模具表面处理

1、表面处理方法TD 处理1、技术简介热扩散法碳化物覆层处理（Thermal Diffusion Carbide Coating Process）,简称 TD 覆层处理，是一种通过高温扩散作用于工件表面形成一层数微米至数十微米的金属碳化物覆层，其结构如上图所示。该覆层具有极高的硬度，HV 可达 3200 左右，且与母体材料冶金结合。实践证明，这种覆层具有极高的耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，可提高工件寿命数倍至数十倍，具有极高的使用价值。2、采用 TD 覆层处理的主要效益1 大幅度提高工模具或工件的使用寿命，节省生产成本或运行成本。2 大幅度改善产品外观，提高产品尺寸的均一性，提升产品质量。3 大幅度节

2、省维修时间和劳动强度，并减少因维修停机所带来的损失。4 摩擦系数降低，抗咬合性能大幅度提高，无须润滑或减少润滑或无须采用高级润滑产品。3 、与相关技术的比较通过在工件表面形成一层高硬度的耐磨材料是提高工件耐磨，抗咬合，耐蚀等性能，从而提高其使用寿命的有效而又经济的方法，TD 覆层处理技术以碳化钒覆层为例，其表面硬度可达HV3200 左右，较传统的表面处理方法如渗碳HV900 ；渗氮 HV1200 ；镀硬铬 HV1000 ；甚至渗硼 HV 12001800等表面处理的硬度高得多，因此具有远优于这些表面处理方法的耐磨性能。物理气相沉积（ PVD ），物理化学气相沉积（PCVD ），化学气相沉积（

3、CVD ）,TD 覆层处理是现代的几种表面超硬化处理方法，其中PVD ，PCVD工艺温度低 ,变形较小 ,所形成的氮化钛覆层HV 可达 2000 左右 ,但由于这两种方法形成的氮化钛涂层与母体材料的结合力较差,实际应用中 ,容易出现涂层的剥落 ,在使用条件较为苛刻的场合,如引伸类模具 ;根本就无法达到满意的使用效果,甚至根本无效果 .因此 PVD,PCVD往往难以发挥超硬化合物覆层的性能优势.高温 CVD 法形成的碳化钛覆层与TD 覆层处理获得的表面覆层硬度接近,并且高温 CVD 法和 TD 覆层处理的覆层与基体都是冶金结合,具有PVD 和 PCVD 无法比拟的膜基结合力,因此是目前最有效的表

4、面超硬化方法.相比而言 ,CVD 覆层的运行成本较高,后续处理也比较麻烦,其应用主要集中在硬质合金工件上.而 TD 覆层处理由于后续处理比较方便,因此既可以用于钢铁材料,也可以用于硬质合金.此外 ,TD 覆层处理技术在无须褪去原先覆层的情况下 ,可以进行多次重复处理.4、应用范围TD 覆层处理可广泛应用于由于各类磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤或磨损超差的问题.其中因咬合或粘结而引起的拉伤或拉毛问题 ,TD 覆层处理是目前世界上最好的解决方法之一.因磨损而引起的工件尺寸超差等问题,通过 TD 覆层处理后 ,提高使用寿命上十倍是很正常的 .所处理工件的材料,含碳量大于 0.3% 的各

5、类钢铁材料 ,硬质合金等 .一般推荐各类中高合金工模具钢.二、表面渗碳处理渗碳硬化乃表面硬化法之一种，属于化学表面硬化法。滲碳者先於 鋼之表面 產生初生 態之碳，而後使之 滲入鋼之表面 層，逐漸擴散入 內部。 渗碳者先于钢之表面产生初生态之碳，而后使之渗入钢之表面层，逐渐扩散入内部。初生態之碳乃由CO 或 CH 4 等氣體分解而得。初生态之碳乃由CO 或 CH 4 等气体分解而得。CO 之來源或由含有CO 之氣體得之，或由固 體滲碳劑之反應而產生於滲碳容器 內，或者由含有氰化物之鹽浴得之。CO 之来源或由含有CO 之气体得之，或由固体渗碳剂之反应而产生于渗碳容器内，或者由含有氰化物之盐浴得之。

6、初生態之碳由鋼之表面 擴散入內部時，鋼之溫度須增高至沃斯田 鐵化溫層範圍內 ，使初生態之碳埂於 擴散，蓋沃斯田 鐵可溶解 較多之 C 而肥粒鐵則 溶解力 極小，故滲碳溫度必須在 Ac 3 要以上之 溫度。 初生态之碳由钢之表面扩散入内部时，钢之温度须增高至沃斯田铁化温层范围内，使初生态之碳埂于扩散，盖沃斯田铁可溶解较多之 C 而肥粒铁则溶解力极小，故渗碳温度必须在Ac 3 要以上之温度。以便滲碳作用得以 進行。 以便渗碳作用得以进行。再配合各 種熱處理法，使得 鋼之去面生成高碳硬化心部低碳之低硬度層。 再配合各种热处理法，使得钢之去面生成高碳硬化心部低碳之低硬度层。使處理供具有表面硬而耐磨，心

