热处理钢的化学热处理资料.pptVIP

4.3 钢的氮化 二、气体氮化原理 以氨气氮化为例，分成三个阶段： 分解 NH3 [N] + 1.5H2 Fe + NH3 Fe[N] + 1.5H2 [N]的吸收 N原子的扩散 N的扩散系数 C N化层形成过程示意 ①向炉内不断通入氨气 ②氨分子向金属表面迁移 ③氨分子被金属表面吸附 ④氨分子在金属表面不断分解，形成氮原子和氢原子 ⑤活性原子复合成分子，不断从炉内排出 ⑥表面吸附的活性氮原子溶解于α－Fe中 N化层形成过程示意 ⑦氮原子由金属表面向内部扩散 ⑧当氮超过在α－Fe中的溶解度后，表层开始形成氮化物 ⑨氮化物长大 ⑩表面依次形成γ ′和ε相 ⑾氮化层不断增厚 ⑿氮从氮化物层向金属内部扩散 4.3 钢的氮化 二、气体氮化原理 氮化层强化机理 氮化强化与渗碳强化区别 渗碳强化:先渗碳后淬火获得相变高碳马氏体强化相 氮化强化:合金氮化物的时效强化，氮化后无须热处理 N化强化机理 1）N和Me元素原子的偏聚形成G-P区，引起强烈畸变。 2）过渡型氮化物的析出； 3）稳定的合金氮化物具有弥散强化效果。 强化效果与合金元素有很大关系，形成的合金氮化物越稳定，其强化效果越好，Al、Cr、Mo能强烈提高氮化层的硬度，氮化王牌钢38CrMoAlA 氮化与渗碳如何保证零件心部韧性？ 渗碳：心部低碳＋渗后热处理 氮化：渗前调质处理 4.3 钢的氮化 三、气体氮化工艺 氮化钢主要为中碳调质钢,有38CrMoAlA,40Cr等. 氮化前热处理 进行调质处理,获得回火索氏体组织。 非氮化面的防护 镀锡、涂料（水玻璃+石墨） 氮化温度和时间确定 氮化温度一般在480—570℃左右。（低于前面回火T约50℃） 氮势（氨分解率）控制 氨分解率=（氢气体积 + 氮气体积）/炉气总体积 说明： 氨分解率测量时，采用炉内抽区废气密封，注入水、由于 氨溶解于水，剩下为氢气和氮气，求它们的比值即为氨分解率。 4.3 钢的氮化 典型氮化工艺： A.等温氮化，如38CrMoAlA钢 氮化前处理1050℃+560℃回火 Ⅰ：升温阶段 Ⅱ：形成氮化物阶段 采用低氨分解率（18—25%），使表面快速吸收大量氮原子； Ⅲ：扩散阶段 采用较高氨分解率（30—40%），使表面氮进一步向内层扩散，增加渗层厚度 Ⅳ：退氮阶段 在氮化前使表面氮浓度降低，采用高的氨分解率（70%），降低表面氮势，减少表面脆性； Ⅴ：缓慢冷却阶段 减少表面氧化和工件变形，仍保持高的氨分解率。 4.3 钢的氮化 典型氮化工艺： B.二段氮化， Ⅲ段的温度提高和氨分解率提高，加速原子扩散 4.3 钢的氮化 典型氮化工艺： C.三段氮化 4.3 钢的氮化 氮化层组织 从表面至心部的金相组织为： 　 表面: 回火索氏体 + ε氮化物（一般要磨削去除、脆性大、不可用） 氮化层: 回火索氏体 + α、γ’氮化物 （工作层） 心部: 回火索氏体 注：钢的氮化热处理可以有和马氏体一样的转变，但一般不这么用。 氮化层组织 38CrMoAl氮化层硬度 4.3 钢的氮化 四、钢的氮化层质量控制 （1）硬度（维氏硬度） 一般HV1000左右，比钢渗碳层硬度高； （2）氮化层深度 检查方法有：断口法、金相法、硬度法 （3）金相组织 合格组织：回火索氏体＋弥散的氮化物粒子 心部为回火索氏体 渗碳与渗氮的工艺特点 不需要 20～50 500～600 渗氮 需要 3～9 920～930 渗碳 处理后是否 需要热处理 处理 时间 ( h ) 处理温度 ( ℃ ) 名称 原材料 低碳钢 中碳钢 38CrMoAl 表面强 化机理 M强化 氮化物 弥散强化 心部韧性 保证 回火 索氏体 低碳保证 问题：试从工艺及强化机理及强化效果角度比较渗碳和渗氮工艺。 4.3 钢的氮化 五、钢的氮化进展 离子氮化炉 离子氮化 含氮气体在直流电场作用下，产生辉光放电作用，使氮离子化渗入金属表面 4.3 钢的氮化 五、钢的氮化进展 软氮化（低温氮碳共渗） 在钢件表面渗入氮原子的 同时还有少量碳原子渗入 离子氮化炉 渗硼 超高硬度1400HV 渗铝 主要用于抗高温氧化和防腐 复习思考题： 1、简述钢的气体渗碳原理。