也谈渗碳钢的合金系数问题

孤鸿踏雪 · 发表于 2015-4-29 14:11:28

曾经有一个《渗碳钢的合金系数怎么计算》的主题在BBS讨论过，但不仅参与讨论着莫衷一是，而且帖子最终也无疾而终，今天重新提出这个问题的讨论，希望大家踊跃参与交流http://www.rclbbs.com/forum.php? ... 6&fromuid=31405

fjg · 发表于 2015-4-29 21:31:04

没人？个人干渗碳的有几个问题，望王工指教下：
1、合金元素具体是怎么算的，有文献没呢？
2、隔壁那帖子提出了一个，合金元素越高渗速越快的问题，这儿就有个疑问了，我就是干一线操作的渗碳工，比如20CrMnMo和17CrNiMo6这两种材料，如果是用隔壁9楼的公式来算的话应该是后者的合金元素高吧，为何两种材料混装时，前者的渗速比后者快？是否是这一理念需要有个层深限制？

cnszgong · 发表于 2015-4-29 22:36:49

本帖最后由 cnszgong 于 2015-4-29 23:41 编辑

fjg 发表于 2015-4-29 21:31
没人？个人干渗碳的有几个问题，望王工指教下：
1、合金元素具体是怎么算的，有文献没呢？
2、隔壁那帖子提 ...

20CrMnMo和17CrNiMo6这两种材料是不能相比较的。
首先20CrMnMo材料本身的初始碳浓度17CrNiMo6要高。
在不考虑材料本身的淬透性前提下，这两种材料同一炉渗碳，假设以参考碳浓度0.4%为深度检测标杆（就是说测量从零件的表面至含碳量0.4%处的距离或叫深度），那么初始碳浓度高的一般深度会深一些的。
举例：甲、乙两个人以相同速度跑向同一个终点，甲的起跑位置距离目标80米，乙的起跑位置距离目标100米。
那么甲肯定会比乙先跑到终点的。同样将20Cr2Ni4和12Cr2Ni4这两种除了初始碳浓度不同，其他化学元素几乎相同的材料一起渗碳，那么初始碳浓度高的20Cr2Ni4得到的渗层深度肯定比初始碳浓度低的12Cr2Ni4要深（20Cr2Ni4和12Cr2Ni4的合金系数都是1.005）。
钢组: CrNi
序号: 71
牌号: 20Cr2Ni4
统一数字代号: A43202
C(％): 0.17～0.23
Si(％): 0.17～0.37
Mn(％): 0.30～0.60
Cr(％): 1.25～1.65
Mo(％): —
Ni(％): 3.25～3.65
V(％): —
其他(％): —

钢组: CrNi
序号: 70
牌号: 12Cr2Ni4
统一数字代号: A43122
C(％): 0.10～0.16
Si(％): 0.17～0.37
Mn(％): 0.30～0.60
Cr(％): 1.25～1.65
Mo(％): —
Ni(％): 3.25～3.65
V(％): —
其他(％): —

cnszgong · 发表于 2015-4-29 22:49:19

本帖最后由 cnszgong 于 2015-4-29 23:21 编辑

以20CrMnMo和20CrNi2Mo这两种初始碳浓度差不多的材料比较一下是合适的。
牌号: 20CrMnMo
C(％): 0.17～0.23
Si(％): 0.17～0.37
Mn(％): 0.90～1.20
Cr(％): 1.10～1.40
Mo(％): 0.20～0.30
Ni(％): —
V(％): —
其他(％): —

牌号: G20CrNi2Mo
化学成分质量分数%|C: 0.17～0.23
化学成分质量分数%|Si: 0.15～0.40
化学成分质量分数%|Mn: 0.40～0.70
化学成分质量分数%|Cr: 0.35～0.65
化学成分质量分数%|Ni: 1.60～2.00
化学成分质量分数%|Mo: 0.20～0.30
化学成分质量分数%|Cu≤: 0.25
化学成分质量分数%|P≤: 0.030
化学成分质量分数%|S≤: 0.030
这两种初始碳浓度差不多但合金系数相差很大的材料比较一下。20CrNi2Mo合金系数0.981；20CrMnMo合金系数1.13

cnszgong · 发表于 2015-4-30 00:06:41

对合金系数的计算结果有影响的化学元素主要有：Si、Ni、
Cr、Mn、Mo
通常随着渗碳钢中的Cr、Mn、Mo这三种元素化学元素含量的增大，经过计算得到的合金系数结果值也增大；而Si、Ni这两种化学元素含量的增大，会使合金系数结果值减小。

孤鸿踏雪 · 发表于 2015-4-30 08:46:15

cnszgong 发表于 2015-4-30 00:06
对合金系数的计算结果有影响的化学元素主要有：Si、Ni、
Cr、Mn、Mo
通常随着渗碳钢中的Cr、Mn、Mo这三种元 ...

