钢的渗碳热处理
渗碳工艺介绍
渗碳定义渗碳是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中,加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区,保温足够时间后,使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层,从而获得表层高碳,心部仍保持原有成分. 相似的还有低温渗氮处理。
这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。
简介渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。
也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。
渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25％)。
渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。
工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。
渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。
渗碳工艺在中国可以上溯到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。
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。
渗碳零件的材料一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於0.25％)。
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。
机械加工中关于渗碳热处理的知识总结
渗碳热处理渗碳热处理(1)定义渗碳是目前机械制造工业中应用广泛的一种化学热处理方法。
所谓渗碳就是把用低碳钢或低碳合金钢制的工件置于富碳的活性介质中，加热到850～950℃保温数小时，使渗碳介质在工件表面上产生活性碳原子，经过表面吸收和扩散而渗入工件的表层，从而使表层的含碳量达到0.8%以上的热处理工艺。
渗碳后再通过淬火和低温回火处理，借以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。
钢铁零件的渗碳是在奥氏体状态下进行的，其作用是使渗碳层中的含碳量与高碳钢中的碳相当，而心部成分保持不变，因此渗碳使零件表面的碳达到适当的浓度和合理分布，其各种力学性能是靠随后的热处理来实现的。
渗碳零件必须进行淬火+回火处理，才能使其表面和心部的力学性能达到预定的要求，即具有高的硬度、耐磨性和疲劳强度等，并保持心部具有良好的韧性。
(2)目的通过渗碳及其随后的热处理，可使工件获得优良的综合力学性能，采用这种工艺的主要优点是：既可提高工件的使用寿命，又能节约贵重的钢材。
目前在机械制造工业中，对于表面要求耐磨性、抗疲劳强度高，而心部又要求有较高强度和韧性的结构件，如齿轮、曲轴、凸轮轴、活塞销、轴套、摩擦片等，大都是采用低碳钢或低碳合金钢加工成形后，进行渗碳、淬火和低温回火的工艺方法制造的。
因此渗碳后进行热处理的目的主要体现在以下几个方面：①提高表面渗层的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度；②消除渗层中的网状渗碳体和适当减少残余奥氏体的数量，减小脆性和有助于合金钢性能的改善；③消除内应力，增加零件的尺寸稳定性，可以防止因淬火和车削或磨削过程中产生的加工应力而引起精度或尺寸的改变；④细化晶粒，提高心部的和韧性。
可承受重载荷的作用。
(3)分类渗碳工艺的类型很多，常用的主要类型可分为：固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳和特殊渗碳。
固体渗碳在固态介质中进行，将工件埋入装有粒状渗碳剂的铁箱中或在工件表面上涂一层渗碳膏剂，然后装入炉子中加热渗碳；液体渗碳是将工件直接放入能分解出活性碳原子的盐液中加热渗碳，近年来推广发展了不用氰盐的无毒液体渗碳剂，使这种渗碳工艺获得了新的生机；气体渗碳在气体介质中进行，可在天然气、石油裂化气等吸热式、氮基可控气氛中进行渗碳，也可在滴注液体渗碳剂的分解气体中渗碳；(4)材料选择①从提高渗碳速度来看，原始碳量越低渗速越快，但是原始含碳量过低，造成工件心部硬度组织和性能达不到设计要求，含碳量过高又会导致韧性不足的缺点。
