渗碳工艺的分类与选择
渗碳钢的热处理知识点总结
一、渗碳钢的热处理工序用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。
渗碳钢的主要热处理工序一般是在渗碳之后再进行淬火和低温回火。
处理后零件的心部为具有足够强度和韧性的低碳马氏体组织，表层为硬而耐磨的回火马氏体和一定量的细小碳化物组织。
有些结构零件，是在承受较强烈的冲击作用和受磨损的条件下进行工作的，例如汽车、拖拉机上的变速箱齿轮，内燃机上的凸轮、活塞销等。
根据工作条件，要求这些零件具有高的表面硬度和耐磨性，而心部则要求有较高的强度和适当的韧性，即要求工件“表硬里韧”的性能。
为了兼顾上述双重性能，可以采用低碳钢通过渗碳淬火及低温回火来达到，此时零件心部是低碳钢淬火组织，保证了高韧性和足够的强度，而表层(在一定的深度)则具有高碳量(0.85%～1.05%)，经淬火后有很高的硬度(HRC>60)，并可获得良好的耐磨性。
二、渗碳钢的成分特点渗碳钢的含碳量一般都很低(在 0.15%～0.25%之间)，属于低碳钢，这样的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性。
为了提高钢的心部的强度，可在钢中加入一定数量的合金元素，如Cr、Ni、Mn、Mo、W、Ti、B等。
其中 Cr、Mn、Ni 等合金元素所起的主要作用是增加钢的淬透性，使其在淬火和低温回火后表层和心部组织得到强化。
另外，少量的Mo、W、Ti等碳化物形成元素，可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒、抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。
微量的B(0.001%～0.004%)能强烈地增加合金渗碳钢的淬透性。
渗碳钢的分类根据淬透性或强度等级的不同，合金渗碳钢分为三类。
低淬透性合金渗碳钢即低强度渗碳钢(抗拉强度≤800MPa)，如15Cr、20Cr、15Mn2、20Mn2等。
这类钢淬透性低，经渗碳、淬火与低温回火后心部强度较低且强度与韧性配合较差。
主要用于制造受力较小，强度要求不高的耐磨零件，如柴油机的凸轮轴、活塞销、滑块、小齿轮等。
这类钢渗碳时心部晶粒易于长大，特别是锰钢。
钢材中的渗碳体
钢材中的渗碳体
钢材中的渗碳体是一种由碳在钢中扩散形成的组织结构。
渗碳是通过将钢材置于高温环境中，与碳源（如固体碳化物、气体或液体碳）接触，使碳进入钢材内部，扩散到表面或特定深度，形成碳的浓度梯度。
渗碳主要用于提高钢材的硬度和耐磨性。
通过渗入钢材内部的碳，增加了钢材的碳含量，进一步形成了高碳含量的渗碳层。
这些高碳含量的区域，也称为渗碳体，具有较高的硬度和抗磨损性能。
渗碳通常用于淬火和回火工艺中。
在淬火过程中，渗碳体可以形成高硬度的直接淬火组织，以增加钢材的硬度和耐磨性。
然后，通过回火过程使渗碳体发生相变，转化为更强韧的马氏体组织，以平衡硬度和韧性之间的关系。
通过调整渗碳的条件和过程参数，可以控制渗碳层的厚度、硬度和碳含量。
常见的渗碳工艺包括气体渗碳、盐浴渗碳和液体碳渗碳等。
需要注意的是，渗碳并不适用于所有类型的钢材。
一些低碳钢或易锈钢由于其化学成分的限制，无法进行有效的渗碳处理。
因此，在实际应用中，应根据钢材的性质和需求选择适合的渗碳工艺和材料。
渗碳常用工艺
渗碳常用工艺
渗碳是一种提高钢件表面硬度和耐磨性能的热处理工艺，其常用工艺包括气体渗碳、盐浴渗碳和真空渗碳。
气体渗碳主要是将钢件置于渗碳气氛中进行处理，温度一般在850℃~950℃之间。
常用的渗碳气氛有氨气、乙炔等，可以根据不同的要求进行选择。
盐浴渗碳是将钢件浸入含有渗碳剂的盐浴中进行处理，温度一般在820℃~950℃之间。
盐浴渗碳有助于提高渗碳深度和均匀性，但需要注意防止盐浴的腐蚀性对钢件造成损害。
真空渗碳则是在真空环境下进行处理，温度一般在900℃~1050℃之间。
真空渗碳可以保证渗碳剂的纯净性和均匀性，有利于提高钢件表面的耐磨性和疲劳寿命。
以上三种渗碳工艺各有特点，可以根据具体的钢件材料和使用环境进行选择。
在实际应用中，还需要注意渗碳剂的选择、渗碳时间和渗碳深度等因素，以确保钢件表面硬度和耐磨性能的提高。
