滲碳爐是金屬熱處理領(lǐng)域的重要設(shè)備，通過在高溫環(huán)境下將碳元素滲入金屬工件表面，顯著提升工件的表面硬度、耐磨性和抗疲勞性能，在汽車、機(jī)械、航空航天等眾多工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

二、工作原理

滲碳爐的工作原理基于化學(xué)熱處理，其核心在于碳元素的擴(kuò)散、吸附和固溶過程：

碳的擴(kuò)散：在高溫下，碳原子從滲碳介質(zhì)（如甲烷、丙烷等碳?xì)浠衔铮┲嗅尫?，通過金屬表面的晶格間隙向內(nèi)部擴(kuò)散。溫度升高使金屬晶格振動加劇，碳原子擴(kuò)散速度加快。

碳的吸附：碳原子首先吸附在金屬工件表面，形成富含碳的吸附層，為后續(xù)擴(kuò)散奠定基礎(chǔ)。吸附過程受表面活性、溫度和滲碳介質(zhì)影響。

碳的固溶：吸附的碳原子向內(nèi)部擴(kuò)散并固溶于金屬晶格中。對于低碳鋼或低合金鋼，碳原子固溶于鐵素體形成奧氏體，奧氏體高碳含量使其硬度和耐磨性顯著提高。

三、滲碳工藝過程

滲碳工藝過程包括預(yù)熱、滲碳、擴(kuò)散、淬火和回火等關(guān)鍵步驟：

預(yù)熱：工件在爐內(nèi)預(yù)熱至300-500℃，去除表面雜質(zhì)，提高溫度均勻性，減少后續(xù)滲碳熱應(yīng)力。

滲碳：預(yù)熱后，通入滲碳?xì)怏w并升溫至900-950℃，碳原子逐漸滲入工件表面。滲碳時(shí)間依工件材料、尺寸和所需滲碳層深度而定，通常為幾小時(shí)到幾十小時(shí)不等。

擴(kuò)散：滲碳后，停止通入滲碳?xì)怏w，工件在高溫下保溫，使碳原子均勻擴(kuò)散，形成梯度分布滲碳層，確保表面高硬度和內(nèi)部良好韌性。

淬火：滲碳和擴(kuò)散完成后，工件迅速冷卻（淬火），將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，顯著提高表面硬度和耐磨性。淬火介質(zhì)依工件材料和形狀選擇。

回火：淬火后的工件進(jìn)行回火處理，消除內(nèi)應(yīng)力，提高韌性和尺寸穩(wěn)定性?；鼗饻囟韧ǔ?/span>150-250℃，時(shí)間為1-2小時(shí)。

四、碳勢控制

碳勢是爐內(nèi)氣氛中碳的活度，直接影響碳原子向工件表面的擴(kuò)散速度。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)節(jié)爐內(nèi)碳勢，可確保滲碳層均勻性和一致性。碳勢控制方法包括：

露點(diǎn)控制法：通過控制氣氛中水蒸氣的露點(diǎn)來間接控制碳勢，露點(diǎn)越低，碳勢越高。

氧探頭控制法：利用氧探頭測量爐內(nèi)氣氛中的氧含量，根據(jù)氧含量與碳勢的關(guān)系進(jìn)行控制。

紅外線分析法：通過紅外線分析儀測量爐內(nèi)氣氛中特定氣體成分的濃度，進(jìn)而控制碳勢。

五、滲碳爐的類型及應(yīng)用

常見的滲碳爐類型包括井式滲碳爐、箱式滲碳爐和滲碳多用爐等：

井式滲碳爐：結(jié)構(gòu)類似井，包括爐體、加熱系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)等，能提供均勻溫度分布，適用于各種形狀和尺寸工件，投資成本和能耗較高。

箱式滲碳爐：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適用于小批量、多品種工件的滲碳處理。

滲碳多用爐：集多種功能于一體，可實(shí)現(xiàn)滲碳、淬火、回火等工藝的連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，適用于大批量、單一品種工件的滲碳處理，廣泛應(yīng)用于齒輪、軸承、軸類等關(guān)鍵零部件制造