钢的渗碳热处理
20钢 4%硝酸酒精 500× 渗碳后空冷
表层全脱碳，白亮部分为铁素体 次表层为部分脱碳层，即珠光体+少量铁素体
过渡区为珠光体+铁素体（白色网块）
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20钢 4%硝酸酒精 150× 渗碳后淬火
表层脱碳，次表层也略有脱碳层，冷却不足 马氏体+屈氏体
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2.回火 渗碳件淬火后尚需进行低温回火，回火温度通常为150～190℃。 3.冷处理 作用是减少或消除残余奥氏体，从而适当提高渗层硬度。由于冷处 理生产成本高，又增加了工序，目前生产中除特殊渗碳零件外，一般很少采用。
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20钢 4%硝酸酒精 500× 930℃气体渗碳8小时，直接淬火 表层组织照片：马氏体+碳化物（白色颗粒）+残余奥氏体
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渗碳层厚度δ
图7 低碳钢渗碳缓冷后的显微组织 第9页/共21页
典型零件渗碳层厚度确定方法
零件种类 轴类 齿轮
薄片工件
渗碳层厚度δ(mm) (0.1～0.2)R (0.2～0.3)m (0.2～0.3)t
备注 R--半径(mm)
m--模数 t--厚度(mm)
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五、渗碳后的热处理
1.淬火 淬火是为了获得马氏体组织，以得到高硬度。通常有三种方法， 即预冷直接淬火、一次加热淬火和二次加热淬火。渗碳零件淬火温度的 选择要兼顾高碳的渗层和低碳的心部两方面的要求。原则上，过共析层 的淬火温度低于Accm，而亚共析层的淬火温度高于Ac3。如果Accm＞ Ac3，很容易选择一个淬火温度来同时满足这两者的要求；果Accm≤Ac3， 则很难同时兼顾。在这种情况下，要根据对零件的主要技术要求、钢件 的心部能否淬透、渗碳后零件的表面含碳量和所采用的淬火方法等综合 考虑加以决定。
热处理渗碳组织变化过程
04
热处理渗碳组织变化的影响因素
温度的影响
1
温度升高，渗碳速度加快，组织变化加剧。
2
温度达到一定值时，组织变化趋于稳定。
3
温度过高可能导致组织脆化，降低材料性能。
时间的影响
时间越长，渗碳深度越大，组织变化越明显。 时间过长可能导致材料变形或开裂。 时间过短可能导致渗碳效果不明显。
碳浓度的影响
07
热处理渗碳组织变化的研究展望
热处理工艺的发展趋势
高效节能
为降低热处理过程中的能源消耗，提高生产效率，未来的热处理 工艺将更加注重高效节能技术的研发和应用。
智能化控制
通过引入先进的传感器、控制器和优化算法，实现热处理过程的 智能化控制，提高产品质量和生产效率。
环保与可持续发展
为满足环保要求，未来的热处理工艺将更加注重资源的循环利用 和减少废弃物排放，实现可持续发展。
淬火介质的选择
淬火介质的选择对冷却速度和组织变化具有重要影响。应根据工件的材料和性能要求选择合适的淬火 介质。
合金元素的添加
合金元素的作用
在渗碳过程中，添加适量的合金元素可以 改变材料的组织和性能。例如，添加铬元 素可以促进碳的溶解和扩散，添加硅元素 可以抑制碳化物的析出。
合金元素的影响
合金元素的添加量、种类和加入方式都会 影响渗碳组织的转变和碳化物的析出。应 根据材料的具体要求和工艺条件选择合适 的合金元素。
03
组织变化过程
奥氏体化
奥氏体化是热处理渗碳过程中的一 个重要阶段，是指碳钢在一定温度 下，通过保温时间，使碳原子充分 扩散到奥氏体晶格中，形成均匀的 渗碳奥氏体的过程。
VS
奥氏体化的温度和时间会直接影响 渗碳层的碳含量和深度，进而影响 渗碳组织的性能。
42crmo渗碳热处理
42crmo渗碳热处理42CrMo是一种常用的合金结构钢，具有较高的强度和耐磨性。
渗碳热处理是一种常见的热处理方法，可以进一步提高42CrMo钢的硬度和耐磨性。
本文将介绍42CrMo渗碳热处理的原理、工艺和效果。
一、渗碳热处理的原理渗碳热处理是将钢材置于含有碳元素的介质中，在高温条件下进行处理，使碳元素渗透到钢材表面，从而增加表面的碳含量。
通过调控渗碳介质的成分和处理温度，可以控制钢材表面的渗碳层的深度和硬度，进而提高钢材的耐磨性能。
