大一下零件表面热处理

1、当您走近一台机器仔细观察，很快就会发现一种带齿的当您走近一台机器仔细观察，很快就会发现一种带齿的轮子，它就是轮子，它就是齿轮齿轮。我们经常看到的火车、汽车、拖拉机等各种车辆，它们我们经常看到的火车、汽车、拖拉机等各种车辆，它们的速度变换也是通过操纵不同传动比的的速度变换也是通过操纵不同传动比的齿轮啮合齿轮啮合来实现的来实现的传动齿轮在啮合时的受力情况是很复杂的。传动齿轮在啮合时的受力情况是很复杂的。上图是用上图是用光弹试验光弹试验的方法所显示的齿轮的的方法所显示的齿轮的受力情况受力情况。根据摩擦磨损的原理，两个表面根据摩擦磨损的原理，两个表面承受压应力，又有相对滑动，两承受压应力，又有相对滑动

2、，两个表面就必然会产生磨损。个表面就必然会产生磨损。图中的图中的“黑色黑色”齿是齿是主动齿主动齿(用用I表示表示)，II是是被动齿被动齿。I齿压在齿压在II齿的齿的A点点，不仅传递了动力，而不仅传递了动力，而且使且使II齿变成了齿变成了“花花脸脸”。花脸上的线条表示了花脸上的线条表示了应力的大小和分布应力的大小和分布，线条愈密，线条愈密，应力就愈大应力就愈大。由图可以清楚地看到，两齿的啮合点。由图可以清楚地看到，两齿的啮合点A处压应力最大。处压应力最大。当齿当齿表面磨损表面磨损到一定程度，到一定程度，就会使两齿的啮合不平稳。就会使两齿的啮合不平稳。于是，于是，大的噪声、大的振动大的噪声、大的振

3、动就会接踵而来，使车床主轴就会接踵而来，使车床主轴产生跳动产生跳动，失去了车削加工，失去了车削加工的精度。的精度。I I齿的转动，带动了齿的转动，带动了IIII齿齿的转动，啮合点的转动，啮合点A A的位置的位置也会由上而下地在也会由上而下地在IIII齿齿表面移动直到表面移动直到IIII齿的根齿的根部。部。在啮合点在啮合点A A处还有一个特处还有一个特点，就是两个齿表面有点，就是两个齿表面有相对的滑动相对的滑动，滑动方向，滑动方向与压应力垂直。与压应力垂直。根据摩擦磨损的原理，根据摩擦磨损的原理，两个表面承受压应力，两个表面承受压应力，又有相对滑动，两个表又有相对滑动，两个表面就必然会产生面就必

4、然会产生磨损磨损。这就意味着，这就意味着，A点啮合产生的压应力可以变成一个点啮合产生的压应力可以变成一个弯矩弯矩，想，想把这个把这个II齿齿折断折断。齿要断了，动力就没法传了，车床的主轴。齿要断了，动力就没法传了，车床的主轴就转不成了，零件的加工也就成了就转不成了，零件的加工也就成了“泡影泡影”！图中，还要注意一个图中，还要注意一个危险点，这就是危险点，这就是B点点。I齿和齿和II齿在齿在A点啮合传点啮合传动，使齿根部的动，使齿根部的B点受点受到大的到大的拉应力拉应力，C点受点受到大的压应力到大的压应力。 齿轮性能要求真不简单：齿齿轮性能要求真不简单：齿的表面要高耐磨性，齿的芯部又的表面要高耐

5、磨性，齿的芯部又要有高的强度和高的冲击韧性。要有高的强度和高的冲击韧性。还有一点呢！您看到工人师傅扳动手柄很轻松，还有一点呢！您看到工人师傅扳动手柄很轻松，但对齿轮来说可不自在。但对齿轮来说可不自在。改变一个档次，齿轮就改变一个档次，齿轮就会受一次冲击会受一次冲击；车床；车床开动或停止开动或停止，也会使，也会使齿轮受齿轮受到冲击到冲击。汽车、拖拉机在汽车、拖拉机在起步、刹车起步、刹车，以及，以及走在高低不平的路面上时，走在高低不平的路面上时，所有的传动齿轮部会受到冲击所有的传动齿轮部会受到冲击。冲击载荷冲击载荷的危害可比上述的的危害可比上述的弯弯矩矩产生的危害大多了。假如齿抗不住冲击载荷，那只

