热处理工艺化学热处理教学课件PPT

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1、热处理原理及工艺(21)思考1.表面淬火用途，常用方法，工序安排2.集肤效应第五章化学热处理Chemistryheattreatment第五章化学热处理5-1概述1、定义：特定介质中加热、保温，使介质中某些元素渗入工件以改变其表层化学成份和组织→改变性能2、目的：使表层和心部获得不同的组织性能。5-1概述3、分类：以渗入元素命名:单元渗：渗单一元素，如渗C、渗N、渗B。多元共渗：如CN共渗，CNB三元共渗等。根据渗入元素对性能作用：提高渗层强度，耐磨性，渗C、N、B、Nb、V提高抗氧化，耐高温性，渗Al、渗Cr提高抗咬合，抗擦伤性能，渗S，渗N、P化等提高抗腐蚀

2、性能，渗N、渗Si、渗Zn等介质状态：固体法；气体法；液体法。5-2化学热处理基本原理一、基本过程：1、分解渗剂中的反应2、吸收相界面反应—吸附与解吸附反应。3、扩散（1）金属工件中的内扩散（2）金属中的反应渗剂分解释放活性原子活性原子在工件表面吸附活性原子由表面向心部扩散含活性原子的渗剂钢钢交叉进行5-2化学热处理基本原理二、渗剂分解过程分解反应：热裂解如CnH2n+2→(n+1)H2+n[C]（渗C）热分解如2CO→CO2+[C]（渗C）NH3→3/2H2+[N]（渗N）置换反应如：AlCl3+Fe→FeCl3+[Al]（渗Al）还原反应：如TiCl4+2H

3、2→4HCl+4[Ti](渗Ti)5-2化学热处理基本原理三、相界面反应（吸附过程）以CO在钢表面的相界面反应为例一定能量的CO→冲刷钢表面，进入Fe晶格原子引力场范围内，Fe(晶)+CO(气)→FeCO(吸附)C－O键被强烈变形，削弱了C－O间原子结合力→C－O键易被破坏。钢当气相中CO碰在上述C－O中O原子时C－O+CO→CO2+[C]吸附的[C]侵入铁的晶格而溶于Fe中FeCO(吸附)+CO(气)→Fe[C](吸附)+CO2(气)5-2化学热处理基本原理渗N：化学吸附作用削弱N-H键。活性[N]一部分被工件表面吸收，一部分以N2溢出。Fe+3NH3→Fe(

4、NH3)吸→Fe(NH)吸+Fe-2[H]吸→Fe[N]+3H2↑+N2↑5-2化学热处理基本原理吸附分为两类:物理吸附：凝聚作用，快，固体晶体与气体分子无电子转移和化学键生成。多分子层;T↑，解析化学吸附：电子转移，生成化学键。单分子层。T↑，吸附大。化学热处理影响化学吸附因素：①温度②表面光洁度差，吸附表面大，活性大。③无氧化、污染，则表面原子的自由键力场完全暴露，表面活性大。5-2化学热处理基本原理四、工件表层中的扩散过程扩散：原子由高浓度→低转移扩散分类:纯扩散（如渗C）反应扩散（如渗N）5-2化学热处理基本原理1、纯扩散—形成连续固溶体,无相变或化合物

5、的形成和分解。1.2930℃0.9～1.0C％T/℃Feγ例如20钢，930℃，渗C整个渗C过程中，只发生C在A中扩散，无相变。C、N、B与Fe形成间隙固溶体Cr、Al、Si等与Fe形成置换固溶体5-2化学热处理基本原理2、反应扩散：有相变或形成化合物1）发生相变--如1050℃，钢中渗CrCr扩大α相区最初渗入γ-Fe中→→达到Cr在γ-Fe中极限溶解度→→表面发生γ→α相变，Fe表面出现α相→→随扩散进行，Cr%↑，α相长大，界面向内部推移。αT含碳量αγ表心5-2化学热处理基本原理2）生成化合物的反应扩散钢中渗N→形成ε相N化物。渗B→Fe2B或FeB渗C

6、→C化物，析出，C化物与A二相共存，随C%↑，C化物数量↑。5-2化学热处理基本原理3.扩散对化学热处理过程的影响（１）扩散控制型（界面反应速度快）通过热力学关系推算可得：(a)渗层深度与扩散时间的关系δ渗层厚度，τ扩散时间，K1为常数δτ900℃950℃1000℃1100℃渗层深度与扩散时间的关系5-2化学热处理基本原理(b)渗层深度与温度的关系Q为被渗元素扩散激活能，R气体常数，T绝对温度。δ与T成指数关系，T大，δ大。Tδ0.5h2h1.5h1hT对δ的影响远比τ对δ的影响强烈。(c)表面浓度Cs越高，浓度梯度大，在相同T，τ，渗层越深。5-2化学热处理基

7、本原理扩散控制型渗层深度：5-2化学热处理基本原理※（２）第二种情况，混合控制型表面不能马上达到平衡浓度。渗层的增长速度取决于：界面反应速度金属中该元素的扩散速度5-2化学热处理基本原理五、加速化学热处理过程方法1）化学催渗加入催渗剂↑渗入元素的渗入能力如：气体N化时＋TiCl4→Cl2↑，活化工件表面，加速渗N过程。2）物理催渗法①T↑→↑吸附扩散②真空→表面净化，↑↑吸附③离子轰击，如离子渗N，渗C等第五章化学热处理5-3钢的渗C（carburizing）一、目的、分类及应用定义—钢件渗C介质加热和保温，表面含C量和一定C浓度梯度应用最广泛的一种化学热处理工

8、艺。目的：高的表面硬度（