二、42CrMo渗碳热处理的工艺1. 预处理：对42CrMo钢进行去油、除锈等预处理工作，确保表面清洁。
2. 渗碳：将42CrMo钢置于含有碳元素的渗碳介质中，通常使用气体、液体或固体介质进行渗碳。
不同的渗碳介质会对钢材表面形成不同的渗碳层。
3. 加热：将42CrMo钢置于炉中，进行加热处理。
加热温度通常在860°C至900°C之间，保持一定时间，使钢材充分吸收碳元素。
4. 淬火：将加热后的钢材迅速冷却，通常使用水、油或盐水进行淬火。
淬火可以使渗碳层硬化，提高钢材的硬度。
5. 回火：对淬火后的钢材进行回火处理，通常在300°C至600°C之间进行回火。
回火可以消除淬火过程中产生的内应力，提高钢材的韧性和强度。
三、42CrMo渗碳热处理的效果渗碳热处理可以显著提高42CrMo钢的硬度和耐磨性，增加其使用寿命。
渗碳层的硬度通常在HRC50至HRC60之间，比未经渗碳处理的钢材硬度要高出很多。
此外，渗碳层还具有较高的耐磨性和抗腐蚀性，可以有效延长钢材的使用寿命。
四、总结42CrMo渗碳热处理是一种常见的热处理方法，可以显著提高钢材的硬度和耐磨性。
通过控制渗碳介质的成分和处理工艺，可以得到不同深度和硬度的渗碳层，满足不同应用领域的需求。
然而，渗碳热处理也可能导致钢材变脆，因此在使用时需要进行合理的回火处理，以提高钢材的韧性和强度。
总体而言，42CrMo渗碳热处理是一种经济、有效的提高钢材性能的方法，具有广泛的应用前景。
钢的表面热处理
钢的表面热处理
钢的表面热处理是一种常见的工艺，用于改变钢材表面的性质以满足特定的功能要求。
常见的钢表面热处理包括渗碳、淬火、淬灭火、调质等。
1. 渗碳：钢材表面经过高温处理，与碳源（如固体碳或气体）接触，使碳原子渗透到钢材表面，形成高碳含量的渗碳层。
渗碳层可以提高钢材的表面硬度和耐磨性。
2. 淬火：将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却。
这种快速冷却可以使钢材表面形成马氏体组织，提高钢材的硬度和强度。
淬火还可以改善钢材的耐磨性和韧性。
3. 淬灭火：将淬火后的钢材立即放入温和的液体中（如水或油）进行冷却。
淬灭火可以减缓淬火速度，从而减少残余应力和减少变形。
4. 调质：淬火后的钢材经过再加热，然后放置在适当的温度下保持一段时间，使钢材内部的残留应力得到释放和分散，从而提高钢材的韧性和强度。
钢的表面热处理可以根据具体要求选择不同工艺，以满足钢材的特定性能要求，如硬度、耐磨性、韧性等。
渗碳钢的工作条件和热处理
渗碳钢（含碳量0.1～0.25%）工作条件、性能要求渗碳淬火回火表层心部900～940790、水150～180≥56≤30 15Cr、20Cr900～920780～800水或800～820油180～20058～6022～32 20Cr（≤φ40）900～950800～820油180～220≥56HB21218CrMnTi920～950850～870油180～20058～6730～45φ50，18CrMnTi900～950800～820油180～220＞59HB241～30230CrMnTi900～940840～860油180～20058～6330～4522CrMnMo2800～900810～830油20058～63—12CrNi3A—780～800油180～200—HB24120Cr2Ni4A—780～800油160～180—HB321～444特点与热处理渗碳钢的工作条件和热处理10、15、2015Cr、20Cr20Mn2、20CrMn 20MnVB25MnTiB18CrMnTi20CrMnTi20CrMnMo30CrMnTi20Cr2Ni4A12CrNi3A18Cr2Ni4WA 在较强烈的冲击和磨损的条件下工作要求高的表面硬度和耐磨性，心部具有较强的强度和适当的韧性（合渗碳钢含合金元素一般≤3%，少数达5～7%）钢号℃硬度（HRC）10、15、20氰化820～860℃其他同上渗碳钢要在高温下长时间保温，晶粒易于长大，恶化钢的性能，因此应选择细晶粒钢，并常在合金渗碳钢中加入提高淬透性及防止晶粒长大的元素。
它的热处理一般是渗碳或氰化后淬火加低温回火。
渗碳后表层组织：碳钢为隐晶状或细针状马氏体及细粒状渗碳体；合金钢为隐晶状或细针状马氏体，细粒状碳化物及少量低残余奥氏体。
心部组织低碳钢为铁素体—珠光体，合金钢为低碳马氏体，不应有岛状铁素体。
并要求淬火后渗碳层残余奥氏体少，碳化物细小并分布均匀，没有粗大的网状碳化物，碳浓度梯度和缓，表层含碳量在0.85～1.05%，表层硬度HRC≥56～65，心部硬度当心部含碳量在0.18～0.25%时，为HRC30～40，含碳量在0.3%时，为HRC35～47。
