何为渗碳？渗碳工艺常见问题及经验总结

何为渗碳？渗碳工艺常见问题及经验总结

引用

网易

1.

https://m.163.com/dy/article/IU7MDGT20511CP8E.html

渗碳工艺是金属热处理中的重要环节，广泛应用于汽车、航空、模具等行业。然而，在实际生产中常常会出现各种缺陷，影响零件的性能和使用寿命。本文总结了渗碳工艺中常见的20种缺陷及其产生原因和解决对策，对于从事金属热处理相关工作的技术人员具有很高的参考价值。

渗碳层出现大块状或网状碳化物

缺陷产生原因：

1. 表面碳浓度过高

• 滴注式渗碳，滴量过大
• 控制气氛渗碳，富化气太多
• 液体渗碳，盐浴氰根含量过高
• 渗碳层出炉空冷，冷速太慢

对策：

1. 降低表面碳浓度，扩散期内减少滴量和适当提高扩散期湿度，也可适当减少渗碳期滴量
2. 减少固体渗碳的催碳剂
3. 减少液体渗碳的氰根含量
4. 夏天室温太高，渗后空冷件可吹风助冷
5. 提高淬火加热温度50~80ºC并适当延长保温时间
6. 两次淬火或正火+淬火，也可正火+高温回火，然后淬火回火

渗碳层出现大块状或网状碳化物的显微组织示意图

渗层出现大量残余奥氏体

缺陷产生原因：

1. 奥氏体较稳定，奥氏体中碳及合金元素的含量较高
2. 回火不及时，奥氏体热稳定化
3. 回火后冷却太慢

对策：

1. 表面碳浓度不宜太高
2. 降低直接淬火或重新加热淬火温度，控制心部铁素体的级别≤3级
3. 低温回火后快冷
4. 可以重新加热淬火，冷处理，也可高温回火后重新淬火

表面脱碳

缺陷产生原因：

1. 气体渗碳后期，炉气碳势低
2. 固体渗碳后，冷却速度过慢
3. 渗碳后空冷时间过长
4. 在冷却井中无保护冷却
5. 空气炉加热淬火无保护气体
6. 盐浴炉加热淬火，盐浴脱氧不彻底

对策：

1. 在碳势适宜的介质中补渗
2. 淬火后作喷丸处理
3. 磨削余量，较大件允许有一定脱碳层（≤0.02mm）

渗碳层淬火后出现屈氏体组织（黑色组织）

缺陷产生原因：渗碳介质中含氧量较高：氧扩散到晶界形成Cr、Mn、Si的氧化物，使合金元素贫化，使淬透性降低

对策：

1. 控制炉气介质成分，降低含氧量
2. 用喷丸可以进行补救
3. 提高淬火介质冷却能力

心部铁素体过多，使硬度不足

缺陷产生原因：

1. 淬火温度低
2. 重新加热淬火保温时间不足，淬火冷速不够
3. 心部有未溶铁素体
4. 心部有奥氏体分解产物

对策：

1. 按正常工艺重新加热淬火
2. 适当提高淬火温度延长保温时间

渗碳层深度不足

缺陷产生原因：

1. 炉温低、保温时间短
2. 渗剂浓度低
3. 炉子漏气
4. 盐浴渗碳成分不正常
5. 装炉量过多
6. 工件表面有氧化皮或积炭

对策：

1. 针对原因，调整渗碳温度、时间、滴量及炉子的密封性
2. 加强新盐鉴定及工作状况的检查
3. 零件应该清理干净
4. 渗层过薄，可以补渗，补渗的速度是正常渗碳的1/2，约为0.1mm/h左右

渗层深度不均匀

缺陷产生原因：

1. 炉温不均匀
2. 炉内气氛循环不良
3. 炭黑在表面沉积
4. 固体渗碳箱内温差大及催渗剂不均匀
5. 零件表面有锈斑、油污等
6. 零件表面粗糙度不一致
7. 零件吊挂疏密不均
8. 原材料有带状组织

对策：

1. 渗碳前严格清洗零件
2. 清理炉内积炭
3. 零件装夹时应均匀分布间隙大小相等
4. 经常检查炉温均匀性
5. 原材料不得有带状组织
6. 经常检查炉温、炉气及装炉情况

表面硬度低

缺陷产生原因：

1. 表面碳浓度低
2. 表面残余奥氏体多
3. 表面形成屈氏体组织
4. 淬火温度高，溶入奥氏体碳量多，淬火后形成大量残余奥氏体
5. 淬火加热温度低，溶入奥氏体的碳量不够，淬火马氏体含碳低
6. 回火温度过高

对策：

1. 碳浓度低，可以补渗
2. 残余奥氏体多，可高温回火后再加热淬火
3. 有托氏体组织，可以重新加热淬火
4. 严格热处理工艺纪律

表面腐蚀和氧化

缺陷产生原因：

1. 渗剂不纯有水、硫和硫酸盐
2. 气体渗碳炉漏气固体渗碳时催渗剂在工件表面融化，液体渗碳后，工件表面粘有残盐
3. 高温出炉，空冷保护不够
4. 盐炉校正不彻底，空气炉无保护气氛加热，淬火后不及时清洗
5. 零件表面不清洁