7、部韌而耐衝擊之性 質。 使处理供具有表面硬而耐磨，心部韧而耐冲击之性质。一、渗碳处理之种类与特点：（一）渗碳法之种类滲碳法按使用之渗碳剂而可分为如下三大类：渗碳法按使用之渗碳剂而可分为如下三大类：（1 ） （1）固体渗碳法：以木炭为主剂的渗碳法。固体渗碳法：以木炭为主剂的渗碳法。（2） （2）液體滲碳法：以氰化 鈉（ NaCN）為主劑之滲碳法。液体渗碳法：以氰化钠（NaCN）为主剂之渗碳法。（ 3） （3）氣體滲 碳法：以天然 氣、丙烷、丁烷等 氣體為 主劑的滲碳法。 气体渗碳法：以天然气、丙烷、丁烷等气体为主剂的渗碳法。（二） 滲碳法之比 較 （二）渗碳法之比较（ 1 ）固 體滲碳法 （ 1

8、 ）固体渗碳法長處 ： 长处：（ a ）設備費便宜，操作 簡單，不需高度技 術。 （ a ）设备费便宜，操作简单，不需高度技术。（ b ）加熱用熱源，可用 電氣、瓦斯、燃料油。 （ b ）加热用热源，可用电气、瓦斯、燃料油。（ c ）大小工件均 適，尤其 對大形或需原 滲碳層者有利。 （ c ）大小工件均适，尤其对大形或需原渗碳层者有利。（ d ）適合多種少量生產 。 （ d ）适合多种少量生产。短處： 短处：（ a ）滲碳深度及表面碳 濃度不易正 確調節 ，有 過剩滲碳的 傾向。 （ a ）渗碳深度及表面碳浓度不易正确调节，有过剩渗碳的倾向。處理件變形大。处理件变形大。（ b ）滲碳終了時，

9、不易直接淬火，需再加熱。 （ b ）渗碳终了时，不易直接淬火，需再加热。（ c ）作業環 境不良，作 業人員多。 （ c ）作业环境不良，作业人员多。（ 2 ）液 體滲碳法（ 2 ）液体渗碳法長處 ： 长处：（ a ）適中小量生 產。 （ a ）适中小量生产。設備費 便宜。设备费便宜。不需高度技 術。 不需高度技术。（ b ）容易均 熱、急速加 熱，可直接淬火。（ b ）容易均热、急速加热，可直接淬火。1（ c ）適小件、薄 滲碳層處理件。 （ c ）适小件、薄渗碳层处理件。（ d ）滲碳均勻，表面光 輝狀態 。 （ d ）渗碳均匀，表面光辉状态。短處： 短处：（ a ）不適於大形 處理件的深

10、滲碳。 （ a ）不适于大形处理件的深渗碳。（ b ）鹽浴組成易變動，管理上麻煩。（ b ）盐浴组成易变动，管理上麻烦。（ c ）有毒、排氣或公害問題應有對策。（ c ）有毒、排气或公害问题应有对策。（ d ）處理後，表面附著鹽類不易洗淨，易生鏽。（ d ）处理后，表面附着盐类不易洗净，易生锈。（ e ）難以防止滲碳。 （ e ）难以防止渗碳。 有噴濺危險。 有喷溅危险。（ 3 ）氣體滲碳法 （ 3 ）气体渗碳法長處：长处：（ a ）適於大量生產。 （ a ）适于大量生产。（ b ）表面碳濃度可以調節。 （ b ）表面碳浓度可以调节。（ c ）瓦斯流量、溫度、時間容易自動化，容易管理。（ c

11、）瓦斯流量、温度、时间容易自动化，容易管理。短處：短处：（ a ）設備費昂貴。 （ a ）设备费昂贵。（ b ）處理量少時成本高。 （ b ）处理量少时成本高。（ c ）需要專門作業知識。 （ c ）需要专门作业知识。二、固体渗碳法：將表面滲碳鋼作成的工件，連同滲碳劑裝入滲碳箱而密閉，裝入加熱爐，加熱成沃斯田鐵狀態，使碳從鋼表面侵入而擴散，處理一定時間後，連同滲碳箱冷卻，只取出滲碳處理工件，進行一次淬火、二次淬火、施行回火。将表面渗碳钢作成的工件，连同渗碳剂装入渗碳箱而密闭，装入加热炉，加热成沃斯田铁状态，使碳从钢表面侵入而扩散，处理一定时间后，连同渗碳箱冷却，只取出渗碳处理工件，进行一次淬火

