滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)是(shi)目前機械工業中應用最廣(guang)泛(fan)的一種化學熱處理(li)方法。其(qi)工藝(yi)特點(dian)是(shi)將低(di)碳(tan)(tan)鋼或低(di)碳(tan)(tan)合金鋼零(ling)件在增碳(tan)(tan)的活性介質（滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)劑）中加熱到(dao)900～930℃，使碳(tan)(tan)原(yuan)子滲(shen)(shen)(shen)入表面(mian)層，繼之以淬火并低(di)溫(wen)回火，使零(ling)件表層與心(xin)部具有不同的成分(fen)、組織和性能。滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)可(ke)分(fen)為固(gu)體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)、液體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)和氣體滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)。近期(qi)又發展了真(zhen)空滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)、可(ke)控氣氛(fen)滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)及等離(li)子滲(shen)(shen)(shen)碳(tan)(tan)等。
一、滲(shen)碳的基(ji)本過程
根據(ju)滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)介質(zhi)狀態的不同，可以分為氣體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)、固體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)和液體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)。但無論采用何種滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)介質(zhi)，都(dou)包括分解(jie)、吸收和擴散三(san)個基本過程。
1. 滲碳(tan)介質的分(fen)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. 活性(xing)碳原子被金屬表(biao)面吸(xi)收(shou)的過程
吸(xi)收(shou)就是活性(xing)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)（或離(li)子(zi)(zi)(zi)）與(yu)金屬原(yuan)子(zi)(zi)(zi)產生鍵合而進入(ru)(ru)金屬表(biao)層的(de)(de)(de)過程(cheng)。吸(xi)收(shou)的(de)(de)(de)方(fang)式可(ke)以是活性(xing)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)向鋼的(de)(de)(de)固溶體中溶解(jie)或形(xing)成(cheng)(cheng)化(hua)合物(wu)。滲(shen)碳(tan)時，滲(shen)碳(tan)介質(zhi)(zhi)所分(fen)(fen)解(jie)的(de)(de)(de)活性(xing)碳(tan)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)吸(xi)附在鋼件(jian)表(biao)面后，溶入(ru)(ru)奧(ao)氏(shi)(shi)體中并(bing)形(xing)成(cheng)(cheng)間(jian)隙固溶體。當(dang)碳(tan)濃(nong)度超(chao)過該溫度下奧(ao)氏(shi)(shi)體的(de)(de)(de)飽和濃(nong)度時，可(ke)形(xing)成(cheng)(cheng)化(hua)合物(wu)（碳(tan)化(hua)物(wu)）。吸(xi)收(shou)的(de)(de)(de)強弱，與(yu)活性(xing)介質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)解(jie)速(su)度、滲(shen)入(ru)(ru)元素的(de)(de)(de)性(xing)質(zhi)(zhi)、擴散速(su)度、鋼件(jian)的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)及表(biao)面狀態(tai)有關。
3. 滲入元素的擴散過程
