滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)是目前機械工(gong)業中(zhong)應用最廣泛的一種(zhong)化學熱(re)(re)處理(li)方法(fa)。其工(gong)藝特點是將(jiang)低(di)碳(tan)(tan)(tan)(tan)鋼或低(di)碳(tan)(tan)(tan)(tan)合金(jin)鋼零(ling)件(jian)在增碳(tan)(tan)(tan)(tan)的活性介(jie)質(zhi)（滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)劑）中(zhong)加熱(re)(re)到900～930℃，使碳(tan)(tan)(tan)(tan)原子(zi)滲入(ru)表面層(ceng)，繼之以淬火并低(di)溫(wen)回火，使零(ling)件(jian)表層(ceng)與心部(bu)具有不同的成分(fen)、組織(zhi)和性能。滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)可分(fen)為(wei)固體滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)、液體滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)和氣體滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)。近期(qi)又發展了(le)真空滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)、可控(kong)氣氛滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)及等離子(zi)滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)等。
一、滲碳的(de)基(ji)本(ben)過程
根據滲碳(tan)介質(zhi)狀態的不同，可以分(fen)(fen)為氣體(ti)滲碳(tan)、固體(ti)滲碳(tan)和液體(ti)滲碳(tan)。但無(wu)論采用(yong)何(he)種(zhong)滲碳(tan)介質(zhi)，都包(bao)括(kuo)分(fen)(fen)解、吸收和擴散三個基本過程。
1. 滲(shen)碳介(jie)質的(de)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(yuan)子(zi)被金屬表面(mian)吸收(shou)的過程
吸收就(jiu)是活(huo)性(xing)原子(zi)(zi)（或離子(zi)(zi)）與金(jin)屬(shu)原子(zi)(zi)產(chan)生(sheng)鍵合(he)而(er)進入(ru)金(jin)屬(shu)表層的(de)過程。吸收的(de)方式可以是活(huo)性(xing)原子(zi)(zi)向鋼的(de)固(gu)溶體中(zhong)溶解(jie)或形(xing)成(cheng)化(hua)合(he)物(wu)。滲碳時(shi)，滲碳介(jie)質所分(fen)解(jie)的(de)活(huo)性(xing)碳原子(zi)(zi)吸附在(zai)鋼件(jian)表面后，溶入(ru)奧氏(shi)體中(zhong)并形(xing)成(cheng)間(jian)隙固(gu)溶體。當碳濃度超過該(gai)溫度下奧氏(shi)體的(de)飽和濃度時(shi)，可形(xing)成(cheng)化(hua)合(he)物(wu)（碳化(hua)物(wu)）。吸收的(de)強弱，與活(huo)性(xing)介(jie)質的(de)分(fen)解(jie)速度、滲入(ru)元素的(de)性(xing)質、擴散速度、鋼件(jian)的(de)成(cheng)分(fen)及表面狀態(tai)有關(guan)。
3. 滲(shen)入元素(su)的擴散(san)過程(cheng)