合金渗碳钢热处理工艺
合金渗碳钢热处理工艺嘿，咱今儿就来聊聊合金渗碳钢热处理工艺！这可是个相当重要的事儿呢，就好像做饭得掌握好火候一样。
你想想啊，这合金渗碳钢就像是一块等待雕琢的璞玉。
而热处理工艺呢，那就是雕琢它的神奇魔法呀！通过合适的热处理，能让这合金渗碳钢发挥出它最大的潜力。
热处理第一步，那就是加热啦！可别小瞧了这加热，温度高了不行，低了也不行，得恰到好处。
这不就跟咱炒菜似的，火大了容易糊，火小了半天不熟。
加热的时候得时刻盯着，就像看着锅里的菜别煮过头了一样。
然后呢，保温也是很关键的一环。
这就好比让菜在锅里焖一会儿，让味道充分渗透进去。
保温时间得把握好，长了短了都会影响最终的效果。
接下来就是冷却啦！这冷却方式也有讲究呢，有的要快速冷却，有的得慢慢冷却。
这就像人跑步，有时候要冲刺，有时候要慢跑调整节奏。
你说要是这热处理工艺没做好会咋样？那可就糟糕啦！就好像做出来的菜不是太硬就是太软烂，根本没法吃。
这合金渗碳钢要是处理不好，那还能用吗？咱再说说这合金渗碳钢的用途，那可广泛着呢！汽车零件、机械部件，到处都有它的身影。
要是没有好的热处理工艺，这些东西能那么耐用、可靠吗？咱普通人可能平时不太注意这些，但你想想，要是你开的车在路上突然出问题了，那不就麻烦啦？这可都是因为这些材料的质量不过关呀，而热处理工艺就是保证质量的关键一步！所以说呀，这合金渗碳钢热处理工艺可真是不能小瞧！咱得重视起来，就像重视自己的一日三餐一样。
只有这样，才能让这些合金渗碳钢发挥出它们应有的作用，为我们的生活和工作提供更好的保障。
总之，合金渗碳钢热处理工艺可不是随便玩玩的，这是一门技术活，也是一门艺术！得用心去对待，才能得到满意的结果。
咱可不能马虎，要把这工艺做好做精，让合金渗碳钢成为我们生活中的好帮手！。
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渗碳层厚度δ
图7 低碳钢渗碳缓a冷后的显微组织
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典型零件渗碳层厚度确定方法
零件种类 轴类 齿轮
薄片工件
渗碳层厚度δ(mm) (0.1～0.2)R (0.2～0.3)m (0.2～m--模数 t--厚度(mm)
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五、渗碳后的热处理
1.淬火 淬火是为了获得马氏体组织，以得到高硬度。通常有三种方法， 即预冷直接淬火、一次加热淬火和二次加热淬火。渗碳零件淬火温度的 选择要兼顾高碳的渗层和低碳的心部两方面的要求。原则上，过共析层 的淬火温度低于Accm，而亚共析层的淬火温度高于Ac3。如果Accm＞ Ac3，很容易选择一个淬火温度来同时满足这两者的要求；果Accm≤Ac3， 则很难同时兼顾。在这种情况下，要根据对零件的主要技术要求、钢件 的心部能否淬透、渗碳后零件的表面含碳量和所采用的淬火方法等综合 考虑加以决定。
1.气氛碳势 一般渗碳件的表面含碳量可在0.6%-1.1%间变化。确定最佳表面碳含量的出 发点首先是获得最高的表面硬度；其次是使渗层具有最高的耐磨性和抗磨损 疲劳性能。研究表明，渗碳层的表面碳的质量分数最好在0.8%-1.0%范围内 最佳表层碳含量确定后就可根据表面碳含量与碳势的关系，确定碳势。 2.渗碳温度 渗碳温度首先影响着分解反应平衡，粗略地说，如果气氛中的CO2含量不变， 则温度每降低10℃将使气氛碳势增加约0.08%；其次，温度也影响碳的扩散 速度，如果气氛碳势不变，温度每提高100 ℃可使渗碳层深度增加1倍；第 三，温度还影响着钢中的组织转变，温度过高会使钢的晶粒粗大。生产上广 泛使用的温度是900-930 ℃。对于薄层渗碳温度可降到880-900 ℃，这主 要是为了控制渗碳层深度；而对于深层渗碳(大于5mm)，温度可提高到 980-1000 ℃，这主要是为了缩短渗碳时间。 3.渗碳时间 渗碳时间主要影响渗层深度，同时也在一定程度上影响浓度梯度。
802.6 t d
10(3720 /T )
d—渗层深度(mm)；t—渗碳时间(ha )；T—渗碳温度(K)
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（三）渗碳工艺参数的综合选择