龚兄以为，BBS那个原帖9楼提出的计算公式是否存在问题？

小朱 · 发表于 2015-4-30 10:30:44

fjg 发表于 2015-4-29 21:31
没人？个人干渗碳的有几个问题，望王工指教下：
1、合金元素具体是怎么算的，有文献没呢？
2、隔壁那帖子提 ...

17crnimo这个材料的合金系数应该没有20crmnmo的合金系数高的，

fjg · 发表于 2015-4-30 10:52:50

小朱发表于 2015-4-30 10:30
17crnimo这个材料的合金系数应该没有20crmnmo的合金系数高的，

能否给个合金系数的计算公式呢！

cnszgong · 发表于 2015-4-30 13:01:46

孤鸿踏雪发表于 2015-4-30 08:46
龚兄以为，BBS那个原帖9楼提出的计算公式是否存在问题？

那个计算公式大体上也反应出Cr、Mn、Mo含量增大合金系数变大，Ni、Si 含量增大合金系数变小这样的规律。

fjg · 发表于 2015-4-30 14:18:16

cnszgong 发表于 2015-4-29 22:49
以20CrMnMo和20CrNi2Mo这两种初始碳浓度差不多的材料比较一下是合适的。
牌号: 20CrMnMo
C(％): 0.17 ...

谢谢老师指导，但有点还没明白，是否那“合金系数越大，渗速就越快”？这个成立吗？

cnszgong · 发表于 2015-4-30 14:39:40

fjg 发表于 2015-4-30 14:18
谢谢老师指导，但有点还没明白，是否那“合金系数越大，渗速就越快”？这个成立吗？ ...

表面上看是这样子的，但那是指两种不同材料装在同一炉中进行渗碳处理的结果。
我以前发过贴子，在不考虑材料本身淬透性都前提下，两种不同合金系数的材料，如果材料的初始碳浓度相同，那么渗速是一样的。

cnszgong · 发表于 2015-4-30 14:44:52

cnszgong 发表于 2015-4-30 14:39
表面上看是这样子的，但那是指两种不同材料装在同一炉中进行渗碳处理的结果。
我以前发过贴子，在不考虑 ...

也就是说：在相同渗碳温度下，如果能使得相同初始碳浓度不同化学成分材料在奥氏体温度下达到相同的表面（合金）碳浓度，那么采用相同的渗碳时间，这两种材料会得到相同的渗曾深度。

小朱 · 发表于 2015-4-30 16:03:41

fjg 发表于 2015-4-30 10:52
能否给个合金系数的计算公式呢！

这个公式记得之前在一本书上看到过。忘记了，

fjg · 发表于 2015-4-30 16:04:20

cnszgong 发表于 2015-4-30 14:44
也就是说：在相同渗碳温度下，如果能使得相同初始碳浓度不同化学成分材料在奥氏体温度下达到相同的表面（ ...

嗯嗯，谢谢老师，老师的意思就是：相同的含碳量的低碳合金渗碳钢，渗速的影响与合金元素无关。

cnszgong · 发表于 2015-4-30 16:25:08

fjg 发表于 2015-4-30 16:04
嗯嗯，谢谢老师，老师的意思就是：相同的含碳量的低碳合金渗碳钢，渗速的影响与合金元素无关。 ...

这不是绝对的，如果说将两种初始碳浓度相同但合金元素相差比较大的材料（或者说合金系数相差较大的材料）同一炉装炉一起渗碳，那么由于受到钢中的合金元素影响。这两种材料表面会得到不同的表面合金碳浓度，由于势能差的关系。会出现渗速不一样的情况。
比如说：20CrMnMo（合金系数1.127）和20Cr2Ni2Mo（合金系数0.98）一起装炉渗碳，在相同的炉内气氛碳势相同的前提下，20CrMnMo会比20Cr2Ni2Mo得到更高的表面合金碳浓度。由于势能差的关系，最终20CrMnMo会比20Cr2Ni2Mo得到的渗层要深的。

cnszgong · 发表于 2015-4-30 16:40:33

fjg 发表于 2015-4-30 16:04
嗯嗯，谢谢老师，老师的意思就是：相同的含碳量的低碳合金渗碳钢，渗速的影响与合金元素无关。 ...

