固体渗碳工艺及常用剂型分析

固体渗碳是将工件放在填充粒状渗碳剂的密封箱中进行渗碳的工艺。固体渗碳不需要专门的渗碳设备，操作简便，成本低，但渗碳时间长，渗层不易控制，不能直接淬火，劳动条件也较差，主要在单件、小批量生产等特定条件下采用。

1.固体渗碳剂

固体渗碳时虽然采用固态的渗碳介质，但与气体渗碳一样，固体渗碳也是依靠CO气体与工件表面作用而进行的。加热过程中，存在于渗碳箱内的氧气与固体碳作用生成CO₂和CO。到渗碳温度时，箱中氧含量已极低。因此，整个渗碳过程主要由下列步骤组成：

1）在灼热的固体碳表面上，CO₂与碳反应生成CO：

C+CO₂→2CO （6-6）

2）在金属工件表面，CO分解析出活性碳原子，见式（6-1）。

3）活性碳原子被工件表面吸收，并向内部扩散。

往固体碳中加入一定数量的碳酸盐（BaCO₃、Na₂CO₃等）或其他化合物，可加快CO形成的速度，进而使渗碳过程加快，起到催渗作用。

固体渗碳剂主要由供碳剂、催化剂组成。供碳剂一般采用木炭、焦炭；催化剂一般采用碳酸盐，如BaCO₃、Na₂CO₃等。其质量要求为：

1）具有一定的渗碳活性，而且在多次反复使用时活性不至很快降低。

2）密度小，导热性好，以减轻质量及缩短升温和透烧的时间。

3）在渗碳温度下收缩小，强度高，而且不易烧损。(www.xing528.com)

4）有害杂质（如硫、磷等）的含量尽可能少。

常用固体渗碳剂的使用情况见表6-16。

表6-16 常用固体渗碳剂的使用情况

2.固体渗碳工艺

固体渗碳温度及渗剂活性（所含催渗剂比例）是决定渗碳速度和表面碳含量的主要因素。在渗碳层较浅或表面碳含量要求较低时，应采用较低的渗碳温度及含催渗剂较少的渗剂，渗碳温度一般为900～960℃。由于固体渗碳剂导热性差，加热过程中渗碳箱中部与靠近箱壁处温差较大，在炉温升至800～850℃时应进行一定时间的保温（称为透烧），以使箱内各部分温度趋于一致，减少工件渗碳层深度的差别。渗碳保温时间则根据渗碳层深度要求，由试棒测量结果确定。渗碳箱出炉后，空冷至500℃以下才可开箱取出工件。为消除网状碳化物，工件渗碳后可进行正火处理。固体渗碳透烧时间见表6-17。渗碳箱尺寸、渗碳层深度和渗碳时间的关系见表6-18。

表6-17 固体渗碳透烧时间

表6-18 渗碳箱尺寸、渗碳层深度和渗碳时间的关系

渗碳箱一般由低碳钢板焊成，其形状视工件尺寸、外形及加热炉而定。渗碳箱容积一般为工件体积的3.5～7.0倍，视工件形状的复杂性而定。渗碳剂应根据工件要求的表面碳含量选择。要求表面碳含量高、渗碳层深时，应选用活性高的渗碳剂；含有碳化物形成元素的渗碳钢，可选择活性较低的渗碳剂；多次使用渗剂时，要注意新旧渗剂的比例。工件装箱前应清理干净，不得有油污、氧化皮，应防护好非渗碳面。工件装箱时，工件与箱底间距为30～40mm，工件之间或工件与箱壁之间间距为15～25mm，工件与上盖间距为30～50mm。间隙内均充填渗碳剂，并稍打实，箱盖用耐火泥密封。