滲碳處理目的和工藝原理及方法(滲碳處理知識)

一、什么叫滲碳處理

       滲碳處理是指使碳原子滲入到工件材料表面層的過程，滲碳目的是使低碳鋼工件具有高碳鋼的表面層，再經過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小于0.25%)。滲碳后，鋼件表面的化學成分可接近高碳鋼。工件滲碳后還要經過淬火，以得到高的表面硬度、高的耐磨性和疲勞強度，并保持心部有低碳鋼淬火后的強韌性，使工件能承受沖擊載荷。滲碳工藝廣泛用于飛機、汽車和拖拉機等的機械零件，如齒輪、軸、凸輪軸等。

       滲碳工藝在國內可以上溯到2000年以前。較早是用固體介質滲碳。液體和氣體滲碳是在20世紀出現并得到廣泛應用的。國外20年代開始采用轉筒爐進行氣體滲碳。30年代，連續式氣體滲碳爐開始在工業上應用。60年代高溫(960～1100℃)氣體滲碳得到發展。至70年代，出現了真空滲碳和離子滲碳。

二、滲碳處理工藝分類

1、按含碳介質的不同，滲碳可分為氣體滲碳、固體滲碳、液體滲碳、和碳氮共滲（氰化）。

2、氣體滲碳是將工件裝入密閉的井式氣體滲碳爐內，通入氣體滲劑（甲烷、乙烷等）或液體滲劑（煤油或苯、酒精、丙酮等），在高溫下分解出活性碳原子，滲入工件表面，以獲得高碳表面層的一種滲碳操作工藝。

3、固體滲碳是將工件和固體滲碳劑（木炭加促進劑組成）一起裝在加熱爐中加熱到滲碳溫度，并保溫一定時間，使活性碳原子滲人工件表面的一種較早的滲碳方法。

4、液體滲碳是利用液體介質進行滲碳，常用的液體介質有：碳化硅，“603”滲碳劑等。

5、碳氮共滲（氰化）又分為氣體碳氮共滲、液體碳氮共滲、固體碳氮共滲。

三、滲碳處理原理

滲碳與其他化學熱處理一樣，也包含3個基本過程。

①分解

滲碳介質的分解產生活性碳原子。

②吸附

活性碳原子被鋼件表面吸收后即溶到表層奧氏體中，使奧氏體中含碳量增加。

③擴散

表面含碳量增加便與心部含碳量出現濃度差，表面的碳遂向內部擴散。碳在鋼中的擴散速度主要取決于溫度，同時與工件中被滲元素內外濃度差和鋼中合金元素含量有關。

滲碳零件的材料 一般選用低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小於0.25%)。滲碳后必須進行淬火才能充分發揮滲碳的有利作用。工件滲碳淬火后的表層顯微組織主要為高硬度的馬氏體加上殘余奧氏體和少量碳化物，心部組織為韌性好的低碳馬氏體或含有非馬氏體的組織，但應避免出現鐵素體。一般滲碳層深度范圍為0.8～1.2毫米，深度滲碳時可達2毫米或更深。表面硬度可達HRC58～63，心部硬度為HRC30～42。滲碳淬火后，工件表面產生壓縮內應力，對提高工件的疲勞強度有利。因此滲碳被廣泛用以提高零件強度、沖擊韌性和耐磨性，借以延長零件的使用壽命。

四、滲碳方法

1、直接淬火低溫回火

組織及性能特點：不能細化鋼的晶粒。工件淬火變形較大，合金鋼滲碳件表面殘余奧氏體量較多，表面硬度較低

適用范圍：操作簡單，成本低廉用來處理對變形和承受沖擊載荷不大的零件，適用于氣體滲碳和液體滲碳工藝。

2、預冷直接淬火、低溫回火

淬火溫度800-850℃ 。組織及性能特點：可以減少工件淬火變形，滲層中殘余奧 氏體量也可稍有降低，表面硬度略有提高，但奧氏體晶粒沒有變化。

適用范圍：操作簡單，工件氧化、脫碳及淬火變形均小，廣泛應用于細晶粒鋼制造的各種工具。

3、一次加熱淬火，低溫回火

淬火溫度820-850℃或780-810℃ 。組織及性能特點：對心部強度要求較高者，采用820-850℃淬火，心部為低碳M，表面要求硬度高者，采用780-810℃淬火可以細化晶粒。

適用范圍： 適用于固體滲碳后的碳鋼和低合金鋼工件、氣體、液體滲碳的粗晶粒鋼，某些滲碳后不宜直接淬火的工件及滲碳后需機械加工的零件。

4、滲碳高溫回火，一次加熱淬火，低溫回火

淬火溫度840-860℃ 。組織及性能特點：高溫回火使M和殘余A分解，滲層中碳和合金元素以碳化物形式析出，便于切削加工及淬火后殘余A減少。

適用范圍：主要用于Cr—Ni合金滲碳工件。

5、二次淬火低溫回火

組織及性能特點：一次淬火（或正火），可以消除滲碳層網狀碳化物及細化心部組織（850-870℃），二次淬火主要改善滲層組織，對心部性能要求不高時可在材料的Ac1—Ac3之間淬火，對心部性能要求高時要在Ac3以上淬火。

適用范圍：主要用于對力學性能要求很高的重要滲碳件，特別是對粗晶粒鋼。但在滲碳后需經過兩次高溫加熱，使工件變形和氧化脫碳增加，熱處理過程較復雜。

6、二次淬火冷處理低溫回火

組織及性能特點：高于Ac1或Ac3（心部）的溫度淬火，高合金表層殘余A較多，經冷處理（-70℃/-80℃）促使A轉變從而提高表面硬度和耐磨性。

適用范圍：主要用于滲碳后不進行機械加工的高合金鋼工件。

7、滲碳后感應加熱淬火低溫回火

組織及性能特點：可以細化滲層及靠近滲層處的組織。淬火變形小，不允許硬化的部位不需預先防滲。

適用范圍：各種齒輪和軸類。