渗碳工艺

喻绪明

　　渗碳
) ~4 x; |8 V* T* k/ Y# J% l5 Y　　渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。
　　渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25%)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。
　　渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。30年代﹐连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。60年代高温(960～1100℃)气体渗碳得到发展。至70年代﹐出现了真空渗碳和离子渗碳。
　　原理
　　渗碳与其他化学热处理一样﹐也包含3个基本过程。
/ Z1 O7 [2 U8 J4 ?4 P9 Z9 q　　①分解
5 h9 p6 _0 `" F, v　　渗碳介质的分解产生活性碳原子。
4 b/ ?# }4 R6 p　　②吸附
　　活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中﹐使奥氏体中含碳量增加。
. b  t. B/ [2 a, S　　③扩散
6 X" s1 o) u9 z　　表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差﹐表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度，同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。
( H$ ]# H. O6 @9 J, A' N　　渗碳零件的材料一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於0.25%)。渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物﹐心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织﹐但应避免出现铁素体。一般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫米﹐深度渗碳时可达2毫米或更深。表面硬度可达HRC58～63﹐心部硬度为HRC30～42。渗碳淬火后﹐工件表面产生压缩内应力﹐对提高工件的疲劳强度有利。因此渗碳被广泛用以提高零件强度﹑冲击韧性和耐磨性﹐借以延长零件的使用寿命。
* s+ H! g2 V8 Z" F9 y+ J　　分类
6 k' Y9 a" k4 A$ T7 ^7 ~. D　　按含碳介质的不同，渗碳可分为固体渗碳﹑液体渗碳﹑气体渗碳和碳氮共渗。
　　固体渗碳
+ P$ U; L2 Q+ z7 [& D　　把零件埋在装满固体渗碳剂(主要成分是木炭，并有碳酸钠﹑碳酸钡等作催渗剂)的容器中加热，在高温下通过碳与催渗剂的化学反应分解出活性碳原子，渗入零件表面。固体渗碳可以在各种加热炉中进行，简单易行，但质量不易控制，周期长，劳动条件差。