关键的外卖
由于它们的低碳含量，低碳钢也不也是韧性也不太脆．他们有很低抗拉强度和硬度．因为它们的硬度低，磨损和撕裂在滑动和滚动和滚动接触和更硬的材料过程中很高。增加钢的碳含量增加了强度和硬度。它也变得较少（具有低疲劳强度的脆弱）和可焊性和可加工性的影响越大。解决这些问题的一种方法是渗碳过程。
什么是渗碳？
渗碳是硬化外部的过程亚铁工件（组件部件）通过促进扩散碳原子进入表面直达某个特定深度。它是广泛使用的方法之一硬化了金属零件和部件的外层。
必须首先彻底清洁用这种热处理处理的表面以去除污染物在治疗开始之前。在渗碳过程中，金属工件是表面热处理后在富含碳的气体，液体或固体的环境中加热。在加热期间，碳源（碳化过程的试剂）分解，释放碳原子，散射到铁金属表面中。低碳钢和一些合金钢通常是热处理随着渗碳过程。碳扩散的速率取决于温度和碳电位的热处理。渗碳壳体的深度取决于碳扩散温度，金属表面的碳电位和渗碳的持续时间。
金属是由原子和分子紧密结合在晶体中组成的晶格结构体。（了解更多内容金属的晶体结构．)免费碳来自碳含量的原子（固体，液体，血浆或气体）在晶体结构内弥漫，从而增加碳含量，从而增加了工件表面的硬度直到一定的深度。
渗碳的目的
壳体渗碳过程用于改善合金钢和低碳钢工件的以下属性：
在渗碳过程中，基于所预期的壳体的预期深度，工件的温度保持在850℃至950℃（1,560°F至1,740°F），其高于钢材的临界温度。渗碳过程完成后，工件是淬火，导致碳原子保持锁在金属结构内。（在文章中讨论了淬火淬火如何提高金属的性能．)
由于这些过程，碳百分比可以在渗碳表面上高达1.2％。该表面可以进一步受到感应硬化在各个工件的部分，例如汽车和工业齿轮的齿。
因为在金属临界温度的温度下进行渗碳，所以在随后的快速冷却（淬火）期间，外表面被锁定到一个马氏体结构（高碳），而低碳芯保持较软pearlite-ferritic结构体。
许多部件的使用要求，如活塞销、凸轮、齿轮箱、滚子轴承和小齿轮需要一个耐磨损坚硬的外壳沿着抗冲击和坚韧的内核。这种复杂的要求可以通过硬化的低碳钢和一些合金钢来满足。渗碳是用于由低碳钢组成的重型部件的案例硬化最流行的方法。
渗碳过程分类
渗碳工艺可分为以下几种:
- 液体渗碳
- 真空渗碳
- 血浆渗碳
- 气体渗碳
- 包装（固体）渗碳
液体渗碳
在液体渗碳过程中，金属工件浸入碳化硅，氯化钠和碳酸钠的液体浴中。温度保持在900℃（1,650°F）约约900℃。在渗碳过程之后淬火工件。在该过程中避免避免烟灰构建和氧化物产生时，表面更加均匀。
真空渗碳
在真空渗碳过程中，工件在保持在非常低压的密封室中加热到约1,000℃（1,830°F）。加热循环完成后，富含碳的气体（丙烷，乙烯或者乙炔）被引入腔室。通过富含碳稠度的分解产生的碳以均匀的方式变得均匀地扩散到工件的表面中。风险氧化在工件表面上最小化。真空渗碳所需的时间较低，而不是大多数其他类型。
血浆渗碳
在等离子体渗碳系统中，工件在真空炉中加工，在900℃至950℃（1,650°F至1,740°F）中，附着的油淬火罐整体。工件保持在-800伏的负电压至-400伏。用氩气，氮气和氧气稀释丙烷或甲烷气体，并在受控的腔室中引入腔室中流速．
等离子体由于存在负电压和气体而围绕工件。在自由状态下的辉光放电中存在的任何碳都被扩散到工件的表面中。在油浴中淬火后，在该方法中可以在该方法中实现所需的热处理深度（通常低于2mm）。
因为这个系统是资本密集型的，它仅用于渗碳关键高价值组件．它主要用于提高金属的表面参数，如承载能力，表面硬度和耐腐蚀性能．使用该系统可以对几何形状复杂的工件进行均匀热处理。
气体渗碳
在气体渗碳，天然气（丙烷，乙烷和甲烷的气态混合物）或一氧化碳用作碳化过程的试剂。最初，将渗碳的部件在950°C（1,740°F）的炉中加热，然后将气体引入其中。使用此过程，渗碳在约5至10小时内实现。具有复杂几何形状的零件可以在该过程中进行热处理，并且可以实现精确的表面硬度。
固体渗碳
在固体渗碳的情况下，将渗碳的工件用固体捆扎，例如碳酸钡或骨炭，其能够在加热时释放碳。当工件在具有固体渗碳剂的密封容器中保持约900℃（1,650°F）时，碳被扩散到工件的表面中，并且完成了壳体的硬化。
