热处理工艺学课件--第13章 化学热处理

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1、第十三章化学热处理7/19/2021热处理工艺学§13-1化学热处理概论定义：将金属或合金置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入工件的表面，从而改变表面层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。目的：强化表面（高硬、高强、高耐磨、高疲劳强度）、保护表面（耐蚀）分类：按渗入元素、性能、介质物理形态7/19/2021热处理工艺学化学热处理分类按渗入元素渗入非金属单元渗：C、N、B、S等多元渗：C+N、O+N等渗金属：Al、Cr、Ti、V等按性能耐磨：C、N、B、V等高温性能：Al、Cr耐腐蚀：N、Si、Zn按介质物理形态固态、液态、气态7/19/2021热处理工艺学§1

2、3-2化学热处理原理基本过程渗剂中的反应渗剂中的扩散相界面反应金属工件中的内扩散金属中的反应加速化学热处理过程的途径化学催渗：加入催渗剂物理催渗：高温；真空化学处理；离子轰击7/19/2021热处理工艺学7/19/2021热处理工艺学§13-3钢的渗碳定义：为了增加工件表面的含碳量及一定的碳浓度梯度，将工件放在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。目的：获得高的表面强度、硬度，高的接触疲劳和弯曲疲劳强度分类：固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳应用：承受磨损、交变接触应力及弯曲应力和冲击载荷的零件（表层：高硬、耐磨；心部：足够的强度和韧性）7/19/2021热处理

3、工艺学渗碳用钢低碳钢C%：0.15~0.25%低碳合金钢：Cr、Mn、B、Ni－提高淬透性；W、Mo、V、Ti－细化晶粒常用钢种：20CrMnTi渗碳件主要要求表面碳浓度：0.6~1.1%渗碳层深度：0.5~2.5mm表面碳浓度分布：过渡区宽度占总宽度的1/2~1/3淬火后硬度要求：低碳、低合金：60~64HRC；中高合金：56~60HRC7/19/2021热处理工艺学几个重要的概念碳势：表征含碳气氛在一定温度下改变工件表面含碳量能力的参数，通常可用低碳钢箔在含碳气氛中的平衡碳量来表示。碳传递系数：每秒钟内由渗碳介质传到工件表面上1cm2面积上的碳量（以g计量）。碳可利用率

4、：单位重量（或单位面积）渗碳介质所提供的碳量，主要用来表征渗碳气体的特征。7/19/2021热处理工艺学渗碳工艺（气体渗碳）时间温度装炉排气升温强渗扩散降温均温930℃，6小时840~860℃油淬7/19/2021热处理工艺学汽车后桥伞齿轮渗碳工艺7/19/2021热处理工艺学7/19/2021热处理工艺学低碳钢渗碳缓冷后的组织7/19/2021热处理工艺学直接淬火＋低温回火减少加热工序，防止氧化脱碳。但本质晶粒粗大的钢易长大为粗晶一次淬火＋低温回火渗碳后取出重新加热淬火，多用于固体渗碳件二次淬火＋低温回火工艺复杂，成本高渗碳后热处理7/19/2021热处理工艺学7/19/

5、2021热处理工艺学§13-4钢的渗氮定义：在一定温度下（一般在AC1以下），使活性N原子渗入工件的化学热处理工艺目的：高硬度（Hv1000~1200）、高耐磨、高弯曲疲劳强度，接触疲劳强度不及渗碳分类：普通氮化、离子氮化7/19/2021热处理工艺学Fe-N相图α：N在α-Fe中间隙固溶体（590℃最大0.1%）γ：N在γ-Fe中间隙固溶体（590℃以上存在，最大2.8%－650℃）γ’：可变成分间隙相，N有序占据Fe面心立方晶格间隙位（5.7～6.1%）ωN＝5.9%为Fe4Nε：成分可变氮化物（4.55～11.0%）ζ：Fe2N间隙固溶体（11.0～11.35%）7/

6、19/2021热处理工艺学N在钢中的扩散N在α-Fe中扩散系数＞N在ε相中扩散系数＞N在γ-Fe中扩散系数∴渗氮在A1以下进行C%↑：C占据间隙位；F量减少→N扩散↓随N扩散进行，表面形成ε相，减缓扩散ε层越厚，扩散越慢→渗氮周期长7/19/2021热处理工艺学钢的渗氮过程输入氨气氨向工件表面迁移吸附、分解合成分子逸出（部分）N溶于α－Fe扩散、反应扩散，形成氮化物氮化物长大、类型转变进一步扩散，渗层深度增加7/19/2021热处理工艺学渗氮层的组织性能组织以530℃渗氮为例：ε→γ’→αN→α渗氮后缓冷：ε+γ’→γ’→γ’+αN→αN→α性能高硬度、高耐磨疲劳强度高红硬

7、性好7/19/2021热处理工艺学氮化用钢抗磨为主（0.15～0.45％合金钢）专用氮化钢：38CrMoAlA无Al氮化钢：40Cr、35CrMo、42CrMo、18Cr2Ni4WA抗蚀为主低、中碳钢不锈钢7/19/2021热处理工艺学渗氮前预处理保证心部组织；为氮化做组织准备正火调质去应力退火非氮化包围的防护镀锡、镀铜、留加工余量、防渗涂层7/19/2021热处理工艺学渗氮工艺参数温度：480～570℃过高：氮化物聚集长大，弥散度下降、硬度下降过低：N扩散慢、渗层过浅时间：取决渗层深度＜0.4mm：0.015～0