渗碳(carburization)是指将工件放入增碳活性介质中加热并保温，使 碳 渗入到工件表面层的 化学 热处理 工艺，渗碳目的是增加工件表层的碳质量分数并形成一定的碳浓度 梯度 。
二千年以前，我国已采用渗碳工艺，1637年，明代科学家 宋应星 在《 天工开物 》中记载针的制造过程，已普遍采用固体渗碳方法，而且已掌握固体渗碳过程中的检验方法。 液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的，20年代， 美国 开始采用转筒炉进行气体渗碳，30年代，连续式气体 渗碳炉 开始在工业上应用，60年代，高温(960—1100Y)气体渗碳得到发展，70年代，出现了真空渗碳和离子渗碳。
渗碳工件的材料一般为 低碳钢 或低碳 合金钢 （含碳量小于0.25%)，经过渗碳后，钢件表面的化学成分可接近 高碳钢 。工件经过渗碳处理后，再经 火和低温 回火 后其表面具有较高的硬度、疲劳强度、耐磨性等，而芯部仍然保持着 金属材料 的韧性和塑性，使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机、汽车和 拖拉机 等的 机械零件 ，如 齿轮 、轴、 凸轮轴 等。
分类
按含碳介质的不同﹐渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳﹑液体渗碳﹑和碳氮共渗（ 氰化物 ）。
气体渗碳是将工件装入密闭的 渗碳炉 内，通入气体渗剂（ 甲烷 、 乙烷 等）或液体渗剂（ 煤油 或苯、 乙醇 、 丙酮 等），在高温下分解出活性碳 原子 ，渗入工件表面，以获得高碳表面层的一种渗碳操作工艺。
固体渗碳是将工件和固体 渗碳剂 （木炭加 促进剂 组成）一起装在密闭的渗碳箱中，将箱放入 加热炉 中加热到渗碳温度，并保温一定时间，使活性碳原子渗入工件表面的一种最早的渗碳方法。
液体渗碳是利用液体介质进行渗碳，常用的液体渗碳介质有： 碳化硅 ，“603”渗碳剂等。
碳氮共渗（ 氰化物 ）又分为气体碳氮共渗、液体碳氮共渗、固体碳氮共渗。
原理
①分解
渗碳介质的分解产生活性碳 原子 。
② 吸附
活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层 奥氏体 中﹐使奥氏体中含碳量增加。
③扩散
表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差﹐表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度﹐同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。
渗碳零件的材料 一般选用 低碳钢 或低碳 合金钢 (含碳量小於0.25%)。渗碳后必须进行 淬火 才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的 马氏体 加上残余奥氏体和少量 碳化物 ﹐心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织﹐但应避免出现铁素体。一般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫米﹐深度渗碳时可达2毫米或更深。表面硬度可达HRC58～63﹐心部硬度为HRC30～42。渗碳淬火后﹐工件表面产生压缩内应力﹐对提高工件的疲劳强度有利。因此渗碳被广泛用以提高零件强度﹑冲击韧性和耐磨性﹐借以延长零件的使用寿命。
工艺流程
组织及性能特点：不能细化钢的 晶粒 。工件淬火变形较大， 合金钢 渗碳件表面残余 奥氏体 量较多，表面硬度较低
适用范围：操作简单，成本低廉用来处理对变形和承受冲击载荷不大的零件，适用于气体渗碳和液体渗碳工艺。
预冷直接淬火、低温回火
淬火温度800-850℃ 。组织及性能特点：可以减少工件淬火变形，渗层中残余奥氏体量也可稍有降低，表面硬度略有提高，但奥氏体晶粒没有变化。
适用范围：操作简单，工件氧化、脱碳及 淬火 变形均小，广泛应用于 细晶粒钢 制造的各种工具。
一次加热淬火 低温 回火
淬火温度820-850℃或780-810℃ 。组织及性能特点：对心部强度要求较高者，采用820-850℃淬火，心部为低碳M，表面要求硬度高者，采用780-810℃淬火可以细化 晶粒 。
适用范围：适用于固体渗碳后的 碳钢 和 Q355 工件、气体、液体渗碳的粗晶粒钢，某些渗碳后不宜直接淬火的工件及渗碳后需 机械加工 的零件。
4、渗碳高温回火，一次加热 淬火 ，低温回火
