CN113862609B - 利用渗碳、表面石墨化提高中低碳钢工件耐磨减摩的方法 - Google Patents

利用渗碳、表面石墨化提高中低碳钢工件耐磨减摩的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用渗碳、表面石墨化提高中、低碳钢工件耐磨减摩的方法，属于钢铁材料加工技术领域。该方法主要是对以中、低碳钢为材质的工件进行表面渗碳处理、表面石墨化处理，其中，表面渗碳处理不仅在于强化工件表层，同时还在于提高工件表层碳含量，为后续表面石墨化处理提供碳源；表面石墨化处理则是为了在渗碳层中形成石墨粒子。处理后中、低碳钢工件，其表层可形成起支撑载荷骨架作用的强化耐磨渗碳组织，以及形成起减小摩擦面磨擦系数的固体润滑作用的石墨粒子，这是将渗碳强化与石墨固体润滑复合在了工件表层，因此，经过该处理的中、低碳钢工件具有较高的耐磨减摩性能，可应用在接触应力大、润滑不良环境下工作的摩擦副的耐磨减摩性能的提高上。

Description

利用渗碳、表面石墨化提高中低碳钢工件耐磨减摩的方法
技术领域
本发明涉及一种利用渗碳、表面石墨化提高中、低碳钢工件耐磨减摩的方法，属于钢铁材料加工技术领域。
背景技术
摩擦和磨损是各类机械设备中普遍存在的现象，其结果是：一方面导致大量的能源被消耗，另一方面导致零件失效而造成大量材料受到损失，严重时甚至可能造成巨大的经济损失。据不完全统计，世界上1/3以上的能源消耗在各种摩擦损耗上，80％的机器零部件是由于磨损而失效的。因此，为了节约能源和材料，必须重视提高摩擦副材料表面的减摩耐磨性能。
对于以碳钢为材质的工件，大多数是通过强化摩擦副材料表面来达到工程实际应用中耐磨减摩性能要求的。一般来说，润滑是减少摩擦、降低磨损的有效途径。因此，如果在对摩擦副材料表面强化的同时，引入固体润滑来改善摩擦副材料表面的润滑条件，即将表面强化与固体润滑进行复合，将有助于大幅度改善摩擦副材料表面的耐磨减摩性能。
根据中、低碳钢的成分特点，以及石墨粒子的固体润滑效果，本申请考虑表面强化采用渗碳，表层润化采用表面石墨化在渗碳层中形成的石墨粒子，即利用起固体润滑作用的石墨粒子来减小摩擦副表面的摩擦系数，这样就将渗碳强化与石墨粒子的固体润滑复合在了工件表层，这既兼顾了通过表面渗碳强化提高其耐磨性，又兼顾了通过石墨粒子改善润滑条件而减小摩擦系数，从而可大幅度提高中、低碳钢工件表面的减摩耐磨性能。另外，通过组织调控使中、低碳钢工件渗碳层以内的芯部不出现石墨而不受表面石墨化影响，仍保持为中、低碳钢组织结构的致密和塑韧性，可承受较高的负荷。因此，本技术可广泛用于接触应力大、速度高、润滑不良环境下工作的摩擦副。另外，本申请采用渗碳强化与石墨润滑的结合，也是考虑到渗碳可为表层石墨粒子的形成提供碳源。
发明内容
本申请主要是基于中、低碳钢的表面渗碳强化、以及表面石墨化形成的石墨粒子的固体润化来改善材料的减摩耐磨性。这是对摩擦副材料进行表面强化和固体润滑的复合处理，既兼顾了表面强化来提高耐磨性能，又兼顾了润滑条件的改善来减小摩擦系数，可有效实现摩擦副材料表面的耐磨减摩。
本发明通过以下技术措施实现：
一种利用渗碳、表面石墨化提高中低碳钢工件耐磨减摩的方法，所述中低碳钢质量百分比含量为：0.12～0.65％C，1.00～2.00％Si，0.30～0.60％Mn，P≤0.025％，S≤0.025％，0.0002～0.0010％B，其余含量为Fe及不可避免杂质；其中，对于由碳含量为0.12～0.25％的低碳钢制成的工件，提出的耐磨减摩方法是依次对其进行第一次渗碳、表面感应淬火、表面石墨化处理、第二次渗碳，及其淬火、低温回火的热处理；而对于由碳含量为0.26～0.65％的中碳钢制成的