第13章 化學(xué)熱處理

1、第十三章 化學(xué)熱處理13-1 化學(xué)熱處理概論 定義：將金屬或合金置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入工件的表面，從而改變表面層的化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。 目的：強(qiáng)化表面（高硬、高強(qiáng)、高耐磨、高疲勞強(qiáng)度）、保護(hù)表面（耐蝕） 分類：按滲入元素、性能、介質(zhì)物理形態(tài)13-2 化學(xué)熱處理原理 基本過(guò)程 滲劑中的反應(yīng) 滲劑中的擴(kuò)散 相界面反應(yīng) 金屬工件中的內(nèi)擴(kuò)散 金屬中的反應(yīng) 加速化學(xué)熱處理過(guò)程的途徑 化學(xué)催滲：加入催滲劑 物理催滲：高溫；真空化學(xué)處理；離子轟擊13-3 鋼的滲碳 定義：為了增加工件表面的含碳量及一定的碳濃度梯度，將工件放在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入表層的化

2、學(xué)熱處理工藝。 目的：獲得高的表面強(qiáng)度、硬度，高的接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度 分類：固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳 應(yīng)用：承受磨損、交變接觸應(yīng)力及彎曲應(yīng)力和沖擊載荷的零件（表層：高硬、耐磨；心部：足夠的強(qiáng)度和韌性） 滲碳用鋼 低碳鋼C%：0.150.25% 低碳合金鋼：Cr、Mn、B、Ni提高淬透性；W、Mo、V、Ti細(xì)化晶粒 常用鋼種：20CrMnTi 滲碳件主要要求 表面碳濃度：0.61.1% 滲碳層深度：0.52.5mm 表面碳濃度分布：過(guò)渡區(qū)寬度占總寬度的1/21/3 淬火后硬度要求：低碳、低合金：6064HRC；中高合金：5660HRC滲碳滲碳原理滲碳原理 在井式滲碳爐中滴入煤油，煤油在高

3、溫下在井式滲碳爐中滴入煤油，煤油在高溫下裂解滲碳性介質(zhì)甲烷氣體（裂解滲碳性介質(zhì)甲烷氣體（CH4）和）和CO氣體及氫氣，該氣體在鋼的表面分解出活氣體及氫氣，該氣體在鋼的表面分解出活性碳原子性碳原子-C，在較高溫度進(jìn)入鋼的表面。，在較高溫度進(jìn)入鋼的表面。 CH4 C + H2 CO C CO2 CO C H2O 滲碳工藝（氣體滲碳）時(shí)間溫度裝爐排氣升溫強(qiáng)滲擴(kuò)散降溫均溫930，6小時(shí)840860油淬氣體滲碳的溫度氣體滲碳的溫度930 ：考慮到奧氏體溶碳能力（溶解度）以及碳在不同組織、溫度下的擴(kuò)散系數(shù)；溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致奧氏體晶粒異常長(zhǎng)大。 直接淬火低溫回火 減少加熱工序，防止氧化脫碳。但本質(zhì)晶粒粗大的鋼

4、易長(zhǎng)大為粗晶 一次淬火低溫回火 滲碳后取出重新加熱淬火，多用于固體滲碳件 二次淬火低溫回火 工藝復(fù)雜，成本高滲碳后熱處理滲層組織滲層組織 (滲碳后緩慢冷卻，從內(nèi)層到外層組織滲碳后緩慢冷卻，從內(nèi)層到外層組織)為為: 原始組織亞共析層共析層過(guò)共析層原始組織亞共析層共析層過(guò)共析層低碳鋼緩冷后的顯微組織低碳鋼緩冷后的顯微組織滲碳件表層的碳濃度一般控制在1.0%左右，因此滲碳件緩冷后外層為過(guò)共析組織P+Fe3C，心部為原始低碳亞共析組織F+P，中間為過(guò)渡組織。一般規(guī)定，從表層到過(guò)渡層的一半處的深度為滲層厚度。滲碳溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)，則得到的滲層深度越厚過(guò)過(guò)共共析析層層共共析析層層亞亞共共析析層層原原始始

5、組組織織13-4 鋼的滲氮 定義：在一定溫度下（一般在Ac1以下），使活性N原子滲入工件的化學(xué)熱處理工藝 目的：高硬度（HV10001200）、高耐磨、高彎曲疲勞強(qiáng)度，接觸疲勞強(qiáng)度不及滲碳 分類：普通氮化、離子氮化鋼的滲氮過(guò)程 輸入氨氣 氨向工件表面遷移 吸附、分解 合成分子逸出（部分） N溶于Fe 擴(kuò)散、反應(yīng)擴(kuò)散，形成氮化物 氮化物長(zhǎng)大、類型轉(zhuǎn)變 進(jìn)一步擴(kuò)散，滲層深度增加滲氮層的組織性能 組織 以530滲氮為例： N 性能 高硬度、高耐磨 疲勞強(qiáng)度高 紅硬性好滲氮工藝20h60h26h480510強(qiáng)滲擴(kuò)散退N時(shí)間溫度爐冷13-5 碳氮共滲與氮碳共滲 同時(shí)將C、N滲入工件表層。以滲碳為主碳氮共滲；以滲氮為主氮碳共滲（軟氮化） 共滲的特點(diǎn) C、N含量隨溫度變化：TN%、C% N的