滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)是目前機械(xie)工(gong)業中應用最(zui)廣泛(fan)的(de)一種化(hua)學熱處理方法。其工(gong)藝(yi)特點(dian)是將(jiang)低(di)碳(tan)鋼或低(di)碳(tan)合金鋼零件在增碳(tan)的(de)活性介(jie)質(zhi)（滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)劑(ji)）中加熱到900～930℃，使碳(tan)原子滲(shen)(shen)(shen)入(ru)表面(mian)層，繼之以(yi)淬火并(bing)低(di)溫回火，使零件表層與心部具有不同(tong)的(de)成分(fen)、組織和性能(neng)。滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)可分(fen)為固(gu)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)。近期又發展了真空滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)、可控(kong)氣(qi)氛滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)及等離子滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)等。
一、滲碳(tan)的基(ji)本(ben)過程
根(gen)據滲(shen)碳(tan)介(jie)質(zhi)狀態(tai)的不同，可以分為氣體(ti)滲(shen)碳(tan)、固體(ti)滲(shen)碳(tan)和(he)液體(ti)滲(shen)碳(tan)。但無論采用何種滲(shen)碳(tan)介(jie)質(zhi)，都包括分解、吸收(shou)和(he)擴散(san)三個基本過程。
1. 滲碳介(jie)質的分解(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(tan)原(yuan)子被(bei)金屬(shu)表面吸收(shou)的(de)過程
吸(xi)收就是活(huo)(huo)性(xing)原(yuan)(yuan)子(zi)（或離(li)子(zi)）與金(jin)屬(shu)(shu)原(yuan)(yuan)子(zi)產生(sheng)鍵合(he)而進入金(jin)屬(shu)(shu)表層的(de)過程。吸(xi)收的(de)方(fang)式可以(yi)是活(huo)(huo)性(xing)原(yuan)(yuan)子(zi)向鋼的(de)固溶體(ti)(ti)中溶解或形(xing)(xing)成(cheng)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)。滲(shen)碳(tan)(tan)時(shi)，滲(shen)碳(tan)(tan)介質所分(fen)(fen)解的(de)活(huo)(huo)性(xing)碳(tan)(tan)原(yuan)(yuan)子(zi)吸(xi)附在鋼件表面后，溶入奧氏體(ti)(ti)中并形(xing)(xing)成(cheng)間(jian)隙固溶體(ti)(ti)。當碳(tan)(tan)濃度超過該溫(wen)度下奧氏體(ti)(ti)的(de)飽和濃度時(shi)，可形(xing)(xing)成(cheng)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)（碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)）。吸(xi)收的(de)強弱(ruo)，與活(huo)(huo)性(xing)介質的(de)分(fen)(fen)解速(su)度、滲(shen)入元素的(de)性(xing)質、擴散速(su)度、鋼件的(de)成(cheng)分(fen)(fen)及(ji)表面狀態有關。
3. 滲入元素的擴(kuo)散過程
擴(kuo)散，就是被鋼(gang)件表面所吸(xi)收(shou)(shou)的活性原子（或離子）向鋼(gang)深處的遷(qian)移，以形成(cheng)一定厚度的擴(kuo)散層(ceng)（即滲(shen)層(ceng)）。分解、吸(xi)收(shou)(shou)、擴(kuo)散是各種化(hua)學(xue)熱處理所共有的基本過(guo)程，同樣適用于其他化(hua)學(xue)熱處理，例如滲(shen)氮、碳(tan)氮共滲(shen)、滲(shen)硫(liu)、滲(shen)硼及滲(shen)金屬等。