12、、二次淬火、施行回火。此固體滲碳在滲碳法中歷史最老，不適於連續處理大量工件，作業環境不良，已有衰退傾向，不過爐及其他設備也較簡單，多種少量的處理也較方便，不至於完全絕跡。此固体渗碳在渗碳法中历史最老，不适于连续处理大量工件，作业环境不良，已有衰退倾向，不过炉及其他设备也较简单，多种少量的处理也较方便，不至于完全绝迹。固體滲碳的滲碳機構以氣體滲碳為基礎，亦即箱內的固體滲碳劑與箱內空氣中的氧反應，成為二氧化碳（CO 2）， CO 2再與碳反應，生成一氧化碳（CO ）。 固体渗碳的渗碳机构以气体渗碳为基础，亦即箱内的固体渗碳剂与箱内空气中的氧反应，成为二氧化碳（CO 2）， CO 2 再与碳反应，生

13、成一氧化碳（CO）。C + O 2 = CO 2 C + O 2 = CO 2（ 1 ） （ 1 ）C + CO 2 = 2 CO C + CO 2 = 2 CO（ 2 ） （ 2 ）CO 在鋼表面分解，析出碳C 。 CO 在钢表面分解，析出碳C 。2 CO = C + CO 2（ 3 ） 2 CO = C + CO 2（ 3 ） C 異於普通的碳，此種在鋼表面分解的原子狀碳（atomic Carbon）即稱為活性碳或初生態碳（nascent Carbon）的活性強的碳，本講義表成C ；另一方面，鋼材表面副生的CO 2 再在固體滲碳劑表面依（2 ）式生成CO ，依（3 ）式分解而析出C ，此反

14、應連續反覆進行，碳從鋼材表面侵入擴散，而滲碳。 C 异于普通的碳，此种在钢表面分解的原子状碳（atomic Carbon）即称为活性碳或初生态碳（ nascent Carbon）的活性强的碳， 本讲义表成 C ；另一方面， 钢材表面副生的CO 2 再在固体渗碳剂表面依（ 2 ）式生成CO ，依（ 3 ）式分解而析出C ，此反应连续反覆进行，碳从钢材表面侵入扩散，而渗碳。前述反應與鐵（Fe ）組合成滲碳反應。前述反应与铁（Fe ）组合成渗碳反应。Fe + 2 CO = Fe + 2 CO = Fe - C Fe - C+ CO 2 + CO 2（ 4 ） （ 4 ）滲碳用之碳素，如以滲碳性之強度

15、順序列之，可排如木炭、焦炭、石墨、骨炭。渗碳用之碳素，如以渗碳性之强度顺序列之，可排如木炭、焦炭、石墨、骨炭。通常使用木炭為主劑，再添加若干滲碳促進劑。通常使用木炭为主剂，再添加若干渗碳促进剂。一般以鹼金屬的碳酸鹽為促進劑，碳酸鹽中的碳酸鋰（LiCO 3）、碳酸鍶（Sr CO 3）、碳酸鉀（K CO 3）、的促進能大，但昂貴，工業上採用碳酸鋇（Ba CO 3）、碳酸鈉（Na 2 CO 3）為多。一般以碱金属的碳酸盐为促进剂，碳酸盐中的碳酸锂（LiCO 3）、碳酸锶（Sr CO 3）、碳酸钾（K CO 3 ）、的促进能大，但昂贵，工业上采用碳酸钡（Ba CO 3）、碳酸钠（Na 2 CO 3）为

16、多。雖促進能不如，但有耐久性，Na 2 CO 3快劣化，所以通常木炭加Ba CO 3 20 30 ，或再加10 以下的Na 2 CO 3為滲碳劑。虽促进能不如， 但有耐久性，Na 2 CO 3快劣化， 所以通常木炭加BaCO 3 20 30 ，或再加10 以下的Na 2 CO 3为渗碳剂。固體滲碳處理程序下：固体渗碳处理程序下：先將處理工件去鏽，脫脂以適當的間隔（20 25 以上）排列於滲碳箱中，周圍填圍滲碳劑，加蓋以粘土封密裝入如圖五之電氣爐，坑式爐也可用。先将处理工件去锈，脱脂以适当的间隔（20 25 以上）排列于渗碳箱中，周围填围渗碳剂，加盖以粘土封密装入如图五之电气炉，坑式炉也可用。加

