渗碳、渗氮、碳氮共渗热处理设备的专题知识

       渗碳、渗氮、碳氮共渗，都是金属材料的表面处理工艺。为了实现不同零件的工作条件和功能要求，需要用相应的热处理设备对其表面进行不同的处理。
1. 渗碳热处理
       渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。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。        具体使用井式渗碳炉的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。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。
       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。
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。
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等。
2. 渗氮热处理
氮化炉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。
       渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬。这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，并降低缺口敏感性。
3.碳氮共渗热处理
       碳氮共渗的特点为：
①在确保工件内部高韧性的前提下，提高了表面硬度、耐磨性和疲劳强度，同时氮降低了奥氏体的形成温度，故工件可在较低的温度下实现共渗；
②工件共渗后可直接淬火、不易出现过热，工件的变形小；
③提高渗层的淬透性，可在缓和的介质中淬火处理；
④渗速快，作业周期短。        与渗碳工艺相比，渗氮温度比较低，因而畸变小，但由于心部硬度较低，渗层也较浅，一般只能满足承受轻、中等载荷的耐磨、耐疲劳要求，或有一定耐热、耐腐蚀要求的机器零件，以及各种切削刀具、冷作和热作模具等。
       井式碳氮共渗炉是在820～860℃温度下，利用渗剂分解出的活性碳原子和氮原子，同时渗入工件表面的过程，共渗时间在1～3h，因此碳氮共渗具有渗碳和渗氮的双重作用，共渗时间与渗层厚度、温度和所用介质有关，共渗层的碳氮含量取决于共渗温度。共渗温度提高则碳含量提高，氮含量降低；共渗温度降低则碳含量降低，氮含量提高，共渗层中碳含量在0.7%～1.0%，氮含量在0. 15%～0.5%，多用于低碳钢、中碳钢和合金钢等，渗剂有固体、气体和盐浴三种。碳氮共渗后进行淬火+低温回火处理，回火后的表层组织为含氮马氏体+残余奥氏体+少量碳氮化合物，心部为低碳马氏体或中碳回火马氏体。
       渗碳后的钢铁零件表面获得了0. 8%以上的含碳量，渗碳温度在900～940℃，渗碳时间一般在3～6h左右，采用煤油作渗剂，同时添加甲醇为稀释剂，可使渗碳零件心部有一定的强度和韧性的前提下，工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度等得到提高，从而获得优良的综合力学性能。
       渗碳后进行热处理的特点为：①提高了表面渗层的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度；②消除了渗层中的网状渗碳体和适当减少了残余奥氏体的数量，减小了脆性和有助于合金钢性能的改善；③消除了内应力，增加了零件的尺寸稳定性，可以防止因淬火和车削或磨削过程中产生的加工④细化晶粒，提高了心部的韧性，渗层比碳氮共渗层厚，故可承受重载荷的作用。