真空热处理工艺原理课件.ppt

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1、真空热处理工艺原理真空热处理工艺原理金属在真空状态下的相变特点及其表面状态气体与金属及其表面的作用真空状态下金属表面的氧化真空下金属的脱碳金属的蒸发2金属在真空状态下的相变特点对金属晶格施加外压强p，体积V产生ΔV变化有：p=-G(ΔV/V)；(G：体积弹性模量）pΔV＝－ΔU，ΔU为金属总结合能U的变化量；外压强所引起的晶体体积和结合能的变化将对伴随有体积（比容）及原子间距离、晶格常数变化的相变具有促进或抑制作用。外压强造成的弹性应力将促进或抑制溶质原子的扩散。3压力对相变的影响铁碳合金的温度－成分－压力相图4压力对相变的影响0.

2、44%C钢在1atm及24kbar压力下的等温的等温转变曲线图5压力对相变的影响在1atm及30kbar压力下，柱状组织与马氏体转变的含碳量－温度关系曲线6金属在真空状态下的表面状态表面指固体金属最外层的1－10个单原子层，其厚度约为几－几十埃。金属的表面结构金属表面由于中断了晶体内原子排列的三维周期及破坏了表面电子特性等原因，从而导致了表面原子位置的变动以使表面原子的位能（表面能）降低。表面吸附0.2Å2.86Å2.81Å7气体与金属及其表面的作用吸附:气体分子与金属表面相互作用并附着于金属表面的现象;吸收:气体与金属表面相互作用

3、并进入到金属内部的现象;退吸:吸附的逆过程；金属对气体的收附：吸附与吸收同时存在的现象；气体分子在金属中的扩散金属的除气：将吸收的气体原子或分子自金属内部排走并呈气体从金属表面析出的过程。8气体在金属表面的吸附物理吸附范德华力、无选择性、速度较快、可多分子层、易解吸，可逆。化学吸附结合力与化合物中原子间化学键的力相似、特定的固－气体系间、速度较慢、单分子层、难吸解、不可逆。吸附过程是金属对气体收附现象的基础。9退吸退吸过程受对吸附过程有影响的各因素的影响，包括：压力、温度、零件的形状及其表面状况等。一定温度，压力降低可产生退吸；退吸

4、是吸热过程，提高温度可以加速退吸；利用退吸降低炉内压力并提高温度将各种气体分子（对金属产生不利反应的气体分子，氧、二氧化碳）从金属零件表面退吸掉或部分退吸掉。10金属对气体的收附作用多种金属及合金（液态或固态）对多种气体均有收附作用液态金属对气体的收附能力远大于固态金属。在不同温度下金属对氢的溶解度溶解度s的单位为每100g金属对标准态气体容积单位为cm3的溶解量铁温度℃15001535（熔点）15501650溶解度s12.7527.7530.97镍温度℃14001452（熔点）15001600溶解度s16.5241.643.1铜温

5、度℃10001083（熔点）11001200溶解度s1.582.10（固态）6.38.16.10（液态）11气体原子在金属中的扩散由吸附变为收附是和金属表面原子与吸附气体分子（原子）之间的表面反应及气体原子（或质子）在金属中的扩散两个基本过程有关。气体原子在金属中的扩散服从费克第一定律，即在稳定态（金属试样中的气体原子浓度不随时间而变）时，有下式：q＝－D（dC/dx）q－单位时间（s）内通过垂直于扩散方向的单位面积（cm2）的扩散物质量，D－扩散系数，dC/dx－x方向上的浓度（C）梯度，扩散由浓度高到低进行。12气体原子在金属中

6、的扩散气体原子在金属中是通过晶格而主要不是晶界进行扩散的；任意时刻，扩散只在金属表面的气体吸附层处进行；不同的表面处理可引起不同的扩散效果。材料表面处理方式温度℃压力pmmHg扩散速度q（atm·cm3/(cm2·s)）（×10-6）镍抛光氧化和还原抛光氧化和还原7507507507500.0420.0420.0910.0911.392.702.914.23铁抛光酸蚀抛光600℃氧化和还原800℃氧化和还原4004005905905900.770.770.0730.0730.0730.47×10-74.41.280.761.5413

7、金属中的气体元素气体元素在金属中以几种形态存在：分解并以原子或离子形态固溶于金属中；由于位错的应力场作用，气体原子可集聚与位错处形成柯氏气团；以分子形式存在于气孔、白点和显微裂纹中；气体在金属表面和内部气孔表面化学及物理吸附；金属与气体元素形成化合物存在于金属表面或呈夹杂存在于金属内部。14金属中含有气体时的性能特点溶解气体的含量对再结晶之后的高熔点金属的硬度和电阻的影响（1）显微硬度（2）比电阻溶解气体的含量对淬火状态金属的机械性能的影响（1）冲击韧性（2）断面收缩率15氢脆氢脆柯垂耳断裂核心形成机制断裂核心的形成是由于晶体中产生

8、了局部的塑性变形，a/2<111>型位错能在滑移面上移动是由于屈服应力的作用。在αFe{100}断裂平面上断裂核心的形成过程a/2[111]+a/2[111]a[001]--16氢脆断裂核心的形成是晶体中产生局部塑性变形，a/2<1