《表面硬化处理》word版

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1、表面硬化处理所谓表面硬化法是指通过适当的方法使零件的表层硬化而零件的心部仍然具有强韧性的处理。通过这种处理，可以改善零件的耐磨性以及耐疲劳性，而由于零件的心部仍然具有良好的韧性和强度，因此对冲击载荷有良好的抵抗作用。常用的表面硬化处理方法主要有渗碳、氮化、硬质阳极氧化、镀铬、表面淬火以及渗金属等。一.渗碳钢的渗碳就是含碳量较低的钢制零件在渗碳介质中加热或者保温，使碳原子渗入表面，获得一定的表面含碳量，在淬火之后，含碳量高的表层硬度很高，而含碳量低的心部硬度低仍具有良好的韧性。目的是使零件获得高的表面硬度、耐磨性以及高的接触疲劳强度和弯

2、曲疲劳强度。主要用于承受磨损、交变接触应力或者弯曲应力和冲击载荷的零件，如轴、齿轮、凸轮轴等，这些零件要求表面有很高的硬度而心部要有足够的强度和韧性。渗碳法分为固体渗碳法、液体渗碳法和气体渗碳法三种。另外还有真空渗碳法。固体渗碳法就是把零件放入固体渗碳剂（由木炭粉以及BaCO3和Na2CO3等促进剂组成）中然后放入渗碳容器里加热到900℃—930℃保温一定时间。液体渗碳是把工件浸入以氰化钠（NaCN）为主（含NaCl、NaCO3和Na2CO3等添加剂）的熔融盐浴里，氰化钠分解所生成的C和N渗入工件中。气体渗碳是把零件放入通有CH4和C

3、O的容器里加热使碳原子渗入工件表面。渗碳层的深度可以达到几个毫米，其深度随渗碳时间的增加而增加，随渗碳温度的升高而加深，但是渗碳速度随时间的延长而减慢。对不要渗碳的部位一般采用镀铜保护或者预留加工余量、渗碳后把该处切掉的方法进行防护。渗碳后必须进行淬火和低温回火处理以得到零件所需要的硬度（可达HRC55—65），注重高硬度时在150℃左右回火，而为了保持零件的尺寸精度，防止时效变形时在180℃—200℃左右回火。最后必须要提及一点是，我们经常提到的渗碳层深度是指淬火后的有效硬化层深度，国标GB9450—88上规定为从零件表面到维氏硬度

4、值为550HV的距离，实际碳在零件中扩散达到的距离比这个要大得多。附图：Q235钢和20#钢渗碳淬火后显微组织（100倍、200倍）二.氮化氮化是指把合金钢（一般含有Al、Cr、Mo）在无水氨气（NH3）流中在500℃—570℃左右长时间加热，使钢的表面形成一层硬度很高又耐腐蚀的氮化物（主要为Fe2N、Fe3N、Fe4N）。一般有气体渗氮、液体渗氮和辉光离子渗氮。氮化时合金钢的含碳量一般在0.2%—0.5%，主要由零件心部的机械性能来决定含碳量，含碳量高时阻碍N的扩散，从而减少氮化层的厚度，而含碳量少时，零件截面上的硬度梯度变化就会大

5、，从而造成氮化层容易剥离。Al的作用是增加渗氮后钢的表面硬度，Cr可以增加氮化层的厚度，Mo可以防止在500℃—570℃长时间加热造成的回火脆性，Cr、Mo对材质的改良也很重要。历史最久国际上普遍采用的渗氮钢是38CrMoAl。一般的氮化零件的工艺流程为锻造—退火—粗加工—调质—精加工—氮化。不需要氮化的部位可以镀Ni或者镀Sn或者镀Pb20%+Sn80%。氮化处理前先对零件进行调质处理，使其具有良好的塑性和韧性，氮化处理后不再实施淬火、回火，并且氮化处理本身的温度就比较低，所以工件的变形小。氮化处理后工件表面的硬度可以达到HRC65

6、—72，比渗碳处理后的硬度更高更耐磨，并且耐腐蚀性能要好。辉光离子渗氮法是把零件置于真空反应炉内，用真空泵把炉内抽真空，然后通入N2和H2的混合气体，把炉内压力调整到100—1000Pa，以炉体接阳极，工件接阴极，在两极间通数百伏的直流电时产生辉光放电，这时所产生的氮离子就会高速向工件表面运动。而处在阴极的工件被冲击出铁原子，与氮离子结合成FeN，随即被工件表面吸附，在离子轰击作用下，逐步分解为低价氮化物和氮原子，氮原子就向内部渗入及扩散。辉光离子渗氮的时间与普通渗氮相比要短的多，普通渗氮要几十个小时，而辉光离子渗氮最快只要几个小时。

7、附图：20#钢和40Cr钢氮化后显微组织（400倍）三.硬质阳极氧化铝的阳极氧化是以铝或铝合金作阳极，以铅板作阴极在电解液中电解，使其表面生成氧化膜层。经过阳极氧化，铝表面能生成厚度为几个至几百微米的氧化膜。这层氧化膜的表面是多孔蜂窝状的，比起铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。采用不同的电解液和工艺条件，就能得到不同性质的阳极氧化膜。阳极氧化的主要工艺流程：脱脂除油—碱腐蚀—抛光—阳极氧化—染色—封孔处理。碱腐蚀的目的是去除铝合金表面致密但不均匀的氧化膜，对高硅铝合金，采用HN03、HF混合溶液，其他铝

8、合金采用以NaOH溶液为主的碱性槽液。抛光的目的是得到光亮的基体表面，分为机械抛光、电解抛光和化学抛光。机械抛光就是采用机械方法磨出光亮表面。电解抛光是利用电流的作用，使铝合金发生电化学反应，在铝合金表面凸凹不平的部分发