17、熱保持一定時間。加热保持一定时间。在爐中經過所定後，在爐內徐冷或者由爐中拖出空冷，後進行熱處理。在炉中经过所定后，在炉内徐冷或者由炉中拖出空冷，后进行热处理。滲碳鋼的表面為高碳鋼，心部為低碳鋼，有必要施行適用各部份的硬化處理，一般籍一次淬火將心部組織微細化，其次藉二次淬火將滲碳層硬化，最後藉回火使硬化層的組織安定化。渗碳钢的表面为高碳钢，心部为低碳钢，有必要施行适用各部份的硬化处理，一般籍一次淬火将心部组织微细化，其次借二次淬火将渗碳层硬化，最后借回火使硬化层的组织安定化。但依鋼材的種類及使用目的而有適當的熱處理，鎳鉻鋼、鎳鉻鉬鋼等的結晶粒粗大化少，未必要一次淬火，滲碳後實施球狀化退火者已達一

18、次淬火的目的，亦無此必要；一次淬火的淬火溫度高，變形大，容易脆裂，要盡量避免；滲碳層淺的小工件通常省略一次淬火。但依钢材的种类及使用目的而有适当的热处理，镍铬钢、镍铬钼钢等的结晶粒粗大化少，未必要一次淬火，渗碳后实施球状化退火者已达一次淬火的目的，亦无此必要；一次淬火的淬火温度高，变形大，容易脆裂，要尽量避免；渗碳层浅的小工件通常省略一次淬火。二次淬火後，施行回火，消除應力，賦予韌性、分解殘留沃斯田鐵，防止時效變形，要求高硬度者在150 以下長時回火，忌諱時效變形者，2可在稍高的180 200回火。 二次淬火后，施行回火，消除应力，赋予韧性、分解残留沃斯田铁，防止时效变形，要求高硬度者在150

19、 以下长时回火，忌讳时效变形者，可在稍高的180 200 回火。三、液体渗碳法：液體滲碳法為將工作件浸漬於鹽浴中行滲碳之方法。液体渗碳法为将工作件浸渍于盐浴中行渗碳之方法。因鹽浴之淬火性良好，因此可減少工作件之變形，並可使處理件加熱均勻。因盐浴之淬火性良好，因此可减少工作件之变形，并可使处理件加热均匀。升溫迅速，操作簡便，便於多種少量的生產。升温迅速，操作简便，便于多种少量的生产。尤其在同一爐，可同時處理不同滲碳深度的處理件。尤其在同一炉，可同时处理不同渗碳深度的处理件。液體滲碳是以氰化鈉（NaCN）為主成分，所以同時能滲碳亦能氰化，所以亦稱為滲碳氮化（Carbonitriding），有時亦稱

20、為氰化法（ Cyaniding ）。 液体渗碳是以氰化钠（NaCN ）为主成分，所以同时能渗碳亦能氰化，所以亦称为渗碳氮化（Carbonitriding ），有时亦称为氰化法（ Cyaniding）。 處理溫度約以700界，此溫度以下以氮化為主， 滲碳為輔，700 以上則滲碳為主， 氮化為輔， 氮化之影響極低。处理温度约以 700 界，此温度以下以氮化为主，渗碳为辅，700以上则渗碳为主，氮化为辅，氮化之影响极低。一般工業上使用時，係以滲碳作用為主。一般工业上使用时，系以渗碳作用为主。液體滲碳法雖硬化層薄，但滲碳時間短，故內部應力較少，同時因C 、 N 同時慘入，所以耐磨性佳。液体渗碳法虽硬化

21、层薄，但渗碳时间短，故内部应力较少，同时因C 、 N 同时惨入，所以耐磨性佳。液體滲碳反應是利用氰化物（NaCN ）分解，先在浴面與空氣中的氧、水分、二氧化碳反應變成氰酸鹽。液体渗碳反应是利用氰化物（ NaCN ）分解，先在浴面与空气中的氧、水分、二氧化碳反应变成氰酸盐。2 NaCN + O 2 = 2 NaCNO 2 NaCN + O 2 = 2 NaCNO（ 1） （ 1 ）NaCN + CO 2 = NaCNO + CO NaCN + CO 2 = NaCNO + CO（ 2 ） （2 ）氰酸鹽在高溫分解生成CO 或 N 。 氰酸盐在高温分解生成CO 或 N 。4 NaCNO = 2 N

