材料工程基础第四章金属材料热处理ppt课件.ppt

钢的化学热处理是指将工件放在一定温度的活性介质中保温，使介质中分解出的一种或几种元素的活性原子被钢件表面吸附并向表层扩散，从而改变其表层化学成分、组织和性能的一种热处理工艺方法。 钢的化学热处理 基本过程： ① 钢件加热时，化学介质分解出渗入元素的活性原子； ② 活性原子被钢件表面吸附和溶解； ③ 原子由表面向内部扩散，形成一定的扩散层。 将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子 1、钢的渗碳： 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，使表面获得高碳回火马氏体，具有高硬度、耐磨性和抗疲劳性能；而心部为低碳回火马氏体或索氏体，具有一定的强度和良好的韧性配合。 气体渗碳示意图 1）渗碳方法 渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。 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15、20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3等。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）的过渡区，直至心部的原始组织。 3）渗碳后的热处理 渗碳后的热处理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法。 渗碳后的淬火和低温回火示意图 2、钢的渗氮： 渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面，在钢件表面获得一定深度的富氮硬化层的热处理工艺。其目的是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。 常用的渗氮方法有气体渗氮、离子渗氮、氮碳共渗（软氮化）等。生产中应用较多的是气体渗氮。 1）渗氮方法 2）渗氮后的组织 含有Al、Cr、Mo等 元素的合金钢 C、N和Fe 的化合物 C、N溶于α-Fe 的固溶体 弥散合金氮化 物（如AlN等） 3）渗氮后的钢件性能 ① 氮化层HRC为69～73，在600～650℃有较高红硬性； ② 一般，T渗氮＜T渗碳，无需进一步热处理，渗氮层各性 能均优于渗碳层，工件不易变形； ③ 氮化层比碳化层薄且脆；且t渗氮＞t渗碳，生产效率低。④ 为提高工件心部强韧性，需在渗氮前进行调质处理。 碳氮共渗新介质的研制是金属热处理研究的一个重要领域。 早期使用的NaCN等氰盐均有剧毒，现已禁用。新一代碳氮共渗介质往往同时考虑工艺性能和环保两方面的因素。常用的介质是煤气和氨气的混合物。 3、钢的碳氮共渗（氰化）： 碳氮共渗是同时向钢件表面渗入碳和氮原子的化学热处理工艺，也俗称为氰化。碳氮共渗零件的性能介于渗碳与渗氮零件之间。 钢的热处理新工艺介绍 无氧化加热 利用可控气氛，即通过精确计量和微机控制技术对炉内的气体组分加以控制。如含碳液体或气体的分解和裂解的碳浓度的控制。 1、保护气氛加热： 2、采用保护涂料： 目前钢和钛合金已在热处理中大量利用保护涂料来避免工件氧化。涂料由Al2O3、SiO2、SiC和其他金属氧化物以及液态粘结剂配置而成。 在真空炉中受真空气氛保护，可防止工件氧化、减 小变形；但容易引起元素挥发。适于中小型零件的处理。 3、真空热处理： 目前，实际生产中还采用以下先进工艺：利用高能量密度对零件作超高速加热，然后自激淬火，具有不氧化、不脱碳、变形小、表面光洁，提高硬度、耐磨性和疲劳强度等的高频和超高频脉冲热处理和激光热处理以及电子束热处理。 超高速加热 2、奥氏体晶粒大小及其控制 1）晶粒大小的表示方法 晶粒大小广泛采用的是与标准金相图片（标准评级 图）相比较的方法来评定晶粒大小的级别。通常将晶粒 大小分为8级，1级最粗，8级最细。通常1～4级为粗晶粒 度，5～8级为细晶粒度。 2）奥氏体晶粒大小的控制 加热温度与保温时间 加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大， 因为这与原子扩散密切相关。 合金元素Ti、Zr、V、Nb、Al等，当其形成弥散稳 定的碳化物和氮化物时，由