渗碳工艺培训

1、渗碳工艺讲师：时间：主要内容主要内容渗碳的目的和应用范围渗碳的目的和应用范围3 1渗碳的基本过程渗碳的基本过程2渗碳方法渗碳方法3渗碳层成分、组织和厚度渗碳层成分、组织和厚度4渗碳后的热处理渗碳后的热处理5相关字母定义相关字母定义6一、渗碳的目的和应用范围一、渗碳的目的和应用范围定义定义渗碳：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：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

2、围应用范围：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0.1%-0.25%的低碳钢或低碳合金钢如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。经渗碳的机车经渗碳的机车从动齿轮从动齿轮渗碳属于化学热处理的一种渗碳属于化学热处理的一种常用的化学热处理：常用的化学热处理：渗碳、渗氮（俗称氮化）、碳氮共渗（俗称氰渗碳、渗氮（俗称氮化）、碳氮共渗（俗称氰化和软氮化）等。化和软氮化）等。化学热处理过程包括化学热处理过程包括分解、吸收、扩散分解、吸收、扩散三个基三个基本过程。本过程。以气体渗碳为例：以气体渗碳为例： 于沃斯

3、田铁于沃斯田铁化溫度下，由一氧化碳化溫度下，由一氧化碳(CO)(CO)或或甲烷甲烷(CH(CH4 4) )气体气体分解得到的碳分解得到的碳(C)(C)，渗入钢铁渗入钢铁(Fe)(Fe)表面，表面，经过一段时间逐渐扩散向内层经过一段时间逐渐扩散向内层。反应式反应式如下：如下：2CO + Fe Fe2CO + Fe Fe【C C】（活性碳活性碳）+ CO+ CO2 2 或或CHCH4 4 + Fe Fe + Fe Fe【C C】（活性碳活性碳） + 2H+ 2H2 2 渗碳过程中渗碳过程中，若二氧化碳，若二氧化碳(CO(CO2 2) )或或氢氢(H(H2 2) )浓度过高浓度过高，則，則反应反应向

4、左向左()()，变成脱碳变成脱碳，欲继续渗碳欲继续渗碳，则则要要增加增加COCO或或CHCH4 4的的浓度浓度。n介质介质(渗剂渗剂)的分解的分解: 分解的同时释放出活性原子分解的同时释放出活性原子。n工件表面的吸收工件表面的吸收: 碳原子与钢中某些元素形成化合物。碳原子与钢中某些元素形成化合物。n碳原子向内部扩散。碳原子向内部扩散。 氮化扩散层氮化扩散层二、渗碳的基本过程二、渗碳的基本过程气体渗碳气体渗碳法示意图法示意图n根据渗碳剂的不同，渗碳方法可分为根据渗碳剂的不同，渗碳方法可分为气体渗碳气体渗碳、固体渗碳固体渗碳和和液体渗碳液体渗碳。 气体渗碳法气体渗碳法将工件放入密封炉内，在高温渗碳

5、气氛中渗碳。将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。n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。此法有变成气体（或称发生气体）及滴注式之两种。n 变成气体方式之方法是将碳化气体（C4H10，C3H8，CH4等）和空气相混合后送入变成炉（Gas generator），在炉内10001100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。变成气体以CO、H2、N2，为主成份，内含微量CO2、H2O、CH4，然后将此气体送进无外气泄入的加热炉内施行渗碳。渗碳时，因所需的渗碳

6、浓度不同，在变成气体内添加适当量的C4H10 、 C3H8 、CH4等以便调渗碳浓度。n渗碳剂渗碳剂：气体气体 (煤气、液化气等煤气、液化气等)或有机液体或有机液体(煤煤油、甲醇等油、甲醇等)。三、渗碳方法三、渗碳方法渗碳反应式渗碳反应式n气体渗碳有关的反应如下所示：n 2CO =C+ CO2 （1）n CO + H2 =C+ H2O （2）n CH4 =C+ 2 H2 （3）n C2H6 =C+ CH4 + H2 （4）n C3H8 =C+ C2H6 + H2 （5）n 此处析出的碳为活性碳C，此碳渗入钢中扩散而渗碳。n 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C

7、H4，进行式（3）的分解，式（4）、（5）的分解速度比式（3）快。n 这些反应还会引起下示的副反应n H2 + CO2 = CO + H2O （6） n CH4 + CO2 = 2CO + 2 H2 （7）n CH4 + H2O = CO + 3 H2 （8）n 以上为气体渗碳的基本反应。n前述反应与铁（Fe）组合成渗碳反应。2CO + Fe Fe2CO + Fe Fe【C C】（活性碳活性碳）+ CO+ CO2 2 或或CHCH4 4 + Fe Fe + Fe Fe【C C】（活性碳活性碳） + 2H+ 2H2 2n优点优点: 质量好质量好, 效率高；效率高；n缺点缺点: 渗层成分与深度不易