擴散，就是(shi)被鋼(gang)件表面所吸收的活(huo)性原子（或離子）向鋼(gang)深處的遷移，以(yi)形成一定(ding)厚度的擴散層（即滲(shen)層）。分(fen)解、吸收、擴散是(shi)各種化(hua)學(xue)熱(re)處理(li)所共有的基本過程，同(tong)樣適用(yong)于其他化(hua)學(xue)熱(re)處理(li)，例如滲(shen)氮(dan)、碳(tan)氮(dan)共滲(shen)、滲(shen)硫、滲(shen)硼及滲(shen)金(jin)屬(shu)等(deng)。
二、氣體滲碳工藝(yi)操作
本(ben)工(gong)藝(yi)為(wei)某廠氣體滲(shen)碳工(gong)藝(yi)規范，適用于(yu)低碳鋼和低碳合金(jin)鋼制造的零(ling)件，其滲(shen)層深度要求1.1～1.3mm，滲(shen)碳劑為(wei)煤油。
如圖3-11所示，滲(shen)碳過程一(yi)般(ban)由排氣、強烈滲(shen)碳、擴散和降溫4個階段組成。
1. 排氣
滲(shen)碳(tan)(tan)零件裝入滲(shen)碳(tan)(tan)爐(lu)(lu)后(hou)必將引起爐(lu)(lu)溫(wen)(wen)降(jiang)低，同時帶入大(da)量(liang)空氣。排(pai)氣的(de)(de)作用在于恢復爐(lu)(lu)溫(wen)(wen)到規(gui)定(ding)的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)，并(bing)盡量(liang)排(pai)除(chu)爐(lu)(lu)內空氣。通常(chang)采取加大(da)滲(shen)劑流(liu)量(liang)以(yi)使爐(lu)(lu)內氧化性氣氛迅速減少。排(pai)氣時間往(wang)往(wang)在儀(yi)表溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)達(da)(da)到滲(shen)碳(tan)(tan)要(yao)求的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)后(hou)再延(yan)長(chang)30～60min，以(yi)使爐(lu)(lu)氣成分達(da)(da)到要(yao)求，并(bing)使爐(lu)(lu)內溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)均勻及(ji)工(gong)件燒透。排(pai)氣不好(hao)會造(zao)成滲(shen)碳(tan)(tan)質量(liang)降(jiang)低和(he)滲(shen)碳(tan)(tan)速度(du)(du)(du)減慢。
2. 強烈滲碳
排(pai)氣階段結(jie)束后，即進入強烈滲碳階段。其特點是滲碳劑滴(di)量較(jiao)(jiao)多或(huo)氣氛較(jiao)(jiao)濃(nong)，使工件表面的(de)(de)碳濃(nong)度高(gao)于最(zui)后的(de)(de)技術要求，增大表面的(de)(de)碳濃(nong)度梯度可以提高(gao)滲碳速度。強烈滲碳時(shi)間主要取(qu)決于滲碳零件滲碳層的(de)(de)要求。
3. 擴散
滲(shen)碳(tan)(tan)進入擴(kuo)(kuo)散階(jie)(jie)段是(shi)以減少(shao)滲(shen)碳(tan)(tan)劑(ji)滴(di)量(liang)或濃度(du)為標志的(de)(de)。此時爐(lu)內滲(shen)碳(tan)(tan)能力降低，工件表層(ceng)過剩的(de)(de)碳(tan)(tan)繼續向(xiang)內部擴(kuo)(kuo)散，最后(hou)得到符合要求(qiu)的(de)(de)滲(shen)層(ceng)深度(du)及合適(shi)的(de)(de)碳(tan)(tan)濃度(du)分布。擴(kuo)(kuo)散階(jie)(jie)段所需(xu)時間(jian)由中間(jian)試棒的(de)(de)滲(shen)碳(tan)(tan)層(ceng)深度(du)確定。
4. 降溫(wen)
對(dui)于可直接(jie)淬(cui)火的零件應隨爐冷至適(shi)宜的淬(cui)火溫度(du)（一般在840～860℃），并保溫20～30min，使(shi)零件內外溫度(du)均勻后出爐淬(cui)火；對(dui)于需要(yao)重新(xin)加(jia)熱淬(cui)火的滲碳零件，可自滲碳溫度(du)出爐放(fang)入(ru)緩(huan)冷罐中。
三、氣體滲碳操(cao)作要點
為了保證滲(shen)碳(tan)質(zhi)量，滲(shen)碳(tan)零(ling)件在進入滲(shen)碳(tan)爐前應清(qing)除表面污垢(gou)、鐵(tie)銹及(ji)油脂等(deng)。常用熱(re)水(shui)或含Na2CO3的水(shui)溶(rong)液清(qing)洗介質(zhi)，對銹蝕工件可采(cai)用噴砂清(qing)理。
