滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)是目前機械工業中應用最廣泛的一種化學熱處理方法。其工藝特點是將低碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)鋼或低碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)合金(jin)鋼零件(jian)在增碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的活性介(jie)質（滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)劑(ji)）中加熱到900～930℃，使(shi)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)原(yuan)子(zi)滲入表面(mian)層，繼(ji)之(zhi)以淬火并低溫回火，使(shi)零件(jian)表層與心部具有不同的成(cheng)分(fen)、組織(zhi)和(he)性能(neng)。滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)可分(fen)為固體滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)、液(ye)體滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)氣體滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)。近(jin)期又發展了真空滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)、可控氣氛滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)及等離子(zi)滲碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)等。
一、滲碳的基本過程
根據滲(shen)(shen)碳介(jie)質狀(zhuang)態的不同(tong)，可以分(fen)為氣體(ti)滲(shen)(shen)碳、固體(ti)滲(shen)(shen)碳和液體(ti)滲(shen)(shen)碳。但無論(lun)采(cai)用何種(zhong)滲(shen)(shen)碳介(jie)質，都包括分(fen)解、吸收和擴散三個基本(ben)過程。
1. 滲碳介質的分(fen)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(yuan)子被金屬表面(mian)吸收(shou)的(de)過程
吸(xi)收(shou)就是活(huo)(huo)(huo)性原(yuan)子(zi)(zi)（或(huo)離子(zi)(zi)）與金屬(shu)原(yuan)子(zi)(zi)產生(sheng)鍵合而進入(ru)金屬(shu)表層的(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)。吸(xi)收(shou)的(de)(de)(de)方式(shi)可以是活(huo)(huo)(huo)性原(yuan)子(zi)(zi)向(xiang)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)固溶(rong)體中(zhong)溶(rong)解或(huo)形成化(hua)合物。滲碳時，滲碳介質所分(fen)解的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性碳原(yuan)子(zi)(zi)吸(xi)附在鋼(gang)(gang)件表面后，溶(rong)入(ru)奧(ao)氏(shi)體中(zhong)并形成間隙固溶(rong)體。當碳濃(nong)度超過(guo)該(gai)溫度下奧(ao)氏(shi)體的(de)(de)(de)飽和濃(nong)度時，可形成化(hua)合物（碳化(hua)物）。吸(xi)收(shou)的(de)(de)(de)強弱，與活(huo)(huo)(huo)性介質的(de)(de)(de)分(fen)解速度、滲入(ru)元(yuan)素的(de)(de)(de)性質、擴散速度、鋼(gang)(gang)件的(de)(de)(de)成分(fen)及表面狀態(tai)有關。