8、控制渗层成分与深度不易控制 固体渗碳法固体渗碳法 固体渗碳是将工件置于填满木炭固体渗碳是将工件置于填满木炭(90%(90%左右左右) )和促进剂和促进剂(BaCO3(BaCO3、 CaCO3 CaCO3或或 Na2CO3 Na2CO3等等)(10%)(10%左右左右) )的固体渗碳箱内进行的渗碳的固体渗碳箱内进行的渗碳方法方法 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、二次淬火、施行回火。 此固体渗碳在渗碳法中历史最老，不适於连续处理大量工件，作业环境不良，已有衰

9、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，不至於完全绝迹。 渗碳剂渗碳剂：木炭：木炭为主为主，另一部分，另一部分为促进剂（为促进剂（碳酸钡碳酸钡BaCOBaCO3 3: :碳酸钠碳酸钠NaNa2 2COCO3 3 约约4 4：1)1)图1固体渗碳箱1渗碳剂2工件3箱体46mm铁板4泥封5试棒?10mm6盖：铁板厚68mm渗碳反应式渗碳反应式n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（CO2）， CO2再与碳反应，生成一氧化碳（CO）。 n C + O2 = CO2 （1）n C + CO2 = 2 CO （2）n CO在钢表面分

10、解，析出碳C。n 2 CO =C+ CO2 （3）n C异於普通的碳，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CO2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。n 前述反应与铁（Fe）组合成渗碳反应。n Fe + 2 CO = Fe - C + CO2 （4） n优点：操作简单；优点：操作简单；n缺点：渗速慢，劳动条件差缺点：渗速慢，劳动条件差 液体渗碳法液体渗碳法液体渗碳是以氰化钠氰化钠（NaCN）为主成

11、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）。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。一般工业上使用时，系以渗碳作用为主。液体渗碳法虽硬化层薄，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。渗碳剂渗碳剂：氰化钠氰化钠（NaCN）为主，一般用的渗碳剂是在中添加碳酸钠（Na2 CO3）、氯化钡（Ba Cl2）、氯化钠（Na Cl2）等图2井式气体渗碳炉1风扇电动机2废气火焰3炉盖4砂封5电阻丝 6耐热罐7工件8炉体渗碳反应式渗碳反应式n 液体渗

12、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。n2 NaCN + O2 = 2 NaCNO （1）nNaCN + CO2 = NaCNO + CO （2）n氰酸盐在高温分解生成CO或N。n4 NaCNO = 2 NaCNO + Na2 CO3 + CO +2 N （3）n在较低温时反应如下：n5 NaCNO = 3 NaCNO + Na2 CO3 + CO2 + 2N （4）n生成的CO及N与Fe反应而进行渗碳及氮化。nFe + 2 CO = Fe - C + CO2 （5）nFe + N = Fe - C （6）n 优点优点：液体渗碳技术渗层性能优良

13、，工艺简单，采用无毒低氰渗剂容易操作，且对人体危害小，可以广泛的得到推广与应用渗碳视频欣赏以气体渗碳为例：气体渗碳工艺流程_标清.flvn渗碳温度：渗碳温度：900-950 n渗碳层厚度渗碳层厚度（由表面到过渡层一半处的厚度）：（由表面到过渡层一半处的厚度）： 低碳钢渗碳缓冷后的组织低碳钢渗碳缓冷后的组织l渗碳层表面含碳量：渗碳层表面含碳量：以以0.85%-1. 05%为最好。为最好。l渗碳缓冷后组织：渗碳缓冷后组织：表层表层为为P（珠光体）（珠光体）+网状网状Fe3C（二次渗碳体）（二次渗碳体）; 心部心部为为F（铁素体）（铁素体）+P（珠（珠光体）光体）; 中间为过渡区。中间为过渡区。四、

14、四、 渗碳层成分、组织和厚度渗碳层成分、组织和厚度n淬火淬火+低温回火低温回火, 回火温度为回火温度为160-180。淬火方法有：淬火方法有：n 预冷淬火法预冷淬火法n渗碳后预冷到略高于渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。温度直接淬火。渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图五、渗碳后的热处理五、渗碳后的热处理n一次淬火法一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。：即渗碳缓冷后重新加热淬火。n 二次淬火法：二次淬火法：n即渗碳缓冷后即渗碳缓冷后第一次加热为心部第一次加热为心部Ac3+30-50，细化心部细化心部；第二次加热为第二次加热为Ac1+30-50，细化表层细化表层。 渗碳后的热处理示意图

15、渗碳后的热处理示意图n常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50淬火淬火+低低温回火。温回火。此时组织为：此时组织为：n表层：表层：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)n心部：心部：M回回+F（淬透时）（淬透时）渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织M+FnF铁素体（相），铁原子呈体心立方排列（通常晶格间隙会固溶部分碳原子），在金相中通常呈白色。nP珠光体（组织），铁素体和渗碳体的混合组织，通常两者呈片 层交替分布，在金相中通常呈黑色。nM马氏体nB贝氏体nAc1： 加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度。nAr1 冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度。nAc3 加热时2铁素体全部转变为奥氏体的终了温度。nAr3 冷却时奥氏体开始析出自由铁素体的温度。nAccm 加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度。nArcm 冷却时奥氏体开始析出渗碳体的温度。六、相关字母定义六、相关字母定义滲氮与滲碳相比：滲氮与滲碳相比：u滲氮层硬度和