10材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件-第十章__钢的化学热处理.ppt

第十章 钢的化学热处理 10.1 概述 何为化学热处理？ 工业上有哪些应用？ 它解决哪些问题？ 第十章 钢的化学热处理 10.1 概述 化学热处理的优点？ 第十章 钢的化学热处理 一、化学热处理基本过程 三个过程： 渗剂的分解 零件表面对活性原子的吸收 活性原子从零件表面向内部扩散 五个阶段： 气氛的形成 吸附 分解 吸收 扩散 一、化学热处理基本过程 1、气氛的形成 一、化学热处理基本过程 2、吸附 吸附----物质在相界面上自动聚集过程。 固体吸附----固体物质自发地把周围介质中分子、原子或离子吸附到固体表面现象。 物理吸附----分子间作用力，不具备选择性； 吸附 化学吸附----吸附剂与吸附质间相互作用的 化学结合，具有选择性。 吸附量Γ = X/ m X 吸附气体溶质量 m 吸附剂质量 一、化学热处理基本过程 3、分解反应 此过程渗剂进一步分解，析出活性渗入原子。 如： 2CO CO2 + [C] CH4 [C] + 2H2 2NH3 2[N] + 3H2 渗剂反应通式： 一、化学热处理基本过程 4、吸收 活性原子克服表面能垒进入金属表面，形成固溶体或化合物。 一、化学热处理基本过程 5、扩散 活性原子被吸收后，造成表面－内部的浓度差， 引起渗入原子向内扩散。 整个化学热处理速度取决于扩散速度 (1)活性原子扩散宏观规律 服从 Fick第一定律 Fick第二定律 一、化学热处理基本过程 5、扩散 (2)扩散机制 交换型扩散　　 相邻点阵位置原子依靠热振动互换位置的扩散方式。　 环形旋转型扩散 处于某一晶面的同一平面上几个原子能够绕瞬时轴旋转的扩散。 空位型扩散 　　　　　　　　　　 ○　○　○　○　○ 　　　　　　　　 ○　○　○　　　○ 　　　　　　　　 ○　　　○　○　○ 　　　　　　　　 ○　○　○　○　○ 原子跳跃到相邻空位，又形成新的空位的原子扩散。 一、化学热处理基本过程 （3）扩散层形成规律（渗剂B向金属A扩散为例） 第十章 钢的化学热处理 一、化学热处理基本过程 二、化学热处理后性能 硬度 耐磨损性能 抗摩减摩性能 抗疲劳性能 耐腐蚀性能 第十章 钢的化学热处理 一、化学热处理基本过程 二、化学热处理后性能 化学热处理进行时组织状态 奥氏体状态： 渗碳、碳氮共渗、渗硼及硼基共渗、渗铬及铬基共渗、渗铝及铝基共渗、渗硅、渗钒、渗铌、渗钛等。 铁素体状态： 渗氮、氧氮共渗、碳氮氧共渗、渗硫及硫基共渗、渗锌等。 10.2 钢的渗碳 基本思路： 在Fe—C相图中，α- Fe中碳的最大溶解度0.02%，而 γ- Fe中碳的最大溶解度达到2.11%，相差100倍，希望在高温下渗碳，低温淬火，以期获得最高强度和最大表面硬度。 10.2 钢的渗碳 二、钢渗碳原理（以气体渗碳为例） （1）三个阶段：分解、吸收、扩散 2CO CO2 + [C] + 172.4KJ CH4 2H2 + [C] – 75.7KJ CH3COCH3 3H2 + CO +2[C] - KJ 放热反应：随温度升高、反应减慢，渗碳能力较弱； 吸热反应：随温度升高、反应加速，渗碳能力较强。 10.2 钢的渗碳 （2）渗碳剂的选择 渗碳剂的基本要求： 有良好的渗碳能力、不产生碳黑、工艺性好，环保性，价廉、分子结构简单。 通常： C/O原子数比≤1，分解产生CO、H2，几乎不能渗碳，稀释剂 C/O原子数比＞1，分解产生CO、H2外，还产生一定CH4 ， 能产生[C]，属于强渗碳剂， C/O比愈大，渗碳能力愈强。 所以醇类、醚类、酮类等均是优良渗碳剂，加入一部