淬火温度840-860℃ 。组织及性能特点：高温 回火 使M和残余A分解，渗层中碳和合金元素以 碳化物 形式析出，便于 切削加工 及淬火后残余A减少。
适用范围：主要用于Cr—Ni合金渗碳工件
二次淬火低温回火
组织及性能特点：第一次淬火（或 正火 ），可以消除渗碳层网状碳化物及细化心部组织（850-870℃），第二次淬火主要改善渗层组织，对心部性能要求不高时可在材料的Ac1—Ac3之间淬火，对心部性能要求高时要在Ac3以上淬火。
适用范围：主要用于对力学性能要求很高的重要渗碳件，特别是对粗 晶粒 钢。但在渗碳后需经过两次高温加热，使工件变形和氧化脱碳增加， 热处理 过程较复杂。
组织及性能特点：高于Ac1或Ac3（心部）的温度淬火，高合金表层残余A较多，经冷处理（-70℃/-80℃）促使A转变从而提高表面硬度和耐磨性。
适用范围：主要用于渗碳后不进行 机械加工 的 高合金钢 工件。
7、渗碳后 高频 淬火低温回火
组织及性能特点：可以细化渗层及靠近渗层处的组织。淬火变形小，不允许硬化的部位不需预先防渗。
适用范围：各种 齿轮 和轴类
发展趋势
渗碳工艺是一个十分古老的工艺，在中国，最早可上溯到2000年以前。起先是用固体渗碳介质渗碳。在20世纪出现液体和气体渗碳并得到广泛应用。后来又出现了真空渗碳和离子渗碳。渗碳工艺仍然具有非常重要的实用价值，原因就在于它的合理的设计思想，即让钢材表层接受各类负荷（磨损、疲劳、机械负载及 化学 腐蚀）最多的地方，通过渗入碳等元素达到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度及耐蚀性﹐而不必通过昂贵的合金化或其它复杂工艺手段对整个材料进行处理。这不仅能用低廉的 碳钢 或 合金钢 来代替某些较昂贵的 高合金钢 ，而且能够保持心部有 低碳钢 淬火 后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。因此，完全符合节能、降耗， 可持续发展 的方向。
近年来，出现了高浓度渗碳工艺，与传统工艺在完全 奥氏体 区（温度在900~950℃，渗碳后表面碳质量分数为0.85%~1.05%）进行渗碳不同，它是在Ac1～Accm之间的不均匀奥氏体状态下进行，其渗层表面碳浓度可高达2%～4%。其结果可获得细小颗粒 碳化物 均匀、弥散分布的渗层。其渗碳温度降至800℃～860℃温度范围，可实现一般钢材渗碳后直接 淬火 ；由于高浓度渗碳层含有很高数量（20%～50%）的弥散分布的碳化物，故显示出比普通渗碳更优异的耐磨性、耐蚀性，更高的接触与弯曲疲劳强度，较高的冲击韧度、较低的 脆性 及较好的 回火 稳定性。该工艺还具有适用性广、对设备无特殊要求等优点，具有较高的经济效益和实用价值，近年来在国内外获得竞相研究与开发。
为了防止渗碳过程中 奥氏体 晶粒 的粗化，一般都在钢材中添加适量的钛，通过形成碳 氮化钛 粒子钉扎晶界而阻止晶粒长大。国家标准规定 ck 中钛添加量为0.04～0.08wt%。然而，最近有研究工作表明，当钛含量超过0.032%，就会在渗碳钢 冶炼 铸锭凝固时析出氮化钛。这种氮化钛尺寸达到微米数量级，起不到阻止奥氏体晶粒长大的作用，反而由于这种呈 立方体 的粒子的 尖角效应 以及与 基体 组织的不连续性而成为微裂纹的策源地和裂纹扩展的中继站，严重损害钢材的韧塑性。工作还表明，将钛含量降至0.02～0.032%，仍然能够同样有效地起到控制 奥氏体 晶粒 长大的作用，而又可避免有害 氮化钛 粒子的形成，因此是值得推荐的合理的选择范围。
常见缺陷
碳浓度过高
⒈产生原因及危害：如果渗碳时急剧加热，温度又过高或固体渗碳时用全新 渗碳剂 ，或用强烈的催渗剂过多都会引起渗碳浓度过高的现象。随着碳浓度过高，工件表面出现块状粗大的 碳化物 或网状碳化物。由于这种硬脆组织产生，使渗碳层的韧性急剧下降。并且 淬火 时形成高碳 马氏体 ，在磨削时容易出现磨削裂纹。
⒉防止的方法
①不能急剧加热，需采用适当的加热温度，不使钢的 晶粒 长大为好。如果渗碳时晶粒粗大，则应在渗碳后 正火 或两次淬火处理来细化晶粒。
②严格控制炉温均匀性，不能波动过大，在 反射炉 中固体渗碳时需特别注意。
③固体渗碳时， 渗碳剂 要新、旧配比使用。催渗剂最好采用4—7%的 BaCO3 ，不使用 Na2CO3 作催渗剂。
碳浓度过低
⒈产生的原因及危害：温度波动很大或催渗剂过少都会引起表面的碳浓度不足。最理想的碳浓度为0.9—1.0%之间，低于0.8%C，零件容易磨损。
⒉防止的方法：
①渗碳温度一般采用920—940℃，渗碳温度过低就会引起碳浓度过低，且延长渗碳时间；渗碳温度过高会引起 晶粒 粗大。
②催渗剂(BaCO3)的用量不应低于4%。
渗碳后表面局部贫碳
