這個(gè)過(guò)程本質(zhì)上是一個(gè)表面化學(xué)熱處理過(guò)程，其科學(xué)基礎(chǔ)是高溫下的化學(xué)擴(kuò)散。整個(gè)工作周期精確地分為三個(gè)核心階段：滲碳、擴(kuò)散、淬火。
階段一：滲碳 (Carburizing) - "表面增碳"
這是整個(gè)工藝的核心，目標(biāo)是在工件表面創(chuàng)造一個(gè)高碳濃度的區(qū)域。
1. 化學(xué)過(guò)程：
介質(zhì)分解：滲碳介質(zhì)（如天然氣 CH₄、丙烷 C₃H₈ 或煤油）被通入高溫爐罐。在 900-950°C 的高溫下，這些碳?xì)浠衔镌诖呋瘎ㄈ鐮t壁、工件表面的氧化鐵）作用下發(fā)生裂解，分解出活性碳原子 [C]。
反應(yīng)式示例：CH₄ → 2H₂ + [C]
吸附與溶解：這些高活性的碳原子 [C] 會(huì)被工件表面吸附，然后溶解到高溫下的奧氏體（一種碳在鐵中的固溶體）晶格中。
形成濃度梯度：由于工件心部是低碳鋼，而表面被高濃度的碳所包圍，形成了巨大的碳濃度差。這個(gè)濃度差是后續(xù)一切擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力。
2. 物理過(guò)程：
擴(kuò)散：在高溫下，原子具有很高的能量。表面的碳原子會(huì)因?yàn)闈舛忍荻鹊拇嬖冢园l(fā)地向心部移動(dòng)，形成一個(gè)碳濃度由表及里逐漸降低的區(qū)域，這就是滲碳層。
工藝控制：此階段的目標(biāo)是快速建立一個(gè)足夠厚度的滲碳層�？刂茀�(shù)主要是溫度和滲碳時(shí)間。溫度越高，原子擴(kuò)散速度越快；時(shí)間越長(zhǎng)，滲碳層越厚。
階段二：擴(kuò)散 (Diffusing) - "濃度勻化"
滲碳階段結(jié)束后，工件表面的碳濃度非常高（可能達(dá)到 0.8%-1.2%），而心部仍然是原始的低碳（如 0.2%）。這種急劇的濃度變化會(huì)導(dǎo)致表面在后續(xù)淬火后變得異常脆硬，性能不佳。擴(kuò)散階段就是為了解決這個(gè)問(wèn)題。
1. 核心目標(biāo)：
降低表面碳濃度：將表面過(guò)高的碳濃度 “拉” 下來(lái)，使其處于一個(gè)理想范圍（通常為 0.7%-0.9%），這個(gè)碳含量淬火后能獲得的硬度和韌性平衡。
平緩濃度梯度：讓滲碳層內(nèi)的碳濃度變化更加平緩，從表面到心部的過(guò)渡更柔和，避免了組織應(yīng)力過(guò)大。
2. 工藝控制：
調(diào)整氣氛：通常會(huì)停止或大幅減少富碳介質(zhì)的通入，轉(zhuǎn)而通入中性或弱滲碳?xì)夥眨ㄈ绲獨(dú)�、甲醇裂解氣）�?/p>
調(diào)整溫度：擴(kuò)散可以在與滲碳相同的溫度下進(jìn)行，也可以適當(dāng)降低溫度（如降至 880-900°C）。降低溫度可以減緩總擴(kuò)散速度，但更有利于控制表面碳濃度，避免奧氏體晶粒過(guò)度長(zhǎng)大。
控制時(shí)間：擴(kuò)散時(shí)間的長(zhǎng)短直接決定了最終滲碳層的碳濃度分布。
階段三：淬火與回火 (Quenching & Tempering) - "性能定型"
滲碳和擴(kuò)散只是改變了工件表層的化學(xué)成分，要獲得最終的高硬度，必須通過(guò)淬火來(lái)改變其金相組織。
1. 淬火 (Quenching)：
目的：將經(jīng)過(guò)滲碳、擴(kuò)散的工件（此時(shí)表層是高碳奧氏體）從高溫快速冷卻（通常在油或水溶性淬火液中）。
效果：快速冷卻抑制了奧氏體在冷卻過(guò)程中的分解，使其轉(zhuǎn)變?yōu)楦哂捕�、高�?qiáng)度的馬氏體組織。工件表層因此獲得極高的硬度和耐磨性。而心部由于碳含量低，在快速冷卻后形成強(qiáng)度和韌性較好的低碳馬氏體或貝氏體組織。
2. 回火 (Tempering)：
目的：淬火后的馬氏體組織非常硬，但也伴隨著巨大的內(nèi)應(yīng)力和脆性�；鼗鹁褪菫榱讼@些內(nèi)應(yīng)力，提高韌性，并穩(wěn)定組織和尺寸。
工藝：將淬火后的工件重新加熱到一個(gè)較低的溫度（通常為 150-200°C，對(duì)于要求更高韌性的零件可能更高），保溫一段時(shí)間后冷卻。
效果：經(jīng)過(guò)回火，工件表層的高硬度得以大部分保留，同時(shí)脆性大大降低，獲得了 “外硬內(nèi)韌” 的最終理想性能。
