滲碳鋼試棒進行滲碳熱處理時，馬弗爐的溫度和時間應該如何控制？

滲碳鋼試棒（如20CrMnTi、20Cr、20號鋼等）在馬弗爐中進行滲碳熱處理時，溫度和時間的控制直接決定了滲碳層的深度、硬度梯度以及心部的組織性能。

以下是針對馬弗爐進行滲碳處理的詳細溫度與時間控制指南：

一、 溫度控制

溫度是影響滲碳速度最關鍵的因素（擴散系數與溫度呈指數關系）。

1. 滲碳溫度（強滲階段）

常用范圍：920°C ~ 940°C。

推薦設定：一般設定為930°C。

原理：

在此溫度區間，奧氏體晶粒尚未劇烈長大，且鋼件具有良好的塑性。

碳在奧氏體中的擴散速度較快，滲碳效率高。

如果是細晶粒鋼（如含Ti、V、Nb的鋼），溫度可放寬至950°C甚至960°C以提高效率；如果是粗晶粒鋼，必須嚴格控制在930°C以下以防過熱。

爐溫均勻性要求：馬弗爐內有效加熱區的溫度偏差應控制在±5°C甚至±3°C以內。試棒擺放位置應避開熱電偶正下方或爐門附近。

2. 擴散溫度（可選）

如果工藝要求“強滲+擴散"兩段式，擴散階段溫度通常與強滲溫度一致，或者降溫至900°C ~ 920°C。

馬弗爐降溫速度較慢，為了操作簡便，通常在930°C下通過調整碳勢（降低供油/甲醇量）來完成擴散過程，而不改變溫度設定。

3. 淬火溫度（出爐前）

對于直接淬火的工藝，滲碳結束后試棒通常隨爐冷卻或預冷至830°C ~ 860°C（視鋼材的Ac3線而定）后出爐油淬。

也可以選擇出爐后重新加熱淬火（一次淬火法），以細化心部晶粒。

二、 時間控制

滲碳時間主要取決于要求的滲碳層深度。通常采用經驗公式進行估算，并結合爐罐實際裝爐量進行調整。

1. 經驗估算公式（Harris公式）

在930°C下，滲碳層深度（dd，單位mm）與時間（tt，單位h）的關系約為：
d=k?td=k?t其中，系數kk 通常取0.5 ~ 0.6（取決于鋼種和爐氣活性）。

參考數據（在930°C）：

0.5mm 層深：約 1.0 ~ 1.5 小時

1.0mm 層深：約 3.5 ~ 4.5 小時

1.5mm 層深：約 7.0 ~ 8.5 小時

2.0mm 層深：約 11.0 ~ 13.0 小時

2. 工藝階段的時間分配

為了獲得理想的表面碳濃度（通常為0.75%~0.95%）和平緩的過渡層，通常將總時間分為兩個階段：

強滲期：

時間：約占總時間的60% ~ 70%。

目的：使表面碳濃度迅速達到甚至略高于目標值（如1.0%~1.2%），建立高濃度梯度。

控制：保持較高的滴油量或富化氣供應，維持高碳勢。

擴散期：

時間：約占總時間的30% ~ 40%。

目的：降低表面碳濃度，使其向心部擴散，平緩梯度。

控制：大幅減少煤油/丙烷滴量，僅通入稀釋氣（如甲醇或氮氣），降低爐內碳勢。

三、 馬弗爐操作的特殊注意事項（試棒處理）

由于試棒通常較小，且為了驗證爐子性能或材料特性，需特別注意以下操作細節：

排氣（升溫期）：

爐溫升至800°C - 850°C時，必須開始大量滴入甲醇或排氣用有機溶劑，迅速趕走爐內空氣。

判據：必須在爐內氧氣含量<0.5%，或者燃燒口火焰呈穩定橘黃色/淡藍色后，才能開始升溫和正式滴入滲碳劑（煤油等）。否則，試棒極易發生氧化脫碳。

試棒擺放（均溫性）：

試棒不能直接壓在爐底板上，也不能靠得太近。

應使用專用工裝（料筐或吊具），保證試棒之間至少有1個直徑的間距，且周圍爐氣流通良好。

試棒必須放置在熱電偶感溫端附近的有效加熱區內，以保證其真實溫度接近設定溫度。

隨爐試樣（陪爐試棒）：

如果這根試棒是用來最終檢驗硬度和金相的（隨爐試棒），它必須與正式產品（工件）的材質、尺寸一致，且放置位置必須能代表爐內最差環境（通常是爐膛中心或角落）。

出爐與冷卻：

滲碳保溫結束后，如果直接淬火，操作必須迅速，避免試棒表面溫度降低過快導致析出鐵素體（非馬組織）。

如果需要空冷進行金相分析（觀察滲層組織），出爐后應散開快速冷卻，以保持滲碳層組織，避免表面氧化。

四、 推薦工藝參數表（以20CrMnTi鋼為例）

*注：具體時間需根據試棒直徑和目標層深微調。*

總結

對于馬弗爐中的滲碳鋼試棒，溫度建議鎖定在930°C（除非有特殊晶粒度要求），時間則根據目標滲層深度按 d∝td∝t的規律估算，并預留出30%-40%的時間進行擴散操作。同時，務必高度重視馬弗爐的排氣操作和試棒擺放，以保證數據準確。