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零件渗碳工艺
零件渗碳工艺
零件渗碳工艺是一种常见的表面强化加工工艺，通过在零件表面进行渗碳处理，从而提高零件的硬度、磨耗性和耐蚀性等性能。
该工艺通常应用于机械零件、汽车配件、航空航天零部件等高性能金属材料的表面处理。
零件渗碳工艺主要分为固体渗碳、气体渗碳和液体渗碳三种方式。
1、固体渗碳：固体渗碳是将含有碳元素的固体材料覆盖在零件表面，通过加热零件使固体材料中的碳元素渗透到零件表面，形成具有一定厚度的渗碳层。
该方式简单易行，适用于各种形状的零件，渗碳层质量较好。
但固体材料渗碳速度较慢，渗碳层厚度对固体材料的选择和操作时间等因素有所影响。
2、气体渗碳：气体渗碳是将零件放置在特定的密闭加热设备中，将含有碳元素的气体在一定的温度和压力下通过加热设备渗透到零件表面，形成渗碳层。
该方式可用于成批处理大量相同的零件，操作过程中能够自动化，但气体渗碳设备较为昂贵，且渗碳层厚度不易控制。
零件渗碳工艺的优点在于可以针对不同材料和工艺要求选择不同的处理方式，使得渗碳层具有适合各自应用领域的特点；同时，渗碳层能够提高零件表面硬度和耐磨性，从而使得其使用寿命得到有效延长。
但需要注意的是，由于渗碳层是通过改变零件表面的化学元素成分实现的，因此加工过程需要严格控制处理温度、时间、压力等参数，以避免对零件基本结构和性能造成不良影响。
表面渗碳处理工艺
表面渗碳处理工艺渗碳与渗氮一般是指钢的表面化学热处理渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢。
可分为固体、液体、气体渗碳三种。
应用较广泛的气体渗碳，加热温度900-950℃。
渗碳深度主要取决于保温时间，一般按每小时0.2-0.25mm估算。
表面含碳量可达百分之0.85-1.05。
渗碳后必须热处理，常用淬火后低温回火。
得到表面高硬度心部高韧性的耐磨抗冲击零件。
渗氮应用最广泛的气体渗氮，加热温度500-600℃。
氮原子与钢的表面中的铝、铬、钼形成氮化物，一般深度为0.1-0.6mm，氮化层不用淬火即可得到很高的硬度，这种性能可维持到600-650℃。
工件变形小，可防止水、蒸气、碱性溶液的腐蚀。
但生产周期长，成本高，氮化层薄而脆，不宜承受集中的重载荷。
主要用来处理重要和复杂的精密零件。
涂层、镀膜是物理的方法。
“渗”是化学变化，本质不同。
钢的渗碳---就是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温(一般为900--950℃)，使活性碳原子渗入钢的表面，以获得高碳的渗层组织。
随后经淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力，而心部仍保持足够的强度和韧性。
渗碳钢的化学成分特点1)渗碳钢的含碳量一般都在0.15--0.25％范围内，对于重载的渗碳体，可以提高到0.25--0.30％，以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。
但含碳量不能太低，否则就不能保证一定的强度。
2)合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性，细化晶粒，强化固溶体，影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。
在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。
常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类1)碳素渗碳钢中，用得最多的是15和20钢，它们经渗碳和热处理后表面硬度可达56--62HRC。
但由于淬透性较低，只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件，如轴套、链条等。