工件，提出的耐磨减摩方法是依次对其进行完全退火、表面感应淬火、表面石墨化处理、渗碳，及其淬火、低温回火的热处理；处理后可在中、低碳钢工件表面形成以典型渗碳热处理组织为特征的耐磨渗碳组织，以及形成以石墨粒子为固体润滑剂的减摩相，且石墨以细小的颗粒状弥散分布于工件渗碳层中；其中，渗碳处理的目的在于强化工件表层，除此之外，低碳钢的第一次渗碳的目的还在于提高工件表层碳含量，为后续表面石墨化处理提供碳源；工件表层中的石墨粒子的形成主要是利用表面石墨化处理时表层渗碳体分解的碳，以及后续渗碳时扩散而来的碳来实现的，即渗碳时扩散而来的碳可成为渗碳层中形成石墨粒子的碳源；由此使工件的表面层因渗碳形成高硬度而耐磨、由表面石墨化处理形成低摩擦系数而减摩，同时工件渗碳层以内的部分，即工件芯部仍然保持着中、低碳钢致密组织与塑韧性；
进一步地，对所述由碳含量为0.12～0.25％的低碳钢制成的工件，其第一次渗碳是指对低碳钢工件在渗碳炉中进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段采用的温度为890～900℃，炉内碳势控制在1.65～1.85％，当工件表面碳浓度达到1.2％～1.3％时开始进行扩散，扩散温度为910～920℃，炉内碳势控制在0.95～1.05％，当渗层深度达到2.0～2.5mm时结束扩散；之后，低碳钢工件随炉冷却至400～420℃时出炉空冷，随炉冷却的目的在于获得接近平衡状态的组织，以使在后续表面石墨化过程中，工件渗层以内的部分，即工件芯部不发生渗碳体分解的石墨化过程，工件芯部也不出现石墨粒子而不受表面石墨化影响，从而避免了因石墨的出现而对工件芯部的不利影响；表面感应淬火是指对第一次渗碳处理之后的低碳钢工件进行中频感应淬火，根据工件尺寸、淬硬层深度选择电流频率，并保证处理后的淬硬层深度为2.5～3.0mm，表面感应淬火的目的是为工件表层引入淬火组织及其淬火时产生的微观裂纹、孔隙，进而成为后续表面石墨化处理时石墨的形核核心，并以此来促进表面石墨化过程，这也是本申请提出的工件表层已石墨化而工件芯部未石墨化的主要原因；表面石墨化处理是指对感应淬火处理之后的低碳钢工件进行在相变点Ac1以下20～100℃温度范围内的保温时间为6～12小时的等温，并随炉冷却至室温的一个热处理过程，该过程主要是通过控制表层中渗碳体的分解来实现表面石墨化，即在渗碳层中形成细小的颗粒状弥散分布的石墨粒子；第二次渗碳是指对表面石墨化处理之后的低碳钢工件进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段、扩散阶段的温度均为910～920℃，强渗阶段的碳势为1.1～1.2％，当渗层深度达到1.3mm～1.7mm时转入扩散阶段，相应扩散阶段的碳势为0.9～1.0％，当渗层深度达到2.0～2.5mm时扩散阶段结束；之后，低碳钢工件出炉并空冷至室温；淬火、低温回火的热处理是指对第二次渗碳处理之后的低碳钢工件进行淬火、低温回火，淬火温度为Ac3以上30～50℃；保温时间按照工件最大厚度选定，即1.5～2.5min/mm；回火温度为：180～200℃；保温时间同样按照工件最大厚度选定，即2.0～3.0min/mm；
