【摘要】自攻螺钉一般为中低碳钢，表面需要渗碳或碳氮共渗处理，使用网带炉通过氧探头控制碳势，在甲醇裂解气和丙烷保护气下，经过热处理后，达到表面高硬度、高耐磨性，心部较好的韧性和塑性。

　　【关键词】紧固件;网带炉;渗碳;碳氮共渗;自攻螺钉

　　1. 试验材料与方法

　　试验采用M6×20盘头内花六角头自攻螺钉，材料为SWRCH22A，材料符合日本JIS标准规定。产品技术要求：渗碳层深度0.15～0.28mm，回火后心部硬度(30±2)HRC。试验用无马弗SY-805-6三永网带炉，由炉体、电热元件、热电偶、氧探头、搅拌风扇和输送带组成，炉体由抗渗层、保温层和炉壳组成，炉膛为贯通式结构，采用前排气方式。时间、碳势和温度等参数可在PLC系统的程序内设定并执行。工艺程序均可在电脑屏幕上显示，并具有故障自诊断功能。时间由变频器控制，碳势由碳控仪控制，信号由反应灵敏的氧探头测量，功率由三相SCR电力调整器控制，温度信号由热电偶测量;渗碳剂为丙烷和甲醇，其中甲醇为稀释剂，流量为1800～2400mL/h，丙烷为富化气，流量根据碳势由电磁阀控制。

　　2. 试验结果与分析

　　(1)试验结果 炉内温度稳定在880℃，设定碳势1.2%。三永SY-805-6型网带炉分为6区，氧探头安装在4区和5区，用三气分析仪测量4区、5区和 6区的碳势，4区1.18%，5区1.21%，6区1.24%。网带炉内气氛均匀性通过搅拌风扇控制，产品在3区前面时还在升温阶段，温度低，渗碳效果差，未安装氧探头，炉口前段碳势偏低，6区由于油蒸气的分解碳势略有上升。

　　(2)试验工艺 在网带炉中渗碳或碳氮共渗，对低碳钢SWRCH22A、ML20MnVB、ML15MnVB 或中碳钢、中碳合金钢，SWRCH35K、SCM435、 SCR440钢制螺钉，渗碳层应根据螺钉规格选择，对于合金钢可渗碳直接淬火，而对碳素钢应渗碳后空冷，二次加热淬火。试验工艺见附表。

　　3. 试验分析

　　无论采用何种渗碳方式，所用渗碳剂经高温裂解后渗碳组分应为CO、CO2、CH4、H2，产生活性碳原子在工件表面吸附并扩散，形成一定碳浓度的渗碳层。螺钉渗碳均为浅层渗碳，采用网带式渗碳炉十分有利，工件是按照预先设定的条件进行处理，工件连续地在装料口装炉，处理之后在出料口连续出炉。随着渗碳时间的延长，影响渗碳速度的因素也发生变化，即渗层深度的增加主要受碳在钢中的扩散速度所控制。通过金相显微观察，工件碳化物呈小块状或颗粒状弥散分布(≤2级)，马氏体为细针状分布(≤3级)。

　　4. 工艺选定

　　众所周知，影响渗碳工艺的主要因素有很多，如温度和时间等，当螺钉的材质、渗碳温度和碳势确定后，渗碳时间将根据渗碳层深度确定，各种渗碳剂或渗碳气体在高温下产生的活性原子是不一样的。在连续式网带炉内渗碳碳势设定为 1.0%～1.2%。而钢中的合金元素对钢吸收碳的能力和碳向内部扩散都有很大影响。V、C r、Ti碳化物形成元素能提高渗层表面的碳含量，在具有较高韧性、适当的淬透性的条件下，自攻锁紧螺钉常用ML15MnVB、ML20MnVB、SCM435和 SWRCH22A钢制造。螺钉表面残留的油会对炉内气氛产生影响，若不清洗干净则直接影响炉内气氛和控制精度，还要注意空炉网带上是否有残留黄色粉末，如有应认真对待处理螺钉的清洗工作。由于网带炉不具备渗碳后空冷条件，所以应尽量选用低合金钢或碳素钢渗碳直接淬火工艺。

　　5. 氢脆性

　　氢脆性是自攻类螺钉比较突出的质量隐患。在碳氮共渗直接淬火的螺钉中，氢脆的问题比渗碳件要突出得多。酸洗、电镀时产生的氢气及碳氮共渗时周围介质中氢气(一般高达60%～70%)，可在钢中溶解一部分。当电镀、磷化工序阴极电流效率达不到100%时，会产生大量的氢原子附在螺钉表面，从而产生渗氢。氢的这一行为对钢的氢脆破坏有重要影响。自攻类螺钉驱氢时间6～8h，由于温度可提高氢在钢中的扩散系数，因此，150～200℃保温可以排除氢脆，但温度过高，例如400℃以上，氢在钢中的溶解也增加，氢不再自动从钢中逸出，达不到除氢目的。驱氢温度选择在140～170℃(磷化)、 200～240℃(电镀)，但生产中要根据心部硬度、表面粗糙度、电镀时间、镀层厚度、酸洗时间及酸浓度等生产条件来确定驱氢时间，应在钝化处理前、刚刚电镀后(4h之内)进行。

　　6. 结语

　　网带渗碳炉适合于零件尺寸小、数量和工艺变化大的场合，尤其是针对紧固件行业的大批量螺钉渗碳，只有从材料、热处理和测试等多方面不断改进与完善，才能生产出具有市场竞争力的产品。

　　《紧固件的网带炉渗碳热处理来源：《金属加工(热加工)》，作者：陆柯杰。