滲(shen)碳(tan)(tan)是(shi)目前機械工業中應用最廣(guang)泛(fan)的(de)(de)一(yi)種化學熱處理方(fang)法(fa)。其工藝特點是(shi)將(jiang)低(di)碳(tan)(tan)鋼或(huo)低(di)碳(tan)(tan)合金鋼零件(jian)在(zai)增碳(tan)(tan)的(de)(de)活性(xing)介質（滲(shen)碳(tan)(tan)劑）中加熱到900～930℃，使碳(tan)(tan)原子滲(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(yu)心部具有不同的(de)(de)成分(fen)、組織和性(xing)能。滲(shen)碳(tan)(tan)可(ke)分(fen)為(wei)固體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)、液體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)和氣(qi)體(ti)滲(shen)碳(tan)(tan)。近期又發展了真空滲(shen)碳(tan)(tan)、可(ke)控氣(qi)氛(fen)滲(shen)碳(tan)(tan)及等離子滲(shen)碳(tan)(tan)等。
一、滲(shen)碳的基本過程
根據滲(shen)(shen)碳(tan)介質(zhi)狀態的不同，可以分(fen)為氣體(ti)(ti)滲(shen)(shen)碳(tan)、固體(ti)(ti)滲(shen)(shen)碳(tan)和液體(ti)(ti)滲(shen)(shen)碳(tan)。但(dan)無論采用何種滲(shen)(shen)碳(tan)介質(zhi)，都包(bao)括分(fen)解、吸收(shou)和擴散三個基本過程(cheng)。
1. 滲碳介質的分解過(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. 活性碳原子被金屬表面吸收的過程(cheng)
吸(xi)(xi)收就是活性原(yuan)子（或離子）與金屬原(yuan)子產生鍵(jian)合(he)而進入金屬表層的(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)。吸(xi)(xi)收的(de)(de)(de)方(fang)式可以是活性原(yuan)子向(xiang)鋼(gang)的(de)(de)(de)固(gu)溶(rong)(rong)體中溶(rong)(rong)解(jie)或形成(cheng)化合(he)物(wu)。滲碳(tan)時(shi)，滲碳(tan)介質(zhi)所分(fen)解(jie)的(de)(de)(de)活性碳(tan)原(yuan)子吸(xi)(xi)附在鋼(gang)件(jian)表面(mian)(mian)后，溶(rong)(rong)入奧(ao)氏體中并形成(cheng)間隙固(gu)溶(rong)(rong)體。當碳(tan)濃度超(chao)過(guo)該溫度下奧(ao)氏體的(de)(de)(de)飽和(he)濃度時(shi)，可形成(cheng)化合(he)物(wu)（碳(tan)化物(wu)）。吸(xi)(xi)收的(de)(de)(de)強弱，與活性介質(zhi)的(de)(de)(de)分(fen)解(jie)速度、滲入元素的(de)(de)(de)性質(zhi)、擴散速度、鋼(gang)件(jian)的(de)(de)(de)成(cheng)分(fen)及表面(mian)(mian)狀態有(you)關。
3. 滲入(ru)元素的擴(kuo)散過(guo)程
擴散(san)，就是(shi)被鋼件表面所吸收(shou)的(de)(de)活(huo)性原子(zi)（或離子(zi)）向鋼深處(chu)的(de)(de)遷移，以形(xing)成一定厚度的(de)(de)擴散(san)層（即(ji)滲(shen)層）。分(fen)解、吸收(shou)、擴散(san)是(shi)各種化學(xue)熱處(chu)理所共(gong)有的(de)(de)基本過程，同(tong)樣適用(yong)于其他化學(xue)熱處(chu)理，例如滲(shen)氮(dan)、碳氮(dan)共(gong)滲(shen)、滲(shen)硫、滲(shen)硼(peng)及滲(shen)金屬(shu)等(deng)。
