淺析模具零件的滲碳處理

孔 龍

重慶工貿職業技術學院 重慶 408000

模具表面強化處理按其原理可分為化學熱處理，表面涂覆處理和表面加工處理。滲碳是化學熱處理中最常用的一種方法之一。

1 模具零件滲碳的概述

1.1 模具表面化學熱處理

模具表面化學熱處理是指將模具零件置于特定的活性介質中加熱和保溫，使一種或幾種元素滲入模具零件表面，以改變表層的化學成分、組織，使表層具有與心部不同的力學性能或特殊的物理、化學性能的熱處理工藝。

1.2 模具零件的滲碳

滲碳是目前模具表面熱處理中應用最廣的一種化學熱處理方法。其工藝特點是：將低碳鋼或低碳合金鋼模具在增碳的活性介質（滲碳劑）中加熱到850～950°C，保溫一定時間，使碳原子深入表面層，隨后淬火并低溫回火，使模具表層與心部具有不同成分、組織和性能。

2 滲碳的類型

根據滲碳介質的物理狀態不同，可將滲碳方法分為：固體滲碳、氣體滲碳、真空滲碳和離子（CD）滲碳等。

2.1 固體滲碳

將工件置于填滿木炭和碳酸鋇的密封箱內進行，滲碳劑是木炭和碳酸鋇的混合物。滲碳溫度一般在900～950°C。在此高溫下，木炭與空隙中的氧氣反應形成CO2,CO2與C反應形成不穩定的CO,CO在工件表面分解得到活性炭原子，即可滲入工件表面而形成滲碳層。

2.2 氣體滲碳

國內應用最廣的氣體滲碳方法是滴注式氣體滲碳，其方法是將工件置于密封的加熱爐中，滴入煤油、丙酮、甲苯及甲醇等有機液體，這些滲碳劑在爐中形成含有H2，CH4，CO 和少量CO2 的滲碳氣氛，鋼件在高溫下與氣體介質發生反應。

2.3 真空滲碳

將被處理的模具工件在真空中加熱到奧氏體化，并在滲碳氣氛中滲碳，然后擴散，淬火。

2.4 CD滲碳

CD滲碳法采用含有大量強碳化物形成元素（如Cr、Ti、Mo、V）的模具鋼在滲碳氣氛中加熱，在碳原子自表面向內部擴散的同時滲層中沉淀出大量彌散合金碳化物，彌散碳化物含量達50%以上，呈細小均勻分布，淬火、回火后可獲得很高的硬度和耐磨性。

3 模具零件滲碳工藝流程

3.1 零件驗收

對于要滲碳的零件表面要干凈，無油污、雜質等，否則會影響零件表面的滲碳質量。

3.2 滲前準備

加熱設備到適當溫度，準備好加入滲劑，檢查爐子設備的密封性是否完好，對于局部滲碳的零件要加以保護措施，如涂防滲膏或鍍銅。

3.3 滲碳

加入滲劑的滴數和速度要適當，并注意滲碳的三個階段；滲碳介質分解；碳原子的吸收；碳原子的擴散；每個階段加入量的不同。

3.4 冷卻

用水或油冷卻到室溫，達到所要求的組織形態。

3.5 滲層檢查

對于滲層檢查主要用試樣檢查。

3.6 滲后熱處理

進行再次淬火和回火。一般為最終熱處理。

3.7 檢驗

主要以淬火后的零件硬度檢驗為主，也可用金相法來觀察。

4 滲碳過程中重要的參數問題

4.1 滲碳保溫時間和溫度、滲劑的關系

零件的滲碳溫度：在850～950°C，滲層深度小于1.00mm時，選用中下限溫度；滲層深度大于1.00mm時，選用中上限溫度。

4.2 滲碳保溫時間的確定與控制

零件的滲碳保溫時間主要影響滲層的深度，同時也在一定程度上影響碳濃度梯度。

4.3 工藝參數的綜合選擇

滲碳的四個階段：滲碳的四個階段：①升溫階段是工件達到滲碳溫度前的一段時間，用較低的碳勢。②高速滲碳階段，在正常溫度或更高溫度下，用于所需碳含量的碳勢，時間較長。③擴散階段，工作降到（或維持在）正常滲碳溫度，碳勢降到所需表面碳含量，時間較短。④預冷階段，使溫度降到淬火溫度，便于直接淬火。

5 滲碳具體操作（以氣體滲碳為例）

氣體滲碳操作時，首先要將爐溫升高到920～940℃。并使爐溫均勻，然后再裝入已經準備好了的工件，隨即滴入滲碳劑。滴入滲碳劑時，應該由少到多，一般剛入爐時，每分鐘滴入30～40滴，隨著爐溫的升高和加熱時間延長，滴入數也應逐漸增加。當爐溫升到滲碳溫度（920～940℃）時，每分鐘的滴入量可增加至70～80滴，在保溫過程當中，滴入量不能有太大的波動。工件滲碳以后，一般采用直接淬火。如果不能直接淬火，出爐以后應連夾具放入冷卻坑中冷卻。冷卻坑是一個有蓋鐵桶，其中放入一些木炭，或傾入一些煤油，如果能通入保護氣體更好。當工件冷卻到200℃以下時，即可取出在空氣中冷卻。有時，為了加快冷卻速度，可在冷卻坑外通以循環冷卻水。

6 滲碳工件一般常見的缺陷和采取的預防、補救措施

6.1 滲碳工件常見的缺陷

①滲碳層太深，滲碳濃度太高。

②滲碳層中濃度過低，深度不夠。

③滲碳層的深度不均，濃度不均勻。

④淬火后工件表面有大量的殘存奧氏體。

6.2 預防、補救措施

①如果工件完全被滲透，則報廢；若濃度高，可以達到滲碳的技術要求，可以采用正火保溫一段時間，使碳原子進一步的擴散，來減輕工件表面的碳濃度。

②滲碳溫度太低，或滲碳過程中濃度太低造成的缺陷，應采用重新滲碳來達到技術要求。

③滲碳層的深度不均，濃度不均勻是由于爐溫不均；滲碳的氣氛攪拌不均；工件表面不干凈或滲碳劑產生不良反應造成的。可采用爐溫均勻，攪拌均勻，工件的干凈，滲劑活性的控制來預防。

④可進行冷卻處理或采用高溫回火的方法降低淬火后工件表面的殘余奧氏體。