渗碳常用工艺

液体渗碳技术

液体渗碳技术是一种常用的表面强化方法，它通过在金属材料表面形成一层高碳含量的硬化层，从而提高材料的硬度、耐磨性和抗腐蚀性能。本文将从渗碳原理、工艺流程、设备及应用等方面进行详细介绍。

一、渗碳原理

液体渗碳技术主要是利用液态金属中的高浓度活性元素，如碳、氮等，在高温下向金属表面扩散，形成一定厚度的强化层。其中，液体中的活性元素主要通过化学反应和扩散作用来实现。

在液体渗碳过程中，首先需要将金属件放入预热炉中进行加热处理，使其达到适宜的温度范围。然后将含有活性元素的溶液（如盐酸、氰酸等）浸泡在金属件周围，并保持一定时间。在此过程中，活性元素会逐渐扩散到金属表面，并与其发生反应，在表面形成一定厚度的硬化层。最后将金属件取出冷却，即可完成渗碳处理。

二、工艺流程

液体渗碳技术的工艺流程主要包括预处理、渗碳处理和后处理三个环节。

1. 预处理

预处理是指在进行液体渗碳前对金属件进行必要的准备工作。首先需要对金属件进行清洗，去除表面的油污、锈蚀等杂质。然后将其放入预热炉中进行加热处理，使其达到适宜的温度范围。

2. 渗碳处理

渗碳处理是指将含有活性元素的溶液浸泡在金属件周围，并保持一定时间，使活性元素逐渐扩散到金属表面形成硬化层的过程。具体操作步骤如下：

（1）将含有活性元素的溶液倒入渗碳炉中；

（2）将预热好的金属件放入渗碳炉中，并确保其表面与溶液充分接触；

（3）启动加热系统，使温度逐步升高到设定值，并保持一定时间；

（4）关闭加热系统，等待金属件自然冷却至室温。

3. 后处理

后处理是指将渗碳处理后的金属件进行必要的加工和表面处理。主要包括退火、研磨、抛光等环节，以保证其表面质量和性能。

三、设备

液体渗碳技术的设备主要包括预热炉、渗碳炉和冷却设备等。其中，预热炉用于对金属件进行加热处理，使其达到适宜的温度范围；渗碳炉用于浸泡含有活性元素的溶液，并将其扩散到金属表面形成硬化层；冷却设备则用于将金属件冷却至室温。

渗碳

定义

渗碳是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中,加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区,保温足够时间后,使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层,从而获得表层高碳,心部仍保持原有成分. 相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。

简介

渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25％)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑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﹐使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。

渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。30年代﹐连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。60年代高温(960～1100℃)气体渗碳得到发展。至70年代﹐出现了真空渗碳和离子渗碳。

原理 渗碳与其他化学热处理一样﹐也包含3个基本过程。

①分解：渗碳介质的分解产生活性碳原子。

②吸附：活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中﹐使奥氏体中含碳量增加。

③扩散：表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差﹐表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度﹐同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。

渗碳零件的材料 一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於0.25％)。渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物﹐心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织﹐但应避免出现铁素体。一般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫米﹐深度渗碳时可达2毫米或更深。表面硬度可达HRC58～63﹐心部硬度为HRC30～42。渗碳淬火后﹐工件表面产生压缩内应力﹐对提高工件的疲劳强度有利。因此渗碳被广泛用以提高零件强度﹑冲击韧性和耐磨性﹐借以延长零件的使用寿命。

