[拼音]：shentan

[外文]：carburizing

将钢制工件放在含碳介质中加热到高温，以增加工件表层含碳量的化学热处理工艺。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（含碳量小于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。

分类

按含碳介质的不同，渗碳可分为固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳和碳氮共渗。

把零件埋在装满固体渗碳剂（主要成分是木炭，并有碳酸钠、碳酸钡等作催渗剂）的容器中加热，在高温下通过碳与催渗剂的化学反应分解出活性碳原子，渗入零件表面。固体渗碳可以在各种加热炉中进行，简单易行，但质量不易控制，周期长，劳动条件差。

把零件浸入熔融盐浴中进行。盐浴的主要成分有氰化钠、氯化钠、碳酸钠和氯化钡等。各种盐的成分可通过不同温度加以调节。一般薄层渗碳多采用低温（850～900℃）、低浓度氰化物盐浴（也称液体氰化或液体碳氮共渗）。深层渗碳多采用较高温度(900～950℃)，氰化物含量为6～16％。另一种是无氰液体渗碳，主要盐浴成分是氯化钠、氯化钾和碳酸钠，加上经过加工制作的渗碳剂：炭粉、碳化硅和尿素。

把零件放入密封的渗碳炉中，在渗碳介质中用吸热式气体作为运载气体，用天然气或丙烷作为富化气。也可采用滴注式液体渗碳剂，以煤油、苯、丙酮或醋酸乙酯作为强渗剂，用甲醇、乙醇作为稀释剂。这些液体滴入炉内后在高温下汽化、分解产生成分稳定的渗碳气体。气体渗碳设备主要有两种：一种是连续式推杆无罐炉，另一种是周期式的密封箱式炉和井式炉。滴注式渗碳多用于井式炉，也可用于周期式密封箱式炉。气体渗碳的最大优点是：可以通过控制系统控制富化气送入量或渗剂的滴入量，以改变炉气的碳势（见可控气氛），从而控制零件表面的含碳量。气体渗碳适用于大批量生产，易于控制质量和自动化，劳动条件好。

以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理工艺。共渗时，加到气体渗碳气氛中的氨分解成氢和单原子氮，氮与来自渗碳气体的碳一起吸附在工件的表面上。由于氮的同时渗入，铁碳的共析转变温度可以降低，使共析转变能在较渗碳为低的温度下进行，因而处理温度较低。同时由于氮的作用，马氏体临界冷却速度（见淬火）也得以降低，可在较缓和的淬冷介质中淬冷，减小淬冷畸变和开裂的倾向。碳氮共渗层中因有碳氮化物，能提高硬度，从而提高耐磨性。金属工件表面的碳、氮含量和总的渗层深度，决定于气氛中的碳势、温度和时间。碳氮共渗层深度较渗碳的浅，一般为0.05～0.75毫米。碳氮共渗层淬冷后显微组织为马氏体、残余奥氏体、碳化物和碳氮化合物，心部为低碳马氏体或含有非马氏体组织。对载荷不大的零件可允许有少量铁素体。碳氮共渗工件的材料一般采用低碳或中碳钢及合金钢，适用于处理耐磨零件和小汽车、轻型载重车变速箱齿轮和驱动轴。碳氮共渗和渗碳一样，也可以控制碳势，处理后也要进行淬火和回火。

参考文章

• 生铁生成过程中渗碳反应是如何进行的？采矿冶炼