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渗碳科技名词定义中文名称：渗碳英文名称：carburizing定义：为增加钢件表层的含碳量和形成一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。
应用学科：机械工程（一级学科）；机械工程(2)_热处理（二级学科）；化学热处理（三级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布编辑本组织及性能特点：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。
203中国设备工程 2020.07 （上）中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng为了提高航空产品渗碳类零件工艺控制水平，于2010年从法国引进了一台低压真空渗碳炉，采用低压真空脉冲渗碳。
由于低压真空渗碳与我厂以往可控气氛渗碳相异之处较大，为充分发挥其优越性，必须熟悉低压真空渗碳工作原理，编制出合理的工艺程序，才能充分展现该设备的先进性。
本文对脉冲渗碳过程进行了初步探讨，通过多次试验，编制多种不同材料、不同技术要求的渗碳工艺程序。
1 低压真空渗碳1.1 渗碳概述不管是可控气氛渗碳还是低压真空渗碳，不外乎以下三个阶段：（1）渗碳介质的分解；（2）碳原子的浅谈低压真空渗碳热处理技术吴平（长沙中传航空传动有限公司，湖南 长沙 410200）摘要：本文探讨了低压真空渗碳原理及炉气成分，以及低压真空渗碳的优势与不足，影响零件表面碳浓度的相关因素。
结合实际应用情况，确定了几种典型齿轮渗碳工艺程序，为航空产品研制生产作好了技术准备。
关键词：低压真空；脉冲渗碳；饱和含碳量；工艺程序 中图分类号：TG156.9 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）07（上）-0203-03吸收；（3）碳原子的扩散。
1.2 真空脉冲渗碳原理（1）原理及过程：低压真空渗碳热处理实际上是在低压真空状态下，通过多个强渗（通人渗碳介质）+扩散（通入保护气体）与一个集中的扩散过程，达到满足图纸要求渗层深度的工艺过程，如图1所示。
其控制方法为“饱和值调整法”，即在强渗期使奥氏体固溶碳并饱和，在扩散期使固溶了的碳向内部扩散达到目标要求值，通过调整渗碳、扩散时间比，达到控制表面碳浓度和渗层深度的目的。
T1：第一步乙炔时间（零件表面碳浓度达到1.18所需要的时间）。
T2：第一步扩散时间（零件表面碳浓度达扩散至0.95所需要的时间）。
长焰煤30%比例比长焰煤10%比例高2.7℃/1.5℃，说明长焰煤30%比例的火焰中心是相对偏上的。
传统渗碳缺点分析报告摘要：传统渗碳作为一种常用的表面处理方法，在降低材料表面硬度和耐磨性方面具有显著效果。
然而，传统渗碳也存在一些缺点，如处理效果不稳定、渗碳层易脱落等。
本文主要针对传统渗碳的这些缺点进行分析和探讨。
一、引言传统渗碳作为一种常见的表面处理方法，在工业领域得到广泛应用。
它通过将含有碳源的物质加热至高温，使碳原子渗透到材料表面，从而提高材料的表面硬度和耐磨性。
然而，传统渗碳在实际应用中也暴露出一些缺点，限制了其进一步发展和应用。
二、传统渗碳的缺点1. 处理效果不稳定在传统渗碳过程中，处理效果的稳定性是一个重要问题。
由于处理温度、时间、碳源等因素的控制难度，处理结果往往难以保证一致性。
不同批次的处理可能会出现渗碳层浸深不一、硬度不一致等问题，影响材料的整体质量和性能。