进一步地，对所述由碳含量为0.26～0.65％的中碳钢制成的工件，其完全退火是指对对中碳钢工件进行相变点Ac3以上30～50℃温度范围内、按照工件最大厚度选定保温时间，即3.0～4.0min/mm的等温，并随炉冷却至室温的一个热处理过程，其目的在于获得接近平衡状态的组织，以使在后续表面石墨化过程中，工件表层以内的部分，即工件芯部不发生渗碳体分解的石墨化过程，也即工件芯部不出现石墨粒子而不受表面石墨化影响，从而避免了因石墨的出现而对工件芯部的不利影响；表面感应淬火是指对退火处理之后的中碳钢工件进行中频感应淬火，根据工件尺寸、淬硬层深度选择电流频率，并保证处理后的淬硬层深度为2.5～3.0mm，表面感应淬火的目的是为工件表层引入淬火组织及其淬火时产生的微观裂纹、孔隙，进而成为后续表面石墨化处理时石墨的形核核心，并以此来促进表面石墨化过程，这也是本申请提出的工件表层已石墨化而工件芯部未石墨化的主要原因；表面石墨化处理是指对感应淬火处理之后的中碳钢工件进行在相变点Ac1以下20～100℃温度范围内的保温时间为6～12小时的等温，并随炉冷却至室温的一个热处理过程，该过程主要是通过控制表层中渗碳体的分解来实现表面石墨化，即在表层中形成细小的颗粒状弥散分布的石墨粒子；渗碳是指对表面石墨化处理之后的中碳钢工件进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段、扩散阶段的温度均为910～920℃，强渗阶段的碳势为1.1～1.2％，当渗层深度达到1.3～1.7mm时转入扩散阶段，相应扩散阶段的碳势为0.95～1.05％，当渗层深度达到2.0～2.5mm时扩散阶段结束；之后，工件出炉并空冷至室温；淬火、低温回火的热处理是指对渗碳处理之后的中碳钢工件进行淬火、低温回火，其中，淬火温度为相变点Ac3以上30～50℃；保温时间按照工件最大厚度选定，即1.5～2.5min/mm；回火温度为180～200℃，保温时间同样按照工件最大厚度选定，即2.0～3.0min/mm；
进一步地，无论是所述低碳钢工件的第二次渗碳，还是所述中碳钢工件的渗碳，其目的不仅在于提高工件渗碳层中不含石墨粒子的渗碳组织中的碳浓度，而保证渗碳热处理后表层渗碳组织具有高的承载力，起到耐磨作用；而且还在于将渗碳作为碳源，即通过渗碳将渗碳介质中的碳扩散到渗碳温度下因石墨固溶而留下的孔隙，而致使石墨粒子的含量不致因为石墨固溶而有所减小，这样就可因渗层中石墨粒子的润滑作用而使工件表面的摩擦系数有所降低，而具有高的减摩性能，进而这也有助于耐磨损性能的提高；
进一步地，按照上述方法处理的中、低碳钢工件，可在其渗碳层中形成体积百分数为2～6％、尺寸为2.0～6.0μm的细小颗粒状弥散分布的石墨粒子，低碳钢工件渗碳层中不含石墨粒子的渗碳组织的碳浓度为0.80～0.90％，中碳钢工件渗碳层中不含石墨粒子的渗碳组织的碳浓度为0.85～0.95％；鉴于石墨粒子的润滑作用而使摩擦表面具有较低的摩擦系数，以及高强度、高硬度渗碳组织所起的支撑载荷的骨架作用而具有的高耐磨性，这样就保证了中、低碳钢工件具有高的耐磨减摩性能。
本发明技术关键点是：
为了改善中、低碳钢工件的耐磨减摩性能，本申请从以下3个技术关键点来实现，即：
第一个技术关键点是本申请通过将表面渗碳强化与表面石墨化形成石墨粒子的固体润化相结合来提高中、低碳钢工件耐磨减摩性能。表面强化后的渗碳组织具有较高的强度、硬度，可起支撑载荷的骨架作用，而保证该钢摩擦时具有较高的耐磨性；润滑是减少摩擦、降低磨损的有效途径，表面石墨化处理形成的石墨粒子可起固体润滑作用，有效减小了摩擦面的摩擦系数，进而有助于摩擦面耐磨性能的提高；
第二个技术关键点是对于低碳钢工件，提出了对其进行第一次渗碳、表面感应淬火、表面石墨化、第二次渗碳以及淬火、低温回火的处理方法。