22、aCNO + Na 2 CO 3 + CO +2 N 4 NaCNO = 2 NaCNO + Na 2 CO 3 + CO +2 N（ 3） （ 3）在較低溫時反應如下：在较低温时反应如下：5 NaCNO = 3 NaCNO + Na 2 CO 3 + CO 2 + 2N 5 NaCNO = 3 NaCNO + Na 2 CO 3 + CO 2 + 2N（4 ） （4 ）生成的 CO 及 N 與 Fe 反應而進行滲碳及氮化。生成的 CO 及 N 与 Fe 反应而进行渗碳及氮化。Fe + 2 CO = Fe + 2 CO = Fe - C Fe - C+ CO 2 + CO 2（ 5） （5 ）

23、Fe + N = Fe + N = Fe - C Fe - C （ 6 ） （ 6 ）一般用的滲碳劑是在中添加碳酸鈉（Na 2 CO 3）、氯化鋇（Ba Cl 2）、氯化鈉（ Na Cl 2）等，比起NaCN單鹽，表面碳濃度低，擴散層增加，900 時的碳濃度最高，這是由於鋇鹽的促進作用大，而且熔點變高，浴的粘性也增加，影響滲碳作用。一般用的渗碳剂是在中添加碳酸钠（Na 2 CO 3 ）、氯化钡（ Ba Cl 2）、氯化钠（Na Cl 2）等，比起 NaCN单盐，表面碳浓度低，扩散层增加，900 时的碳浓度最高，这是由于钡盐的促进作用大，而且熔点变高，浴的粘性也增加，影响渗碳作用。滲碳鹽浴的容器

24、通常使用軟鐵、鎳鉻鋼、耐熱鋼，不過，氧化侵蝕很激烈，施行滲鋁防鏽法可延長壽命；容器形狀宜是內容積大、表面積小、接觸空氣的面少，蒸發揮散量也少，但是容器的上部與下部滲碳力不同，所以要注意鹽浴攪拌。渗碳盐浴的容器通常使用软铁、镍铬钢、耐热钢，不过，氧化侵蚀很激烈，施行渗铝防锈法可延长寿命；容器形状宜是内容积大、表面积小、接触空气的面少，蒸发挥散量也少，但是容器的上部与下部渗碳力不同，所以要注意盐浴搅拌。與滲碳處理的零件安裝於適當的夾具，預熱到200 500 後浸入鹽中，盡量防止鹽浴溫度降低及熱變形。与渗碳处理的零件安装于适当的夹具，预热到200 500 后浸入盐中，尽量防止盐浴温度降低及热变形。浴

25、底堆積很多氧化物，處理品接觸它時會變形，所以須預先調節夾具，使處理品與浴底之間有充分的餘裕。浴底堆积很多氧化物，处理品接触它时会变形，所以须预先调节夹具，使处理品与浴底之间有充分的余裕。如前所述， NaCN 會隨熔融時間而劣化，滲碳能降低，所以作業中要定期分析CN ， CN 不夠時，添加指定的補給劑，保持滲碳能在前面所述的鋼箔試驗可簡易試出滲碳能，因NaCN 有吸濕性，若將含有水分的補給劑投入加熱浴中，則會濺散，須利用爐的隔熱壁乾燥。如前所述，NaCN 会随熔融时间而劣化，渗碳能降低，所以作业中要定期分析CN， CN 不够时，添加指定的补给剂，保持渗碳能在前面所述的钢箔试验可简易试出渗碳能，因

26、NaCN 有吸湿性，若将含有水分的补给剂投入加热浴中，则会溅散，须利用炉的隔热壁干燥。滲碳終了後可直接淬火，不過滲碳溫度高時，可先浸入保持淬火溫度的中性鹽浴中，然後淬火。渗碳终了后可直接淬火，不过渗碳温度高时，可先浸入保持淬火温度的中性盐浴中，然后淬火。表6-1為各種淬火方法之比較。表 6-1为各种淬火方法之比较。回火係去除淬火時發生之殘留應力。回火系去除淬火时发生之残留应力。且將之部分之殘留沃斯田鐵變為麻田散鐵。且将之部分之残留沃斯田铁变为麻田散铁。溫度過高則硬度會降低，一般以150 200為最適宜。温度过高则硬度会降低，一般以150 200为最适宜。表 6-1表 6-1液體滲碳後之淬火法液

27、体渗碳后之淬火法舊 旧方 方法 法新 新方 方法 法液體滲碳後淬火於500液體滲碳後冷卻至室溫，然後再加熱至600之浴中，然後速即加熱至A A法 法800 淬火於水中。液体渗碳后冷却至室温，800淬火於水中。液体渗碳后淬火然后再加热至 800 淬火于水中。于500 600之浴中， 然后速即加热至 800 淬火于水中。液體滲碳後冷卻至室溫，在650 作中間B B法 法退火，再加熱至800後水冷。 液体渗碳后冷上 上同 同（高合金鋼）（高合金钢） 却至室温，在650 作中间退火，再加热至800 后水冷。C C二次淬火法Case ， Corc 之調質硬化。 二液體滲碳後淬火於 500 600 之熱法

