滲(shen)碳(tan)(tan)是目前機械工業中應用最廣泛(fan)的一種化學熱處理方法。其(qi)工藝(yi)特點是將低碳(tan)(tan)鋼或(huo)低碳(tan)(tan)合金鋼零(ling)件在(zai)增(zeng)碳(tan)(tan)的活(huo)性介(jie)質（滲(shen)碳(tan)(tan)劑）中加(jia)熱到(dao)900～930℃，使碳(tan)(tan)原子滲(shen)入表(biao)面層，繼之(zhi)以淬火并(bing)低溫(wen)回火，使零(ling)件表(biao)層與(yu)心部具有不同的成分、組織和性能。滲(shen)碳(tan)(tan)可分為(wei)固體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)、液體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)和氣體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)。近期又發展了真空(kong)滲(shen)碳(tan)(tan)、可控氣氛(fen)滲(shen)碳(tan)(tan)及等(deng)(deng)離子滲(shen)碳(tan)(tan)等(deng)(deng)。
一、滲碳的基本過(guo)程
根據滲(shen)碳介質狀態的(de)不同(tong)，可以分(fen)為氣(qi)體滲(shen)碳、固(gu)體滲(shen)碳和液(ye)體滲(shen)碳。但無(wu)論采用何種滲(shen)碳介質，都包(bao)括分(fen)解、吸收和擴散三個基本過(guo)程。
1. 滲碳介質的分解過程(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. 活性碳原(yuan)子被金屬表(biao)面吸收的過程
吸(xi)(xi)(xi)收(shou)就是活性(xing)(xing)(xing)原(yuan)子(zi)(zi)（或離子(zi)(zi)）與(yu)金(jin)屬(shu)(shu)原(yuan)子(zi)(zi)產生(sheng)鍵(jian)合(he)(he)而進(jin)入金(jin)屬(shu)(shu)表(biao)層(ceng)的(de)過程(cheng)。吸(xi)(xi)(xi)收(shou)的(de)方式可以是活性(xing)(xing)(xing)原(yuan)子(zi)(zi)向鋼(gang)的(de)固(gu)溶(rong)體(ti)中(zhong)溶(rong)解(jie)或形(xing)(xing)成(cheng)化合(he)(he)物(wu)。滲碳(tan)時(shi)(shi)，滲碳(tan)介質(zhi)(zhi)所分解(jie)的(de)活性(xing)(xing)(xing)碳(tan)原(yuan)子(zi)(zi)吸(xi)(xi)(xi)附在鋼(gang)件(jian)表(biao)面(mian)后，溶(rong)入奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)中(zhong)并(bing)形(xing)(xing)成(cheng)間隙固(gu)溶(rong)體(ti)。當碳(tan)濃(nong)度超過該溫度下奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)的(de)飽和濃(nong)度時(shi)(shi)，可形(xing)(xing)成(cheng)化合(he)(he)物(wu)（碳(tan)化物(wu)）。吸(xi)(xi)(xi)收(shou)的(de)強弱，與(yu)活性(xing)(xing)(xing)介質(zhi)(zhi)的(de)分解(jie)速度、滲入元素(su)的(de)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)(zhi)、擴散(san)速度、鋼(gang)件(jian)的(de)成(cheng)分及(ji)表(biao)面(mian)狀(zhuang)態有關。
3. 滲(shen)入元素的擴(kuo)散過程
擴(kuo)散，就是被鋼(gang)件表面(mian)所(suo)吸收(shou)的活性原子（或離子）向鋼(gang)深(shen)處(chu)的遷移，以形成一定厚度的擴(kuo)散層(ceng)（即滲(shen)(shen)層(ceng)）。分解、吸收(shou)、擴(kuo)散是各種化學熱處(chu)理所(suo)共有的基本過(guo)程，同樣適用于其(qi)他化學熱處(chu)理，例如滲(shen)(shen)氮、碳氮共滲(shen)(shen)、滲(shen)(shen)硫、滲(shen)(shen)硼(peng)及滲(shen)(shen)金屬等(deng)。
二、氣體滲碳工藝操作
