滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)是目前機械工(gong)業(ye)中(zhong)應用最廣泛(fan)的(de)(de)一種化(hua)學熱處理方法。其工(gong)藝特點是將低(di)碳(tan)(tan)(tan)鋼或(huo)低(di)碳(tan)(tan)(tan)合金鋼零件(jian)在增(zeng)碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)活性介(jie)質（滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)劑(ji)）中(zhong)加熱到900～930℃，使碳(tan)(tan)(tan)原(yuan)子(zi)滲(shen)(shen)入表面層，繼之以(yi)淬(cui)火并低(di)溫回(hui)火，使零件(jian)表層與心部具有不同的(de)(de)成分(fen)、組織和(he)性能。滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)可分(fen)為固體(ti)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)、液(ye)體(ti)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)和(he)氣體(ti)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)。近(jin)期又發展了真空滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)、可控氣氛滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)及等離子(zi)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)等。
一、滲碳的基本過程
根據滲碳介質(zhi)狀態(tai)的不同，可以分為氣體滲碳、固體滲碳和(he)液體滲碳。但(dan)無論采(cai)用何種(zhong)滲碳介質(zhi)，都包括分解、吸收和(he)擴散三個基(ji)本過程。
1. 滲碳介(jie)質的分解過程
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)子被(bei)金屬表(biao)面吸(xi)收的過程(cheng)
吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)就是活(huo)性(xing)原子（或離子）與(yu)金(jin)屬原子產生鍵合(he)而(er)進入金(jin)屬表(biao)層的(de)(de)過程。吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)的(de)(de)方式可以是活(huo)性(xing)原子向(xiang)鋼的(de)(de)固溶(rong)體(ti)中溶(rong)解或形成(cheng)化(hua)(hua)合(he)物(wu)。滲(shen)(shen)碳(tan)時，滲(shen)(shen)碳(tan)介質(zhi)所分(fen)解的(de)(de)活(huo)性(xing)碳(tan)原子吸(xi)(xi)(xi)附在(zai)鋼件(jian)表(biao)面(mian)(mian)后，溶(rong)入奧(ao)氏體(ti)中并形成(cheng)間隙固溶(rong)體(ti)。當(dang)碳(tan)濃度超過該(gai)溫(wen)度下(xia)奧(ao)氏體(ti)的(de)(de)飽和濃度時，可形成(cheng)化(hua)(hua)合(he)物(wu)（碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)）。吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)的(de)(de)強(qiang)弱，與(yu)活(huo)性(xing)介質(zhi)的(de)(de)分(fen)解速度、滲(shen)(shen)入元素的(de)(de)性(xing)質(zhi)、擴散速度、鋼件(jian)的(de)(de)成(cheng)分(fen)及表(biao)面(mian)(mian)狀(zhuang)態有關。
3. 滲入(ru)元素(su)的擴(kuo)散過程
擴散(san)，就是被鋼(gang)件(jian)表(biao)面所(suo)吸收的(de)(de)活性原子（或離子）向鋼(gang)深(shen)處(chu)的(de)(de)遷移(yi)，以形成一定(ding)厚度的(de)(de)擴散(san)層（即滲層）。分(fen)解(jie)、吸收、擴散(san)是各種化學熱處(chu)理所(suo)共(gong)(gong)有(you)的(de)(de)基本(ben)過程(cheng)，同樣適用(yong)于(yu)其(qi)他(ta)化學熱處(chu)理，例如滲氮(dan)、碳(tan)氮(dan)共(gong)(gong)滲、滲硫、滲硼及滲金(jin)屬等。
二、氣體滲碳(tan)工藝操作
本工藝(yi)為某廠(chang)氣體滲碳(tan)工藝(yi)規(gui)范(fan)，適用于低(di)(di)碳(tan)鋼和低(di)(di)碳(tan)合金鋼制造(zao)的零件，其滲層深度(du)要求1.1～1.3mm，滲碳(tan)劑為煤油。
如圖3-11所示，滲(shen)碳(tan)過程一般由排氣、強烈滲(shen)碳(tan)、擴散和降溫4個階段組成。
1. 排氣
滲碳零件裝入(ru)滲碳爐(lu)(lu)(lu)后(hou)必將(jiang)引起爐(lu)(lu)(lu)溫降低，同時(shi)(shi)帶入(ru)大量空氣。排氣的(de)作用(yong)在于恢(hui)復(fu)爐(lu)(lu)(lu)溫到(dao)規定的(de)溫度(du)，并盡(jin)量排除爐(lu)(lu)(lu)內空氣。通常采取加大滲劑流量以使爐(lu)(lu)(lu)內氧化(hua)性氣氛(fen)迅速減少。排氣時(shi)(shi)間往(wang)往(wang)在儀表溫度(du)達到(dao)滲碳要求的(de)溫度(du)后(hou)再延長30～60min，以使爐(lu)(lu)(lu)氣成分達到(dao)要求，并使爐(lu)(lu)(lu)內溫度(du)均勻(yun)及工(gong)件燒(shao)透。排氣不(bu)好會(hui)造成滲碳質量降低和(he)滲碳速度(du)減慢。
2. 強烈滲(shen)碳
