渗碳

二次淬火
二次淬火低温回火 组织及性能特点：第一次淬火（或正火），可以消除 渗碳层网状碳化物及细化心部组织（850-870℃），第 二次淬火主要改善渗层组织，对心部性能要求不高时 可在材料的Ac1—Ac3之间淬火，对心部性能要求高时要 在Ac3以上淬火 。
适用范围： 主要用于对力学性能要求很高的重要渗碳 件，特别是对粗晶粒钢。但在渗碳后需经过两次高温 加热，使工件变形和氧化脱碳增加，热处理过程较复 杂。
渗碳方式
• 固体渗碳法：以木炭 为主剂的渗碳法。 • 液体渗碳法：以氰化 钠（NaCN）为主剂之 渗碳法。 • 气体渗碳法：以天然 气、丙烷、丁烷等气 体为主剂的渗碳法。
固体渗碳法
（1）渗碳剂：固体渗碳剂主要是由木炭粒和碳酸盐组成。木炭粒是主渗剂， 碳酸盐是催渗剂。
渗碳加热时，炭与其间隙中的氧作用(不完全燃烧)，生成一氧化碳。 2C + O2 —→ 2CO 一氧化碳在渗碳条件下，是不稳定的，当它与钢件表面接触，便按下式分解 得活性碳原子： 2CO —→ CO2 + [C] 活性碳原子被钢件表面吸收，并向内部扩散。 整个反反应过程可用下式示意表示： C + CO2 —→2CO —→ CO2 + [C] —→ 工件
渗碳淬火＋低温回火后的组织：
表层组织：M回＋粒状碳化物＋少量AR 硬度为58～62HRC 心部组织： 低碳钢 ： P类+F,硬度为10～15HRC 低碳合金钢：低碳M回＋F,硬度为35～45HRC 具有较高强度和足够高的韧性 一般渗碳件的加工工艺路线为： 锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火 →精磨
渗碳零件的材料
渗碳用钢：合金渗碳 钢含碳量0.15～0.25 ％之间。 例15、20、20Cr、 20CrMnTi、20SiMnVB 等
• 发展历史：渗碳工艺在中国可以上溯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。
目录
• • • • • 渗碳工艺简介 发展历史 渗碳原理 渗碳方法及介绍 渗碳后的热处理
• 渗碳：将低碳钢件放入 渗碳介质中，在900-950摄氏加热保温，是 活性碳原子渗入钢件表 面并获得高碳渗层的工 艺方法。 • 目的：用来提高工件表 面的硬度、耐磨性和疲 劳强度，同时在心部又 能保持一定的强度和良 好的韧性，可以提高工 件的综合机械性能。
• （2）装箱：零件的固体渗碳时在渗碳箱中进行 ，渗碳箱 一般用钢板焊成或铸铁铸成，渗碳箱不宜过大，其外形尺 寸应尽可能适合工件的要求，箱子最好与炉底板架空，受 热均匀 。 • （3） 装炉与升温：零件可在低温入炉并用分段升温的方 法。但对于连续生产，这种方法不经济，故通常采用高温 入炉的方法。 • （4） 保温时间：零件在渗碳温度下需要保温时间视渗碳 层深度要求而定。 • （5） 出炉前的试棒检查：保温完毕大约半小时抽检试 棒，可把试棒淬于水中，折断后观察断口，或将断面抛光 后用4%硝酸酒精腐蚀，以检查渗碳层所达到的深度，渗 碳深度达到了技术要求则可出炉。如还未达到渗碳层深 度，应适当延长保温时间。
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 。 ①分解 渗碳介质的分解产生活性碳原子 。 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 。 ③扩散 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。
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 。
2.气体渗碳工艺操作
渗碳后的成分、组织和厚度
渗碳缓冷后组织如图所示。即由工件表面到 心部依次为：过共析组织（Fe3CⅡ+P） → 共析组织（P） →亚共析组织（P+F）的过 渡层→心部原始组织（F+P少量）。表面 28HRC
渗碳后的热处理
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
气体渗碳通过下述反应使原子扩散渗透到钢 中:2CO=〔C〕+CO2 • 滴注式的CO是通过C一H一O系有机剂在炉中 直接热分解而获得的。但液体有机剂的品种 很多，并不是都可以用于滴注。作为滴注用 的有机剂一般可wk.baidu.com为下列三类: （1)C>O时，如CH3·COOCH(醋酸甲脂) 2CO+3H2+〔C〕 (2)C=O时，如CH3OH(甲醇) CO+2H2 (3)C<O时，如HCOOH(甲酸) CO+H2+〔O〕
由渗剂直接滴入炉内进行渗碳时，由于热裂 分解出的活性碳原子过多，不能全部为零件表面所 吸收而以炭黑、焦油等形式沉积于零件表面，阻碍 渗碳过程，而且渗碳气氛的碳势也不易控制。因此 发展了滴注可控气氛渗碳，即向高温炉中同时滴入 两种有机液体，一种液体（如甲醇）产生的气体碳 势较低，作为稀释气体；另一种液体（如醋酸乙酯） 产生的气体碳势较高，作为富化气。通过改变两种 液体的滴入比例，利用露点仪和红外分析仪控制碳 势，是零件表面的含碳量控制在要求的范围内。
淬火+150～200℃低温回火，表面硬度58～62HRC
1）直接淬火法
900-930℃ 渗碳
A1
180-200℃ 回火
时间
直接淬火工艺示意图
2）其他
一次淬火
一次加热淬火，低温回火，淬火温度820850℃或780-810 ℃ 组织及性能特点：对心部强度要求较高者，采 用820-850℃淬火，心部为低碳M，表面要求硬 度高者，采用780-810℃淬火可以细化晶粒 。 适用范围： 适用于固体渗碳后的碳钢和低合 金钢工件、气体、液体渗碳的粗晶粒钢，某些 渗碳后不宜直接淬火的工件及渗碳后需机械加 工的零件。
渗碳温度与保温时间对渗碳层深度 的影响
• 气体渗碳:由于适合大量生产化，作业可以简化 质量管理容易算特点，目前最普遍被采用。现在所 使用的气体渗碳法可以分为发生炉式和滴注式两大 类。 发生炉式乃自美国引进，它是将丙烷、丁烷等气体 与空气等混合，使之在发生炉内产生吸热反应，生 成以CO、H2为主的气体，然后送入加热炉的处理方 法。
• 《滴注式气体渗碳法》〔日〕石川部彦 • 《金属学与热处理》哈尔滨工业大学 崔中 圻 谭耀春