二(er)、氣體(ti)滲碳工藝操作
本工藝(yi)為某廠氣(qi)體滲(shen)碳工藝(yi)規范，適用于(yu)低碳鋼(gang)和低碳合金鋼(gang)制(zhi)造的(de)零件(jian)，其滲(shen)層(ceng)深度要求1.1～1.3mm，滲(shen)碳劑為煤油(you)。
如圖3-11所示，滲碳過程一般由排(pai)氣(qi)、強烈滲碳、擴散(san)和(he)降溫(wen)4個階段組成。
1. 排(pai)氣
滲(shen)碳零件裝入(ru)滲(shen)碳爐后(hou)必將引起爐溫(wen)降(jiang)(jiang)低，同時帶入(ru)大(da)量(liang)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)。排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)作用(yong)在(zai)于恢復爐溫(wen)到規定的(de)溫(wen)度(du)，并(bing)盡(jin)量(liang)排(pai)(pai)除(chu)爐內(nei)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)。通常(chang)采取加大(da)滲(shen)劑流量(liang)以(yi)使爐內(nei)氧化(hua)性氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛迅速減(jian)少。排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)時間(jian)往往在(zai)儀表(biao)溫(wen)度(du)達到滲(shen)碳要(yao)求的(de)溫(wen)度(du)后(hou)再延長30～60min，以(yi)使爐氣(qi)(qi)(qi)(qi)成分達到要(yao)求，并(bing)使爐內(nei)溫(wen)度(du)均勻及(ji)工件燒透。排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)不好會造成滲(shen)碳質量(liang)降(jiang)(jiang)低和滲(shen)碳速度(du)減(jian)慢。
2. 強烈滲碳
排氣階段(duan)結束后，即(ji)進(jin)入強(qiang)烈滲碳(tan)階段(duan)。其(qi)特點是滲碳(tan)劑滴量(liang)較多或氣氛較濃，使工(gong)件表面的(de)碳(tan)濃度高于最后的(de)技術要求，增大表面的(de)碳(tan)濃度梯度可以提(ti)高滲碳(tan)速度。強(qiang)烈滲碳(tan)時間主(zhu)要取決于滲碳(tan)零件滲碳(tan)層的(de)要求。
3. 擴散(san)
滲碳進入擴(kuo)散(san)階(jie)(jie)段是以(yi)減(jian)少滲碳劑滴量或濃度(du)為標志的(de)。此時爐(lu)內滲碳能力降低，工件表層過剩的(de)碳繼續向(xiang)內部(bu)擴(kuo)散(san)，最后得到符合(he)要求的(de)滲層深度(du)及合(he)適的(de)碳濃度(du)分布。擴(kuo)散(san)階(jie)(jie)段所(suo)需時間(jian)由中間(jian)試棒的(de)滲碳層深度(du)確定。
4. 降溫
對于可直(zhi)接淬火的零(ling)件(jian)應隨爐冷(leng)至適(shi)宜(yi)的淬火溫度（一般在(zai)840～860℃），并保溫20～30min，使零(ling)件(jian)內(nei)外溫度均勻(yun)后出爐淬火；對于需要重新加熱淬火的滲(shen)碳零(ling)件(jian)，可自滲(shen)碳溫度出爐放入(ru)緩冷(leng)罐(guan)中(zhong)。
三(san)、氣體滲碳操作要點
為了(le)保證滲碳質量(liang)，滲碳零件在進入滲碳爐前應清除表面污垢、鐵(tie)銹(xiu)及油脂等(deng)。常用(yong)熱水或含Na2CO3的水溶(rong)液清洗介質，對銹(xiu)蝕工件可采用(yong)噴砂清理。
