表面工程技术(渗碳).doc

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1、表面工程技术—渗碳表面硬化处理法　表面渗碳处理:将含碳(0.1~0.25)的钢放到碳势高的环境介质中,通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火回火,使工件的表面层得到碳含量高的M,而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的M,M的硬度主要与其碳含量有关,故经渗碳处理和后续热处理可使工件获得外硬内韧的性能.　　渗碳处理的作用是:提高表面层的耐磨性(碳含量高的M),同时保持心部有高的耐冲击能力,即强韧性.　　表面渗碳一般情况下用于低碳钢的处理，处理后零件表面的硬度高耐磨性好。　　但这只是先前的工艺性能，现在国外，特别是德国

2、，美国等重工业强国，现已发展到可以将高碳钢，合金钢等　　材料进行表面渗碳和真空热处理，处理后，材料内部的组织性能基本不变，外部的硬度和耐磨性也得到了极大的提高。　　如Cr12表面渗碳处理后表面硬度可达HRC68-70度，此硬度大大高于Cr12正常的热处理温度！！！目前该技术在国外得到了极力的推广！在国内昆山等某些制造业发达的地区，也处于曼延的势头，相信不久的将来，国内对钢材表面的处理技术将会有一个极大的提高。渗碳硬化乃表面硬化法之一种，属于化学表面硬化法。渗碳者先于钢之表面产生初生态之碳，而后使之渗入钢之表面层，逐渐扩散入内部。初生态之碳乃由CO或CH4等气体

3、分解而得。CO之来源或由含有CO之气体得之，或由固体渗碳剂之反应而产生于渗碳容器内，或者由含有氰化物之盐浴得之。初生态之碳由钢之表面扩散入内部时，钢之温度须增高至沃斯田铁化温层范围内，使初生态之碳埂于扩散，盖沃斯田铁可溶解较多之〞C〞而肥粒铁则溶解力极小，故渗碳温度必须在Ac3要以上之温度。以便渗碳作用得以进行。再配合各种热处理法，使得钢之去面生成高碳硬化心部低碳之低硬度层。使处理供具有表面硬而耐磨，心部韧而耐冲击之性质。一、渗碳处理之种类与特点：（一）渗碳法之种类渗碳法按使用之渗碳剂而可分为如下三大类：   （1）固体渗碳法：以木炭为主剂的渗碳法。   （2

4、）液体渗碳法：以氰化钠（NaCN）为主剂之渗碳法。   （3）气体渗碳法：以天然气、丙烷、丁烷等气体为主剂的渗碳法。   （二）渗碳法之比较        （1）固体渗碳法长处：   （a）设备费便宜，操作简单，不需高度技术。   （b）加热用热源，可用电气、瓦斯、燃料油。   （c）大小工件均适，尤其对大形或需原渗碳层者有利。   （d）适合多种少量生产。       短处：   （a）渗碳深度及表面碳浓度不易正确调节，有过剩渗碳的倾向。处理件变形大。   （b）渗碳终了时，不易直接淬火，需再加热。   （c）作业环境不良，作业人员多。      （2）液体

5、渗碳法长处：   （a）适中小量生产。设备费便宜。不需高度技术。   （b）容易均热、急速加热，可直接淬火。   （c）适小件、薄渗碳层处理件。   （d）渗碳均匀，表面光辉状态。短处：   （a）不适于大形处理件的深渗碳。   （b）盐浴组成易变动，管理上麻烦。   （c）有毒、排气或公害问题应有对策。   （d）处理后，表面附着盐类不易洗净，易生锈。   （e）难以防止渗碳。有喷溅危险。        （3）气体渗碳法长处：   （a）适于大量生产。   （b）表面碳浓度可以调节。   （c）瓦斯流量、温度、时间容易自动化，容易管理。短处：   （a）设备

6、费昂贵。   （b）处理量少时成本高。   （c）需要专门作业知识。  二、固体渗碳法：    将表面渗碳钢作成的工件，连同渗碳剂装入渗碳箱而密闭，装入加热炉，加热成沃斯田铁状态，使碳从钢表面侵入而扩散，处理一定时间后，连同渗碳箱冷却，只取出渗碳处理工件，进行一次淬火、二次淬火、施行回火。    此固体渗碳在渗碳法中历史最老，不适于连续处理大量工件，作业环境不良，已有衰退倾向，不过炉及其它设备也较简单，多种少量的处理也较方便，不至于完全绝迹。固体渗碳的渗碳机构以气体渗碳为基础，亦即箱内的固体渗碳剂与箱内空气中的氧反应，成为二氧化碳（CO2），CO2再与碳反应，

7、生成一氧化碳（CO）。           C+O2=CO2     ……（1）     C+CO2=2CO   ……（2）     CO在钢表面分解，析出碳〔C〕。            2CO=〔C〕+CO2……（3）    〔C〕异于普通的碳，此种在钢表面分解的原子状碳（atomicCarbon）即称为活性碳或初生态碳（nascentCarbon）的活性强的碳，本讲义表成〔C〕；另一方面，钢材表面副生的CO2再在固体渗碳剂表面依（2）式生成CO，依（3）式分解而析出〔C〕，此反应连续反复进行，碳从钢材表面侵入扩散，而渗碳。　　        前述反应与铁

8、（Fe）组合成渗碳反应。