氣體滲碳法是指在具有增碳氣氛的氣態活性介質中進行的滲碳工藝，是套用最廣泛、最成熟的滲碳方法。
基本介紹
- 中文名：氣體滲碳法
- 外文名：gas carburizing
- 工藝參數：滲碳溫度、保溫時間等
- 工藝工程：排氣、強烈滲碳、擴散及降溫
- 優點：滲碳速度較快等
- 學科：材料科學技術
原理,工藝參數,工藝過程,優點,
原理
無論何種滲碳介質進行滲碳，它們部有分解、吸收、擴散3個基本過程。
1)滲碳介質的分解過程。分解，就是活性介質在一定溫度下，進行化學分解，析出活性原子（或離子）的過程。在氣體滲碳時，煤油在高溫熱分解時產生甲烷，在鋼件的表面按如下反應分解出活性碳原子。
CH4→2H2+[C]
化學介質分解的速度，取決於化學介質的性質、數量、分解的溫度、壓力以及有無催化劑等。
2)活性碳原子被金屬表面的吸收過程。吸收就是活性原子（或離子）與金屬原子產生鍵合而進入金屬表層的過程。吸收的方式可以是活性原子向鋼的固溶體中溶解或形成化合物。滲碳時，滲碳介質所分解的活性碳原子吸附在鋼件表面後，溶於奧氏體中並形成間隙同溶體。當碳濃度超過該溫度下奧氏體飽和濃度時可形成金屬化合物（碳化物）。
吸收的強弱，與活性介質的分解速度、滲入元素的性質、擴散速度、鋼件的成分及其表面狀態有關。
3)滲入元素的擴散過程。擴散，就是被鋼件表面所吸收的活性原子（或離子）向鋼件深處的遷移，以形成一定厚度的擴散層（即滲層）。
分解、吸收、擴散是各種化學熱處理所共有的基本過程，同樣適用於其他化學熱處理，例如氮化、碳氮共滲、滲金屬等。
工藝參數
主要工藝參數為滲碳溫度、保溫時間、爐氣換氣次數和碳勢選定與控制等。
1)滲碳溫度：氣體滲碳溫度一般為880℃～930℃。較低滲碳溫度有利於減少滲碳—r件變形和滲碳深度與滲碳濃度控制；較高的滲碳溫度，可以加快滲碳速度，縮短滲碳周期，節約能源。但滲碳溫度過高容易使碳化物呈網狀，並使晶粒長大，降低力學性能。
2)保溫時間：氣體滲碳保溫時間主要取決於滲碳溫度和要求滲碳層的厚度。當溫度一定時，滲層深度與保溫時間z的平方根成正比
計算出的滲碳時間只能供操作參考。在滲碳時，應隨工件裝入若干試樣，定時抽取試樣檢測滲碳層深度和滲層含碳質量分數，並與技術要求指標進行比較，以確定出爐時間。
3)爐氣換氣次數：爐內滲碳氣氛要不斷更換，以保持爐氣的活性。換氣次數等於單位時間送入爐內滲碳氣體的量與爐膛的容積之比。換氣次數多，爐氣活性大，但是滲碳劑量和電耗增大。通常爐氣的換氣次數≥2，同時要保證爐內氣壓為正壓，以防止爐外空氣竄入爐內，破壞滲碳氣氛。
4)碳勢選定與控制：滲碳過程中，爐氣碳勢高，則滲碳件表面含碳量分數高，碳濃度梯度大，因而可以提高滲碳速度。但是，過高的碳網狀碳化物，使滲層的脆性增大。在滲碳工藝上採用分段控制碳勢的工藝方法。將滲碳時間分兩段：第一階段採用較高的碳勢進行強滲．稱為強滲期；第二階段採用較低的碳勢，以降低滲層表面含碳量並增加滲層深度，稱擴散期。
工藝過程
氣體滲碳時，將工件裝掛在密閉的井式滲碳爐中。滴入易於熱分解和氣化的液體（如煤油、丙酮等），加熱到900℃~950℃，按0.15~0.30 mm/h估算保溫時間，滲碳劑在高溫下分解產生活性原子，活性碳原子被工件的表面吸收，並向心部擴散，形成一定深度的滲碳層。滲碳層的深度根據零件尺寸及工作性能要求而定，通過控制保溫的時間來達到，—般為0.5~2.5 mm。
滲碳工藝過程一般由排氣、強烈滲碳、擴散及降溫4個階段組成。
1、排氣：模具零件入爐後必將引起爐溫降低，同時帶人大量空氣。排氣階段的作用在於恢復爐溫到規定的滲碳溫度。在此階段應儘快排除爐內空氣，通常採取加大滲劑流量以使爐內氧化性氣氛迅速減少。排氣時間往往在儀表溫度達到滲碳要求的溫度後尚需延長30一60min，以使爐內成分達到要求，並使爐內溫度均勻及工件燒透，排氣不好會造成滲碳速度減慢或質量不合格等缺陷。
2)強烈滲碳：排氣階段結束後，即進入強烈滲碳階段。其特點是滲碳劑滴量較多或氣氛較濃，使工件表面碳濃度高於最後要求，增大表面的碳濃度梯度以提高滲碳速度。強烈滲碳時間主要取決於模具鋼滲碳層的要求。
3)擴散：滲碳進入擴散階段是以減少滲碳劑滴量或濃度為標誌的。此時爐氣滲碳能力降低，表層過剩的碳繼續向內部擴散，最後得到要求的深度及合適的碳濃度分布。擴散階段所需時間由中間試棒的滲碳層深度確定。
4)降溫：滲碳後的冷卻，對於可直接淬火的零件應隨爐冷至適宜的淬火溫度（一般在840℃一860℃）．並保溫15～30min使零件內外溫度均勻後出爐淬火。對於需要重新加熱淬火的模具零件，可自滲碳溫度出爐放入緩冷罐中。
優點
氣體滲碳的主要優點如下：
(1)氣氛的配比基本穩定在一個範圍內，並可實現氣氛控制，產品質量容易控制。
(2)滲碳速度較快(0.2mm/h)，生產周期短，約為固體滲碳時間的1/2。
(3)適用於大批量生產，既適用於貫通式連續作業爐（如振底式、旋轉罐式、輸送帶式、推桿式、轉底式等），又適用於周期式滲碳爐（如井式、臥式和旋轉罐式），可實現連續生產及滲碳作業的機械化和自動化。
(4)勞動條件好，工件不需裝箱可直接加熱，大大提高了勞動生產率和減輕勞動強度。
