热处理原理与工艺 教学课件 作者 赵乃勤 第11章　化学热处理.ppt

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1、第11章　化学热处理11.1　化学热处理分类及基本过程11.2　表面渗碳［2,3］11.3　表面渗氮［2,5,6］11.4表面碳氮共渗11.5渗硼［2,5⁃7］11.6表面渗金属［7⁃9］11.1　化学热处理分类及基本过程图11-1　化学热处理的分11.2　表面渗碳［2,3］我们知道，高碳钢通过淬火和低温回火可以得到高的硬度和高的耐磨性，但脆性大、冲击韧性低；低碳钢通过淬火和低温回火可以得到很好的强度、塑性和韧性，但硬度不高、耐磨性能低。如果一个工件表层有高的含碳量，而心部的含碳量又较低，则通过淬火加低温回火，就可以获得具有高硬

2、度和高耐磨性的表面，而心部又具有强而韧的性能，使它可以适应承受复杂应力所提出的要求。11.2.1　渗碳的目的、分类及应用(1)固体渗碳法(2)液体渗碳法(3)气体渗碳法(1)固体渗碳法固体渗碳法是把渗碳工件装入有固体渗剂的密封箱内(一般采用黄泥或耐火粘土密封)，在渗碳温度加热渗碳。(2)液体渗碳法液体渗碳是在能析出活性碳原子的盐浴中进行的渗碳方法。(3)气体渗碳法气体渗碳是工件在气体介质中进行渗碳的方法。11.2.2　渗碳剂及渗碳化学反应渗碳剂是提供活性碳原子的化学介质。常用的气体渗碳剂有两大类：一类是碳氢化合物有机液体，如煤油、

3、苯和丙酮等，在渗碳炉内的高温下发生热分解，析出活性碳原子；另一类是气态的，如吸热式保护气、城市煤气等。11.2.3　典型的气体渗碳方法简介1.滴注式可控气氛渗碳［2］2.吸热式渗碳气氛渗碳1.滴注式可控气氛渗碳［2］图11-2　甲醇与各种渗碳剂的混合比对炉气CO含量的影响1—甲醇+醋酸甲酯　2—甲醇+醋酸乙酯或甲醇+醋酸甲酯+丙酮　3—甲醇+异丙醇+水(异丙醇∶水=10∶3)　4—甲醇+丙酮　5—甲醇+异丙醇2.吸热式渗碳气氛渗碳吸热式气氛是将可燃性原料气，如丙烷、丁烷、天然气等碳氢化合物与较少的空气混合后，通入装有触媒剂的炉膛中

4、，在触媒剂的作用下，并借助外加热，使混合气在950～1050℃的条件下进行反应，用这种方法制备的气氛称为吸热式气氛。以丙烷气为例，空气与丙烷气之比为7.2∶1。吸热式气氛成分稳定，主要成分为CO、H2和N2，具有强的还原性和渗碳能力，是强渗碳气氛。11.2.4　渗碳工艺过程1.渗碳前的热处理2.渗碳前的准备3.渗碳过程的工艺操作4.渗碳后的热处理［2］5.渗碳件的质量检查1.渗碳前的热处理表11-1　常见渗碳钢件的预备热处理工艺牌号举例预备热处理显微组织硬度HBW工序工艺规范10、20、20Cr正火900～960℃空冷均匀分布的片

5、状珠光体和铁素体156～179调质900～960℃淬火600～650℃回火回火索氏体179～21720CrMnTi、20CrMo、20Mn2TiB、20MnV等正火950～970℃空冷均匀分布的片状珠光体和铁素体179～21720CrMnMo、20CrNi3、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA正火+回火880～940℃空冷+650～700℃回火粒状或细片状珠光体及少量铁素体20CrMnMo为171～229；其余207～2691.渗碳前的热处理表11-1　常见渗碳钢件的预备热处理工艺当锻造后晶粒粗大时回火+正火+回火640℃保

6、温6～24h空冷+以大于20℃/min的速度加热到880～940℃空冷+850～700℃回火粒状或细片状珠光体及少量铁素体207～2692.渗碳前的准备设备技术状态的检查渗碳件表面状态的准备(1)设备技术状态的检查包括渗碳炉罐的密封性，电风扇转动是否正常，渗碳剂供应系统如管道、滴嘴是否畅通，供应箱里的渗碳剂数量能否满足渗碳过程之用，冷却系统能否正常工作，检测仪表是否正常(包括炉气、炉温、炉压仪表)，炉子是否定期进行清扫等，这些工作都应一一进行详细检查。(2)渗碳件表面状态的准备主要包括以下几个方面：1)关于非渗碳面问题。2)渗碳件

7、的表面检查。3.渗碳过程的工艺操作图11-3　20CrMnTi钢滴注式可控气氛渗碳工艺曲线4.渗碳后的热处理［2］(1)渗碳后热处理的目的(2)渗碳后的热处理工艺(1)渗碳后热处理的目的渗碳只能改变零件表面的化学成分，使表层具有高碳钢(对碳钢而言)或高碳合金钢(对合金钢而言)在正火或退火后所得的组织和性能，因而其硬度、耐磨及抗疲劳等性能都很低。(2)渗碳后的热处理工艺1)直接淬火法。2)一次淬火法。3)二次淬火法。图11-4　渗碳后直接淬火工艺曲线图11-5　Fe-C相图一部分，渗层和心部淬火温度图11-6　渗碳后一次淬火的工艺曲

8、线图11-7　渗碳后两次淬火工艺曲线图11-8　碳素钢渗碳后渗层的碳含量分布及渗层组织示意图a)碳含量分布曲线　b)淬火组织示意图　c)渗层中残留奥氏体量d)渗层硬度5.渗碳件的质量检查渗碳件的质量检查一般包括：①渗碳钢原材料检查；②渗层质量检查，