渗碳与渗氮,碳氮共渗处理

渗碳与渗氮一般是指钢的表面化学热处理

渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢。可分为固体.液体.气体渗碳三种。应用较广泛的气体渗碳，加热温度900-950摄氏度。渗碳深度主要取决于保温时间，一般按每小时0.2-0.25毫米估算。表面含碳量可达百分之0.85-1.05。渗碳后必须热处理，常用淬火后低温回火。得到表面高硬度心部高韧性的耐磨抗冲击零件。

渗氮应用最广泛的气体渗氮，加热温度500-600摄氏度。氮原子与钢的表面中的铝.铬.钼形成氮化物，一般深度为0.1-0.6毫米，氮化层不用淬火即可得到很高的硬度，这种性能可维持到600-650摄氏度。工件变形小，可防止水.蒸气.碱性溶液的腐蚀。但生产周期长，成本高，氮化层薄而脆，不宜承受集中的重载荷。主要用来处理重要和复杂的精密零件。

涂层、镀膜、是物理的方法。“渗”是化学变化。本质不同。

钢的渗碳---就是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温(一般为900--950C),使活性碳原子渗入钢的表面,以获得高碳的渗层组织。随后经淬火和低温回火,使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力,而心部仍保持足够的强度和韧性。

渗碳钢的化学成分特点
(1)渗碳钢的含碳量一般都在0.15--0.25％范围内,对于重载的渗碳体,可以提高到0.25--0.30％,以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。但含碳量不能太低,否则就不能保证一定的强度。
(2)合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性,细化晶粒,强化固溶体,影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。

常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类。
(1)碳素渗碳钢中,用得最多的是15和20钢,它们经渗碳和热处理后表面硬度可达56--62HRC。但由于淬透性较低,只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件,如轴套、链条等。
(2)低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高,可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件,如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。
(3)中合金渗碳钢如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性,主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件,如航空发动机的齿轮、轴等。

固体渗碳 ;液体渗碳 ;气体渗碳---渗碳温度为900--950C,表面层w(碳)为0.8--1.2％,层深为0.5--2.0mm。
渗碳后的热处理---渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码复合材料。渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现。渗碳后

的工件均需进行淬火和低温回火。淬火的目的是使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。低温回火温度为150--200C

渗碳零件注意事项:
(1)渗碳前的预处理正火--目的是改善材料原始组织、减少带状、消除魏氏组织,使表面粗糙度变细,消除材料流线不合理状态。正火工艺;用860--980C空冷、179--217HBS
(2)渗碳后需进行机械加工的工件,硬度不应高于30HRC。
(3)对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件,薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工。
(4)不得用镀锌的方法防渗碳。

防止渗碳方法
(1)加大余量法---在不需要渗碳的部位预先留出一定的加工余量,其留量比渗碳层深度大一倍以上。渗碳后先车去渗碳层再转淬火。
(2)镀铜法---在不需渗碳的部位电镀一层0.02--0.04mm的铜,铜层要致密,不得暴露原金属。
(3)涂料法---在不需渗碳的部位涂上防渗涂料。
(4)工装法----自制专用工装,把不需渗碳的部位封闭密封。