3. 滲入元素的擴散過程(cheng)
擴(kuo)散(san)，就是(shi)被鋼件表面所吸收的(de)活性原子(zi)（或離(li)子(zi)）向鋼深處(chu)的(de)遷移，以形成一定厚度的(de)擴(kuo)散(san)層（即滲層）。分解、吸收、擴(kuo)散(san)是(shi)各種(zhong)化學熱(re)(re)處(chu)理所共有的(de)基本過程，同(tong)樣適用于其(qi)他化學熱(re)(re)處(chu)理，例如滲氮、碳氮共滲、滲硫(liu)、滲硼及滲金屬等。
二、氣體滲碳工藝操作
本工(gong)藝(yi)為某廠氣體滲(shen)碳(tan)工(gong)藝(yi)規范(fan)，適用(yong)于(yu)低碳(tan)鋼(gang)和低碳(tan)合(he)金鋼(gang)制造的零件，其滲(shen)層深(shen)度要(yao)求1.1～1.3mm，滲(shen)碳(tan)劑為煤油。
如圖3-11所示，滲碳過程一般由排氣、強烈滲碳、擴(kuo)散和(he)降溫4個階段組成。
1. 排(pai)氣
滲(shen)碳(tan)(tan)零件裝(zhuang)入滲(shen)碳(tan)(tan)爐后(hou)必將引起(qi)爐溫(wen)降低，同時帶入大量(liang)空(kong)氣(qi)。排氣(qi)的(de)(de)作用在(zai)于恢復(fu)爐溫(wen)到規定的(de)(de)溫(wen)度(du)，并(bing)盡量(liang)排除爐內空(kong)氣(qi)。通常采(cai)取加大滲(shen)劑流量(liang)以使(shi)(shi)爐內氧(yang)化性(xing)氣(qi)氛迅速減少。排氣(qi)時間往往在(zai)儀表溫(wen)度(du)達到滲(shen)碳(tan)(tan)要求的(de)(de)溫(wen)度(du)后(hou)再延(yan)長30～60min，以使(shi)(shi)爐氣(qi)成分(fen)達到要求，并(bing)使(shi)(shi)爐內溫(wen)度(du)均勻及工(gong)件燒透。排氣(qi)不(bu)好會造(zao)成滲(shen)碳(tan)(tan)質量(liang)降低和滲(shen)碳(tan)(tan)速度(du)減慢。
2. 強烈滲碳
排(pai)氣階段結束后，即進入(ru)強(qiang)烈(lie)滲碳(tan)(tan)階段。其特點是滲碳(tan)(tan)劑滴量(liang)較多或氣氛較濃(nong)(nong)，使(shi)工件表(biao)面的碳(tan)(tan)濃(nong)(nong)度高于(yu)最后的技術要(yao)求(qiu)，增(zeng)大表(biao)面的碳(tan)(tan)濃(nong)(nong)度梯度可以提高滲碳(tan)(tan)速度。強(qiang)烈(lie)滲碳(tan)(tan)時間主要(yao)取決(jue)于(yu)滲碳(tan)(tan)零件滲碳(tan)(tan)層的要(yao)求(qiu)。
3. 擴散
滲碳(tan)進入擴(kuo)散(san)階段(duan)是(shi)以減少滲碳(tan)劑(ji)滴量或濃(nong)度(du)為標志(zhi)的(de)。此(ci)時爐內滲碳(tan)能力降低，工件(jian)表層(ceng)過剩的(de)碳(tan)繼(ji)續(xu)向內部擴(kuo)散(san)，最后得到符合要求的(de)滲層(ceng)深度(du)及合適的(de)碳(tan)濃(nong)度(du)分(fen)布。擴(kuo)散(san)階段(duan)所(suo)需(xu)時間由中間試(shi)棒的(de)滲碳(tan)層(ceng)深度(du)確(que)定(ding)。
4. 降溫
對于可(ke)(ke)直接淬(cui)火(huo)(huo)的零(ling)件應隨爐冷(leng)至適宜的淬(cui)火(huo)(huo)溫(wen)度（一般在840～860℃），并保(bao)溫(wen)20～30min，使零(ling)件內外溫(wen)度均勻后出爐淬(cui)火(huo)(huo)；對于需要重(zhong)新(xin)加熱(re)淬(cui)火(huo)(huo)的滲碳零(ling)件，可(ke)(ke)自(zi)滲碳溫(wen)度出爐放入(ru)緩冷(leng)罐中。
三(san)、氣體滲(shen)碳(tan)操作要點
為了(le)保證滲碳質(zhi)量，滲碳零件(jian)在進入滲碳爐前應清(qing)除表面(mian)污垢(gou)、鐵銹(xiu)及油脂等。常用熱水(shui)或含(han)Na2CO3的(de)水(shui)溶液(ye)清(qing)洗介質(zhi)，對銹(xiu)蝕工件(jian)可采用噴砂清(qing)理。
