渗碳处理技术85401工学设计.doc

滲碳處理技術 滲碳硬化乃表面硬化法之一種，屬於化學表面硬化法。滲碳者先於鋼之表面產生初生態之碳，而後使之滲入鋼之表面層，逐漸擴散入內部。初生態之碳乃由CO或CH4等氣體分解而得。CO之來源或由含有CO之氣體得之，或由固體滲碳劑之反應而產生於滲碳容器內，或者由含有氰化物之鹽浴得之。初生態之碳由鋼之表面擴散入內部時，鋼之溫度須增高至沃斯田鐵化溫層範圍內，使初生態之碳埂於擴散，蓋沃斯田鐵可溶解較多之〞C〞而肥粒鐵則溶解力極小，故滲碳溫度必須在Ac3要以上之溫度。以便滲碳作用得以進行。再配合各種熱處理法，使得鋼之去面生成高碳硬化心部低碳之低硬度層。使處理供具有表面硬而耐磨，心部韌而耐衝擊之性質。 一、滲碳處理之種類與特點： （一）滲碳法之種類 滲碳法按使用之滲碳劑而可分為如下三大類： （1）??? 固體滲碳法：以木炭為主劑的滲碳法。（2）??? 液體滲碳法：以氰化鈉（NaCN）為主劑之滲碳法。（3）??? 氣體滲碳法：以天然氣、丙烷、丁烷等氣體為主劑的滲碳法。 （二）滲碳法之比較 （1）固體滲碳法 長處：（a）設備費便宜，操作簡單，不需高度技術。（b）加熱用熱源，可用電氣、瓦斯、燃料油。（c）大小工件均適，尤其對大形或需原滲碳層者有利。（d）適合多種少量生產。 短處： （a）滲碳深度及表面碳濃度不易正確調節，有過剩滲碳的傾向。處理件變形大。（b）滲碳終了時，不易直接淬火，需再加熱。（c）作業環境不良，作業人員多。 （2）液體滲碳法 長處：（a）適中小量生產。設備費便宜。不需高度技術。（b）容易均熱、急速加熱，可直接淬火。（c）適小件、薄滲碳層處理件。（d）滲碳均勻，表面光輝狀態。 短處：（a）不適於大形處理件的深滲碳。（b）鹽浴組成易變動，管理上麻煩。（c）有毒、排氣或公害問題應有對策。（d）處理後，表面附著鹽類不易洗淨，易生鏽。（e）難以防止滲碳。有噴濺危險。 （3）氣體滲碳法 長處：（a）適於大量生產。（b）表面碳濃度可以調節。（c）瓦斯流量、溫度、時間容易自動化，容易管理。 短處：（a）設備費昂貴。（b）處理量少時成本高。（c）需要專門作業知識。 ? ? 二、固體滲碳法： 將表面滲碳鋼作成的工件，連同滲碳劑裝入滲碳箱而密閉，裝入加熱爐，加熱成沃斯田鐵狀態，使碳從鋼表面侵入而擴散，處理一定時間後，連同滲碳箱冷卻，只取出滲碳處理工件，進行一次淬火、二次淬火、施行回火。 此固體滲碳在滲碳法中歷史最老，不適於連續處理大量工件，作業環境不良，已有衰退傾向，不過爐及其他設備也較簡單，多種少量的處理也較方便，不至於完全絕跡。 固體滲碳的滲碳機構以氣體滲碳為基礎，亦即箱內的固體滲碳劑與箱內空氣中的氧反應，成為二氧化碳（CO2），CO2再與碳反應，生成一氧化碳（CO）。? C + O2 = CO2 （1） C + CO2 = 2 CO （2） CO在鋼表面分解，析出碳〔C〕。 2 CO =〔C〕+ CO2 （3） 〔C〕異於普通的碳，此種在鋼表面分解的原子狀碳（atomic Carbon）即稱為活性碳或初生態碳（nascent Carbon）的活性強的碳，本講義表成〔C〕；另一方面，鋼材表面副生的CO2再在固體滲碳劑表面依（2）式生成CO，依（3）式分解而析出〔C〕，此反應連續反覆進行，碳從鋼材表面侵入擴散，而滲碳。 　　前述反應與鐵（Fe）組合成滲碳反應。 Fe + 2 CO = { Fe - C }+ CO2 （4） 滲碳用之碳素，如以滲碳性之強度順序列之，可排如木炭、焦炭、石墨、骨炭。通常使用木炭為主劑，再添加若干滲碳促進劑。一般以鹼金屬的碳酸鹽為促進劑，碳酸鹽中的碳酸鋰（LiCO3）、碳酸鍶（Sr CO3）、碳酸鉀（K CO3）、的促進能大，但昂貴，工業上採用碳酸鋇（Ba CO3）、碳酸鈉（Na2 CO3）為多。雖促進能不如，但有耐久性，Na2 CO3快劣化，所以通常木炭加Ba CO320～30％，或再加10％以下的Na2 CO3為滲碳劑。 固體滲碳處理程序下： 先將處理工件去鏽，脫脂以適當的間隔（20～25㎜以上）排列於滲碳箱中，周圍填圍滲碳劑，加蓋以粘土封密裝入如圖五之電氣爐，坑式爐也可用。加熱保持一定時間。 在爐中經過所定後，在爐內徐冷或者由爐中拖出空冷，後進行熱處理。 滲碳鋼的表面為高碳鋼，心部為低碳鋼，有必要施行適用各部份的硬化處理，一般籍一次