滲碳學(xué)習(xí)資料

滲碳滲碳：將低碳鋼件放入滲碳介質(zhì)中，在900--950攝氏加熱保溫，是活性碳原子滲入鋼件表面并獲得高碳滲層的工藝方法。目的：用來提高工件表面的硬度、耐磨性和疲勞強度，同時在心部又能保持一定的強度和良好的韌性，可以提高工件的綜合機械性能。簡介滲碳用鋼：合金滲碳鋼含碳量0.15～0.25％之間。例15、20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等滲碳零件的材料發(fā)展歷史：滲碳工藝在中國可以上溯2000年以前。最早是用固體滲碳介質(zhì)滲碳。液體和氣體滲碳是在20世紀出現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)用的。美國在20年代開始采用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲碳。30年代﹐連續(xù)式氣體滲碳爐開始在工業(yè)上應(yīng)用。60年代高溫(960～1100℃)氣體滲碳得到發(fā)展。至70年代﹐出現(xiàn)了真空滲碳和離子滲碳。滲碳原理滲碳與其他化學(xué)熱處理一樣﹐也包含3個基本過程。①分解滲碳介質(zhì)的分解產(chǎn)生活性碳原子。②吸附

活性碳原子被鋼件表面吸收后即溶到表層奧氏體中﹐使奧氏體中含碳量增加。③擴散表面含碳量增加便與心部含碳量出現(xiàn)濃度差﹐表面的碳遂向內(nèi)部擴散。碳在鋼中的擴散速度主要取決于溫度﹐同時與工件中被滲元素內(nèi)外濃度差和鋼中合金元素含量有關(guān)。

滲碳方式固體滲碳法：以木炭為主劑的滲碳法。液體滲碳法：以氰化鈉（NaCN）為主劑之滲碳法。氣體滲碳法：以天然氣、丙烷、丁烷等氣體為主劑的滲碳法。固體滲碳法（1）滲碳劑：固體滲碳劑主要是由木炭粒和碳酸鹽組成。木炭粒是主滲劑，碳酸鹽是催滲劑。

滲碳加熱時，炭與其間隙中的氧作用(不完全燃燒)，生成一氧化碳。2C+O2—→2CO一氧化碳在滲碳條件下，是不穩(wěn)定的，當(dāng)它與鋼件表面接觸，便按下式分解得活性碳原子：2CO—→CO2+[C]活性碳原子被鋼件表面吸收，并向內(nèi)部擴散。整個反反應(yīng)過程可用下式示意表示：C+CO2—→2CO—→CO2+[C]—→工件

（2）裝箱：零件的固體滲碳時在滲碳箱中進行，滲碳箱一般用鋼板焊成或鑄鐵鑄成，滲碳箱不宜過大，其外形尺寸應(yīng)盡可能適合工件的要求，箱子最好與爐底板架空，受熱均勻。（3）裝爐與升溫：零件可在低溫入爐并用分段升溫的方法。但對于連續(xù)生產(chǎn)，這種方法不經(jīng)濟，故通常采用高溫入爐的方法。（4）保溫時間：零件在滲碳溫度下需要保溫時間視滲碳層深度要求而定。（5）出爐前的試棒檢查：保溫完畢大約半小時抽檢試棒，可把試棒淬于水中，折斷后觀察斷口，或?qū)嗝鎾伖夂笥?%硝酸酒精腐蝕，以檢查滲碳層所達到的深度，滲碳深度達到了技術(shù)要求則可出爐。如還未達到滲碳層深度，應(yīng)適當(dāng)延長保溫時間。