其中，通过控制第一次渗碳处理来提高低碳钢工件表面碳含量，进而成为后续表面石墨化的碳源；通过控制表面感应淬火来为工件表层引入淬火组织及其淬火时产生的微观裂纹、孔隙，进而成为后续表面石墨化处理时石墨的形核核心，并以此来促进表面石墨化过程，这也是本申请提出的工件表层已石墨化而工件芯部未石墨化的原因；通过对低碳钢工件渗碳层的表面石墨化进行控制，来实现在低碳钢工件渗碳层中形成可起固体润滑作用的细小颗粒状弥散分布的石墨粒子；低碳钢工件表面石墨化处理后，其表层碳含量下降，因此，为了提高表层碳含量以提高其强度、硬度，提出了低碳钢工件表面石墨化后须再次对其进行渗碳处理，即第二次渗碳，此次渗碳时，不仅提高了表层碳含量，而且还可将碳可扩散到渗碳温度下因石墨固溶而留下的孔隙，而致使石墨粒子的含量不致因为石墨固溶而有所减小；为满足服役要求，即要使工件获得外硬内韧的性能，还必须对其进行淬火、低温回火，因此，本申请同样提出了对其淬火、低温回火热处理进行控制。
第三个技术关键点是对于中碳钢工件，提出了对其进行完全退火、表面感应淬火、表面石墨化、渗碳以及淬火、低温回火的处理方法。相对于低碳钢工件，由于碳含量较高，表面石墨化前不再进行渗碳，但设计了完全退火，主要是通过控制完全退火来使中碳钢工件获得近似平衡的组织结构，以避免在后续表面石墨化过程中工件芯部发生石墨化。对于本申请提出的中碳钢，其完全退火组织的石墨化需要很长的时间，因此，本申请提出了对表层进行表面感应淬火，以进行表面石墨化前的组织准备，即通过表面感应淬火使工件表层获得淬火组织，以及其淬火时的微观裂纹、孔隙等，以为表面石墨化处理时提供石墨粒子的形核核心，这样，因工件表层、芯部的这种组织结构差异，表现出来的就是：在较短时间内表层发生石墨化，而工件芯部不发生石墨化，即本申请的表面石墨化时间是以工件芯部不发生石墨化提出的。除此之外，对中碳钢工件的其他处理方法的技术关键点，均与第二个技术关键点中低碳钢工件的相同，不再另述。
本发明的有益效果：
按照本申请所述方法处理的中、低碳钢工件，在干摩擦条件下，其摩擦系数可稳定在0.12～0.16之间；其耐磨性高于按照常规渗碳处理的同材质工件的1～2倍。本申请提出对中、低碳钢工件进行表面强化与固体润滑相复合的方法来提高工件耐磨减摩性能，即工件表层强化采用渗碳，表层润化采用表面石墨化形成的石墨粒子，且石墨粒子仅弥散分布在表面强化层中，芯部基体无石墨粒子，仍保持组织结构致密的钢质基体特征。摩擦副材料的这种组织结构特征，不仅保证了外硬内韧，而且渗碳层还复合了可降低摩擦系数起固体润滑作用的石墨粒子，因此，本技术可有效提高材料的减磨耐磨性能，在接触应力大、速度高、润滑不良环境下工作的中、低碳钢工件的摩擦副表面处理上将获得广泛应用。
具体实施方式
现将本发明的实施例具体叙述于后。
本发明提出的一种利用渗碳、表面石墨化提高中、低碳钢工件耐磨减摩的方法，主要是按照以下步骤进行：
(1)对于以化学成分及其质量百分比含量为：0.12～0.25％C，1.00～2.00％Si，0.30～0.60％Mn，P≤0.025％，S≤0.025％，0.0002～0.0010％B，其余含量为Fe及不可避免杂质为材质的低碳钢工件；其耐磨减摩方法是对其依次进行第一次渗碳、表面感应淬火、表面石墨化处理、第二次渗碳及其淬火、低温回火的热处理；其中，第一次渗碳是指对低碳钢工件在渗碳炉中进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段采用的温度为890～900℃，炉内碳势控制在1.65～1.85％，当工件表面碳浓度达到1.2～1.3％时开始进行扩散，扩散温度为910℃～920℃，炉内碳势控制在0.95～1.05％，当渗层深度达到2.0mm～2.5mm时结束扩散；之后，低碳钢工件随炉冷却至400℃～420℃时出炉空冷；表面感应淬火是指对第一次渗碳处理之后的低碳钢工件进行中频感应淬火，根据工件尺寸、淬硬层深度选择电流频率，并保证处理后的淬硬层深度为2.5～3.0mm；表面石墨化处理是指对感应淬火处理之后的低碳钢工件进行在相变点Ac1以下20～100℃温度范围内的保温时间为6～12小时的等温，并随炉冷