滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)是(shi)目(mu)前機械工業中應(ying)用最(zui)廣(guang)泛的一種化學熱(re)處理方(fang)法(fa)。其工藝特(te)點是(shi)將低(di)碳(tan)(tan)鋼或低(di)碳(tan)(tan)合金(jin)鋼零件在增碳(tan)(tan)的活性介質（滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)劑）中加熱(re)到(dao)900～930℃，使碳(tan)(tan)原子(zi)滲(shen)(shen)(shen)入表面層，繼之以淬(cui)火并低(di)溫回(hui)火，使零件表層與心部具有不同的成分(fen)、組織和(he)性能。滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)可分(fen)為固(gu)體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)、液體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)和(he)氣體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)。近(jin)期又發展了(le)真空滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)、可控(kong)氣氛(fen)滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)及等離(li)子(zi)滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)等。
一、滲碳的基本過程
根據滲碳(tan)介質狀態的不同，可以(yi)分為氣體滲碳(tan)、固體滲碳(tan)和(he)液體滲碳(tan)。但無(wu)論采用何種(zhong)滲碳(tan)介質，都包(bao)括(kuo)分解、吸收和(he)擴散三個基(ji)本過程。
1. 滲(shen)碳介質的(de)分(fen)解(jie)過(guo)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)子被金屬表面吸收的過程
吸(xi)收(shou)就是活性原子（或離(li)子）與金(jin)屬原子產(chan)生鍵合(he)而進(jin)入(ru)(ru)金(jin)屬表(biao)層的(de)(de)過程。吸(xi)收(shou)的(de)(de)方(fang)式可以是活性原子向鋼(gang)的(de)(de)固溶體中(zhong)溶解(jie)或形成(cheng)(cheng)化合(he)物(wu)。滲碳(tan)時，滲碳(tan)介(jie)質所(suo)分(fen)解(jie)的(de)(de)活性碳(tan)原子吸(xi)附在鋼(gang)件表(biao)面后，溶入(ru)(ru)奧氏(shi)體中(zhong)并形成(cheng)(cheng)間隙(xi)固溶體。當(dang)碳(tan)濃度超過該溫度下(xia)奧氏(shi)體的(de)(de)飽和濃度時，可形成(cheng)(cheng)化合(he)物(wu)（碳(tan)化物(wu)）。吸(xi)收(shou)的(de)(de)強弱，與活性介(jie)質的(de)(de)分(fen)解(jie)速度、滲入(ru)(ru)元素的(de)(de)性質、擴(kuo)散速度、鋼(gang)件的(de)(de)成(cheng)(cheng)分(fen)及表(biao)面狀態有關。
3. 滲入元素的擴(kuo)散過(guo)程
擴散(san)，就(jiu)是被鋼件表(biao)面(mian)所(suo)吸收(shou)的(de)活(huo)性原子（或離(li)子）向鋼深處(chu)的(de)遷移，以形成一定厚度的(de)擴散(san)層(ceng)（即滲層(ceng)）。分解、吸收(shou)、擴散(san)是各種化學熱處(chu)理(li)所(suo)共有的(de)基本過程，同(tong)樣適用(yong)于其他(ta)化學熱處(chu)理(li)，例如滲氮(dan)、碳(tan)氮(dan)共滲、滲硫、滲硼及滲金(jin)屬等。
二、氣(qi)體滲碳工藝操(cao)作
本工藝為某廠氣體滲碳工藝規范，適用于低碳鋼(gang)和低碳合(he)金(jin)鋼(gang)制造的(de)零(ling)件(jian)，其滲層深度(du)要求1.1～1.3mm，滲碳劑為煤(mei)油。
如圖3-11所示，滲碳過程一(yi)般由(you)排氣(qi)、強烈滲碳、擴(kuo)散和降溫4個階段組成。
1. 排氣(qi)
滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)零件裝入滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)爐(lu)(lu)后必將引起爐(lu)(lu)溫降低(di)，同(tong)時帶入大(da)量(liang)(liang)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)。排(pai)氣(qi)(qi)(qi)的(de)作用在于恢復(fu)爐(lu)(lu)溫到規定的(de)溫度(du)，并盡量(liang)(liang)排(pai)除爐(lu)(lu)內(nei)空(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)。通常采取加大(da)滲(shen)(shen)(shen)劑流量(liang)(liang)以(yi)使爐(lu)(lu)內(nei)氧化(hua)性氣(qi)(qi)(qi)氛迅速(su)減少。排(pai)氣(qi)(qi)(qi)時間往往在儀(yi)表溫度(du)達到滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)要求(qiu)的(de)溫度(du)后再延長30～60min，以(yi)使爐(lu)(lu)氣(qi)(qi)(qi)成(cheng)分(fen)達到要求(qiu)，并使爐(lu)(lu)內(nei)溫度(du)均勻及工件燒透。排(pai)氣(qi)(qi)(qi)不好會造成(cheng)滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)質量(liang)(liang)降低(di)和滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)速(su)度(du)減慢。
2. 強烈滲(shen)碳
排(pai)氣階段(duan)結束后，即進入(ru)強(qiang)烈滲(shen)碳(tan)(tan)階段(duan)。其特點(dian)是(shi)滲(shen)碳(tan)(tan)劑滴量較(jiao)多或氣氛較(jiao)濃(nong)，使工件(jian)表面(mian)的(de)碳(tan)(tan)濃(nong)度(du)高于最(zui)后的(de)技術(shu)要(yao)求(qiu)，增(zeng)大表面(mian)的(de)碳(tan)(tan)濃(nong)度(du)梯度(du)可以提(ti)高滲(shen)碳(tan)(tan)速度(du)。強(qiang)烈滲(shen)碳(tan)(tan)時間主要(yao)取決于滲(shen)碳(tan)(tan)零件(jian)滲(shen)碳(tan)(tan)層的(de)要(yao)求(qiu)。
3. 擴散
滲碳(tan)(tan)(tan)進入(ru)擴散階段(duan)是以減少滲碳(tan)(tan)(tan)劑滴量或(huo)濃度(du)(du)為標志的。此時爐內(nei)滲碳(tan)(tan)(tan)能(neng)力降低(di)，工件表層過剩的碳(tan)(tan)(tan)繼續向(xiang)內(nei)部擴散，最后得到符合要求的滲層深度(du)(du)及合適的碳(tan)(tan)(tan)濃度(du)(du)分布(bu)。擴散階段(duan)所需時間由中(zhong)間試棒的滲碳(tan)(tan)(tan)層深度(du)(du)確(que)定。
4. 降(jiang)溫
對(dui)(dui)于可(ke)直接淬火(huo)的零(ling)件應隨(sui)爐冷至適宜的淬火(huo)溫度（一般在840～860℃），并(bing)保溫20～30min，使零(ling)件內外溫度均(jun)勻后出爐淬火(huo)；對(dui)(dui)于需要重新加熱淬火(huo)的滲碳(tan)零(ling)件，可(ke)自滲碳(tan)溫度出爐放入緩冷罐(guan)中。
三(san)、氣(qi)體滲碳操作要點
為了保證(zheng)滲(shen)碳質量，滲(shen)碳零件在(zai)進入滲(shen)碳爐(lu)前應清(qing)除表(biao)面污垢、鐵銹(xiu)及油脂(zhi)等。常用熱水(shui)或含Na2CO3的水(shui)溶液清(qing)洗介質，對銹(xiu)蝕工件可采(cai)用噴砂(sha)清(qing)理。
零(ling)件裝在料(liao)筐或掛具上，彼此間(jian)(jian)應(ying)留出50～10mm的間(jian)(jian)隙，以保證滲碳(tan)介質能與零(ling)件充分接觸和循(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(wai)，對新滲(shen)碳罐、新的工夾(jia)具應預先滲(shen)碳。在(zai)正常生(sheng)產(chan)情況，停(ting)爐較長再(zai)開爐升溫(wen)時也應進行爐腔滲(shen)碳。
