滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)是(shi)目前機械工業(ye)中(zhong)應(ying)用最廣泛的(de)(de)一種化學熱處理方法。其工藝特點是(shi)將低碳(tan)(tan)(tan)鋼或(huo)低碳(tan)(tan)(tan)合金鋼零(ling)件在(zai)增碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)活性介質（滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)劑）中(zhong)加熱到900～930℃，使碳(tan)(tan)(tan)原子滲(shen)(shen)入表(biao)(biao)面層，繼之以淬火并(bing)低溫回火，使零(ling)件表(biao)(biao)層與心部具(ju)有不(bu)同(tong)的(de)(de)成分、組織和性能。滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)可(ke)分為固體(ti)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)、液體(ti)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)和氣(qi)體(ti)滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)。近期又發(fa)展(zhan)了真空滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)、可(ke)控氣(qi)氛滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)及(ji)等(deng)離子滲(shen)(shen)碳(tan)(tan)(tan)等(deng)。
一、滲碳(tan)的基本過程
根據滲碳(tan)(tan)介質狀態的(de)不同(tong)，可以分為氣體滲碳(tan)(tan)、固體滲碳(tan)(tan)和液(ye)體滲碳(tan)(tan)。但無論采用(yong)何種(zhong)滲碳(tan)(tan)介質，都包括分解、吸收和擴散三個基本過程(cheng)。
1. 滲(shen)碳介(jie)質的(de)分(fen)解過(guo)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(xing)碳原子(zi)被金(jin)屬(shu)表(biao)面(mian)吸收的過程(cheng)
吸收就是活性(xing)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)（或離子(zi)(zi)(zi)）與(yu)金屬原(yuan)子(zi)(zi)(zi)產生鍵合而(er)進入金屬表層的(de)過程(cheng)。吸收的(de)方(fang)式可以是活性(xing)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)向鋼(gang)(gang)的(de)固溶(rong)體(ti)(ti)中(zhong)溶(rong)解或形(xing)成化合物。滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)時，滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)介質(zhi)(zhi)所分解的(de)活性(xing)碳(tan)(tan)(tan)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)吸附在(zai)鋼(gang)(gang)件表面后，溶(rong)入奧氏體(ti)(ti)中(zhong)并(bing)形(xing)成間隙固溶(rong)體(ti)(ti)。當碳(tan)(tan)(tan)濃度(du)超過該溫度(du)下奧氏體(ti)(ti)的(de)飽和濃度(du)時，可形(xing)成化合物（碳(tan)(tan)(tan)化物）。吸收的(de)強弱，與(yu)活性(xing)介質(zhi)(zhi)的(de)分解速(su)度(du)、滲(shen)入元素的(de)性(xing)質(zhi)(zhi)、擴散速(su)度(du)、鋼(gang)(gang)件的(de)成分及表面狀態有(you)關。
3. 滲入元素的擴(kuo)散過程(cheng)
擴散(san)，就是被鋼件表面所吸(xi)收(shou)的活性原子(zi)（或離子(zi)）向鋼深處的遷移，以形成一(yi)定厚度的擴散(san)層(ceng)（即(ji)滲(shen)層(ceng)）。分解(jie)、吸(xi)收(shou)、擴散(san)是各種化學(xue)熱處理所共(gong)有的基本過(guo)程，同樣適用于其他(ta)化學(xue)熱處理，例如滲(shen)氮、碳氮共(gong)滲(shen)、滲(shen)硫、滲(shen)硼及滲(shen)金屬等(deng)。
二、氣體滲碳工藝操作
本(ben)工(gong)(gong)藝為某廠氣體滲碳工(gong)(gong)藝規范，適用于低碳鋼和低碳合金鋼制(zhi)造的(de)零(ling)件，其滲層深(shen)度(du)要求(qiu)1.1～1.3mm，滲碳劑為煤油。
如圖(tu)3-11所示，滲(shen)碳(tan)(tan)過程(cheng)一般由排氣、強烈滲(shen)碳(tan)(tan)、擴散和降溫4個階(jie)段組成(cheng)。
1. 排氣
滲碳零件裝入(ru)滲碳爐(lu)后(hou)必(bi)將引起爐(lu)溫(wen)降低，同時(shi)帶(dai)入(ru)大(da)量(liang)空氣。排氣的(de)作(zuo)用(yong)在于(yu)恢復爐(lu)溫(wen)到規定的(de)溫(wen)度(du)，并盡量(liang)排除爐(lu)內(nei)空氣。通常采取加大(da)滲劑流(liu)量(liang)以(yi)使(shi)爐(lu)內(nei)氧(yang)化(hua)性氣氛迅(xun)速減(jian)少。排氣時(shi)間往(wang)往(wang)在儀表溫(wen)度(du)達到滲碳要(yao)求的(de)溫(wen)度(du)后(hou)再(zai)延長30～60min，以(yi)使(shi)爐(lu)氣成分達到要(yao)求，并使(shi)爐(lu)內(nei)溫(wen)度(du)均勻及工(gong)件燒透。排氣不(bu)好會造成滲碳質量(liang)降低和滲碳速度(du)減(jian)慢。
