7-3 渗碳/渗碳氮化处理的种类及应用

渗碳是将碳含量低的钢在渗碳剂中加热到奥氏体区的高温（约900℃），使碳（C）从表面扩散和渗透的过程。渗碳钢如果硬化，渗碳层变成马氏体，耐磨性显着提高，而且内部非渗碳部分不硬化，因此具有很高的韧性。

渗碳氮化是氮（N）与碳同时扩散和渗入的工艺，在使用气体的方法中，使用氨气（NH3）与渗碳气体混合百分之几十的气氛。 . 由于需要扩散氮，所以处理温度为850℃左右，低于渗碳温度，常用于强调耐磨性和抗疲劳性的零件。

这些工艺广泛应用于齿轮、汽车零件和小型办公机器零件等机械零件。渗碳和氮化处理的钢种对应于机械结构钢中碳含量为 0.1 至 0.2% 的钢（S20C 和 SCM415 等表皮轧制钢）和小型零件的 SPCC（冷）。表）也经常使用。

渗碳方法按渗碳剂的种类分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。固体渗碳是将以木炭为主要成分的渗碳剂和加工品都装入钢制渗碳盒中，密封并在预定温度下加热的方法。混合 20-30%的碳酸钡 (BaCO 3 ) 或碳酸钠 (NaCO 3 )作为促进剂。

液体渗碳是将被加工材料浸入以氰盐为主要成分的盐浴中，使碳扩散的方法，此时氮也会渗入，因此实际上是渗碳渗氮。气体渗碳是目前渗碳处理的主流，工业上广泛采用改性气体法和分解气体法。更近，真空渗碳的应用正在增加，因为可以获得不引起晶间氧化（内部氧化）的健康渗碳层。

如图1所示，改性气体法是将丙烷（C3H8）或丁烷（C4H10）与空气混合，在1050～1100℃的改性气氛中进行渗碳处理。一氧化碳（CO）、氢气（H2）和氮气（N2）主要以变质气体的形式产生，其中CO与Fe反应并进行渗碳。丙烷气和丁烷气被用作富集气体（用于增加碳的气体），因为碳浓度低作为改性气体。

图 1 使用吸热改性气体（RX 气体）的渗碳工艺概要

在分解气体法中，如图 2 所示，将甲醇 (CH3OH) 等有机液体直接滴入处理炉中并用裂解气体渗碳。分解气法的特点是不需要转化炉，由于将渗碳剂（甲醇）滴入处理炉内，故又称滴注渗碳或滴注式渗碳。由于甲醇的分解气体的碳浓度低，所以使用丙烷气和丁烷气作为富集气体。在开发初期，也使用含有百分之几苯或异丙醇的增碳剂作为增碳剂。

图 2 裂解气渗碳（滴注渗碳）概要

如图 3 所示，渗碳硬化层深度包括总硬化层深度和有效硬化层深度。有效硬化层是硬化层表面经过不超过200℃的温度淬火或回火处理后到550HV位置的距离。这个550HV也是JIS G 0557规定的，在金相组织中几乎匹配50%的马氏体。

图3 炭烧制品硬度转变曲线

总硬化层深度是到硬化层和织物之间的物理或化学性质差异无法区分的位置的距离，由硬度或宏观结构决定。如图4所示，渗碳淬火后的基本金相组织是靠近表层的马氏体，碳浓度高，但细珠光体和铁素体也向低碳的内部混合。

图4 渗碳硬化冷轧钢板（SPCC）的横截面显微组织

渗碳是将碳含量低的钢在渗碳剂中加热到奥氏体区的高温（约900℃），使碳（C）从表面扩散和渗透的过程。渗碳钢如果硬化，渗碳层变成马氏体，耐磨性显着提高，而且内部非渗碳部分不硬化，因此具有很高的韧性。

渗碳氮化是氮（N）与碳同时扩散和渗入的工艺，在使用气体的方法中，使用氨气（NH3）与渗碳气体混合百分之几十的气氛。 . 由于需要扩散氮，所以处理温度为850℃左右，低于渗碳温度，常用于强调耐磨性和抗疲劳性的零件。

这些工艺广泛应用于齿轮、汽车零件和小型办公机器零件等机械零件。渗碳和氮化处理的钢种对应于机械结构钢中碳含量为 0.1 至 0.2% 的钢（S20C 和 SCM415 等表皮轧制钢）和小型零件的 SPCC（冷）。表）也经常使用。

渗碳方法按渗碳剂的种类分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。固体渗碳是将以木炭为主要成分的渗碳剂和加工品都装入钢制渗碳盒中，密封并在预定温度下加热的方法。混合 20-30%的碳酸钡 (BaCO 3 ) 或碳酸钠 (NaCO 3 )作为促进剂。

液体渗碳是将被加工材料浸入以氰盐为主要成分的盐浴中，使碳扩散的方法，此时氮也会渗入，因此实际上是渗碳渗氮。气体渗碳是目前渗碳处理的主流，工业上广泛采用改性气体法和分解气体法。更近，真空渗碳的应用正在增加，因为可以获得不引起晶间氧化（内部氧化）的健康渗碳层。

如图1所示，改性气体法是将丙烷（C3H8）或丁烷（C4H10）与空气混合，在1050～1100℃的改性气氛中进行渗碳处理。一氧化碳（CO）、氢气（H2）和氮气（N2）主要以变质气体的形式产生，其中CO与Fe反应并进行渗碳。丙烷气和丁烷气被用作富集气体（用于增加碳的气体），因为碳浓度低作为改性气体。

图 1 使用吸热改性气体（RX 气体）的渗碳工艺概要

在分解气体法中，如图 2 所示，将甲醇 (CH3OH) 等有机液体直接滴入处理炉中并用裂解气体渗碳。分解气法的特点是不需要转化炉，由于将渗碳剂（甲醇）滴入处理炉内，故又称滴注渗碳或滴注式渗碳。由于甲醇的分解气体的碳浓度低，所以使用丙烷气和丁烷气作为富集气体。在开发初期，也使用含有百分之几苯或异丙醇的增碳剂作为增碳剂。

图 2 裂解气渗碳（滴注渗碳）概要

如图 3 所示，渗碳硬化层深度包括总硬化层深度和有效硬化层深度。有效硬化层是硬化层表面经过不超过200℃的温度淬火或回火处理后到550HV位置的距离。这个550HV也是JIS G 0557规定的，在金相组织中几乎匹配50%的马氏体。

图3 炭烧制品硬度转变曲线

总硬化层深度是到硬化层和织物之间的物理或化学性质差异无法区分的位置的距离，由硬度或宏观结构决定。如图4所示，渗碳淬火后的基本金相组织是靠近表层的马氏体，碳浓度高，但细珠光体和铁素体也向低碳的内部混合。

图4 渗碳硬化冷轧钢板（SPCC）的横截面显微组织