滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)是目前機(ji)械工(gong)業中應用最廣(guang)泛的一種化學熱(re)處(chu)理方法。其工(gong)藝(yi)特點是將低(di)碳(tan)鋼(gang)或低(di)碳(tan)合金(jin)鋼(gang)零件在增(zeng)碳(tan)的活性介質（滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)劑）中加熱(re)到900～930℃，使碳(tan)原(yuan)子滲(shen)(shen)(shen)入表面(mian)層，繼之以(yi)淬火并低(di)溫回火，使零件表層與心(xin)部(bu)具(ju)有不同(tong)的成分、組(zu)織和性能。滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)可分為固體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)、液體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)和氣體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)。近期又發(fa)展了真空滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)、可控氣氛滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)及等(deng)離子滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)等(deng)。
一、滲碳的(de)基本過程
根據滲(shen)(shen)碳介(jie)(jie)質狀態的(de)不(bu)同(tong)，可以(yi)分為(wei)氣體(ti)滲(shen)(shen)碳、固(gu)體(ti)滲(shen)(shen)碳和液(ye)體(ti)滲(shen)(shen)碳。但無論采用何種滲(shen)(shen)碳介(jie)(jie)質，都(dou)包括分解、吸(xi)收和擴散三個(ge)基本過程(cheng)。
1. 滲碳介質(zhi)的(de)分解過程(cheng)
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(tan)原子被金屬表(biao)面吸收的過程
吸(xi)(xi)收就是活(huo)(huo)性(xing)原子（或離子）與(yu)金屬原子產生鍵合(he)而(er)進入(ru)金屬表(biao)層的(de)過程。吸(xi)(xi)收的(de)方式可(ke)以是活(huo)(huo)性(xing)原子向鋼的(de)固溶(rong)體中溶(rong)解(jie)或形(xing)成化(hua)合(he)物。滲碳時(shi)，滲碳介(jie)質所分(fen)(fen)解(jie)的(de)活(huo)(huo)性(xing)碳原子吸(xi)(xi)附在鋼件(jian)表(biao)面后(hou)，溶(rong)入(ru)奧(ao)氏體中并形(xing)成間(jian)隙(xi)固溶(rong)體。當(dang)碳濃度(du)超過該溫度(du)下(xia)奧(ao)氏體的(de)飽(bao)和濃度(du)時(shi)，可(ke)形(xing)成化(hua)合(he)物（碳化(hua)物）。吸(xi)(xi)收的(de)強弱(ruo)，與(yu)活(huo)(huo)性(xing)介(jie)質的(de)分(fen)(fen)解(jie)速度(du)、滲入(ru)元素(su)的(de)性(xing)質、擴(kuo)散(san)速度(du)、鋼件(jian)的(de)成分(fen)(fen)及表(biao)面狀態有關。
3. 滲入(ru)元素(su)的擴散過程
擴(kuo)(kuo)散(san)，就是被(bei)鋼件表面所吸(xi)收的(de)(de)活性原子（或離子）向(xiang)鋼深處(chu)(chu)的(de)(de)遷移，以形成一定厚度的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)層（即滲層）。分(fen)解、吸(xi)收、擴(kuo)(kuo)散(san)是各種化(hua)學熱處(chu)(chu)理(li)所共(gong)有(you)的(de)(de)基本過程，同樣適用(yong)于其他化(hua)學熱處(chu)(chu)理(li)，例(li)如(ru)滲氮、碳(tan)氮共(gong)滲、滲硫、滲硼及滲金屬(shu)等。
