滲(shen)(shen)碳(tan)是目前(qian)機械工(gong)業中應用最廣泛的一(yi)種化學熱處(chu)理方法(fa)。其工(gong)藝特(te)點是將(jiang)低碳(tan)鋼或低碳(tan)合金鋼零(ling)件(jian)在增碳(tan)的活性介質(zhi)（滲(shen)(shen)碳(tan)劑(ji)）中加(jia)熱到900～930℃，使碳(tan)原子滲(shen)(shen)入(ru)表面層，繼之以(yi)淬(cui)火(huo)并低溫回火(huo)，使零(ling)件(jian)表層與心部具有不同(tong)的成分、組織(zhi)和(he)(he)性能。滲(shen)(shen)碳(tan)可分為固(gu)體滲(shen)(shen)碳(tan)、液(ye)體滲(shen)(shen)碳(tan)和(he)(he)氣體滲(shen)(shen)碳(tan)。近期又發展了真空滲(shen)(shen)碳(tan)、可控(kong)氣氛滲(shen)(shen)碳(tan)及(ji)等離子滲(shen)(shen)碳(tan)等。
一、滲(shen)碳的基本過程
根據滲碳介質狀態的不同，可(ke)以分為氣體(ti)滲碳、固(gu)體(ti)滲碳和(he)液體(ti)滲碳。但無論采用何(he)種滲碳介質，都包括分解、吸收和(he)擴(kuo)散三個基本過程。
1. 滲碳介(jie)質的分(fen)解過程
分解就是活性介質在一定溫度下進行化學分解，析出活性原子（或離子）的過程。例如在氣體滲碳時，煤油在高溫熱分解時產生甲烷（CH4），在鋼件的表面按如下反應分解出活性碳原子［C］，即CH4→2H2+[C]。化學介質分解的速度，取決于化學介質的性質、數量、分解的溫度、壓力以及有無催化劑等。
2. 活性碳原子被金屬(shu)表面吸收(shou)的過程
吸(xi)收就是活(huo)性(xing)原子(zi)(zi)（或(huo)離子(zi)(zi)）與(yu)金(jin)屬原子(zi)(zi)產生(sheng)鍵(jian)合(he)而進入(ru)金(jin)屬表(biao)層的(de)(de)(de)過程。吸(xi)收的(de)(de)(de)方式可(ke)以是活(huo)性(xing)原子(zi)(zi)向鋼的(de)(de)(de)固(gu)溶(rong)體(ti)中(zhong)溶(rong)解或(huo)形(xing)成(cheng)(cheng)化合(he)物。滲(shen)碳(tan)時，滲(shen)碳(tan)介質(zhi)(zhi)所分(fen)解的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)碳(tan)原子(zi)(zi)吸(xi)附在鋼件(jian)表(biao)面后，溶(rong)入(ru)奧(ao)氏體(ti)中(zhong)并形(xing)成(cheng)(cheng)間隙固(gu)溶(rong)體(ti)。當碳(tan)濃度(du)(du)超過該溫度(du)(du)下奧(ao)氏體(ti)的(de)(de)(de)飽和(he)濃度(du)(du)時，可(ke)形(xing)成(cheng)(cheng)化合(he)物（碳(tan)化物）。吸(xi)收的(de)(de)(de)強(qiang)弱，與(yu)活(huo)性(xing)介質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)分(fen)解速(su)度(du)(du)、滲(shen)入(ru)元素的(de)(de)(de)性(xing)質(zhi)(zhi)、擴散速(su)度(du)(du)、鋼件(jian)的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)分(fen)及表(biao)面狀態有(you)關。
3. 滲入元素的擴散過程(cheng)
擴散，就是(shi)被鋼件表面(mian)所(suo)吸收的(de)活性原子（或離(li)子）向鋼深(shen)處的(de)遷移，以(yi)形(xing)成一定厚度的(de)擴散層(ceng)（即滲(shen)層(ceng)）。分解、吸收、擴散是(shi)各種化學(xue)熱處理所(suo)共(gong)有的(de)基(ji)本過程，同樣適用于其他(ta)化學(xue)熱處理，例如(ru)滲(shen)氮、碳氮共(gong)滲(shen)、滲(shen)硫、滲(shen)硼及(ji)滲(shen)金屬等。
二、氣(qi)體滲碳(tan)工(gong)藝操作
本工藝為(wei)某廠氣體(ti)滲碳(tan)(tan)工藝規范，適用于(yu)低碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)和低碳(tan)(tan)合金鋼(gang)(gang)制(zhi)造(zao)的零件(jian)，其滲層深度要求1.1～1.3mm，滲碳(tan)(tan)劑(ji)為(wei)煤油。
