钢的化学热处理.ppt

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1、钢的化学热处理11.1化学热处理概述机械零件的失效和破坏，大多数都萌发在工件的表面层，特别在可能引起磨损、疲劳、金属腐蚀、氧化等条件下工作的零件，其表面层的性能就显得尤为重要。㈠化学热处理的概念钢的化学热处理：是将钢件置于特定的活性介质中加热保温，使一种或几种元素渗入钢件表层，从而改变钢件表层化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。经化学热处理后的钢件，实质上可以认为是一种特殊复合材料。经化学热处理后的钢件渗入了合金元素的材料原始成分的钢紧密的晶体型结合远远强于电镀等表面涂覆技术所获得的心、表部之间的结

2、合㈡化学热处理的目的在表面形成高硬层在钢件表面形成减磨、抗粘结薄膜在钢件表面同时形成高硬层与抗粘或减磨薄膜提高零件的耐磨性提高零件的疲劳强度提高零件的抗蚀性提高零件的抗高温氧化性⑴提高零件的耐磨性目的有四在表面形成高硬层在表面形成减磨、抗粘结薄膜在表面同时形成高硬层与抗粘或减磨薄膜钢件渗碳淬火可获得高碳M硬化表层；合金钢件渗氮可获得合金氮化物的弥散硬化表层。蒸汽表面处理产生的Fe3O4薄膜有抗粘结的作用，表面硫化获得的FeS薄膜可兼有减磨与抗粘结的作用。近年来发展起来的多元共渗工艺，如氧氮共渗，硫氮共渗，碳氮硫氧硼五元共渗

3、等。化学热处理方法表面硬化的优势提高表面硬度时，仍能保持心部处于较好的韧性状态化学热处理同时改变钢件表层的化学成分与组织如果渗入元素选择适当能更好地解决钢件硬化与其韧性的矛盾比表面淬火硬化方法的效果更好可获得适应零件多种性能要求的表面层渗碳、渗氮、软氮化和碳氮共渗等方法，都可使钢零件在表面强化的同时，在零件表面形成残余压应力，有效地提高零件的疲劳强度。⑵提高零件的疲劳强度钢件渗铝、渗铬、渗硅后，与氧或腐蚀介质作用形成致密、稳定的Al2O3、Cr2O3、SiO2保护膜，提高抗蚀性及高温抗氧化性。⑶提高零件的抗蚀性⑷提高零件的

4、抗高温氧化性例如渗氮可提高零件抗大气腐蚀性能4）能获得具有特殊性能的表面层3）经济效果好2）具有较好的工艺性1）不受工件几何形状的限制钢的化学热处理具有如下特点不受工件几何形状的限制即任何几何形状复杂的工件经过化学热处理后，均可获得沿其轮廓分布的均一的表面化学热处理层具有较好的工艺性如开裂倾向较小；处理温度范围较宽；对冷却介质的敏感性较小等等经济效果好能获得具有特殊性能的表面层廉价的钢材经化学热处理后可获得表面性能高的工件。经化学热处理的碳钢件的表层性能不亚于同类合金钢的性能。如耐腐蚀性、耐磨性等㈢化学热处理的分类目前工业

5、上广泛使用的化学热处理方法，就是在钢件表面渗入一种或多种元素，即渗入法。根据所渗入的元素，可以将化学热处理分为渗碳、渗氮、渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。如果同时渗入两种以上的元素，则称之为共渗，如碳氮共渗、铬硅铝共渗等。钢中渗入的元素，可能溶入铁中形成固溶体，也可能与铁形成某种化合物，总之渗入的元素与基体金属之间具有相互作用。目前生产中最常用的化学热处理是渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼和渗铝等。㈣化学热处理的基本过程渗入法化学热处理的基本过程分解吸收扩散钢件周围的介质分解，以形成渗入元素的活性原子活性原子被钢件吸收，其先决条

6、件是活性原子能够溶解于钢件表层金属中渗入原子在基体金属中的扩散，是化学热处理得以进行和获得一定深度渗层的保证11.2钢的渗碳渗碳：就是将钢件置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态并保温，使其表层形成一个富碳层的热处理工艺。渗碳种类最常用常用气体渗碳固体渗碳液体渗碳碳势可控生产效率高劳动条件好便于直接淬火等渗碳用钢：为低碳钢及低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。渗碳的目的提高零件表层的含碳量提高表层硬度，增强零件的抗磨损能力同时保持心部的良好韧性主要用于那些对表面有较高耐

7、磨性要求、并承受较大冲击载荷的零件气氛的主要组成物都是CO、CO2、CH4、H2和H2O等5种气体；其中CO和CH4起渗碳作用，其余的起脱碳作用。㈠渗碳原理⑴渗碳介质的分解工业气体渗碳方法的主要类型在炉中产生所需要的渗碳气氛可控气氛＋碳氢化合物气体含碳的有机液体在渗碳炉中，与渗碳有关的最主要反应有如下四个在所供应的原料气氛组成稳定的情况下，只要控制气氛中微量的CO2、H2O、CH4或O2中的任何一个的含量，就可达到控制渗碳炉中碳势的目的.通常，生产中多采用露点仪来控制气氛中的H2O含量；因为气氛的露点与气氛中的含水量具有很

8、好的对应关系，即含水量越高、露点就越高；生产中或者采用红外线仪来控制CO2的含量；或者采用氧探头来控制气氛中O2含量。无论采用上述哪种方法，都可以达到控制渗碳炉中渗碳气氛碳势的目的。在实际生产中，渗碳时间往往比较短，必须根据气氛种类、表面碳含量要求、渗碳温度和渗碳时间等因素确定出一个在不平衡情况下的合适