四、滲碳零件的熱處理
滲碳(tan)只能改變零(ling)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)表面(mian)化學成分(fen)，而(er)零(ling)件(jian)(jian)表面(mian)的(de)(de)(de)最終強化則必須(xu)經過適當的(de)(de)(de)熱處理。通過熱處理可(ke)使零(ling)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)高碳(tan)表層獲得(de)細小(xiao)的(de)(de)(de)馬氏(shi)體(ti)(ti)，而(er)零(ling)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)心部由低(di)碳(tan)馬氏(shi)體(ti)(ti)、托(tuo)氏(shi)體(ti)(ti)、索(suo)氏(shi)體(ti)(ti)等組織所組成。滲碳(tan)后(hou)可(ke)采(cai)用不同(tong)的(de)(de)(de)熱處理方法：直(zhi)接淬火(huo)、一次淬火(huo)及二(er)次淬火(huo)，淬火(huo)后(hou)必須(xu)進(jin)行低(di)溫回火(huo)。
1. 直接淬(cui)火
直接淬(cui)(cui)火是指工件滲碳后隨(sui)爐(lu)降溫到高于Ar1或Ar3溫度（760～850℃），然后直接淬(cui)(cui)火的方法(fa)，淬(cui)(cui)火后在150～200℃回火2～3h。
隨爐降溫或出(chu)爐預冷(leng)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是為了減(jian)(jian)少(shao)淬火內應(ying)力，從而減(jian)(jian)小工件的(de)(de)(de)變(bian)形。同時，還(huan)可(ke)使(shi)高(gao)碳(tan)的(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)體析出(chu)一部分碳(tan)化物，降低奧氏(shi)(shi)體的(de)(de)(de)碳(tan)濃(nong)度，從而減(jian)(jian)少(shao)淬火后殘留的(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)體，使(shi)零件表面獲得(de)較高(gao)的(de)(de)(de)硬(ying)度。
直(zhi)接淬(cui)火(huo)的優點是：減(jian)少了(le)加(jia)熱和冷卻的次數(shu)，使操作(zuo)簡化，生產效率提(ti)高，還可減(jian)少淬(cui)火(huo)變形(xing)及(ji)表(biao)面氧(yang)化、脫碳傾(qing)向。直(zhi)接淬(cui)火(huo)適用于(yu)低碳合(he)金鋼等本質細晶(jing)粒(li)(li)鋼，不(bu)適用于(yu)本質粗晶(jing)粒(li)(li)鋼及(ji)滲(shen)碳時表(biao)面碳濃度高的零件。
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(zhi)粗晶粒鋼或使(shi)用性能要求(qiu)(qiu)很高的零件(jian)，要采用二次(ci)火(huo)(huo)(huo)，或一(yi)(yi)次(ci)正火(huo)(huo)(huo)加(jia)一(yi)(yi)次(ci)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)，以保(bao)證滲碳(tan)零件(jian)的心部(bu)和滲層都(dou)達到高的性能要求(qiu)(qiu)。第一(yi)(yi)次(ci)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)（或正火(huo)(huo)(huo)）溫度(du)，碳(tan)鋼為880～900℃，合(he)金(jin)鋼為850～870℃，目(mu)的是細化心部(bu)組織(zhi)，并消除表(biao)面網狀碳(tan)化物(wu)。第二次(ci)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)溫度(du)則要根據高碳(tan)的表(biao)層來決(jue)定，一(yi)(yi)般選擇稍高于Ac1的溫度(du)（770～820℃）。
二(er)次(ci)淬火(huo)，有(you)可(ke)能出(chu)現較(jiao)大的淬火(huo)缺陷，工(gong)藝較(jiao)復雜(za)，生產周期長，故僅用于表面(mian)耐磨性、疲勞(lao)強度和心部韌性等要(yao)求較(jiao)高的重載荷(he)零件。
