钢的渗碳热处理
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三、气体渗碳
（一）原理 (1)渗碳介质的分解 由介质中分解出活性碳原子。渗碳气氛在高温下 分解出活性碳原子[C]，即：
注：在供应的原料气组分稳定的情况下，只要控制气氛中的微量组分CO2、H2O、CH4或O2中的任何一个 含量，便可控制上述反应达到某一平衡点，从而实现控制气氛碳势的目的。通常，生产中用露点仪控制 H2O含量；用红外线仪控制CO2含量；用氧探头法控制O2含量。
(2)碳原子的吸收 工件表面吸收活性碳原子，也就是活性碳原子由钢 的表面进入铁的晶格而形成固溶体，或形成特殊化合物。 (3)碳原子的扩散 被工件吸收的碳原子，在一定温度下，由表面向内 部扩散，形成一定厚度的渗层。
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（二）工艺参数的选择与控制
1.气氛碳势 一般渗碳件的表面含碳量可在0.6%-1.1%间变化。确定最佳表面碳含量的出 发点首先是获得最高的表面硬度；其次是使渗层具有最高的耐磨性和抗磨损 疲劳性能。研究表明，渗碳层的表面碳的质量分数最好在0.8%-1.0%范围内 最佳表层碳含量确定后就可根据表面碳含量与碳势的关系，确定碳势。 2.渗碳温度 渗碳温度首先影响着分解反应平衡，粗略地说，如果气氛中的CO2含量不变， 则温度每降低10℃将使气氛碳势增加约0.08%；其次，温度也影响碳的扩散 速度，如果气氛碳势不变，温度每提高100 ℃可使渗碳层深度增加1倍；第 三，温度还影响着钢中的组织转变，温度过高会使钢的晶粒粗大。生产上广 泛使用的温度是900-930 ℃。对于薄层渗碳温度可降到880-900 ℃，这主 要是为了控制渗碳层深度；而对于深层渗碳(大于5mm)，温度可提高到 980-1000 ℃，这主要是为了缩短渗碳时间。 3.渗碳时间 渗碳时间主要影响渗层深度，同时也在一定程度上影响浓度梯度。
2.回火 渗碳件淬火后尚需进行低温回火，回火温度通常为150～190℃。 3.冷处理 作用是减少或消除残余奥氏体，从而适当提高渗层硬度。由于冷处理 生产成本高，又增加了工序，目前生产中除特殊渗碳零件外，一般很少采用。
802.6 t d
10(3720 /T )
d—渗层深度(mm)；t—渗碳时间整(理hp)；pt T—渗碳温度(K)
（三）渗碳工艺参数的综合选择
①升温阶段 工件达到渗碳温度前的一段时间，用较低的碳势； ②高速渗碳阶段 正常温度或更高温度下，用高于所需表面碳含量的碳势，时 间较长； ③扩散阶段 工件降到或维持在正常渗碳温度下碳势降到所需表面碳含量，时 间较短； ④预冷阶段 使温度降低到淬火温度，便于直接淬火。
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二、渗碳方法
根据渗Βιβλιοθήκη Baidu剂的不同，渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗 碳。 （1）固体渗碳 固体渗碳是将工件置于填满木炭(90%左右)和催渗 剂(BaCO3、 CaCO3或 Na2CO3等)(10%左右)的固体渗碳箱内进行 的，如图1所示。 （2）液体渗碳 液体渗碳就是在液体介质中进行的渗碳工艺。它可 分为两类：一类是加有氰化物的盐浴，另一类是不加氰化物的盐浴。 因氰化物有剧毒现已基本不用。不加氰化物的盐浴由NaCl或KCl、 Na2CO3、和(NH2)2CO或木粉组成。如图2所示。 （3）气体渗碳 气体渗碳是指零件在气体渗碳剂中进行渗碳的工艺。 如图3所示。气体渗碳法的生产率高，渗碳过程容易控制，渗碳层质 量好，且易实现机械化与自动化，故应用最广。
图3 气体渗整碳理典pp型t 工艺曲线
四、 渗碳层成分、组织和厚度
低碳钢渗碳后，表层含碳量可达过共析成分，由表往里碳浓度逐渐 降低，直至渗碳钢的原始成分。 渗碳件缓冷后，表层组织为珠光体加二次渗碳体；心部为铁素体加 少量珠光体组织；两者之间为过渡层，越靠近表层铁素体越少 。 一般规定，从表面到过渡层一半处的厚度为渗碳层的厚度。
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图5 渗碳件常用的淬火方法
a)预冷直接淬火
b) 一次淬火法
c) 二次淬火法
①预冷直接淬火 对于碳钢，预冷温度应在Ar1～Ar3之间。对于多数合金钢， 通常预冷温度在820～850℃之间。 ②一次加热淬火 一般合金渗碳钢，常采用稍高于Ac3的温度（820～860℃） 加热淬火。 ③二次加热淬火 第一次淬火的加热温度应高于心部的Ac3温度，第二次淬火主 要是为细化表层组织，温度选择稍高于表层的Ac1。
渗碳层厚度δ