滲碳溫度與保溫時間對滲碳層深度的影響

氣體滲碳:由于適合大量生產(chǎn)化，作業(yè)可以簡化質(zhì)量管理容易算特點，目前最普遍被采用?，F(xiàn)在所使用的氣體滲碳法可以分為發(fā)生爐式和滴注式兩大類。發(fā)生爐式乃自美國引進，它是將丙烷、丁烷等氣體與空氣等混合，使之在發(fā)生爐內(nèi)產(chǎn)生吸熱反應(yīng)，生成以CO、H2為主的氣體，然后送入加熱爐的處理方法。氣體滲碳法氣體滲碳通過下述反應(yīng)使原子擴散滲透到鋼中:2CO=〔C〕+CO2滴注式的CO是通過C一H一O系有機劑在爐中直接熱分解而獲得的。但液體有機劑的品種很多，并不是都可以用于滴注。作為滴注用的有機劑一般可分為下列三類:（1)C>O時，如CH3·COOCH(醋酸甲脂)2CO+3H2+〔C〕(2)C=O時，如CH3OH(甲醇)CO+2H2(3)C<O時，如HCOOH(甲酸)CO+H2+〔O〕

滴注式

由滲劑直接滴入爐內(nèi)進行滲碳時，由于熱裂分解出的活性碳原子過多，不能全部為零件表面所吸收而以炭黑、焦油等形式沉積于零件表面，阻礙滲碳過程，而且滲碳氣氛的碳勢也不易控制。因此發(fā)展了滴注可控氣氛滲碳，即向高溫爐中同時滴入兩種有機液體，一種液體（如甲醇）產(chǎn)生的氣體碳勢較低，作為稀釋氣體；另一種液體（如醋酸乙酯）產(chǎn)生的氣體碳勢較高，作為富化氣。通過改變兩種液體的滴入比例，利用露點儀和紅外分析儀控制碳勢，是零件表面的含碳量控制在要求的范圍內(nèi)。2.氣體滲碳工藝操作滲碳后的成分、組織和厚度滲碳緩冷后組織如圖所示。即由工件表面到心部依次為：過共析組織（Fe3CⅡ+P）→共析組織（P）→亞共析組織（P+F）的過渡層→心部原始組織（F+P少量）。表面28HRC滲碳后的熱處理

滲碳后必須進行淬火才能充分發(fā)揮滲碳的有利作用。工件滲碳淬火后的表層顯微組織主要為高硬度的馬氏體加上殘余奧氏體和少量碳化物﹐心部組織為韌性好的低碳馬氏體或含有非馬氏體的組織﹐但應(yīng)避免出現(xiàn)鐵素體。一般滲碳層深度范圍為0.8～1.2毫米﹐深度滲碳時可達2毫米或更深。表面硬度可達HRC58～63﹐心部硬度為HRC30～42。滲碳淬火后﹐工件表面產(chǎn)生壓縮內(nèi)應(yīng)力﹐對提高工件的疲勞強度有利.因此滲碳被廣泛用以提高零件強度﹑沖擊韌性和耐磨性﹐借以延長零件的使用壽命。1）直接淬火法淬火+150～200℃低溫回火，表面硬度58～62HRC直接淬火工藝示意圖180-200℃滲碳900-930℃回火溫度/℃時間淬火A12）其他一次淬火

一次加熱淬火，低溫回火，淬火溫度820-850℃或780-810℃組織及性能特點：對心部強度要求較高者，采用820-850℃淬火，心部為低碳M，表面要求硬度高者，采用780-810℃淬火可以細化晶粒。適用范圍：適用于固體滲碳后的碳鋼和低合金鋼工件、氣體、液體滲碳的粗晶粒鋼，某些滲碳后不宜直接淬火的工件及滲碳后需機械加工的零件。二次淬火二次淬火低溫回火組織及性能特點：第一次淬火（或正火），可以消除滲碳層網(wǎng)狀碳化物及細化心部組織（850-870℃），第二次淬火主要改善滲層組織，對心部性能要求不高時可在材料的Ac1—Ac3之間淬火，對心部性能要求高時要在Ac3以上淬火。適用范圍：主要用于對力學(xué)性能要求很高的重要滲碳件，特別是對粗晶粒鋼。但在滲碳后需經(jīng)過兩次高溫加熱，使工件變形和氧化脫碳增加，熱處理過程較復(fù)雜。滲碳淬火＋低溫回火后的組織：表層組織：M回＋粒狀碳化物＋少量AR硬度為58～62HRC心部組織：低碳鋼：P類+F,硬度為10～15HRC低碳合金鋼：低碳M回＋F,硬度為35～45HR