《工程材料及热成型工艺》课件——4.4化学热处理.pptxVIP

工程材料及热成型工艺——EngineeringMaterialsandThermoformingProcess——

化学热处理

化学热处理定义化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热，保温，使一种或几种元素层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理。和表面淬火不同，化学热处理后的不仅有组织的变化，而且也有化学成分的变化。

化学热处理分类化学热处理种类很多，根据渗入元素的不同，有渗碳、渗氮(氮化)、渗硼、渗金属、碳氮共渗多元共渗等。1.渗碳渗碳是为提高工件表层的碳含量而将工件在渗碳介质中加热、保温使碳原子渗人的化学处理工艺。

化学热处理渗碳方法渗碳方法有固体渗碳、气体渗碳和体渗碳，其中，气体渗碳的应用最为广泛。气体渗碳是工件在含碳气氛中进行的渗碳。这种渗碳方法通常把煤苯、甲醇、丙酮等液态碳氢化合物直接滴入高温渗碳炉内，使其分为活性碳原子并渗人零件表面。渗碳温度比较高，一般为900~950°C。

化学热处理渗碳用钢为保证渗碳后工件心部具有良好的韧性，渗碳用钢一般是碳的质量分数为0.1%~0.25%的低碳钢或低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi等。工件渗碳后，表面层碳的质量分数可达0.85%~1.05%，碳的质量分数从表面到心部逐渐减小，心部仍为低碳。若工件渗碳后缓慢冷却，从表面到心部的组织依次为过共析层、共析层、亚共析层，心部为低碳的原始成分。

化学热处理渗碳后的热处理渗碳后的零件必须淬火和低温回火，使表面获得回火马氏体化物的组织，才能使表面获得很高的硬度和耐磨性。渗碳零件兼有高碳钢和低碳钢的优良中这类零件既能承受摩擦和较高的表面接触应力，又能承受弯曲应力及冲击载荷。

化学热处理渗碳后的热处理为了提高渗碳质量，逐步发展了真空渗碳、离子渗碳等新技术。真空渗碳是在低10°Pa(通常是10-1~10Pa)的条件下在含碳气氛中进行的渗碳。离子渗碳是在低于1X105(通常是10-1~10Pa)Mpa含碳气氛中利用工件阴极和阳极之间产生的辉光放电进行的渗碳。

化学热处理渗氨(氮化)渗氮是在一定温度下在渗氮介质中使活性氮原子渗人工件表层的化学热处理工艺(1)渗氮工艺目前广泛应用的渗氮工艺是气体渗氮。它是在可提供活性氮原子的气中进行的渗复。渗氮温度比较低，一般为500~560°C，时间一般30~50h，常用的渗氮介质是氨气(NHs)。

化学热处理渗氮特点与应用和渗碳相比，钢件渗氮后具有更高的表面硬度和耐磨性。氮化后钢件的表面硬度高达950~1200HV(相当于65~72HRC)。这种高硬度和高耐磨性可保持到560~600°C而不降低，故氮化钢件具有很好的热稳定性。由于氮化层体积胀大，在表层形成较大的残余压应力，因此可以获得比渗碳更高的疲劳强度、抗咬合性能和低的缺口敏感性。

化学热处理渗氮特点与应用渗氮后，由于钢件表面形成致密的氮化物薄膜，因而具有良好的耐腐蚀性能。此外，渗氮温度低，复化后钢件不需热处理，因此渗氮件的变形很小。但由于渗氮温度低，氮原子在钢中的扩散速度很慢，所以渗氮所需时间很长，渗氮层也较薄(一般为0.3~0.6mm)。渗氮处理适合于要求表面耐磨、耐疲劳的精密零件，如磨床主轴、镗床镗杆、精密机杠、内燃机曲轴以及各种精密齿轮和量具等

化学热处理渗氮特点与应用在奥氏体状态下同时将碳、氮渗人工件表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮共渗。碳氮共渗方法有液体碳氮共渗和气体碳氮共渗两种。液体碳氮共渗使用的介质是毒物质，污染环境，故逐渐为气体碳氮共渗所替代。目前工业上广泛应用的是中温气体碳氮共渗。它是将钢件放入密闭炉内，加热到820-860°C，并向炉内通入煤油或含碳气体同时通入氨气。保温时间主要取决于要求的渗层厚度。一般零件的渗层深度为0.5~0.8mm.保温时间为4~6h。

化学热处理渗氮特点与应用钢件碳氮共渗后可直接油淬，并进行低温回火碳氮共渗兼有渗碳和渗氮的优点。碳氮共渗温度低于渗碳温度碳氮共渗速度却显著高于单独的渗碳或渗氮。在渗层碳浓度相同的情况下，碳氮共渗件比渗碳件具有更高的表面硬度、耐磨性、耐蚀性、弯曲强度和疲劳强度，但耐磨性和疲劳强度低于渗氮件。碳氮共渗多用于结构零件，如齿轮、轴等。

化学热处理氨碳共渗(软氮化)在工件表层同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺称为氮碳共渗，也称软氮化。氮碳共渗的温度一般为560°C士10°C，保温时间一般为3~4h，保温后即可出炉空冷。氮碳共渗也有气体氮碳共渗和液体氮碳共渗两种，生产上一般采用气体氮碳共渗。氮碳共渗具有较好的韧性，表面硬度比纯气体渗氮稍低，但仍具有较高的硬度、耐磨性和高的疲劳强度，耐蚀性也有明显提高。氮碳共渗的加热温度低，处理时间短，钢件变形小，又不受钢种限制，主要用于处理各种工模具以及一些轴类零件。

化学热处理其他化学热处理方法