6、有产生的危害大多了。假如齿抗不住冲击载荷，那只有一冲即一冲即断断了！了！三三高高若把上述各点归纳一下，可以看到，齿轮若把上述各点归纳一下，可以看到，齿轮性能要求真不简单：齿的表面要性能要求真不简单：齿的表面要高高耐磨性耐磨性，齿的芯部又要有，齿的芯部又要有高的强度高的强度和和高的冲击韧性高的冲击韧性。这个。这个“三高三高”，缺一不可！缺一不可！钢有个怪脾气钢有个怪脾气，您要使它的，您要使它的强度高强度高、硬度高硬度高(亦即耐磨性高亦即耐磨性高)，那么它只能那么它只能降低冲击韧性降低冲击韧性；或者相反，要；或者相反，要提高冲击韧性提高冲击韧性，就，就必然使必然使强度和硬度降低强度和硬度降低。因此

7、，在一般条件下，三高是没法。因此，在一般条件下，三高是没法同时达到的。同时达到的。 这样说来，三高齿轮不就没法做了吗？这样说来，三高齿轮不就没法做了吗？不不，表面热处理技表面热处理技术术就有两种办法来解决这个难题。就有两种办法来解决这个难题。目前，有一类钢只由铁和碳组成，称为目前，有一类钢只由铁和碳组成，称为碳钢碳钢；还有；还有一类钢中除了铁和碳外，还有其他的元素，如硅一类钢中除了铁和碳外，还有其他的元素，如硅(Si)(Si)、锰、锰(Mn)(Mn)、铬、铬(Cr)(Cr)、镍、镍(Ni)(Ni)、钼、钼(Mo)(Mo)、钨、钨(W)(W)、钒钒(V)(V)等，这类钢称为等，这类钢称为合金钢合

8、金钢。碳钢与合金钢碳钢与合金钢钢钢是人们最熟悉也是使用极广的一种材料。是人们最熟悉也是使用极广的一种材料。它是铁它是铁(Fe)(Fe)与碳的合金，但碳的质量分数只能低于与碳的合金，但碳的质量分数只能低于2.11%2.11%，超过这个比例就是，超过这个比例就是铸铁铸铁了。了。无论是碳钢还是合金钢，可以通无论是碳钢还是合金钢，可以通过加热和冷却来改变它们的性能。过加热和冷却来改变它们的性能。当它们都冷到室温后，测当它们都冷到室温后，测定它们的洛氏硬度，您就定它们的洛氏硬度，您就会惊奇地发现：会惊奇地发现：它们的硬它们的硬度差别很大：度差别很大：所以，人们所以，人们就可以按需要采用就可以按需要采用不

9、同的不同的加热和冷却方去加热和冷却方去来得到所来得到所想要得到的性能了。想要得到的性能了。把三块把三块45钢钢(碳的质量碳的质量分数为分数为0.45%的一种碳的一种碳钢钢)放在电炉里都加热放在电炉里都加热到到830，一块取出投，一块取出投入入水盆中冷却水盆中冷却，一块取，一块取出放在地上在出放在地上在空气中自空气中自然冷却然冷却，最后一块就放，最后一块就放在电炉里停了电后让它在电炉里停了电后让它同炉子一块冷却同炉子一块冷却。第第1块很硬，为块很硬，为HRC55；第；第2块比较硬，为块比较硬，为HRC25；第；第3块软得很，为块软得很，为HRCl8。这三种这三种“火火”都有一个特点，就是一块钢，

10、要硬都硬，都有一个特点，就是一块钢，要硬都硬，要软都软，也就是要软都软，也就是整体热处理整体热处理。前面所说的齿轮若接受淬火，齿表面的硬度高了，耐磨前面所说的齿轮若接受淬火，齿表面的硬度高了，耐磨性好了，但齿却一冲即断性好了，但齿却一冲即断- -太脆太脆了！了！相反，若接受退火，齿是不会一冲即断了，但齿表面却相反，若接受退火，齿是不会一冲即断了，但齿表面却不耐磨不耐磨了。了。整体热处理整体热处理不能解决齿轮的不能解决齿轮的三高三高性能要求的问题。性能要求的问题。第第1 1种水冷方法称为淬火；种水冷方法称为淬火；第第2 2种空冷方法叫正火；种空冷方法叫正火；第第3 3种随炉冷方法叫退火。种随炉冷

