氣體滲碳工藝

1、 職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學資源庫金屬材料與熱處理課程氣體滲碳工藝主講教師：馬安博 西安航空職業(yè)技術(shù)學院氣體滲碳工藝一、氣體滲碳定義在增碳的活性氣氛中，將低碳鋼或低碳合金鋼加熱到高溫（一般為900950），使活性碳原子進入鋼的表面，以獲得高碳滲層的工藝方法。以天然氣、丙烷、丁烷等氣體為主劑的滲碳法。優(yōu)點：適于大量生產(chǎn)；表面碳濃度可以調(diào)節(jié)；瓦斯流量、溫度、時間容易自動化，容易管理。缺點：設備費昂貴；處理量少時成本高；需要專門作業(yè)知識。二、氣體滲碳的技術(shù)要求與工藝過程 對鋼件滲碳層的技術(shù)要求主要是滲層表面含碳量、滲層深度、由表層含碳量和滲層深度決定的碳濃度梯度、滲碳淬火回火后的表面硬度，對

2、重要滲碳零件還經(jīng)常規(guī)定對表層及心部最后的金相組織要求（包括碳化物分布的級別、殘留奧氏體等級、表層和心部組織粗細等）。 滲碳鋼中Wc一般在0.120.25之間，其所含主要合金元素一般是鉻、錳、鎳、鉬、鎢、鈦等。在滲碳前，零件往往需經(jīng)過脫脂、清洗或噴砂，以除去表面油污、銹跡或其他臟物。對需局部滲碳的零件，要在不滲碳處涂防滲膏或鍍銅加以防護。零件在料盤內(nèi)必須均勻放置，以保證滲碳的均勻性。在滲碳過程中，必須控制氣氛碳勢、溫度和時間，以保證技術(shù)條件所規(guī)定的表面碳含量、滲層深度和較平緩的碳濃度梯度。滲碳后，根據(jù)爐型及技術(shù)要求，進行直接淬火或重新加熱淬火，以獲得預期的組織和性能。三、氣體滲碳工藝參數(shù)的選擇與

3、控制 1.氣氛碳勢 滲碳件的最佳表面碳含量通常是為了保證淬火后獲得最高表面硬度。最高表面硬度與鋼的成分密切相關(guān)。圖1所示是不同成分鋼滲碳淬火后最高表面硬度與表面含碳量的關(guān)系。由圖可見，隨著鋼中鎳、鉻含量的提高，最高硬度對應的表面碳含量下降，其原因與合金元素可降低Ms和Mf點，使殘留奧氏體量增多有關(guān)。此外，最佳表面碳含量應保證滲層具有較高的耐磨性和抗接觸疲勞性能等。一般認為，滲碳層中有適量的碳化物存在才能有高的耐磨性。圖1 不同成分鋼滲碳淬火后表面硬度與表面含碳量的關(guān)系（925滲碳后直接淬火）2Ni-1.5Cr鋼3%Ni鋼0.30.40.50.70.91.11.20.60.81.08007006

4、00500900800700600500900硬度 / HB表面含碳量，%2.滲碳溫度 溫度高低對滲碳質(zhì)量影響極大。首先，溫度影響分解反應的平衡，從而影響碳勢。3.滲碳時間 滲碳時間主要取決于滲層的深度要求。滲層深度確定之后，可根據(jù)氣氛碳勢、滲碳溫度、滲碳鋼成分等確定所需滲碳時間。4.分段滲碳工藝參數(shù) 為了縮短滲碳的總時間，節(jié)省能源，降低消耗，通常在生產(chǎn)中將滲碳過程分為不同階段，而在不同階段中對各參數(shù)進行綜合調(diào)節(jié)。最典型的做法是將整個滲碳過程分為四個階段：第一階段升溫排氣階段。是工件達到滲碳溫度前的一段時間，用較低碳勢。第二階段強滲階段。在正常溫度或更高溫度下，用高于所需表面碳含量的碳勢，時間

5、較長。第三階段擴散階段。工件降到（或維持在）正常滲碳溫度，碳勢降到所需表面碳含量，時間較短。第四階段降溫預冷階段。使溫度降到淬火溫度，便于直接淬火。這種分階段的滲碳可使整個滲碳時間比不分階段的滲碳縮短2060，還可使碳濃度在近表面處變化平緩，從而得到理想的滲層。均溫30120240930溫度 / 時間 / minIIIIIIIVV放氣15min淬油上區(qū)860下區(qū)850試棒層深0.60.7mm試棒層深1.11.5mm 排氣升溫直接淬火增碳期擴散期降溫期加熱滲碳擴散冷卻圖2 20CFMnTi鋼拖拉機油泵齒輪在RJJ-90爐中氣體滲碳的工藝曲線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 圖2為使用煤油滴注式氣氛進行分階段滲碳