⒈产生的原因及危害：固体渗碳时，木炭颗粒过大或夹杂有石块等杂质，或催渗剂与木炭拌得不均匀，或工件所接触都会引起局部无碳或贫碳。工件表面的污物也可以引起贫碳。
⒉防止的方法
①固体 渗碳剂 一定要按比例配制，搅拌均匀。
②装炉的工件注意不要有接触。固体渗碳时要将渗碳剂捣实，勿使渗碳过塌而使工件接触。
③却除表面的污物。
渗碳浓度加剧过渡
⒈产生的原因及危害：渗碳浓度突然过渡就是表面与中心的碳浓度变化加剧，不是由高到低的均匀过渡，而是突然过渡。产生此缺陷的原因是渗碳剂作用很强烈(如新配制的木炭，旧渗碳剂加得很少)，同时钢中有Cr、Mn、Mo等合金元素是促使 碳化物 形成强烈，而造成表面高浓度，中心低浓度，并无过渡层。产生此缺陷后造成表里相当大的内应力，在 淬火 过程中或磨削过程中产生裂纹或剥落现象。
⒉防止的方法： 渗碳剂 新旧按规定配比制，使渗碳缓和。用 BaCO3 作催渗剂较好，因为 Na2CO3 比较急剧。
磨加工时产生 回火 及裂纹
⒈产生的原因：渗碳层经磨削加工后表面引起软化的现象，称之为磨加工产生的回火。这是由于磨削时加工进给量太快， 砂轮 硬度和粒度或转速选择不当，或磨削过程中冷却不充分，都易产生此类缺陷。这是因为磨削时的热量使表面软化的缘故。磨削时产生回火缺陷则零件耐磨性降低。
表面产生六角形裂纹。这是因为用硬质砂轮表面受到过份磨削，而发热所致。也与 热处理 回火不足，残余内应力过大有关。用酸浸蚀后，凡是有缺陷部位呈黑色，可与没有缺陷处区别开来。这是磨削时产生热量 回火 。使马使体转变为屈氏体组织的缘故。其实，裂纹在磨削后肉眼即可看见。
⒉防止的方法：
① 淬火 后必须经过充分回火或多次回火，消除内应力。
②采用40~60粒度的软质或中质 氧化铝 砂轮 ，磨削进给量不过大。
③磨削时先开 防冻液 ，并注意磨削过程中的充分冷却
碳钢特点
(1) ck 的含碳量一般都在0.15--0.25%范围内，对于重载的 渗碳体 ，可以提高到0.25--0.30%碳素渗碳钢中，用得最多的是15和20钢，它们经渗碳和 热处理 后表面硬度可达56--62HRC。但由于淬透性较低，只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件，如轴套、链条等.
(2)合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性，细化 晶粒 ，强化 固溶体 ，影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、 、 、钨、钒、硼等。低合金 ck 如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等，其 渗透性 和心部强度均较碳素渗碳钢高，可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件，如汽车、 拖拉机 中的 齿轮 、 活塞销 等。中 合金渗碳钢 如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等，由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性，主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件，如 航空发动机 的齿轮、轴等.
固体渗碳 ;液体渗碳 ;气体渗碳---渗碳温度为900--950C,表面层w(碳)为0.8--1.2%,层深为0.5--2.0mm.
渗碳后的 热处理 渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码 复合材料 。渗碳只能改变工件表面的含碳量，而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现。渗碳后的工件均需进行 淬火 和低温 回火 。淬火的目的是使在表面形成高碳 马氏体 或高碳马氏体和细粒状 碳化物 组织。低温回火温度为150--200C.
注意事项
(1)渗碳前的预处理 正火 目的是改善材料原始组织、减少带状、消除魏氏组织，使表面粗糙度变细，消除材料流线不合理状态。正火工艺；用860--980C空冷、179--217HBS.
(2)渗碳后需进行 机械加工 的工件，硬度不应高于30HRC.
(3)对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件，薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工.
(4)不得用 镀锌 的方法防渗碳.