却至室温的一个热处理过程；第二次渗碳是指对表面石墨化处理之后的低碳钢工件进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段、扩散阶段的温度均为910～920℃，强渗阶段的碳势为1.1～1.2％，当渗层深度达到1.3～1.7mm时转入扩散阶段，相应扩散阶段的碳势为0.9～1.0％，当渗层深度达到2.0～2.5mm时扩散阶段结束；之后，低碳钢工件出炉并空冷至室温；淬火、低温回火的热处理是指对第二次渗碳处理之后的低碳钢工件进行淬火、低温回火，淬火温度为Ac3以上30～50℃；保温时间按照工件最大厚度选定，即1.5～2.5min/mm；回火温度为：180～200℃；保温时间同样按照工件最大厚度选定，即2～3min/mm；
(2)对于以化学成分及其质量百分比含量为：0.26～0.65％C，1.00～2.00％Si，0.30～0.60％Mn，P≤0.020％，S≤0.020％，0.0002～0.0010％B，其余含量为Fe及不可避免杂质为材质的中碳钢工件；其耐磨减摩方法是其依次进行完全退火、表面感应淬火、表面石墨化处理、渗碳及其淬火、低温回火的热处理；其中，完全退火是指对对中碳钢工件进行相变点Ac3以上30～50℃温度范围内、按照工件最大厚度选定保温时间，即3.0～4.0min/mm的等温，并随炉冷却至室温的一个热处理过程；表面感应淬火是指对退火处理之后的中碳钢工件进行中频感应淬火，根据工件尺寸、淬硬层深度选择电流频率，并保证处理后的淬硬层深度为2.5～3.0mm；表面石墨化处理是指对感应淬火处理之后的中碳钢工件进行在相变点Ac1以下20～100℃温度范围内的保温时间为6～12小时的等温，并随炉冷却至室温的一个热处理过程；渗碳是指对表面石墨化处理之后的中碳钢工件进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段、扩散阶段的温度均为910～920℃，强渗阶段的碳势为1.1～1.2％，当渗层深度达到1.3mm～1.7mm时转入扩散阶段，相应扩散阶段的碳势为0.95～1.05％，当渗层深度达到2.0～2.5mm时扩散阶段结束；之后，工件出炉并空冷至室温；淬火、低温回火的热处理是指对渗碳处理之后的中碳钢工件进行淬火、低温回火，其中，淬火温度为相变点Ac3以上30～50℃；保温时间按照工件最大厚度选定，即1.5～2.5min/mm；回火温度为180～200℃，保温时间同样按照工件最大厚度选定，即2.0～3.0min/mm。
以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步描述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
实施例1
对于低碳钢工件，本实施例按照以下步骤进行：
对于以化学成分及其质量百分比含量为：0.20％C，1.6％Si，0.47％Mn，0.010％P，0.012％S，0.0006％B，其余含量为Fe及不可避免杂质为材质的低碳钢工件；其耐磨减摩方法是对其依次进行第一次渗碳、表面感应淬火、表面石墨化处理、第二次渗碳及其淬火、低温回火的热处理；其中，该低碳钢工件的第一次渗碳是在在渗碳炉中进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段采用的温度为895℃，炉内碳势控制在1.75％，当工件表面碳浓度达到1.25％时开始转入扩散，扩散温度为915℃，炉内碳势控制在1.0％，当渗层深度达到2.2mm时结束扩散；之后，低碳钢工件随炉冷却至410℃时出炉空冷；表面感应淬火是对第一次渗碳处理之后的低碳钢工件进行中频感应淬火，此