图7 低碳钢渗碳整缓理冷pp后t 的显微组织
典型零件渗碳层厚度确定方法
零件种类 轴类 齿轮
薄片工件
渗碳层厚度δ(mm) (0.1～0.2)R (0.2～0.3)m (0.2～0.3)t
备注 R--半径(mm)
m--模数 t--厚度(mm)
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五、渗碳后的热处理
1.淬火 淬火是为了获得马氏体组织，以得到高硬度。通常有三种方法， 即预冷直接淬火、一次加热淬火和二次加热淬火。渗碳零件淬火温度的 选择要兼顾高碳的渗层和低碳的心部两方面的要求。原则上，过共析层 的淬火温度低于Accm，而亚共析层的淬火温度高于Ac3。如果Accm＞ Ac3，很容易选择一个淬火温度来同时满足这两者的要求；果Accm≤Ac3， 则很难同时兼顾。在这种情况下，要根据对零件的主要技术要求、钢件 的心部能否淬透、渗碳后零件的表面含碳量和所采用的淬火方法等综合 考虑加以决定。
钢的渗碳
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主要内容
31 渗碳的目的和应用范围 2 渗碳方法 3 气体渗碳 4 渗碳层成分、组织和厚度 35 渗碳后的热处理 6 渗碳件质量检查 37 渗碳热处理的常见缺陷及产生原因
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一、渗碳的目的和应用范围
定义 渗碳：将钢件置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态 并保温，使其表层形成一个富碳层的热处理工艺。 碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既不增碳 也不脱碳并与炉气保持平衡时的表面含碳量。 主要目的：是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，同 时保持心部具有一定强度和良好的塑性与韧性。 应用范围：在机器制造业中，有许多重要零件，如汽车变速 箱齿轮、活塞销、摩擦片等。可以渗碳的钢一般是碳的质量 分数为0.12%-0.25%的低碳钢或低碳合金钢如20、20Cr、 20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。
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三、气体渗碳
（一）原理 (1)渗碳介质的分解 由介质中分解出活性碳原子。渗碳气氛在高温下 分解出活性碳原子[C]，即：
注：在供应的原料气组分稳定的情况下，只要控制气氛中的微量组分CO2、H2O、CH4或O2中的任何一个 含量，便可控制上述反应达到某一平衡点，从而实现控制气氛碳势的目的。通常，生产中用露点仪控制 H2O含量；用红外线仪控制CO2含量；用氧探头法控制O2含量。
(2)碳原子的吸收 工件表面吸收活性碳原子，也就是活性碳原子由钢 的表面进入铁的晶格而形成固溶体，或形成特殊化合物。 (3)碳原子的扩散 被工件吸收的碳原子，在一定温度下，由表面向内 部扩散，形成一定厚度的渗层。
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（二）工艺参数的选择与控制
1.气氛碳势 一般渗碳件的表面含碳量可在0.6%-1.1%间变化。确定最佳表面碳含量的出 发点首先是获得最高的表面硬度；其次是使渗层具有最高的耐磨性和抗磨损 疲劳性能。研究表明，渗碳层的表面碳的质量分数最好在0.8%-1.0%范围内 最佳表层碳含量确定后就可根据表面碳含量与碳势的关系，确定碳势。 2.渗碳温度 渗碳温度首先影响着分解反应平衡，粗略地说，如果气氛中的CO2含量不变， 则温度每降低10℃将使气氛碳势增加约0.08%；其次，温度也影响碳的扩散 速度，如果气氛碳势不变，温度每提高100 ℃可使渗碳层深度增加1倍；第 三，温度还影响着钢中的组织转变，温度过高会使钢的晶粒粗大。生产上广 泛使用的温度是900-930 ℃。对于薄层渗碳温度可降到880-900 ℃，这主 要是为了控制渗碳层深度；而对于深层渗碳(大于5mm)，温度可提高到 980-1000 ℃，这主要是为了缩短渗碳时间。 3.渗碳时间 渗碳时间主要影响渗层深度，同时也在一定程度上影响浓度梯度。
2.回火 渗碳件淬火后尚需进行低温回火，回火温度通常为150～190℃。 3.冷处理 作用是减少或消除残余奥氏体，从而适当提高渗层硬度。由于冷处理 生产成本高，又增加了工序，目前生产中除特殊渗碳零件外，一般很少采用。
802.6 t d
10(3720 /T )
d—渗层深度(mm)；t—渗碳时间整(理hp)；pt T—渗碳温度(K)
