渗碳有哪些不同类型？为您的钢制零件选择正确的工艺

渗碳的主要类型包括包装式、气体、液体、真空和等离子渗碳。每种方法都使用不同的介质——固体、气体、液体盐或离子化气体——将碳引入低碳钢零件的表面，使其能够硬化。方法的选择取决于所需精度、产量、零件复杂性和成本等因素。

选择渗碳工艺的核心决策不在于找到“最佳”方法，而在于将工艺能力与您的特定工程和经济要求相匹配。虽然传统方法对于一般用途具有成本效益，但先进工艺为高性能应用提供了卓越的控制和冶金质量。

什么是渗碳及其用途？

渗碳是一种热处理工艺，它向低碳钢零件的表面添加碳。此过程不会直接硬化钢材；相反，它会形成一个“渗层”，即具有较高碳含量的表面层。

然后对零件进行淬火（快速冷却）和回火。高碳渗层会变得极其坚硬和耐磨，而低碳芯部则保持较软和较韧。这形成了一个具有理想的表面耐磨性和芯部延展性组合的零件，使其能够抵抗磨损和灾难性断裂。

这些方法已被使用了几十年，在平衡成本和性能方面仍然适用于许多应用。

这是最初的方法。零件被装在一个密封的钢盒中，周围环绕着富含碳的固体化合物，如木炭或焦炭，以及促进一氧化碳释放的“活化剂”化学物质（例如碳酸钡）。

将盒子在炉中加热很长时间，使碳缓慢地扩散到钢中。它很简单，需要的投资最少，因此适用于一次性工作或小规模操作。

这是当今使用最广泛的工业方法。零件装入具有受控气氛的密封炉中。将富含碳的气体，如天然气（甲烷）或丙烷，引入炉中。

在高温下，这些气体分解，释放出的碳被钢表面吸收。该方法对渗层深度和表面碳浓度具有出色的控制能力，使其高度可重复，非常适合齿轮和轴承等零件的大规模生产。

在此过程中，零件浸入在高温下运行的熔融盐浴中。盐浴含有释碳化合物，通常是氰化钠。

液体渗碳非常快，并且由于液体均匀地接触所有表面，因此可以形成均匀的渗层。然而，使用剧毒的氰化物盐带来了重大的安全隐患和环境处理挑战，导致其使用不如更安全替代品普遍。

这些现代工艺是为了克服传统方法的局限性而开发的，为关键应用提供了更高的质量和精度。

也称为低压渗碳（LPC），此过程在真空炉中进行。首先在真空中加热零件以清洁表面。然后，在极低压力下引入精确量的碳氢化合物气体（如乙炔）。

由于炉内没有氧气，该方法完全消除了晶间氧化（IGO），这是一种会降低气体渗碳硬化零件疲劳寿命的缺陷。真空渗碳产生极其清洁、高质量的渗层，是航空航天齿轮等高应力零件的首选。

这是技术最先进的方法。在真空室内部，在零件（阴极）和室壁（阳极）之间施加高压电场。这会在零件周围产生等离子体或“辉光放电”。

引入含碳气体，等离子体将其离子化，导致碳离子加速并轰击零件表面。这为高度复杂的形状和盲孔提供了出色的渗层均匀性控制。它也可以在较低温度下进行，从而减少零件变形。

没有一种工艺适合所有情况。选择需要在成本、质量和生产后勤之间取得平衡。

气体渗碳为大多数工业需求提供了良好、可靠的控制。然而，真空和等离子渗碳提供了卓越的精度，并消除了晶间氧化等缺陷，从而产生具有更好疲劳性能的冶金上更清洁的表面。

包装式渗碳的设备成本最低，但劳动密集且难以自动化。气体渗碳代表了适中的设备成本和高吞吐量的平衡。真空和等离子炉需要大量的资本投资，操作也更复杂，因此最适合性能证明其成本的高价值组件。

液体渗碳由于有毒氰化物盐而最危险。气体渗碳涉及易燃气体，需要严格的安全规程。真空和等离子工艺本质上更安全，因为它们在受控的封闭环境中运行，并且使用极少量的工艺气体。

您的最终决定应由您所处理的零件的具体性能要求和价值驱动。

最终，将渗碳方法与零件的应用相结合是实现最佳性能和经济效益的关键。