时根据工件尺寸、淬硬层深度选择电流频率，并保证处理后的淬硬层深度为2.7mm；表面石墨化处理是对感应淬火处理之后的低碳钢工件进行温度为660℃、保温时间为8小时的等温，并随炉冷却至室温；第二次渗碳是对表面石墨化处理之后的低碳钢工件进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段、扩散阶段的温度均为915℃，强渗阶段的碳势为1.15％，当渗层深度达到1.5mm时转入扩散阶段，相应扩散阶段的碳势为0.90％，当渗层深度达到2.2mm时扩散阶段结束；之后，低碳钢工件出炉并空冷至室温；第二次渗碳处理之后的低碳钢工件的淬火温度为900℃；保温时间按照工件最大厚度选定，即2.0min/mm；回火温度为190℃；保温时间同样按照工件最大厚度选定，即2.5min/mm。
对按照上述步骤处理的低碳钢工件进行测试，其结果显示，该低碳钢工件渗碳层中不含石墨粒子的渗碳组织的碳浓度为0.82％；同时渗碳层中的石墨粒子呈弥散分布，其体积分数为3.6％、平均尺寸为2.6μm；在干摩擦条件下，其摩擦系数稳定在0.153；其耐磨性高于按照常规渗碳处理的同材质工件的1.6倍。
实施例2
对于中碳钢工件，本实施例按照以下步骤进行：
(2)对于以化学成分及其质量百分比含量为：0.46％C，1.30％Si，0.39％Mn，0.011％P，0.013％S，0.0005％B，其余含量为Fe及不可避免杂质为材质的中碳钢工件；其耐磨减摩方法是其依次进行完全退火、表面感应淬火、表面石墨化处理、渗碳及其淬火、低温回火的热处理；其中，完全退火是对中碳钢工件进行温度为860℃、保温时间按照工件最大厚度选定，即3.5min/mm的等温，并随炉冷却至室温；表面感应淬火是对完全退火处理之后的中碳钢工件进行中频感应淬火，根据工件尺寸、淬硬层深度选择电流频率，并保证处理后的淬硬层深度为2.7mm；表面石墨化处理是对感应淬火处理之后的中碳钢工件进行温度为680℃、保温时间为10小时的等温，并随炉冷却至室温；渗碳是指对表面石墨化处理之后的中碳钢工件进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段、扩散阶段的温度均为915℃，强渗阶段的碳势为1.15％，当渗层深度达到1.5mm时转入扩散阶段，相应扩散阶段的碳势为1.0％，当渗层深度达到2.2mm时扩散阶段结束；之后，工件出炉并空冷至室温；渗碳处理之后的中碳钢工件进行淬火、低温回火处理，其淬火温度为850℃；保温时间按照工件最大厚度选定，即2.0min/mm；回火温度为190℃，保温时间同样按照工件最大厚度选定，即2.5min/mm。
对按照上述步骤处理的低碳钢工件进行测试，其结果显示，该中碳钢工件渗碳层中不含石墨粒子的渗碳组织的碳浓度为0.91％；同时渗碳层中的石墨粒子呈弥散分布，其体积分数为4.2％、平均尺寸为3.1μm；在干摩擦条件下，其摩擦系数稳定在0.136；其耐磨性高于按照常规渗碳处理的同材质工件的1.8倍。
由实施例可见，利用本发明提出的一种利用渗碳、表面石墨化提高中、低碳钢工件耐磨减摩的方法，这是将表面渗碳强化与石墨粒子固体润滑有机地复合在了中、低碳钢工件表层的一种方法，通过渗碳强化而耐磨、通过石墨粒子降低摩擦系数而减摩，这种复合有效提高提高了中、低碳钢工件表面的耐磨减摩性能；同时，渗碳层以内的部分仍保持为中、低碳钢组织结构的致密与塑韧性，可承受较大的载荷，因此，本处理方法在接触应力大、速度高、润滑不良环境下工作的摩擦副上可获得广泛应用，并有助于提高中、碳钢在耐磨减摩方面的竞争力。

Claims (5)