11、方法叫退火。用氧用氧-乙炔火焰加热钢的表面，乙炔火焰加热钢的表面，这时浇上水，使其很快冷却，这时浇上水，使其很快冷却，再把表面加热到再把表面加热到200左右。称左右。称为钢的火焰表面热处理。为钢的火焰表面热处理。 用一把气焊枪连接好用一把气焊枪连接好氧气氧气管和管和乙炔乙炔管后，开启气焊枪，管后，开启气焊枪，点着点着氧氧- -乙炔火焰乙炔火焰，调到中性焰，用火焰逐个加热齿面。，调到中性焰，用火焰逐个加热齿面。加热到表面出现橘红色时就开水管冷却，直到每个齿都加热到表面出现橘红色时就开水管冷却，直到每个齿都处理完。处理完。最后，再将每个齿快速地用焊枪火焰扫一遍。最后，再将每个齿快速地用焊枪火焰扫一

12、遍。 氧氧- -乙炔乙炔火焰的温度高，焰心温度可达火焰的温度高，焰心温度可达32003200，用，用它加热钢的表面，加热速度快，使钢表层一定深度内加热它加热钢的表面，加热速度快，使钢表层一定深度内加热到橘红色，大约到橘红色，大约850850，而钢的里边温度还不高。，而钢的里边温度还不高。 这时，这时，浇上水浇上水，表面和里面很快冷却，表面和里面很快冷却，表层一定深度表层一定深度内就淬火了内就淬火了，硬度很高，很耐磨，硬度很高，很耐磨，而里面却因为温度低，而里面却因为温度低，淬不上火，淬不上火，硬度就低，韧性好，这不就达到硬度就低，韧性好，这不就达到三高三高了吗了吗?!?! 在整个齿轮齿面表面淬

13、火后，还不能直接用，因为表在整个齿轮齿面表面淬火后，还不能直接用，因为表面虽然很硬了，但面虽然很硬了，但脆性脆性大，用起来容易大，用起来容易裂裂，也容易，也容易崩块崩块。 为了为了去掉脆性去掉脆性，还要最后，还要最后用氧用氧- -乙炔火焰扫一遍乙炔火焰扫一遍，把，把表面加热到表面加热到200200左右。左右。 这个过程称为淬火后的这个过程称为淬火后的低温回火低温回火，能，能去掉脆性去掉脆性和去和去掉由于加热、冷却引起的掉由于加热、冷却引起的内应力内应力。 两步合起来，就称为两步合起来，就称为钢的火焰表面热处理，钢的火焰表面热处理，这样，这样，齿轮就可用了。齿轮就可用了。 火焰表面热处理火焰表面

14、热处理虽然简单、方便，却还有许多虽然简单、方便，却还有许多美中不足美中不足： 首先，用氧首先，用氧- -乙炔火焰加热时，零件表面的温度只能乙炔火焰加热时，零件表面的温度只能凭凭目视颜色变化来估计目视颜色变化来估计，这就只能依靠操作者的经验和，这就只能依靠操作者的经验和“眼光眼光”了。了。 第二，整个操作过程都是第二，整个操作过程都是手工操作手工操作，再加上火焰温度，再加上火焰温度有限，使有限，使工作效率和应用范围工作效率和应用范围受到了限制。受到了限制。 这种表面热处理方法只适用于处理这种表面热处理方法只适用于处理简单而且不大简单而且不大的零的零件表面，或者处理大件表面，或者处理大零件的局部范

15、围零件的局部范围。 当然，也可以借助当然，也可以借助设计专用设备设计专用设备将这个方法用于专门将这个方法用于专门零件的半机械化火焰表面热处理。零件的半机械化火焰表面热处理。 当代，随着科学技术的当代，随着科学技术的发展，发展，火焰加热表面热处火焰加热表面热处理理方法己经显得衰老了，方法己经显得衰老了，取而代之的是取而代之的是感应加热表感应加热表面淬火法面淬火法、高密度能源表高密度能源表面淬火法面淬火法。 感感 应加热表面淬火法、高密应加热表面淬火法、高密度能源表面淬火法，是近代表面度能源表面淬火法，是近代表面热处理技术。热处理技术。 感应圈接通高频电源后，感应圈接通高频电源后，就会产生高频的磁

