工艺第11章 钢的化学热处理.ppt

第五章 钢的化学热处理 定义：将钢件放在具有一定活性的介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入钢件的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。 基本过程： ①分解：在一定温度下，介质通过化学分解，形成能渗入工件的活性原子；②吸收：工件表面吸收活性原子，并溶入工件材料晶格的间隙或与其中元素形成化合物；③扩散：被吸收的原子由表面逐渐向心部扩散，从而形成具有一定深度的渗层。 目的：①提高渗层硬度和耐磨性；②提高零件接触疲劳强度和提高抗擦伤能力；③提高零件抗氧化、耐高温性能； 常用种类：渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗 第五章 钢的化学热处理 一、 化学热处理基本原理 1、化学热处理过程 比较复杂，一般常把它看成由渗剂中的反应、渗剂中的扩散、渗剂与被渗金属表面的界面反应、被渗元素原子的扩散和相变等过程所构成。 ? 例如相界面反应： 2NH3＝3H2十2［N] 产生活性氮原子，渗入钢件表面进行渗氮。渗金属时也可以类似反应表示。 扩散是相界面反应产生的原子渗入金属表面后向钢件内部的迁移过程。 化学热处理过程有时可以只有扩散过程，例如用热浸法渗金属时，就是把工件浸在熔融的金属中，直接吸附金属原子并向内部扩散。 第五章 钢的化学热处理 2、化学热处理渗剂 一般由含有欲渗元素的物质组成，有时还含有催渗剂，以便从渗剂中分解出含有被渗元素的活性物质。所谓渗剂的活性就是在相界面反应中易于分解出被渗元素原子的能力。 例如固体渗碳时，除了炭粒以外，还尚须加碳酸钡和碳酸钠，这碳酸钡和碳酸钠就是催渗剂，碳酸钡和碳酸钠在渗碳前后没有变化，仅在渗碳过程中把炭粒变成活性物质CO。 第五章 钢的化学热处理 3、化学反应分类 分解反应： CH4=2H2+[C] 气体渗碳 2NH3=3H2+2[N] 气体渗氮 置换反应： 3MeClx+xFe→xFeCl3+3[Me] 渗金属 还原反应： 2MeClx+xH2→xHCl+2[Me] 渗金属 在渗剂一定条件下，则影响渗剂活性的因素是温度和分解反应前后参与反应物质的浓度或分压。 第五章 钢的化学热处理 4、化学热处理的吸附过程及其影响因素 化学热处理时，相界面反应是和金属表面对渗剂的吸附过程紧密相关的。一般固体表面对气相的吸附分成两类，即物理吸附和化学吸附。 物理吸附：固体表面对气体分子的凝聚作用。大多为多分子层，吸附速度快，达到平衡也快。 化学吸附：固体晶格与活性原子之间结合力类似化学键力，有明显选择性。单分子层，需要一定的活化能，吸附速度随温度升高而增大。 影响因素：（1）温度；（2）表面活性；（3）表面粗糙度。 第五章 钢的化学热处理 5、扩散过程 表层与心部的被渗元素的浓度差引起的。包括：纯扩散和反应扩散。 1）纯扩散 定义：渗入元素在母相金属中形成固溶体，在扩散过程中不发生相变或化合物的形成和分解。 C、N、B与Fe形成间隙固溶体； Cr、Al、Si等形成置换固溶体。 第五章 钢的化学热处理 （a）扩散控制型 表面浓度很快达到界面反应平衡浓度，化学热处理过程主要取决于扩散过程。 渗层深度与扩散时间的关系： 这种扩散现象多数发生在化学热处理过程的初期，或发生在渗剂活性不足以使渗入元素在工件表面达到钢中饱和浓度的场合。 扩散层深度与扩散时间之间符合抛物线定律。 （b）混合控制型 表面被渗原子不能马上达到平衡浓度，渗层的增长速度取决于界面反应速度（被渗原子溶入表面的速度）和金属中该元素的扩散速度。 第五章 钢的化学热处理 2）反应扩散 当渗剂的活性高，渗入元素的浓度大于该温度下的饱和极限时，可能出现以下情况： a）发生相变，由溶解度较低的固溶体转变为溶解度较高的固溶体； b）由溶解度较低的固溶体转变为浓度更高的化合物。 新相的长大速度不仅取决于渗入元素在