这导致了传统渗碳在一些精密机械、汽车及航空航天等领域的应用受到限制。
2. 渗碳层易脱落传统渗碳形成的渗碳层存在着与基体材料的结合强度不高的问题，容易发生脱落现象。
这主要是由于渗碳过程中碳原子与基体材料发生聚集不均匀、晶粒生长不稳定等原因造成的。
当受到外力冲击或剖面受磨损时，渗碳层容易脱落，导致材料表面硬度和耐磨性的降低，甚至引发事故。
3. 环境污染传统渗碳过程中产生的废气和废水对环境造成了一定的污染。
渗碳过程中使用的化学品和所需的高温条件，会释放出一些有毒有害的物质，对环境和人体健康构成潜在威胁。
同时，废水中也含有大量有机物和重金属离子，必须经过严格处理才能排放，增加了成本和工艺复杂度。
三、改进方法和展望1. 引入新的渗碳技术为了克服传统渗碳存在的缺点，可以引入新的渗碳技术。
例如，离子渗碳、气浸渗碳等新技术在渗碳层的形成、结构控制等方面具有一定的优势。
这些新技术能够通过精确控制温度、时间和碳源质量等因素，提高渗碳层的均匀性和结合强度，从而提高材料的表面硬度和耐磨性。
2. 提高渗碳工艺的稳定性改进传统渗碳工艺，提高处理效果的稳定性是关键。
真空渗碳的应用案例渗碳指使碳原子渗入到钢表面层的工艺过程。
经过渗碳处理后使低碳钢的零件具有高碳钢的表层，渗碳零件经过淬火、回火，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和塑性﹐使工件能承受高强度和频次的交变载荷。
渗碳包含3个基本过程：分解→吸附→扩散。
按渗碳方式的不同﹐可分为气氛渗碳、固体渗碳﹑液体渗碳﹑和真空渗碳等。
传统气氛渗碳目前应用最为广泛，固体渗碳和液体渗碳受生产效率，劳作条件，环保要求等诸多因素制约在逐步被替代。
作为一种目前被大量应用的渗碳方式，传统气氛渗碳在提高普通材质零件性能方面具有不可忽视的作用，但在实际生产过程也暴露出许多问题，如工件内氧化、尾气排放较大、渗碳周期较长、工件易氧化和脱碳、高合金及不锈钢等无法渗碳等。
和传统气氛渗碳方式相比，真空渗碳降低了处理成本，消除了环境污染，能获得优良的工件表面状态和渗碳层均匀性，真空渗碳还具有淬火变形小、渗碳效率高和避免晶界氧化的优点。
真空渗碳炉具有真空淬火炉所有设备优点，在工艺方面既可以真空渗碳+淬火，还能够进行工模具淬火、退火、固溶，以及某些零件的钎焊处理，基于一台设备即实现了热处理工艺的多样化生产。
同时真空渗碳炉在还可以实现高合金钢和不锈钢渗碳，提高劳动条件和产品品质等方面也具有无可比拟的优势。
下面我们就真空渗碳的应用举例我们研究了20CrMnMo材质的大直径重载齿轮的真空渗碳工艺数据及特点，并应用于实际生产，取得了良好的效果。
该齿轮已正常装机运行数年，目前运行状况良好。
一、低压真空渗碳淬火零件和技术要求材料：20CrMnMo图1.大型重载齿轮实物及试样：表1.齿轮参数及真空渗碳淬火工艺要求二、真空渗碳工艺方案及生产设备生产设备某热处理设备制造有限公司生产的FZSC2-300型双室真空渗碳油淬炉，有效工作区为1500*1500*800（mm）。
工艺方案如下表2：三、真空渗碳淬火模拟及实验结果（1）不同渗层真空渗碳工艺碳浓度三维模拟结果工艺1 ：工艺2：工艺3：（2）不同真空渗碳淬火工艺后平面处碳化物金相组织：工艺1(75+900min)：工艺2(75+1200min)：工艺3(75+1500min)：（3）不同真空渗碳淬火工艺后尖角处碳化物金相组织a、工艺1(75+900min)：b、工艺2(75+1200min)：c、工艺3(75+1500min)：（4）齿轮低压真空渗碳淬火工艺1、2和3试验结果（5）齿轮低压真空渗碳淬火工艺1、2和3试验结果（6）20CrMnMo钢低压真空渗碳模拟结果与实际值对比四、深层真空渗碳实验流程及结果分析（1）低压真空渗碳淬火工艺流程图：（2）过程说明：1、650℃预热一次：使齿轮受热均匀，减小工件内部热应力；2、渗碳结束后1barN2压力下进行气冷正火：由于大齿轮工件长时间渗碳晶粒长大趋势明显，消除渗碳层中可能存在的网状碳化物；3、680℃对齿轮进行高温回火：使渗层析出含Cr的碳化物，进一步消除渗碳层网状碳化物，使碳化物球化和消除应力。
