热处理工艺课件：化学热处理教学课件下载.ppt

化学热处理工艺化学热处理是金属材料加工中的关键工艺，通过改变工件表面的化学成分，显著提升材料的表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性。本课件将系统介绍化学热处理的基本原理、主要工艺类型及其在工业中的广泛应用。我们将详细探讨渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铬和渗铝等工艺，分析它们的特点、参数控制及质量评估方法，帮助学习者全面掌握这一重要的金属表面强化技术。

课程目标1了解化学热处理的基本原理通过学习化学热处理的定义、分类及基本过程，理解表面化学成分改变的机制，掌握扩散原理和影响因素，为后续工艺学习打下基础。2掌握主要化学热处理工艺深入学习渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铬、渗铝等主要工艺的特点、工艺参数、操作流程及应用场合，能够根据实际需求选择合适的处理方法。3理解化学热处理对材料性能的影响系统分析不同化学热处理工艺对材料表面硬度、耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀性等性能的影响机制，学会根据性能要求设计合理的处理工艺。

化学热处理的定义概念界定化学热处理是一种改变工件表面化学成分的热处理工艺，通过使特定元素（如碳、氮、硼、铬、铝等）渗入金属表面，形成具有特殊性能的表层，同时保持核心材料原有的性能特点。与普通热处理的区别与普通热处理不同，化学热处理不仅改变金属组织结构，还通过添加新元素改变表面层的化学成分，实现更复杂的性能调控，是一种表面改性技术。主要性能提升通过化学热处理，可显著提高工件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度，解决表面性能与整体性能难以兼顾的工程难题，延长零部件使用寿命。

化学热处理的基本过程工件置于特定介质中根据处理要求，将工件放置在固体、液体或气体等特定活性介质中。这些介质含有需要渗入工件表面的元素，如含碳、氮、硼等的化合物，为后续渗透过程提供元素来源。加热、保温将工件与介质一起加热到特定温度并保温一定时间。温度的选择取决于处理工艺类型和基体材料，通常需要达到足够高的温度使基体金属原子活化，增强扩散能力。活性原子渗入工件表层在高温条件下，介质中的活性原子通过吸附、解离和扩散等物理化学过程渗入工件表层，与基体材料形成固溶体、化合物或金属间化合物，改变表层化学成分和组织结构。

化学热处理的分类渗碳在高于奥氏体化温度下(通常900-950℃)，使碳原子渗入低碳钢或低碳合金钢表层，形成高碳浓度的表层和低碳浓度的韧性心部，是最常用的化学热处理工艺之一。渗氮在500-570℃的温度下，使氮原子渗入钢铁表层，形成高硬度的氮化物层，具有低温处理、变形小和高硬度等特点，特别适用于精密零件。渗硼在800-1000℃的温度下，使硼原子渗入钢铁表层，形成硬度极高的硼化物层，具有优异的耐磨性和耐高温性能，适用于严苛工况条件。渗铬/渗铝渗铬和渗铝主要用于提高材料的耐高温氧化和耐腐蚀性能，在航空航天、化工等领域有广泛应用，常用于高温服役部件的表面处理。

渗碳处理概述工艺定义渗碳处理是将碳原子渗入低碳钢或低碳合金钢表层的化学热处理工艺，通过形成高碳浓度表层和低碳浓度心部的组合结构，实现表面硬化和心部韧性的双重要求。应用领域广泛应用于齿轮、凸轮、轴类等需要高表面硬度和良好心部韧性的零部件，是汽车、机械制造等行业不可或缺的表面硬化工艺，也是最早工业化应用的化学热处理方法。技术特点渗碳处理温度高、渗层深、硬度适中、心部韧性好，处理后通常需要进行淬火和回火处理才能获得理想的性能。渗碳方法多样，可根据生产规模和产品要求选择合适的工艺。

渗碳的目的提高表面硬度和耐磨性渗碳处理后，工件表面碳含量显著提高，经淬火后形成高碳马氏体组织，表面硬度可达58-62HRC，大幅提升表面抗磨损能力，延长零件使用寿命。保持核心韧性渗碳处理只改变工件表层的化学成分，保持心部低碳含量的特性，使工件心部保持良好的韧性和塑性，避免因整体高硬度而导致的脆断风险，实现外硬内韧的理想组合。提高接触疲劳强度通过渗碳处理，工件表面形成压应力层，能有效抑制疲劳裂纹的产生和扩展，显著提高零件的接触疲劳强度和冲击韧性，特别适用于承受交变载荷的机械零件。

渗碳的原理碳的活化与分解在高温条件下(900-950℃)，碳介质（固体、液体或气体）分解生成活性碳原子。以气体渗碳为例，甲烷在高温下分解：CH?→C+2H?，产生的活性碳原子附着在钢件表面。碳原子扩散进入钢表层在奥氏体状态下，钢的晶格间隙较大，有利于碳原子扩散。碳原子从高浓度区域向低浓度区域扩散，逐渐渗入钢表层，形成碳浓度梯度分布的渗层。形成碳浓度梯度随着渗碳时间延长，表层碳浓度逐渐接近饱和值(约0.8-1.0%)，同时碳原子向内部扩散，形成由表及里逐渐降低的碳浓度梯度，渗层深度随处理时间延长而增加。形成高碳马氏体组织渗碳后的工件经淬火处理，表层高碳奥氏体转变为高碳马氏体组织，具有极高的硬度和耐磨性；而心部低碳奥氏体转变为低碳马氏体或贝氏体，保持良好的韧性。