第13章 化学热处理.ppt

渗碳原理 在井式渗碳炉中滴入煤油，煤油在高温下裂解渗碳性介质－甲烷气体（CH4）和CO气体及氢气，该气体在钢的表面分解出活性碳原子-[C]，在较高温度进入钢的表面。 CH4 → [C] + H2 CO → [C] ＋ CO2 CO → [C] ＋ H2O 气体渗碳的温度930℃ ：考虑到奥氏体溶碳能力（溶解度）以及碳在不同组织、温度下的扩散系数；温度过高会导致奥氏体晶粒异常长大。 思考题 1、钢的渗碳分类 2、常用渗碳钢种：20CrMnTi，合金元素在其中的作用 * 第十三章 化学热处理 §13-1 化学热处理概论 定义：将金属或合金置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入工件的表面，从而改变表面层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。 目的：强化表面（高硬、高强、高耐磨、高疲劳强度）、保护表面（耐蚀） 分类：按渗入元素、性能、介质物理形态 §13-2 化学热处理原理 基本过程 渗剂中的反应 渗剂中的扩散 相界面反应 金属工件中的内扩散 金属中的反应 加速化学热处理过程的途径 化学催渗：加入催渗剂 物理催渗：高温；真空化学处理；离子轰击 §13-3 钢的渗碳 定义：为了增加工件表面的含碳量及一定的碳浓度梯度，将工件放在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。 目的：获得高的表面强度、硬度，高的接触疲劳和弯曲疲劳强度 分类：固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳 应用：承受磨损、交变接触应力及弯曲应力和冲击载荷的零件（表层：高硬、耐磨；心部：足够的强度和韧性） 渗碳用钢 低碳钢C%：0.15~0.25% 低碳合金钢：Cr、Mn、B、Ni－提高淬透性；W、Mo、V、Ti－细化晶粒 常用钢种：20CrMnTi 渗碳件主要要求 表面碳浓度：0.6~1.1% 渗碳层深度：0.5~2.5mm 表面碳浓度分布：过渡区宽度占总宽度的1/2~1/3 淬火后硬度要求：低碳、低合金：60~64HRC；中高合金：56~60HRC 渗碳 渗碳工艺（气体渗碳） 时间 温度 装炉 排气升温 强渗 扩散 降温 均温 930℃，6小时 840~860℃ 油淬 直接淬火＋低温回火 减少加热工序，防止氧化脱碳。但本质晶粒粗大的钢易长大为粗晶 一次淬火＋低温回火 渗碳后取出重新加热淬火，多用于固体渗碳件 二次淬火＋低温回火 工艺复杂，成本高 渗碳后热处理 渗层组织 – (渗碳后缓慢冷却，从内层到外层组织)为: 原始组织－亚共析层－共析层－过共析层 低碳钢缓冷后的显微组织 渗碳件表层的碳浓度一般控制在1.0%左右，因此渗碳件缓冷后外层为过共析组织P+Fe3CⅡ，心部为原始低碳亚共析组织F+P，中间为过渡组织。 一般规定，从表层到过渡层的一半处的深度为渗层厚度。渗碳温度越高、时间越长，则得到的渗层深度越厚 过 共 析 层 共 析 层 亚 共 析 层 原 始 组 织 §13-4 钢的渗氮 定义：在一定温度下（一般在Ac1以下），使活性N原子渗入工件的化学热处理工艺 目的：高硬度（HV1000~1200）、高耐磨、高弯曲疲劳强度，接触疲劳强度不及渗碳 分类：普通氮化、离子氮化 钢的渗氮过程 输入氨气 氨向工件表面迁移 吸附、分解 合成分子逸出（部分） N溶于α－Fe 扩散、反应扩散，形成氮化物 氮化物长大、类型转变 进一步扩散，渗层深度增加 渗氮层的组织性能 组织 以530℃渗氮为例：ε→γ’ →αN →α 性能 高硬度、高耐磨 疲劳强度高 红硬性好 渗氮工艺 20h 60h 2~6h 480~510℃ 强渗 扩散 退N 时间 温度 炉冷 §13-5 碳氮共渗与氮碳共渗 同时将C、N渗入工件表层。以渗碳为主－碳氮共渗；以渗氮为主－氮碳共渗（软氮化） 共渗的特点 C、N含量随温度变化：T℃↑→N%↓、C%↑ N的渗入使钢的A3 ↓，可使钢在更低的温度增C 共渗一定时间后（2~3h）会产生脱N现象