钢的渗氮---(强化渗氮;抗蚀渗氮)使氮原子渗入钢的表面,形成富氮硬化层的一种化学热处理工艺。与渗碳相比，渗氮处理后零件具有:高的硬度和耐磨性,高的疲劳强度,较高的抗咬合性,较高的抗蚀性,渗氮过程在钢的相变温度以下(450-600C)进行,因而变形小,体积稍有胀大。缺点是周期长(一般气体渗氮土艺的渗氮时间长达数十到100h)、成本高、渗层薄(一般为0.5mm左右)而脆,不能承受太大问接触应力和冲击载荷。
渗氮用钢---从理论上讲,所有的钢铁材料都能渗氮。但我们只将那些适用可渗氮处理并能获得满意效果的钢才称为渗氮用钢。凡含有Cr、Mo、V、Ti、Al等元素的低、中碳合金结构钢、工具钢、不锈钢(不锈钢渗氮前需去除工件表面的钝化膜,对不锈钢、耐热钢可直接用离子氮化方法处理)、球墨铸铁等均可进行渗氮。
渗氮后零件虽然具有高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度,但只是表面很薄的一层(铬钼铝钢于500--540C经35--65h渗氮层深只达0.3--0.65mm) 。必须有强而韧的心部组织作为渗氮层的坚实基底,才能发挥渗氮的最大作用。总的来看,大部分渗氮零件是在有摩擦和复杂的动载荷条件下工作的,不论表面和心部的性能都要求很高。
如果用碳钢进行渗氮,形成Fe 4N和Fe 2N较不稳定。温度稍高,就容易聚集粗化,表面不可能得到更高的硬度,并且其心部也不能具有更高的强度和韧性
为了在表面得到高硬度和高耐磨性,同时获得强而韧的心部组织,必须向钢中加入一方面能与氮形成稳定氮化物,另外还能强化心部的合金元素。如Al、Ti、V、W、Mo、Cr等,均能和氮形成稳定的化合物。其中Cr、W、Mo、V还可以改善钢的组织,提高钢的强

度和韧性。
目前专门用于渗氮的钢种是38CrMoAlA,其中铝与氮有极大的亲和力,是形成氮化物提高渗氮层强度的主要合金元素。AlN很稳定,到约1000C的温度在钢中不发生溶解。由于铝的作用使钢具有良好的渗氮性能,此钢经过渗氮表面硬度高达1100--1200HV(相当67--72HRC)。38CrMoAlA钢脱碳倾向严重,各道工序必须留有较大的加工余量。
一般零件 表面耐磨 20Cr
冲击载荷下的零件 表面耐磨、心部刚性强 18Cr2Ni4WA
重载荷下的零件 表面硬度、心部强度都较高 40Cr
冲击和重载荷下的零件 表面耐磨、心部韧性、强度都高 30CRNiMoA
精密零件 表面硬度、心部强度都高 38CrMoAlA
对高硬度、高耐磨性要求的氮化件,不宜选用碳钢和一般合金钢。
对以提高抗蚀性能为主的氨化件可选用碳钢和一般合金钢。

渗氮零件注意事项:
(1)渗氮前的预备热处理调质--渗氮工件在渗氮前应进行调质处理,以获得回火索氏体组织。调质处理回火温度一般高于渗氮温度。
(2)渗氮前的预备热处理去应力处理--渗氮前应尽量消除机械加工过程中产生的内应力以稳定零件尺寸。消除应力的温度均应低于回火温度,保温时间比回火时间要长些,再缓慢冷却到室温。断面尺寸较大的零件不宜用正火。工模具钢必须采用淬火回火,不得用退火。
(3)渗氮零件的表面粗糙度Ra应小于1.6um,表面不得有拉毛、碰伤及生锈等缺陷。不能及 时处理的零件须涂油保护,以免生锈。吊装入炉时再用清洁汽油擦净以保证清洁度。
(4)含有尖角和锐边的工件,不宜进行氮化处理。
(5)局部不氮化部位的保护,不宜用留加工余量的方法。
(6)表面未经磨削处理的工件,不得进行氮化。

防止渗氮方法
(1)镀锡法---在防渗表面镀10--15um的锡层,防渗层太薄则效果差,厚了又容易使锡漫流。
(2)涂料法---将锡粉、铅粉、氧化铬粉以3:1:1比例混匀,用氯化锌浴液调成稀糊状涂于零件防渗表面,或用水玻璃(质量分数为10--15％)和石墨粉(质量分数为85--90％)调成糊状涂刷后,缓慢烘干。
(3)工装法----自制专用工装,把不需渗氮的部位封闭密封。
渗氮后的零件,工作表面即能获得高硬度,一般情况下不再进行其他加工,因此常是最后一道工序(氮化后的工件至多再进行精磨或研磨加工)。可得到600--1200HV的表面硬度,耐磨性很高。这一高硬度可保持引500C(长期),甚至600C(短期),疲劳极限可提高30--300％,抗蚀性能也得到提高。

