孫莎莎，肖上工

（河南千王釬具公司，河南 商水466100）

1 前言

液壓鑿巖機用螺紋釬桿，是技術含量很高的釬桿品種，它的外形為一細長桿體，它的服役條件是在腐蝕介質中承受高頻的拉壓、彎曲和扭轉的載荷，因而要求所用的鋼鐵材料性能及其熱處理工藝必須優(yōu)良、可靠。 制造螺紋聯接釬桿主要采用23CrNi3Mo 鋼，滲碳-淬火是其最重要的熱處理工藝。鋼件滲碳層各層次碳濃度測定歷來采用車削剝層法，鐵屑經化學分析測定含碳量[1]。這一辦法要用精密車床加工及繁瑣的化學分析過程，費時、費力、成本高，干擾因素多。國內曾有人采用進口直讀光譜儀做過熱處理滲碳后的碳濃度梯度分析[2]，但未見此法在釬具行業(yè)中應用的報道。

2 碳濃度梯度的定義

滲碳工藝的主要技術指標之一是滲層碳的濃度梯度，在滲碳熱處理工藝試驗中，通過了解不同滲碳工藝滲碳層的濃度梯度，可調整滲碳時間、擴散時間和碳勢，從而確定符合零件要求的滲碳工藝。滲碳層的碳濃度梯度反映了碳含量沿滲碳層深度方向下降的狀況，直接影響淬硬層的硬度梯度。 碳濃度梯度的下降應平緩，以利于滲碳層與心部的結合。 否則，釬桿在使用中容易產生表層剝落現象，導致釬桿過早失效，降低釬桿的使用壽命。

3 滲碳層的技術要求

滲碳后螺紋聯接釬桿的使用性能取決于滲層組織。 為了滿足滲碳釬桿的使用性能，要求它的表面具有高的硬度和耐磨性，對滲碳層有以下要求：

（1）滲碳釬桿表面的碳濃度對力學性能有較大影響，Wt(C)應控制在0.85%～1.05%之間，一般要求在0.9%左右。 如果要求耐磨則選用上限，要求強韌而又有一定的耐磨性可選用下限，亦可綜合考慮，其效果更好。表面碳濃度太低，淬火后的硬度低，達不到所要求的高硬度和高耐磨性。 碳濃度太高，容易形成大塊或網狀碳化物，使?jié)B層脆性增大甚至剝落；碳濃度過高，還會使淬火后殘留奧氏體量增加，降低工件的疲勞強度。

（2）滲碳層的碳濃度梯度反映了碳含量沿滲碳層深度方向下降的狀況，直接影響淬硬層的硬度梯度。 碳濃度梯度的下降應平緩，以利于滲碳層與心部的結合。 否則，在使用中容易產生剝落現象。

（3）滲碳層組織：工件自滲碳溫度緩慢冷卻后，表面層的碳濃度最高，組織為珠光體和碳化物（即過共析層）；次層的碳濃度稍低，組織為珠光體（即共析層）；再次層為珠光體和鐵素體（即亞共析層，也稱過渡層）。亞共析層是指從出現鐵素體到原始組織之間的區(qū)域。 滲碳工件經淬火后，滲碳層的組織應為細針狀馬氏體加少量殘留奧氏體及均勻分布的粒狀碳化物，不允許有網狀碳化物存在， 殘留奧氏體量一般不超過15%—20%（體積分數）。 心部組織應為低碳馬氏體或下貝氏體，不允許有塊狀或沿晶界析出的鐵素體存在；否則疲勞強度將急劇下降，沖擊韌度也會下降。

（4）滲碳層深度:它對工件彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度的影響很大，主要表現在滲層深度與工件斷面厚度之間的關系上，應根據工件的尺寸、工作條件和鋼的化學成分決定。 在復雜應力狀態(tài)下工作的工件，如螺紋聯接釬桿要求滲碳層深度為0.8～1.8 mm。 滲碳層太薄，容易引起表面壓陷；滲層太厚，影響工件的抗沖擊能力。

4 直讀光譜法

4.1 試驗步驟

（1）將待滲碳的材料（23CrNi3Mo）加工制備成要求嚴格的平面試樣。 本次試驗的R46 圓形中空鋼其化學成分見表1， 將其制成滲碳試樣（試樣長度100 mm）后隨爐滲碳。

表1

（2）試驗儀器

國產東儀直讀光譜儀，型號DF-100E。

（3）試樣（見圖1）經過滲碳后，從表至里，每隔一定深度采用光譜盤式磨樣機上的砂輪片打磨（一定要磨平并達到規(guī)定的平面度和粗糙度）。

圖1

（4） 用游標卡尺準確測量試樣打磨后的高度，作好記錄。

（5） 用直讀光譜儀每測試三次取其平均值。在測試過程中，放電穩(wěn)定、分析時間短、數據準確。

4.2 測試結果

23CrNi3Mo 滲碳樣測試數據見表2， 碳濃度梯度曲線見圖2。 梯度曲線顯示，碳濃度梯度的下降平緩，表明碳濃度梯度正常。 這樣滲層與心部的結合就越牢固，疲勞抗力就越高。 此分析方法現已用于生產，確保了產品質量。

表2

圖2

5 結論

（1）直讀光譜分層法測定螺紋釬桿表面滲碳層碳濃度梯度簡單、易行、可靠。

（2）國產直讀光譜儀放電穩(wěn)定，數據可靠。