那么在什么情况下能看到（至少从表面上看）渗速和合金元素（貌似）无关而和材料本身的初始碳浓度有关呢？
那只有在分开装炉的情况下能看到。
举例：同样以20CrMnMo（合金系数1.127）和20Cr2Ni2Mo（合金系数0.98）为例，在相同的奥氏体温度下保温相同的时间，如果这两种材料（分两炉装）能够达到相同的表面合金碳浓度，那么得到的渗层深度也是一致的。这就是渗速相同。

cnszgong · 发表于 2015-4-30 16:51:32

本帖最后由 cnszgong 于 2015-5-4 16:37 编辑

fjg 发表于 2015-4-30 16:04
嗯嗯，谢谢老师，老师的意思就是：相同的含碳量的低碳合金渗碳钢，渗速的影响与合金元素无关。 ...

再以12Cr2Ni4和20Cr2Ni4这两种合金元素含量相同（合金系数相同）但初始含碳量不同的材料为例：
将这两种材料同一炉装炉一起渗碳，尽管两者会得到相同的表面合金碳浓度，但你总会发现12Cr2Ni4的渗层深度会比20Cr2Ni4的渗层深度要浅的。
那就是说在某一特定条件下材料本身的初始碳浓度对“渗速”的影响还是蛮大的。

fjg · 发表于 2015-4-30 17:34:29

cnszgong 发表于 2015-4-30 16:51
再以12Cr2Ni4和20Cr2Ni4这两种合金系数相同但初始含碳量相同的材料为例：
将这两种材料同一炉装炉一起渗 ...

嗯嗯，好的，谢谢老师的讲解！

孤鸿踏雪 · 发表于 2015-4-30 18:10:07

fjg 发表于 2015-4-30 16:04
嗯嗯，谢谢老师，老师的意思就是：相同的含碳量的低碳合金渗碳钢，渗速的影响与合金元素无关。 ...

应该这样理解：在不考虑材料淬透性的情况下（其实材料淬透性影响的是有效淬硬层深度而不是渗层深度），具有相同含碳量和相同合金系数的不同材料，在同一渗碳条件下，其渗碳速度应该是等同的，或者说是极其接近的。

孤鸿踏雪 · 发表于 2015-5-4 15:43:41

cnszgong 发表于 2015-4-29 22:49
以20CrMnMo和20CrNi2Mo这两种初始碳浓度差不多的材料比较一下是合适的。
牌号: 20CrMnMo
C(％): 0.17 ...

恕我愚钝，请问“20CrNi2Mo合金系数0.981”“20CrMnMo合金系数1.13”这两个合金系数是如何计算出来的？

20CrNi3H和20Cr2Ni4A这两种材料的合金系数分别为多少？

cnszgong · 发表于 2015-5-4 16:43:30

孤鸿踏雪发表于 2015-5-4 15:43
恕我愚钝，请问“20CrNi2Mo合金系数0.981”“20CrMnMo合金系数1.13”这两个合金系数是如何计 ...

一般配置的碳控系统软件有这个功能的，直接将材料的化学成分输入软件系统就能得到结果。
不过不同厂家的软件系统计算出的合金系数（结果）会有差异（可能使用的计算公式算法不同）。
手工计算可以参考1楼的链接。

孤鸿踏雪 · 发表于 2015-5-4 18:06:08

cnszgong 发表于 2015-5-4 16:43
一般配置的碳控系统软件有这个功能的，直接将材料的化学成分输入软件系统就能得到结果。
不过不同厂家的软 ...

这里面有个问题，按照相关标准，每种钢材对应的合金元素都有一个范围，而且，国产材料上限和下限相差较大，这样计算出来的合金系数也会出现较大差异

cnszgong · 发表于 2015-5-4 18:07:49

本帖最后由 cnszgong 于 2015-5-4 18:09 编辑

孤鸿踏雪发表于 2015-5-4 18:06
这里面有个问题，按照相关标准，每种钢材对应的合金元素都有一个范围，而且，国产材料上限和下限 ...

