08第六章第三节金属表面化学热处理解说.ppt

* * 钢经渗氮后获得高的表面硬度，在加热到500℃时，硬度变化不大，具有低的划伤倾向和高的耐磨性，可获得500MPa～1000MPa的残余压应力，使零件具有高的疲劳极限和高耐蚀性。 在自来水、潮湿空气、气体燃烧物、过热蒸汽、苯、不洁油、弱碱溶液、硫酸、醋酸。正磷酸等介质中均有一定的耐蚀性。 * * 1．渗氮的分类 （1）低温渗氮 低温渗氮是指渗氮温度低于600℃的各种渗氮方法, 渗氮层的结构主要决定于Fe-N相图。 其主要渗氮方法有气体渗氮、液体渗氮、离子渗氮等。 * * 低温渗氮主要用于结构钢和铸铁。目前广泛应用的是气体渗氮法。把需渗氮的零件放入密封渗氮炉内，通入氨气，加热至500℃－600℃，氨发生以下反应： 2NH3＝3H2＋2［N］ 生成的活性氮原子「N」渗入钢表面，形成一定深度的氮化层。 * * 根据Fe—N相图，氮溶入铁素体和奥氏体中，与铁形成γ’相（Fe4N）和ε相（Fe2-3N），也溶解一些碳。 渗氮后，工件最外层是白色ε相或γ’相，次外层是暗色γ’＋α共析体层。 * * （2）高温渗氮。高温渗氮是指渗氮温度高于共析转变温度（600℃～1200℃）下进行的渗氮。 主要用于铁素体钢、奥氏体钢、难熔金属（Ti、Mo、Nb、V等）的渗氮。 * * 2．各种材料渗氮 (1)结构钢渗氮 任何珠光体类、铁素体类、奥氏体类以及碳化物类的结构钢都可以渗氮。 为了获得具有高耐磨、高强度的零件，可采用渗氮专用钢种（38CrMoAl）。 近年来出现了不采用含铝的结构钢的渗氮强化。结构钢渗氮温度一般选在500℃～550℃左右，渗氮后可明显提高疲劳强度。 * * （2）高铬钢渗氮 工件经酸洗或喷砂去除氧化膜后才能进行渗氮。 为了获得耐磨的渗层，高铬铁素体钢常在560℃－600℃进行渗氮。 渗氮层深度一般不大于0.12mm～0.15mm。 * * （3）工具钢渗氮 高速钢切削刃具短时渗氮可提高寿命0.5～1倍。 推荐渗层深度为0.01mm－0.025mm， 渗氮温度为510℃－520℃。 * * （4）铸铁 除白口铸铁、灰铸铁、不含AI、Cr等合金铸铁外均可渗氮，尤其是球墨铸铁的渗氮应用更为广泛。 （5）难熔合金 也可以进行渗氮，用于提高硬度、耐磨性和热强性。 * * （6）钛及钛合金离子渗氮，经850℃后可得到TiN，层深为0.028mm，硬度可达800HV～1200HV。 （7）钼及钼合金离子渗氮，经1150℃以上温度渗氮1h，渗氮层深度达150μm，硬度达300HV—800HV。 （8）铌及铌合金渗氮，在1200℃渗氮可得到硬度＞2400HV的渗氮层。 * * 四、渗金属 渗金属方法是使工件表面形成一层金属碳化物的一种工艺方法，即渗入元素与工件表层中的碳结合形成金属碳化物的化合物层，如（Cr、Fe）7C3、VC、NbC、TaC等，次层为过渡层。 此类工艺方法适用于高碳钢，渗入元素大多数为W、Mo、Ta、V、Nb、Cr等碳化物形成元素。为了获得碳化物层，基材的碳的质量分数必须超过0.45％。 * * 五、渗其他元素 （一）渗硅 渗硅是将含硅的化合物通过置换、还原和加热分解得到的活性硅，被材料表面所吸附并向内扩散，从而形成含硅的表层。 渗硅的主要目的是提高工件的耐蚀性、稳定性、硬度和耐磨性。 * * （二）渗硫 低温电解渗硫主要用于经渗碳淬火、渗氮后淬火或调质的工件。 渗层FeS膜厚度为5μm－15μm。若处理不当，除FeS外，可出现 FeS2、FeSO3相，使减摩性能明显降低。 * * （三）多元共渗 1.多元渗硼 多元渗硼是硼和另一种或多种金属元素顺序进行扩散的化学热处理。 2．氧氮共渗 氧氮共渗又称氧氮化，是一种加氧的渗氮工艺。 * * 氧氮共渗 氧氮共渗所采用的介质有氨水（氨最高质量分数可达35.28％）、水蒸气加氨气、甲酸氨水溶液或氨加氧。 氧氮共渗后钢材表面形成氧化膜和氮的扩散层。氧化膜为多孔的Fe3O4，有减摩作用，抗粘着性能好。 扩散层提高了表层硬度，也提高了耐磨性。因此，氧氮共渗兼有蒸汽处理和渗氮的双重性能，能明显提高刀具和某些结构件的使用寿命。 目前，氧氮共渗主要用于高速钢切削刀具的表面处理。 * * * * * * 2．耐磨性 快速磨损试验机研究了以SCM15为配对材料、几种钢经TD处理或其它处理的磨损量，发现: 镀覆VC，NbC，TiC的耐磨性显然比氮化、渗硼、镀铬、放电硬化等其它表面处理优越，而与硬质合金的耐磨性相同或更好，与用CVD和PVD法镀覆的TiC层耐磨性相同。 * * 3．抗热粘结性