“技术创新是实现经济增长方式转变的突破口，是获得高质量经济增长的唯一途径。”这确实是非凡之见。以我公司在热处理方面的研究成果即“稀土在摩托车发动机化学热处理中的应用研究”足可以证明这一论断。↑ 我国目前具有十分丰富的稀土资源。稀土有多方面的用途，在冶金工业中的应用极其广泛。其中稀土脱氧、脱硫、改变夹杂物的形态、提高钢的抗氧化性能、提高高温强度和塑性等方面得到广泛的应用。↑我国自五十年代后期开展有关钢中稀土的试验研究工作，经过人们不懈的努力，终于取得了一些成果。但有关稀土与金属基体、空位位错、杂质原子、晶界、相界交互作用及稀土钢对介质作用等理论问题，虽然有一些研究成果，但为数不多。↑ 从八十年代初开始，有些学者开始对稀土用于化学热处理进行理论研究。他们将稀土应用于渗碳、碳氮共渗等方面，进而发现渗剂中加入稀土，不仅能提高渗入速度，而且还能改善碳氮化合物形貌及分布。但这些大都局限于试验研究。对于我们摩托车行业来说，由于件小，表面积大，渗层薄，工艺控制严格，如果将稀土用于摩托车件的化学热处理将会达到怎样的效果呢工艺参数将如何确定 现在我公司的ＱＭ１２５发动机固定挡板等软氮化２～３遍甚至更多遍才能达到要求，将来大批量生产后能否将稀土用于软氮化对此类技术创新方面的问题，我公司作了具体的生产应用研究，并经生产实践证明该项应用研究是成功的。本文将把我们以前试验应用的情况整理出来并加以具体的描述以供参考。↑一、试验材料、内容及方法↑１.试验材料↑我公司渗碳、碳氮共渗所用的材料为２０ＣｒＭｏ。↑２.研究内容↑稀土元素用于化学热处理，实验室研究不少，但实际应用还有待进一步推广。本实验力求将研究成果应用到我公司的生产实践中，从而找出最佳工艺方案，为生产服务。↑本试验研究不同的稀土加入量对２０ＣｒＭｏ渗碳、碳氮共渗渗入速度的影响，比较加入稀土与不加入稀土的动力学曲线。↑研究稀土对金相组织的影响。↑３.研究方法↑根据不同的目的调整不同的工艺参数，在ＲＪＪ－７５－９７型井式渗碳炉中进行滴注式化学处理。↑渗剂为甲醇加混和稀土混稀土加入量以每５００ｍｌ甲醇中加稀土量ｇ表示：煤油；氨气。↑１金相组织观察↑每炉放入三个试样，以便不同时间取样分析。最后出炉时取实物作金相分析。制备金相试样腐蚀剂为５％硝酸酒精。↑２硬度检查↑用ＨＲ－１５０Ａ硬度计作硬度分析。↑二、试验结果及分析↑１.稀土对２０ＣｒＭｏ渗碳、碳氮共渗动力学过程的影响↑１稀土对渗碳动力学过程的影响↑在以煤油作渗碳介质的渗剂中，在稀释剂甲醇中添加与不添加稀土作渗剂，在工艺参数及工作量完全相同的情况下作对比试验，温度为９２０℃，工件为Φ１５发动机起动轴，试验结果如图１所示。↑该图显示加入稀土能使动力学过程明显加速，渗速提高２０％～３０％↑２稀土对碳氮共渗动力学过程的影响↑我公司碳氮共渗用的是氨气、煤油、稀释剂甲醇。由图２可以看出甲醇中加入稀土的量不论多少都显著地提高了渗入速度。↑稀土对渗碳、碳氮共渗动力学过程的催化作用，许多学者进行了不同的研究，他们把促使Ｃ、Ｎ原子渗速加快的原因解释为：第一、由于稀土元素的加入，使渗剂的分解能力增强，使渗剂中活性Ｃ、Ｎ原子增加，渗剂成为含有充足Ｃ、Ｎ原子的渗源；第二，由于稀土元素电负性较低，具有突出的化学活性，故其能在钢铁表面形成Ｃ、Ｎ原子的活动中心，加速渗剂中的分解产物ＣＯ、ＮＨ３断键，增加钢铁表面的活性Ｃ、Ｎ原子；第三、由于大原子半径的稀土渗入；引起晶畸变，这样可以使间隙Ｃ、Ｎ原子吸附在其周围，增加Ｃ、Ｎ原子浓度，提高了钢铁表面浓度梯度，扩散速度加快。↑２、不同稀土量对渗入速度的影响↑除共渗时间和温度外，混和渗剂中稀土加入量也是影响促渗效果的一个重要因素。由图３可以看出，在时间和温度恒定的条件下，渗层随渗剂中稀土加入量的变化不是单调上升的关系，而是有一定最佳值。由实验结果可知，不同温度此值略有不同。↑对于为什么会存在一最佳值，可以作这样的解释：由于催渗作用需要催渗剂有一定量的积累，因此若渗剂中稀土加入量过少则不会产生明显的催渗效果。但若稀土加入量过多，在共渗后期或高温情况下会形成大量的活性Ｃ、Ｎ原子，使钢铁表面来不及吸收而形成碳黑，阻遏共渗进行。只有稀土加入量适当，钢铁表面吸附活性Ｃ、Ｎ原子的速度略大于其在基体中的扩散速度，才能产生良好的效果。↑３、稀土对渗碳或碳氮共渗金相组织的影响↑稀土的加入不仅对动力学过程有影响，而且对金相组织也有相应的影响，主要表现在碳化物及残余奥氏体上。当稀土加入量适当时，淬火后工件表面碳化物比较细小、分散，且向内部延伸较深，表面碳化物呈球状。而不加稀土，渗碳后碳化物主要集中于表面，当炉内碳势较高时，则形成网状碳化物，降低产品质量。↑对此可以解释为：稀土的原子半径比γ－Ｆｅ大４０％以上，它的渗入引起γ－Ｆｅ原子的畸变，按热力学条件，间隙Ｃ、Ｎ原子易在γ－Ｆｅ原子畸变区偏聚，形成结晶核心。当达到一定浓度时便沉淀出碳化物，由于稀土原子固溶于钢中较少，分散分布，形核部位增多，因而不易形成网状碳化物。↑加入稀土后，能使残余奥氏体量明显增加。↑三、稀土碳氮共渗生产工艺↑ 工艺参数的确定对生产效率和产品质量影响很大。由于我公司热处理设备还相对落后，没有碳势自动控制装置，所以只有经过大量的试验才能确定一套理想的最佳工艺。经过多次对渗碳１小时试样研究，发现其渗速远小于平均渗速。经过分析得知，这是由于碳势达到一定值需要一定的时间。所以为了尽快达到所需碳势，开始时应加大滴量，但为了防止表面碳浓度过高，后期应减少滴量，降低碳势。↑ 任何一项新技术都是逐步完善的，“稀土在发动机化学热处理中的应用”也不例外，也需要逐步完善。这项技术虽然存在一定的缺陷，比如实际操作中比较麻烦，但我相信，经过不断的改进和提高，这项新技术会慢慢地被人们接受和采纳并被广泛应用到生产实践，从而提高生产技术水平和产品质量档次，增加产品的持久竞争力。↑
ENGLISH