零件裝在料(liao)筐(kuang)或(huo)掛具上，彼此間應留(liu)出50～10mm的間隙，以(yi)保證滲碳(tan)介質(zhi)能與零件充分接觸和循環(huan)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(ling)外，對新滲碳罐、新的工夾具應預先滲碳。在正常生產情況，停爐較長再開(kai)爐升溫時也應進行爐腔滲碳。
四(si)、滲碳零件(jian)的熱處(chu)理
滲碳(tan)只能(neng)改變零(ling)件(jian)的(de)表(biao)(biao)面化學成分，而(er)零(ling)件(jian)表(biao)(biao)面的(de)最終(zhong)強化則必(bi)須經過適當的(de)熱處理。通過熱處理可(ke)使(shi)零(ling)件(jian)的(de)高碳(tan)表(biao)(biao)層獲得(de)細小的(de)馬(ma)氏(shi)(shi)體，而(er)零(ling)件(jian)的(de)心部(bu)由(you)低(di)碳(tan)馬(ma)氏(shi)(shi)體、托(tuo)氏(shi)(shi)體、索(suo)氏(shi)(shi)體等組(zu)織(zhi)所組(zu)成。滲碳(tan)后可(ke)采(cai)用不同(tong)的(de)熱處理方法：直接淬(cui)火(huo)(huo)、一次淬(cui)火(huo)(huo)及(ji)二次淬(cui)火(huo)(huo)，淬(cui)火(huo)(huo)后必(bi)須進行(xing)低(di)溫回火(huo)(huo)。
1. 直(zhi)接淬(cui)火(huo)
直接(jie)淬火(huo)是指工件滲碳(tan)后(hou)隨爐(lu)降溫(wen)到高(gao)于Ar1或(huo)Ar3溫(wen)度（760～850℃），然后(hou)直接(jie)淬火(huo)的方法，淬火(huo)后(hou)在(zai)150～200℃回火(huo)2～3h。
隨(sui)爐降(jiang)溫或(huo)出(chu)爐預冷的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是為了減(jian)少淬火內應力(li)，從而減(jian)小工(gong)件(jian)的(de)(de)變形。同時，還可使高碳的(de)(de)奧(ao)氏體析出(chu)一部分碳化物，降(jiang)低奧(ao)氏體的(de)(de)碳濃度，從而減(jian)少淬火后殘留(liu)的(de)(de)奧(ao)氏體，使零件(jian)表面獲得較高的(de)(de)硬度。
直(zhi)接淬火的優點是：減(jian)少了加熱和冷卻(que)的次數，使操作簡化，生產效率提高，還(huan)可減(jian)少淬火變形及表(biao)面(mian)氧化、脫碳傾向。直(zhi)接淬火適用于低碳合(he)金鋼等本質細晶粒鋼，不適用于本質粗晶粒鋼及滲碳時(shi)表(biao)面(mian)碳濃(nong)度高的零件。
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. 二次淬火
對本(ben)質(zhi)粗晶粒(li)鋼或(huo)(huo)使(shi)用性(xing)能(neng)要求很高(gao)的零件(jian)，要采用二(er)次火(huo)，或(huo)(huo)一次正(zheng)火(huo)加一次淬火(huo)，以(yi)保證滲碳零件(jian)的心部和滲層(ceng)都達到高(gao)的性(xing)能(neng)要求。第一次淬火(huo)（或(huo)(huo)正(zheng)火(huo)）溫度(du)，碳鋼為880～900℃，合金鋼為850～870℃，目的是(shi)細(xi)化(hua)心部組(zu)織，并消除表面網狀碳化(hua)物(wu)。第二(er)次淬火(huo)溫度(du)則要根據高(gao)碳的表層(ceng)來決定，一般選(xuan)擇稍(shao)高(gao)于Ac1的溫度(du)（770～820℃）。
二次(ci)淬火(huo)(huo)，有可(ke)能(neng)出現較(jiao)(jiao)大的(de)淬火(huo)(huo)缺陷，工藝較(jiao)(jiao)復雜，生產(chan)周期長(chang)，故僅用于表面耐磨性、疲勞強度和心部韌(ren)性等要求較(jiao)(jiao)高的(de)重載荷零(ling)件。