2)低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高,可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件,如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。
渗碳补渗工艺的确定及措施
渗碳补渗工艺的确定及措施（四川泸州长江挖掘机厂赵振东）渗碳件表面脱碳或渗碳深度未达到工艺要求，是渗碳件常见缺陷。
为满足技术要求，必须施行正确的补渗工艺方法，进行补救。
众所周知，补渗件表层已有较高的碳浓度，故与正常渗碳件的低碳表层状态有明显差异。
渗碳特性也必然不同，如不考虑其特点，将难以获得预期的效果，甚至造成废品。
（1）表面脱碳的补渗工艺及措施常规渗碳件表层大多数出现脱碳现象，因此，一般标准均规定：渗碳件表层只允许一定的脱碳深度（小于0.05mm），当脱碳深度超出规定时，必须进行补渗使其恢复到要求的碳浓度（＞0.80%）。
渗碳脱碳件最表层的碳浓度有明显下降，使渗层的正常碳浓度分布发生变化，最就碳浓度由表层移至次表层。
补渗件的表面碳浓度由C1提高到C S，使表层至次表层之间补充足够的碳后，才能满足渗碳质量要求。
在制定补渗工艺，选择其参数时，应充分考虑渗层碳浓度分布及其变化的这一特点。
理论分析及试验均证明，渗碳是一个不平衡过程，随着渗碳时间的延长，表面碳浓度按一定规律增加，最后达到与炉气碳势平衡的浓度，形成一定的碳浓度分布，对脱碳件，补渗前表面的碳浓度分布不同于正常渗碳件和非脱碳补渗的情况，其特征在于最表层为低或中碳浓度，而次表层为高碳浓度。
补渗时，脱碳层所需增加的碳来自高碳势炉气和次表面的高碳区域，相当于双面渗碳，其补碳速度成倍增加。
在补渗表面增碳的同时，其次表面碳浓度下降，浓度梯度降低，减弱了碳向内部扩散的能力。
因此，补渗时，渗层浓度增加并不明显。
只要炉气有足够的活性碳提供，脱碳表层被补足碳的时间并不长。
但应注意，工件入炉补渗并非立即进入渗碳过程，而要经历一段时间（一般为1.5～3h不等）排气，方能达到补渗要求的碳势。
在排气期，补渗件不但无碳渗入，而且还要脱碳，使原脱碳层加深，在制定补渗时间时，应考虑该情况。
①补渗温度渗碳是碳在γ—Fe中的扩散现象，温度越高，碳在钢中的扩散速度越快，在表面吸收同样碳量的条件下，表面碳浓度增长变慢，而渗层深度增加变快。
渗氮、渗碳工艺与操作过程
一渗碳工艺(气体渗碳——煤油)：渗碳钢的碳含量一般在0.12%~0.25%之间，其所含主要合金元素一般是铬、锰、镍、钼、钨、钛等。
○1把炉温升到800℃左右，断开电源打开炉盖，放入装好工件的工装，关闭炉盖升温到930℃左右。
在升温过程中，打开风扇及煤油阀门，以每分钟160滴的速度滴入炉内，进行排气，同时打开试样孔和排气管并点燃排气火焰。
排气时间一般为60~80分钟（保证温度到渗碳温度还要排气30分钟左右）；○2当火焰为鸡蛋黄颜色时开始强渗了，此时要加大煤油的滴量，按每分钟180~200滴。
在强渗时就可用放入试棒（含碳量少的材料，尺寸Ф8×100mm），关闭试样孔，炉压保持在6~10格——渗层深炉压取高值。
渗碳速度一般按0.15~0.2mm/h来计算，如要渗层深度为0.8~1.2mm，则强渗时间为6小时，提前在强渗设定时间结束前半小时，取出试棒，观察渗层深度（试棒渗层深度一般为工件的一半，这边渗层深度靠操作工的肉眼加经验判断），深度够在强渗结束就可以开始扩散，否则增加强渗时间；○3扩散期温度不变，减少煤油滴量，按每分钟100滴，一般扩散时间为60~90分钟，作用是均匀工件表层的碳溶度；○4扩散期结束开始降温，此时断开加热器，降温到810℃左右，并在此温度保温10~20分钟。
降温期减少煤油滴量，按每分钟60滴。
保温结束时断开加热器，关闭风扇，打开炉盖，用行车吊起工装，垂直进入温度为50~70℃的油中冷却，冷却时上下左右轻轻摇动工装，一般冷却时间为10~20分钟左右，吊起工装时也要注意工件出油的温度。
○5冷却好的工件要在半个小时之内（防止工件开裂）进行低温回火，温度一般在160~190℃（由硬度要求而定），保温时间2小时左右出炉空冷。
在渗碳过程中要随时注意火焰形状，正常的火焰是：火焰呈金黄色，无力不熄灭（断续熄灭，说明水气高了），火苗无黑焰和火星，火苗长100~150mm；若火苗出现火星，说明炉内炭黑过度；火苗过长、尖端外缘呈亮白色，说明渗碳剂供量过多；火苗短、外缘呈浅蓝色并有透明，说明渗碳剂供量不足或炉子漏气。
