滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)是(shi)目前機械工業(ye)中(zhong)(zhong)應(ying)用最廣泛(fan)的一(yi)種化學(xue)熱(re)處理方法。其工藝特(te)點是(shi)將(jiang)低(di)碳(tan)(tan)(tan)鋼(gang)或低(di)碳(tan)(tan)(tan)合金鋼(gang)零件在增碳(tan)(tan)(tan)的活性介質（滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)劑(ji)）中(zhong)(zhong)加熱(re)到900～930℃，使(shi)碳(tan)(tan)(tan)原子(zi)滲(shen)(shen)入表(biao)面(mian)層，繼之以(yi)淬火并低(di)溫回火，使(shi)零件表(biao)層與心部(bu)具有不(bu)同(tong)的成分、組織和(he)性能。滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)可分為固(gu)體滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)、液(ye)體滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)和(he)氣(qi)體滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)。近期又發展了真空滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)、可控氣(qi)氛滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)及等(deng)(deng)離子(zi)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)等(deng)(deng)。
一、滲碳的(de)基本過程(cheng)
根據滲(shen)(shen)碳(tan)介(jie)質狀(zhuang)態的不(bu)同(tong)，可(ke)以分為氣(qi)體滲(shen)(shen)碳(tan)、固體滲(shen)(shen)碳(tan)和液(ye)體滲(shen)(shen)碳(tan)。但無(wu)論采用何(he)種滲(shen)(shen)碳(tan)介(jie)質，都包括分解、吸收和擴散三個基本(ben)過程。
1. 滲(shen)碳介(jie)質(zhi)的分解(jie)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(yuan)子(zi)被金屬(shu)表面吸收(shou)的過程(cheng)
吸收就是活(huo)性原子(zi)（或離子(zi)）與金屬(shu)原子(zi)產生鍵合(he)(he)而(er)進(jin)入(ru)(ru)金屬(shu)表層的(de)過程。吸收的(de)方式可以是活(huo)性原子(zi)向鋼的(de)固溶體(ti)中(zhong)溶解(jie)(jie)或形成化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)。滲(shen)碳時，滲(shen)碳介(jie)質所分解(jie)(jie)的(de)活(huo)性碳原子(zi)吸附在(zai)鋼件表面后，溶入(ru)(ru)奧(ao)氏體(ti)中(zhong)并形成間隙固溶體(ti)。當(dang)碳濃度(du)超(chao)過該(gai)溫度(du)下奧(ao)氏體(ti)的(de)飽(bao)和濃度(du)時，可形成化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)（碳化(hua)物(wu)(wu)）。吸收的(de)強弱，與活(huo)性介(jie)質的(de)分解(jie)(jie)速度(du)、滲(shen)入(ru)(ru)元素的(de)性質、擴散(san)速度(du)、鋼件的(de)成分及表面狀態有(you)關(guan)。
3. 滲入(ru)元素的擴散(san)過程
擴散，就是被鋼件表面所吸(xi)收的活性原子（或離子）向鋼深處(chu)的遷移，以形(xing)成一定(ding)厚度的擴散層(ceng)(ceng)（即(ji)滲(shen)(shen)層(ceng)(ceng)）。分解、吸(xi)收、擴散是各種化(hua)學(xue)熱處(chu)理所共有的基本過(guo)程(cheng)，同樣適用于(yu)其(qi)他(ta)化(hua)學(xue)熱處(chu)理，例如滲(shen)(shen)氮、碳氮共滲(shen)(shen)、滲(shen)(shen)硫、滲(shen)(shen)硼及滲(shen)(shen)金(jin)屬等。
二(er)、氣體(ti)滲(shen)碳工藝操(cao)作(zuo)