通常，用低碳含量由钢制成的工件是使用这种方法渗碳的情况。然而，该过程需要过度高的劳动力成本和处理时间，并且无法确保诸如无法沿着深度的情况参数的准确控制，例如沿着深度的壳体深度和碳梯度。
渗碳的好处
渗碳通常为组件提供以下优点：
- 机械强度较高
- 保留韧性和疲劳强度
- 增强了耐磨性和耐久性
- 耐腐蚀性更高
- 改善延性
- 提高可靠表面硬度
渗碳过程主要在更柔软的延性内芯上产生硬壳（盖子），然后可以在没有损坏的情况下进行更大的冲击载荷。耐腐蚀性，耐磨性和疲劳强度都得到改善。
可以根据部件所需的耐用性来控制硬质壳体的深度。对于经常更换的部件，深度可以很浅，而受到冲击载荷或破碎负载的部件建议更高的情况深度。大量装载的轧机齿轮和轴承属于此类别。
优越的机械性能可以通过保持高温均匀地实现，这确保了高碳扩散速率，因此确保了更具成本效益的过程。
与之相比碳氮化物，渗碳具有较厚的硬化层，可增强组成部分的耐久性。相比氮乙碳脱碳，渗碳生产无孔表面，这是高接触应力应用所需的。
渗碳的局限性
由各种几何形状和尺寸组成的工件可以为不同的应用进行渗碳处理。如果截面含有不均匀的材料成分或截面不对称，冷却速率差有时会导致应力积聚和随后的开裂。
渗碳必然导致尺寸的一些变化，基于所用的碳扩散的工艺温度和试剂。通常，这些尺寸变化，形状和扭曲的变化很小。然而，这些偏差和角度点可能导致昂贵的后续加工成本．卷的变化和晶粒生长可能发生，这可能是某些应用中的一个问题。壳体形成速率约为0.02毫米，每小时约0.035毫米，预计尺寸偏差约为+ 0.2％。
研究表明，等离子体渗碳对低合金钢的耐久性有负面影响在低循环疲劳条件的情况下，与高循环疲劳的情况不同，其中耐久性和疲劳寿命显着延伸。
另一项研究证实了扭曲与硬度之间的相关性以及硬化深度．（偏离因素，例如横向，横向和纵向的出牙偏差，以及出横向和平坦度。）
渗碳与渗氮的比较
渗碳和氮化用于增加钢构件外表面(外壳)的硬度。然而，氮化使用较低的亚临界温度，约450°C至570°C(840°F至1060°F)。由于渗氮不会造成变形，因此完全完成的零件可以渗氮，无需进一步的加工要求。(相关阅读:耐腐蚀耐磨疲劳的氮化处理．)
在该低温处理期间，芯的微观结构将不会改变。虽然渗碳主要用于低碳钢和低合金钢，但氮化用于低碳钢，合金钢，工具钢材和不锈钢．渗氮钢具有优良的耐磨性和硬度．
含氮和碳的扩散的氮乙碳脱碳在表面上具有增加的孔隙率，在表面上形成耐磨硬化壳体，这在涉及强烈接触应力的应用中是有害的。
流程优化和渗碳的其他最新发展
为实现具有最小失真的高质量输出，加热控制应确保炉内均匀温度和均匀的碳扩散（通过气体流量控制，在真空和气体型渗碳的情况下）。当淬火时，通过优化淬火速度，必须确保均匀的热除去。研究报告指出，现代技术解决方案可用于高性能过程控制．
研究述评碳扩散率增加的最新发展通过将渗碳温度从950°C的极限提高到1030°C(1740°F到1890°F)，从而将热处理周期时间减少25%到40%左右，从而也提高了经济优势。
已经建立了新的钢合金化系统，以满足越来越多的挑战（例如通过涡轮增压的内燃机和卡车齿轮盒施加的高速扭矩和经受较高载荷的较高温度的高载荷箱）提出汽车工业和其他人。例如，对于非常大的装载车辆部件和需要通过渗碳的高淬透性的车辆部件和机械组分，现在推荐使用镍，钼和铬合金的钢。
渗碳申请
对于高疲劳强度和耐用的耐磨性，渗碳主要用于：
- 汽车传动齿轮，轴，工业齿轮，风车齿轮
- 结构和传动系
- 紧固件
- 轴，机器部件（工作不超过200°C（392°F）
- EOT起重机轮，吊带，起重机绳桶，电缆鼓，飞轮，滚动轴承
- 铁路设备部件，如铁路车轮、滚动轴承和齿轮箱
- 切割工具和刀片
经久耐磨部分可以从低成本的低碳钢和低合金钢通过创建优异的耐磨损性和足够硬度的外壳来制造。
结论
为了确保渗碳的质量输出，过程控制必须旨在确保均匀的温度和高效的碳流向金属表面（在真空和气体渗碳的情况下气体流动）以及在淬火期间的均匀散热速率。
渗碳领域的最新进展包括通过提高渗碳温度从950°C的极限提高到1030°C(1740°F到1890°F)，从而加快碳的扩散速度，从而减少热处理周期时间。通过渗碳形成中、高淬透性的新型合金化体系，以应对各行业日益增长的挑战。
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