气体渗碳是把零件放入含有气体渗碳介质的密封高温炉罐中进行碳的渗入过程的渗碳方法。这种渗碳方法通常把煤油、苯,或甲醇、丙酮等液态碳氢化合物直接滴人高温渗碳炉内,使其热裂分解为活性碳原子并渗人零件表面。渗碳温度- - 般为920 ~950 C。
由于由渗剂直接滴人炉内进行渗碳时热裂分解出的活性炭原子过多,不能全部为零件表面吸收,而以炭黑、焦油等形式沉积于零件表面,阻碍渗碳过程,而且渗碳气氛的碳势也不易控制,所以近年来发展了滴注式可控气氛渗碳,即向高温炉中同时滴人两种有机液体,一种液体(如甲醇)产生的气体碳势较低,作为稀释气体;另一种液体( 如醋酸乙酯)产生的气体碳势较高,作为富化气。通过改变两种液体的滴人比例,利用露点仪或红外分析仪控制碳势,使零件表面的含碳量控制在要求的范围内。此外,从气体发生炉中直接向渗碳炉中通人具有一定成分的可控气氛,利用CO2红外线分析仪调节炉内碳势,也能精确控制零件表面要求的含碳量。
低碳钢(uc=0. 15% ~0.25%)或低碳合金钢渗碳后,其渗层中含碳量是不均匀的,表面含碳量最高,由表层向心部含碳量逐渐降低,直至原始含碳量。因此渗碳缓冷组织表层为珠光体加二次渗碳体的过共析组织,往里是共析组织和亚共析组织的过渡区,直到原始组织。渗碳层的深度按过共析层+共析层+1/2过渡区计算。
为了充分发挥渗碳层的作用,使零件表面获得高硬度和高耐磨性,心部保持足够的强度和韧性,零件在渗碳后必须进行热处理。对于本质细晶粒钢,通常渗碳后可预冷至淬火温度直接淬火,然后进行180 ~220 C低温回火。预冷的主要目的是减少零件与淬火介质之间的温差,减小淬火应力和变形。渗碳件经淬火并低温回火后,表层组织为高碳细针状回火马氏体组织加细粒状渗碳体,硬度可达58 ~62 HRC。
2.离子渗碳
离子渗碳属于等离子体化学热处理范畴的技术。离子渗碳的介质为甲烷、丙烷等,渗碳温度为900 -960 C (采用炉内电阻辐射加热方式)。如15CrNi6钢制塑料模在950 C进行离子渗碳,时间为渗碳过程90 min, 扩散过程210 min, 淬火后可得到1.4 mm厚的渗碳层,表面硬度可达64 HRC。与传统气体渗碳相比,离子渗碳具有渗碳效率高、碳浓度梯度平缓、工件变形小、环境污染小以及狭缝和小孔都能处理的优点。目前,离子渗碳在塑料模和冲模中的应用较多。