排氣階段結(jie)束(shu)后，即進入強(qiang)烈(lie)(lie)滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)階段。其特(te)點是滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)劑滴量較多(duo)或(huo)氣氛較濃，使工件表面(mian)的碳(tan)(tan)(tan)濃度高(gao)于最后的技(ji)術要求，增(zeng)大表面(mian)的碳(tan)(tan)(tan)濃度梯度可(ke)以提高(gao)滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)速度。強(qiang)烈(lie)(lie)滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)時間(jian)主(zhu)要取決于滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)零件滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)層的要求。
3. 擴散
滲碳進(jin)入擴散階段(duan)是以減少(shao)滲碳劑滴量或(huo)濃度為標志的。此時爐內(nei)滲碳能力(li)降低，工(gong)件(jian)表層過剩的碳繼續向內(nei)部擴散，最后得到符合(he)要求的滲層深度及合(he)適的碳濃度分布。擴散階段(duan)所(suo)需時間(jian)由中間(jian)試棒的滲碳層深度確定。
4. 降(jiang)溫
對于可直接淬(cui)火(huo)的零件(jian)應隨(sui)爐冷至適(shi)宜的淬(cui)火(huo)溫(wen)度（一般在840～860℃），并保溫(wen)20～30min，使(shi)零件(jian)內外溫(wen)度均勻后出爐淬(cui)火(huo)；對于需要(yao)重新加(jia)熱淬(cui)火(huo)的滲(shen)碳零件(jian)，可自滲(shen)碳溫(wen)度出爐放入緩冷罐(guan)中。
三、氣體滲(shen)碳(tan)操作要點
為了(le)保證滲碳(tan)質量(liang)，滲碳(tan)零件(jian)在進入滲碳(tan)爐(lu)前應清(qing)除(chu)表(biao)面污垢、鐵(tie)銹及油脂(zhi)等。常用熱水(shui)或(huo)含Na2CO3的(de)水(shui)溶液清(qing)洗介質，對銹蝕工件(jian)可采用噴(pen)砂清(qing)理。
零(ling)件裝在料筐或掛具上，彼此間應留(liu)出(chu)50～10mm的間隙，以保(bao)證滲(shen)碳介質能與零(ling)件充分接觸(chu)和循(xun)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。
另外，對(dui)新(xin)滲碳(tan)罐、新(xin)的工(gong)夾具應(ying)預先滲碳(tan)。在正(zheng)常生(sheng)產情況，停爐(lu)較長(chang)再開爐(lu)升溫時也應(ying)進行爐(lu)腔滲碳(tan)。
四、滲碳零件的熱處理
滲碳(tan)只(zhi)能改變零(ling)件的(de)表面(mian)化學成(cheng)分，而零(ling)件表面(mian)的(de)最終強化則必須經(jing)過適當的(de)熱處理(li)。通過熱處理(li)可(ke)使零(ling)件的(de)高碳(tan)表層獲得細小的(de)馬氏(shi)體，而零(ling)件的(de)心部(bu)由(you)低碳(tan)馬氏(shi)體、托氏(shi)體、索氏(shi)體等(deng)組織所組成(cheng)。滲碳(tan)后(hou)可(ke)采(cai)用不(bu)同的(de)熱處理(li)方法(fa)：直接淬(cui)(cui)(cui)火、一次(ci)淬(cui)(cui)(cui)火及(ji)二次(ci)淬(cui)(cui)(cui)火，淬(cui)(cui)(cui)火后(hou)必須進(jin)行低溫回火。
1. 直接淬火
直接淬(cui)(cui)火是指工件滲碳后隨爐降溫(wen)(wen)到高于(yu)Ar1或(huo)Ar3溫(wen)(wen)度（760～850℃），然(ran)后直接淬(cui)(cui)火的方法，淬(cui)(cui)火后在(zai)150～200℃回火2～3h。
隨爐降溫或出爐預(yu)冷的目的是為了減少淬火內應力，從(cong)而減小(xiao)工件(jian)的變形。同時，還可使高碳(tan)的奧氏(shi)體析出一部分碳(tan)化(hua)物，降低(di)奧氏(shi)體的碳(tan)濃度，從(cong)而減少淬火后殘留的奧氏(shi)體，使零件(jian)表(biao)面獲(huo)得較高的硬(ying)度。
直接(jie)淬火的(de)優點是：減少了(le)加(jia)熱和(he)冷(leng)卻(que)的(de)次數，使操作簡化(hua)(hua)，生(sheng)產效率(lv)提(ti)高，還可減少淬火變形及表(biao)面(mian)氧化(hua)(hua)、脫碳傾向。直接(jie)淬火適用于低碳合金鋼等本(ben)質(zhi)細(xi)晶(jing)粒(li)鋼，不適用于本(ben)質(zhi)粗晶(jing)粒(li)鋼及滲碳時表(biao)面(mian)碳濃度高的(de)零件。
2. 一次淬火
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(zhi)粗(cu)晶粒鋼或使用(yong)性能(neng)要(yao)求很高(gao)的(de)(de)零(ling)件(jian)(jian)，要(yao)采用(yong)二次(ci)(ci)(ci)火(huo)，或一(yi)次(ci)(ci)(ci)正火(huo)加(jia)一(yi)次(ci)(ci)(ci)淬(cui)(cui)火(huo)，以保證(zheng)滲碳零(ling)件(jian)(jian)的(de)(de)心部和滲層都達到(dao)高(gao)的(de)(de)性能(neng)要(yao)求。第一(yi)次(ci)(ci)(ci)淬(cui)(cui)火(huo)（或正火(huo)）溫度(du)，碳鋼為880～900℃，合(he)金(jin)鋼為850～870℃，目的(de)(de)是細化心部組織，并消除表(biao)面網(wang)狀碳化物。第二次(ci)(ci)(ci)淬(cui)(cui)火(huo)溫度(du)則(ze)要(yao)根(gen)據高(gao)碳的(de)(de)表(biao)層來決定，一(yi)般選擇稍(shao)高(gao)于Ac1的(de)(de)溫度(du)（770～820℃）。
二次淬火，有可能出現較大的(de)淬火缺陷(xian)，工藝(yi)較復雜，生(sheng)產周期長，故僅用(yong)于(yu)表面耐磨性、疲勞(lao)強度和心部韌性等(deng)要求較高的(de)重載荷零件。