（最高值+最低值）/2包括初始含碳量也是按平均数计算的。

孤鸿踏雪 · 发表于 2015-5-5 07:37:38

cnszgong 发表于 2015-5-4 18:07
（最高值+最低值）/2包括初始含碳量也是按平均数计算的。

可是那个计算合金系数的公式里没有碳元素一项啊

Adam · 发表于 2015-5-5 08:14:00

1.有人说合金元素越高，渗碳速度越快，这肯定是不成立的
2.渗碳速度本身的定义（距表面一定距离的碳含量）现在基本都不用了，所以本身的渗速只是参考意义

cnszgong · 发表于 2015-5-5 13:07:02

孤鸿踏雪发表于 2015-5-5 07:37
可是那个计算合金系数的公式里没有碳元素一项啊

材料本身的初始碳浓度对在一定条件下纯铁的碳浓度（炉气碳势————CP）没有影响的，也就是说材料本身的初始碳浓度只影响材料的渗层深度。
而材料的化学成分对合金碳浓度（或者合金碳势————Cs)是有影响的。

cnszgong · 发表于 2015-5-5 13:13:01

Adam 发表于 2015-5-5 08:14
1.有人说合金元素越高，渗碳速度越快，这肯定是不成立的
2.渗碳速度本身的定义（距表面一定距离的碳含量） ...

距表面一定距离的碳含量这个概念在很多碳控系统中还是有这一条的。
当然各种叫法不同，有参考碳浓度或者直接称呼深度计算点。

cnszgong · 发表于 2015-5-5 16:11:49

两者观点在具体生产加工中都有很实际的指导和意义，并且都有可操作性：
1.合金系数越大渗速越高：适用于不同材料混合装炉渗碳，可以节省加工成本缩短产品的加工周期；
2.当表面得到相同的合金碳浓度时，渗速相同（此时渗碳工艺是按材料本身的初始碳浓度分类的），这时可以在同一台（套）生产设备或流水线上实现渗碳工艺的标准化操作，提高技术人员的工作效率。

cnszgong · 发表于 2015-5-5 17:35:57

cnszgong 发表于 2015-5-5 16:11
两者观点在具体生产加工中都有很实际的指导和意义，并且都有可操作性：
1.合金系数越大渗速越高：适用于不 ...

这是我以前写材料的前言，虽说这只是当初为了满足有关部门要求（抱着玩一玩的心情写的），但事实证明是可以达到的。

孤鸿踏雪 · 发表于 2015-5-5 18:03:44

cnszgong 发表于 2015-5-5 17:35
这是我以前写材料的前言，虽说这只是当初为了满足有关部门要求（抱着玩一玩的心情写的），但事实证明是可 ...

只传了个头儿，期待全部传上来

Adam · 发表于 2015-5-26 15:52:48

其实在很多齿轮的渗碳中，合金系数的影响几乎0考虑，

cnszgong · 发表于 2015-5-26 16:28:18

Adam 发表于 2015-5-26 15:52
其实在很多齿轮的渗碳中，合金系数的影响几乎0考虑，

为什么这么说！？

Adam · 发表于 2015-5-27 08:20:10

cnszgong 发表于 2015-5-26 16:28
为什么这么说！？

渗层是渗碳产品在研发中最好控制的一个技术指标，
工程师们花的最大的精力是在变形的控制上，然后是组织的控制，表面及心部硬度的控制
这些控制也直接会推翻之前由于合金系数造成的影响
一般来说Ni和Cr，Mn，Mo等的影响最后可能就是0.98-1.08，但是这些仅仅是碳含量的影响而已。
龚工干的可能都是大件，如果是模数1.12-2.5之间的产品，那合金系数确实可以不考虑

cnszgong · 发表于 2015-5-27 09:55:22

Adam 发表于 2015-5-27 08:20
渗层是渗碳产品在研发中最好控制的一个技术指标，
工程师们花的最大的精力是在变形的控制上，然后是组织 ...

我也不是全做大的零件，小的也做的。
曾经做个的小齿轮箱，非常小。整套齿轮箱安装完成后像一个骨灰盒那么大，完全可以捧在手里。
关于合金系数不用考虑的问题，能否举一个具体的例子？

cnszgong · 发表于 2015-5-27 10:42:15

Adam 发表于 2015-5-27 08:20
渗层是渗碳产品在研发中最好控制的一个技术指标，
工程师们花的最大的精力是在变形的控制上，然后是组织 ...

确实小模数齿轮或者浅层渗碳产品，在工艺上对零件的合金碳浓度以及碳浓度梯度考虑不是那么重视，
因为零件渗碳的时间很短，零件表面不会出现碳浓度过高的现象。

风尘 · 发表于 2015-5-27 17:13:39

合金元素不同，其影响也是不同的。比如镍元素是氨的催化剂，即便含量低也比其他元素起的作用大

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