钢的碳氮

共渗---就是将碳、氮同时渗入工件表层的化学热处理过程(加热温度高于临界温度Ac1或Ac3 ,不宜高于900C,以吸收碳原子为主)。兼有两者的长处,这种工艺有逐步代替渗碳的趋势。主要优点如下:
(1)渗层性能好---共渗层比渗碳层的耐磨性和疲劳强度更高,比渗氮层有更高的抗压强度和较低的表面脆性。
(2)渗入速度快---由于氮的渗入不仅降低了渗层的临界点,同时还增加了碳的扩散速度。
(3)变形小---碳氮共渗温度比渗碳低,晶粒不会长大,适宜于直接淬火,可以减小变形。
(4)不受钢种的限制---各种钢铁材料都可以进行碳氮共渗。但是,由于碳氮共渗零件的渗层较薄,为了提高心部强度,因而多选用含碳较多门钢,w(c)可达0.5％;对于要求表面高硬度、高耐磨性的零件，常采用40Cr , 40CrMo ,40CrNiMo , 40CrMnMo等中碳合金结构钢
碳氮共渗的缺点是共渗层较薄,易产生黑色组织。

渗氮比渗碳耐磨，更硬，不过渗氮温度低，时间太长，渗层浅，一般0.4MM已经很好了，象我们厂，齿轮渗氮后不敢磨，一磨就把那层磨掉了。
渗氮的温度比渗碳低，主要增加耐磨性，其硬化层较浅，目前能做到1.0已经很好了，而渗碳层可以做到几个毫米，另外渗氮后一般不淬火处理，而渗碳一般进行淬火
共参考

渗氮，是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散，则称为氮碳共渗。常用的是气体渗氮和离子渗氮。

渗碳一般是针对钢来说，钢的渗碳就是钢件在渗碳介质中加热保温，使碳原子渗入钢件表面，使其表面的碳浓度发生改变，从而获得具有一定表面含碳量和一定浓度梯度的热处理工艺。 渗碳的目的是使机器零件获得较高的表面硬度、耐磨性及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。 渗碳根据渗剂的聚集态的不同分为固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳三种。


北京基耐尔热处理工艺研究所

1. 等温淬火盐
适用于钢铁材料的150～550℃的盐浴等温淬火，盐浴分级淬火，盐浴本身的流动性好，稳定性好，均匀性好，无老化，适合于连续生产线，单槽、多槽等温淬火和回火。是取代铅浴的理想工艺。...
最后修改日期：2010-03-10
2. 盐浴渗碳
也称无毒原料液体碳氮共渗，盐浴温度在720℃左右，渗层厚度可在0.08～0.3mm方便地进

