工艺第5章钢的化学热处理.ppt

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1、第五章金属的化学热处理概述1、概念将金属制件放在特定的活性介质中，加热保温使一种或几种元素渗入它的表层，改变其表面的化学成分和组织，以达到改变表面性能，满足技术要求的热处理工艺总称。简单说是向钢的表面渗入某种元素的热处理工艺。注意：化学热处理既改变表面的化学成分，又改变其组织。2、目的获得单一材料难以获得的性能或进一步提高制件的使用性能。1）碳钢渗C或C、N共渗→（淬火）获得表面高硬度、耐磨性，心部保持良好的塑韧性。2）渗氮（软N化或离子渗N）→表面耐磨、抗腐蚀3）渗Al→提高工件表面抗氧化、耐磨性能力。3

2、、分类以渗入元素命名：渗金属，渗非金属。1）渗入非金属元素：单元渗：C、N、B、O、S、Si等；多元渗：C＋N、O＋N、O＋C＋N2）渗入金属元素：单元渗：Al、Cr、Ti、Nb、V、Zn多元渗：Al＋Si、Al＋Cr、Al＋V、Al＋Cr＋Si3）渗入元素对表面性能作用分类：提高渗层强度及耐磨性→渗C、N、B、Nb、V等。高抗氧化、耐高温→Al、Cr。提高抗啮合、抗擦伤→渗S、N、磷化等。提高抗腐性能→渗N、渗Si、渗Zn。4）质的物理状态分：固体―如固体渗C、固体渗B等。液体―如盐溶炉渗B或B、

3、C、N共渗等，渗Al等金属气体―气体渗C和C、N共渗。4）能获得具有特殊性能的表面层3）经济效果好2）具有较好的工艺性1）不受工件几何形状的限制4.钢的化学热处理具有如下特点不受工件几何形状的限制即任何几何形状复杂的工件经过化学热处理后，均可获得沿其轮廓分布的均一的表面化学热处理层具有较好的工艺性如开裂倾向较小；处理温度范围较宽；对冷却介质的敏感性较小等等经济效果好能获得具有特殊性能的表面层廉价的钢材经化学热处理后可获得表面性能高的工件。经化学热处理的碳钢件的表层性能不亚于同类合金钢的性能。如耐腐蚀性、耐磨

4、性等5.1基本原理一、化学热处理的基本过程基本过程——大致分为三个阶段：1.分解阶段：渗剂中的化学反应分解出渗入元素的活性原子2.吸收阶段：活性原子被金属表面吸收3.扩散阶段：渗入原子在金属基体内达到一定浓度后从工件表面向内部扩散1、渗剂分解渗剂一般由含有被渗元素的物质组成，有时加入一定量的催渗剂，催化渗剂分解反应。渗剂必须具有一定活性。渗剂活性：在相界面反应中易于分解出被渗元素原子的能力。催化剂：是促进含有被渗元素的物质分解或产生出活性原子的物质。例如：渗碳时除木炭外加碳酸钡或碳酸钠界面反应化学热处理时渗

5、剂分解出被渗元素活性原子的反应有：1）分解反应：如普通气体渗碳、渗氮时，2）置换反应：渗金属时，3）还原反应：如渗金属时，2、吸附过程及影响因素固体表面对气相的吸附作用按其作用力的性质不同可分为物理吸附和化学吸附两类。1）物理吸附：没有电子转移和化学键生成的吸附现象。这种吸附能迅速达到平衡，并在较低温度下发生。温度升高时吸附量下降，温度下降时吸附量又增加。2）化学吸附：当气体（吸附质）与金属表面（吸附剂）接触时二者以高速发生反应形成化学键，即发生电子交换，组成离子键结合或共价键结合叫化学吸附。化学吸附在低温

6、时速度较小，随温度升高明显增大，这种吸附可以使分子解离。吸附是物质在相界面上自动聚集的过程。吸附过程并非在固体表面均匀进行，吸附中心往往出现在表面的一些缺陷处。吸收过程就是活性原子由钢的表面进入晶格的过程。钢的表面上存在大量的位错和晶界，为活性原子的渗入提供了方便的通道。扩散指金属表面溶入被渗元素后，该元素浓度增加，形成浓度差，发生迁移现象。（1）纯扩散与反应扩散纯扩散指渗入元素原子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。纯扩散常发生在化学热处理的初期，或渗剂的活性不足以形成饱和

7、浓度的场合。如渗碳。反应扩散指通过扩散使固溶体溶质组元的浓度超过固溶度极限而形成新相的过程。3、化学热处理的扩散过程在化学热处理中，渗入元素原子在金属中形成的固溶体有两种：当渗入元素为原子半径较小的非金属元素（C、N、B)时，其与金属形成间隙固溶体；当渗入元素是金属元素时，其与原金属形成置换固溶体（铝、铬、硅、锌等）。渗层指在钢的表面渗入某种元素后，从表面向内保持该元素较高浓度的距离。（2）影响渗层深度的因素：20MnSi930℃渗碳10h后硬度1）渗层深度与扩散时间的关系说明渗层深度δ与时间t呈抛物线关系

8、；即延长化学热处理时间，相邻区域的浓度差减小，扩散速度逐渐降低；随时间延长，扩散浓度的增加值也越来越少（先快后慢）。2）渗层深度与温度的关系渗层深度与温度呈指数关系，因而温度对深度的影响，远比时间的影响强。3）表面浓度愈高，相同扩散时间条件下，渗层深度愈深。（3）扩散层的组织结构扩散层的组织结构可以根据基体金属与渗入元素的合金状态图及扩散条件来确定。扩散层形成规律（渗剂B向金属A扩散为例）T1CmCminAT/℃