在整個氣體滲碳熱處理過程中，工件表面的碳勢是隨著滲碳時間的延長而不斷提高，并不斷地趨近氣相碳勢，但始終不等于氣相碳勢。因此，青島豐東熱處理有限公司探索了提高滲碳速度的工藝， 收到了較滿意的經(jīng)濟(jì)效果。

一．氣體滲碳過程中碳的傳遞與擴(kuò)散

長期以來，有些人假設(shè)氣體滲碳一經(jīng)開始，工件表面的碳勢就立刻與爐內(nèi)氣氛碳勢相等，而且在整個滲碳過程中維持不變 這與事實并不相符。它束縛我們的思路，是長期來滲碳速度緩熳的根源?，F(xiàn)在一 般認(rèn)為，工件表面的碳勢并不等于爐內(nèi)氣相碳勢，在整個氣體滲碳過程中，工件表面的碳勢隨著滲碳時間的延長而不斷提高，并不斷地趨近氣相碳勢，但始終不等于氣相碳勢。氣相碳勢與工件表面碳勢之差是碳從氣相介質(zhì)過渡到工件表面的驅(qū)動力。

二、氣體滲碳速度慢的原因分析

氣體滲碳速度慢的主要原因是：不敢使氣相碳勢高出工件表面技術(shù)上要求的碳濃度所對應(yīng)的碳勢，即使有所高出，其幅度也不大，總認(rèn)為氣相碳勢保持與工件表面碳濃度相當(dāng)為宜。氣相碳勢不高，表面碳濃度也不高，且其上升緩慢，碳向工件內(nèi)部擴(kuò)散遷移就慢，滲碳速度當(dāng)然就慢。

三、提高氣體滲碳速度的工藝實施

要提高氣體滲碳速度，首先要從概念上更新，對擴(kuò)散第二定律(在半無限大物體中)微分方程的邊界條件要進(jìn)行修正，氣體滲碳熱處理的碳傳遞模型要進(jìn)行修正，通過較大幅度提高氣相碳勢，可以達(dá)到提高滲碳速度之目的。幾年來，我們經(jīng)過上百次的生產(chǎn)性探索試驗， 積累了一些經(jīng)驗?，F(xiàn)以20CrMnTi鋼為例，介紹一下這方面的工藝。

20CrMnTi鋼滲速較快的氣體滲碳工藝

這個工藝與原工藝的主要區(qū)別有三點：

第一點：升溫、保溫階段用大滴量酒精(180滴／分，大約合6毫升／分鐘)代替煤油，一是可以防止阻礙滲碳的炭黑和焦油的產(chǎn)生，二是同體積的酒精產(chǎn)氣量比煤油大一倍(在標(biāo)態(tài)下，每毫升產(chǎn)氣量：煤油0.75升，酒精1.55升) 大量酒精分解氣體可迅速排除熱處理爐內(nèi)不利于滲碳的空氣，又可沖刷工件表面，使其潔凈，處于活化狀態(tài)，提高吸附活性碳原子能力，為提高滲碳速度作好必要的準(zhǔn)備。

第二點：排氣階段用煤油，使?fàn)t內(nèi)迅速達(dá)到要求的滲碳?xì)夥?。滲碳階段用作滲碳劑的煤油，由常規(guī)的80～90滴／分鐘(2.5～ 3毫升／分鐘)提高到130滴／分鐘，以迅速提高爐內(nèi)氣相碳勢。氣相中碳原子傳遞到工件表面的驅(qū)動力增大．可以在短時間內(nèi)，使工件表面碳濃度迅速提高，這就加決了滲碳熱處理速度。這好比自來水塔，塔身越高，壓力越大，流水速度就越快．同體積盛水缸在較短時間內(nèi)就可充滿。

第三點：增加降溫、擴(kuò)散階段。由于煤油滴量增大，滲速固然很快，但表面碳濃度較高， 一般情況下是不希望的。為了解決這一問題，增加降溫，擴(kuò)散階段是必要的 其目的是：一方面，通過繼續(xù)向內(nèi)層擴(kuò)散， 降低表面碳濃度，增加滲碳層深度，使其達(dá)到技術(shù)要求。剝層分析表明，滲碳層表面碳濃度可以控制在0.85～1.05 ％之間。另一方面，如果不降溫擴(kuò)散，奧氏體含碳量太高，馬氏體開始轉(zhuǎn)變點MS和轉(zhuǎn)變結(jié)束點Mt就向低溫方向移動，熱處理淬火后保留大量殘余奧氏體，硬度低，一般在HRC40～55之間，沒有達(dá)到工件滲碳淬火獲得表面高硬度目的。為此，必須降溫擴(kuò)散，使過量的碳化物從奧氏體中析出，使其含碳量和合金元素濃度下降，使Ms、MI提高。這樣淬火冷卻時奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體所需自由能降低，未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體就少，使工件硬度達(dá)到HRC60以上(淬優(yōu)質(zhì)富頓K油比淬HJ20機(jī)油硬度還要高3～6HRC) 第三方面，降溫擴(kuò)散階段為滲碳后直接淬火冷卻創(chuàng)造了必要條件。這對批量生產(chǎn)簡化熱處理操作，縮短生產(chǎn)工期，節(jié)省電能，減少工件熱處理變形，提高產(chǎn)品質(zhì)量都大有好處。

四、結(jié)論

1、常用滲碳鋼20CrMnTi，要求滲碳層深度1.0～1.4mm(或0.9～1.3ｍｍ)，應(yīng)用上述工藝，滲碳階段只需2.5小時(或2小時)，降溫擴(kuò)散需3小時，滲期共5.5小時，整個滲碳周期約9小時。過去我們按傳統(tǒng)工藝干，滲期需要8～l0小時，整個滲碳周期需12小時以上。兩者對比，本工藝節(jié)時25% 以上(即滲碳速度提高25% 以上)。

2、采用新工藝，產(chǎn)品熱處理質(zhì)量有所提高。本工藝滲層深度可達(dá)中、上限，接觸疲勞強(qiáng)度可望提高，滲層中碳化物顆粒細(xì)小彌散。硬度大于HRCS0，耐磨性可望增加。由于滲碳熱處理后降溫擴(kuò)散直接淬火，避免滲碳后高溫空冷和第二次加熱淬火而產(chǎn)生的表層微氧化脫碳，因而可提高表面壓應(yīng)力，可望有較高接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度，提高另件服役壽命。