第五章：金属的化学热处理.ppt

第五章：金属的化学热处理 第一节：化学热处理基本原理 第二节：钢的渗碳 第三节：钢的渗氮 第四节：钢的碳氮共渗与氮碳共渗 第五节：钢的渗硼及渗金属 第六节：辉光放电离子化学热处理 第一节：化学热处理基本原理 一、化学热处理的基本过程 二、渗剂的反应与热力学 三、渗剂中扩散 四、相界面反应 五、工件内的扩散过程 六、加速化学热处理过程的途径 根据△GT =0 可以粗略的确定反应的起始温度： T TiC =1100K (827℃) T TiN =1050K (777℃) 实际上有： △GT ＜ -41.84KJ 三、渗剂中扩散（外扩散） ●化学催渗法： 在渗剂中加入一种或几种化学物质，促进渗剂的分解，去除工件表面氧化膜等阻止渗入元素原子吸附和吸收的物质，活化工件表面。常用的方法有： （1）卤化物催渗法 （2）稀土元素催渗法 第二节：钢的渗碳 一、渗碳的目的、分类和应用 二、滴注式可控气氛渗碳与吸热式气氛渗碳工 艺 三、渗碳后的热处理 四、渗碳后质量检验 五、渗碳后组织和性能的关系 六、渗碳缺陷及控制 ●分类 根据渗碳剂在渗碳过程中聚集状态可将渗碳方法分为四类： （1）固体渗碳法； （2）液体渗碳法； （3）气体渗碳法； （4）特殊渗碳法。 ●固体渗碳法 ■温度： 930~950℃ ■方法： 装箱法。将渗碳剂及工件装入密封的箱内。 ■特点： ◎操作简单，设备简易，适合于单件及小批量生产 ◎但渗剂导热性不良，加热时间长，人工操作劳动强度大 ◎表面碳浓度及渗层不易控制 ●液体渗碳法 ◆概念： 在能析出活性碳原子的盐浴中进行的渗碳方法 ◆特点： 优点：操作简单，加热速度快，渗碳时间短，便于渗后直接淬火，适合小批量生产。 缺点：盐浴有毒 ◆盐浴组成： 加热介质：NaCI 、 BaCI、 KCI 组成混合盐 提供活性原子物质：NaCN; KCN;(NH2)2CO 催化剂：碳酸盐 ◆温度：920~940 ℃ ●气体渗碳法 ◆滴注式气体渗碳法 用有机物液体直接滴入渗碳炉内的渗碳方法。 煤油、丙酮、苯、甲苯、异丙醇、乙酸乙酯等 ◆吸热式气体渗碳 ◆氮基气氛渗碳 ●真空渗碳 特点： ◆可在较高温度（980~1100℃）下进行，真空对工件表面有净化作用，有利于碳原子吸附，真空渗碳可加速渗碳过程。 ◆表面不脱碳，不产生晶界氧化，有利于提高零件疲劳强度。 ◆可直接将渗剂（甲烷、丙烷或天然气）通入炉内，无需添置气体制备设备。 ◆对于不通孔、深孔、狭缝的零件，或者不锈钢、含硅钢等用普通气体渗碳法难以渗碳的零件，真空渗碳可获得良好的渗碳层。 ◆耗气量仅为普通气体渗碳的几分之一或十几分之一。 ◆对环境基本无污染。 ◆缺点：易产生炭黑 ●渗碳用钢 （1）含碳量一般在0.15～0.25％之间，为了提高心部强度，可以提高到0.3％； （2）对于要求不高的渗碳件多采用碳素钢； （3）对于工件截面尺寸大、形状复杂、表面耐磨性、疲劳强度、心部机械性能要求较高的零件多采用合金钢； （4）钢中主要合金元素有：Cr、Ni、Mn、W、Mo、Ti、V、B等；其中 Cr、Ni、Mn、B提高淬透性，W、Mo、Ti、V阻止晶粒长大。 （5）常见渗碳钢有：20、20CrMnTi、20Cr、 20CrMnMo、20Cr2Ni4、30CrMnTi等； （6）对于非渗碳部位，采用镀铜或预留加工余量、渗碳后切削掉及刷防渗涂料等方法。 二、可控气氛渗碳 1、可控气氛渗碳概念 ◆ 传统渗碳采用煤油、焦苯。易引起碳黑、焦油。造成层深不够、碳浓度不均匀 ◆碳势概念：纯铁在一定的加热温度下在炉中加热时达到既不脱碳也不增碳，与炉气保持平衡时表面含碳量。 炉气碳势越高，饱和碳的能力越强。 ◆实际碳势曲线：直接测定 方法：厚度小于0.2mm钢箔片，加热到一定温度停留0.5~1h，使箔片被碳穿透之后，并与气氛平衡之后迅速冷却，进行化学成分分析。获得炉内碳势。 3、吸热式气氛渗碳 （1）气氛： ◆吸收式气氛加富化气的混合气进行渗碳，通过调整富化气的流量调节炉气碳势。 ◆常用富化气：甲烷、丙烷 （2）设备：一般适用于大批生产的连续作业炉 （a）连续式渗碳在贯通式炉内进行 （b）渗碳时要注意的事项 ◆预冷温度要高于心部成分的Ar3点，避免自由铁素体出现 ◆直接淬火的特点： 优点：减少加