本工藝為某廠氣(qi)體滲碳(tan)工藝規范，適用(yong)于(yu)低(di)碳(tan)鋼(gang)(gang)和低(di)碳(tan)合金鋼(gang)(gang)制造的零(ling)件，其滲層深(shen)度要求(qiu)1.1～1.3mm，滲碳(tan)劑為煤(mei)油。
如圖(tu)3-11所(suo)示，滲碳過程一般由(you)排氣(qi)、強烈滲碳、擴散和降(jiang)溫4個階段(duan)組成。
1. 排氣
滲(shen)碳(tan)零件裝入(ru)滲(shen)碳(tan)爐(lu)后(hou)必將引起爐(lu)溫(wen)(wen)降低，同時帶入(ru)大量(liang)空氣(qi)(qi)(qi)。排氣(qi)(qi)(qi)的(de)作用在于恢復(fu)爐(lu)溫(wen)(wen)到(dao)規定的(de)溫(wen)(wen)度，并盡量(liang)排除(chu)爐(lu)內空氣(qi)(qi)(qi)。通常采取加大滲(shen)劑流量(liang)以(yi)使爐(lu)內氧化性氣(qi)(qi)(qi)氛迅速(su)減少。排氣(qi)(qi)(qi)時間往往在儀表溫(wen)(wen)度達(da)到(dao)滲(shen)碳(tan)要(yao)求(qiu)(qiu)的(de)溫(wen)(wen)度后(hou)再(zai)延(yan)長30～60min，以(yi)使爐(lu)氣(qi)(qi)(qi)成(cheng)分達(da)到(dao)要(yao)求(qiu)(qiu)，并使爐(lu)內溫(wen)(wen)度均(jun)勻(yun)及工件燒透。排氣(qi)(qi)(qi)不(bu)好(hao)會造成(cheng)滲(shen)碳(tan)質量(liang)降低和滲(shen)碳(tan)速(su)度減慢。
2. 強烈滲碳
排氣階段(duan)結束后，即進入(ru)強(qiang)烈(lie)滲(shen)碳(tan)(tan)階段(duan)。其特點是滲(shen)碳(tan)(tan)劑滴量較多或氣氛較濃(nong)，使(shi)工件表面的(de)碳(tan)(tan)濃(nong)度(du)高于最(zui)后的(de)技術要(yao)求，增大表面的(de)碳(tan)(tan)濃(nong)度(du)梯(ti)度(du)可以提高滲(shen)碳(tan)(tan)速度(du)。強(qiang)烈(lie)滲(shen)碳(tan)(tan)時(shi)間主(zhu)要(yao)取(qu)決于滲(shen)碳(tan)(tan)零件滲(shen)碳(tan)(tan)層(ceng)的(de)要(yao)求。
3. 擴(kuo)散
滲(shen)碳(tan)進入擴(kuo)散階段(duan)是以減(jian)少滲(shen)碳(tan)劑滴量或濃度為標(biao)志的(de)(de)。此(ci)時(shi)爐內滲(shen)碳(tan)能(neng)力(li)降低，工件表層(ceng)過剩的(de)(de)碳(tan)繼續向內部(bu)擴(kuo)散，最后得到(dao)符合要(yao)求的(de)(de)滲(shen)層(ceng)深度及合適的(de)(de)碳(tan)濃度分(fen)布(bu)。擴(kuo)散階段(duan)所需時(shi)間由中(zhong)間試(shi)棒的(de)(de)滲(shen)碳(tan)層(ceng)深度確定。
4. 降溫(wen)
對于(yu)可直接淬(cui)(cui)火的(de)零件(jian)應隨爐(lu)冷(leng)至適(shi)宜的(de)淬(cui)(cui)火溫度(du)（一(yi)般(ban)在840～860℃），并(bing)保(bao)溫20～30min，使零件(jian)內外溫度(du)均(jun)勻(yun)后出爐(lu)淬(cui)(cui)火；對于(yu)需要重新加熱淬(cui)(cui)火的(de)滲碳零件(jian)，可自滲碳溫度(du)出爐(lu)放入緩(huan)冷(leng)罐中。
三(san)、氣體(ti)滲碳操作(zuo)要點
為了保證(zheng)滲(shen)碳(tan)質(zhi)量(liang)，滲(shen)碳(tan)零(ling)件在進入滲(shen)碳(tan)爐前應清(qing)除表面污垢(gou)、鐵銹(xiu)及(ji)油脂等。常用(yong)(yong)熱水或(huo)含Na2CO3的水溶液清(qing)洗(xi)介質(zhi)，對銹(xiu)蝕工件可采用(yong)(yong)噴砂清(qing)理。
零件裝在料(liao)筐(kuang)或掛具(ju)上，彼此(ci)間(jian)應留出50～10mm的間(jian)隙，以(yi)保證滲碳介質能與零件充分接(jie)觸和(he)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，對新(xin)滲碳(tan)(tan)罐(guan)、新(xin)的(de)工(gong)夾具應預先滲碳(tan)(tan)。在正常生產情況，停爐較(jiao)長(chang)再開(kai)爐升溫時也應進行爐腔(qiang)滲碳(tan)(tan)。
