材料与热处理(项目七)幻灯片.ppt

项目七 钢的化学热处理 7.1 渗碳 7.2 渗氮 7.3 碳氮共渗 本篇小结 7.1 渗碳 将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。其目的是通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使工件表面具有高的硬度、耐磨性和良好的抗疲劳性能，而心部具有较高的强度和良好的韧性。渗碳广泛用于在磨损情况下工作并承受冲击载荷、交变载荷的工件，如汽车、拖拉机的传动齿轮，内燃机的活塞销等。 下一页 返回 7.1 渗碳 7.1.1渗碳处理的原理与形式 1.渗碳方法 根据所用渗碳介质的工作状态，渗碳方法一般分为气体渗碳、固体渗碳、真空渗透和盐浴渗碳等。常用的是气体渗碳和固体渗碳，尤其是气体渗碳法。 (1)气体渗碳。气体渗碳法是将工件放入密封的渗碳炉内，加热到900 ℃~950 ℃，然后向炉内滴入煤油、苯、甲醇等有机液体，或直接通入煤气、石油液化气等气体，通过化学反应产生活性碳原子，使钢件表面渗碳，如图7-1所示。渗碳使低碳(碳质量分数为0.15%-0. 30%)钢件表面获得高浓度的碳。气体渗碳法的优点是生产效率高，渗层质量好，劳动强度低，便于直接淬火。 上一页 下一页 返回 7.1 渗碳 (2)固体渗碳。固体渗碳法是将工件埋在固体渗碳剂中，装箱密封，放入一般的加热炉中加热到渗碳温度保温，使工件表面增碳，是一种古老的方法。 固体渗碳剂是由主渗剂(木炭粒)和催渗剂(BaC03)组成的混合物。在渗碳温度下，渗碳剂发生如下反应: 上一页 下一页 返回 7.1 渗碳 固体渗碳法的渗碳速度，大约每保温一小时，平均渗入0. 1 mm。 固体渗碳的优点是设备简单，成本较低，大小零件都可用。缺点是渗碳速度慢，生产效率低，劳动条件差，渗碳后不易直接淬火。 (3)真空渗碳。真空渗碳是将零件放入特制的真空渗碳炉中，先抽真空达到一定的真空度，然后将炉温升至渗碳温度，再通入一定量的富化气进行渗碳。由于炉内无氧化性气体等其他不纯物质，零件无吸附气体，因而工件表面活性大，通入富化气后，渗碳速度快(获得同样渗层厚度，渗碳时间约为普通气体渗碳的1/3 )，而且表面光亮。 上一页 下一页 返回 7.1 渗碳 2.渗碳后的组织 常用于渗碳的钢为低碳钢和低碳合金钢，如20, 20Cr, 20CrMnTi, 12CrNi3等。渗碳后渗层中的含碳量表面最高(约1. 0%，由表及里逐渐降低至原始含碳量。所以渗碳后缓冷组织自表面至心部依次为:过共析组织(珠光体+碳化物)、共析组织(珠光体)、亚共析组织(珠光体+铁素体)的过渡层，直至心部的原始组织。对于碳钢，渗层深度规定为:从表层到过渡层一半(50%P+50%F)的厚度。图7-2为低碳钢渗碳缓冷后的显微组织。 根据渗层组织和性能的要求，一般零件表层含碳量最好控制在0. 85 %-1. 05%，若含碳量过高，会出现较多的网状或块状碳化物，则渗碳层变脆，容易脱落; 上一页 下一页 返回 7.1 渗碳 含碳量过低，则硬度不足，耐磨性差。 渗碳层含碳量和渗碳层深度依靠控制通入的渗碳剂量、渗碳时间和渗碳温度来保证。 当渗碳零件有不允许高硬度的部位时，如装配孔等，应在设计图样上予以注明。该部位可采取镀铜或涂抗渗涂料的方法来防止渗碳，也可采取多留加工余量的方法，待零件渗碳后在淬火前去掉该部位的渗碳层(即退碳)。 3.渗碳后的热处理 工件渗碳后，必须经过淬火和低温回火，才能达到性能要求。根据工件材料和性能要求的不同，其淬火方法有三种。 上一页 下一页 返回 7.1 渗碳 (1)延时淬火法。工件渗碳后出炉，自渗碳温度预冷到略高于心部Ar3的温度后立即淬火。这种方法不需重新加热淬火，因而减少了热处理变形，节省了时间和费用。但由于渗碳温度高，加热时间长，因而奥氏体晶粒易粗大，淬火后残余奥氏体量较多。所以只适用于本质细晶粒钢和性能要求不高的工件。 (2)一次淬火法。一次淬火法是将工件渗碳后缓冷，然后再重新加热进行淬火。淬火温度的选择应兼顾表层和心部，使表层不过热而心部得到充分的强化。有时也偏重于心部或强化表层，如强化心部则加热到Ar3以上完全淬火，如要强化表层则应加热到Ar1以上不完全淬火。 上一页 下一页 返回 7.1 渗碳 (3)二次淬火。二次淬火是将工件渗碳缓冷后再进行两次淬火或正火加一次淬火。第一次淬火或正火是为了细化心部晶粒和消除网状渗碳体，加热温度应高于心部Ar3温度。第二次淬火选在表层Ar1以上加热，这样可细化表层组织，对于心部影响不大。两次淬火法工艺复杂，周期长，成本高，且工件变形、氧化脱碳倾向增大，应尽量少用。 渗碳件经淬火和170 ℃~200℃低温回火后，表层组织为回火马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体，硬度可达58 ~64HRC。心部组织淬透时为低碳回火马氏体，未淬透时为索氏