渗碳工艺
渗碳工艺渗碳是将零件放在渗碳剂（渗碳介质）中，加热到中相奥氏体温度，经保温使碳原子渗人零件表面层的过程。
其目的是使零件表面层含碳量增加。
渗碳层的含碳量最好在C= 0．85％一1．05％范围内，其深度一般为0．5一Zmm。
经淬火和低温四大处理后，使表面层具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持原来高的塑性和韧性。
为达到上述目的，渗碳零件必须是低碳钢和低合金钢。
根据所用渗碳剂不同，渗碳方法分为固体渗碳、气体渗碳和液体渗碳三种。
其中气体渗碳法生产率高，渗碳质且易控制，且易实现机器化和自动化。
它是目前应用最广的一种方＄。
气体渗碳法是将工件放人密封的加热炉（如井式气体渗碳炉）中，通人渗碳剂，加热到900—950℃，使零件在高温的渗碳气氛中进行渗碳的一种方法。
常用的气体渗碳剂有煤油、丙酮、天然气等化合物，而最常用的是煤油和丙酮。
零件渗碳后必须进行热处理，才能有效地发挥渗碳层的作用。
常用的热处理有下面三种。
（1）直接淬火法：零件渗碳后，出炉经预冷，再淬火和低温回火的热处理工艺。
这种方法，只用于要求具有高的表面硬度，而其它性能不作要求的零件。
（2）一次淬火法：零件渗碳后出炉空冷．再重新加热到淬火温度，进行淬火和低温回火的热处理工艺。
这种方法，用于对表面和心部的组织和机械性能，均有要求的零件。
（3）二次淬火法；它的方法是：第一次淬火（或正火）是把零件渗碳后重新加热到A以上（850～900℃）进行油冷，其目的是使心部组织细化和消除表面层的网状渗联体。
然后再将零件加热到共析钢和过共析钢正常的淬火温度（A ；以上）进行第二次淬火，其目的是为了使表面层硬化。
最后，再进行低温回火，以降低淬火内应力。
此法工艺较复杂，主要用于表面层硬度、耐磨性和疲劳强度，以及心部的韧性和塑性等要求较高的重载零件。
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渗碳工艺的分类与选择
1、直接淬火低温回火
组织及性能特点：不能细化钢的晶粒。
工件淬火变形较大，合金钢渗碳件表面残余奥氏体量较多，表面硬度较低.
适用范围：操作简单，成本低廉用来处理对变形和承受冲击载荷不大的零件，适用于气体渗碳和液体渗碳工艺。
2、预冷直接淬火、低温回火淬火温度800-850℃
组织及性能特点：可以减少工件淬火变形，渗层中残余奥氏体量也可稍有降低，表面硬度略有提高，但奥氏体晶粒没有变化。
适用范围：操作简单，工件氧化、脱碳及淬火变形均小，广泛应用于细晶粒钢制造的各种工具。
3、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。
4、渗碳高温回火，一次加热淬火，低温回火，淬火温度840-860℃
组织及性能特点：高温回火使M和残余A分解，渗层中碳和合金元素以碳化物形式析出，便于切削加工及淬火后残余A减少。
适用范围：主要用于Cr-Ni合金渗碳工件
5、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。
6、二次淬火冷处理低温回火
组织及性能特点：高于Ac1或Ac3（心部）的温度淬火，高合金表层残余A较多，经冷处理
（-70℃/-80℃）促使A转变从而提高表面硬度和耐磨性。
适用范围：主要用于渗碳后不进行机械加工的高合金钢工件。
7、渗碳后感应加热淬火低温回火
组织及性能特点：可以细化渗层及靠近渗层处的组织。
淬火变形小，不允许硬化的部位不需预先防渗。
适用范围：各种齿轮和轴类。
8、钢的渗碳工艺参数
钢的渗碳工艺参数主要有以下三项：
1.渗碳介质的化学成分：渗碳介质可分为气体、液体、固体等三大类。
2.渗碳温度：常用温度为900～950℃。
温度愈高，扩散速度愈快，渗层愈深，但温度过高会造成奥
氏体晶粒长大，降低零件的力学性能；增加工件的形状变形，降低设备的使用寿命。
3.渗碳时间：常用的渗碳时间近似计算多采用Harris公式
式中：深度单位mm；
t——时间(h);
T——温度(K) 。
对于几个常用的渗碳温度的计算公式可简化为：
925℃，
900℃，
870℃，。