直接淬火或重新加热淬火→低温回火
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2、渗碳工艺参数
（1）碳势
根据经验确定→通常表面为0.8~1.0% →好
（2）渗碳温度
通常880~920℃，薄层渗碳→温度可以降 低，快速渗碳→提高渗碳温度
温度对扩散、分解均有影响，提高温度→ 缩短渗碳时间→效率提高
提高温度→渗层增加
温度过高→粗晶；变形；设备寿命缩短
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§2 钢的渗碳
目的 ➢获得高的耐磨性 ➢疲劳性能
为什么？ 渗C种类
➢气体渗C ➢固体渗C ➢液体渗C
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一、气体渗碳原理
1、渗碳介质分解 （1）渗剂 ➢ 气体渗剂：载气（N基气氛；吸热式或放
热式可控气体）+富化气（甲烷、丙烷等） ★吸热式气体：天然气与空气按一定比例
混合，CO、N2、H2%大 ➢ 液体渗剂：C、H化合物有机液体（煤油、
➢合金元素会影响渗速（或快、或慢），碳化物形 成元素→扩散快
➢晶界、形变→加快渗行业速学习
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二、气体渗碳
1、工艺流程
材料：低碳钢或低碳合金钢
预备热处理?
渗碳前准备
去油、去垢、清洗（热水或碳酸钠水溶
液） → 烘干→涂防渗剂、装炉布置→确 定温度、时间、碳势→保证表面C%、层 深、浓度梯度
渗碳后工序
定义： 炉气C%与工件表面化学反应达到 平衡时的炉气状态。即保持不增碳也不减 碳时炉气中的C%
Cp↑→渗碳能力↑→ 表面C%↑、渗层↑
但是当Cp 太高→ 炭黑→ 渗速↓
CO、CH4% → Cp↑ 以上4种反应在一个体系中→相互制约→只
有一个CO%
温度一定、吸热气氛→ H2O ↑ →CO2 ↑ →cp ↓
升温：装炉→排气（低碳势、采用甲醇） →恢复渗碳温度
强渗期
高于或正常温度、高于规定碳势渗碳。时 间经验值
扩散期
正常碳势，此时表面碳回流到炉气中，同 时还有一部分向心部扩散，时间短
预冷
➢目的→直接淬火时的减少变形
➢采用低碳势防止脱行业学碳习
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三、固体渗碳
渗剂
90%木炭+催渗剂碳酸盐
工艺
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（4）分解反应（180多个） 炉气与工件 气体之间 主要4个
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平衡常数与成分的分压 平衡常数与温度
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（5）控制碳势的方法
露点仪（氯点仪）
➢ 露点：水结露的温度，水%↑ →露点↑ →cp ↓
➢ 原理：LiCl盐感湿元件吸水→导电性↑ →控制系 统通电→水蒸发
A状态渗碳容易
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（3）渗碳时间
根据经验确定，随炉抽样检查 经验估算
➢渗层<0.5mm，渗碳速度按照 0.15~0.25mm /h
➢渗层0.5~1.5mm，渗碳速度按照 0.1~0.2mm /h
➢渗层>1.5mm，渗碳速度按照 0.05~0.12mm /h
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3、典型工艺分析（四段渗碳）
第11章 钢的化学热处理
掌握气体渗碳工艺 掌握渗碳后的热处理 掌握渗碳热处理常见缺陷 掌握渗碳后钢的力学性能 掌握气体氮化原理 掌握氮化前的热处理和气体氮化工
艺
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§1化学热处理概述
一、定义：工件→活性待渗介质中→加热 →扩散→改变表层化学成分的工艺
二、作用
1、强化表面→高的耐磨性（形成固溶体或 化合物）
工件埋入渗剂中→密封→渗碳→空 冷→清理→重新加热淬火→回火
特点
➢设备简单；工艺容易；小批量方 便；便于加工
➢质量难控；工作条件差；周期长
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四、渗碳后的热处理
1、淬火
（1）直接淬火
➢表面吸附→溶入基体
➢或与金属反应→化合物→再溶解→扩散
物理吸附：无电子转移和化学键形成→凝 聚不解离；由分子间力引起；无选择性吸 附；较低温度下发生，完全可逆
化学吸附：选择性吸附；有电子转移和化
学键形成；高温下发生；选择性吸附
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3、扩散
目的：保证获得一定深度的渗层
控制参数 ➢介质浓度梯度 ➢热处理渗入温度 ➢工艺时间
综上：多参数控制精度高，碳势仪性能
分析对象 反应时间 精度
露点仪 红外仪
氧探头
H2O
3~4min
CO、CO2、15s CH4
O2
0.5~2s
±1.5%℃ ±1%℃
±1%℃
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2、吸收
CO分别被吸附（化学）在Fe原子 上→C-O键破坏→[C]进入Fe晶格
吸收条件
表面清洁
炉气循环→抽去吸收后残留的废 气
1、化学介质分解
目的：提供活性原子(初生、原子态的原 子)
分解条件
➢渗剂中含待渗元素
➢催化剂
➢活性原子浓度足够
活性原子形成方式
置换（渗金属）；还原（渗B）；热分
பைடு நூலகம்
解（渗C、N）；电离（离子氮化）
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2、吸附
吸附：固体物质自发地把周围活性原子、 分子、离子吸附到表面与金属表面相互作 用的现象（吸附剂、被吸附物质→吸附质）
CO2红外仪 原理：CO2选择性吸收4.3μm红外线→红外 线强度↓ →调节装置控制
氧探头
➢ 原理：O2 ↑ → CO2 ↑、H2O ↑ →cp↓ ➢ ZrO氧敏陶瓷管内、外氧%不同（内为参比气、
外为炉气） →氧浓差电势→调控
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（5）控制碳势的方法
称重法：精密天平测量渗碳前、后的重 量变化
甲醇、苯、丙酮）
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（2）炉气组成
无论何种渗剂，主要有CO、CO2、CH4、 H2、H2O、N2 组成 ，能否渗碳取决于 它们的综合作用
增碳气氛： CO 、CH4 分解获得 ：2CO → CO2+ [C] CH4 →[C]+2H2
脱碳气氛： CO2、H2、H2O
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（3）碳势（cp）
2、保护表面
渗Al →抗氧化、抗S腐蚀
渗Cr →耐热、抗腐蚀
化合物气相沉积TiN →与基体金属无关的
覆盖层→装饰、耐磨
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三、特点
周期长，成本高
工艺不受零件形状限制（孔、槽容 易获得渗层）
可以代替贵重金属（节约资源） 截面具有不同的性能 是表面合金化与热处理结合的方法
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四、化学热处理基本过程
控制分解速率→避免炭黑出现
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3、扩散
Fick第二定律粗略描述各点浓度、浓度梯度 随时间变化的情况
温度、时间影响渗层深度d，深度d与时间的 平方根成正比
影响扩散的主要因素
➢间隙原子扩散系数>置换原子 ➢温度↑→扩散系数↑（925 → 1100℃ → 提高6倍）
➢浓度梯度大→扩散↑，但分布要合理→平缓、连 续