机械工程材料 -钢的化学热处理课件.ppt

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1、§5-7钢的化学热处理一、化学热处理的定义将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能。活性原子从工件表层向内部扩散二、钢的渗碳渗剂分解出活性原子→工件表面对活性原子的吸收→化学热处理原理（一）渗碳原理C原子从工件表层向内部扩散渗剂分解出CO或CH4→在工件表面2CO→CO2+[C]或CH4→2H2+[C]→§5-7钢的化学热处理§5-7钢的化学热处理（二）渗碳方法1.气体渗碳常用渗碳设备：周期式炉有井式、卧式和滚筒炉等形式；连续式炉有振底式、输送带式、旋转罐式以及推杆式等炉型。按热源分为电加热炉和煤气加热炉。把低碳钢工件置于密封良好的

2、加热炉中，通入渗碳剂并加热到渗碳温度、保温足够长时间，达到渗碳的预定要求。§5-7钢的化学热处理气体渗碳法示意图§5-7钢的化学热处理井式气体渗碳炉§5-7钢的化学热处理大型井式渗碳炉§5-7钢的化学热处理2.固体渗碳设备：固体渗碳箱常用的固体渗碳剂：硬木木炭及焦炭。常用的催渗剂：碳酸钡或碳酸钠Na2CO3→Na2O＋CO2BaCO3→BaO＋CO2CO2＋C→2CO§5-7钢的化学热处理零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱§5-7钢的化学热处理渗碳层的缓冷组织（由表面至心部）：过共析组织（P＋Fe3CⅡ）→共析组织（P）→亚共析组织（P＋F）→心部组织（三）渗碳缓冷后的组织P＋Fe3CⅡPP＋F心

3、部§5-7钢的化学热处理（四）渗碳层厚度对碳钢，渗碳层厚度是从表面至1/2过渡层的距离。齿轮渗碳层深度（mm）＝齿轮模数×（0.15～0.25）其它渗碳零件渗碳层深度按零件壁厚汁算。渗碳层深度(mm)＝零件壁厚×(0.1～0.2)（厚壁零件选择系数的下限，而薄壁零件选择上限值）（五）渗碳件表层的含碳量一般控制在0.70～1.05％§5-7钢的化学热处理（六）渗碳后的热处理淬火＋低温回火Ar3（心部）渗碳温度Ac3（心部）Ar1时间温度/℃淬火回火a）预冷直接淬火b）一次淬火缓冷淬火回火c）二次淬火缓冷淬火淬火回火§5-7钢的化学热处理1.预冷直接淬火优点是减少加热和冷却次数，操作简化，生产

4、率提高。可减少淬火变形及表面氧化脱碳。目前本质细晶粒钢（如20CrMnTi、20MnVB等）制作的工件大都采用本法。在淬透情况下，表层组织为回火马氏体＋部分二次渗碳体＋残余奥氏体，心部为低碳回火马氏体。Ar3§5-7钢的化学热处理2.一次淬火淬火温度的选择应兼顾表面和心部的要求。加热温度高于心部Ac3，改善心部性能；在Ac1以上，改善表面性能。该法也仅适用于本质细晶粒钢，如合金钢和不重要的碳钢，碳钢的淬火温度比合金钢可适当低一些。AC1AC3§5-7钢的化学热处理第一次淬火温度Ac3以上，改善心部性能；第二次在Ac1以上，改善表面性能。适用于本质粗晶粒钢和使用性能要求很高的工件。这种方法因

5、加热次数多，工艺较复杂，工件易氧化、脱碳和变形，成本高等缺点，目前已很少采用。3.二次淬火AC1AC3§5-7钢的化学热处理三、钢的渗氮（一）渗氮工艺工件表面渗入N原子，以提高钢铁件的表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性。设备：井式炉渗氮剂：氨气渗氮温度：500～580℃；渗层厚度主要由渗氮时间决定。2NH3⇌3H2＋2[N]氮化速度慢，所需时间长，渗层也比较薄。1.气体渗氮§6-7钢的化学热处理40Cr钢45钢N化层（白亮层）N化层（白亮层）钢渗氮后的显微组织§5-7钢的化学热处理2.离子渗氮置于低真空度容器内的工件在辉光放电的作用下，带电氮离子轰击工件表面，使其温度升高，并渗入工件表层。

6、设备：离子渗氮炉（深井式与钟罩式）渗氮剂：N2＋H2、氨气、氨分解气优点：渗层质量高，处理温度宽，工艺可控性强，工件变形小，易实现局部防渗，渗速快，生产周期短，热效高，无污染，处理后工件洁净，工作环境好。（二）渗氮用钢及渗氮的特点1.渗氮用钢一般选用中碳合金钢。氮化用钢的常见代表钢种为38CrMoAlA，其特点是渗氮后可获得最高的硬度（1200HV），具有良好的淬透性。因此，普遍用来制造要求表面硬度高、耐磨性好、心部强度高的渗氮件。§5-7钢的化学热处理2.渗氮的特点（1）氮化处理是工件加工工艺路线中最后一道工序。氮化零件工艺路线：下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→去应力退火→粗磨→

7、渗氮→精磨或研磨（2）氮化温度低，变形很小。与渗碳、感应加热淬火相比，其变形很小。§5-7钢的化学热处理§5-7钢的化学热处理（3）渗氮后的工件，不需淬火便具有很高的表面硬度、耐磨性和红硬性。（4）氮化显著提高钢的疲劳强度。（5）氮化后的钢具有很高的耐腐蚀性。§5-7钢的化学热处理1.中温气体碳氮共渗（820～860℃）渗剂：渗碳剂＋氨气将工件放在能产生碳、氮活性原子的介质中加热并保温，使工件表面同时吸收碳和氮原子并向内