行控制。淬火后，工件表面形成高硬度、高强度、高抗磨性的碳氮马氏体薄层，心部仍保持高的韧...
最后修改日期：2010-03-10
3. 盐浴发黑（盐浴发黑剂）
　盐浴发黑的工作温度是350～400℃，保温时间为30～60分钟。工件黑色氧化膜均匀致密，无发红现象；而且盐浴化学性质稳定，无老化，无挥发，不产生刺激性气体，无需调整成分。如果回...
最后修改日期：2010-03-10
4. 盐浴氮化
也称无毒原料液体氮碳共渗，氮化盐浴温度为520～600℃（常温氮化），480～520℃（低温氮化），620～680℃（高温氮化）。在热处理过程中无相变，硬化后工件的变形很小，更...
最后修改日期：2010-03-10
5. 基耐尔盐浴氮化（盐浴氮化盐、盐浴氮化活性恢复盐）
也称无毒原料液体氮碳共渗，氮化盐浴温度为520～600℃，在热处理过程中无相变，硬化后工件的变形很小，更不会发生开裂现象。工件加工后的工件表面呈灰色，无氧化发黑现象，可用于处理...
最后修改日期：2010-03-10
6. 基耐尔盐浴渗碳（盐浴渗碳盐、盐浴渗碳活性恢复盐）
也称无毒原料液体碳氮共渗，盐浴温度在720℃左右，渗层厚度可在0.08～0.3mm方便地进行控制。淬火后，工件表面形成高硬度、高强度、高抗磨性的碳氮马氏体薄层，心部仍保持高的韧...
最后修改日期：2010-03-10
7. 耐尔盐浴发黑（盐浴发黑剂）
盐浴发黑的工作温度是350～400℃，保温时间为30～60分钟。工件黑色氧化膜均匀致密，无发红现象；而且盐浴化学性质稳定，无老化，无挥发，不产生刺激性气体，无需调整成分。如果回...
最后修改日期：2010-03-10
8. 盐浴氮化
（盐浴氮化盐、盐浴氮化活性恢复盐） 也称无毒原料液体氮碳共渗，氮化盐浴温度为520～600℃，在热处理过程中无相变，硬化后工件的变形很小，更不会发生开裂现象。工件加工后的...
最后修改日期：2008-03-02


碳氮共渗处理是将工件放在能产生碳、氮活性原子的介质中加热并保温，使工件表面同时渗入碳和氮原子的化学热处理工艺。
按处理温度不同，碳氮共渗可分为中温碳氮共渗和低温碳氮共渗，以中温碳氮共渗为主。中温碳氮共渗的处理温度为760℃～880℃，低温碳氮共渗的处理温度为520℃～560℃.

按所用化学介质状态不同，可分为气体、液体和固体三种碳氮共渗。固体碳氮共渗（固体氰化）生产效率低，操作条件差，以及氰盐剧毒，目前已很少采用。液体碳氮共渗（液体氰化）加热速度快，易于控制，过去采用较为普遍，但由于氰盐剧毒，现正在逐步淘汰。气体碳氮共渗具有无毒、质量易于控制、生产过程易于实现自动化等特

点，已成为碳氮共渗的主要工艺方法。

钢的碳氮共渗（第一讲）
碳氮共渗是碳氮原子同时渗入工件表面的一种化学热处理工艺。最早，碳氮共渗是在含氰根的盐浴中进行的，故此又称氰化。渗碳与渗氮相结合的的工艺，具有如下特点：
1．氮的渗入降低了钢的临界点。氮是扩大γ相区的合金元素，降低了渗层的相变温度A1与A3，碳氮共渗可以在比较低的温度进行，温度不易过热，便于直接淬火，淬火变形小，热处理设备的寿命长。
2．氮的渗入增加了共渗层过冷奥氏体的稳定性，降低了临界淬火速度。采用比渗碳淬火缓和的冷却方式就足以形成马氏体，减少了变形开裂的倾向，淬透性差的钢制成的零件也能得到足够的淬火硬度。
3．碳氮同时渗入，加大了它的扩散系数。840~860℃共渗时，碳在奥氏体中的扩散速度几乎等于或大于930℃渗碳时的扩散速度。
共渗层比渗碳具有较高的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度；比渗氮零件具有较高的抗压强度和较低的表面脆性。
按使用介质不同，碳氮共渗分为固体、液体、气体三种。固体碳氮共渗与固体渗碳相似，经常采用30~40％黄血盐，10％碳酸铵和50~60％木炭为渗剂。这种方法的生产效率低，劳动条件差，目前很少使用。液体碳氮共渗以氰盐为原料，历史悠久，质量容易控制，但氰盐有剧毒，且价格昂贵，使用受到限制。气体碳氮共渗的发展最快。
按共渗温度，碳氮共渗一般分为低温（500~560℃）、中温（780~850℃）和高温~880~950℃）三种。前者以渗氮为主，现在已定义为氮碳共渗，后两者以渗碳为主。习惯上所说的碳氮共渗，主要指中温气体氮碳共渗。
碳氮共渗零件的机械性能同渗层表面的碳氮浓度、渗层深度与浓度梯度有关。
共渗层的碳氮浓度必须严格控制，含量过低，不能获得高的强度、硬度与理想的残余应力，影响耐磨性与疲劳强度。反之，则不仅表层出现大量不均匀的块状碳氮化合物，脆性增加；而且会使淬火后残余奥氏体量剧增，影响表面硬度和疲劳强度。
一般推荐最佳的碳、氮浓度分别为0.70~0.95％C和0.25~0.40％N。对于少数在高接触应力下工作的合金钢零件，当要求表面具有较多均匀分布的碳氮化合物颗粒时，表面含碳量可达1.20~1.50％，甚至2~3％，含氮量仍在0.50％以下。
共渗层的深度应该与工件服役条件和钢材成分相适应。心部的含碳量较高或工件的承载能力较低时，如纺织机钢令圈、40Cr钢制汽车齿轮，渗层应薄些，常在0.50mm以上。一些原来渗碳的零件改为碳氮共渗，深度要求可适当减薄。
共渗层中的浓度梯度宜尽量平缓，以保证层深与

