13.2 表面化学热处理

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1、教学课题表面化学热处理教学课时2教学目的让学生了解几种常见的表面热处理元素掌握碳氮共渗的工艺及特点教学难点碳氮共渗的工艺及特点教学重点碳氮共渗的工艺及特点教学方法讲解法、讨论教具准备教材教学过程复习导入表面淬火主要有：1.感应加热表面淬火2.火焰加热表面淬火3.电接触加热表面淬火等新课学习课题导入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。到现在，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

2、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。授课内容渗碳：为了获得高硬度、高耐磨的表面及强韧的心部，渗碳后必须进行淬火加低温回火处理。按渗碳介质可分为：气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳。渗氮：①渗氮层具有高硬度、高耐磨性；②渗氮层比热容打，在钢件表面形成压应力层可显著提高耐疲劳性能，渗氮层的耐疲劳性优于渗碳层；③渗氮层

3、表面有化学稳定性高的ε相，能显著提高耐腐蚀性。渗氮能形成性能优越的渗氮层，但由于工艺时间太长，使得生产率太低，成本高，应尽量少采用。渗氮一般用在强烈磨损、耐疲劳性要求非常高的零件，有的场合是除要求机械性能外还要求耐腐蚀的零件。碳氮共渗（俗称“氰化”）：按工艺温度分：低温碳氮共渗（520-580℃），工艺温度低，共渗过程是以氮原子为主、碳原子为辅的渗入过程，俗称“软氮化”；中温碳氮共渗（780-880℃）；高温碳氮共渗（880-930℃）。优点：①与渗碳相比处理温度低，渗后可直接淬火，工艺简单，晶粒不易长大，变形裂倾向小，能源消耗少，共渗层的疲劳性和抗回火稳定性好；②与渗氮相比，生

4、产周期大大缩短，对材料适用广。氮碳共渗：氮碳共渗起源于西德，是在液体渗氮基础上发展起来的。早期氮碳共渗是在含氰化物的盐浴中进行的。由于处理温度低，一般在500-600℃，过程以渗氮为主，渗碳为辅，所以又称为“软氮化”。氮碳共渗工艺的优点如下：①氮碳共渗有优良的性能：渗层硬度高，碳钢氮碳共渗处理后渗层硬度可达HV570-680；渗氮钢、高速钢、模具钢共渗后硬度可达HV850-1200；脆性低，有优良的耐磨性、耐疲劳性、抗咬合性和耐腐蚀性。②工艺温度低，且不淬火，工件变形小。③处理时间短，经济性好。④设备简单，工艺易掌握。存在问题是：渗层浅，承受重载荷零件不宜采用。渗硼：渗硼是一种有

5、效地表面硬化工艺。将工件置于能产生活性硼的介质中，经过加热、保温，使硼原子渗入工件表面形成硼化物层的过程称为渗硼。金属零件渗硼后，表面形成的硼化物（FeB、Fe2B、TiB2、ZrB2、VB2、CrB2）及碳化硼等化合物的硬度极高，热稳定性。渗硼钢的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热性均比渗碳和渗氮高。渗铝：在一定温度下使铝渗入工件表面的工艺称为渗铝。工件渗铝层的表面生成致密、坚固、连续的氧化铝薄膜，使工件内部不继续氧化。渗铝能提高工件高温抗氧化性、空气、二氧化硫气体以及其他介质中的热稳定性、耐腐蚀性和抗侵蚀性。低碳钢、铸铁、许多耐氧化钢和耐热钢、镍基耐热合金，以及钛、铜、难熔炼金属及

6、其合金等金属材料都可以进行渗铝。渗铬：渗铬工艺是在高温下，将活性铬通过表面吸收及铬、铁和碳的相互扩散作用，在工作表面生成一层结合牢固的铁、铬、碳的合金。这一铬碳化物层具有良好的耐磨性，抗高温氧化性，热疲劳性，在大气、自来水、蒸汽和油品、硫化氢、硝酸、碱、氯化钠水溶液介质中有较高的抗蚀性。这些优良的综合性能，使渗铬工艺广泛地应用于有耐磨、耐热、耐腐蚀等性能要求的工件上。渗硫：渗硫能提高钢件的耐磨性、抗咬合能力及抗粘着磨损性。渗硫的方法有固体、液体和气体三种。按渗硫的温度，又可分为低温渗硫（160-200℃）、中温渗硫（520-560℃）和高温渗硫（800-930℃）。硫氮共渗及硫碳

7、氮共渗：为使工件表面兼有渗硫后的减摩特性和渗碳、渗氮后的抗磨特性，可以将渗碳、渗氮处理后获得高硬度表面的工件再进行渗硫处理。也可以采用硫氮二元共渗或硫碳氮三元共渗（硫氰共渗）的方法。经过硫氮碳复合渗的工件具有优良的耐磨、减摩、抗咬死、抗疲劳的能力，并改善了除不锈钢以外所有钢件的耐腐蚀性。渗硅：渗硅层在硫酸、硝酸、海水以及大多数盐、稀释碱中有很高的抗蚀性。渗硅层硬度虽然不高，但耐磨性较好，用于汽车、拖拉机零件的减摩。低碳电工钢渗硅后，硅含量达到7%，可以获得电磁性能优良的高硅硅钢片