滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)是目前機械工業(ye)中(zhong)應(ying)用(yong)最(zui)廣泛的(de)一種化學熱處理方(fang)法。其工藝特點是將低碳(tan)(tan)鋼或低碳(tan)(tan)合(he)金鋼零件在增碳(tan)(tan)的(de)活性(xing)介質（滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)劑）中(zhong)加熱到900～930℃，使(shi)碳(tan)(tan)原(yuan)子(zi)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)入表面層，繼之以淬火(huo)(huo)并低溫(wen)回火(huo)(huo)，使(shi)零件表層與心部具有不同(tong)的(de)成(cheng)分、組織和性(xing)能。滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)可(ke)分為固(gu)體滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)、液體滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)和氣體滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)。近期又(you)發展了真空滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)、可(ke)控氣氛滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)及等(deng)離子(zi)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)等(deng)。
一(yi)、滲碳的基本過程
根據(ju)滲(shen)碳介(jie)質(zhi)狀態的不同(tong)，可(ke)以分(fen)為氣體(ti)滲(shen)碳、固(gu)體(ti)滲(shen)碳和液體(ti)滲(shen)碳。但無論采用何種(zhong)滲(shen)碳介(jie)質(zhi)，都(dou)包括分(fen)解、吸收和擴散(san)三(san)個基本過程。
1. 滲碳介質的(de)分(fen)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(huo)性碳原子被(bei)金屬表面吸收的過程
吸(xi)收就是活性(xing)原(yuan)子(zi)（或離子(zi)）與金屬(shu)原(yuan)子(zi)產生鍵合(he)而(er)進入(ru)金屬(shu)表(biao)層的過程。吸(xi)收的方式可以是活性(xing)原(yuan)子(zi)向鋼的固溶(rong)(rong)體(ti)中溶(rong)(rong)解或形成(cheng)化(hua)合(he)物。滲碳(tan)(tan)(tan)時，滲碳(tan)(tan)(tan)介質所分(fen)(fen)解的活性(xing)碳(tan)(tan)(tan)原(yuan)子(zi)吸(xi)附在鋼件表(biao)面(mian)后，溶(rong)(rong)入(ru)奧氏體(ti)中并形成(cheng)間隙固溶(rong)(rong)體(ti)。當碳(tan)(tan)(tan)濃(nong)度超過該溫度下奧氏體(ti)的飽(bao)和濃(nong)度時，可形成(cheng)化(hua)合(he)物（碳(tan)(tan)(tan)化(hua)物）。吸(xi)收的強弱(ruo)，與活性(xing)介質的分(fen)(fen)解速(su)度、滲入(ru)元(yuan)素的性(xing)質、擴散速(su)度、鋼件的成(cheng)分(fen)(fen)及表(biao)面(mian)狀態有關。
3. 滲入(ru)元素的擴散過程
擴散(san)，就(jiu)是(shi)(shi)被鋼件表面所吸收(shou)的(de)活性(xing)原子（或離子）向鋼深處(chu)的(de)遷移，以形(xing)成一(yi)定厚度的(de)擴散(san)層（即滲層）。分(fen)解、吸收(shou)、擴散(san)是(shi)(shi)各種化學熱(re)處(chu)理所共有(you)的(de)基本過程，同樣適用于其他化學熱(re)處(chu)理，例如滲氮、碳(tan)氮共滲、滲硫、滲硼(peng)及滲金屬等。
二(er)、氣體滲碳工藝(yi)操作
本(ben)工藝(yi)(yi)為某(mou)廠氣體滲(shen)碳工藝(yi)(yi)規范，適用于低(di)碳鋼和低(di)碳合金鋼制造的零件，其滲(shen)層深度要求1.1～1.3mm，滲(shen)碳劑為煤油(you)。
如(ru)圖3-11所示，滲碳(tan)過程一般由(you)排氣、強烈滲碳(tan)、擴散和降(jiang)溫4個階段組成。
1. 排氣
滲(shen)碳(tan)零件裝入滲(shen)碳(tan)爐(lu)后(hou)必將引起爐(lu)溫降低，同時帶入大量(liang)(liang)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)。排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)作用在于恢復(fu)爐(lu)溫到規定的(de)(de)溫度，并(bing)盡量(liang)(liang)排(pai)(pai)除爐(lu)內(nei)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)。通常采取加(jia)大滲(shen)劑流量(liang)(liang)以使爐(lu)內(nei)氧(yang)化性氣(qi)(qi)(qi)氛迅速減少。排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)時間往往在儀(yi)表溫度達(da)到滲(shen)碳(tan)要求(qiu)的(de)(de)溫度后(hou)再延長(chang)30～60min，以使爐(lu)氣(qi)(qi)(qi)成(cheng)分達(da)到要求(qiu)，并(bing)使爐(lu)內(nei)溫度均勻及工(gong)件燒透。排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)不好(hao)會造成(cheng)滲(shen)碳(tan)質量(liang)(liang)降低和(he)滲(shen)碳(tan)速度減慢。
2. 強烈滲碳