二(er)、氣(qi)體滲碳工藝操作
本工(gong)藝為(wei)某廠(chang)氣體滲(shen)碳(tan)(tan)工(gong)藝規(gui)范，適(shi)用于低碳(tan)(tan)鋼和低碳(tan)(tan)合金鋼制造的零件，其滲(shen)層(ceng)深度要(yao)求1.1～1.3mm，滲(shen)碳(tan)(tan)劑(ji)為(wei)煤油(you)。
如圖3-11所示，滲(shen)碳過程一般由排氣、強烈滲(shen)碳、擴散和降溫4個階(jie)段(duan)組成(cheng)。
1. 排氣(qi)
滲(shen)碳零件裝入滲(shen)碳爐(lu)后(hou)必(bi)將(jiang)引起爐(lu)溫(wen)降(jiang)低(di)，同時帶入大量(liang)空氣。排氣的(de)作用在于(yu)恢復(fu)爐(lu)溫(wen)到(dao)規定(ding)的(de)溫(wen)度(du)，并盡量(liang)排除爐(lu)內(nei)空氣。通常采取加(jia)大滲(shen)劑(ji)流量(liang)以使爐(lu)內(nei)氧化(hua)性氣氛迅速減(jian)少(shao)。排氣時間往往在儀表溫(wen)度(du)達到(dao)滲(shen)碳要求(qiu)的(de)溫(wen)度(du)后(hou)再延長30～60min，以使爐(lu)氣成分達到(dao)要求(qiu)，并使爐(lu)內(nei)溫(wen)度(du)均勻及(ji)工件燒透。排氣不好會造成滲(shen)碳質(zhi)量(liang)降(jiang)低(di)和(he)滲(shen)碳速度(du)減(jian)慢(man)。
2. 強烈滲(shen)碳
排氣(qi)階段(duan)結束后，即(ji)進入強烈(lie)滲(shen)碳(tan)(tan)階段(duan)。其特點是滲(shen)碳(tan)(tan)劑滴量(liang)較多(duo)或氣(qi)氛較濃(nong)(nong)，使工件表面(mian)的(de)碳(tan)(tan)濃(nong)(nong)度高(gao)于(yu)最(zui)后的(de)技術要求(qiu)，增大表面(mian)的(de)碳(tan)(tan)濃(nong)(nong)度梯度可以提高(gao)滲(shen)碳(tan)(tan)速度。強烈(lie)滲(shen)碳(tan)(tan)時間主要取決于(yu)滲(shen)碳(tan)(tan)零件滲(shen)碳(tan)(tan)層(ceng)的(de)要求(qiu)。
3. 擴散
滲(shen)(shen)碳(tan)進入擴散(san)階(jie)段是(shi)以減(jian)少滲(shen)(shen)碳(tan)劑滴量或濃度為標志的(de)。此時爐內滲(shen)(shen)碳(tan)能力降低，工件表層過剩的(de)碳(tan)繼續(xu)向(xiang)內部擴散(san)，最后(hou)得到符合要求的(de)滲(shen)(shen)層深(shen)度及合適的(de)碳(tan)濃度分布。擴散(san)階(jie)段所需時間(jian)(jian)由中間(jian)(jian)試棒的(de)滲(shen)(shen)碳(tan)層深(shen)度確(que)定。
4. 降溫
對于可直接淬火的零件(jian)(jian)應隨爐(lu)冷至適宜的淬火溫(wen)度(du)(du)(du)（一般在(zai)840～860℃），并保(bao)溫(wen)20～30min，使零件(jian)(jian)內外溫(wen)度(du)(du)(du)均勻后出爐(lu)淬火；對于需要重新加熱淬火的滲碳零件(jian)(jian)，可自滲碳溫(wen)度(du)(du)(du)出爐(lu)放入(ru)緩冷罐中(zhong)。
三、氣體(ti)滲碳操作(zuo)要點
為了(le)保證滲(shen)(shen)碳質(zhi)量，滲(shen)(shen)碳零(ling)件在(zai)進入(ru)滲(shen)(shen)碳爐前應清(qing)除表面污垢(gou)、鐵(tie)銹及油脂(zhi)等(deng)。常用熱水或含(han)Na2CO3的水溶液清(qing)洗介質(zhi)，對(dui)銹蝕(shi)工(gong)件可采用噴砂(sha)清(qing)理。
零件(jian)裝在料筐或掛具上，彼此間應留(liu)出50～10mm的間隙，以保證滲碳(tan)介質(zhi)能(neng)與零件(jian)充分(fen)接觸和循環流(liu)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(xin)滲(shen)碳(tan)罐、新(xin)的工夾具應預先滲(shen)碳(tan)。在(zai)正常生(sheng)產情(qing)況，停爐較長再開(kai)爐升溫時(shi)也應進行爐腔滲(shen)碳(tan)。
