渗碳的一般原理和质量要求

来源:实用热处理手册作者:汪庆华

钢之所以能够渗碳,是因为钢在高温奥氏体状态,对碳具有相对大的溶解度(2.06%),钢的渗碳就的借助这个原理。但是,并不是所有状态的碳都可以被钢表面所吸收,而只有活性碳原子才能被钢表面吸收,被吸收的碳原子,在高温状态下在内部往外扩散,从而形成一定厚度的渗碳层。因此,渗碳过程中包括了分解、吸收、扩散三个基本过程。

(一) 分解:

含碳化合物的分解,形成活形碳原子(用[C]表示):

2CO —→ CO2 + [C]
(一氧化碳) (二氧化碳)

CH4 —→ 2H2 + [C]
(甲烷) (氢)

(二) 吸收:

高温下活性碳原子与金属表面接触,被金属表面吸收后,溶解于金属基体或与金属基体形成某种金属化合物。

(三) 扩散:

零件表面吸收(固溶)了碳原子后,表面含碳量增加,使零件表面与心部产生一定的碳浓度而促使表面碳原子逐步向心部扩散。

渗碳的结果取决于上述三个基本过程的关系。通过调整上述三个过程的关系,应满足如下主要的渗碳层质量的要求:

⒈到达规定的渗碳层厚度(渗碳层厚度之计算,一般是从零件表层开始测量到过渡的二分之一处)。如渗碳层太薄时,在高负荷作用下,会使渗碳层压穿,如渗碳太厚,也将影响渗碳零件的抗冲击能力。

⒉渗碳表层含碳浓度应控制在0.8—1.05%范围内。如含碳浓度过低(小于0.8%),则达不到所要求的高硬度,高耐磨性。如果含碳浓度过高(大于1.05%),则过剩碳化物较多,也使渗碳层强度,尤其是疲劳强度下降,特别当碳化物以针状或网状形式存在时由于马氏体被这些脆性组织所割裂,对渗碳层强度起着特别有害的影响。

⒊含碳量沿深度的变化(也称浓度梯度)要和缓,表层和心部之间的过渡区无明显分界,以避免在使用过程中产生渗层剥落现象。

⒋过共析、共析层应占整个渗碳层厚度的60—70%,最低限度应不小于50%,这样,使淬火后得到大致均匀的硬度,也不妨碍对渗碳层的最后研磨。

常用渗碳方法有:固体渗碳法和气体渗碳法两种。

四、固体渗碳

固体渗碳是一种应用最早的渗碳方法。