①升温阶段 工件达到渗碳温度前的一段时间，用较低的碳势； ②高速渗碳阶段 正常温度或更高温度下，用高于所需表面碳含量的碳势，时 间较长； ③扩散阶段 工件降到或维持在正常渗碳温度下碳势降到所需表面碳含量，时 间较短； ④预冷阶段 使温度降低到淬火温度，便于直接淬火。
2.回火 渗碳件淬火后尚需进行低温回火，回火温度通常为150～190℃。
3.冷处理 作用是减少或消除残余奥氏体，从而适当提高渗层硬度。由于冷处理
生产成本高，又增加了工序，目前生产中除特殊渗碳零件外，一般很少采用。
H2O含量；用红外线仪控制CO2含量；用氧探头法控制O2含量。
(2)碳原子的吸收 工件表面吸收活性碳原子，也就是活性碳原子由钢
的表面进入铁的晶格而形成固溶体，或形成特殊化合物。
(3)碳原子的扩散 被工件吸收的碳原子，在一定温度下，由表面向内
部扩散，形成一定厚度的渗层。
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（二）工艺参数的选择与控制
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二、渗碳方法
根据渗碳剂的不同，渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗
碳。 （1）固体渗碳 固体渗碳是将工件置于填满木炭(90%左右)和催渗 剂(BaCO3、 CaCO3或 Na2CO3等)(10%左右)的固体渗碳箱内进行 的，如图1所示。 （2）液体渗碳 液体渗碳就是在液体介质中进行的渗碳工艺。它可 分为两类：一类是加有氰化物的盐浴，另一类是不加氰化物的盐浴。 因氰化物有剧毒现已基本不用。不加氰化物的盐浴由NaCl或KCl、 Na2CO3、和(NH2)2CO或木粉组成。如图2所示。 （3）气体渗碳 气体渗碳是指零件在气体渗碳剂中进行渗碳的工艺。 如图3所示。气体渗碳法的生产率高，渗碳过程容易控制，渗碳层质 量好，且易实现机械化与自动化，故应用最广。
图3 气体渗碳典型工艺曲线
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四、 渗碳层成分、组织和厚度
低碳钢渗碳后，表层含碳量可达过共析成分，由表往里碳浓度逐渐 降低，直至渗碳钢的原始成分。 渗碳件缓冷后，表层组织为珠光体加二次渗碳体；心部为铁素体加 少量珠光体组织；两者之间为过渡层，越靠近表层铁素体越少 。 一般规定，从表面到过渡层一半处的厚度为渗碳层的厚度。
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三、气体渗碳
（一）原理 (1)渗碳介质的分解 由介质中分解出活性碳原子。渗碳气氛在高温下 分解出活性碳原子[C]，即：
注：在供应的原料气组分稳定的情况下，只要控制气氛中的微量组分CO2、H2O、CH4或O2中的任何一个 含量，便可控制上述反应达到某一平衡点，从而实现控制气氛碳势的目的。通常，生产中用露点仪控制
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图5 渗碳件常用的淬火方法
a)预冷直接淬火
b) 一次淬火法
c) 二次淬火法
①预冷直接淬火 对于碳钢，预冷温度应在Ar1～Ar3之间。对于多数合金钢， 通常预冷温度在820～850℃之间。 ②一次加热淬火 一般合金渗碳钢，常采用稍高于Ac3的温度（820～860℃） 加热淬火。 ③二次加热淬火 第一次淬火的加热温度应高于心部的Ac3温度，第二次淬火主 要是为细化表层组织，温度选择稍高于表层的Ac1。
钢的渗碳
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主要内容
31 渗碳的目的和应用范围
2 渗碳方法
3 气体渗碳
4 渗碳层成分、组织和厚度
35 渗碳后的热处理
6 渗碳件质量检查
37 渗碳热处理的常见缺陷及产生原因
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一、渗碳的目的和应用范围
定义 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：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：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0.12%-0.25%的低碳钢或低碳合金钢如20、20Cr、 20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。