滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)是目前機械工業中(zhong)應用最廣泛的(de)一種化學熱處(chu)理方法。其工藝特點是將低(di)碳(tan)(tan)(tan)鋼(gang)或低(di)碳(tan)(tan)(tan)合金鋼(gang)零件(jian)在增碳(tan)(tan)(tan)的(de)活性(xing)介質(zhi)（滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)劑）中(zhong)加熱到900～930℃，使碳(tan)(tan)(tan)原子滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)入表面層(ceng)，繼之以淬火(huo)并低(di)溫回(hui)火(huo)，使零件(jian)表層(ceng)與心部具有不同(tong)的(de)成分(fen)、組織(zhi)和(he)性(xing)能。滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)可(ke)分(fen)為固體(ti)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)、液體(ti)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)和(he)氣(qi)體(ti)滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)。近期又發展了真空滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)、可(ke)控(kong)氣(qi)氛滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)及(ji)等(deng)離子滲(shen)(shen)(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)等(deng)。
一、滲碳的(de)基本(ben)過程
根據滲碳介質狀(zhuang)態(tai)的不同(tong)，可以(yi)分為氣體滲碳、固體滲碳和液(ye)體滲碳。但無論采(cai)用何種(zhong)滲碳介質，都包(bao)括分解(jie)、吸(xi)收和擴散三個基本過(guo)程(cheng)。
1. 滲碳介質的分解過程
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(huo)性碳原子被(bei)金屬表面吸收的(de)過程
吸(xi)收就是活性(xing)原(yuan)子（或離子）與(yu)金屬原(yuan)子產(chan)生(sheng)鍵(jian)合(he)而進入金屬表層的(de)(de)(de)過程(cheng)。吸(xi)收的(de)(de)(de)方式(shi)可以是活性(xing)原(yuan)子向鋼的(de)(de)(de)固溶體中(zhong)溶解或形成化合(he)物。滲碳時，滲碳介(jie)質所分(fen)解的(de)(de)(de)活性(xing)碳原(yuan)子吸(xi)附(fu)在鋼件表面后，溶入奧氏(shi)體中(zhong)并形成間(jian)隙固溶體。當碳濃(nong)度超過該(gai)溫度下(xia)奧氏(shi)體的(de)(de)(de)飽和濃(nong)度時，可形成化合(he)物（碳化物）。吸(xi)收的(de)(de)(de)強(qiang)弱，與(yu)活性(xing)介(jie)質的(de)(de)(de)分(fen)解速度、滲入元素的(de)(de)(de)性(xing)質、擴(kuo)散速度、鋼件的(de)(de)(de)成分(fen)及表面狀態有關。
3. 滲入元素的擴散過程
擴散，就是被鋼件表(biao)面所吸(xi)收的(de)活性原(yuan)子（或離子）向鋼深處的(de)遷移，以形成一定厚度(du)的(de)擴散層（即滲(shen)層）。分解、吸(xi)收、擴散是各種化(hua)學熱處理所共有的(de)基本過程，同樣適用(yong)于(yu)其他化(hua)學熱處理，例如滲(shen)氮、碳氮共滲(shen)、滲(shen)硫、滲(shen)硼(peng)及滲(shen)金(jin)屬等。
二、氣(qi)體滲碳工藝(yi)操作
本工藝為某廠氣體滲碳工藝規范，適用于(yu)低碳鋼(gang)和低碳合金鋼(gang)制造的零件(jian)，其滲層(ceng)深(shen)度(du)要(yao)求1.1～1.3mm，滲碳劑(ji)為煤油。