（三）渗碳工艺参数的综合选择
①升温阶段 工件达到渗碳温度前的一段时间，用较低的碳势； ②高速渗碳阶段 正常温度或更高温度下，用高于所需表面碳含量的碳势，时 间较长； ③扩散阶段 工件降到或维持在正常渗碳温度下碳势降到所需表面碳含量，时 间较短； ④预冷阶段 使温度降低到淬火温度，便于直接淬火。
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二、渗碳方法
根据渗Βιβλιοθήκη Baidu剂的不同，渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗 碳。 （1）固体渗碳 固体渗碳是将工件置于填满木炭(90%左右)和催渗 剂(BaCO3、 CaCO3或 Na2CO3等)(10%左右)的固体渗碳箱内进行 的，如图1所示。 （2）液体渗碳 液体渗碳就是在液体介质中进行的渗碳工艺。它可 分为两类：一类是加有氰化物的盐浴，另一类是不加氰化物的盐浴。 因氰化物有剧毒现已基本不用。不加氰化物的盐浴由NaCl或KCl、 Na2CO3、和(NH2)2CO或木粉组成。如图2所示。 （3）气体渗碳 气体渗碳是指零件在气体渗碳剂中进行渗碳的工艺。 如图3所示。气体渗碳法的生产率高，渗碳过程容易控制，渗碳层质 量好，且易实现机械化与自动化，故应用最广。
图3 气体渗整碳理典pp型t 工艺曲线
四、 渗碳层成分、组织和厚度
低碳钢渗碳后，表层含碳量可达过共析成分，由表往里碳浓度逐渐 降低，直至渗碳钢的原始成分。 渗碳件缓冷后，表层组织为珠光体加二次渗碳体；心部为铁素体加 少量珠光体组织；两者之间为过渡层，越靠近表层铁素体越少 。 一般规定，从表面到过渡层一半处的厚度为渗碳层的厚度。
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图5 渗碳件常用的淬火方法
a)预冷直接淬火
b) 一次淬火法
c) 二次淬火法
①预冷直接淬火 对于碳钢，预冷温度应在Ar1～Ar3之间。对于多数合金钢， 通常预冷温度在820～850℃之间。 ②一次加热淬火 一般合金渗碳钢，常采用稍高于Ac3的温度（820～860℃） 加热淬火。 ③二次加热淬火 第一次淬火的加热温度应高于心部的Ac3温度，第二次淬火主 要是为细化表层组织，温度选择稍高于表层的Ac1。
渗碳层厚度δ
图7 低碳钢渗碳整缓理冷pp后t 的显微组织
典型零件渗碳层厚度确定方法
零件种类 轴类 齿轮
薄片工件
渗碳层厚度δ(mm) (0.1～0.2)R (0.2～0.3)m (0.2～0.3)t
备注 R--半径(mm)
m--模数 t--厚度(mm)
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五、渗碳后的热处理
1.淬火 淬火是为了获得马氏体组织，以得到高硬度。通常有三种方法， 即预冷直接淬火、一次加热淬火和二次加热淬火。渗碳零件淬火温度的 选择要兼顾高碳的渗层和低碳的心部两方面的要求。原则上，过共析层 的淬火温度低于Accm，而亚共析层的淬火温度高于Ac3。如果Accm＞ Ac3，很容易选择一个淬火温度来同时满足这两者的要求；果Accm≤Ac3， 则很难同时兼顾。在这种情况下，要根据对零件的主要技术要求、钢件 的心部能否淬透、渗碳后零件的表面含碳量和所采用的淬火方法等综合 考虑加以决定。
钢的渗碳
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主要内容
31 渗碳的目的和应用范围 2 渗碳方法 3 气体渗碳 4 渗碳层成分、组织和厚度 35 渗碳后的热处理 6 渗碳件质量检查 37 渗碳热处理的常见缺陷及产生原因
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一、渗碳的目的和应用范围
定义 渗碳：将钢件置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态 并保温，使其表层形成一个富碳层的热处理工艺。 碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既不增碳 也不脱碳并与炉气保持平衡时的表面含碳量。 主要目的：是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，同 时保持心部具有一定强度和良好的塑性与韧性。 应用范围：在机器制造业中，有许多重要零件，如汽车变速 箱齿轮、活塞销、摩擦片等。可以渗碳的钢一般是碳的质量 分数为0.12%-0.25%的低碳钢或低碳合金钢如20、20Cr、 20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。