28、 法， Corc 之调质硬化。浴中再加熱至 900 ，然後再次淬火於次淬火法 Case3500 600 之熱浴中，最後再次加熱至800後水淬火之。液体渗碳后淬火于500 600 之热浴中再加热至900，然后再次淬火于500 600 之热浴中，最后再次加热至800 后水淬火之。四、氣體滲碳法：四、气体渗碳法：氣體滲碳，由於適合大量生產化，作業可以簡化，品質管制容易算特點，目前最普遍被採用。气体渗碳，由于适合大量生产化，作业可以简化，品质管制容易算特点，目前最普遍被采用。此法有變成氣體（或稱發生氣體）及滴注式之兩種。此法有变成气体（或称发生气体）及滴注式之两种。變成氣體方式之方法是將碳化氣體（ C

29、 4 H 10， C 3 H 8 ， CH 4 等）和空氣相混合後送入變成爐（ Gas generator），在爐內1000 1100之高溫下，使碳化氫和空氣反應而生成所謂變成氣體（Converted Gas），由變成爐所生成的氣體有各種稱呼，本文方便上叫做變成氣體。变成气体方式之方法是将碳化气体（ C 4 H 10， C 3 H 8， CH 4 等）和空气相混合后送入变成炉（ Gas generator），在炉内1000 1100 之高温下，使碳化氢和空气反应而生成所谓变成气体（Converted Gas），由变成炉所生成的气体有各种称呼，本文方便上叫做变成气体。變成氣體以CO 、 H 2

30、、 N 2 ，為主成份，內含微量CO 2 、 H 2 O 、 CH 4 ，然後將此氣體送進無外氣洩入的加熱爐內施行滲碳。变成气体以CO、H 2 、 N 2 ，为主成份，内含微量CO 2 、 H 2 O、 CH 4 ，然后将此气体送进无外气泄入的加热炉内施行渗碳。滲碳時，因所需的滲碳濃度不同，在變成氣體內添加適當量的C 4 H 10、 C 3 H 8、 CH 4 等以便調滲碳濃度。渗碳时，因所需的渗碳浓度不同，在变成气体内添加适当量的C 4 H 10、 C 3 H 8、 CH 4等以便调渗碳浓度。氣體滲碳有關的反應如下所示：气体渗碳有关的反应如下所示：2CO = C + CO 2 2CO = C

31、 + CO 2（ 1 ） （ 1 ）CO + H 2 = C + H 2 O CO + H 2 = C + H 2 O（ 2 ） （ 2 ）CH 4 = C + 2 H 2（ 3 ） CH 4 = C + 2 H 2（ 3 ）C 2 H 6 = C + CH 4 + H 2 C 2 H 6 = C + CH 4 + H 2（ 4 ） （ 4 ）C 3 H 8 = C + C 2 H 6 + H 2 C 3 H 8 = C + C 2 H 6 + H 2（ 5 ） （ 5 ）此處析出的碳為活性碳C ，此碳滲入鋼中擴散而滲碳。此处析出的碳为活性碳C ，此碳渗入钢中扩散而渗碳。高級碳化氫以式（4 ）

32、、（ 5 ）的反應依序分解，成為低級碳化氫，最後成為CH 4，進行式（3 ）的分解，式（4 ）、（ 5 ）的分解速度比式（3 ）快。高级碳化氢以式（4 ）、（ 5 ）的反应依序分解，成为低级碳化氢，最后成为CH 4 ，进行式（3 ）的分解，式（4 ）、（ 5 ）的分解速度比式（3 ）快。這些反應還會引起下示的副反應这些反应还会引起下示的副反应H 2 + CO 2 = H 2 + CO 2 = CO + H 2 O CO + H 2 O（ 6 ） （ 6 ）CH 4 + CO 2 = 2CO + 2 H 2 CH 4 + CO 2 = 2CO + 2 H 2（ 7 ） （ 7 ）CH 4 + H

