滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)是(shi)目前機械工(gong)業中(zhong)應用(yong)最廣(guang)泛的(de)(de)一種(zhong)化學熱處理(li)方法。其(qi)工(gong)藝(yi)特點是(shi)將低(di)碳(tan)鋼(gang)或低(di)碳(tan)合金鋼(gang)零(ling)件在增碳(tan)的(de)(de)活性介(jie)質（滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)劑）中(zhong)加(jia)熱到900～930℃，使碳(tan)原子(zi)滲(shen)(shen)(shen)入表面(mian)層(ceng)，繼之(zhi)以淬火并低(di)溫回(hui)火，使零(ling)件表層(ceng)與心部具有不同的(de)(de)成分(fen)、組織和性能。滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)可分(fen)為固體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)、液體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)和氣(qi)體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)。近期又發(fa)展了真(zhen)空(kong)滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)、可控氣(qi)氛滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)及(ji)等離子(zi)滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)等。
一、滲碳的(de)基本過程
根據滲(shen)(shen)碳介(jie)(jie)質狀態(tai)的不同，可以分(fen)為氣體(ti)(ti)滲(shen)(shen)碳、固(gu)體(ti)(ti)滲(shen)(shen)碳和(he)(he)液(ye)體(ti)(ti)滲(shen)(shen)碳。但(dan)無論采用何(he)種滲(shen)(shen)碳介(jie)(jie)質，都包括分(fen)解、吸收和(he)(he)擴散(san)三(san)個基本(ben)過程。
1. 滲碳介質的分解過(guo)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(bei)金屬(shu)表面(mian)吸收(shou)的(de)過程
吸收(shou)就是活(huo)性(xing)原(yuan)子(zi)（或離子(zi)）與(yu)金屬(shu)原(yuan)子(zi)產生鍵(jian)合(he)(he)而(er)進入金屬(shu)表層的(de)(de)過(guo)程。吸收(shou)的(de)(de)方式可以是活(huo)性(xing)原(yuan)子(zi)向鋼的(de)(de)固溶體(ti)中溶解(jie)(jie)或形成化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物。滲碳(tan)時(shi)，滲碳(tan)介質(zhi)所分解(jie)(jie)的(de)(de)活(huo)性(xing)碳(tan)原(yuan)子(zi)吸附在鋼件表面(mian)(mian)后，溶入奧氏體(ti)中并形成間隙固溶體(ti)。當碳(tan)濃度(du)(du)(du)超過(guo)該溫(wen)度(du)(du)(du)下(xia)奧氏體(ti)的(de)(de)飽和濃度(du)(du)(du)時(shi)，可形成化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物（碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物）。吸收(shou)的(de)(de)強弱，與(yu)活(huo)性(xing)介質(zhi)的(de)(de)分解(jie)(jie)速(su)度(du)(du)(du)、滲入元素的(de)(de)性(xing)質(zhi)、擴(kuo)散速(su)度(du)(du)(du)、鋼件的(de)(de)成分及表面(mian)(mian)狀態有關。
3. 滲入元素的擴散過程(cheng)
