氣體滲碳是應(yīng)用最廣泛的化學(xué)熱處理方法之一，大家都十分關(guān)注分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基本過程，也很關(guān)注滲碳溫度、強(qiáng)滲時(shí)間、不同時(shí)期的碳勢(shì)、爐內(nèi)壓力及淬火冷卻介質(zhì)的種類和適用溫度等五大因素。但還有不少細(xì)節(jié)問題，必須抓緊抓好。我公司是以生產(chǎn)防滑鏈為主的外向型企業(yè)，在和外商的交往中，我們認(rèn)為以下六個(gè)細(xì)節(jié)問題也很重要。以下談一下我們的感受和體會(huì)，不妥之處，請(qǐng)斧正。
這里有兩個(gè)概念，即原材料的原始含碳量和滲碳以后表層的含碳量。
業(yè)已查明，滲碳鋼的原始含碳量除了對(duì)滲碳件的原始組織和性能有較大的影響外，還對(duì)滲層的形成和組織、性能也有顯著影響，原始含碳量越高，滲碳時(shí)的表面層濃度梯度越小。根據(jù)菲克第一定律可知，濃度梯度值變小，碳在鋼中的擴(kuò)散深度減薄，同時(shí)，滲入的速度也會(huì)降低，在其他條件都相同的情況下，原始含碳量越高，滲層的碳濃度梯度越平緩；原始含碳量越低，滲層的碳濃度梯度也越大。
由此可見，從提高滲碳層滲速出發(fā)，希望原始含碳量低些，滲速快些，但是原始含碳量太低，心部組織和性能往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，即使采取低碳馬氏體強(qiáng)化處理，也不能使心部有較大的改觀；過高的含碳量又會(huì)出現(xiàn)韌性不足的問題，特別是抗拉強(qiáng)度低。那么，原始含碳量到底多少合適？國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，美國(guó)wC=0.10%～0.30%，日本wC＜0.20%。我們的經(jīng)驗(yàn)為wC=0.15%～0.25%。
低碳鋼經(jīng)滲碳后，表層的含碳量可以達(dá)到過共析成分，由表向里碳濃度逐步降低，直至鋼的原始成分。滲碳鋼滲碳后在緩冷條件下，得到平衡狀態(tài)的組織，由表及里，金相組織可分為四個(gè)層次。
第一層為過共析層，wC＞0.80%，在500倍顯微鏡下觀察到在層片狀珠光體基體并夾有呈白色網(wǎng)狀的二次滲碳體（碳化物）分布在原奧氏體的晶界上。
第二層為共析層，第三層為亞共析層，第四層為心部的基體組織。
第一層至關(guān)重要，雖是過共析，但含碳量也不能過高，宜為wC=0.85%～1.05%。
試樣的材質(zhì)應(yīng)與爐中的滲件完全相同，最好是同爐號(hào)，這樣才有說服力。試樣有兩種：一種是φ10mm×100mm的爐前試樣，用于確定出爐時(shí)間；另一種是與工件形狀一樣或?yàn)楣ぜ旧淼碾S爐試樣，工況同滲件，用于檢查滲層深度、金相組織及力學(xué)性能。
這里所講的硬度是指滲碳淬火、回火后的硬度，涉及到用什么硬度計(jì)、載荷、硬度設(shè)置、檢測(cè)技術(shù)一系列問題。在此引入“有效硬化層深度”的概念。GB/T 25744—2010《鋼件滲碳淬火回火金相檢驗(yàn)》規(guī)定：經(jīng)淬火、回火后，從表面到硬度為550HV的垂直距離。需注意是是，這里維氏硬度計(jì)所用的載荷用9.807N（1kgf），而不是工廠自行規(guī)定的其他標(biāo)準(zhǔn)。
按照國(guó)際慣例，滲碳淬火、回火后的表面硬度應(yīng)為58～62HRC，但國(guó)外不少客戶盲目追求62～68HRC的高硬度，也有要求52～58HRC的低硬度，這些要求是否合理，值得商榷。如果是要求高硬度，只要材料選對(duì)、工藝正確，還能拼一把，如果是后者，要求就不太科學(xué)了，完全可以用其他更高明的手段獲得，而且不需要變材料，工藝簡(jiǎn)單，性能佳，符合節(jié)能減排大方向。