如圖3-11所示，滲(shen)碳(tan)過(guo)程一般由排(pai)氣、強(qiang)烈滲(shen)碳(tan)、擴散和降溫4個(ge)階(jie)段組成(cheng)。
1. 排氣
滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)零件裝入滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)爐(lu)后必將引起(qi)爐(lu)溫降(jiang)低，同時帶(dai)入大量空氣(qi)。排(pai)(pai)氣(qi)的(de)(de)作用在(zai)于恢復爐(lu)溫到規定(ding)的(de)(de)溫度(du)，并盡量排(pai)(pai)除爐(lu)內空氣(qi)。通常采取加大滲(shen)(shen)劑流量以使(shi)(shi)爐(lu)內氧化性氣(qi)氛迅速減少。排(pai)(pai)氣(qi)時間(jian)往往在(zai)儀表溫度(du)達到滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)要(yao)(yao)求(qiu)的(de)(de)溫度(du)后再延長30～60min，以使(shi)(shi)爐(lu)氣(qi)成分(fen)達到要(yao)(yao)求(qiu)，并使(shi)(shi)爐(lu)內溫度(du)均勻及工件燒(shao)透。排(pai)(pai)氣(qi)不好會(hui)造成滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)質量降(jiang)低和滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)速度(du)減慢。
2. 強(qiang)烈滲碳
排氣階段結束后，即進入強烈滲(shen)碳(tan)階段。其特點是(shi)滲(shen)碳(tan)劑滴(di)量較多(duo)或氣氛較濃，使工(gong)件表面的(de)碳(tan)濃度(du)(du)(du)高于最后的(de)技術要(yao)(yao)求(qiu)，增大表面的(de)碳(tan)濃度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)可以(yi)提高滲(shen)碳(tan)速度(du)(du)(du)。強烈滲(shen)碳(tan)時間主(zhu)要(yao)(yao)取決于滲(shen)碳(tan)零件滲(shen)碳(tan)層的(de)要(yao)(yao)求(qiu)。
3. 擴散(san)
滲碳(tan)(tan)進入(ru)擴散(san)(san)階段是(shi)以(yi)減少滲碳(tan)(tan)劑滴量(liang)或濃度為標志(zhi)的(de)。此時爐內滲碳(tan)(tan)能力降低，工件表層過剩的(de)碳(tan)(tan)繼(ji)續向內部擴散(san)(san)，最后(hou)得到符合要求的(de)滲層深度及合適的(de)碳(tan)(tan)濃度分(fen)布。擴散(san)(san)階段所(suo)需時間由中(zhong)間試棒(bang)的(de)滲碳(tan)(tan)層深度確定。
4. 降溫
對于可直接(jie)淬(cui)火(huo)的零(ling)件應隨爐(lu)冷(leng)至適宜的淬(cui)火(huo)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度（一(yi)般在(zai)840～860℃），并保溫(wen)(wen)(wen)(wen)20～30min，使零(ling)件內外溫(wen)(wen)(wen)(wen)度均勻后(hou)出(chu)爐(lu)淬(cui)火(huo)；對于需要(yao)重新加(jia)熱淬(cui)火(huo)的滲碳(tan)零(ling)件，可自滲碳(tan)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度出(chu)爐(lu)放入緩冷(leng)罐中。
三、氣體(ti)滲碳操(cao)作要(yao)點
為了保證滲碳質(zhi)量，滲碳零(ling)件(jian)在進入滲碳爐前應(ying)清(qing)除表面污垢、鐵銹及油(you)脂等。常用(yong)熱水或(huo)含Na2CO3的(de)水溶液清(qing)洗介質(zhi)，對銹蝕(shi)工件(jian)可采(cai)用(yong)噴砂清(qing)理。
零件裝在料筐或掛具上，彼此間應留出50～10mm的間隙，以保證滲碳(tan)介質能與零件充分接觸和循環流(liu)通。
滲碳爐密封要好，并始終保持爐內氣氛為正壓力（一般在20～60mm水柱高）。風扇應始終運轉，以使零件能經常與新鮮氣氛接觸。排氣口要點燃，以免廢氣污染空氣，并便于觀察判斷爐內工作情況。有條件的應該進行爐氣分析。根據生產經驗，用煤油滲碳時，爐內氣氛成分應控制在下列范圍：CnH2n+21.5%,CnH2n≤0.6%%,CO:20%~35%,H2:50%~65%CO2≤0.5%O2≤0.5%,N2余量。在這種氣氛下對低碳合金鋼零件滲碳后表層碳含量在0.8％～1.0％（質量分數），而且炭黑很少。零件出爐時間根據隨爐試樣的層深檢查結果決定。試樣材料應與零件相同。對于不同的鋼種和層深，不宜同爐滲碳。