真空渗碳炉的性能介绍
真空渗碳炉具有低压渗碳、油淬和加压气冷等多种功能，该设备可以对航天航空工业及其它机械工业所使用各类零部件进行相关的热处理，诸如：18CrNi8、12Cr2Ni4A、12Cr2Ni3A等高合金渗碳钢的渗碳及渗碳后的淬火，结构渗碳钢的渗碳及渗碳后的淬火、工模具钢、精密轴承、油泵油嘴机械件、精密机器零件等各种结构钢的油淬等。
大幅提升模具的机械性能和使用寿命。
真空渗碳炉的工作原理：将工件装入真空炉中,抽真空并加热,使炉内净化，达到渗碳温度后通入碳氢化合物（如丙烷）进行渗碳，经过一定时间后切断渗碳剂，再抽真空进行扩散。
这种方法可实现高温渗碳（1040℃),缩短渗碳时间。
渗层中不出现内氧化，也不存在渗碳层表面的含碳量低于次层的问题，并可通过脉冲方式真空渗碳，使盲孔和小孔获得均匀渗碳层。
低压真空渗碳法及其优点：低压真空渗碳是在低压真空状态下，通过多次强渗+扩散过程，以达到零件渗层深度要求的工艺过程，其控制方法为“饱和值调整法”。
即在强渗期使奥氏体固溶碳饱和，在扩散期固溶的碳向内部扩散到目标的要求值，通过调整渗碳、扩散时间比，达到控制表面碳浓度和渗碳层深度的目的。
优点：1.无内氧化，能显著提高零件表面疲劳性能。
2.处理后畸变小。
3.计算机控制，渗碳精度高。
4.处理后产品表面呈光亮状，可不经清洗、喷丸工序。
真空渗碳炉的结构特点：加热元件沿加热室圆周均匀布置，温度均匀性高；加热室和冷却室分开，生产效率高、使用成本低；冷却均
匀性好，工件变形小；渗碳气体喷嘴沿加热室圆周均匀布置，渗碳层厚度均匀。
真空技术的发展与展望20世纪，真空工业的发展极为显著，引起各界的关注。
真空科学与技术在科学研究中只是一门实验技术，而在现代工业生产中却成了一门基本技术而得到广泛应用。
真空工业的如此发展，是否归究于技术方面的重大发明或发现呢?根本不是。
而全世界真空工业发展的原因只是由于其他工业技术领域对真空的需求增加了。
如日本国的真空设备厂家的销售额中，仅电子工业就占40%左右，正说明这一领域对真空技术的需求增加了。
进入21世纪，真空工业又将如何发展，赖以发展的需求又是什么?在科学与技术不断的发展的今天，真空技术又会起到什么新的作用?又能取得什么新成就?这许多未知的问题，令人关注，值得思考。
过去我们谈真空技术的发展动向，通常去查找学术论文和专利资料，以了解真空状态下的物理现象的应用，真空获得和测量仪器的进展等情况。
而现在我们应改变以往的做法，要抓住真空的需求关系，从这个侧面来展望真空技术的发展动向。
也就是，应从某些重要的真空应用领域中探讨与真空技术的关系，来展望21世纪真空技术本身的发展动向。
一、需要不断扩大真空的应用领域在21世纪，真空的需求是增长还是减少?今后的发展趋势又将如何?这主要取决于真空应用的领域是否增加，需求是否增长。
在20～30年前，真空书籍中就指出：真空技术的应用，一是靠压力差，二是通过空间的电子或分子排除干扰，三是降低粒子撞击表面的次数。
用于各自的需求不同，所需的真空度当然也就不同了。
所谓排除空间障碍物，即粒子的平均自由程要比装置的特征尺寸长。
真空蒸发、电子管和加速器就是利用了真空的这一特点。
除大功率的电子管外，其他大部分做成固体元件，这样就不再需要真空了。
