工艺第11章 钢的化学热处理

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1、第五章钢的化学热处理定义：将钢件放在具有一定活性的介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入钢件的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。基本过程：①分解：在一定温度下，介质通过化学分解，形成能渗入工件的活性原子；②吸收：工件表面吸收活性原子，并溶入工件材料晶格的间隙或与其中元素形成化合物；③扩散：被吸收的原子由表面逐渐向心部扩散，从而形成具有一定深度的渗层。目的：①提高渗层硬度和耐磨性；②提高零件接触疲劳强度和提高抗擦伤能力；③提高零件抗氧化、耐高温性能；常用种类：渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗第五章钢的化学热处理一、化学热处理基本原理1、化学热处理过程比

2、较复杂，一般常把它看成由渗剂中的反应、渗剂中的扩散、渗剂与被渗金属表面的界面反应、被渗元素原子的扩散和相变等过程所构成。例如相界面反应：2NH3＝3H2十2［N]产生活性氮原子，渗入钢件表面进行渗氮。渗金属时也可以类似反应表示。扩散是相界面反应产生的原子渗入金属表面后向钢件内部的迁移过程。化学热处理过程有时可以只有扩散过程，例如用热浸法渗金属时，就是把工件浸在熔融的金属中，直接吸附金属原子并向内部扩散。第五章钢的化学热处理2、化学热处理渗剂一般由含有欲渗元素的物质组成，有时还含有催渗剂，以便从渗剂中分解出含有被渗元素的活性物质。所谓渗剂的活性就是在相界面反应中易

3、于分解出被渗元素原子的能力。例如固体渗碳时，除了炭粒以外，还尚须加碳酸钡和碳酸钠，这碳酸钡和碳酸钠就是催渗剂，碳酸钡和碳酸钠在渗碳前后没有变化，仅在渗碳过程中把炭粒变成活性物质CO。第五章钢的化学热处理3、化学反应分类分解反应：CH4=2H2+[C]气体渗碳2NH3=3H2+2[N]气体渗氮置换反应：3MeClx+xFe→xFeCl3+3[Me]渗金属还原反应：2MeClx+xH2→xHCl+2[Me]渗金属在渗剂一定条件下，则影响渗剂活性的因素是温度和分解反应前后参与反应物质的浓度或分压。第五章钢的化学热处理4、化学热处理的吸附过程及其影响因素化学热处理时，相

4、界面反应是和金属表面对渗剂的吸附过程紧密相关的。一般固体表面对气相的吸附分成两类，即物理吸附和化学吸附。物理吸附：固体表面对气体分子的凝聚作用。大多为多分子层，吸附速度快，达到平衡也快。化学吸附：固体晶格与活性原子之间结合力类似化学键力，有明显选择性。单分子层，需要一定的活化能，吸附速度随温度升高而增大。影响因素：（1）温度；（2）表面活性；（3）表面粗糙度。第五章钢的化学热处理5、扩散过程表层与心部的被渗元素的浓度差引起的。包括：纯扩散和反应扩散。1）纯扩散定义：渗入元素在母相金属中形成固溶体，在扩散过程中不发生相变或化合物的形成和分解。C、N、B与Fe形成间

5、隙固溶体；Cr、Al、Si等形成置换固溶体。第五章钢的化学热处理（a）扩散控制型表面浓度很快达到界面反应平衡浓度，化学热处理过程主要取决于扩散过程。渗层深度与扩散时间的关系：这种扩散现象多数发生在化学热处理过程的初期，或发生在渗剂活性不足以使渗入元素在工件表面达到钢中饱和浓度的场合。扩散层深度与扩散时间之间符合抛物线定律。（b）混合控制型表面被渗原子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（被渗原子溶入表面的速度）和金属中该元素的扩散速度。第五章钢的化学热处理2）反应扩散当渗剂的活性高，渗入元素的浓度大于该温度下的饱和极限时，可能出现以下情况：a）

6、发生相变，由溶解度较低的固溶体转变为溶解度较高的固溶体；b）由溶解度较低的固溶体转变为浓度更高的化合物。新相的长大速度不仅取决于渗入元素在新相中的扩散，而且取决于渗入元素在与其相邻的相中的扩散。第五章钢的化学热处理加速化学热处理过程的途径：1）物理催渗法利用电场、磁场、辐射等，改变温度、气压的物理方法，或利用机械的弹塑性变形等方法来加速渗剂的分解，活化工件表面，提高吸附和吸收能力，加速扩散。●高温化学热处理；●高压或负压化学热处理；●高频化学热处理；●弹性振荡加速化学热处理（促进分解，提高活性，降低扩散激活能，提高扩散速度）。第五章钢的化学热处理2）化学催化法在

7、渗剂中加入一种或几种化学试剂或物质，促进渗剂的分解活化工件表面，提高被渗元素的渗入能力。●卤化物催化法（氟、氯等化合物）●提高渗剂活性的淬渗方法如加入BaCO3，Na2CO3。第五章钢的化学热处理二、钢的渗碳定义：将零件放在具有活性碳原子的介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。渗碳方法：固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳，渗碳新技术有真空渗碳和离子渗碳等。其中气体渗碳原料气资源丰富，工艺成熟，应用最广泛。第五章钢的化学热处理1、气体渗碳气体渗碳介质：（1）碳氢化合物有机液体，如煤油、甲醇等；（2）气态介质，如液化石油气、天然气。渗碳介质滴入或通入高温（大于9

8、00℃）渗碳炉内，使其分