气体渗碳工艺

1、 职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库金属材料与热处理课程气体渗碳工艺主讲教师：马安博 西安航空职业技术学院气体渗碳工艺一、气体渗碳定义在增碳的活性气氛中，将低碳钢或低碳合金钢加热到高温（一般为900950），使活性碳原子进入钢的表面，以获得高碳渗层的工艺方法。以天然气、丙烷、丁烷等气体为主剂的渗碳法。优点：适于大量生产；表面碳浓度可以调节；瓦斯流量、温度、时间容易自动化，容易管理。缺点：设备费昂贵；处理量少时成本高；需要专门作业知识。二、气体渗碳的技术要求与工艺过程 对钢件渗碳层的技术要求主要是渗层表面含碳量、渗层深度、由表层含碳量和渗层深度决定的碳浓度梯度、渗碳淬火回火后的表面硬度，对

2、重要渗碳零件还经常规定对表层及心部最后的金相组织要求（包括碳化物分布的级别、残留奥氏体等级、表层和心部组织粗细等）。 渗碳钢中Wc一般在0.120.25之间，其所含主要合金元素一般是铬、锰、镍、钼、钨、钛等。在渗碳前，零件往往需经过脱脂、清洗或喷砂，以除去表面油污、锈迹或其他脏物。对需局部渗碳的零件，要在不渗碳处涂防渗膏或镀铜加以防护。零件在料盘内必须均匀放置，以保证渗碳的均匀性。在渗碳过程中，必须控制气氛碳势、温度和时间，以保证技术条件所规定的表面碳含量、渗层深度和较平缓的碳浓度梯度。渗碳后，根据炉型及技术要求，进行直接淬火或重新加热淬火，以获得预期的组织和性能。三、气体渗碳工艺参数的选择与

3、控制 1.气氛碳势 渗碳件的最佳表面碳含量通常是为了保证淬火后获得最高表面硬度。最高表面硬度与钢的成分密切相关。图1所示是不同成分钢渗碳淬火后最高表面硬度与表面含碳量的关系。由图可见，随着钢中镍、铬含量的提高，最高硬度对应的表面碳含量下降，其原因与合金元素可降低Ms和Mf点，使残留奥氏体量增多有关。此外，最佳表面碳含量应保证渗层具有较高的耐磨性和抗接触疲劳性能等。一般认为，渗碳层中有适量的碳化物存在才能有高的耐磨性。图1 不同成分钢渗碳淬火后表面硬度与表面含碳量的关系（925渗碳后直接淬火）2Ni-1.5Cr钢3%Ni钢0.30.40.50.70.91.11.20.60.81.08007006

4、00500900800700600500900硬度 / HB表面含碳量，%2.渗碳温度 温度高低对渗碳质量影响极大。首先，温度影响分解反应的平衡，从而影响碳势。3.渗碳时间 渗碳时间主要取决于渗层的深度要求。渗层深度确定之后，可根据气氛碳势、渗碳温度、渗碳钢成分等确定所需渗碳时间。4.分段渗碳工艺参数 为了缩短渗碳的总时间，节省能源，降低消耗，通常在生产中将渗碳过程分为不同阶段，而在不同阶段中对各参数进行综合调节。最典型的做法是将整个渗碳过程分为四个阶段：第一阶段升温排气阶段。是工件达到渗碳温度前的一段时间，用较低碳势。第二阶段强渗阶段。在正常温度或更高温度下，用高于所需表面碳含量的碳势，时间

5、较长。第三阶段扩散阶段。工件降到（或维持在）正常渗碳温度，碳势降到所需表面碳含量，时间较短。第四阶段降温预冷阶段。使温度降到淬火温度，便于直接淬火。这种分阶段的渗碳可使整个渗碳时间比不分阶段的渗碳缩短2060，还可使碳浓度在近表面处变化平缓，从而得到理想的渗层。均温30120240930温度 / 时间 / minIIIIIIIVV放气15min淬油上区860下区850试棒层深0.60.7mm试棒层深1.11.5mm 排气升温直接淬火增碳期扩散期降温期加热渗碳扩散冷却图2 20CFMnTi钢拖拉机油泵齿轮在RJJ-90炉中气体渗碳的工艺曲线I 煤油125±5滴 II 煤油5055滴 III 煤油2025滴 IV 煤油2025滴 V 煤抽2025滴 图2为使用煤油滴注式气氛进行分阶段渗碳