渗碳工艺及渗碳剂概述

渗碳是指为了增加低碳钢或低碳合金钢表层的碳含量、获得一定的碳含量梯度，将钢件在碳的活性介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的一种表面化学热处理工艺。低碳钢或低碳合金钢通过渗碳处理后，使钢件表层有高的碳含量，而心部的碳含量较低，再通过淬火加低温回火处理，就可以获得具有高硬度、高耐磨的表面，而心部具有很好的韧性。渗碳可使同一材料制作的零件兼有高碳钢和低碳钢的优点，从而能够适应承受复杂应力的要求。

钢的渗碳是在一定成分的化学介质中进行的，这种使钢渗碳的含碳介质称为渗碳剂。根据渗碳剂形态不同，可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳三种类型。无论采用哪种渗碳剂，渗碳处理均包括渗碳剂的分解、碳原子的吸收和扩散三个基本过程，主要渗碳组分均为CO或CH₄，它们在渗碳温度下发生分解，产生活性高、渗入能力很强的活性碳原子[C]。产生活性碳原子[C]的反应分别为

2CO→[C]+CO₂ （6-1）

2CO→2[C]+O₂ （6-2）

CO+H₂→[C]+H₂O （6-3）(www.xing528.com)

CH₄→[C]+2H₂ （6-4）

活性碳原子[C]在工件表面被吸附，当达到一定含量后，渗入工件表面的碳原子向内部扩散，形成一定碳浓度梯度的渗碳层。

碳渗入工件中，与铁形成固溶体或与其他元素形成各种化合物。渗碳扩散层中的碳含量是由表及里逐渐降低的，直到工件心部，达到钢材原有的碳含量，即在渗碳层中形成各种碳含量的奥氏体。当渗碳后缓慢冷却时，渗层中与碳含量相对应的各种组织依次为：表层组织是珠光体+少量碳化物（过共析区）；向内是珠光体，即共析区；再往里是珠光体+铁素体，且越接近心部，珠光体越少，称为亚共析区或过渡区。当表面碳含量不太高时，则没有过共析区。与渗层中碳含量的变化相对应，渗碳后淬火由表及里得到的组织依次为马氏体+少量碳化物、马氏体+残留奥氏体、马氏体直至心部的低碳马氏体。当工件尺寸较大时，心部组织可能为屈氏体或铁素体+珠光体组织。淬火后硬度的变化也与碳含量的降低相对应。