二、氣體滲(shen)碳(tan)工藝操作
本工藝為某廠氣體滲碳(tan)工藝規(gui)范，適用于(yu)低碳(tan)鋼和低碳(tan)合金鋼制造的零件，其滲層深(shen)度要(yao)求1.1～1.3mm，滲碳(tan)劑(ji)為煤油(you)。
如圖3-11所示(shi)，滲碳過(guo)程一般由排氣(qi)、強(qiang)烈滲碳、擴散(san)和降溫4個階段組成。
1. 排氣
滲碳零(ling)件裝入滲碳爐(lu)后必將引(yin)起爐(lu)溫(wen)(wen)降低，同(tong)時(shi)帶入大(da)量(liang)空氣(qi)。排(pai)(pai)氣(qi)的(de)作用在于恢復爐(lu)溫(wen)(wen)到規定的(de)溫(wen)(wen)度(du)，并(bing)盡量(liang)排(pai)(pai)除爐(lu)內(nei)空氣(qi)。通常采(cai)取加大(da)滲劑流(liu)量(liang)以(yi)使爐(lu)內(nei)氧化性(xing)氣(qi)氛迅(xun)速減少。排(pai)(pai)氣(qi)時(shi)間往往在儀表(biao)溫(wen)(wen)度(du)達到滲碳要求的(de)溫(wen)(wen)度(du)后再延(yan)長(chang)30～60min，以(yi)使爐(lu)氣(qi)成(cheng)分達到要求，并(bing)使爐(lu)內(nei)溫(wen)(wen)度(du)均勻及工件燒透。排(pai)(pai)氣(qi)不好會造成(cheng)滲碳質(zhi)量(liang)降低和滲碳速度(du)減慢。
2. 強烈(lie)滲碳
排氣階段結(jie)束(shu)后，即進入(ru)強(qiang)烈滲(shen)碳(tan)階段。其特點是(shi)滲(shen)碳(tan)劑滴量較(jiao)多(duo)或氣氛較(jiao)濃，使工件(jian)表面的碳(tan)濃度(du)高(gao)于最(zui)后的技術(shu)要求，增大表面的碳(tan)濃度(du)梯度(du)可(ke)以提(ti)高(gao)滲(shen)碳(tan)速度(du)。強(qiang)烈滲(shen)碳(tan)時間(jian)主要取決于滲(shen)碳(tan)零件(jian)滲(shen)碳(tan)層的要求。
3. 擴(kuo)散
滲(shen)(shen)碳(tan)進入(ru)擴(kuo)散(san)(san)階段(duan)是以減少(shao)滲(shen)(shen)碳(tan)劑滴量或濃(nong)度為標志的(de)(de)。此時(shi)爐內(nei)滲(shen)(shen)碳(tan)能力降低(di)，工件表層(ceng)過剩的(de)(de)碳(tan)繼(ji)續向內(nei)部擴(kuo)散(san)(san)，最后得到符合(he)要求的(de)(de)滲(shen)(shen)層(ceng)深(shen)度及(ji)合(he)適的(de)(de)碳(tan)濃(nong)度分布。擴(kuo)散(san)(san)階段(duan)所需時(shi)間由中間試棒的(de)(de)滲(shen)(shen)碳(tan)層(ceng)深(shen)度確定。
4. 降(jiang)溫
對(dui)于可直接淬(cui)火的零(ling)件應隨爐(lu)冷至適宜的淬(cui)火溫度(du)（一般在840～860℃），并保溫20～30min，使零(ling)件內外溫度(du)均(jun)勻后出(chu)爐(lu)淬(cui)火；對(dui)于需要重新加熱淬(cui)火的滲碳(tan)零(ling)件，可自滲碳(tan)溫度(du)出(chu)爐(lu)放入緩冷罐中。
三、氣體(ti)滲碳操作(zuo)要(yao)點
為(wei)了保證滲(shen)碳(tan)質(zhi)量，滲(shen)碳(tan)零件在進(jin)入滲(shen)碳(tan)爐前應清(qing)除(chu)表面污垢、鐵銹及油脂(zhi)等。常(chang)用熱水或含(han)Na2CO3的水溶液清(qing)洗(xi)介(jie)質(zhi)，對銹蝕工件可采用噴砂(sha)清(qing)理(li)。
零件(jian)裝在料筐(kuang)或(huo)掛具上，彼此(ci)間應留出50～10mm的(de)間隙，以保證(zheng)滲(shen)碳介質能(neng)與(yu)零件(jian)充分接(jie)觸和循環(huan)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(wai)，對新(xin)滲碳(tan)罐(guan)、新(xin)的工夾具(ju)應預先滲碳(tan)。在正常生產(chan)情(qing)況，停爐較長(chang)再開爐升溫時也應進行(xing)爐腔滲碳(tan)。