排氣階段結(jie)束后，即進(jin)入強烈滲(shen)碳階段。其特點是(shi)滲(shen)碳劑(ji)滴量較多(duo)或氣氛較濃，使工(gong)件表(biao)面(mian)的碳濃度高(gao)于(yu)(yu)最(zui)后的技(ji)術要求，增大表(biao)面(mian)的碳濃度梯(ti)度可以(yi)提高(gao)滲(shen)碳速度。強烈滲(shen)碳時(shi)間主要取(qu)決(jue)于(yu)(yu)滲(shen)碳零件滲(shen)碳層的要求。
3. 擴散
滲碳(tan)(tan)進入擴散(san)階段(duan)是以減少滲碳(tan)(tan)劑滴量或(huo)濃度為標志(zhi)的(de)。此時爐內滲碳(tan)(tan)能(neng)力降低，工件表層過(guo)剩的(de)碳(tan)(tan)繼續向(xiang)內部擴散(san)，最后得(de)到符合要求(qiu)的(de)滲層深度及合適(shi)的(de)碳(tan)(tan)濃度分(fen)布。擴散(san)階段(duan)所(suo)需時間由中間試棒的(de)滲碳(tan)(tan)層深度確定。
4. 降溫
對于(yu)可直(zhi)接淬火的零件(jian)應隨爐(lu)(lu)冷(leng)至適宜的淬火溫度(du)(du)（一(yi)般在840～860℃），并(bing)保溫20～30min，使零件(jian)內外溫度(du)(du)均勻后出(chu)爐(lu)(lu)淬火；對于(yu)需要(yao)重新加熱淬火的滲碳(tan)零件(jian)，可自滲碳(tan)溫度(du)(du)出(chu)爐(lu)(lu)放(fang)入緩冷(leng)罐(guan)中。
三、氣體滲碳操作(zuo)要點
為了保證滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)質(zhi)量(liang)，滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)零件在進入滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)爐前應清除表面(mian)污垢(gou)、鐵(tie)銹及(ji)油脂等。常(chang)用(yong)熱水或(huo)含(han)Na2CO3的水溶液清洗介質(zhi)，對銹蝕工件可采用(yong)噴砂(sha)清理。
零(ling)件(jian)裝在(zai)料(liao)筐或掛具上，彼此間(jian)應留出50～10mm的(de)間(jian)隙，以保證滲碳(tan)介質能與零(ling)件(jian)充分接觸和循環流通(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，對新滲碳(tan)罐、新的工(gong)夾具應預先滲碳(tan)。在正常生產情況，停爐較長再開(kai)爐升溫(wen)時也應進行爐腔滲碳(tan)。
四、滲碳零件的熱處理
滲碳(tan)只能改(gai)變零件(jian)的(de)表(biao)面化(hua)(hua)學成分，而零件(jian)表(biao)面的(de)最終強化(hua)(hua)則必須(xu)經(jing)過適當的(de)熱處理(li)。通過熱處理(li)可使(shi)零件(jian)的(de)高(gao)碳(tan)表(biao)層獲得細小(xiao)的(de)馬氏(shi)體(ti)，而零件(jian)的(de)心(xin)部由低(di)(di)碳(tan)馬氏(shi)體(ti)、托氏(shi)體(ti)、索氏(shi)體(ti)等(deng)組(zu)織所組(zu)成。滲碳(tan)后可采(cai)用(yong)不同的(de)熱處理(li)方法：直接淬(cui)火(huo)、一次淬(cui)火(huo)及二次淬(cui)火(huo)，淬(cui)火(huo)后必須(xu)進行低(di)(di)溫回火(huo)。
1. 直接淬火
直接(jie)淬火(huo)是指工件滲(shen)碳后隨爐降溫(wen)(wen)到高于Ar1或Ar3溫(wen)(wen)度（760～850℃），然后直接(jie)淬火(huo)的(de)方法，淬火(huo)后在150～200℃回(hui)火(huo)2～3h。
隨爐(lu)降溫或出爐(lu)預(yu)冷的(de)目(mu)的(de)是為了減少淬火(huo)內(nei)應力，從(cong)而(er)減小工件(jian)的(de)變形(xing)。同(tong)時，還可使高(gao)碳的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體析出一部分碳化物，降低(di)奧(ao)氏(shi)(shi)體的(de)碳濃度，從(cong)而(er)減少淬火(huo)后殘留的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體，使零件(jian)表面獲得較(jiao)高(gao)的(de)硬度。
直(zhi)接淬火(huo)的優點是：減少(shao)了(le)加熱和冷卻的次數，使操作簡化，生(sheng)產效率提高，還可(ke)減少(shao)淬火(huo)變形及表面氧化、脫碳傾向。直(zhi)接淬火(huo)適用(yong)于低碳合金鋼(gang)(gang)等本質細晶粒(li)鋼(gang)(gang)，不(bu)適用(yong)于本質粗晶粒(li)鋼(gang)(gang)及滲(shen)碳時表面碳濃度(du)高的零(ling)件(jian)。
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(dui)本質粗晶(jing)粒(li)鋼或(huo)使(shi)用(yong)性能要求很高的零件，要采用(yong)二(er)次(ci)(ci)火(huo)，或(huo)一次(ci)(ci)正火(huo)加一次(ci)(ci)淬火(huo)，以保證滲碳(tan)零件的心(xin)部和滲層(ceng)都(dou)達到高的性能要求。第一次(ci)(ci)淬火(huo)（或(huo)正火(huo)）溫(wen)度(du)，碳(tan)鋼為880～900℃，合金鋼為850～870℃，目的是細化(hua)心(xin)部組(zu)織，并消(xiao)除表(biao)面網(wang)狀碳(tan)化(hua)物。第二(er)次(ci)(ci)淬火(huo)溫(wen)度(du)則要根據高碳(tan)的表(biao)層(ceng)來決定(ding)，一般(ban)選(xuan)擇稍高于(yu)Ac1的溫(wen)度(du)（770～820℃）。
二次淬(cui)(cui)火，有可(ke)能(neng)出現(xian)較大的淬(cui)(cui)火缺陷(xian)，工(gong)藝較復(fu)雜，生產周期長(chang)，故僅用于表面耐磨(mo)性、疲勞強度和心(xin)部韌性等要求(qiu)較高(gao)的重載荷零(ling)件。