1.一种利用渗碳、表面石墨化提高中低碳钢工件耐磨减摩的方法，其特征在于：所述中低碳钢质量百分比含量为：0.12～0.65％C，1.00～2.00％Si，0.30～0.60％Mn，P≤0.025％，S≤0.025％，0.0002～0.0010％B，其余含量为Fe及不可避免杂质；其中，对于由碳含量为0.12～0.25％的低碳钢制成的工件，提出的耐磨减摩方法是依次对其进行第一次渗碳、表面感应淬火、表面石墨化处理、第二次渗碳，及其淬火、低温回火的热处理；而对于由碳含量为0.26～0.65％的中碳钢制成的工件，提出的耐磨减摩方法是依次对其进行完全退火、表面感应淬火、表面石墨化处理、渗碳，及其淬火、低温回火的热处理；处理后可在中、低碳钢工件表面形成以典型渗碳热处理组织为特征的耐磨渗碳组织，以及形成以石墨粒子为固体润滑剂的减摩相，且石墨以细小的颗粒状弥散分布于工件渗碳层中；其中，渗碳处理的目的在于强化工件表层，除此之外，低碳钢的第一次渗碳的目的还在于提高工件表层碳含量，为后续表面石墨化处理提供碳源；工件表层中的石墨粒子的形成主要是利用表面石墨化处理时表层渗碳体分解的碳，以及后续渗碳时扩散而来的碳来实现的，即渗碳时扩散而来的碳可成为渗碳层中形成石墨粒子的碳源；由此使工件的表面层因渗碳形成高硬度而耐磨、由表面石墨化处理形成低摩擦系数而减摩，同时工件渗碳层以内的部分，即工件芯部仍然保持着中、低碳钢致密组织与塑韧性。
2.根据权利要求1所述的利用渗碳、表面石墨化提高中低碳钢工件耐磨减摩的方法，其特征在于：对所述由碳含量为0.12～0.25％的低碳钢制成的工件，其第一次渗碳是指对低碳钢工件在渗碳炉中进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段采用的温度为890～900℃，炉内碳势控制在1.65～1.85％，当工件表面碳浓度达到1.2％～1.3％时开始进行扩散，扩散温度为910～920℃，炉内碳势控制在0.95～1.05％，当渗层深度达到2.0～2.5mm时结束扩散；之后，低碳钢工件随炉冷却至400～420℃时出炉空冷，随炉冷却的目的在于获得接近平衡状态的组织，以使在后续表面石墨化过程中，工件渗层以内的部分，即工件芯部不发生渗碳体分解的石墨化过程，工件芯部不出现石墨粒子而不受表面石墨化影响，从而避免了因石墨的出现而对工件芯部的不利影响；表面感应淬火是指对第一次渗碳处理之后的低碳钢工件进行中频感应淬火，根据工件尺寸、淬硬层深度选择电流频率，并保证处理后的淬硬层深度为2.5～3.0mm，表面感应淬火的目的是为工件表层引入淬火组织及其淬火时产生的微观裂纹、孔隙，进而成为后续表面石墨化处理时石墨的形核核心，并以此来促进表面石墨化过程，这也是工件表层已石墨化而工件芯部未石墨化的主要原因；表面石墨化处理是指对感应淬火处理之后的低碳钢工件进行在相变点Ac1以下20～100℃温度范围内的保温时间为6～12小时的等温，并随炉冷却至室温的一个热处理过程，该过程主要是通过控制表层中渗碳体的分解来实现表面石墨化，即在渗碳层中形成细小的颗粒状弥散分布的石墨粒子；第二次渗碳是指对表面石墨化处理之后的低碳钢工件进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段、扩散阶段的温度均为910～920℃，强渗阶段的碳势为1.1～1.2％，当渗层深度达到1.3mm～1.7mm时转入扩散阶段，相应扩散阶段的碳势为0.9～1.0％，当渗层深度达到2.0～2.5mm时扩散阶段结束；之后，低碳钢工件出炉并空冷至室温；淬火、低温回火的热处理是指对第二次渗碳处理之后的低碳钢工件进行淬火、低温回火，淬火温度为Ac3以上30～50℃；保温时间按照工件最大厚度选定，即1.5～2.5min/mm；回火温度为：180～200℃；保温时间同样按照工件最大厚度选定，即2.0～3.0min/mm。