四、滲碳零(ling)件的(de)熱處理
滲(shen)碳只能改變(bian)零(ling)(ling)(ling)件(jian)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)化學成分，而零(ling)(ling)(ling)件(jian)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)最(zui)終強(qiang)化則必須(xu)(xu)經過適當的(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)。通(tong)過熱(re)處(chu)理(li)(li)可使零(ling)(ling)(ling)件(jian)的(de)(de)(de)高碳表(biao)(biao)層獲得細小的(de)(de)(de)馬氏(shi)體(ti)，而零(ling)(ling)(ling)件(jian)的(de)(de)(de)心部由(you)低碳馬氏(shi)體(ti)、托氏(shi)體(ti)、索氏(shi)體(ti)等組(zu)(zu)織所組(zu)(zu)成。滲(shen)碳后可采用不同(tong)的(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)方(fang)法(fa)：直(zhi)接淬(cui)火、一次(ci)淬(cui)火及二次(ci)淬(cui)火，淬(cui)火后必須(xu)(xu)進行低溫回火。
1. 直(zhi)接淬火(huo)
直接(jie)(jie)淬(cui)火(huo)是指工件滲(shen)碳后隨爐降溫(wen)(wen)到高于(yu)Ar1或Ar3溫(wen)(wen)度(du)（760～850℃），然后直接(jie)(jie)淬(cui)火(huo)的方(fang)法，淬(cui)火(huo)后在(zai)150～200℃回(hui)火(huo)2～3h。
隨爐降(jiang)溫或(huo)出爐預冷(leng)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是為了減(jian)少淬(cui)火內應力，從(cong)而減(jian)小工件(jian)的(de)(de)變形(xing)。同時(shi)，還可使(shi)高碳的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)析出一部分(fen)碳化物，降(jiang)低奧(ao)氏體(ti)(ti)的(de)(de)碳濃度(du)，從(cong)而減(jian)少淬(cui)火后殘留的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)，使(shi)零(ling)件(jian)表面(mian)獲得(de)較高的(de)(de)硬(ying)度(du)。
直(zhi)接淬(cui)火的優(you)點是(shi)：減少了(le)加熱和冷卻的次(ci)數，使(shi)操作簡(jian)化(hua)，生產效率提(ti)高，還(huan)可減少淬(cui)火變形及表面氧化(hua)、脫(tuo)碳(tan)(tan)傾向(xiang)。直(zhi)接淬(cui)火適用于(yu)低(di)碳(tan)(tan)合金(jin)鋼(gang)等本質細(xi)晶粒鋼(gang)，不(bu)適用于(yu)本質粗晶粒鋼(gang)及滲碳(tan)(tan)時表面碳(tan)(tan)濃度高的零件。
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
對本質粗晶粒(li)鋼(gang)或使用性(xing)能(neng)(neng)要(yao)求(qiu)很高(gao)的(de)零件，要(yao)采用二次(ci)(ci)火(huo)，或一次(ci)(ci)正火(huo)加一次(ci)(ci)淬火(huo)，以保證(zheng)滲碳(tan)零件的(de)心(xin)部和(he)滲層(ceng)都達到高(gao)的(de)性(xing)能(neng)(neng)要(yao)求(qiu)。第一次(ci)(ci)淬火(huo)（或正火(huo)）溫度，碳(tan)鋼(gang)為880～900℃，合金鋼(gang)為850～870℃，目(mu)的(de)是細化心(xin)部組織，并消除表面網狀碳(tan)化物。第二次(ci)(ci)淬火(huo)溫度則(ze)要(yao)根據高(gao)碳(tan)的(de)表層(ceng)來決(jue)定，一般選擇稍(shao)高(gao)于Ac1的(de)溫度（770～820℃）。
二次淬(cui)火，有(you)可能出(chu)現較(jiao)大的(de)淬(cui)火缺陷，工藝較(jiao)復雜，生產周期長，故僅(jin)用于(yu)表(biao)面耐磨性、疲(pi)勞強度和心(xin)部韌性等(deng)要(yao)求較(jiao)高的(de)重(zhong)載荷零(ling)件。