滲碳淬火后通常要進(jìn)行150～200℃的低溫回火，這區(qū)間回火，對(duì)于心部組織幾乎沒有影響，但表面層經(jīng)淬火、回火后，淬火馬氏體的過飽和碳以ε-碳化物形態(tài)沿馬氏體孿晶面析出，使馬氏體在光學(xué)顯微鏡下明顯變暗，同時(shí)由于馬氏體的膨脹壓應(yīng)力減小，又有一部分殘留奧氏體變成了回火馬氏體，使?jié)B層中的殘留奧氏體減少。馬氏體和殘留奧氏體的這些變化對(duì)鋼的力學(xué)性能都會(huì)產(chǎn)生一定影響。
試驗(yàn)表明，回火溫度超過180℃，硬度開始下降、耐磨性退減，所以建議不要超過180℃回火，但現(xiàn)實(shí)中發(fā)現(xiàn)不少單位回火溫度遠(yuǎn)超過180℃，最高者竟然有280℃。
有人做過試驗(yàn)，在100～200℃范圍內(nèi)，隨著回火溫度的提高，疲勞強(qiáng)度明顯下降，降幅為20%左右。
綜上所述，滲碳淬火后的低溫回火，在某些方面不一定有好的效果，而在另一方面又是必不可少的工序。從有益于彎曲疲勞強(qiáng)度和提高表面硬度考慮，可以省去回火工步，然而，由于缺乏有力的數(shù)據(jù)支撐，大多數(shù)的廠家還是老老實(shí)實(shí)地執(zhí)行傳統(tǒng)的回火工藝。實(shí)際表明，滲碳淬火后最佳的回火溫度為180℃，有人認(rèn)為最適宜的保溫時(shí)間為1.5h。
對(duì)滲碳層主要的技術(shù)要求是：滲碳層的含碳量（也稱碳濃度）、濃度梯度和滲層深度。這些要求決定了滲層的組織和性能，對(duì)滲碳件使用壽命有很大影響。
根據(jù)國(guó)內(nèi)外同行的經(jīng)驗(yàn)，滲碳件滲層的深度大約為工件有效厚度（或直徑）的10%～20%，也有的單位選5%～10%，可供參考的數(shù)據(jù)見表1。
表1 滲碳件滲層深度
注：對(duì)某些特殊工件，有些廠家規(guī)定：過共析層+共析層的深度應(yīng)為總滲層深度的50%～75%。
我公司也有超薄層滲碳的特殊工件，需滿足外商要求?？傊蛻羰巧系?，客戶滿意是我們最大的心愿。
對(duì)滲碳淬火件進(jìn)行-120℃～-80℃的冷處理，主要目的有三點(diǎn)：①提高表面硬度，使之更耐磨。②提高工件的尺寸穩(wěn)定性，在使用中少變形。③減少磨削裂紋。
對(duì)于滲碳淬火后的工件要不要進(jìn)行冷處理，不能一概否定，也不能盲從。根據(jù)我公司的實(shí)際情況，認(rèn)為沒有必要，因此不設(shè)此工步。
冷處理可是滲碳件表層的殘留奧氏體大幅度減少，硬度可上升2～3HRC，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致彎曲疲勞強(qiáng)度和沖擊韌度的明顯下降。由此可以看出，殘留奧氏體不完全是有害的，只要運(yùn)用得當(dāng)，對(duì)提高產(chǎn)品壽命還是有一定貢獻(xiàn)的。對(duì)什么樣的滲碳件要進(jìn)行冷處理，這是值得探討的問題，應(yīng)以大量的數(shù)據(jù)佐證。
冷處理應(yīng)有針對(duì)性和選擇性，并非是滲碳件經(jīng)過冷處理都好，從節(jié)約能源、降低損耗來說，應(yīng)盡量避免冷處理。如果一定要進(jìn)行冷處理，要注意給殘留奧氏體留有余地，不能消滅光（也消滅不光），冷處理后一定要補(bǔ)充一次180℃×2h的低溫回火。
作者：趙步青，朱敏，高旭華
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