固體滲碳技術(shù)詳解一、滲碳目的

滲碳就是向鋼的表面層滲體碳原子的過(guò)程。即把工件放入滲碳?xì)夥罩性?00—950℃加熱保溫，使鋼件表面層增碳的過(guò)程。

機(jī)械零件中，如凸輪、偏心輪、齒輪、活塞銷等類零件工作時(shí)表面經(jīng)受強(qiáng)烈地摩擦，并承受著沖擊載荷，因此，要求表面硬、耐磨、心部應(yīng)俱有良好的塑性和韌性。

如何滿足零件表面硬、耐磨心部又有良好的塑性韌性呢？這個(gè)問(wèn)題，必須從材料使用和熱處理工藝方面分析研究，如果選用高碳鋼材進(jìn)行淬火、低溫回火處理，雖具有高的硬度和良好的耐磨性，但塑性韌性較低，滿足不了要求。選用低碳鋼材料淬火后，雖具有高的硬度和良好的耐磨性，但塑性韌性較低，滿足不了要求。選用低碳鋼材料淬火后，雖具有良好的塑性韌性，但得不到高硬度和耐磨性的表面層，同樣滿足不了要求。而選用低碳鋼進(jìn)行滲碳、淬火，則可以得到滿意的結(jié)果，這就是滲碳的目的。

二、滲碳用鋼

由于滲碳零件要求滲碳淬火后心部保持一定的韌性，宜用含碳量較低的鋼制造，一般含碳量在0.08~0.25%范圍。對(duì)于要求較高或較大截面的零件，含碳量達(dá)0.30%。由于低碳鋼強(qiáng)度較低，而且淬透性差，長(zhǎng)時(shí)間滲碳晶粒易于長(zhǎng)大，所以，重要零件(如汽車、拖拉機(jī)齒輪等)都用低碳合金滲碳鋼。合金滲碳鋼中常加入Cr、Ni、Mo、W、V、Mn、B和Ti等元素。

各種不同合金元素對(duì)滲碳鋼有不同的影響，大數(shù)如下：

Cr、Mn、Ti等合金元素，它加入合金主要作用是增加滲碳鋼的淬透性，并使在淬火和低溫回火后表層和心部組織得到強(qiáng)化。

Mo、W、Ti、V、B等合金元素，它加入合金滲碳鋼中的含量雖然不多，特別是B的含量是極微的，僅為0.001—0.004%。Mo、W、Ti、V、Ti所起的主要作用是形成穩(wěn)定的合金碳化物，阻礙奧氏體晶長(zhǎng)大，并使合金滲碳鋼在淬火和回火后表層和心部組織得到強(qiáng)化。特別是增加表面耐磨性。微量的B能強(qiáng)烈地增加合金滲碳鋼的淬透性。

三、滲碳的一般原理和質(zhì)量要求

鋼之所以能夠滲碳，是因?yàn)殇撛诟邷貖W氏體狀態(tài)，對(duì)碳具有相對(duì)大的溶解度(2.06%)，鋼的滲碳就的借助這個(gè)原理。但是，并不是所有狀態(tài)的碳都可以被鋼表面所吸收，而只有活性碳原子才能被鋼表面吸收，被吸收的碳原子，在高溫狀態(tài)下在內(nèi)部往外擴(kuò)散，從而形成一定厚度的滲碳層。因此，滲碳過(guò)程中包括了分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程。

(一)            分解：

含碳化合物的分解，形成活形碳原子(用[C]表示)：

2CO  —→  CO2   +  [C]

(一氧化碳) (二氧化碳)

CH4   —→  2H2   +  [C]

(甲烷)      (氫)

(二)            吸收：

高溫下活性碳原子與金屬表面接觸，被金屬表面吸收后，溶解于金屬基體或與金屬基體形成某種金屬化合物。

(三)            擴(kuò)散：

零件表面吸收(固溶)了碳原子后，表面含碳量增加，使零件表面與心部產(chǎn)生一定的碳濃度而促使表面碳原子逐步向心部擴(kuò)散。

滲碳的結(jié)果取決于上述三個(gè)基本過(guò)程的關(guān)系。通過(guò)調(diào)整上述三個(gè)過(guò)程的關(guān)系，應(yīng)滿足如下主要的滲碳層質(zhì)量的要求：

⒈ 到達(dá)規(guī)定的滲碳層厚度(滲碳層厚度之計(jì)算，一般是從零件表層開始測(cè)量到過(guò)渡的二分之一處)。如滲碳層太薄時(shí)，在高負(fù)荷作用下，會(huì)使?jié)B碳層壓穿，如滲碳太厚，也將影響滲碳零件的抗沖擊能力。

⒉ 滲碳表層含碳濃度應(yīng)控制在0.8—1.05%范圍內(nèi)。如含碳濃度過(guò)低(小于0.8％)，則達(dá)不到所要求的高硬度，高耐磨性。如果含碳濃度過(guò)高(大于1.05%)，則過(guò)剩碳化物較多，也使?jié)B碳層強(qiáng)度，尤其是疲勞強(qiáng)度下降，特別當(dāng)碳化物以針狀或網(wǎng)狀形式存在時(shí)由于馬氏體被這些脆性組織所割裂，對(duì)滲碳層強(qiáng)度起著特別有害的影響。

⒊ 含碳量沿深度的變化(也稱濃度梯度)要和緩，表層和心部之間的過(guò)渡區(qū)無(wú)明顯分界，以避免在使用過(guò)程中產(chǎn)生滲層剝落現(xiàn)象。

⒋ 過(guò)共析、共析層應(yīng)占整個(gè)滲碳層厚度的60—70％，**限度應(yīng)不小于50％，這樣，使淬火后得到大致均勻的硬度，也不妨礙對(duì)滲碳層的**后研磨。

常用滲碳方法有：固體滲碳法和氣體滲碳法兩種。