工程材料课件 第五章 钢的热处理精要.ppt

化学热处理：将金属工件放入含有某种活性原子的化学介质中，通过加热和保温，使介质中的活性原子被吸收、扩散渗入工件一定深度的表层，改变表层的化学成份和组织，并获得与心部不同的性能的热处理工艺。与普通热处理不同，不仅有组织变化，同时也有表层成分的变化。 第六节 钢的化学热处理 种类：渗碳，渗氮、渗硼、渗金属等 某种元素渗入工件表面的条件： 1.钢具有吸收渗入活性原子的能力。该原子能溶入铁晶格中形成固溶体，在铁中有一定的溶解度，或与铁有较强亲和力形成化合物。 1.将工件加热到一定温度，使之有利于溶入活性原子或与之形成化合物。 2. 利用化合物分解或离子转化得到渗入元素活性原子。 3.活性原子吸附，溶入钢件表层，并在保温过程中由表层向内 扩散，形成一定层深的扩散层。 2.渗入元素的原子必须是具有化学活性的活性原子，处于高能状态，能克服钢件表面铁原子的结合力，渗入钢件表层。 下面重点介绍渗碳和氮化。 化学热处理的基本过程： 主要使用的钢材：心部要求不高，尺寸较小的渗碳件常用低碳钢15、20号钢或低碳合金钢15Cr、20Cr。要求较高，尺寸较大的零件则用20CrMnTi、 20MnVB等制造。 低碳钢能满足心部韧性，但表面硬度低，不耐磨；高碳钢，热处理后表面硬度高，耐磨，但心部韧性太差，低碳钢渗碳淬火后能很好的满足要求。 一、钢的渗碳 （一）渗碳的目的及用钢 目的：向钢的表层渗入碳原子，表层具有高的含碳量，经热处理后表层具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持一定强度及较高的韧性和塑性。 （二）渗碳方法： 渗碳剂：渗碳用的介质。 根据渗碳剂的不同，渗碳方法分为：气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳。 1、气体渗碳 将工件置于密封的加热炉中，通入气体渗碳剂，在900－950℃加热、保温、使钢件表面层进行渗碳。 常用的渗碳剂有煤油、甲醇等液体，在高温下反应生成活性碳原子。 2. 固体渗碳将工件置于四周填满固体渗碳剂的箱中，加盖密封后送入炉中加热到900-950，保温足够时间达到渗碳层深度后出炉 常用的固体渗碳剂由木炭粒和催渗剂组成 气体渗碳生产率高、劳动条件好、渗碳质量易控制，易实现机械化、自动化，应用广。固体渗碳时间长，生产率低、劳动条件差、渗碳质量不易控制，但设备工艺简单，适宜单件小批生产。液体渗碳淘汰。 主要考虑的两个工艺参数： 渗碳时间：由渗层深度决定。时间越长，渗层越深，参照书表5-3。 1. 渗碳温度 渗碳温度选择原则：一方面有利于钢容纳更多碳原子和碳原子的扩散，应在较高温度奥氏体区进行；另一方面，又不能使晶粒粗大，性能变坏，变形严重，温度不能过高。一般在900－950℃。 （三）渗碳后热处理及组织性能 1. 渗层深度：渗碳的主要技术指标之一。 表示方法：（1）通过显微组织确定。钢渗碳后缓冷的组织，由表及里分别为过共析、共析、亚共析、中心原始组织，共析至原始组织之间为过渡区，渗层深度规定从表面到过渡区的一半距离。（2）硬度法，指经渗碳，淬火后由表层到HRC50处的垂直距离。 心部组织：低碳钢（15、20钢）为F+P, 硬度HRC15-20。 选择原则：根据性能要求及材料成分决定。 2. 渗碳后热处理：淬火+低温回火 淬火可用直接淬火法（渗后预冷至860-800℃直接淬火+低温回火）或一次淬火法（空冷至室温，然后重新加热至 AC1 +30-50 ℃，淬火+低温回火） 3. 钢件渗碳、淬火、低温回火后的最终的组织： 表面组织：细小片状M‘ +少量碳化物，硬度HRC58-62 低碳合金钢（20CrMnTi）为板条状M+F+T，硬度HRC35-45。 4. 工艺路线：下料→锻造→ 正火→ 机械（粗）加工→渗碳→淬火+低温回火→机械（精）加工。 （四）渗碳后淬火与表面淬火的比较 渗碳后淬火比表面淬火淬硬层均匀、硬度高，性能好、使用寿命长。见书表5-6。 5.渗层厚度的选择：见书表5-4。 二、钢的氮化 氮化：向钢的表面渗入氮原子，形成坚硬化合物层的化学热处理。 （一）氮化的原理和工艺 氮化工艺有气体氮化、液体氮化、固体氮化、离子氮化等。这里介绍应用较多的气体氮化。利用氨加热分解出氮原子，然后被钢表面吸收，形成氮化层。氮化温度500－570℃，设备在密闭的井式炉中进行。 1、氮化往往是最后一道加工工序（有时需精磨），氮化层很薄，所以精磨余量一般仅为0.10-0.15mm。为保证心部的综合机械性能，氮化前工件要进行调质处理。 2、氮化件具有极高的硬度和耐磨性，其硬度高于渗碳，工件氮化后不必进行淬火。 3，具有较高的红硬性（能保持硬度在HRC60以上的最高温度）氮化后的硬度可以保持到相当高的温度（约600-650 ℃ ），而渗碳件在300 ℃以上明显下降。 （二）氮化处理的特点 主要应用：高