滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)是(shi)目前機械(xie)工業中應用最廣泛的一(yi)種化學熱處理方法。其工藝特點是(shi)將(jiang)低(di)碳(tan)(tan)(tan)鋼或低(di)碳(tan)(tan)(tan)合金鋼零件在增碳(tan)(tan)(tan)的活性(xing)介(jie)質（滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)劑）中加熱到900～930℃，使碳(tan)(tan)(tan)原子滲(shen)入表面(mian)層(ceng)，繼之以淬火并低(di)溫回火，使零件表層(ceng)與(yu)心部具有不同的成分、組(zu)織(zhi)和性(xing)能。滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)可(ke)(ke)分為固體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)、液體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)和氣體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)。近期又(you)發展了真(zhen)空滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)、可(ke)(ke)控氣氛滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)及等(deng)離子滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)等(deng)。
一、滲碳的基本過(guo)程(cheng)
根據滲碳介質狀態的不同，可以分(fen)為氣體(ti)滲碳、固體(ti)滲碳和(he)液(ye)體(ti)滲碳。但(dan)無(wu)論采用何(he)種(zhong)滲碳介質，都包括分(fen)解、吸收(shou)和(he)擴(kuo)散三個基本過程。
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(tan)原子(zi)被金屬表(biao)面吸(xi)收的過程(cheng)
吸(xi)收(shou)(shou)就是(shi)活性原子（或離子）與金(jin)屬(shu)原子產生鍵合(he)(he)而進入金(jin)屬(shu)表層的(de)(de)(de)過(guo)程。吸(xi)收(shou)(shou)的(de)(de)(de)方式可以(yi)是(shi)活性原子向鋼的(de)(de)(de)固(gu)溶體中溶解(jie)(jie)或形(xing)成化(hua)合(he)(he)物。滲碳(tan)時(shi)，滲碳(tan)介(jie)質(zhi)所分解(jie)(jie)的(de)(de)(de)活性碳(tan)原子吸(xi)附在鋼件(jian)表面后，溶入奧氏(shi)體中并形(xing)成間(jian)隙固(gu)溶體。當碳(tan)濃度(du)超過(guo)該(gai)溫度(du)下奧氏(shi)體的(de)(de)(de)飽和濃度(du)時(shi)，可形(xing)成化(hua)合(he)(he)物（碳(tan)化(hua)物）。吸(xi)收(shou)(shou)的(de)(de)(de)強(qiang)弱，與活性介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)分解(jie)(jie)速度(du)、滲入元素(su)的(de)(de)(de)性質(zhi)、擴散速度(du)、鋼件(jian)的(de)(de)(de)成分及表面狀(zhuang)態(tai)有關。
3. 滲入元(yuan)素的擴散過程(cheng)
擴(kuo)散，就是(shi)被(bei)鋼(gang)件(jian)表(biao)面所吸收(shou)的(de)活性原子(zi)（或離子(zi)）向鋼(gang)深(shen)處的(de)遷移，以(yi)形(xing)成(cheng)一定厚度的(de)擴(kuo)散層（即滲層）。分解、吸收(shou)、擴(kuo)散是(shi)各(ge)種化學(xue)熱處理所共有(you)的(de)基本過(guo)程，同樣適用于其他化學(xue)熱處理，例如滲氮、碳氮共滲、滲硫、滲硼及滲金屬等。
二、氣體滲碳工藝(yi)操作(zuo)