零(ling)(ling)件裝在(zai)料筐(kuang)或掛具(ju)上(shang)，彼此(ci)間應留出50～10mm的間隙(xi)，以保(bao)證滲(shen)碳介(jie)質能(neng)與零(ling)(ling)件充分(fen)接觸(chu)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(ling)外(wai)，對新滲碳(tan)罐、新的工(gong)夾具應預先滲碳(tan)。在正(zheng)常(chang)生產(chan)情況，停爐較長再(zai)開爐升溫時也(ye)應進行(xing)爐腔滲碳(tan)。
四、滲(shen)碳零件的熱(re)處理
滲(shen)(shen)碳只能(neng)改變零(ling)件(jian)的(de)(de)表面(mian)化學成分，而零(ling)件(jian)表面(mian)的(de)(de)最終(zhong)強化則必須經(jing)過適當的(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)。通(tong)過熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)可使(shi)零(ling)件(jian)的(de)(de)高(gao)碳表層獲得細小的(de)(de)馬氏(shi)體(ti)，而零(ling)件(jian)的(de)(de)心(xin)部由低(di)碳馬氏(shi)體(ti)、托氏(shi)體(ti)、索氏(shi)體(ti)等組織所組成。滲(shen)(shen)碳后(hou)可采(cai)用不(bu)同的(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)方法：直接淬(cui)(cui)火、一次(ci)淬(cui)(cui)火及二次(ci)淬(cui)(cui)火，淬(cui)(cui)火后(hou)必須進行低(di)溫回火。
1. 直接淬火(huo)
直接淬(cui)火(huo)(huo)是(shi)指(zhi)工(gong)件滲碳后隨爐降溫(wen)到(dao)高于Ar1或(huo)Ar3溫(wen)度（760～850℃），然后直接淬(cui)火(huo)(huo)的(de)方法，淬(cui)火(huo)(huo)后在150～200℃回火(huo)(huo)2～3h。
隨(sui)爐降溫或出(chu)爐預冷的(de)目的(de)是為了減少(shao)淬火內應力，從而減小(xiao)工(gong)件(jian)的(de)變形。同時，還可(ke)使高碳(tan)的(de)奧氏(shi)(shi)體析(xi)出(chu)一部分碳(tan)化(hua)物，降低奧氏(shi)(shi)體的(de)碳(tan)濃度，從而減少(shao)淬火后殘留的(de)奧氏(shi)(shi)體，使零件(jian)表面(mian)獲得較高的(de)硬度。
直接淬(cui)火的優點是：減少了加熱和冷卻的次(ci)數(shu)，使操作(zuo)簡化，生產效率提高(gao)，還可減少淬(cui)火變形及(ji)(ji)表(biao)(biao)面氧化、脫碳(tan)(tan)(tan)傾向(xiang)。直接淬(cui)火適用于低(di)碳(tan)(tan)(tan)合金鋼等(deng)本質細晶(jing)粒鋼，不適用于本質粗(cu)晶(jing)粒鋼及(ji)(ji)滲碳(tan)(tan)(tan)時表(biao)(biao)面碳(tan)(tan)(tan)濃度高(gao)的零件。
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)次淬火
對本質粗晶粒鋼或使(shi)用性(xing)能(neng)要求(qiu)很高(gao)的(de)零件(jian)，要采(cai)用二次(ci)(ci)火(huo)(huo)，或一(yi)次(ci)(ci)正(zheng)火(huo)(huo)加一(yi)次(ci)(ci)淬(cui)火(huo)(huo)，以(yi)保證滲碳零件(jian)的(de)心(xin)部和滲層都達(da)到高(gao)的(de)性(xing)能(neng)要求(qiu)。第一(yi)次(ci)(ci)淬(cui)火(huo)(huo)（或正(zheng)火(huo)(huo)）溫(wen)度(du)(du)，碳鋼為(wei)880～900℃，合金鋼為(wei)850～870℃，目的(de)是細化心(xin)部組織，并消除表(biao)面網狀碳化物。第二次(ci)(ci)淬(cui)火(huo)(huo)溫(wen)度(du)(du)則(ze)要根據高(gao)碳的(de)表(biao)層來(lai)決(jue)定，一(yi)般選擇(ze)稍高(gao)于(yu)Ac1的(de)溫(wen)度(du)(du)（770～820℃）。
二次淬火(huo)，有(you)可能出現(xian)較(jiao)大(da)的(de)淬火(huo)缺陷(xian)，工藝(yi)較(jiao)復雜，生產周期長(chang)，故僅用于表面耐(nai)磨(mo)性(xing)、疲勞強(qiang)度和(he)心部(bu)韌性(xing)等要(yao)求較(jiao)高的(de)重載(zai)荷零件(jian)。