擴散(san)，就是(shi)被鋼(gang)(gang)件表面所吸(xi)收的活性原子（或離子）向(xiang)鋼(gang)(gang)深處(chu)的遷移，以形(xing)成(cheng)一定厚度(du)的擴散(san)層（即滲(shen)(shen)層）。分解、吸(xi)收、擴散(san)是(shi)各(ge)種化學(xue)熱處(chu)理(li)所共有的基本過程，同樣適用于其他化學(xue)熱處(chu)理(li)，例如滲(shen)(shen)氮、碳(tan)氮共滲(shen)(shen)、滲(shen)(shen)硫、滲(shen)(shen)硼及(ji)滲(shen)(shen)金屬等。
二、氣體滲碳工藝操作
本工藝為某廠氣體滲碳工藝規范(fan)，適用(yong)于低(di)(di)碳鋼和低(di)(di)碳合金鋼制造的零件，其滲層深度要(yao)求1.1～1.3mm，滲碳劑為煤油(you)。
如(ru)圖3-11所示，滲(shen)碳過程一般由排氣、強烈滲(shen)碳、擴(kuo)散和降溫4個階段(duan)組成(cheng)。
1. 排氣
滲(shen)(shen)碳(tan)零件裝(zhuang)入滲(shen)(shen)碳(tan)爐(lu)后必將引(yin)起爐(lu)溫降低(di)，同時帶入大(da)量空氣(qi)。排(pai)氣(qi)的(de)作用在于恢復爐(lu)溫到規定的(de)溫度，并(bing)盡量排(pai)除爐(lu)內空氣(qi)。通常(chang)采取加大(da)滲(shen)(shen)劑流量以(yi)使(shi)爐(lu)內氧化性(xing)氣(qi)氛(fen)迅速減少。排(pai)氣(qi)時間往往在儀表溫度達到滲(shen)(shen)碳(tan)要求(qiu)的(de)溫度后再延長30～60min，以(yi)使(shi)爐(lu)氣(qi)成分達到要求(qiu)，并(bing)使(shi)爐(lu)內溫度均勻及工件燒透。排(pai)氣(qi)不好會造成滲(shen)(shen)碳(tan)質量降低(di)和滲(shen)(shen)碳(tan)速度減慢。
2. 強(qiang)烈滲碳
排(pai)氣階(jie)(jie)段結束(shu)后，即進入強烈(lie)滲碳(tan)階(jie)(jie)段。其(qi)特點是滲碳(tan)劑(ji)滴(di)量較多或氣氛較濃(nong)(nong)，使工件(jian)表面(mian)的碳(tan)濃(nong)(nong)度高(gao)(gao)于(yu)最后的技(ji)術要(yao)求，增大(da)表面(mian)的碳(tan)濃(nong)(nong)度梯度可以提(ti)高(gao)(gao)滲碳(tan)速度。強烈(lie)滲碳(tan)時間主要(yao)取決(jue)于(yu)滲碳(tan)零件(jian)滲碳(tan)層的要(yao)求。
3. 擴(kuo)散
滲(shen)碳(tan)進(jin)入擴散階段是以減少滲(shen)碳(tan)劑滴量或(huo)濃度(du)為標志的(de)(de)。此(ci)時(shi)爐內滲(shen)碳(tan)能力降低，工件表(biao)層過剩的(de)(de)碳(tan)繼續向內部(bu)擴散，最后(hou)得到符合要求的(de)(de)滲(shen)層深度(du)及合適的(de)(de)碳(tan)濃度(du)分布。擴散階段所需(xu)時(shi)間(jian)由(you)中間(jian)試棒的(de)(de)滲(shen)碳(tan)層深度(du)確定。
4. 降溫
對于可(ke)直接淬(cui)火(huo)的(de)零件(jian)(jian)應隨爐(lu)冷至適宜的(de)淬(cui)火(huo)溫度(du)（一般在(zai)840～860℃），并保溫20～30min，使零件(jian)(jian)內外溫度(du)均勻后出爐(lu)淬(cui)火(huo)；對于需要重新加熱(re)淬(cui)火(huo)的(de)滲碳(tan)零件(jian)(jian)，可(ke)自滲碳(tan)溫度(du)出爐(lu)放入緩冷罐(guan)中(zhong)。
三、氣(qi)體滲碳操(cao)作(zuo)要點
為了保證滲碳質量，滲碳零件(jian)在(zai)進(jin)入滲碳爐前應清(qing)(qing)除表面污(wu)垢、鐵銹及(ji)油脂等。常用熱水(shui)或(huo)含Na2CO3的水(shui)溶液清(qing)(qing)洗(xi)介質，對銹蝕(shi)工件(jian)可采用噴砂清(qing)(qing)理(li)。
