第9章 钢的化学热处理.ppt

2、工艺 570℃±10 ℃，1~4h →不热处理，直接使用 3、组织（渗层浅） 最外层：化合层 慢冷：基体+弥散氮化物Fe3N（含N低于ε相） →脆性小 快冷：氮固溶于基体，无氮化物析出 次表：扩散层 心部：原始组织（铸铁、不锈钢、碳钢、工具钢……） 4、性能 耐磨 抗咬合更好 疲劳性能好 5、特点 同氮化，但渗速快（机理不详） 抗海水、大气腐蚀 渗层薄→不适合在重载荷零件 6、应用：模具、量具、刀具、承载不高的结构件 §4钢的碳、氮共渗 一、概述 1、过程：同渗碳 2、作用：同渗碳→提高表面硬度、疲劳性能 3、方法：固体、液体、气体共渗 常用：高温→ 820~920 ℃以渗碳为主；低 温520~580 ℃ →软氮化，以渗氮为主 4、用材：低、中碳钢或低、中碳钢合金钢 特点（与渗碳相比） 更高的耐磨性（M中含N） 渗层回火抗力提高（含氮化物） 淬透性提高（N使C曲线右移） 疲劳强度提高（残余压应力） 渗速加快 变形小 渗层比氮化厚 二、工艺 介质：渗碳气体+1~10%NH3 通常： 表面浓度0.8 C%；0.5N% 温度：800~880℃ 。温度高→渗碳为主 时间：由渗层确定 直接淬火→低温回火 三、组织 表层：回火M+ 残余A+化合物（含C、N） N →C曲线右→淬透性升高→渗层深 但合金钢中因N化合物形成→淬透性降低→有可能产生非M组织 心部：板条M或中碳混合M；淬透性差的材料→有非M组织出现 四、缺陷及措施 残余A多→降低C%、N% 黑色空洞：N%多→N2逸出形成 内氧化：合金贫化→淬透性降低→形成非M组织（黑色组织）→加Mo预防（抗氧化好） 硬度低：提高冷却速度；合理装炉；加强炉气循环…… §5钢的渗硼 目的：表面获得高耐磨性（打火机棘轮） 性能 超高硬度 高热硬性（800℃） 抗腐蚀 特点 碳钢与合金钢渗B后硬度差异不大，可以节省材料费用 若改善基体性能，渗B后→淬火、回火 工 艺 方 法 气体渗→容易爆炸→不安全 液体电解渗→设备投资大；盐难清理；腐蚀 固体渗硼常用 反应机理不十分清楚 反应式→ （P267 9-40~42） 配方：碳化硼、硼铁等渗剂+活化剂+Al2O3填充剂 时间、温度≤1050℃（避免共晶），一般950 ℃，4~6h，0.03mm层厚 缓冷 如淬火，应采用缓冷介质，并及时回火 相 图 α 、γ 、δ相：固溶体 Fe2B：金属间化合物 ，正方点阵；稳定；脆性小、硬度高 FeB：金属间化合物 ，正交点阵；稳定；脆；一般不出现 渗硼层组织 化合层→扩散层→心部基体 化合层组织： （FeB） +Fe2B FeB：位于表面，缺陷组织（脆） Fe2B：锯齿状（或位于次表）。C%↑→锯齿状↓ 或二者共存：缺陷组织，因膨胀系数和密度差异→裂纹 合金% ↑→渗层厚度↓ 渗层孔洞→储油→减摩；但在渗硼模具成形软金属时→表面黏附→工件表面光洁度↓ 扩散层：高碳（渗B驱碳→ 过渡区增碳） §6 钢的渗铝 特点 抗高温氧化（达到950~1000℃） 抗热腐蚀 代替不锈钢、耐热钢→经济效益提高 机理 钢铁材料表面形成铝铁化合物 Al2O3氧化膜 应用 沿海电站 海军舰艇 航空发动机 渗铝工艺方法及原理 不加活化剂 铝粉与工件表面直接接触→高温扩散 例如：热浸法 700~780℃熔融铝液中→直接接触→形成金属化合物（Fe2Al5）→空冷→高温扩散退火→渗层 加活化剂 铝粉或铝铁合金粉等+活化剂→高温→活性铝原子转移到工件表面→扩散 例如：粉末或浆料或铝铁合金块+1~2%活化剂（氯化铵）→ 800~1000℃、10h →铝铁化合层 渗层组织 钢铁渗铝（参照Fe-Al相图） 渗层θ+η+ζ+β2→过渡区→基体 渗速慢、渗层浅 高温环境工作的渗层，铝同时向内、外扩散→渗层↑；Al%↓（高铝相→ 低铝相） →组织转变为Fe3Al时（不能再提供足够Al形成致密膜）→渗层抗氧化、腐蚀性能↓ 小结 化学热处理的基本原理大致相同，主要由三个过程构成：渗剂的分解、吸附和扩散 工程上应用较广泛的是气体渗碳和渗氮工艺，它们的目的都是提高材料表层耐磨性和疲劳性能。 渗碳工艺的强化机制是相变强化，而渗氮工艺的强化机制为沉淀强化。 渗后的力学性能与工艺质量密切相关，所以，处理好的工件应进行多项检查，其检查标准按照国家标准执行。 作业：Page273：3、4、5、7 返回 返回 返回 返回 渗层，基体未显示??? ???????? X400 渗层组织?? ????????? X100 返回 井式气体渗碳炉 返回 普通电炉 返回 表层含N的回火S 返回 离子氮化 返回 下料 预备热处理 精加工 成形 渗碳 淬火 回火 粗加工 返回 返回 返回 热腐蚀 燃料中的S