33、 2 O = CH 4 + H 2 O = CO + 3 H 2 CO + 3 H 2（ 8 ） （ 8 ）以上為氣體滲碳的基本反應。以上为气体渗碳的基本反应。進行氣體滲碳時，需要前述的氣體變成爐、處理爐及其他附屬設備，都屬於氣密式爐體，爐內有風扇使滲碳及溫度均勻化。进行气体渗碳时，需要前述的气体变成炉、处理炉及其他附属设备，都属于气密式炉体，炉内有风扇使渗碳及温度均匀化。在變成爐變成的滲碳性氣體，以對應於處理目的的氣體組成或露點的氣體導入處理爐。在变成炉变成的渗碳性气体，以对应于处理目的的气体组成或露点的气体导入处理炉。此氣體參與鋼的滲碳， 會副生CO 2 ，減低滲碳性， 為了從鋼材表面除去

34、CO 2 ，有必要以某速度以上使滲碳性氣體流動，調節氣體流量，使爐內氣體每1 小時置換5 10 次，又為了防止爐外的氧化性氣體混入，爐內壓力要保持稍高於1 氣體。此气体参与钢的渗碳，会副生CO2 ，减低渗碳性，为了从钢材表面除去CO 2 ，有必要以某速度以上使渗碳性气体流动，调节气体流量，使炉内气体每1 小时置换5 10 次，又为了防止炉外的氧化性气体混入，炉内压力要保持稍高于1 气体。取出、裝入處理品之際，要實施火陷簾，防止空氣混入，免得爆炸。取出、装入处理品之际，要实施火陷帘，防止空气混入，免得爆炸。滲碳終了後進行淬火，不過滲碳溫度當作淬火溫度時太高的話，可降低氣體的碳位，降低爐溫，成為淬

35、火適溫後淬冷。渗碳终了后进行淬火，不过渗碳温度当作淬火温度时太高的话，可降低气体的碳位，降低炉温，成为淬火适温后淬冷。淬火用油若不適當，則即使在爐內為光輝狀態，淬入油中時也會氧化著色，達不到光輝處理的目的；淬火油阻害光輝性的因子有油的氧化、殘留碳、硫量等油的性狀或直接與組成有關者，或微量的水分及空氣混入的活，也會降低光輝度。淬火用油若不适当，则即使在炉内为光辉状态，淬入油中时也会氧化着色，达不到光辉处理的目的；淬火油阻害光辉性的因子有油的氧化、残留碳、硫量等油的性状或直接与组成有关者，或微量的水分及空气混入的活，也会降低光辉度。氣體滲碳後降低溫度至800 以後直接淬火於水或油中，此時若使用麻淬

36、火之處理則可減少淬火變形，又氣體滲碳後之組織，其表皮含碳濃度與芯部含碳量之間有顯著之差異，所以滲碳後須施以擴散退火（900 950 ），此後在800淬火之，淬火後必須在150 180 施以低溫回火。气体渗碳后降低温度至800 以后直接淬火于水或油中，此时若使用麻淬火之处理则可减少淬火变形，又气体渗碳后之组织，其表皮含碳浓度与芯部含碳量之间有显著之差异，所以渗碳后须施以扩散退火 （ 900 950 ），此后在800 淬火之，淬火后必须在150 180 施以低温回火。滲碳後之熱處理一般依滲碳溫度而分為二種：渗碳后之热处理一般依渗碳温度而分为二种：（1 ） （ 1）滲碳溫度在鋼件原含碳量之Ac 3

37、上方時，滲碳後中心部份之組織變成微細，表皮則為粗大，此時熱處理只須將表皮之粗大晶粒處理成微細晶粒即可，故將滲碳後之鋼件，加熱至A 1 稍上方（780 附近）淬火即可。渗碳温度在钢件原含碳量之Ac 3 上方时，渗碳后中心部份之组织变成微细，表皮则为粗大， 此时热处理只须将表皮之粗大晶粒处理成微细晶粒即可，故将渗碳后之钢件，加热至A 1 稍上方（ 780 附近）淬火即可。4（2 ） （2）若滲碳溫度在Ac 3 上方甚高溫度處，則中心部晶粒亦成為粗大，此時須經二次熱處理。若渗碳温度在Ac 3 上方甚高温度处，则中心部晶粒亦成为粗大，此时须经二次热处理。第 1 次淬火之目的在於使未被滲碳之心部組織微細

38、化，即加熱至Ac 3 上起沃斯田鐵變態， 而結晶粒剛微細化時淬火之，故溫度較高。第 1 次淬火之目的在于使未被渗碳之心部组织微细化，即加热至Ac 3上起沃斯田铁变态，而结晶粒刚微细化时淬火之，故温度较高。同時在此溫度下，滲碳層之高碳部份的網狀雪明碳鐵可固熔於沃斯田鐵，所以淬火後不再有網狀雪明碳鐵存在。同时在此温度下，渗碳层之高碳部份的网状雪明碳铁可固熔于沃斯田铁，所以淬火后不再有网状雪明碳铁存在。但是此淬火溫度，作為滲碳層之淬火溫度未免過高，必須再一次在較低之溫度作第二次淬火。但是此淬火温度，作为渗碳层之淬火温度未免过高，必须再一次在较低之温度作第二次淬火。此溫度對於滲碳層而言，相當於A 1