暖水瓶是真空技术在人们日常生活中的重要应用，如果以后能生产出优良的绝热材料，且很便宜，那么真空在暖水瓶的生产过程中将会失去作用。
从降低表面粒子入射频率的必要性看，超高真空技术定会得到发展，它可使表面长时间地维持其清洁。
目前，真空技术的应用的特点是：利用真空环境来研制一些新材料和新工艺。
国内外渗碳和渗氮热处理工艺的新进展(二)朱祖昌;许雯;王洪【期刊名称】《热处理技术与装备》【年(卷),期】2013(034)005【总页数】8页(P1-8)【作者】朱祖昌;许雯;王洪【作者单位】上海工程技术大学,上海201620;上海市机械制造工艺研究所有限公司,上海201620;上海金属材料改性工程技术研究中心,上海200070;上海市机械制造工艺研究所有限公司,上海201620;上海金属材料改性工程技术研究中心,上海200070【正文语种】中文【中图分类】TG156.8真空渗碳也称低压渗碳，是一种非平衡的强渗-扩散型(non-equilibrium boost-diffusion-type)渗碳过程。
其一般过程描述为在具有一定分压的碳氢气氛的粗真空的奥氏体化条件下进行渗碳和在粗真空条件下进行扩散，在达到技术条件要求后于油中或高压气淬条件下冷却的一个过程。
真空渗碳淬火设备为:单室或双室真空渗碳高压气淬炉、双室真空渗碳油淬炉、多室真空渗碳炉与真空高压气淬室或真空油淬室以及回火设备等组成的生产线。
真空渗碳淬火工艺及代号按GB/T 12603规定分:真空渗碳(531-02)真空渗碳气体淬火(531-02G)和真空渗碳油淬火(531-02O)。
真空渗碳用富化气为:乙炔气体(C2H2)或丙烷气体(C3H8)，纯度不低于96%;工艺过程中压强调解用气体为:高纯氮气(N2)，纯度不低于99.995%。
相应管路中压强应稳定在0.2 MPa左右。
真空渗碳淬火工艺中，真空渗碳工艺参数见表7。
真空渗碳淬火工艺操作过程见表8。
我国真空渗碳的质量控制标准按JB/T 10175和JB/T 11078规定执行。
一般真空渗碳淬火件在回火处理后进行，检验要求见表9。
真空渗碳是应用强渗碳气氛使工件表面处于奥氏体化的渗碳温度的饱和碳浓度Cc 和设定的表面碳浓度Cs(一般为0.8%C)之间连续不断调整，并达到设计渗碳层深度的一种工艺方法。
真空渗碳技术国内外发展现状
真空渗碳技术数十年的发展受到了热处理领域的广泛重视，取得了一系列进展。
1 国外研究现状
法国ECM公司的分级气淬(Stop GQ)技术，在180～200℃之间等温停留工件自回火，可节省回火工序；低压真空碳氮共渗，加热温度在800～900℃之间，处理后工件表面含碳量和含氮量分别约为0.6%～0.8%和0.15%～0.30%，渗层深度在0.25～0.50mm范围，所用气体为氨气和乙炔。
日本Inata采用乙炔为富化气，在汽车零部件、机械和模具等工件上实现真空高浓度渗碳，其优点主要在于在渗碳层上析出尺寸细小的球状碳化物，进而提高工件综合性能；在温度范围为1000～1050℃下对不锈钢进行真空渗碳，工件表面可获得较高的硬度从而提高其耐磨性，此外真空渗碳还用于先进材料的热处理，比如航空航天材料，要求在300～500℃或者更高温度能保持其力学性能。
波兰的Piotr Kula等通过对厚度为0.45mm的工业纯铁进行低压真空碳氮共渗处理，结果表明在温度高于700℃时添加氨气导致加热室内造成碳的沉积，为达到在高温真空渗碳过程中易于控制奥氏体晶粒长大添加氨气应在550～700℃之间进行。
波兰的Emilia Wolowiec等通过对18CrNi8钢真空渗碳过程中“渗