主轴渗碳淬火工艺　Ｈ　ｅａ　ｔ帅　ｌ　ｌ热处理　

葛花荣周峰　

最近我公司热处理车间承揽　

了两件材料为】８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ的主　

轴要求渗碳淬火，外圆虚线部位　

硬度要求５８～６２ＨＲＣ，渗碳层深　

１．８～２．０ｍ　ｍ，『人】孔硬度要求大　

于４８ＨＲＣ。渗碳淬火后硬度高，　

校直难度大，加大了该件开裂风　

险。工件主要尺寸如图ｌ所示。　

１．渗碳　

该工件渗碳工艺如图２所　

示。该工件渗碳前留量及渗碳后　

变形量如表ｌ所示。　

该件实际渗碳层深３。５ｍｍ，　

渗碳后要进行两次高温回火，目　

的是使碳化物聚集，减少后续淬　

火的残留奥氏体，使淬火时硬度　

提高；该件渗碳后变形大，将工　

件校直列外圆径向圆跳动１ｍｍ左　

右，以渗碳外圆为基准加工其他　

部位。　

２．淬火　

网该件中间为通孔，且孔直　

径较小，油淬时‘内孔压力太大，　

操作人员和油池都存在必然的危　

表１　

直径留量　部位　渗碳后变形／ｒａｍ　／ｍｍ　

渗碳　２．５±０．１　６～７　非渗碳圆　ｌＯ　Ｏ．２　险。现采取水淬油冷工艺，淬火　

过程要严格控制水淬时间与出油　

时工件温度，该件淬火后就要及　

时校直，以免回火后残留奥氏体　

充分转变硬度升高和回火温度低　

增加校直风险。　

水淬油冷时不能用渗碳炉托　

盘，因为多次渗碳后托盘水淬时　

易开裂，故针对此件制作专用起　

吊工装，为了减小淬火后变形，　

我们决定在右端　ｌ７５ｍｍ处进行　

起吊，工装如图３所示。　

淬火工艺如图４所示。　

第一件淬火，水冷时间压缩　

到１ｒａｉｎ，油冷８ｍｉｎ，淬火后变形　

及校直情况如表２所示。　

该工件ｌ６０℃×ｌ５ｈ回火后，　

硬度仅５０～５２ＨＲＣ，之后将该件　一８０℃×３ｈ冷处理，１４０℃×１　５ｈ　

消应力后，硬度可达５７ＨＲＣ。　

因第一件淬火后实测硬度　

偏低，第二件水冷时间加大到　

１．５ｍｉｎ，油冷８ｍｉｎ，淬火后变形　

如表３所示。　

表２第一件校直前后变形量　

测量　１７５ｒａｍ　左端　中间　右端　

位置　／ｍｍ　／ｍｍ　／ｒａｍ　

Ｒｅ—ｓｅａｒｃｈ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｌ　壅皇壁里　

齿轮连续式渗碳炉稀土快速渗碳工艺　

哈尔滨汇隆汽车箱桥有限公司　（黑龙江１５００８８）　金荣植　

“解放”牌７ｔ载重汽车后桥主动、从动圆锥齿轮　

均采用２０ＣｒＭｎＴｉＨ钢制造，材料化学成分要求执行ＧＢ／　

Ｔ５２１６—２００４　保证淬透性结构钢》标准。渗碳淬火有效　硬化层深度要求为１．７０～２．１０ｒａｍ；金相组织，碳化物１～　

５级，马氏体、残留奥氏体１～５级；齿轮表面与心部硬度　

要求分别为５８～６３ＨＲＣ￣Ｈ３５～４０ＨＲＣ，检验按ＱＣ／Ｔ２６２　

１９９９　汽车渗碳齿轮金相检验》标准规定执行。　

齿轮渗碳淬火和回火设备采用双排连续式气体渗　

碳自动生产线（简称连续式渗碳炉）。连续式渗碳炉稀　

土渗碳工艺路线为：６０～７０￣Ｃ清洗一４５０～５００℃预处理　

一８８０～９Ｏ０℃预热（１区）４９２０～９２５℃预渗碳（２区）　

４９２５～９３０℃渗碳（３区）８９０～９１０￣Ｃ扩散（４区）一　

８４０～８５Ｏ℃预冷淬火（５区）４－－，８７０℃保温室从动齿轮上　

压床淬火－－＊６０～７０℃清洗一Ｉ　８０℃×６ｈ回火一３０ｍｉｎ抛　

丸清理一交检。稀土渗碳工艺采用稀土氮一甲醇工艺　

（见图１）。　

９２５￣９３０　二　９００～９２０　／　＼　８８０￣、９１０８４０～　，，———一　／　娟　１　３　４　５　加热　加渗Ｉ　强渗ｌＩ　扩散　预冷　丙烷／ｍ３・ｈ　１　Ｏ　０－３Ｏ～Ｏ　６０　Ｏ＿３０～Ｏ．６０　０．１～０　０　氮气／ｍ３・ｈ。。　２～３　２ｑ　２～３　２￣３　３～１　甲醇／ｍＬ・ｒａｉｎ一　Ｏ　１Ｏ～２０　２Ｏ＾－３０　１０～２Ｏ　０　稀土甲醇，ｎ１Ｌ・ｒａｉｎ　０　１５～３０　１５～３０　ｌＯ～２５　Ｏ　

图１　冷　

一，稀土渗碳结果与分析　

１．设备改造及效果　

稀土渗碳产业化过程中需解决两项关键问题，即　热处理工艺装备问题、稀土渗碳工艺参数选择与搭配问　

题。　

（１）热处理工艺装备问题　以前在连续式渗碳炉　上做过多次研究与实际生产应用，但由于使用简单的稀