金属工艺学课件：化学热处理技术教学.pptVIP

化学热处理技术欢迎大家学习化学热处理技术课程。化学热处理是一种通过改变金属表面化学成分来提高材料表面性能的工艺方法，广泛应用于汽车、航空航天、工具制造等领域。在本课程中，我们将系统地介绍各种化学热处理技术的原理、工艺参数、应用范围及发展趋势。通过本课程的学习，您将掌握渗碳、渗氮、渗硼等主要化学热处理方法的理论基础和实际应用技能，了解现代化学热处理技术的必威体育精装版发展动向，为今后在金属材料表面处理领域的工作和研究奠定坚实基础。

课程概述1化学热处理的定义化学热处理是指在高温条件下，使特定的非金属元素或金属元素原子渗入金属表面，改变表层化学成分和组织结构，从而获得所需的表面性能，同时保持心部原有特性的一种热处理工艺方法。2主要类型和应用包括渗碳、渗氮、渗硼、渗铬、渗铝等多种工艺，广泛应用于需要提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀性和耐高温氧化性的各种机械零部件和工具的表面处理。3课程目标通过本课程学习，学生将掌握化学热处理的基本原理、工艺特点、操作方法、质量控制及应用领域，能够针对不同零件的使用要求，合理选择和设计化学热处理工艺方案。

化学热处理的基本原理扩散原理化学热处理的本质是异质原子在固态金属中的扩散过程。在高温条件下，活性原子克服能量障碍，从表面向内部扩散，形成一定深度的渗透层。扩散遵循菲克定律，渗透深度与温度、时间的平方根成正比。热力学基础化学热处理过程必须满足热力学平衡条件。介质中非金属元素的活度必须大于金属表面的活度，才能发生渗透。这种活度差是驱动原子扩散的基本动力，也决定了渗透层最终的平衡浓度。动力学过程整个化学热处理过程包括：①介质中活性原子的形成；②活性原子在金属表面的吸附；③吸附原子穿过表面进入亚表面层；④原子在金属内部的扩散；⑤化合物的形成和相变过程。

化学热处理的分类渗碳在850-950℃高温下使碳原子渗入钢的表面层，形成高碳浓度的表层。渗碳后通过淬火和低温回火，获得表面硬度高、耐磨性好，而心部韧性好的性能组合。适用于低碳钢和低碳合金钢零件。渗氮在500-570℃温度下使氮原子渗入钢表面，形成氮化物和固溶体强化层。渗氮层硬度高，耐磨性好，疲劳强度高，且变形小，不需要后续淬火处理。适用于合金结构钢和工具钢零件。渗硼在800-1000℃温度下使硼原子渗入金属表面，形成极高硬度的硼化物层。渗硼层具有超高硬度、优异的耐磨性和耐腐蚀性，但较脆。适用于中碳钢、低合金钢和工具钢零件。其他处理方法包括渗铬、渗铝、渗硅、渗钛以及多元共渗等，用于提高金属表面的特殊性能，如耐高温氧化性、耐腐蚀性等。复合处理方法则综合了多种元素的优点，获得更优异的表面性能。

渗碳处理概述定义和目的渗碳是指在高温条件下，使碳原子渗入低碳钢或低碳合金钢表面层，形成高碳浓度的表层，然后经过适当的热处理，使表层获得高硬度和耐磨性，而心部保持原有的韧性和塑性的一种化学热处理工艺。应用范围渗碳处理主要应用于需要表面高硬度和耐磨性，同时又要求有良好韧性的机械零件，如齿轮、凸轮、轴颈、销轴、链轮、轴承、曲轴、连杆等传动和摩擦零件。通常适用于碳含量小于0.25%的钢材。主要优势渗碳处理最大的优点是可以获得表面硬度高、耐磨性好，而心部韧性好的性能组合，能有效提高零件的接触疲劳强度和使用寿命。与表面淬火相比，渗碳层深度更大，硬化效果更持久。

渗碳机理1表层马氏体形成淬火后得到硬化层2奥氏体中碳浓度升高碳原子在奥氏体中积累3碳原子吸附和渗入从表面到亚表面的转移4活性碳原子生成渗碳介质分解提供碳源渗碳过程中，碳原子的扩散遵循菲克定律，在浓度梯度的驱动下从高浓度向低浓度区域移动。扩散系数D与温度的关系符合阿伦尼乌斯方程：D=D?·exp(-Q/RT)，其中Q为扩散活化能，R为气体常数，T为绝对温度。因此，渗碳温度升高会显著加快碳原子的扩散速率。随着渗碳时间的延长，表层碳浓度逐渐达到饱和状态，而碳原子继续向心部扩散，形成由表及里逐渐降低的碳浓度梯度。这种梯度结构是渗碳处理的典型特征，也是实现表里性能差异化的基础。

渗碳工艺参数温度选择渗碳温度通常控制在850-950℃，这一温度区间处于奥氏体状态，有利于碳原子快速扩散。温度越高，扩散速度越快，渗碳效率越高，但也易导致晶粒粗大和氧化脱碳。低合金钢可选择较低温度，以避免晶粒过度生长。时间控制渗碳时间取决于所需渗层深度，一般遵循深度与时间平方根成正比的规律。常规渗碳深度为0.8-1.5mm，所需时间在传统工艺中约为4-12小时。快速渗碳可通过提高温度或使用活性更强的渗碳介质来实现。碳势调节碳势指渗碳介质中的碳活度，直接影响表层碳浓度。通常将碳势控制在0.8-1.1%之间，以获得最佳的相组成。碳势过高会导致过渗碳和残余奥氏体增多；碳势过低则影响硬化效果。现代渗碳炉通常采用红外分析仪在线监测和调整碳势。

渗碳介质1气体渗碳剂最先进的渗碳介