本工(gong)藝為(wei)某(mou)廠(chang)氣(qi)體滲碳(tan)(tan)工(gong)藝規范，適用于低(di)碳(tan)(tan)鋼和(he)低(di)碳(tan)(tan)合金鋼制造的零件，其滲層深度要求1.1～1.3mm，滲碳(tan)(tan)劑為(wei)煤油。
如(ru)圖3-11所示，滲(shen)碳(tan)過(guo)程一般(ban)由(you)排氣、強烈滲(shen)碳(tan)、擴散和降溫(wen)4個階段組(zu)成(cheng)。
1. 排氣
滲(shen)碳(tan)(tan)零(ling)件裝入滲(shen)碳(tan)(tan)爐(lu)(lu)后(hou)必(bi)將引起爐(lu)(lu)溫(wen)降(jiang)低，同時帶入大量(liang)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)。排氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)作用在(zai)(zai)于(yu)恢復爐(lu)(lu)溫(wen)到(dao)規定的(de)溫(wen)度(du)(du)，并盡量(liang)排除爐(lu)(lu)內空氣(qi)(qi)(qi)(qi)。通常采取加大滲(shen)劑(ji)流量(liang)以使(shi)爐(lu)(lu)內氧化(hua)性氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛迅(xun)速(su)減少(shao)。排氣(qi)(qi)(qi)(qi)時間往往在(zai)(zai)儀表溫(wen)度(du)(du)達到(dao)滲(shen)碳(tan)(tan)要求的(de)溫(wen)度(du)(du)后(hou)再延(yan)長30～60min，以使(shi)爐(lu)(lu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)成分達到(dao)要求，并使(shi)爐(lu)(lu)內溫(wen)度(du)(du)均勻及工件燒(shao)透。排氣(qi)(qi)(qi)(qi)不好(hao)會造成滲(shen)碳(tan)(tan)質量(liang)降(jiang)低和滲(shen)碳(tan)(tan)速(su)度(du)(du)減慢(man)。
2. 強(qiang)烈滲碳
排氣階(jie)段結束后，即進入(ru)強(qiang)烈(lie)滲(shen)碳(tan)階(jie)段。其特點是滲(shen)碳(tan)劑滴(di)量較多或氣氛(fen)較濃，使工件表(biao)面(mian)的碳(tan)濃度(du)(du)高于最后的技術要求(qiu)，增(zeng)大表(biao)面(mian)的碳(tan)濃度(du)(du)梯度(du)(du)可(ke)以提(ti)高滲(shen)碳(tan)速度(du)(du)。強(qiang)烈(lie)滲(shen)碳(tan)時間主要取決于滲(shen)碳(tan)零件滲(shen)碳(tan)層(ceng)的要求(qiu)。
3. 擴(kuo)散
滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)進入擴(kuo)散(san)(san)階段是以減(jian)少滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)劑滴量或濃度為標志的(de)(de)。此時爐內(nei)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)能(neng)力降低，工件表(biao)層(ceng)過剩的(de)(de)碳(tan)(tan)繼續向內(nei)部擴(kuo)散(san)(san)，最后得到符(fu)合(he)要求的(de)(de)滲(shen)(shen)層(ceng)深度及(ji)合(he)適(shi)的(de)(de)碳(tan)(tan)濃度分(fen)布。擴(kuo)散(san)(san)階段所(suo)需時間(jian)由(you)中間(jian)試棒的(de)(de)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)層(ceng)深度確定。
4. 降溫
對(dui)(dui)于(yu)可直接淬火(huo)(huo)的零(ling)(ling)件應(ying)隨(sui)爐冷(leng)至適(shi)宜(yi)的淬火(huo)(huo)溫度(du)（一般在840～860℃），并保(bao)溫20～30min，使零(ling)(ling)件內外溫度(du)均勻后出爐淬火(huo)(huo)；對(dui)(dui)于(yu)需要(yao)重新加熱淬火(huo)(huo)的滲碳零(ling)(ling)件，可自滲碳溫度(du)出爐放入緩冷(leng)罐中。
