El proceso de penetración-difusión fuerte primero utiliza un potencial de carbono más alto (cerca del límite de saturación de austenita, como 1.1%).–1.2%) para introducir rápidamente carbono a la superficie, y luego reducirlo al contenido de carbono de la superficie objetivo (como 0.8%) para permitir que el carbono se difunda hacia adentro, obteniendo así carbono de superficie apropiado y un gradiente de concentración de carbono suave mientras se acorta el tiempo total. La profundidad total de la capa carburizada se puede estimar aproximadamente utilizando la fórmula empírica de Harris: aproximadamente 0.635√t (mm, t es horas) a 927 °C. El diseño preciso requiere simulación de difusión.
- Fuerte penetración: alto potencial de carbono y rápido suministro de carbono, pero no excede el límite de saturación
- Difusión: Reduce el potencial de carbono a la superficie de carbono objetivo, y el carbono migra hacia adentro
- Profundidad de capa ∝ √ tiempo, cuanto mayor es la temperatura, más rápida es la difusión
- La fórmula empírica de Harris es adecuada para la estimación aproximada, y la simulación de difusión se utiliza para un diseño preciso.
- Malentendidos comunes: la penetración excesiva conduce a carburos, la difusión insuficiente conduce a un carbono excesivo en la superficie
Por qué la segmentación
Si todo el proceso de cementación utiliza el potencial de carbono correspondiente al contenido de carbono de la superficie objetivo (tal como el 0,8 %), la diferencia de concentración de carbono entre la superficie y el núcleo será pequeña, la fuerza impulsora de difusión será limitada y llevará mucho tiempo. Si se utiliza un alto potencial de carbono a lo largo del proceso, el carbono de la superficie será demasiado alto, formando carburos de red y demasiada austenita retenida.
La fuerte penetración-difusión tiene en cuenta ambos:
- Etapa de penetración fuerte: El potencial de carbono está cerca del límite de saturación de carbono de la austenita a esta temperatura, y se obtiene rápidamente una gran cantidad de carbono en la superficie;
- etapa de difusiónEl potencial de carbono se reduce al contenido de carbono de la superficie objetivo, el exceso de carbono en la superficie se difunde hacia adentro y el carbono de la superficie se reduce al valor objetivo.
Referencia de fijación del potencial de carbono
| Etapa | Potencial de carbono (referencia) | Efecto |
|---|---|---|
| Fuerte penetración | 1.0%–1.2% | Suministre carbono rápidamente sin exceder el límite de saturación para evitar el negro de carbono y el carburo |
| difusión | 0.75%–0.9% | Alcance el contenido de carbono de la superficie objetivo y el gradiente de carbono suave |
| Antes del enfriamiento/apagado | De acuerdo con el material y los requisitos de temple | Enfriar hasta la temperatura de enfriamiento y homogeneizar |
Los valores específicos están determinados por el material, la temperatura y los requisitos del producto.
Estimación de la profundidad del estrato: Fórmula empírica de Harris
La profundidad de difusión de carbono es aproximadamente proporcional a la raíz cuadrada del tiempo. La fórmula empírica de Harris comúnmente utilizada a 927 ° C (1700 ° F):
Profundidad total de la capa carburizada d ≈ 0.635 × √t (mm, t es el número de horas de cementación)
Por ejemplo, la cementación a 927 °C durante 4 h da como resultado una profundidad total de la capa de aproximadamente 1,27 mm. Cuando la temperatura disminuye, el coeficiente de difusión disminuye y la profundidad de la capa se vuelve menos profunda al mismo tiempo.
Aviso:
- Esto es capa carburizada total Una estimación aproximada de no es igual a Profundidad de capa endurecida efectiva(por ejemplo, a 550 HV), este último suele ser menos profundo;
- La relación de fuerte penetración a tiempo de difusión debe calcularse por separado;
- Para aceros aleados, secciones transversales complejas y procesos precisos, se deben usar simulaciones numéricas basadas en la segunda ley de Fick.
Ideas de asignación de tiempo
La etapa de difusión requiere tiempo suficiente para que el carbono de la superficie caiga del nivel de penetración fuerte al valor objetivo.
- Estimar el tiempo total basado en la profundidad y temperatura de la capa objetivo;
- Estimar la proporción de fuerte cementación basada en el fuerte potencial de cementación, el carbono de la superficie objetivo y el contenido de carbono de la matriz;
- Utilice software de simulación o verificación de muestras para determinar el proceso final.
malentendidos comunes
- El fuerte potencial de cementación excede el límite de saturación: depósitos de carbono en el horno y formación de carburo en la superficie;
- Tiempo de difusión insuficienteEl carbono de la superficie es relativamente alto y hay una gran cantidad de austenita retenida;
- Ignorar elementos de aleación: El cromo, el molibdeno y otros elementos aumentan la absorción de carbono superficial y requieren corrección del factor de aleación;
- Solo mira el tiempo total: Las etapas de calentamiento, ecualización y enfriamiento también contribuyen a la difusión y deben incluirse.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la relación de tiempo típica entre una fuerte penetración y difusión?
No hay una relación fija y depende de la profundidad de la capa objetivo, el carbono de la superficie, la temperatura y el material. Cuanto más profunda sea la profundidad de la capas, mayor será la proporción de difusión generalmente. Se recomienda usar un software de simulación para calcular y verificar.
¿Cuánto tiempo se puede acortar aumentando la temperatura?
El coeficiente de difusión aumenta aproximadamente exponencialmente con la temperatura. Un aumento de varias docenas de grados centígrados puede acortar significativamente el tiempo, pero se debe prestar atención al crecimiento del grano, la deformación y la vida útil del equipo.
Cómo convertir capa endurecida efectiva y capa carburizada total?
No hay un coeficiente uniforme y depende de la templabilidad del material, el carbono de la superficie y las condiciones de enfriamiento. La correspondencia propia de la empresa debe establecerse a través de mediciones metalográficas o de gradiente de dureza.