什么是渗碳？- 定义、类型和工艺

什么是渗碳？

渗碳是一种表面硬化过程，其中碳在足够高的温度下扩散到钢部件的表层以改变钢的晶粒结构。这种变化使钢能够吸收碳。结果是耐磨层使渗碳成为生产坚固、安全金属的理想工艺。

渗碳是一种热处理过程，其中铁或钢吸收碳，而金属在含碳材料（如木炭或一氧化碳）的存在下被加热。目的是使金属更硬。

根据时间和温度，受影响区域的碳含量可能会有所不同。较长的渗碳时间和较高的温度通常会增加碳扩散的深度。

当铁或钢通过淬火快速冷却时，由于从奥氏体转变为马氏体，外表面较高的碳含量变硬，而芯部仍保持铁素体和/或珠光体组织的柔软和韧性。

这种制造工艺的特点可以分为以下几个关键点：

• 适用于低碳工件；
• 工件与高碳气体、液体或固体接触；
• 产生坚硬的工件表面；工件型芯在很大程度上保持其韧性和延展性，并且
• 它可产生高达 0.25 英寸（6.4 毫米）的表面硬度深度。

在某些情况下，它可以作为制造过程早期发生的脱碳的补救措施。

渗碳方法

钢的渗碳涉及使用碳源对金属表面进行热处理。渗碳可用于增加低碳钢的表面硬度。早期的渗碳是在待处理的样品周围直接涂上木炭，但现代技术使用的是含碳气体或等离子体。

该过程主要取决于环境气体成分和炉温，必须小心控制，因为热量也可能影响材料其余部分的微观结构。对于需要对气体成分进行严格控制的应用，可以在真空室中的极低压力下进行渗碳。

等离子渗碳越来越多地用于改善各种金属的表面特性，尤其是不锈钢。该过程是环保的。它还提供了对复杂几何形状的部件的均匀处理，使其在部件处理方面非常灵活。

渗碳过程通过碳原子扩散到金属表面层中进行。由于金属是由紧密结合在金属晶格中的原子组成的，因此碳原子扩散到金属的晶体结构中，要么留在溶液中，要么与主体金属中的元素反应形成碳化物。

如果碳保持在固溶体中，则对钢进行热处理以使其硬化。这两种机制都强化了金属的表面，前者通过形成珠光体或马氏体，而后者通过形成碳化物。这两种材料都坚硬耐磨。

气体渗碳一般在900～950℃范围内进行。

在氧乙炔焊接中，渗碳火焰是一种含氧量很少的火焰，它会产生煤烟、温度较低的火焰。常用于金属退火，使其在焊接过程中更具延展性和柔韧性。

渗碳的种类

过去，根据碳源的不同，有三种渗碳方法：固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。相应地使用木炭、熔盐和天然气、丙烷等含碳气体。

常用的渗碳方式有以下三种：

• 气体渗碳
• 渗碳液
• 整体渗碳

这三个过程都是基于淬火过程中奥氏体转变为马氏体。表面碳含量的增加必须足够高，以产生具有足够硬度的马氏体层，通常为 700 HV，以提供耐磨表面。

扩散后表面所需的碳含量通常为0.8～1.0% C。这些工艺可以在各种碳钢、合金钢和铸铁上进行，其中质量中的碳含量最大为0.4 %，通常小于 0.25%。热处理不当会导致氧化或脱碳。

渗碳虽然是一个相对较慢的过程，但可以作为一个连续的过程，适用于大批量的表面硬化。

1。气体渗碳

在气体渗碳中，涉及在富碳气氛的存在下将碳钢加热到奥氏体化温度。通常使用载气，例如吸热（“Endo”）气体以及碳氢化合物富集（天然气或丙烷）。

将组件放置在烘箱中，烘箱中含有甲烷或丙烷气氛和中性载气，通常是 N2、CO、CO2、H2 和 CH4 的混合物。在渗碳温度下，甲烷（或丙烷）在部件表面分解为原子碳和氢，碳扩散到表面。

温度通常为 925°C，渗碳时间范围从深度为 1 毫米的外壳的 2 小时到深度为 4 毫米的外壳的最长 36 小时。淬火介质通常是油，也可以是水、盐水、苛性钠或聚合物。

2。真空渗碳

这种渗碳过程涉及低压、无氧环境。该过程使用气态碳氢化合物，例如甲烷。由于环境是无氧的，所以可以提高渗碳温度而不用担心氧化。温度越高，碳的溶解度和扩散速率越高，从而最大限度地减少了壳层深度所需的时间

3。液体渗碳

液体渗碳是一种用于表面硬化钢或铁零件的工艺。将零件保持在温度高于 Ac1 的熔融盐中，将碳和氮或单独的碳引入金属中。大多数液体渗碳液都含有氰化物，氰化物会将碳和氮同时引入表壳中。

液体或氰化物是通过将组件置于温度为 845 至 955°C 的盐浴中进行渗碳的。盐通常是氰化物-氯化物-碳酸盐的混合物，具有剧毒。氰化物盐将少量的氮引入表面，进一步提高了其硬度。虽然是最快的渗碳工艺，但只适用于小批量。

