金屬熱處理：滲碳

金屬熱處理：滲碳指的是一種將鋼製工件放在含碳介質中加熱到高溫﹐以增加工件表層含碳量的化學熱處理工藝。滲碳可分為固體滲碳﹑液體滲碳﹑氣體滲碳和碳氮共滲。

基本介紹

• 中文名：滲碳
• 外文名：carburizing
• 定義：一種鋼製工件加工工藝

定義

滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小於0.25%)。滲碳後﹐鋼件表面的化學成分可接近高碳鋼。工件滲碳後還要經過淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲勞強度﹐並保持心部有低碳鋼淬火後的強韌性﹐使工件能承受衝擊載荷。滲碳工藝廣泛用於飛機﹑汽車和拖拉機等的機械零件﹐如齒輪﹑軸﹑凸輪軸等。

起源

滲碳工藝在中國可以上溯到2000年以前。最早是用固體滲碳介質滲碳。液體和氣體滲碳是在20世紀出現並得到廣泛套用的。美國在20年代開始採用轉筒爐進行氣體滲碳。30年代﹐連續式氣體滲碳爐開始在工業上套用。60年代高溫(960～1100℃)氣體滲碳得到發展。至70年代﹐出現了真空滲碳和離子滲碳。

原理

滲碳與其他化學熱處理一樣﹐也包含3個基本過程。①分解﹕滲碳介質的分解產生活性碳原子。②吸附﹕活性碳原子被鋼件表面吸收後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濃度差﹐表面的碳遂向內部擴散。碳在鋼中的擴散速度主要取決於溫度﹐同時與工件中被滲元素內外濃度差和鋼中合金元素含量有關。
滲碳零件的材料一般選用低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小於0.25%)。滲碳後必須進行淬火才能充分發揮滲碳的有利作用。工件滲碳淬火後的表層顯微組織主要為高硬度的馬氏體加上殘餘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﹐但應避免出現鐵素體。一般滲碳層深度範圍為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。滲碳淬火後﹐工件表面產生壓縮內應力﹐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﹑衝擊韌性和耐磨性﹐藉以延長零件的使用壽命。

分類

按含碳介質的不同﹐滲碳可分為固體滲碳﹑液體滲碳﹑氣體滲碳和碳氮共滲。

固體滲碳

把零件埋在裝滿固體滲碳劑(主要成分是木炭﹐並有碳酸鈉﹑碳酸鋇等作催滲劑)的容器中加熱﹐在高溫下通過碳與催滲劑的化學反應分解出活性碳原子﹐滲入零件表面。固體滲碳可以在各種加熱爐中進行﹐簡單易行﹐但質量不易控制﹐周期長﹐勞動條件差。