如圖(tu)3-11所示，滲碳(tan)過程(cheng)一般由排氣、強烈滲碳(tan)、擴(kuo)散和降溫(wen)4個階(jie)段(duan)組成。
1. 排氣(qi)
滲(shen)(shen)碳(tan)零件裝入(ru)滲(shen)(shen)碳(tan)爐后必將引(yin)起爐溫降低(di)，同(tong)時(shi)帶入(ru)大量(liang)空氣(qi)(qi)(qi)。排(pai)氣(qi)(qi)(qi)的(de)作用在于(yu)恢復(fu)爐溫到(dao)規定的(de)溫度(du)，并盡量(liang)排(pai)除爐內空氣(qi)(qi)(qi)。通常(chang)采取加大滲(shen)(shen)劑流(liu)量(liang)以使爐內氧化(hua)性氣(qi)(qi)(qi)氛迅(xun)速減少。排(pai)氣(qi)(qi)(qi)時(shi)間(jian)往往在儀表溫度(du)達(da)到(dao)滲(shen)(shen)碳(tan)要求的(de)溫度(du)后再延長(chang)30～60min，以使爐氣(qi)(qi)(qi)成分達(da)到(dao)要求，并使爐內溫度(du)均勻(yun)及(ji)工件燒透。排(pai)氣(qi)(qi)(qi)不好會造成滲(shen)(shen)碳(tan)質量(liang)降低(di)和滲(shen)(shen)碳(tan)速度(du)減慢。
2. 強烈滲碳
排氣階(jie)段(duan)結束后(hou)，即進入(ru)強(qiang)烈滲碳階(jie)段(duan)。其特點是滲碳劑(ji)滴量較(jiao)多或氣氛較(jiao)濃，使工件表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)碳濃度(du)(du)高(gao)于最后(hou)的(de)(de)(de)技術要(yao)求，增大表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)碳濃度(du)(du)梯度(du)(du)可以(yi)提高(gao)滲碳速度(du)(du)。強(qiang)烈滲碳時間主要(yao)取決于滲碳零件滲碳層的(de)(de)(de)要(yao)求。
3. 擴散
滲(shen)(shen)(shen)碳進入擴散階(jie)段是(shi)以減(jian)少滲(shen)(shen)(shen)碳劑滴量(liang)或濃(nong)(nong)度為(wei)標志(zhi)的(de)(de)(de)。此時(shi)爐(lu)內滲(shen)(shen)(shen)碳能力降(jiang)低，工件表(biao)層(ceng)(ceng)過剩的(de)(de)(de)碳繼(ji)續(xu)向內部擴散，最后得(de)到符合要求的(de)(de)(de)滲(shen)(shen)(shen)層(ceng)(ceng)深度及合適的(de)(de)(de)碳濃(nong)(nong)度分布。擴散階(jie)段所需時(shi)間由(you)中(zhong)間試棒(bang)的(de)(de)(de)滲(shen)(shen)(shen)碳層(ceng)(ceng)深度確(que)定(ding)。
4. 降溫
對(dui)于可(ke)直接淬火(huo)(huo)的零(ling)件(jian)(jian)應隨爐(lu)冷至(zhi)適(shi)宜的淬火(huo)(huo)溫(wen)(wen)度(du)（一般在840～860℃），并保溫(wen)(wen)20～30min，使零(ling)件(jian)(jian)內外(wai)溫(wen)(wen)度(du)均(jun)勻后出爐(lu)淬火(huo)(huo)；對(dui)于需要重新加(jia)熱淬火(huo)(huo)的滲(shen)碳零(ling)件(jian)(jian)，可(ke)自滲(shen)碳溫(wen)(wen)度(du)出爐(lu)放入緩冷罐中。
三、氣(qi)體滲(shen)碳(tan)操作(zuo)要點
為了(le)保證滲碳(tan)質(zhi)量，滲碳(tan)零件(jian)在進入(ru)滲碳(tan)爐前應清(qing)除表面污垢、鐵銹及油脂等(deng)。常用(yong)熱水(shui)或含Na2CO3的水(shui)溶液清(qing)洗(xi)介質(zhi)，對銹蝕工件(jian)可采(cai)用(yong)噴(pen)砂清(qing)理(li)。
零件(jian)裝在料筐或掛具上，彼(bi)此間(jian)應(ying)留(liu)出50～10mm的間(jian)隙(xi)，以保證滲(shen)碳介質能與零件(jian)充(chong)分接(jie)觸(chu)和(he)循環流(liu)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(shen)碳罐、新(xin)的(de)工夾具應預先滲(shen)碳。在正常生產情況(kuang)，停爐較長再(zai)開(kai)爐升溫時也應進行爐腔滲(shen)碳。
