渗碳钢试棒进行渗碳热处理时，马弗炉的温度和时间应该如何控制？

渗碳钢试棒（如20CrMnTi、20Cr、20号钢等）在马弗炉中进行渗碳热处理时，温度和时间的控制直接决定了渗碳层的深度、硬度梯度以及心部的组织性能。

以下是针对马弗炉进行渗碳处理的详细温度与时间控制指南：

一、 温度控制

温度是影响渗碳速度最关键的因素（扩散系数与温度呈指数关系）。

1. 渗碳温度（强渗阶段）

常用范围：920°C ~ 940°C。

推荐设定：一般设定为930°C。

原理：

在此温度区间，奥氏体晶粒尚未剧烈长大，且钢件具有良好的塑性。

碳在奥氏体中的扩散速度较快，渗碳效率高。

如果是细晶粒钢（如含Ti、V、Nb的钢），温度可放宽至950°C甚至960°C以提高效率；如果是粗晶粒钢，必须严格控制在930°C以下以防过热。

炉温均匀性要求：马弗炉内有效加热区的温度偏差应控制在±5°C甚至±3°C以内。试棒摆放位置应避开热电偶正下方或炉门附近。

2. 扩散温度（可选）

如果工艺要求“强渗+扩散"两段式，扩散阶段温度通常与强渗温度一致，或者降温至900°C ~ 920°C。

马弗炉降温速度较慢，为了操作简便，通常在930°C下通过调整碳势（降低供油/甲醇量）来完成扩散过程，而不改变温度设定。

3. 淬火温度（出炉前）

对于直接淬火的工艺，渗碳结束后试棒通常随炉冷却或预冷至830°C ~ 860°C（视钢材的Ac3线而定）后出炉油淬。

也可以选择出炉后重新加热淬火（一次淬火法），以细化心部晶粒。

二、 时间控制

渗碳时间主要取决于要求的渗碳层深度。通常采用经验公式进行估算，并结合炉罐实际装炉量进行调整。

1. 经验估算公式（Harris公式）

在930°C下，渗碳层深度（dd，单位mm）与时间（tt，单位h）的关系约为：
d=k⋅td=k⋅t其中，系数kk 通常取0.5 ~ 0.6（取决于钢种和炉气活性）。

参考数据（在930°C）：

0.5mm 层深：约 1.0 ~ 1.5 小时

1.0mm 层深：约 3.5 ~ 4.5 小时

1.5mm 层深：约 7.0 ~ 8.5 小时

2.0mm 层深：约 11.0 ~ 13.0 小时

2. 工艺阶段的时间分配

为了获得理想的表面碳浓度（通常为0.75%~0.95%）和平缓的过渡层，通常将总时间分为两个阶段：

强渗期：

时间：约占总时间的60% ~ 70%。

目的：使表面碳浓度迅速达到甚至略高于目标值（如1.0%~1.2%），建立高浓度梯度。

控制：保持较高的滴油量或富化气供应，维持高碳势。

扩散期：

时间：约占总时间的30% ~ 40%。

目的：降低表面碳浓度，使其向心部扩散，平缓梯度。

控制：大幅减少煤油/丙烷滴量，仅通入稀释气（如甲醇或氮气），降低炉内碳势。

三、 马弗炉操作的特殊注意事项（试棒处理）

由于试棒通常较小，且为了验证炉子性能或材料特性，需特别注意以下操作细节：

排气（升温期）：

炉温升至800°C - 850°C时，必须开始大量滴入甲醇或排气用有机溶剂，迅速赶走炉内空气。

判据：必须在炉内氧气含量<0.5%，或者燃烧口火焰呈稳定橘黄色/淡蓝色后，才能开始升温和正式滴入渗碳剂（煤油等）。否则，试棒极易发生氧化脱碳。

试棒摆放（均温性）：

试棒不能直接压在炉底板上，也不能靠得太近。

应使用专用工装（料筐或吊具），保证试棒之间至少有1个直径的间距，且周围炉气流通良好。

试棒必须放置在热电偶感温端附近的有效加热区内，以保证其真实温度接近设定温度。

随炉试样（陪炉试棒）：

如果这根试棒是用来最终检验硬度和金相的（随炉试棒），它必须与正式产品（工件）的材质、尺寸一致，且放置位置必须能代表炉内最差环境（通常是炉膛中心或角落）。

出炉与冷却：

渗碳保温结束后，如果直接淬火，操作必须迅速，避免试棒表面温度降低过快导致析出铁素体（非马组织）。

如果需要空冷进行金相分析（观察渗层组织），出炉后应散开快速冷却，以保持渗碳层组织，避免表面氧化。

四、 推荐工艺参数表（以20CrMnTi钢为例）

*注：具体时间需根据试棒直径和目标层深微调。*

总结

对于马弗炉中的渗碳钢试棒，温度建议锁定在930°C（除非有特殊晶粒度要求），时间则根据目标渗层深度按 d∝td∝t的规律估算，并预留出30%-40%的时间进行扩散操作。同时，务必高度重视马弗炉的排气操作和试棒摆放，以保证数据准确。