有氧環(huán)境下滲碳層缺陷組織及其對(duì)使用性能的影響.pdf

1、黑色組織是氣體碳氮共滲及滲碳層中最容易出現(xiàn)的一種組織缺陷，而許多研究認(rèn)為這種缺陷更容易出現(xiàn)在碳氮共滲層中，它的形成主要與有氧環(huán)境下的滲碳或碳氮共滲過程中發(fā)生的內(nèi)氧化有關(guān)。由于滲碳或碳氮共滲工藝本身的復(fù)雜性；被處理工件材料的特殊性(如化學(xué)成分、顯微組織等特點(diǎn))都有可能使“內(nèi)氧化”所引起的組織缺陷與傳統(tǒng)的“黑色組織”有所不同。本論文通過對(duì)開裂失效的大型滲碳齒輪及滲碳柴油機(jī)柱塞套的剖析研究發(fā)現(xiàn)了兩種異常內(nèi)氧化缺陷組織。論文通過OPM、SEM、

2、EDAX及顯微硬度測(cè)試等分析測(cè)試手段詳細(xì)研究了這兩種異常組織缺陷的特點(diǎn)，并結(jié)合模擬固體滲碳及模擬氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示其形成機(jī)理及本質(zhì)，探討改進(jìn)及預(yù)防措施。論文主要研究結(jié)果如下： 一、大型滲碳齒輪異常內(nèi)氧化缺陷 (1)滲層黑色網(wǎng)狀組織與傳統(tǒng)的晶界內(nèi)氧化組織存在較大差異，伴隨著灰色塊狀或條狀氧化物組織的出現(xiàn)，除了形成非馬氏體組織外，晶界出現(xiàn)了連續(xù)或斷續(xù)分布的沿晶網(wǎng)狀裂紋，從表觀形貌上看，這種缺陷組織要比碳氮共滲內(nèi)氧化引起的所謂黑

3、色組織危害性更大。 (2)由于沿晶氧化物的彈性模量與基體的彈性模量不同，在滲碳層內(nèi)氧化區(qū)拉應(yīng)力作用下，兩者變形不協(xié)調(diào)而導(dǎo)致沿晶網(wǎng)狀裂紋形成。此外，氧化物的脫離也會(huì)產(chǎn)生大量的沿晶裂紋 (3)作為消除或減低內(nèi)氧化缺陷對(duì)滲碳層性能影響的一種有效方法—噴丸處理，對(duì)消除沿晶網(wǎng)狀裂紋無明顯作用。 二、滲碳柱塞套異常內(nèi)氧化缺陷 (1)在柱塞套油孔邊緣、及柱塞套不同軸徑的交界處均出現(xiàn)軸向“矛狀”凹坑或“矛狀”鈍裂紋。

4、 (2)開裂柱塞套主裂紋均以油孔上下邊緣“矛狀”鈍裂紋端部為疲勞裂紋源，并沿軸向相向擴(kuò)展，最終導(dǎo)致柱塞套開裂失效。 (3)“矛狀”鈍裂紋只在表面滲碳層中形成，且沿著拉長(zhǎng)的MnS夾雜物擴(kuò)展?！懊瑺睢扁g裂紋的形成與氣體滲碳過程有關(guān)。 (4)由于Mn與氧的親和力較大，氣體滲碳過程中，氧與柱塞套表面存在的軸向MnS夾雜物發(fā)生氧化反應(yīng)，也即發(fā)生了以MnS夾雜為中心的內(nèi)氧化。MnS央雜物從基體分離→脫落→形成凹坑(矛狀裂紋)。