四(si)、滲碳(tan)零件(jian)的(de)熱處(chu)理
滲碳只能(neng)改變零(ling)(ling)件(jian)的(de)表(biao)(biao)面(mian)化學成(cheng)分，而(er)零(ling)(ling)件(jian)表(biao)(biao)面(mian)的(de)最終(zhong)強(qiang)化則必須經過適當的(de)熱處(chu)理。通過熱處(chu)理可使零(ling)(ling)件(jian)的(de)高碳表(biao)(biao)層(ceng)獲得細小的(de)馬氏體(ti)(ti)，而(er)零(ling)(ling)件(jian)的(de)心(xin)部由低碳馬氏體(ti)(ti)、托(tuo)氏體(ti)(ti)、索氏體(ti)(ti)等組(zu)織所組(zu)成(cheng)。滲碳后(hou)可采用不同的(de)熱處(chu)理方法(fa)：直接淬(cui)火(huo)、一次(ci)淬(cui)火(huo)及二次(ci)淬(cui)火(huo)，淬(cui)火(huo)后(hou)必須進行(xing)低溫回(hui)火(huo)。
1. 直接淬(cui)火
直接淬火(huo)是(shi)指工件(jian)滲碳后隨(sui)爐降溫(wen)到高于Ar1或Ar3溫(wen)度（760～850℃），然后直接淬火(huo)的方法，淬火(huo)后在(zai)150～200℃回(hui)火(huo)2～3h。
隨(sui)爐降(jiang)溫或出(chu)(chu)爐預冷的(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)是為(wei)了減(jian)(jian)少淬(cui)火內應力(li)，從而減(jian)(jian)小工件(jian)的(de)(de)(de)(de)變形(xing)。同時，還可使高碳的(de)(de)(de)(de)奧氏體析出(chu)(chu)一部分碳化物，降(jiang)低奧氏體的(de)(de)(de)(de)碳濃(nong)度，從而減(jian)(jian)少淬(cui)火后殘留的(de)(de)(de)(de)奧氏體，使零件(jian)表面獲得較高的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度。
直接(jie)淬(cui)火(huo)的(de)優點是：減(jian)少了加熱和冷卻(que)的(de)次數，使(shi)操作簡(jian)化，生產效率(lv)提高，還可(ke)減(jian)少淬(cui)火(huo)變形及(ji)表面氧化、脫碳傾向。直接(jie)淬(cui)火(huo)適用(yong)于低碳合(he)金鋼等本質細晶粒鋼，不適用(yong)于本質粗晶粒鋼及(ji)滲碳時表面碳濃(nong)度高的(de)零(ling)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. 二次淬火
對本質粗晶粒鋼(gang)或(huo)使用性能(neng)要求(qiu)很高的(de)(de)(de)零(ling)件，要采用二次火(huo)(huo)，或(huo)一(yi)次正火(huo)(huo)加一(yi)次淬(cui)火(huo)(huo)，以保證(zheng)滲碳零(ling)件的(de)(de)(de)心部和滲層(ceng)都達到高的(de)(de)(de)性能(neng)要求(qiu)。第一(yi)次淬(cui)火(huo)(huo)（或(huo)正火(huo)(huo)）溫(wen)度，碳鋼(gang)為(wei)(wei)880～900℃，合金(jin)鋼(gang)為(wei)(wei)850～870℃，目(mu)的(de)(de)(de)是(shi)細(xi)化(hua)心部組織，并消除表面網(wang)狀碳化(hua)物。第二次淬(cui)火(huo)(huo)溫(wen)度則(ze)要根據高碳的(de)(de)(de)表層(ceng)來決定(ding)，一(yi)般(ban)選擇稍高于(yu)Ac1的(de)(de)(de)溫(wen)度（770～820℃）。
二次淬火(huo)，有可能出現(xian)較(jiao)大(da)的淬火(huo)缺陷，工藝較(jiao)復雜，生產周期(qi)長，故僅用于表面(mian)耐磨性、疲勞強度(du)和心部韌性等要求較(jiao)高的重載荷零件。
