在整個氣體滲碳熱處理過程中，工件表面的碳勢是隨著滲碳時間的延長而不斷提高，并不斷地趨近氣相碳勢，但始終不等于氣相碳勢。因此，青島豐東熱處理有限公司探索了提高滲碳速度的工藝， 收到了較滿意的經濟效果。

一．氣體滲碳過程中碳的傳遞與擴散

長期以來，有些人假設氣體滲碳一經開始，工件表面的碳勢就立刻與爐內氣氛碳勢相等，而且在整個滲碳過程中維持不變 這與事實并不相符。它束縛我們的思路，是長期來滲碳速度緩熳的根源。現在一 般認為，工件表面的碳勢并不等于爐內氣相碳勢，在整個氣體滲碳過程中，工件表面的碳勢隨著滲碳時間的延長而不斷提高，并不斷地趨近氣相碳勢，但始終不等于氣相碳勢。氣相碳勢與工件表面碳勢之差是碳從氣相介質過渡到工件表面的驅動力。

二、氣體滲碳速度慢的原因分析

氣體滲碳速度慢的主要原因是：不敢使氣相碳勢高出工件表面技術上要求的碳濃度所對應的碳勢，即使有所高出，其幅度也不大，總認為氣相碳勢保持與工件表面碳濃度相當為宜。氣相碳勢不高，表面碳濃度也不高，且其上升緩慢，碳向工件內部擴散遷移就慢，滲碳速度當然就慢。

三、提高氣體滲碳速度的工藝實施

要提高氣體滲碳速度，首先要從概念上更新，對擴散第二定律(在半無限大物體中)微分方程的邊界條件要進行修正，氣體滲碳熱處理的碳傳遞模型要進行修正，通過較大幅度提高氣相碳勢，可以達到提高滲碳速度之目的。幾年來，我們經過上百次的生產性探索試驗， 積累了一些經驗。現以20CrMnTi鋼為例，介紹一下這方面的工藝。

20CrMnTi鋼滲速較快的氣體滲碳工藝

這個工藝與原工藝的主要區別有三點：

第一點：升溫、保溫階段用大滴量酒精(180滴／分，大約合6毫升／分鐘)代替煤油，一是可以防止阻礙滲碳的炭黑和焦油的產生，二是同體積的酒精產氣量比煤油大一倍(在標態下，每毫升產氣量：煤油0.75升，酒精1.55升) 大量酒精分解氣體可迅速排除熱處理爐內不利于滲碳的空氣，又可沖刷工件表面，使其潔凈，處于活化狀態，提高吸附活性碳原子能力，為提高滲碳速度作好必要的準備。

第二點：排氣階段用煤油，使爐內迅速達到要求的滲碳氣氛。滲碳階段用作滲碳劑的煤油，由常規的80～90滴／分鐘(2.5～ 3毫升／分鐘)提高到130滴／分鐘，以迅速提高爐內氣相碳勢。氣相中碳原子傳遞到工件表面的驅動力增大．可以在短時間內，使工件表面碳濃度迅速提高，這就加決了滲碳熱處理速度。這好比自來水塔，塔身越高，壓力越大，流水速度就越快．同體積盛水缸在較短時間內就可充滿。

第三點：增加降溫、擴散階段。由于煤油滴量增大，滲速固然很快，但表面碳濃度較高， 一般情況下是不希望的。為了解決這一問題，增加降溫，擴散階段是必要的 其目的是：一方面，通過繼續向內層擴散， 降低表面碳濃度，增加滲碳層深度，使其達到技術要求。剝層分析表明，滲碳層表面碳濃度可以控制在0.85～1.05 ％之間。另一方面，如果不降溫擴散，奧氏體含碳量太高，馬氏體開始轉變點MS和轉變結束點Mt就向低溫方向移動，熱處理淬火后保留大量殘余奧氏體，硬度低，一般在HRC40～55之間，沒有達到工件滲碳淬火獲得表面高硬度目的。為此，必須降溫擴散，使過量的碳化物從奧氏體中析出，使其含碳量和合金元素濃度下降，使Ms、MI提高。這樣淬火冷卻時奧氏體轉變成馬氏體所需自由能降低，未轉變的殘余奧氏體就少，使工件硬度達到HRC60以上(淬優質富頓K油比淬HJ20機油硬度還要高3～6HRC) 第三方面，降溫擴散階段為滲碳后直接淬火冷卻創造了必要條件。這對批量生產簡化熱處理操作，縮短生產工期，節省電能，減少工件熱處理變形，提高產品質量都大有好處。

四、結論

1、常用滲碳鋼20CrMnTi，要求滲碳層深度1.0～1.4mm(或0.9～1.3ｍｍ)，應用上述工藝，滲碳階段只需2.5小時(或2小時)，降溫擴散需3小時，滲期共5.5小時，整個滲碳周期約9小時。過去我們按傳統工藝干，滲期需要8～l0小時，整個滲碳周期需12小時以上。兩者對比，本工藝節時25% 以上(即滲碳速度提高25% 以上)。

2、采用新工藝，產品熱處理質量有所提高。本工藝滲層深度可達中、上限，接觸疲勞強度可望提高，滲層中碳化物顆粒細小彌散。硬度大于HRCS0，耐磨性可望增加。由于滲碳熱處理后降溫擴散直接淬火，避免滲碳后高溫空冷和第二次加熱淬火而產生的表層微氧化脫碳，因而可提高表面壓應力，可望有較高接觸疲勞和彎曲疲勞強度，提高另件服役壽命。