四、滲碳零件的熱處理(li)
滲碳(tan)只能改變零(ling)件的(de)表(biao)面化(hua)學(xue)成分(fen)，而(er)零(ling)件表(biao)面的(de)最終強化(hua)則(ze)必(bi)須經過(guo)適(shi)當的(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)。通過(guo)熱(re)處(chu)理(li)(li)可使零(ling)件的(de)高(gao)碳(tan)表(biao)層獲得細小的(de)馬(ma)氏(shi)體，而(er)零(ling)件的(de)心部由(you)低(di)碳(tan)馬(ma)氏(shi)體、托氏(shi)體、索氏(shi)體等(deng)組(zu)織(zhi)所組(zu)成。滲碳(tan)后可采用不(bu)同的(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)方(fang)法：直接淬(cui)火(huo)、一次(ci)淬(cui)火(huo)及二(er)次(ci)淬(cui)火(huo)，淬(cui)火(huo)后必(bi)須進(jin)行低(di)溫回火(huo)。
1. 直接淬火
直接淬(cui)火(huo)是指工(gong)件(jian)滲(shen)碳后(hou)隨爐(lu)降(jiang)溫(wen)到高于Ar1或Ar3溫(wen)度（760～850℃），然后(hou)直接淬(cui)火(huo)的方(fang)法，淬(cui)火(huo)后(hou)在150～200℃回(hui)火(huo)2～3h。
隨爐降溫或(huo)出(chu)爐預冷的(de)(de)目的(de)(de)是為了減少(shao)淬火(huo)內應力，從而(er)減小工件的(de)(de)變(bian)形。同時(shi)，還可(ke)使(shi)(shi)高碳(tan)的(de)(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)析出(chu)一部分碳(tan)化物，降低(di)奧氏(shi)(shi)體(ti)的(de)(de)碳(tan)濃度(du)，從而(er)減少(shao)淬火(huo)后殘留的(de)(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)，使(shi)(shi)零件表面獲得(de)較(jiao)高的(de)(de)硬度(du)。
直接淬(cui)(cui)火的優(you)點是：減(jian)少了加(jia)熱和冷卻的次(ci)數，使操作(zuo)簡(jian)化(hua)，生產(chan)效率(lv)提高，還(huan)可減(jian)少淬(cui)(cui)火變形及表面氧化(hua)、脫碳(tan)傾向。直接淬(cui)(cui)火適(shi)用于(yu)低碳(tan)合金鋼(gang)(gang)等本質細晶粒鋼(gang)(gang)，不適(shi)用于(yu)本質粗晶粒鋼(gang)(gang)及滲碳(tan)時表面碳(tan)濃(nong)度高的零(ling)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(ben)質(zhi)粗晶粒鋼或使用性(xing)能要(yao)(yao)求很高的(de)零(ling)件(jian)，要(yao)(yao)采用二(er)次(ci)火(huo)(huo)，或一(yi)(yi)次(ci)正火(huo)(huo)加一(yi)(yi)次(ci)淬(cui)火(huo)(huo)，以保證(zheng)滲(shen)碳零(ling)件(jian)的(de)心(xin)部和滲(shen)層都達到高的(de)性(xing)能要(yao)(yao)求。第一(yi)(yi)次(ci)淬(cui)火(huo)(huo)（或正火(huo)(huo)）溫度，碳鋼為880～900℃，合金(jin)鋼為850～870℃，目的(de)是(shi)細(xi)化(hua)心(xin)部組(zu)織，并消除表面網狀碳化(hua)物。第二(er)次(ci)淬(cui)火(huo)(huo)溫度則(ze)要(yao)(yao)根(gen)據高碳的(de)表層來決定，一(yi)(yi)般(ban)選擇稍高于Ac1的(de)溫度（770～820℃）。
二次淬火，有(you)可(ke)能出現較大的(de)淬火缺陷，工藝較復雜，生產周期(qi)長，故僅用于表面耐磨性、疲勞(lao)強度和心部韌(ren)性等要求較高的(de)重載(zai)荷零件。
