(热处理原理、工艺及设备实验课课件)化学热处理组织观察.ppt

热处理原理、工艺及设备 ——化学热处理组织观察 一、实验目的 1、观察钢的渗碳、渗氮、渗硼试样金相形貌，认识渗层组织形貌与特性； 2、了解钢的渗碳、渗氮、渗硼热处理工艺及渗层性能。 二、实验内容 化学热处理： 将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表面化学成分、组织和性能的热处理工艺。 主要特点： 表层不仅有组织的变化，而且有成分的变化，故性能改变的幅度大。 主要作用：强化和保护金属表面。 化学热处理的基本过程为：加热——将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗入元素活性原子； 分解——由化合物分解或离子转变而得到渗入元素活性原子； 吸收——活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶体或化合物； 扩散——渗入原子在一定温度下，由表层向内部扩散形成一定深度的扩散层。 1、钢的渗碳 渗碳是将低碳钢件置于具有足够碳势的介质中，加热到奥氏体状态并保温，使其表层形成富碳层的热处理工艺，是目前机械制造业中应用最广的化学热处理工艺。 齿轮用渗碳钢：20Cr、20CrMnTi、20CrMo、20CrMnMo、20MnCr5 轴承用渗碳钢： SAE8620、SAE4320 硬度：HRC58~63 层深：1～2mm 井式渗碳炉 金相显微组织观察(20CrMnTi) 1. 低碳合金钢等温退火或渗碳后缓冷后观察 渗层总层深 = 过共析+共析+亚共析（测至心部组织不变处） ← ← ← 过共析P＋Fe3CⅡ 共析（P） 亚共析（P＋F） 心部 磨抛后用4%硝酸酒精浸蚀 金相显微组织观察 2. 低碳合金钢渗碳淬火试样（渗碳淬火后观察） 材料：20CrMnTi，表层渗碳量0.8-1.0wt%。 硬度：表面58-62HRC，心部35-45HRC。 组织： 渗层：针状M+A’+碳化物；心部：板条状M 2、钢的渗氮（38CrMoAl） 渗氮（又称氮化）是将氮渗入钢件表面，以提高其硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性的一种化学热处理方法。 渗氮包括普通渗氮和离子渗氮两大类。 (1)普通渗氮（气体渗氮） 渗氮气体： NH3＋N2；NH3+H2+O2 渗氮温度：500～600℃ 渗氮时间：10～100小时 渗层厚度：0.15～0.7毫米 渗氮层硬度：HV950～1200(HRC65～72) 钢的渗氮金相组织 第一层为ε相(Fe，Me)2N； 第二层为扩散层，碳氮化合物及脉络状过渡层； 心部组织为F+P。 38CrMoAl钢渗氮层组织 (2) 离子 渗氮 离子渗氮又称辉光离子渗氮或等离子渗氮。是利用辉光放电现象，将含氮气体介质电离进行渗氮的工艺。 优点： 速度快，时间短，节约电能和气体； 表面形成的白层很薄； 变形小； 适用各种材料。 在气体介质中对工件同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺称为气体氮碳共渗。共渗后进行淬火和低温回火。 广泛应用于模具、量具、高速钢刀具、曲轴、齿轮、气缸套等耐磨件的处理，但由于表层碳氮化合物层太薄，仅有0.01~0.02mm，不宜用于重载条件下。 C、N共渗淬火态金相组织（860℃，2-5h）： 表层：针状马氏体+残余奥氏体+ 弥散分布的碳氮化物； 过渡层：混合马氏体+残余奥氏体； 心部：板条马氏体+残余奥氏体 3、气体氮碳共渗（20Cr） 4、钢表面渗硼 渗硼工件组织由表及里为FeB→Fe2B→基体。 渗入钢件表面的硼，形成白色Fe2B 、 FeB 化合物，呈指状或齿状楔入基体。 Fe2B脆性小，硬度高（1290-1680HV）、耐蚀、耐磨、红硬性高。 FeB硬度更高（可达2300HV），脆性大，高耐磨。 20钢渗硼 T8钢渗硼 三、实验报告要求： 1、简述实验目的与实验过程； 2、画出渗碳、渗氮、渗硼试样的由表至基体的组织形貌； 3、简述零件渗碳、渗氮、渗硼的渗层性能及用途。