零(ling)件裝在料筐或掛具上，彼(bi)此(ci)間應留(liu)出50～10mm的間隙(xi)，以保證(zheng)滲碳介質能(neng)與零(ling)件充分接(jie)觸(chu)和循環流通(tong)。
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(xin)(xin)滲(shen)碳(tan)罐(guan)、新(xin)(xin)的工夾(jia)具應預先滲(shen)碳(tan)。在正常生產情況(kuang)，停(ting)爐較長(chang)再開(kai)爐升溫時也應進行(xing)爐腔(qiang)滲(shen)碳(tan)。
四(si)、滲碳零件的熱處理
滲(shen)碳只能改變零(ling)件(jian)的(de)表(biao)面(mian)化(hua)學成分，而零(ling)件(jian)表(biao)面(mian)的(de)最(zui)終強化(hua)則必須經過適(shi)當的(de)熱(re)處理(li)(li)。通過熱(re)處理(li)(li)可(ke)使零(ling)件(jian)的(de)高(gao)碳表(biao)層獲得細小的(de)馬氏(shi)體，而零(ling)件(jian)的(de)心部由低碳馬氏(shi)體、托氏(shi)體、索氏(shi)體等組(zu)織所組(zu)成。滲(shen)碳后可(ke)采用不同的(de)熱(re)處理(li)(li)方法：直(zhi)接淬(cui)火、一次淬(cui)火及二(er)次淬(cui)火，淬(cui)火后必須進行低溫(wen)回(hui)火。
1. 直(zhi)接(jie)淬(cui)火(huo)
直接淬火是指(zhi)工件滲(shen)碳后隨爐降溫到高于Ar1或(huo)Ar3溫度(du)（760～850℃），然后直接淬火的(de)方法，淬火后在150～200℃回火2～3h。
隨爐降溫或出爐預(yu)冷(leng)的(de)(de)目的(de)(de)是為了減少(shao)淬火(huo)內應(ying)力，從(cong)而減小工件的(de)(de)變形(xing)。同(tong)時，還可使高(gao)碳的(de)(de)奧氏體(ti)析出一部分碳化物，降低(di)奧氏體(ti)的(de)(de)碳濃度，從(cong)而減少(shao)淬火(huo)后殘留的(de)(de)奧氏體(ti)，使零件表面(mian)獲得(de)較(jiao)高(gao)的(de)(de)硬度。
直接淬(cui)(cui)火的(de)優(you)點是：減少了加熱和冷(leng)卻(que)的(de)次(ci)數，使操(cao)作簡化，生產效率提高(gao)，還可減少淬(cui)(cui)火變形(xing)及表面(mian)氧化、脫碳傾向。直接淬(cui)(cui)火適用(yong)于低碳合金鋼等本質(zhi)細晶粒鋼，不適用(yong)于本質(zhi)粗(cu)晶粒鋼及滲碳時表面(mian)碳濃度高(gao)的(de)零(ling)件。
2. 一(yi)次淬火(huo)
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(huo)
對本質粗晶粒鋼或(huo)使用性(xing)能要(yao)(yao)求很高的零件，要(yao)(yao)采用二次(ci)火(huo)，或(huo)一次(ci)正火(huo)加一次(ci)淬火(huo)，以保(bao)證滲(shen)碳零件的心(xin)部(bu)和滲(shen)層(ceng)都達到高的性(xing)能要(yao)(yao)求。第(di)一次(ci)淬火(huo)（或(huo)正火(huo)）溫度(du)，碳鋼為880～900℃，合金鋼為850～870℃，目的是細化心(xin)部(bu)組(zu)織，并消(xiao)除表面網狀碳化物。第(di)二次(ci)淬火(huo)溫度(du)則(ze)要(yao)(yao)根據高碳的表層(ceng)來決定(ding)，一般選擇稍高于Ac1的溫度(du)（770～820℃）。
二次淬火(huo)，有可能(neng)出(chu)現(xian)較大的淬火(huo)缺陷，工(gong)藝較復雜，生(sheng)產周期長，故僅用于表面耐磨性(xing)(xing)、疲勞強度和心(xin)部(bu)韌性(xing)(xing)等要求較高的重載荷零(ling)件(jian)。