39、與 Acm之間約760 附近，故經第二次淬火之鏟，滲碳表面層為麻田散鐵，基地中有許多球狀碳化物存在，故耐磨性高。此温度对于渗碳层而言，相当于A 1 与 Acm 之间约760 附近，故经第二次淬火之铲，渗碳表面层为麻田散铁，基地中有许多球状碳化物存在，故耐磨性高。回火係去除淬火時發生之殘留應力，且將一部份之殘留沃斯田鐵變為麻田散鐵。回火系去除淬火时发生之残留应力，且将一部份之残留沃斯田铁变为麻田散铁。溫度過高則硬度會降低，普通以150 200為最適宜。温度过高则硬度会降低，普通以150 200 为最适宜。若須較高之硬度時，則宜在100 170 回火，若須韌性時，則宜在400 以上，Ac 1 以下

40、回火之，則得回火糙斑鐵組織。若须较高之硬度时，则宜在100 170 回火，若须韧性时，则宜在400以上，Ac 1 以下回火之，则得回火糙斑铁组织。五、氣體滲碳氮化法：五、气体渗碳氮化法：氣體滲碳氮化時，滲碳和滲氮作用同時行。气体渗碳氮化时，渗碳和渗氮作用同时行。氣體滲碳用的氣體滲碳用的氣體用來產生滲碳作用，而NH 3 氣體用產生滲氮作用。气体渗碳用的气体渗碳用的气体用来产生渗碳作用，而NH 3气体用产生渗氮作用。氣體滲碳氮化溫度為704 900 ，其處理時間比氣體滲碳法短，得較薄的硬化層，所得滲碳氮化結果類似於液體滲碳氮化所得者。气体渗碳氮化温度为704 900 ，其处理时间比气体渗碳法短，得

41、较薄的硬化层，所得渗碳氮化结果类似于液体渗碳氮化所得者。處理層的硬化能， 比由滲碳所得的滲碳層好，所以把滲碳氮化和淬火適當配合時，碳鋼或低合金鋼也可以得到十分安定的高硬度硬化層。处理层的硬化能，比由渗碳所得的渗碳层好，所以把渗碳氮化和淬火适当配合时，碳钢或低合金钢也可以得到十分安定的高硬度硬化层。由此法所得的硬化層深度為 0.07 0.75 。 由此法所得的硬化层深度为 0.07 0.75 。 淬火時可採用油淬火，有時可實施氣體淬火來防止淬火變形而仍能得到高的表面硬度。 淬火时可采用油淬火，有时可实施气体淬火来防止淬火变形而仍能得到高的表面硬度。滲碳氮化所使用的鋼由以低碳構造用鋼和低合金構造用

42、鋼為主，其主要目的是改善耐磨性。渗碳氮化所使用的钢由以低碳构造用钢和低合金构造用钢为主，其主要目的是改善耐磨性。假如同時要滿足耐荷重性和耐磨性，首先滲碳1.5 1.8 ，其次實施滲碳氮化，然後加以油淬火。假如同时要满足耐荷重性和耐磨性，首先渗碳1.5 1.8，其次实施渗碳氮化，然后加以油淬火。氣體滲碳氮化層因為含有N ，其回火軟化抵抗性大，所以回火溫度要比氣體滲碳淬火者高。气体渗碳氮化层因为含有N ，其回火软化抵抗性大，所以回火温度要比气体渗碳淬火者高。通常回火於190 210 時，表面硬度為H R C58以上。通常回火于190 210 时，表面硬度为H R C58以上。渗氮又称氮化，是指向钢

43、的表面层渗入氮原子的过程。其目的是提高表面层的硬度与耐磨性以及提高疲劳强度、抗腐蚀性等。目前生产中多采用气体渗氮法。使氮原子渗入钢铁工件表层内的化学热处理工艺。传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子,不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内,从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散，则称为氮碳共渗。钢铁渗氮的研究始于 20 世纪初， 20 年代以后获得工业应用。最初的气体渗氮，仅限于含铬、铝的钢，后来才扩大到其他钢种。从 70 年代开始，渗氮从理论到工艺都得到迅速发展并日趋完善，适用的材料和工件也日益扩大，成为重要的化学热处理工艺之一。渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬。这些氮化物具有很高的硬