渗碳是一种表面热处理工艺，通过在高温下使碳原子渗入钢件表面，形成一层高碳的表面层，从而提高钢件的表面硬度和耐磨性，同时保持心部的韧性。渗碳工艺广泛应用于机械制造、汽车、航空航天等领域，用于制造齿轮、轴承、轴类等零件。
一、渗碳原理
渗碳的基本原理是利用含碳气体（如甲烷、丙烷、乙炔等）或液体（如煤油、甲醇等）在高温下分解，释放出活性碳原子。这些碳原子通过吸附、扩散和化学反应渗入钢件表面，形成高碳表面层。渗碳过程通常在900℃至1000℃的温度范围内进行，具体温度取决于材料和工艺要求。
二、渗碳工艺步骤
1. 预处理
- 清洁：在渗碳前，工件表面必须彻底清洁，去除油污、铁锈和氧化皮。通常使用化学清洗剂或机械方法进行清洁。
- 预热：将工件预热至一定温度，以减少热应力和提高渗碳效率。预热温度通常在600℃至800℃之间。
2. 渗碳过程
- 装炉：将清洁和预热后的工件放入渗碳炉内，确保工件之间有足够的间隙，以便气体能够均匀流动。
- 通入渗碳介质：向炉内通入含碳气体或液体，如甲烷、丙烷、乙炔等。这些气体在高温下分解，释放出活性碳原子。
- 控制温度和时间：根据工件的材质和工艺要求，设定合适的渗碳温度和时间。渗碳温度通常在900℃至1000℃之间，渗碳时间根据工件的尺寸和要求的渗层深度而定，一般在1小时至10小时之间。
- 控制气氛：通过调节气体流量和压力，确保炉内气氛的稳定性和均匀性。常用的气氛包括吸热式气氛、放热式气氛和滴注式气氛。
3. 扩散过程
- 保温：在渗碳完成后，工件需要在炉内保温一段时间，以使渗入的碳原子充分扩散，形成均匀的渗层。保温时间通常为1小时至4小时。
- 冷却：保温完成后，工件需要缓慢冷却，以减少热应力和防止开裂。冷却方式可以是炉内冷却或在保护气氛下冷却。
4. 后处理
- 淬火：渗碳后的工件通常需要进行淬火处理，以提高表面硬度和耐磨性。淬火介质可以是油、水或气体，具体选择取决于工件的材质和性能要求。
- 回火：淬火后的工件需要进行回火处理，以消除淬火应力，调整硬度，提高韧性。回火温度通常在150℃至300℃之间，回火时间根据工件的尺寸和要求的硬度而定。
三、渗碳工艺参数
1. 温度
- 渗碳温度：通常在900℃至1000℃之间，具体温度取决于材料和工艺要求。
- 保温温度：通常在渗碳温度下进行保温，以确保碳原子充分扩散。
- 冷却温度：淬火温度通常在800℃至900℃之间，回火温度通常在150℃至300℃之间。
2. 时间
- 渗碳时间：根据工件的尺寸和要求的渗层深度而定，一般在1小时至10小时之间。
- 保温时间：通常为1小时至4小时，以确保碳原子充分扩散。
- 淬火时间：通常在几分钟至十几分钟之间，具体时间取决于工件的尺寸和淬火介质。
- 回火时间：通常在1小时至4小时之间，具体时间取决于工件的尺寸和要求的硬度。
3. 气氛
- 渗碳气氛：常用的气氛包括吸热式气氛、放热式气氛和滴注式气氛。吸热式气氛通过吸热反应生成含碳气体，放热式气氛通过放热反应生成含碳气体，滴注式气氛通过滴注含碳液体生成含碳气体。
- 保护气氛：在淬火和回火过程中，通常使用保护气氛（如氮气、氩气等）以防止工件表面氧化。
