材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件第十章 钢的化学热处理.ppt

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1、第十章钢的化学热处理10.1概述何为化学热处理？工业上有哪些应用？它解决哪些问题？强化表面,保护零件表面将零件放在特定的介质中加热、保温、以改变其表层化学成分和组织，从而获得所需力学或化学性能的工艺总称。表面和心部性能要求不同的零件第十章钢的化学热处理10.1概述化学热处理的优点？能有效改善钢表面的成分、组织和性能不受工件形状限制很多化学热处理的零件具有变形小，精度高，尺寸稳定性好的特点第十章钢的化学热处理一、化学热处理基本过程三个过程：渗剂的分解零件表面对活性原子的吸收活性原子从零件表面向内部扩散五个阶段：气氛的形

2、成吸附分解吸收扩散一、化学热处理基本过程1、气氛的形成采用一定的渗剂，在一定的工艺条件下，渗剂经化学反应，形成一定的气氛。如气体渗碳时，向炉内滴入煤油，甲醇或丙酮，在渗碳温度下裂解，形成CO,CO2,H2,CH4,H2O等组成的炉气。一、化学热处理基本过程2、吸附吸附----物质在相界面上自动聚集过程。固体吸附----固体物质自发地把周围介质中分子、原子或离子吸附到固体表面现象。物理吸附----分子间作用力，不具备选择性；吸附化学吸附----吸附剂与吸附质间相互作用的化学结合，具有选择性。吸附量Γ=X/mX吸附气体溶

3、质量m吸附剂质量吸附时，铁对于气氛分解产生活性原子具有催化作用。2COCO2+[C]如：铁的存在促进了CO的分解，被吸附的CO的C-O键被明显削弱。Fe·CO吸附＋CO气体Fe·[C]+CO2吸附能力与钢的表面活性有关，表面缺陷多（位错、晶界露头），粗糙，干净无污染则表面活性高，吸附力强，可促进化学热处理。3、分解反应此过程渗剂进一步分解，析出活性渗入原子。如：2COCO2+[C]CH4[C]+2H22NH32[N]+3H2渗剂反应通式：aA+bBc[C]+dDV1V2化学平衡常数：K=PcC*PdD/PaA*PbB

4、=Z·exp(-E/RT)E----激活能，Z----频率因子一、化学热处理基本过程要加快分解反应：应升高温度，加大反应物浓度，加入催渗剂。4、吸收活性原子克服表面能垒进入金属表面，形成固溶体或化合物。一、化学热处理基本过程溶解化合5、扩散活性原子被吸收后，造成表面－内部的浓度差，引起渗入原子向内扩散。整个化学热处理速度取决于扩散速度(1)活性原子扩散宏观规律服从Fick第一定律Fick第二定律一、化学热处理基本过程扩散层厚度δ与温度关系：扩散层厚度δ与时间关系：A，a—实验系数温度的影响远大于时间5、扩散(2)扩散

5、机制交换型扩散相邻点阵位置原子依靠热振动互换位置的扩散方式。一、化学热处理基本过程间隙型扩散间隙原子在点阵中跃迁的扩散。环形旋转型扩散处于某一晶面的同一平面上几个原子能够绕瞬时轴旋转的扩散。一、化学热处理基本过程空位型扩散○　○　○　○　○○　○　○　　　○○　　　○　○　○○　○　○　○　○原子跳跃到相邻空位，又形成新的空位的原子扩散。空位空位一、化学热处理基本过程（3）扩散层形成规律（渗剂B向金属A扩散为例）T1CmCminAT/℃Cmax1234CmCminCmaxAnBm由表至里距离一、化学热处理基本过程An

6、BmAnBm′α表面αAAnBm′αAAnBm′αAAnBmT1温度下扩散层组织变化过程T1温度下扩散层组织AnBm′αAAnBm冷却到室温后扩散层组织AnBm′αAAnBm快冷慢冷AnBm′AnBm′+αAAnBmα第十章钢的化学热处理一、化学热处理基本过程二、化学热处理后性能硬度耐磨损性能抗摩减摩性能抗疲劳性能耐腐蚀性能第十章钢的化学热处理一、化学热处理基本过程二、化学热处理后性能三、化学热处理分类固体法：粉末法、涂渗法（膏剂、熔剂）、喷涂+扩散退火液体法：熔盐法（熔盐浸渍、熔盐电解）、热浸镀、电镀+扩散退火气体

7、法：气体扩散法、真空蒸发法离子法：离子渗化学热处理进行时组织状态奥氏体状态：渗碳、碳氮共渗、渗硼及硼基共渗、渗铬及铬基共渗、渗铝及铝基共渗、渗硅、渗钒、渗铌、渗钛等。铁素体状态：渗氮、氧氮共渗、碳氮氧共渗、渗硫及硫基共渗、渗锌等。10.2钢的渗碳基本思路：在Fe—C相图中，α-Fe中碳的最大溶解度0.02%，而γ-Fe中碳的最大溶解度达到2.11%，相差100倍，希望在高温下渗碳，低温淬火，以期获得最高强度和最大表面硬度。一、渗碳用钢低碳钢和低碳合金钢（碳含量0.1%～0.25%)低淬透性、低强度15、20、25中等

8、强度，淬透性20Cr、20Mn2、20MnV高强度，淬透性20CrMnTi、20CrMnMo等。超高强度20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA10.2钢的渗碳二、钢渗碳原理（以气体渗碳为例）（1）三个阶段：分解、吸收、扩散2COCO2+[C]+172.4KJCH42H2+[C]–75.7KJCH3COCH33H2+CO+2[C]-KJ放热反应