第11章-钢的化学热处理.ppt

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1、第11章钢的化学热处理掌握气体渗碳工艺掌握渗碳后的热处理掌握渗碳热处理常见缺陷掌握渗碳后钢的力学性能掌握气体氮化原理掌握氮化前的热处理和气体氮化工艺§1化学热处理概述一、定义：工件→活性待渗介质中→加热→扩散→改变表层化学成分的工艺二、作用1、强化表面→高的耐磨性（形成固溶体或化合物）2、保护表面渗Al→抗氧化、抗S腐蚀渗Cr→耐热、抗腐蚀化合物气相沉积TiN→与基体金属无关的覆盖层→装饰、耐磨三、特点周期长，成本高工艺不受零件形状限制（孔、槽容易获得渗层）可以代替贵重金属（节约资源）截面具有不同的性能是表面合金化与热处理结合的方法四、化学热处理基本过程1、化学介质分解目的：提供活性原子(初

2、生、原子态的原子)分解条件渗剂中含待渗元素催化剂活性原子浓度足够活性原子形成方式置换（渗金属）；还原（渗B）；热分解（渗C、N）；电离（离子氮化）2、吸附吸附：固体物质自发地把周围活性原子、分子、离子吸附到表面与金属表面相互作用的现象（吸附剂、被吸附物质→吸附质）表面吸附→溶入基体或与金属反应→化合物→再溶解→扩散物理吸附：无电子转移和化学键形成→凝聚不解离；由分子间力引起；无选择性吸附；较低温度下发生，完全可逆化学吸附：选择性吸附；有电子转移和化学键形成；高温下发生；选择性吸附3、扩散目的：保证获得一定深度的渗层控制参数介质浓度梯度热处理渗入温度工艺时间§2钢的渗碳目的获得高的耐磨性疲劳性

3、能为什么？渗C种类气体渗C固体渗C液体渗C一、气体渗碳原理1、渗碳介质分解（1）渗剂气体渗剂：载气（N基气氛；吸热式或放热式可控气体）+富化气（甲烷、丙烷等）★吸热式气体：天然气与空气按一定比例混合，CO、N2、H2%大液体渗剂：C、H化合物有机液体（煤油、甲醇、苯、丙酮）（2）炉气组成无论何种渗剂，主要有CO、CO2、CH4、H2、H2O、N2组成，能否渗碳取决于它们的综合作用增碳气氛：CO、CH4分解获得：2CO→CO2+[C]CH4→[C]+2H2脱碳气氛：CO2、H2、H2O（3）碳势（cp）定义：炉气C%与工件表面化学反应达到平衡时的炉气状态。即保持不增碳也不减碳时炉气中的C%Cp

4、↑→渗碳能力↑→表面C%↑、渗层↑但是当Cp太高→炭黑→渗速↓CO、CH4%→Cp↑以上4种反应在一个体系中→相互制约→只有一个CO%温度一定、吸热气氛→H2O↑→CO2↑→cp↓（4）分解反应（180多个）炉气与工件气体之间主要4个平衡常数与成分的分压平衡常数与温度（5）控制碳势的方法露点仪（氯点仪）露点：水结露的温度，水%↑→露点↑→cp↓原理：LiCl盐感湿元件吸水→导电性↑→控制系统通电→水蒸发CO2红外仪原理：CO2选择性吸收4.3μm红外线→红外线强度↓→调节装置控制氧探头原理：O2↑→CO2↑、H2O↑→cp↓ZrO氧敏陶瓷管内、外氧%不同（内为参比气、外为炉气）→氧浓差电势→

5、调控（5）控制碳势的方法称重法：精密天平测量渗碳前、后的重量变化综上：多参数控制精度高，碳势仪性能分析对象反应时间精度露点仪H2O3~4min±1.5%℃红外仪CO、CO2、CH415s±1%℃氧探头O20.5~2s±1%℃2、吸收CO分别被吸附（化学）在Fe原子上→C-O键破坏→[C]进入Fe晶格吸收条件表面清洁炉气循环→抽去吸收后残留的废气控制分解速率→避免炭黑出现3、扩散Fick第二定律粗略描述各点浓度、浓度梯度随时间变化的情况温度、时间影响渗层深度d，深度d与时间的平方根成正比影响扩散的主要因素间隙原子扩散系数>置换原子温度↑→扩散系数↑（925→1100℃→提高6倍）浓度梯度大→扩

6、散↑，但分布要合理→平缓、连续合金元素会影响渗速（或快、或慢），碳化物形成元素→扩散快晶界、形变→加快渗速二、气体渗碳1、工艺流程材料：低碳钢或低碳合金钢预备热处理?渗碳前准备去油、去垢、清洗（热水或碳酸钠水溶液）→烘干→涂防渗剂、装炉布置→确定温度、时间、碳势→保证表面C%、层深、浓度梯度渗碳后工序直接淬火或重新加热淬火→低温回火2、渗碳工艺参数（1）碳势根据经验确定→通常表面为0.8~1.0%→好（2）渗碳温度通常880~920℃，薄层渗碳→温度可以降低，快速渗碳→提高渗碳温度温度对扩散、分解均有影响，提高温度→缩短渗碳时间→效率提高提高温度→渗层增加温度过高→粗晶；变形；设备寿命缩短A

7、状态渗碳容易（3）渗碳时间根据经验确定，随炉抽样检查经验估算渗层<0.5mm，渗碳速度按照0.15~0.25mm/h渗层0.5~1.5mm，渗碳速度按照0.1~0.2mm/h渗层>1.5mm，渗碳速度按照0.05~0.12mm/h3、典型工艺分析（四段渗碳）升温：装炉→排气（低碳势、采用甲醇）→恢复渗碳温度强渗期高于或正常温度、高于规定碳势渗碳。时间经验值扩散期正常碳势，此时表面碳回流到炉气中，同时还有一部分