另外，對新滲(shen)(shen)碳罐、新的工夾具應預先(xian)滲(shen)(shen)碳。在正(zheng)常生產情(qing)況，停(ting)爐較長(chang)再開爐升溫時也應進(jin)行爐腔滲(shen)(shen)碳。
四、滲碳零件(jian)的熱處理(li)
滲碳(tan)只能改變(bian)零件的(de)(de)(de)表面化(hua)學成分，而零件表面的(de)(de)(de)最終強化(hua)則必須(xu)(xu)經過適當的(de)(de)(de)熱處理(li)。通過熱處理(li)可使零件的(de)(de)(de)高碳(tan)表層獲得細小的(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)體，而零件的(de)(de)(de)心部由低碳(tan)馬(ma)氏(shi)體、托氏(shi)體、索氏(shi)體等組織(zhi)所(suo)組成。滲碳(tan)后可采用不同(tong)的(de)(de)(de)熱處理(li)方法(fa)：直接淬火、一次(ci)淬火及二(er)次(ci)淬火，淬火后必須(xu)(xu)進(jin)行(xing)低溫(wen)回火。
1. 直接淬火(huo)
直(zhi)(zhi)接淬火(huo)是指工件滲碳后隨(sui)爐降溫(wen)(wen)到高于(yu)Ar1或(huo)Ar3溫(wen)(wen)度（760～850℃），然后直(zhi)(zhi)接淬火(huo)的方(fang)法(fa)，淬火(huo)后在150～200℃回火(huo)2～3h。
隨爐降溫或出(chu)爐預冷的目的是為了減少淬火內應力(li)，從(cong)而減小工件的變形(xing)。同時，還可使高碳(tan)的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)析出(chu)一部(bu)分碳(tan)化(hua)物(wu)，降低奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的碳(tan)濃度，從(cong)而減少淬火后殘留的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)，使零件表面獲得較高的硬度。
直(zhi)(zhi)接淬火(huo)(huo)的(de)優點(dian)是：減少了加熱和冷卻的(de)次數，使操作簡化，生產效率提高(gao)，還可減少淬火(huo)(huo)變形(xing)及表面(mian)氧化、脫碳(tan)傾向。直(zhi)(zhi)接淬火(huo)(huo)適用于低碳(tan)合金鋼等本質(zhi)細晶粒鋼，不適用于本質(zhi)粗晶粒鋼及滲碳(tan)時表面(mian)碳(tan)濃度(du)高(gao)的(de)零件。
2. 一(yi)次淬火
一次淬火是指零件滲碳后立即出爐或降溫到860～880℃出爐，在冷卻坑內冷卻至室溫，然后再重新加熱淬火。適于本質粗晶粒鋼零件，以及不宜直接淬火的零件。
3. 二次淬火
對本質粗晶粒鋼(gang)或(huo)使(shi)用(yong)性(xing)能要求很高的(de)(de)零(ling)件，要采(cai)用(yong)二次(ci)(ci)(ci)火(huo)，或(huo)一(yi)(yi)次(ci)(ci)(ci)正(zheng)火(huo)加一(yi)(yi)次(ci)(ci)(ci)淬(cui)火(huo)，以保證滲(shen)碳(tan)零(ling)件的(de)(de)心部和滲(shen)層都達到高的(de)(de)性(xing)能要求。第一(yi)(yi)次(ci)(ci)(ci)淬(cui)火(huo)（或(huo)正(zheng)火(huo)）溫(wen)(wen)度，碳(tan)鋼(gang)為880～900℃，合(he)金鋼(gang)為850～870℃，目的(de)(de)是(shi)細化心部組(zu)織，并(bing)消除(chu)表面網狀(zhuang)碳(tan)化物。第二次(ci)(ci)(ci)淬(cui)火(huo)溫(wen)(wen)度則要根據高碳(tan)的(de)(de)表層來決定(ding)，一(yi)(yi)般選擇稍高于Ac1的(de)(de)溫(wen)(wen)度（770～820℃）。
二次(ci)淬(cui)火，有可能出現較(jiao)大的(de)淬(cui)火缺陷(xian)，工藝(yi)較(jiao)復(fu)雜，生產周(zhou)期(qi)長，故(gu)僅用于表面耐磨性(xing)、疲勞強度和(he)心部(bu)韌(ren)性(xing)等要求(qiu)較(jiao)高(gao)的(de)重載荷零(ling)件。