2. 強烈滲碳(tan)
排氣(qi)(qi)階段結(jie)束(shu)后(hou)，即進入強烈(lie)(lie)滲(shen)碳階段。其特點是滲(shen)碳劑滴量較多(duo)或氣(qi)(qi)氛(fen)較濃，使工(gong)件(jian)表面的碳濃度(du)(du)高于最后(hou)的技術要求，增(zeng)大表面的碳濃度(du)(du)梯度(du)(du)可以提高滲(shen)碳速度(du)(du)。強烈(lie)(lie)滲(shen)碳時間主要取(qu)決(jue)于滲(shen)碳零件(jian)滲(shen)碳層的要求。
3. 擴散
滲碳(tan)進入擴散階段是以減少滲碳(tan)劑滴量或濃(nong)度(du)為標志的(de)。此時(shi)爐內滲碳(tan)能力降低(di)，工件(jian)表層(ceng)過剩的(de)碳(tan)繼續向內部擴散，最后得到(dao)符合(he)要求(qiu)的(de)滲層(ceng)深(shen)度(du)及合(he)適的(de)碳(tan)濃(nong)度(du)分(fen)布。擴散階段所需(xu)時(shi)間由中(zhong)間試棒的(de)滲碳(tan)層(ceng)深(shen)度(du)確(que)定。
4. 降溫
對于可(ke)直接淬(cui)火的(de)零(ling)(ling)件應隨爐冷(leng)至適宜的(de)淬(cui)火溫(wen)(wen)度（一般在840～860℃），并保溫(wen)(wen)20～30min，使(shi)零(ling)(ling)件內外溫(wen)(wen)度均勻后出(chu)(chu)爐淬(cui)火；對于需要(yao)重(zhong)新加熱淬(cui)火的(de)滲(shen)碳零(ling)(ling)件，可(ke)自滲(shen)碳溫(wen)(wen)度出(chu)(chu)爐放入緩冷(leng)罐(guan)中。
三(san)、氣(qi)體滲碳操(cao)作要點
為了保證滲(shen)碳(tan)質量，滲(shen)碳(tan)零件在進入(ru)滲(shen)碳(tan)爐前應清除表面污垢、鐵銹(xiu)及(ji)油(you)脂(zhi)等(deng)。常用(yong)(yong)熱水或含(han)Na2CO3的水溶液清洗介質，對銹(xiu)蝕工件可采用(yong)(yong)噴(pen)砂(sha)清理。
零(ling)件(jian)裝(zhuang)在(zai)料筐或掛具上，彼此間應留出50～10mm的間隙，以保證滲碳介質(zhi)能(neng)與零(ling)件(jian)充分(fen)接觸和(he)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，對新滲碳罐(guan)、新的工夾具應預先滲碳。在正常生產情(qing)況，停爐(lu)較長再開爐(lu)升(sheng)溫(wen)時也應進行爐(lu)腔滲碳。
四、滲(shen)碳零件的(de)熱(re)處(chu)理
滲碳(tan)只能改變零件(jian)的(de)表面(mian)化學成分，而零件(jian)表面(mian)的(de)最終(zhong)強化則必須經過適當的(de)熱(re)處(chu)理(li)。通過熱(re)處(chu)理(li)可使(shi)零件(jian)的(de)高碳(tan)表層獲(huo)得(de)細小(xiao)的(de)馬氏(shi)體(ti)，而零件(jian)的(de)心部由低(di)碳(tan)馬氏(shi)體(ti)、托氏(shi)體(ti)、索(suo)氏(shi)體(ti)等組織(zhi)所(suo)組成。滲碳(tan)后(hou)可采用不同的(de)熱(re)處(chu)理(li)方法(fa)：直(zhi)接淬火、一次淬火及二(er)次淬火，淬火后(hou)必須進行低(di)溫回火。
1. 直接(jie)淬火
直接淬(cui)火是指工(gong)件(jian)滲(shen)碳后(hou)(hou)隨爐降(jiang)溫到高于Ar1或(huo)Ar3溫度(du)（760～850℃），然后(hou)(hou)直接淬(cui)火的方法，淬(cui)火后(hou)(hou)在150～200℃回(hui)火2～3h。
隨爐降溫或出(chu)爐預冷(leng)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是為了減少(shao)淬火內應力，從(cong)而(er)減小工件的(de)(de)(de)變形。同時(shi)，還可使(shi)高碳的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)析出(chu)一部分碳化物，降低奧氏(shi)體(ti)的(de)(de)(de)碳濃(nong)度，從(cong)而(er)減少(shao)淬火后殘留的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)，使(shi)零件表面獲得較高的(de)(de)(de)硬度。
直接淬火的優點是：減少了(le)加熱和(he)冷卻(que)的次數，使操(cao)作簡化，生產效率提高(gao)，還(huan)可減少淬火變形及(ji)表面氧化、脫碳傾向。直接淬火適(shi)用(yong)于低碳合金鋼(gang)等本(ben)質細晶粒鋼(gang)，不(bu)適(shi)用(yong)于本(ben)質粗晶粒鋼(gang)及(ji)滲碳時表面碳濃度高(gao)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(er)次淬火
對本(ben)質粗晶粒鋼或使用性(xing)能(neng)要求(qiu)很高(gao)的(de)零(ling)件，要采用二(er)次火(huo)，或一(yi)次正火(huo)加一(yi)次淬(cui)火(huo)，以保證(zheng)滲碳(tan)零(ling)件的(de)心部和滲層都達到高(gao)的(de)性(xing)能(neng)要求(qiu)。第一(yi)次淬(cui)火(huo)（或正火(huo)）溫(wen)度，碳(tan)鋼為880～900℃，合金鋼為850～870℃，目的(de)是細化(hua)心部組織，并消除表面網狀碳(tan)化(hua)物。第二(er)次淬(cui)火(huo)溫(wen)度則要根據高(gao)碳(tan)的(de)表層來決(jue)定，一(yi)般選擇稍高(gao)于Ac1的(de)溫(wen)度（770～820℃）。
二(er)次淬(cui)火(huo)，有可能出(chu)現較大的淬(cui)火(huo)缺(que)陷，工(gong)藝(yi)較復(fu)雜，生產周期長，故僅用于(yu)表面耐磨性、疲(pi)勞(lao)強度和(he)心部韌性等要求較高的重載荷零件。