心部良好结合，防止渗层剥落。


渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。 相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。

概述
渗碳（carburizing/carburization）是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。 渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25%)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。 渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。美国在20
年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。30年代﹐连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。60年代高温(960～1100℃)气体渗碳得到发展。至70年代﹐出现了真空渗碳和离子渗碳。
分类
按含碳介质的不同﹐渗碳可分为固体渗碳﹑液体渗碳﹑气体渗碳和碳氮共渗。
原理
渗碳与其他化学热处理一样﹐也包含3个基本过程。 ①分解 渗碳介质的分解产生活性碳原子。 ②吸附 活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中﹐使奥氏体中含碳量增加。 ③扩散 表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差﹐表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度﹐同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。 渗碳零件的材料 一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於0.25%)。渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物﹐心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织﹐但应避免出现铁素体。一般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫米﹐深度渗碳时可达2毫米或更深。表面硬度可达HRC58～63﹐心部硬度为HRC30～42。渗碳淬火后﹐工件表面产生压缩内应力﹐对提高工件的疲劳强度有利。因此渗碳被

广泛用以提高零件强度﹑冲击韧性和耐磨性﹐借以延长零件的使用寿命。
编辑本段渗碳工艺流程
1、 直接淬火低温回火
组织及性能特点：不能细化钢的晶粒。工件淬火变形较大，合金钢渗碳件表面残余奥氏体量较多，表面硬度较低 适用范围：操作简单，成本低廉用来处理对变形和承受冲击载荷不大的零件，适用于气体渗碳和液体渗碳工艺。
2 、 预冷直接淬火、低温回火
淬火温度800-850℃ 。组织及性能特点：可以减少工件淬火变形，渗层中残余奥氏体量也可稍有降低，表面硬度略有提高，但奥氏体晶粒没有变化。 适用范围： 操作简单，工件氧化、脱碳及淬火变形均
小，广泛应用于细晶粒钢制造的各种工具。
3、 一次加热淬火，低温回火
淬火温度820-850℃或780-810℃ 。组织及性能特点：对心部强度要求较高者，采用820-850℃淬火，心部为低碳M，表面要求硬度高者，采用780-810℃淬火可以细化晶粒。 适用范围： 适用于固体渗碳后的碳钢和低合金钢工件、气体、液体渗碳的粗晶粒钢，某些渗碳后不宜直接淬火的工件及渗碳后需机械加工的零件。
4、 渗碳高温回火，一次加热淬火，低温回火