擴散，就是被鋼件表面(mian)所吸(xi)收的(de)活性原子（或離子）向鋼深處的(de)遷移，以(yi)形成一定厚(hou)度的(de)擴散層（即(ji)滲(shen)層）。分(fen)解(jie)、吸(xi)收、擴散是各種化學熱(re)處理所共有(you)的(de)基本(ben)過程(cheng)，同樣適用于其他化學熱(re)處理，例如滲(shen)氮、碳(tan)氮共滲(shen)、滲(shen)硫、滲(shen)硼(peng)及滲(shen)金屬等(deng)。
二、氣體滲碳工藝操(cao)作
本工藝為某廠氣體滲碳(tan)工藝規范(fan)，適用于低(di)碳(tan)鋼和低(di)碳(tan)合金鋼制(zhi)造的零件，其滲層深度要求1.1～1.3mm，滲碳(tan)劑為煤油。
如圖3-11所示，滲碳過程一(yi)般由排氣、強烈滲碳、擴散和降溫(wen)4個階段組(zu)成。
1. 排氣(qi)
滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)零件(jian)裝入滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)爐(lu)(lu)(lu)后必將引起爐(lu)(lu)(lu)溫降低，同(tong)時帶入大量(liang)空氣(qi)(qi)。排(pai)氣(qi)(qi)的作用在(zai)于恢復爐(lu)(lu)(lu)溫到規定(ding)的溫度(du)(du)，并盡(jin)量(liang)排(pai)除(chu)爐(lu)(lu)(lu)內(nei)空氣(qi)(qi)。通常采取加大滲(shen)(shen)劑流量(liang)以使爐(lu)(lu)(lu)內(nei)氧化(hua)性(xing)氣(qi)(qi)氛迅速減少。排(pai)氣(qi)(qi)時間往往在(zai)儀(yi)表溫度(du)(du)達(da)到滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)要(yao)求的溫度(du)(du)后再延長30～60min，以使爐(lu)(lu)(lu)氣(qi)(qi)成分達(da)到要(yao)求，并使爐(lu)(lu)(lu)內(nei)溫度(du)(du)均勻及工件(jian)燒透。排(pai)氣(qi)(qi)不好會造(zao)成滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)質量(liang)降低和滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)速度(du)(du)減慢(man)。
2. 強烈滲碳(tan)
排(pai)氣階(jie)段結束后(hou)，即(ji)進入強(qiang)烈(lie)滲(shen)碳階(jie)段。其特點是滲(shen)碳劑滴(di)量較多或氣氛(fen)較濃，使工件表(biao)面的(de)碳濃度(du)高(gao)(gao)于最后(hou)的(de)技術(shu)要(yao)求(qiu)，增大表(biao)面的(de)碳濃度(du)梯度(du)可(ke)以(yi)提高(gao)(gao)滲(shen)碳速度(du)。強(qiang)烈(lie)滲(shen)碳時(shi)間主要(yao)取(qu)決于滲(shen)碳零件滲(shen)碳層的(de)要(yao)求(qiu)。
3. 擴散
滲碳(tan)(tan)進入擴(kuo)散(san)階段是以減少滲碳(tan)(tan)劑(ji)滴量或濃(nong)度(du)為標(biao)志的(de)。此時爐內滲碳(tan)(tan)能力降低(di)，工件表層過(guo)剩(sheng)的(de)碳(tan)(tan)繼續向內部擴(kuo)散(san)，最(zui)后得到符合(he)要求(qiu)的(de)滲層深度(du)及合(he)適的(de)碳(tan)(tan)濃(nong)度(du)分(fen)布(bu)。擴(kuo)散(san)階段所需時間(jian)由中(zhong)間(jian)試棒的(de)滲碳(tan)(tan)層深度(du)確定。
4. 降溫
對于可(ke)直接淬火的零件(jian)應隨(sui)爐(lu)冷(leng)至(zhi)適宜的淬火溫度（一般在840～860℃），并保溫20～30min，使零件(jian)內外(wai)溫度均勻后出(chu)爐(lu)淬火；對于需要重新加熱(re)淬火的滲(shen)碳(tan)零件(jian)，可(ke)自滲(shen)碳(tan)溫度出(chu)爐(lu)放入緩冷(leng)罐中。
三、氣(qi)體滲碳操作要點(dian)
為了(le)保證(zheng)滲碳質量，滲碳零件在進入滲碳爐前(qian)應清除表面(mian)污垢、鐵銹及油脂等。常用熱(re)水或(huo)含Na2CO3的水溶液清洗介質，對銹蝕工件可采用噴砂清理。
