表面处理技术概论 教学课件 ppt 作者 刘光明 主编第七章 化学热处理.ppt

第七章 化学热处理 主要内容： 化学热处理 化学热处理的分类与特点 典型化学热处理 化学热处理技术的新发展 第一节 化学热处理概述 化学热处理概述 化学热处理概述 化学热处理概述 化学热处理概述 化学热处理概述 化学热处理概述 化学热处理概述 化学热处理概述 化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温，使活性物质的原子渗人工件的表层中，改变其表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺，是表面合金化与热处理相结合的一项工艺技术。 随着化学热处理理论和工艺的逐步完善，化学热处理囊括了渗碳、渗氮、碳氮和氮碳共渗、渗铝、渗铬、渗硼、渗硫、硫氮和硫氮碳共渗，以及其他多元共渗工艺。 化学热处理过程可分为分解、吸附和扩散三个连续阶段。 化学热处理概述 (1) 分解过程 (2) 吸收过程 (3) 扩散过程 化学热处理过程的扩渗规律通常用Fick定律来描述。Fick第一定律指出：当扩散物质沿x方向存在浓度梯度时，单位时间通过垂直于x方向的单位面积的扩散物质的量 (通常称为扩散通量)与浓度梯度成正比，即 J = －D(dc/dx) 式中 D——扩散系数； J——扩散通量； C——扩散物质的浓度。 其中，浓度梯度dc/dx是扩散的动力；常数D称为扩散系数，其物理意义是单位时间内，在单位浓度梯度(dc/dx＝1)的条件下，通过单位截面积的物质数量。 化学热处理概述 实验证明，扩散系数D与温度之间存在有下列关系： D=D0e－Q/RT 式中 D0——扩散常数； Q——扩散激活能； R——气体常数; T——绝对温度。 由此可见，温度T与扩散激活能Q是决定扩散系数D的相关因素。 第二节 化学热处理的分类与特点 化学热处理的分类与特点 7.2.1化学热处理的分类 化学热处理的分类与特点 7.2.2 化学热处理的特点 (1) 通过选择和控制渗入的元素及渗层深度，可使工件表面获得不同的性能； (2)在工件表面形成压应力层，有利于提高工件的疲劳强度。渗层与基体金属之间是冶金结合，结合强度很高，渗层不易脱落或剥落； (3) 化学热处理通常不受工件几何形状的局限，并且绝大部分化学热处理具有工件变形小、精度高、尺寸稳定性好的特点。 (4) 可改善工件表面的综合性能 (5)节约贵重的材料，降低成本，经济效益显著。 (6)其工艺较复杂，处理周期较长，而且对设备的要求一般也较高。 第三节 典型的化学热处理 典型的化学热处理 7.3.1 渗 碳 渗碳是将低碳钢的工件，在渗碳介质(渗碳剂)中加热到一定温度，使碳原子渗入其表面层，获得高碳渗层，再进行淬火并低温回火。 对渗碳工艺产生主要影响的有三个参数：一是渗碳温度，二是渗碳时间，三是渗碳介质的化学成分及渗碳气氛特性。 7.3.1.1渗碳工艺的特点和渗碳层的测定 (1)渗碳工艺的主要特点是：渗入速度快、工艺时间短；硬度稍低，但脆性小；渗层厚度大，可承受更大的挤压应力；渗层硬度梯度小，不易产生剥落；心部强度较高，有更大的承载能力和抗挤压的能力；成本低，经济效益高等优点。 典型的化学热处理 (2) 工件渗碳层的测定有三种方法： ①以过共析层、共析层和亚共析层三者的总和作为渗碳层深度； ②由表面到亚共析层的一半处的厚度作为渗层厚度这种方法多用于碳钢； ③由表面到亚共析层的2/3处的厚度作为渗层厚度，这种方法多用于含铬钢。 典型的化学热处理 7.3.1.2渗碳方法 (1) 气体渗碳 ① 气体渗碳概述 气体渗碳是指将零件放入渗碳炉内，滴入煤油或其他渗碳剂，在高温下保温一定时间后活性碳原子渗入工件的表面，形成渗碳层的过程。 气体渗碳主要优点如下： i 渗速较快，生产周期短； ii 生产率高，工艺操作容易，适合于大批量生产，渗碳后可直接淬火、成本低； iii 气氛的配比基本稳定在一个范围内，可以实现