淬火温度840-860℃ 。组织及性能特点：高温回火使M和残余A分解，渗层中碳和合金元素以碳化物形式析出，便于切削加工及淬火后残余A减少。 适用范围： 主要用于Cr—Ni合金渗碳工件
5、 二次淬火低温回火
组织及性能特点：第一次淬火（或正火），可以消除渗碳层网状碳化物及细化心部组织（850-870℃），第二次淬火主要改善渗层组织，对心部性能要求不高时可在材料的Ac1—Ac3之间淬火，对心部性能要求高时要在Ac3以上淬火。 适用范围： 主要用于对力学性能要求很高的重要渗碳件，特别是对粗晶粒钢。但在渗碳后需经过两次高温加热，使工件变形和氧化脱碳增加，热处理过程较复杂。
6、 二次淬火冷处理低温回火
组织及性能特点：高于Ac1或Ac3（心部）的温度淬火，高合金表层残余A较多，经冷处理（-70℃/-80℃）促使A转变从而提高表面硬度和耐磨性。 适用范围： 主要用于渗碳后不进行机械加工的高合金钢工件。
7、 渗碳后感应加热淬火低温回火
组织及性能特点：可以细化渗层及靠近渗层处的组织。淬火变形小，不允许硬化的部位不需预先防渗。 适用范围： 各种齿轮和轴类
编辑本段渗碳工艺新发展
渗碳工艺是一个十分古老的工艺，在中国，最早可上溯到2000年以前。起先是用固体渗碳介质渗碳。在20世纪出现液体和气体渗碳并得到广泛应用。后来又出现了真空渗碳和离子渗

碳。到现在，渗碳工艺仍然具有非常重要的实用价值，原因就在于它的合理的设计思想，即让钢材表层接受各类负荷（磨损、疲劳、机械负载及化学腐蚀）最多的地方，通过渗入碳等元素达到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度及耐蚀性﹐而不必通过昂贵的合金化或其它复杂工艺手段对整个材料进行处理。这不仅能用低廉的碳钢或合金钢来代替某些较昂贵的
高合金钢，而且能够保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。因此，完全符合节能、降耗，可持续发展的方向。 近年来，出现了高浓度渗碳工艺，与传统工艺在完全奥氏体区（温度在900~950℃，渗碳后表面碳质量分数为0.85%~1.05%）进行渗碳不同，它是在Ac1～Accm之间的不均匀奥氏体状态下进行，其渗层表面碳浓度可高达2%～4%。其结果可获得细小颗粒碳化物均匀、弥散分布的渗层。其渗碳温度降至800℃～860℃温度范围，可实现一般钢材渗碳后直接淬火；由于高浓度渗碳层含有很高数量（20%～50%）的弥散分布的碳化物，故显示出比普通渗碳更优异的耐磨性、耐蚀性，更高的接触与弯曲疲劳强度，较高的冲击韧度、较低的脆性及较好的回火稳定性。该工艺还具有适用性广、对设备无特殊要求等优点，具有较高的经济效益和实用价值，近年来在国内外获得竞相研究与开发。 为了防止渗碳过程中奥氏体晶粒的粗化，一般都在钢材中添加适量的钛，通过形成碳氮化钛粒子钉扎晶界而阻止晶粒长大。国家标准规定渗碳钢中钛添加量为0.04～0.08wt%。然而，最近有研究工作表明，当钛含量超过0.032%，就会在渗碳钢冶炼铸锭凝固时析出氮化钛。这种氮化钛尺寸达到微米数量级，起不到阻止奥氏体晶粒长大的作用，反而由于这种呈立方体的粒子的尖角效应以及与基体组织的不连续性而成为微裂纹的策源地和裂纹扩展的中继站，严重损害钢材的韧塑性。工作还表明，将钛含量降至0.02～0.032%，仍然能够同样有效地起到控制奥氏体晶粒长大的作用，而又可避免有害氮化钛粒子的形成，因此是值得推荐的合理的选择范围。
编辑本段渗碳的常见缺陷及其防止
(一)碳浓度过高 ⒈产生原因及危害：如果渗碳时急剧加热，温度又过高或固体渗碳时用全新渗碳剂，或用强烈的催渗剂过多都会引起渗碳浓度过高的现象。随着碳浓度过高，工件表面出现块状粗大的碳化物或网状碳化物。由于这种硬脆组织产生，使渗碳层的韧性急剧下降。并且淬火时形成高碳马氏体，在磨削时容易出现磨削裂纹。 ⒉防止的方法 ①不能急剧加热，需采用适当的加热温度，不使钢的晶粒长大为