3.根据权利要求1所述的利用渗碳、表面石墨化提高中低碳钢工件耐磨减摩的方法，其特征在于：对所述由碳含量为0.26～0.65％的中碳钢制成的工件，其完全退火是指对中碳钢工件进行相变点Ac3以上30～50℃温度范围内、按照工件最大厚度选定保温时间，即3.0～4.0min/mm，并随炉冷却至室温的一个热处理过程，其目的在于获得接近平衡状态的组织，以使在后续表面石墨化过程中，工件表层以内的部分，即工件芯部不发生渗碳体分解的石墨化过程，工件芯部不出现石墨粒子而不受表面石墨化影响，从而避免了因石墨的出现而对工件芯部的不利影响；表面感应淬火是指对退火处理之后的中碳钢工件进行中频感应淬火，根据工件尺寸、淬硬层深度选择电流频率，并保证处理后的淬硬层深度为2.5～3.0mm，表面感应淬火的目的是为工件表层引入淬火组织及其淬火时产生的微观裂纹、孔隙，进而成为后续表面石墨化处理时石墨的形核核心，并以此来促进表面石墨化过程，这也是工件表层已石墨化而工件芯部未石墨化的主要原因；表面石墨化处理是指对感应淬火处理之后的中碳钢工件进行在相变点Ac1以下20～100℃温度范围内的保温时间为6～12小时的等温，并随炉冷却至室温的一个热处理过程，该过程主要是通过控制表层中渗碳体的分解来实现表面石墨化，即在表层中形成细小的颗粒状弥散分布的石墨粒子；渗碳是指对表面石墨化处理之后的中碳钢工件进行滴注式可控气氛渗碳，其中强渗阶段、扩散阶段的温度均为910～920℃，强渗阶段的碳势为1.1～1.2％，当渗层深度达到1.3～1.7mm时转入扩散阶段，相应扩散阶段的碳势为0.95～1.05％，当渗层深度达到2.0～2.5mm时扩散阶段结束；之后，工件出炉并空冷至室温；淬火、低温回火的热处理是指对渗碳处理之后的中碳钢工件进行淬火、低温回火，其中，淬火温度为相变点Ac3以上30～50℃；保温时间按照工件最大厚度选定，即1.5～2.5min/mm；回火温度为180～200℃，保温时间同样按照工件最大厚度选定，即2.0～3.0min/mm。
4.根据权利要求1所述的利用渗碳、表面石墨化提高中低碳钢工件耐磨减摩的方法，其特征在于：无论是所述低碳钢工件的第二次渗碳，还是所述中碳钢工件的渗碳，其目的不仅在于提高工件渗碳层中不含石墨粒子的渗碳组织中的碳浓度，而保证渗碳热处理后表层渗碳组织具有高的承载力，起到耐磨作用；而且还在于将渗碳作为碳源，即通过渗碳将渗碳介质中的碳扩散到渗碳温度下因石墨固溶而留下的孔隙，而致使石墨粒子的含量不致因为石墨固溶而有所减小，这样就可因渗层中石墨粒子的润滑作用而使工件表面的摩擦系数有所降低，而具有高的减摩性能，进而这也有助于耐磨损性能的提高。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的利用渗碳、表面石墨化提高中低碳钢工件耐磨减摩的方法，其特征在于：按照上述方法处理的中、低碳钢工件，可在其渗碳层中形成体积百分数为2～6％、尺寸为2.0～6.0μm的细小颗粒状弥散分布的石墨粒子，低碳钢工件渗碳层中不含石墨粒子的渗碳组织的碳浓度为0.80～0.90％，中碳钢工件渗碳层中不含石墨粒子的渗碳组织的碳浓度为0.85～0.95％；鉴于石墨粒子的润滑作用而使摩擦表面具有较低的摩擦系数，以及高强度、高硬度渗碳组织所起的支撑载荷的骨架作用而具有的高耐磨性，这样就保证了中、低碳钢工件具有高的耐磨减摩性能；按照上述方法处理的中、低碳钢工件，在干摩擦条件下，其摩擦系数可稳定在0.12～0.16之间；
其耐磨性高于按照常规渗碳处理的同材质工件的1～2倍。
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