碳/扩散”周期的数量和时间上进行优化发现在不考虑渗碳温度的情况下，两段式（1个渗碳阶段+1个扩散阶段）真空渗碳会导致真空渗碳处理过程时间增长，工艺总时间和渗碳的效率取决于在扩散阶段18CrNi8钢表面获得的瞬时最低碳浓度值。
2 国内研究现状
北京南口机车车辆机械厂樊玉福等人通过对27SiMnMoV钢制针阀体在型号为PFV500×600的真空渗碳炉经真空渗碳、气淬、冷处理和回火后进行研究，发现尽管针阀体存在近似盲孔结构但经真空渗碳处理后渗碳层性能良好且变形量较小。
北京航空材料研究院孙枫等人为解决Cr17Ni2不锈钢因存在钝化膜和渗碳温度高等难题，通过研究淬火温度不同和冰冷处理工艺不同对Cr17Ni2不锈钢真空渗碳后心部金相组织和硬度后发现表面硬度≥750HV10，渗层深度在0.5mm时为Cr17Ni2不锈钢理想的显微组织和硬度，其微观组织为弥散且尺寸较小的分布于马氏体中的碳化物和δ铁素体组成。
北京亚新科天纬油泵油嘴股份有限公司徐子健等人通过与清华大学等学者合作，研究了18Cr2Ni4W A钢在ECM公司生产的型号为ICBP-200-TG的低压真空渗碳气淬炉经两种不同真空渗碳淬火、回火和深冷热处理工艺处理后的组织与性能，发现钢的渗碳层的组织为针状马氏体、点状碳化物和表面少量的残余奥氏体组成，表面洛氏硬度达到64.2HRC，试样心部组织为低碳板条马氏体，心部的强韧性和表面的高硬度配合良好，同时发现渗碳层深度基本不受热处理工艺的影
响，均为0.86mm，但深冷处理后18Cr2Ni4W A钢的表面残余奥氏体含量较未进行深冷处理时显著降低。
南京机电液压工程研究中心徐德佳等人通过低合金超高强度钢30CrMnSiNi2A钢在型号为VUTK(Avac)-224(FV)-6bar abs的真空渗碳炉进行真空渗碳和盐浴等温淬火处理后，渗碳层组织和性能均符合要求，解决了30CrMnSiNi2A钢离合器轴的渗碳技术难题。
洛阳LYC轴承有限公司宋华华等人通过分析不同压力、渗碳温度和时间对TC11钛合金真空渗碳处理后的渗碳层深度、组织和表面硬度的影响，研究结果表明温度、时间和压力的增大可以提高钛合金的硬度和渗碳层深度，并得出了TC11钛合金在1100℃、1600Pa和60min 真空渗碳参数下表面显微硬度为470HV0.2，渗碳层深度为0.25mm。
西北有色金属研究院姬寿长等人对经预处理的TC21钛合金进行真空渗碳进行研究，结果表明TC21钛合金渗碳层不含氢的化合物，XRD检测出TiC等碳化物但氢化物出现，TC21钛合金渗碳处理后摩擦系数由0.6降为0.23，改善了其摩擦性能，同时真空渗碳也使得TC21钛合金工件之间的摩擦状态发生改变，从原来的TC21基体Ti基/Ti球之间的粘着磨损变成Ti基/TiC球之间的剥层磨损和磨粒磨损。
北京科技大学彭以超等人对工业服役6a的乙炔裂解炉管Cr35Ni45Nb合金通过真空渗碳方式模拟其加速渗碳过程进行研究，研究发现处理后形成的Cr2O3/SiO2复合氧化层具有优异的抗腐蚀能力，这种复合氧化层是阻止C渗入裂解管的有效途径，但这种抗渗碳能力会随着Cr2O3碳化为Cr3C2而逐渐减弱。
进一步试验后发现，当渗碳时间足够的长或者复合氧化层消失后，裂解管内组织出现了显著变化：M23C6原位转变成M7C3并在碳化物内部析出γ相，进而发生金属尘
化现象，造成裂解管早期失效。
上海航天设备制造总厂任伟等人通过分析真空渗碳工艺参数（渗碳温度和渗碳时间）对20CrMnTi钢表面碳浓度、显微硬度分布和渗层深度的影响，结果表明渗碳层深度和表面碳浓度随着真空渗碳温度的提升和渗碳时间的增长而增大，但是20CrMnTi钢表面硬度下降，渗碳层最高硬度处碳浓度硬度为0.78%，并且通过对比传统气氛渗碳，真空渗碳渗碳层深度更加均匀。