三、氣體滲碳操(cao)作要(yao)點
為了保(bao)證滲碳質量，滲碳零件(jian)(jian)在進入滲碳爐前應清除(chu)表(biao)面污(wu)垢、鐵銹(xiu)及油脂等。常用(yong)熱水或含Na2CO3的水溶液清洗介質，對銹(xiu)蝕(shi)工件(jian)(jian)可采(cai)用(yong)噴砂清理。
零(ling)件裝(zhuang)在料(liao)筐或掛具上，彼此(ci)間應留出50～10mm的(de)間隙，以保證滲碳介質能與零(ling)件充(chong)分接觸和循環流通。
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)新滲(shen)碳罐、新的工夾具(ju)應(ying)預先滲(shen)碳。在正常生產情(qing)況，停(ting)爐(lu)(lu)較長再開(kai)爐(lu)(lu)升溫(wen)時也應(ying)進(jin)行(xing)爐(lu)(lu)腔滲(shen)碳。
四(si)、滲(shen)碳零件(jian)的熱(re)處理
滲(shen)碳(tan)只能改變零件(jian)的(de)(de)表面化(hua)學成分，而零件(jian)表面的(de)(de)最終強化(hua)則(ze)必(bi)須(xu)(xu)經過適(shi)當的(de)(de)熱處理。通過熱處理可使零件(jian)的(de)(de)高碳(tan)表層獲得細小的(de)(de)馬氏體(ti)，而零件(jian)的(de)(de)心部由低碳(tan)馬氏體(ti)、托氏體(ti)、索氏體(ti)等(deng)組織所組成。滲(shen)碳(tan)后可采用不同(tong)的(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)后必(bi)須(xu)(xu)進行(xing)低溫(wen)回火(huo)。
1. 直接淬火
直(zhi)接(jie)淬火(huo)是指工件(jian)滲碳后(hou)隨爐(lu)降溫到高(gao)于Ar1或Ar3溫度（760～850℃），然后(hou)直(zhi)接(jie)淬火(huo)的方法，淬火(huo)后(hou)在150～200℃回火(huo)2～3h。
隨爐降溫或出爐預冷(leng)的目(mu)的是為(wei)了減少淬火內應力，從而減小工件的變(bian)形。同時，還(huan)可使高碳(tan)的奧(ao)氏體析出一部分碳(tan)化物，降低奧(ao)氏體的碳(tan)濃度，從而減少淬火后殘留(liu)的奧(ao)氏體，使零件表面獲得較高的硬度。
直(zhi)接淬火(huo)的(de)優(you)點是：減(jian)少了(le)加熱和冷卻(que)的(de)次數，使操作簡化，生(sheng)產效率提高，還可減(jian)少淬火(huo)變形(xing)及表面氧化、脫碳(tan)(tan)傾向。直(zhi)接淬火(huo)適用于低碳(tan)(tan)合金(jin)鋼等本質細晶粒鋼，不(bu)適用于本質粗晶粒鋼及滲碳(tan)(tan)時表面碳(tan)(tan)濃度高的(de)零件。
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(er)次淬(cui)火(huo)
對(dui)本質粗晶粒鋼或(huo)使(shi)用(yong)性(xing)(xing)能要(yao)求很(hen)高(gao)的(de)零件(jian)，要(yao)采用(yong)二(er)次(ci)火，或(huo)一次(ci)正火加一次(ci)淬火，以(yi)保證滲(shen)碳零件(jian)的(de)心部和滲(shen)層都(dou)達(da)到高(gao)的(de)性(xing)(xing)能要(yao)求。第(di)一次(ci)淬火（或(huo)正火）溫(wen)(wen)(wen)度，碳鋼為(wei)880～900℃，合金鋼為(wei)850～870℃，目(mu)的(de)是細化心部組織，并消(xiao)除表(biao)面網狀碳化物。第(di)二(er)次(ci)淬火溫(wen)(wen)(wen)度則要(yao)根據(ju)高(gao)碳的(de)表(biao)層來決定，一般選擇稍(shao)高(gao)于Ac1的(de)溫(wen)(wen)(wen)度（770～820℃）。
二次淬(cui)火(huo)，有可(ke)能出現較(jiao)大的淬(cui)火(huo)缺(que)陷，工藝較(jiao)復雜，生(sheng)產周期長，故僅用(yong)于表面(mian)耐磨性、疲勞強度和心部(bu)韌性等要(yao)求較(jiao)高的重載荷零件。
