“可控化学热处理”幻灯1.ppt

欢迎各位领导和同行 我们一起研讨 “可控化学热处理” 可 控 化 学 热 处 理  西北工业大学401教研室 席守谋 材料表面改性技术 定义：利用现代技术改变材料表面、亚表面层的成分、结构和性能的处理技术。 1、材料表面改性技术的分类 1、表面形变强化 2、表面相变强化 3、离子注入 4、表面扩散渗入-又称化学热处理 或表面合金化 5、化学转化 6、电化学转化-阳极化 （1）表面形变强化 采用高速弹丸打击、挤压或辊压金属零件的表面，使其产生塑性变形，引起表层显微组织发生变化，产生表面压应力，从而提高材料抗应力腐蚀和抗疲劳断裂的能力，改善和提高零件的可靠性和耐久性。 （2）表面相变强化 采用近代技术（如激光束、电子束等）对金属零件的表面进行快速加热，使金属表面、亚表面形成新的相变区和表面强化区。 （3）离子注入 利用真空系统中离化出的离子，在高电压下加速，直接注入材料表面，形成很薄的离子注入层，改变材料表面的组成与结构，改善材料表面的性能。离子的注入量不受固溶度的限制。可用于改善金属和合金材料的摩擦磨损特性，提高材料的抗氧化能力和耐蚀性。 （4）表面扩散渗入又称化学热处理  将金属或非金属沉积在基体金属表面上，通过扩散作用渗入到基体金属表面内，改变材料表面的化学组成、相结构，提高材料表面的性能，如抗高温氧化性、抗热腐蚀性、抗电化学腐蚀性、耐摩擦磨损、耐酸、耐碱性等。 （5）化学转化 将金属零件放入一定的溶液介质中处理，使其表面形成钝性化合物的膜层，提高材料表面的性能。钝化膜层主要有铬酸盐钝化膜、磷酸盐膜、草酸盐膜、钢铁件的发蓝等。 （6）电化学转化-阳极化 这是一种在电解质溶液中，在外电流的作用下使制件表面形成氧化膜的技术。常用于镁、铝、钛及其合金制件的表面保护处理。 表面改性技术的详细分类 2、化学热处理所要解决的问题 解决零件表面和心部的性能要求不同，而采用同一种材料制作零件并经受同一种热处理的情况下不能很好得到满足的问题。 零件要求实例 发动机的齿轮和轴，不仅要求齿牙和轴颈的表面硬而耐磨，还必须能够传递很大的扭矩和承受相当大的冲击负荷。 在高温燃气下工作的涡轮叶片，不仅要求表面能抵抗高温氧化和热腐蚀，还必须有足够的高温强度。 3、表面扩散渗入过程的 三个阶段 分解 吸收 扩散 三个阶段相互衔接而又同时进行 介 质 的 分 解 介质分解，形成渗入元素的活性原子。 活性原子：初生的、原子态（即未结合成分子）的原子。 只有活性原子原子才能溶于钢中。 CH4≒2H2+〔C〕、2NH3≒3H2+2〔N〕，其中〔C〕、〔N〕分别为活性的碳、氮原子。 活性原子的吸收 活性原子被金属表面吸收的过程。 吸收的先决条件：活性原子能溶解于表层金属。 碳不能溶于铜中，钢件表面镀铜，可防止渗碳。 渗入原子的扩散 渗入原子在基体金属中的扩散，化学热处理才能不断进行并获得一定深度的渗层。 要使扩散进行的快，必须要有大的驱动力（浓度梯度）和足够高的温度。 二、可控渗碳 1、渗碳设备及工艺的现状 2、渗碳热处理的常见缺陷 3、渗碳过程三个阶段的理论分析 4、渗碳层的碳浓度及组织的控制 5、渗碳层深度的测量 6、渗碳热处理常见缺陷的原因分析及预防措施 7、渗碳件失效分析 8、渗碳新设备的基本要求 1、渗碳设备及工艺的现状 滴注式井式渗碳炉，温度用位式控制，炉内气氛用数渗剂滴数和看火苗长度并由手动控制。无碳势的概念。 滴注式井式渗碳炉，温度用PID调节控制，炉内气氛还用数滴入渗剂的滴数并由手动控制。有碳势的概念，并采用钢箔法确定炉内碳势，进而确定渗剂的滴入量。 滴注式井式渗碳炉，温度和炉内气氛由计算机或人工智能仪表控制，碳势由氧探头、红外仪、电阻探头等测量。 渗碳设备及工艺的现状 周期式、连续式专用和多用气氛炉，温度和炉内气氛由计算机或人工智能仪表控制，渗碳气氛有专用裂解装置提供，碳势由氧探头测量。 进口设备或合资生产的先进设备。温度、碳势、渗层碳浓度分布、渗层深度可自动控制和实时监控，工艺曲线有多种选择，材料化学成分对渗层深度及碳浓度的影响由计算机中的数学模型根据输入的材料成分自动计算。各种参数的仿真曲线可在计算机屏幕上直接显示。 渗碳工艺的现状 大多数航空企业还是沿用老的渗碳工艺：930℃加热、强渗期和扩散期的气氛碳势有所不同。 即使使用的先进渗碳设备，工艺参数也不能改变，这是航空产品生产的特殊要求。 有一些企业经过设计人员和冷、热加工技术人员的精诚合作，大胆改变了原有工艺，使产品的质量更高、性能更符合设计的要求。 2、渗碳热处理的常