对策：

1. 严格控制渗碳剂及盐浴成分
2. 经常检查设备密封情况
3. 对零件表面及时清理和清洗
4. 严格执行工艺纪律

渗碳件开裂

缺陷产生原因：

1. 冷却速度过慢，组织转变不均匀
2. 合金钢渗后空冷，在表层托氏体下面保留一层未转变奥氏体在随后冷却或室温放置时， 转变成马氏体，比容加大，出现拉应力
3. 第一次淬火时，冷却速度太快或工件形状复杂
4. 材质含提高淬透性的微量元素（Mo、B）太多等

对策：

1. 渗后减慢冷却速度，使渗层在冷却过程中完全共析转变
2. 渗后加快冷却速度，得到马氏体+残余奥氏体。松弛内层组织转变产生的拉应力
3. 淬火开裂应减慢冷却速度、含微量元素作工艺试验，或提高淬火介质温度

渗碳件开裂的宏观形貌示意图

高合金钢氢脆

缺陷产生原因：

1. 炉气中含氢太高
2. 渗碳温度太高利于氢扩散
3. 渗后直接淬火，氢来不及析出以过饱和状态存在于钢中

对策：

1. 渗碳后缓慢冷却
2. 直接淬火后，迅速在250ºC以上回火
3. 零件出炉前停止供给渗剂，通入氮气排氢后，直接淬火

渗层碳浓度低

缺陷产生原因：

1. 炉内碳势低，温度低，滴量少，炉子漏气
2. 工件表面形成碳黑或被炭黑覆盖，装炉量太多
3. 炉子气氛不均匀，炉压太低，使炉子局部造成死角
4. 工件间距离太小，炉子循环不畅
5. 渗后冷却时脱碳

对策：

1. 渗碳时，经常检查炉温、渗剂滴量
2. 注意炉气、炉压
3. 防止炉子漏气和风扇停转、反转
4. 工件之间距离大于1cm
5. 经常烧碳黑，清理炉内积炭，渗后入冷却井冷却，在井中倒煤油或甲醇保护

渗碳层过厚

缺陷产生原因：

1. 渗碳温度太高，保温时间太长
2. 滴量过大，炉内碳势高
3. 试样检验不准

对策：

1. 针对原因，采取工艺措施
2. 渗层超过图样上限要求，不合格，但与图样规定相差0.05mm时，可以仲裁合格或申请回用

渗碳件畸变过量

缺陷产生原因：

1. 渗碳时装炉方法或夹具选择不当
2. 渗碳温度太高，炉气、炉压不均和不稳定
3. 直接淬火温度过高
4. 不适当安排两次淬火
5. 加热方式不当，淬火剂及冷却方式不当
6. 淬火返修次数太多
7. 零件上渗碳层的浓度和深度不均匀，淬火时造成无规则翘曲
8. 工件形状复杂，壁厚不均匀，有的面渗碳，有的面不渗碳或少渗碳

对策：

1. 长杆状件应垂直吊放，平板零件要平放，零件在夹具上要平稳不能受预应力，出炉操作要平稳、炉温要适当
2. 直接淬火应预冷，尽量用一次淬火代替二次淬火，正确选择热处理工艺
3. 预先留出机加工余量

渗碳速度很慢

缺陷产生原因：

1. 温度过低
2. 渗剂太多，零件表面积炭
3. 渗剂含硫量过多
4. 风扇轴承用MoS2润滑，润滑油进入炉内，使硫增加
5. 风扇轴承漏气、氧气进入炉中
6. 风扇轴冷却水渗漏入炉

对策：
针对缺陷采取相应措施

渗碳件淬火后表面剥落

缺陷产生原因：

1. 固体渗碳剂活性过分强烈
2. 渗碳温度过高，大量碳原子渗入工件表面来不及扩散，过渡不好形成表面碳浓度过高

对策：

1. 将高碳势件在保护气氛中（碳势（体积分数）为0.8%）加热2~4h，以减少表面碳浓度
2. 也可将此件在质量分数为3%5%的苏打和木炭中加热至920940ºC，保温2~4h，以减少表面碳浓度

零件上出现玻璃状凸瘤

缺陷产生原因：

1. 固体渗碳时，渗碳中由于SiO2质量分数2%以上所致
2. SiO2高温和Na2CO3作用，生成玻璃状物质粘附在工件表面，形成凸瘤

对策：

1. 固体渗碳时，渗剂应纯净
2. 旧渗碳剂彻底筛去尘埃
3. 去除渗剂中砂石及封口用耐火粘土

渗碳件出现反常组织（游离铁素体，游离渗碳体或网状铁素体在二次渗碳体周围）

缺陷产生原因：

1. 钢中和渗碳介质中含氧量过高所致，使淬火时出现软点使耐磨性降低
2. 渗碳剂应干燥去水分

对策：

1. 适当提高淬火温度延长保温时间，使组织均匀化
2. 选用淬火烈度大的淬火介质

过热

缺陷产生原因：

1. 渗碳时过势或淬火加热时过势，使晶粒长大，脆性增加
2. 渗碳时过势，不但表层含碳量增加，同时碳化物也增加，出现莱氏体

对策：

1. 采用正火，使晶粒细化
2. 盐炉加热淬火，工件不能紧靠电极
3. 检查仪表是否失灵