渗碳学习资料

渗碳渗碳：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。简介渗碳用钢：合金渗碳钢含碳量0.15～0.25％之间。例15、20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等渗碳零件的材料发展历史：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。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。

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

（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。气体渗碳法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分为下列三类:（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〕

滴注式

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。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。1）直接淬火法淬火+150～200℃低温回火，表面硬度58～62HRC直接淬火工艺示意图180-200℃渗碳900-930℃回火温度/℃时间淬火A12）其他一次淬火

一次加热淬火，低温回火，淬火温度820-850℃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。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35～45HR