本工藝為某廠氣體滲碳(tan)(tan)工藝規范，適用(yong)于低(di)碳(tan)(tan)鋼和低(di)碳(tan)(tan)合(he)金(jin)鋼制造的零(ling)件，其滲層深度要求1.1～1.3mm，滲碳(tan)(tan)劑為煤油。
如圖3-11所示，滲碳(tan)過(guo)程一(yi)般(ban)由排氣(qi)、強烈(lie)滲碳(tan)、擴散和降溫4個階段(duan)組成。
1. 排(pai)氣
滲碳(tan)(tan)零件裝入(ru)滲碳(tan)(tan)爐(lu)后必將(jiang)引起爐(lu)溫(wen)降(jiang)低(di)，同時(shi)帶入(ru)大(da)量空(kong)氣(qi)。排氣(qi)的作用在(zai)于恢復爐(lu)溫(wen)到規定的溫(wen)度(du)(du)，并(bing)盡量排除爐(lu)內空(kong)氣(qi)。通(tong)常采取加大(da)滲劑流量以使(shi)爐(lu)內氧(yang)化性氣(qi)氛迅速(su)減少。排氣(qi)時(shi)間往往在(zai)儀表溫(wen)度(du)(du)達到滲碳(tan)(tan)要求(qiu)的溫(wen)度(du)(du)后再延長30～60min，以使(shi)爐(lu)氣(qi)成分達到要求(qiu)，并(bing)使(shi)爐(lu)內溫(wen)度(du)(du)均勻及工件燒透(tou)。排氣(qi)不好會造成滲碳(tan)(tan)質量降(jiang)低(di)和滲碳(tan)(tan)速(su)度(du)(du)減慢。
2. 強烈滲碳(tan)
排氣階段(duan)結束(shu)后，即進入強烈(lie)滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳階段(duan)。其(qi)特點是(shi)滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳劑滴量較多或氣氛較濃，使工件表(biao)面的碳濃度(du)高(gao)于最(zui)后的技術(shu)要求，增大表(biao)面的碳濃度(du)梯度(du)可以提高(gao)滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳速度(du)。強烈(lie)滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳時(shi)間主要取決于滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳零(ling)件滲(shen)(shen)(shen)(shen)碳層(ceng)的要求。
3. 擴散
滲(shen)碳(tan)(tan)進入擴散階段(duan)是以(yi)減(jian)少滲(shen)碳(tan)(tan)劑(ji)滴(di)量(liang)或濃度(du)為(wei)標志的(de)(de)。此時爐內(nei)滲(shen)碳(tan)(tan)能力(li)降低(di)，工件(jian)表層(ceng)過剩的(de)(de)碳(tan)(tan)繼續向內(nei)部(bu)擴散，最后得到符合要求的(de)(de)滲(shen)層(ceng)深度(du)及(ji)合適的(de)(de)碳(tan)(tan)濃度(du)分布。擴散階段(duan)所需時間由中間試(shi)棒(bang)的(de)(de)滲(shen)碳(tan)(tan)層(ceng)深度(du)確定(ding)。
4. 降溫
對于(yu)可直接(jie)淬(cui)火的(de)零(ling)件(jian)應隨爐(lu)冷(leng)至適宜的(de)淬(cui)火溫(wen)(wen)度(du)（一般在840～860℃），并保溫(wen)(wen)20～30min，使零(ling)件(jian)內外溫(wen)(wen)度(du)均勻后出(chu)爐(lu)淬(cui)火；對于(yu)需要重新(xin)加熱淬(cui)火的(de)滲(shen)碳零(ling)件(jian)，可自(zi)滲(shen)碳溫(wen)(wen)度(du)出(chu)爐(lu)放入緩冷(leng)罐中。
三(san)、氣體滲碳操作要點
為(wei)了保證滲碳(tan)質(zhi)(zhi)量，滲碳(tan)零(ling)件(jian)(jian)在進入(ru)滲碳(tan)爐(lu)前應清(qing)(qing)除表面污垢、鐵銹(xiu)及油(you)脂等。常(chang)用(yong)熱(re)水或含Na2CO3的水溶(rong)液清(qing)(qing)洗介質(zhi)(zhi)，對銹(xiu)蝕(shi)工件(jian)(jian)可采用(yong)噴砂清(qing)(qing)理。
零件(jian)裝在料(liao)筐或掛具(ju)上，彼此間(jian)應留出50～10mm的間(jian)隙，以保證滲碳介質能與零件(jian)充分接觸和循(xun)環流通。
