热处理工艺-表面处理

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1、第五章钢的化学热处理改变表面成分－改变表面组织的热处理一.化学热处理的原理固态工件渗金属或非金属1.基本过程气氛――活性原子吸附――分解――扩散2.速度控制因素――原子吸收＋扩散催化作用――促进吸附促进分解提高速度方法：分段控制复合渗高温化学催渗物理催渗二.渗碳表面成分变化－组织变化－性能变化渗碳：渗碳方法气体固体液体Ipsen贯通式箱式多用炉1.气体渗碳1.1.渗碳介质液体介质碳氧比(C/O>1)T↑分解[C]渗碳剂(C/O＝1)T↑分解[CO]稀释剂碳当量产生1mol碳所需该物资的量煤油、甲苯、丙酮、乙醇；甲醇表10－1不同液体的碳当量乙醇：46丙酮：29气体介质天然气含甲烷90～

2、95％城市煤气成分表10－4液化石油气含丙烷和丁烷1.2.影响因素分解――吸收――扩散渗碳温度：860～960℃渗碳时间：估算公式P253钢的成分：低碳钢NiCr合金钢碳势：炉内气氛与钢表面含碳量平衡时的相对含碳量测量方法露点法－CO2红外线法－氧势测定氧探头P301ZrO2为电解质――固体电池2.固体渗碳装箱渗碳网状碳化物？3.液体渗碳盐浴：加热盐NaCl＋BaCl2渗碳介质氰化钠或氰化钾催化剂Na2CO3表10－6无毒盐4.渗后热处理4.1.直接淬火低温回火组织及性能特点：不能细化钢的晶粒、工件淬火变形较大、渗碳钢工件表面残余奥氏体较多、表面硬度低适用范围：操作简单、成本低、气体或

3、液体渗碳4.2.预冷直接淬火、低温回火淬火温度800～850℃组织及性能特点：可以减少工件淬火变形、渗碳层残余奥氏体量降低、表面硬度略有提高适用范围：细晶粒钢制工件、操作简单、工件氧化、脱碳及淬火变形较小4.3.一次加热淬火、低温回火渗碳温度820～850℃或780～810℃组织及性能特点：对心部强度要求高，采用820～850℃淬火，心部组织：低碳M对表面硬度要求高，采用780～810℃淬火，细化晶粒适用范围：固体渗碳后的碳钢和低合金钢工件、气体、液体渗碳的粗晶粒钢、渗碳后需机械加工的工件4.4.渗碳、高温回火、一次加热淬火、低温回火温度840～860℃组织及性能特点：高温回火使马氏体

4、和残余奥氏体分解，渗层中碳和合金元素以碳化物形式析出淬火后残余奥氏体减少适用范围：Cr－Ni合金钢渗碳4.5.二次淬火、低温回火组织及性能特点：第一次淬火（正火）可以消除渗层网状碳化物及细化心部组织第二次淬火改善渗层组织（心部性能要求高，提高T）适用范围：力学性能要求高的渗碳工件、粗晶粒钢两次加热氧化变形脱碳复杂4.6.二次淬火、冷处理、低温回火组织及性能特点：高于Ac1或Ac3（心部）的温度淬火高合金钢表层残余奥氏体较多，经冷处理――促使奥氏体转变提高硬度和耐磨性适用范围：渗碳后不需要机械加工的高合金钢工件4.7.渗碳后感应加热淬火、低温回火组织及性能特点：细化渗层及靠近渗层处组织、

5、淬火变形小适用范围：齿轮及轴类工件5.渗碳设备多用炉井式渗碳炉工艺曲线强渗＋扩散三.氮化工件放在含N的介质中，使N原子渗入钢的表面，形成富氮的硬化层――化学热处理1.氮化的应用及特点极高硬度HV950～1200HRC65～72渗层浅高的耐磨性和抗咬合性静摩擦渗层脆性大高红硬性化合物层高疲劳强度低缺口敏感性表面压应力抗腐蚀、变形小周期长目前广泛应用:气体氮化。氨被加热分解出活性氮原子（2NH3→3H2+2[N]),氮原子被钢吸收并溶入表面,在保温过程中向内扩散,形成渗氮层。T:500℃～600℃T:20h～50h，38CrMoAl钢氮化工艺曲线图钢件氮化后：硬度(1000HV～1100H

6、V),600℃～650℃下保持不下降,所以具有很高的耐磨性和热硬性。氮化后，工件的最外层为一白色ε或γ′相的氮化物薄层，很脆；中间是暗黑色含氮共析体（α＋γ′）层；心部为原始回火索氏体组织。钢氮化后,渗层体积增大,造成表面压应力,使疲劳强度大大提高。氮化温度低,零件变形小。氮化后表面形成致密的化学稳定性较高的ε相层,所以耐蚀性好,在水中、过热蒸气和碱性溶液中均很稳定。2.氮化的基本原理Fe－N相图α相N在α－Fe中的固溶体0.1%590℃缓冷α→γ’γ’相可变成分的Fe－N间隙相Fcc结构～6％Nε相可变成分化合物Hcp结构8.25～11％NFe2N～Fe3Nξ相以化合物Fe2N为基的

7、固溶体基本过程：分解――吸收――扩散分解NH3＝H2＋N(α-Fe)氮势Np＝P（NH3）/P（H2）介质氮化能力大小或介质活性大小氮势不反映表面N含量生产中氮势测定NH3分解率＝（H2体积＋N2体积）/炉气总体积＝（容器全部体积－水体积）/容器全部体积调节氮势调节NH3的流量流量↑→NH3分解率↓吸收吸附――N溶入α-Fe基体吸收（α-Fe）＋合金氮化物影响钢吸收因素温度550～580℃N在γ－Fe中扩散很慢分解率550～600℃NH3最佳分