4。整体渗碳（包渗碳）

固体渗碳或包渗碳是一个过程，其中源自固体化合物的一氧化碳在金属表面分解成新生碳和二氧化碳。渗碳容器材质为碳钢、镀铝碳钢或铁镍铬耐热合金。

元件被渗碳介质包围并放置在密封的盒子中。介质通常是焦炭或与碳酸钡混合的木炭。这个过程实际上是一个气体渗碳过程，因为产生的CO分解成CO2和碳，扩散到部件表面。

温度通常为 790 至 845°C，持续 2 至 36 小时。填料渗碳是最不复杂的渗碳工艺，因此仍然是一种广泛使用的方法。

碳氮化

碳氮共渗是在钢的相似截面上进行的，尽管按质量计碳含量可以为 0.4-0.5%。该方法特别适用于硬化需要硬化核心的部件的表面，例如 B. 齿轮和轴。

碳氮共渗是对气体渗碳的改进，在甲烷或丙烷中加入氨气，作为氮源。

常见问题解答。

什么是渗碳？

渗碳是硬化过程的一种情况，其中碳在足够高的温度下扩散到钢部件的表层以改变钢的晶粒结构。这种变化使钢能够吸收碳。

什么是渗碳工艺？

渗碳是一种热化学过程，其中碳扩散到低碳钢的表面，以将碳含量提高到足够的水平，从而使表面能够响应热处理并产生坚硬的耐磨层。常用的渗碳有三种：气体渗碳。

渗碳有哪三种？

历史上，根据碳源的不同，有三种渗碳方法：固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。相应使用木炭、熔盐和含碳气体，如天然气和丙烷。

渗碳的种类有哪些？

渗碳的种类

• 包渗碳
• 气体渗碳
• 真空渗碳
• 液体渗碳

渗碳的目的是什么？

此过程的目的是使金属更硬且更易于管理。低碳钢的硬度可以通过在一定的热处理形式下添加碳来提高。成功后，可提高钢材的表面硬度。

钢为什么要渗碳？

渗碳通过将碳扩散到钢表面中来增加强度和耐磨性，从而形成外壳，同时在芯部中保留显着较低的硬度。该处理适用于机加工后的低碳钢零件，以及高合金钢轴承、齿轮等部件。

什么是渗碳和渗氮？

渗氮和渗碳是表面硬化功能部件最常见的两种热处理方法。主要区别在于渗氮是使氮原子扩散到被加工零件的表面，而渗碳则使用碳。

表面硬化和渗碳有什么区别？

表面硬化是仅对零件表面进行硬化的过程。它也被称为渗碳。在渗碳过程中，低碳部件被放置在一个包含精心控制的碳气氛的炉子中。

渗碳温度是多少？

渗碳炉采用燃气或电加热方式。渗碳温度在870~940 ºC不等，渗碳的气体气氛由液态或气态碳氢化合物如丙烷、丁烷或甲烷产生。

什么是液体渗碳？

液体渗碳是一种通常用于中小型零件的工艺。在盐浴中，要在工件中扩散的碳来自熔盐，熔盐是氰化钠（NaCN）和氯化钡（BaCl2）的混合物。

什么钢可以渗碳？

在这种低温处理过程中，核心的微观结构不会改变。渗碳主要用于低碳钢和低合金钢，而渗氮则用于低碳钢、合金钢、工具钢和不锈钢。氮化钢具有优异的耐磨性和硬度。

渗碳的两个步骤是什么？

虽然气氛渗碳由几个工艺步骤组成，但可以简化为包括两个主要过程：炉内碳生成和碳扩散到工件中。前者提供碳原子，后者决定碳浓度梯度。

为什么在固体增碳剂中添加BaCO3？

“通常进行渗碳工艺以硬化齿轮和凸轮或凸轮的表面（Malau，V.，1999）”。为了加速彭加波南过程中碳对试样的渗透，需要添加其他元素，如BaCO3、NaCO3等。

以下哪种气体用于气体渗碳？

气体渗碳，包括使用氨气 (NH3) 的碳氮共渗或气体渗氮工艺，氨气会产生新生的氮气进入钢的外壳并增加硬度。

哪些金属可以氮化？

铝、铬、钼、钛、钨和钒在高温下容易与氮结合，形成各自金属的氮化物。含有这些金属的低碳钢合金通常是氮化的良好候选者。

渗碳和碳氮共渗有什么区别？

渗碳和碳氮共渗的主要区别在于渗碳是使用碳硬化钢表面的过程，而碳氮共渗是使用碳和氮硬化钢表面的过程。

渗碳后是否需要热处理？

部件可以从渗碳温度淬火，也可以重新加热到适当的奥氏体化温度并淬火。直接淬火耗时少且便宜，但在包渗碳实践中是不可能的。因此，包覆渗碳部件总是需要再加热和淬火。

渗碳会改变尺寸吗？

几乎不可能让工件在没有一些尺寸变化的情况下进行渗碳。这些变化的大小取决于所使用的材料类型、材料所经历的渗碳过程以及工件的原始尺寸和形状。

什么是包渗碳？

最早的表面硬化方法，是将零件与木炭、蹄、兽皮、动物脂肪和牛角等含碳材料一起装入合适的盒子中，并加热至渗碳温度。

渗碳是什么类型的扩散？

在渗碳过程中，碳扩散决定了工件的碳浓度梯度和硬度分布。虽然渗碳是一个复杂的过程，但它可以分为两个主要步骤：炉内生碳和碳扩散到工件中。

热处理会使金属收缩吗？

已经对许多材料进行了实验工作，以显示热处理对尺寸变化的影响。每种材料等级的效果都不同。例如，3.15 英寸立方体的 D-2 工具钢在硬化过程中，一维增长 0.08%，而其他二维收缩。

为什么会发生表面硬化？

表面硬化是一种材料加工方法，用于增加金属外表面的硬度。由于硬化工艺会降低成型性和机械加工性，因此通常在大多数其他制造工艺完成后进行表面硬化。