零件(jian)裝在(zai)料筐(kuang)或掛(gua)具上，彼此間應留(liu)出50～10mm的間隙，以保證滲碳介質(zhi)能與零件(jian)充分接觸和(he)循環流通。
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(ling)外，對新滲碳(tan)罐、新的(de)工(gong)夾(jia)具應(ying)預先滲碳(tan)。在正常生產情況，停爐(lu)較長再開爐(lu)升溫(wen)時(shi)也應(ying)進行爐(lu)腔滲碳(tan)。
四(si)、滲碳零件的熱(re)處理
滲(shen)碳(tan)(tan)只能改變(bian)零(ling)(ling)件的表面化學成分(fen)，而零(ling)(ling)件表面的最終(zhong)強化則必須經過(guo)適當的熱(re)處(chu)理。通(tong)過(guo)熱(re)處(chu)理可(ke)(ke)使零(ling)(ling)件的高碳(tan)(tan)表層(ceng)獲得細小的馬氏(shi)體(ti)，而零(ling)(ling)件的心部由低(di)碳(tan)(tan)馬氏(shi)體(ti)、托氏(shi)體(ti)、索氏(shi)體(ti)等組織所組成。滲(shen)碳(tan)(tan)后(hou)可(ke)(ke)采用不同的熱(re)處(chu)理方法：直接(jie)淬(cui)(cui)(cui)火(huo)(huo)、一次淬(cui)(cui)(cui)火(huo)(huo)及二次淬(cui)(cui)(cui)火(huo)(huo)，淬(cui)(cui)(cui)火(huo)(huo)后(hou)必須進(jin)行低(di)溫(wen)回火(huo)(huo)。
1. 直接淬火(huo)
直接淬火是指工件滲碳(tan)后(hou)隨爐降溫到高于Ar1或Ar3溫度(du)（760～850℃），然后(hou)直接淬火的方法，淬火后(hou)在150～200℃回火2～3h。
隨爐降溫或出爐預冷的目的是(shi)為了減(jian)少(shao)淬(cui)火(huo)內(nei)應力，從而減(jian)小(xiao)工件的變形。同時(shi)，還(huan)可使(shi)高碳(tan)的奧氏體析出一部分碳(tan)化(hua)物，降低奧氏體的碳(tan)濃度，從而減(jian)少(shao)淬(cui)火(huo)后殘留的奧氏體，使(shi)零件表面獲得較高的硬度。
直接(jie)淬(cui)火的優點是：減少(shao)了加熱和冷卻(que)的次數(shu)，使操(cao)作簡化(hua)，生產(chan)效率提高，還可減少(shao)淬(cui)火變形及(ji)表(biao)面氧化(hua)、脫碳(tan)(tan)傾向。直接(jie)淬(cui)火適用于(yu)低碳(tan)(tan)合金鋼(gang)等本質細(xi)晶(jing)粒(li)(li)鋼(gang)，不適用于(yu)本質粗(cu)晶(jing)粒(li)(li)鋼(gang)及(ji)滲碳(tan)(tan)時表(biao)面碳(tan)(tan)濃度高的零件。
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(cui)火
對本質粗晶粒鋼(gang)或(huo)使用性能要(yao)(yao)求很高的零件(jian)(jian)，要(yao)(yao)采用二次火，或(huo)一次正火加一次淬(cui)(cui)火，以保證(zheng)滲(shen)碳(tan)(tan)零件(jian)(jian)的心(xin)部和滲(shen)層(ceng)都達到(dao)高的性能要(yao)(yao)求。第(di)一次淬(cui)(cui)火（或(huo)正火）溫度(du)，碳(tan)(tan)鋼(gang)為880～900℃，合金鋼(gang)為850～870℃，目的是細化心(xin)部組織(zhi)，并消除表面(mian)網狀碳(tan)(tan)化物。第(di)二次淬(cui)(cui)火溫度(du)則要(yao)(yao)根據(ju)高碳(tan)(tan)的表層(ceng)來決定，一般選(xuan)擇稍高于Ac1的溫度(du)（770～820℃）。
二次淬(cui)火，有(you)可能出現較大的淬(cui)火缺陷，工藝(yi)較復(fu)雜，生產周(zhou)期長(chang)，故僅用于表面耐磨性、疲(pi)勞強度和(he)心部(bu)韌性等要求(qiu)較高(gao)的重載荷零(ling)件。