零件裝在(zai)料(liao)筐或掛具上(shang)，彼(bi)此間(jian)應(ying)留出50～10mm的間(jian)隙，以(yi)保證滲碳介質(zhi)能(neng)與(yu)零件充分接(jie)觸和(he)循(xun)環(huan)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(wai)，對新滲碳罐、新的工夾具(ju)應(ying)預先滲碳。在正(zheng)常生產情況，停爐(lu)較長再開(kai)爐(lu)升(sheng)溫時也應(ying)進(jin)行爐(lu)腔滲碳。
四、滲碳零件(jian)的(de)熱處理
滲碳(tan)只能(neng)改(gai)變零(ling)(ling)件(jian)的表(biao)面化(hua)學成分，而零(ling)(ling)件(jian)表(biao)面的最終強化(hua)則必須經過(guo)適當(dang)的熱(re)處(chu)理(li)(li)。通過(guo)熱(re)處(chu)理(li)(li)可使零(ling)(ling)件(jian)的高碳(tan)表(biao)層獲得細小的馬氏體，而零(ling)(ling)件(jian)的心(xin)部由低(di)(di)碳(tan)馬氏體、托(tuo)氏體、索氏體等組織(zhi)所(suo)組成。滲碳(tan)后可采(cai)用不同的熱(re)處(chu)理(li)(li)方法(fa)：直接(jie)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)、一次淬(cui)(cui)火(huo)(huo)及二次淬(cui)(cui)火(huo)(huo)，淬(cui)(cui)火(huo)(huo)后必須進行低(di)(di)溫回(hui)火(huo)(huo)。
1. 直接淬火
直接淬火(huo)(huo)(huo)是指工件滲碳后隨爐降溫(wen)到高于Ar1或(huo)Ar3溫(wen)度（760～850℃），然(ran)后直接淬火(huo)(huo)(huo)的方(fang)法(fa)，淬火(huo)(huo)(huo)后在150～200℃回火(huo)(huo)(huo)2～3h。
隨(sui)爐降溫(wen)或出爐預冷的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是(shi)為(wei)了減(jian)(jian)少(shao)淬火內應力(li)，從而減(jian)(jian)小(xiao)工件的(de)(de)(de)(de)變形。同時，還可使高(gao)碳的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體析出一(yi)部分碳化物，降低(di)奧(ao)(ao)氏(shi)體的(de)(de)(de)(de)碳濃度(du)，從而減(jian)(jian)少(shao)淬火后殘留的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體，使零件表面獲得較高(gao)的(de)(de)(de)(de)硬度(du)。
直接淬火的優點是：減少(shao)(shao)了加熱和冷卻的次數，使操(cao)作簡化，生產效率提高，還(huan)可減少(shao)(shao)淬火變形及表面(mian)氧化、脫(tuo)碳(tan)傾向。直接淬火適(shi)用于低碳(tan)合金鋼(gang)等本質細晶粒(li)(li)鋼(gang)，不適(shi)用于本質粗晶粒(li)(li)鋼(gang)及滲碳(tan)時表面(mian)碳(tan)濃度高的零件(jian)。
2. 一次淬火(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. 二次淬火
對本(ben)質粗晶(jing)粒鋼或使用性(xing)能要(yao)求很高(gao)的零件，要(yao)采用二次(ci)(ci)火(huo)，或一(yi)(yi)次(ci)(ci)正火(huo)加一(yi)(yi)次(ci)(ci)淬(cui)(cui)火(huo)，以保(bao)證(zheng)滲碳零件的心(xin)部和滲層都(dou)達(da)到高(gao)的性(xing)能要(yao)求。第一(yi)(yi)次(ci)(ci)淬(cui)(cui)火(huo)（或正火(huo)）溫度，碳鋼為(wei)880～900℃，合金(jin)鋼為(wei)850～870℃，目(mu)的是(shi)細化(hua)心(xin)部組織，并(bing)消(xiao)除表面網(wang)狀碳化(hua)物。第二次(ci)(ci)淬(cui)(cui)火(huo)溫度則要(yao)根據高(gao)碳的表層來(lai)決定，一(yi)(yi)般(ban)選擇稍高(gao)于Ac1的溫度（770～820℃）。
二次(ci)淬火，有可(ke)能出(chu)現較大(da)的淬火缺陷(xian)，工藝較復雜(za)，生產(chan)周期長，故僅用于表(biao)面耐磨性、疲勞(lao)強度和心部韌性等(deng)要求較高的重載(zai)荷零件。