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(dui)新(xin)(xin)滲(shen)碳罐、新(xin)(xin)的工夾(jia)具應預先滲(shen)碳。在(zai)正常生(sheng)產情況，停爐(lu)較(jiao)長再開爐(lu)升溫時也應進行爐(lu)腔(qiang)滲(shen)碳。
四、滲(shen)碳零件的熱處理
滲(shen)碳(tan)(tan)只(zhi)能改變(bian)零件(jian)的(de)(de)表(biao)面化(hua)學(xue)成分，而(er)零件(jian)表(biao)面的(de)(de)最(zui)終強化(hua)則必(bi)須(xu)經過適當的(de)(de)熱處理。通過熱處理可使(shi)零件(jian)的(de)(de)高碳(tan)(tan)表(biao)層獲得細小的(de)(de)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)，而(er)零件(jian)的(de)(de)心部(bu)由低(di)碳(tan)(tan)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)、托氏(shi)(shi)(shi)體(ti)、索氏(shi)(shi)(shi)體(ti)等組織所組成。滲(shen)碳(tan)(tan)后可采用不(bu)同的(de)(de)熱處理方(fang)法：直接淬(cui)(cui)火(huo)(huo)(huo)、一(yi)次淬(cui)(cui)火(huo)(huo)(huo)及二(er)次淬(cui)(cui)火(huo)(huo)(huo)，淬(cui)(cui)火(huo)(huo)(huo)后必(bi)須(xu)進行低(di)溫回火(huo)(huo)(huo)。
1. 直接淬(cui)火
直(zhi)接淬(cui)火(huo)是指工(gong)件滲碳后(hou)隨(sui)爐降溫(wen)(wen)到高(gao)于Ar1或Ar3溫(wen)(wen)度（760～850℃），然后(hou)直(zhi)接淬(cui)火(huo)的方法(fa)，淬(cui)火(huo)后(hou)在(zai)150～200℃回火(huo)2～3h。
隨爐降溫或出(chu)爐預冷(leng)的(de)(de)目的(de)(de)是為了減(jian)少淬(cui)火內應力(li)，從而減(jian)小工件的(de)(de)變形(xing)。同時，還可使高碳的(de)(de)奧(ao)氏體析出(chu)一部分(fen)碳化(hua)物，降低奧(ao)氏體的(de)(de)碳濃(nong)度，從而減(jian)少淬(cui)火后(hou)殘(can)留的(de)(de)奧(ao)氏體，使零(ling)件表面獲(huo)得(de)較高的(de)(de)硬度。
直接(jie)淬(cui)火的(de)優點是(shi)：減少了加熱和冷卻的(de)次數，使操作(zuo)簡化，生(sheng)產效率提高，還可減少淬(cui)火變形及(ji)表面氧化、脫(tuo)碳(tan)傾向(xiang)。直接(jie)淬(cui)火適(shi)用于低(di)碳(tan)合(he)金鋼等本質細(xi)晶粒(li)鋼，不適(shi)用于本質粗(cu)晶粒(li)鋼及(ji)滲碳(tan)時表面碳(tan)濃(nong)度高的(de)零(ling)件。
2. 一次淬火
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(cui)火
對本質粗晶粒鋼(gang)或(huo)使(shi)用(yong)性能要(yao)求很高(gao)的(de)零件，要(yao)采用(yong)二(er)次(ci)火(huo)，或(huo)一(yi)(yi)次(ci)正(zheng)火(huo)加一(yi)(yi)次(ci)淬(cui)火(huo)，以(yi)保證滲碳零件的(de)心(xin)部(bu)和滲層都(dou)達到(dao)高(gao)的(de)性能要(yao)求。第一(yi)(yi)次(ci)淬(cui)火(huo)（或(huo)正(zheng)火(huo)）溫(wen)度，碳鋼(gang)為(wei)880～900℃，合(he)金鋼(gang)為(wei)850～870℃，目的(de)是細化心(xin)部(bu)組織，并消(xiao)除表(biao)面網狀碳化物。第二(er)次(ci)淬(cui)火(huo)溫(wen)度則(ze)要(yao)根據高(gao)碳的(de)表(biao)層來決定，一(yi)(yi)般(ban)選擇稍(shao)高(gao)于Ac1的(de)溫(wen)度（770～820℃）。
二次淬(cui)火，有可(ke)能出現(xian)較(jiao)大(da)的淬(cui)火缺陷，工藝較(jiao)復雜，生產周期長，故僅用(yong)于表面耐磨性(xing)、疲勞強度和心部(bu)韌性(xing)等要求(qiu)較(jiao)高的重載荷(he)零件(jian)。