四、滲碳零(ling)件的熱(re)處理
滲碳只(zhi)能改變(bian)零件的表面(mian)(mian)化(hua)學成(cheng)分，而零件表面(mian)(mian)的最終強化(hua)則必(bi)須(xu)經過(guo)(guo)適當(dang)的熱(re)處理。通過(guo)(guo)熱(re)處理可使零件的高(gao)碳表層獲得細小的馬(ma)氏體(ti)，而零件的心部由低(di)碳馬(ma)氏體(ti)、托氏體(ti)、索氏體(ti)等(deng)組織(zhi)所組成(cheng)。滲碳后可采用不同的熱(re)處理方法：直接淬(cui)火(huo)、一次淬(cui)火(huo)及二(er)次淬(cui)火(huo)，淬(cui)火(huo)后必(bi)須(xu)進行低(di)溫回(hui)火(huo)。
1. 直接淬火
直接(jie)淬火(huo)是指工件(jian)滲(shen)碳后(hou)(hou)隨爐降溫到高(gao)于(yu)Ar1或Ar3溫度（760～850℃），然后(hou)(hou)直接(jie)淬火(huo)的方法，淬火(huo)后(hou)(hou)在150～200℃回火(huo)2～3h。
隨爐(lu)降溫(wen)或出爐(lu)預冷的目的是為了減(jian)少淬火內應力，從(cong)而減(jian)小工件的變(bian)形。同(tong)時，還可使(shi)高(gao)碳的奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)析出一部分(fen)碳化物(wu)，降低奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)的碳濃度，從(cong)而減(jian)少淬火后殘留(liu)的奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)，使(shi)零件表面獲得(de)較高(gao)的硬度。
直接淬(cui)火(huo)的(de)優點是：減少(shao)了加(jia)熱和冷卻(que)的(de)次(ci)數(shu)，使(shi)操(cao)作簡化(hua)(hua)，生產(chan)效(xiao)率(lv)提(ti)高，還可減少(shao)淬(cui)火(huo)變形及(ji)表面氧化(hua)(hua)、脫(tuo)碳(tan)(tan)(tan)傾(qing)向(xiang)。直接淬(cui)火(huo)適用于低碳(tan)(tan)(tan)合(he)金鋼等本(ben)質細晶(jing)粒(li)(li)鋼，不適用于本(ben)質粗(cu)晶(jing)粒(li)(li)鋼及(ji)滲碳(tan)(tan)(tan)時表面碳(tan)(tan)(tan)濃(nong)度高的(de)零件。
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(er)次淬火
對本(ben)質(zhi)粗晶粒鋼或使(shi)用性能要(yao)求很高(gao)(gao)的(de)零(ling)件(jian)，要(yao)采用二(er)次火(huo)，或一(yi)次正火(huo)加(jia)一(yi)次淬火(huo)，以保(bao)證滲(shen)碳(tan)(tan)零(ling)件(jian)的(de)心(xin)部(bu)和滲(shen)層都(dou)達到高(gao)(gao)的(de)性能要(yao)求。第一(yi)次淬火(huo)（或正火(huo)）溫(wen)度(du)(du)，碳(tan)(tan)鋼為880～900℃，合金鋼為850～870℃，目的(de)是細化心(xin)部(bu)組織，并(bing)消除表面網狀碳(tan)(tan)化物。第二(er)次淬火(huo)溫(wen)度(du)(du)則(ze)要(yao)根據高(gao)(gao)碳(tan)(tan)的(de)表層來決定(ding)，一(yi)般選擇(ze)稍(shao)高(gao)(gao)于Ac1的(de)溫(wen)度(du)(du)（770～820℃）。
二次淬火(huo)，有可(ke)能出現較(jiao)大的(de)淬火(huo)缺陷(xian)，工(gong)藝較(jiao)復雜，生產(chan)周(zhou)期長，故僅用于表面耐(nai)磨性、疲勞強(qiang)度(du)和(he)心部韌性等要求較(jiao)高的(de)重(zhong)載(zai)荷零件。
