有氧環(huán)境下滲碳層缺陷組織及其對使用性能的影響.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)生的內氧化有關。由于滲碳或碳氮共滲工藝本身的復雜性；被處理工件材料的特殊性(如化學成分、顯微組織等特點)都有可能使“內氧化”所引起的組織缺陷與傳統(tǒng)的“黑色組織”有所不同。本論文通過對開裂失效的大型滲碳齒輪及滲碳柴油機柱塞套的剖析研究發(fā)現(xiàn)了兩種異常內氧化缺陷組織。論文通過OPM、SEM、

2、EDAX及顯微硬度測試等分析測試手段詳細研究了這兩種異常組織缺陷的特點，并結合模擬固體滲碳及模擬氧化實驗結果揭示其形成機理及本質，探討改進及預防措施。論文主要研究結果如下： 一、大型滲碳齒輪異常內氧化缺陷 (1)滲層黑色網(wǎng)狀組織與傳統(tǒng)的晶界內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，在滲碳層內氧化區(qū)拉應力作用下，兩者變形不協(xié)調而導致沿晶網(wǎng)狀裂紋形成。此外，氧化物的脫離也會產生大量的沿晶裂紋 (3)作為消除或減低內氧化缺陷對滲碳層性能影響的一種有效方法—噴丸處理，對消除沿晶網(wǎng)狀裂紋無明顯作用。 二、滲碳柱塞套異常內氧化缺陷 (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，并沿軸向相向擴展，最終導致柱塞套開裂失效。 (3)“矛狀”鈍裂紋只在表面滲碳層中形成，且沿著拉長的MnS夾雜物擴展。“矛狀”鈍裂紋的形成與氣體滲碳過程有關。 (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，也即發(fā)生了以MnS夾雜為中心的內氧化。MnS央雜物從基體分離→脫落→形成凹坑(矛狀裂紋)。