好。如果渗碳时晶粒粗大，则应在渗碳后正火或两次淬火处理来细化晶粒。 ②严格控制炉温均匀性，不能波动过大，在反射炉中固体渗碳时需特别注意。 ③固体渗碳时，渗碳剂要新、旧配比使用。催渗剂最好采用4—7%的BaCO3，不使用Na2CO3作催渗剂。 (二)碳浓度过低 ⒈产生的原因及危害：温度波动很大或催渗剂过少都会引起表面的碳浓度不足。最理想的碳浓度为0.9—1.0%之间，低于0.8%C，零件容易磨损。 ⒉防止的方法： ①渗碳温度一般采用920—940℃，渗碳温度过低就会引起碳浓度过低，且延长渗碳时间；渗碳温度过高会引起晶粒粗大。 ②催渗剂(BaCO3)的用量不应低于4%。 (三)渗碳后表面局部贫碳： ⒈产生的原因及危害：固体渗碳时，木炭颗粒过大或夹杂有石块等杂质，或催渗剂与木炭拌得不均匀，或工件所接触都会引起局部无碳或贫碳。工件表面的污物也可以引起贫碳。 ⒉防止的方法 ①固体渗碳剂一定要按比例配制，搅拌均匀。 ②装炉的工件注意不要有接触。固体渗碳时要将
渗碳剂捣实，勿使渗碳过塌而使工件接触。 ③却除表面的污物。 (四)渗碳浓度加剧过渡 ⒈产生的原因及危害：渗碳浓度突然过渡就是表面与中心的碳浓度变化加剧，不是由高到低的均匀过渡，而是突然过渡。产生此缺陷的原因是渗碳剂作用很强烈(如新配制的木炭，旧渗碳剂加得很少)，同时钢中有Cr、Mn、Mo等合金元素是促使碳化物形成强烈，而造成表面高浓度，中心低浓度，并无过渡层。产生此缺陷后造成表里相当大的内应力，在淬火过程中或磨削过程中产生裂纹或剥落现象。 ⒉防止的方法：渗碳剂新旧按规定配比制，使渗碳缓和。用BaCO3作催渗剂较好，因为Na2CO3比较急剧。 (五)磨加工时产生回火及裂纹 ⒈产生的原因：渗碳层经磨削加工后表面引起软化的现象，称之为磨加工产生的回火。这是由于磨削时加工进给量太快，砂轮硬度和粒度或转速选择不当，或磨削过程中冷却不充分，都易产生此类缺陷。这是因为磨削时的热量使表面软化的缘故。磨削时产生回火缺陷则零件耐磨性降低。 表面产生六角形裂纹。这是因为用硬质砂轮表面受到过份磨削，而发热所致。也与热处理回火不足，残余内应力过大有关。用酸浸蚀后，凡是有缺陷部位呈黑色，可与没有缺陷处区别开来。这是磨削时产生热量回火。使马使体转变为屈氏体组织的缘故。其实，裂纹在磨削后肉眼即可看见。 ⒉防止的方法： ①淬火后必须经过充分回火或多次回火，消除内应力。 ②采用40~60粒度的软

质或中质氧化铝砂轮，磨削进给量不过大。 ③磨削时先开冷却液，并注意磨削过程中的充分冷却