16、场。就会产生高频的磁场。 置于高频磁场中的钢制置于高频磁场中的钢制零件中就会产生感应的高零件中就会产生感应的高频电流。频电流。 高频电流在零件中的分高频电流在零件中的分布是不均匀的，表面层的布是不均匀的，表面层的电流密度高，而中心的电电流密度高，而中心的电流密度低，这种现象称为流密度低，这种现象称为交流电的交流电的“集肤效应集肤效应”。电流流过有电阻的导体，就会产生热量，即 Q=0.24IQ=0.24I2 2Rt(J)Rt(J)式中，Q-热量(J) I-电流强度(A) R-电阻() t-时间(s)众所周知，钢虽是导体，但有电阻。 热量热量Q就可用来加热零就可用来加热零件。件。 不过对零件的加热

17、并不不过对零件的加热并不是在整个截面上均匀的，而是在整个截面上均匀的，而是集中在电流密度高的表层。是集中在电流密度高的表层。 显然，加热的深度跟频显然，加热的深度跟频率有关。率有关。对于钢，加热温度对于钢，加热温度850850以上时，加热深度与感应电以上时，加热深度与感应电流频率的关系为：流频率的关系为： 式中，式中， 加热深度加热深度(cm)(cm) f f 感应电流频率感应电流频率(Hz)(Hz) 例如，当例如，当f=8000Hzf=8000Hz时，加热深度为时，加热深度为0.56cm0.56cm，即，即5.6mm5.6mm；当当f=1MHzf=1MHz时，加热深度为时，加热深度为0.O5

18、cm0.O5cm，即，即0.5Omm0.5Omm。)(50cmf齿轮用感应加热表面淬火法就很齿轮用感应加热表面淬火法就很容易达到三高（高耐磨性、高强容易达到三高（高耐磨性、高强度、高韧性）的要求。度、高韧性）的要求。 齿轮用感应加热表面淬火法就很容易达到三高的要求了，只不过齿轮用感应加热表面淬火法就很容易达到三高的要求了，只不过要做一套要做一套适合齿轮表面淬火的感应圈适合齿轮表面淬火的感应圈。控制感应线圈对零件的控制感应线圈对零件的感应加热时间感应加热时间，就可有效地，就可有效地控制加热温度控制加热温度，待表面达到所需的温度就可将感应线圈移开、喷水，使零件在加热待表面达到所需的温度就可将感应线

19、圈移开、喷水，使零件在加热深度范围内淬火，获得高硬度的淬火层。深度范围内淬火，获得高硬度的淬火层。控制喷水的时间控制喷水的时间，让零件并不冷却到室温，而故意给它留点，让零件并不冷却到室温，而故意给它留点余热余热，靠这点余热传到淬火层，就可达到对淬火层自行靠这点余热传到淬火层，就可达到对淬火层自行低温回火低温回火的目的。的目的。 一类是一类是电子管式高频发生器电子管式高频发生器，常用的，常用的频率是频率是200kHz300kHz；另一类是由另一类是由电动机带动的中频发电机电动机带动的中频发电机，常用的频率，常用的频率8000Hz8000Hz。高频高频加热设备用于加热设备用于l mm2 mm淬透层

20、的零件表面热处淬透层的零件表面热处理，理，中频中频加热设备用于加热设备用于3 mm5 mm淬透层零件的表面淬透层零件的表面热处理。热处理。 目前，又发展了目前，又发展了高能密度高能密度的表面淬火技的表面淬火技术，例如，术，例如，激光激光加热表面淬火技术、加热表面淬火技术、电电子束子束加热表面淬火技术。加热表面淬火技术。 在以上所述的在以上所述的火焰加热火焰加热、感应加热感应加热和和高能束加热高能束加热的的表面热处理技术中，工业界当前应用最广的是表面热处理技术中，工业界当前应用最广的是感应加热表感应加热表面热处理技术面热处理技术。 高频、中频高频、中频淬火后，零件表面的硬度和耐磨性好，淬火后，零

21、件表面的硬度和耐磨性好，硬度比普通淬火硬度比普通淬火高出高出23个洛氏硬度单位个洛氏硬度单位；表层淬火区将；表层淬火区将产生产生压应力压应力，使，使疲劳极限提高疲劳极限提高。 例如，例如，T8T8钢钢在高频处理前的疲劳极限在高频处理前的疲劳极限-1=249.9MPa；经高频淬火后，当淬透层深度为经高频淬火后，当淬透层深度为1.7mm1.7mm时，疲劳极限时，疲劳极限-1=619.4MPa，提高了提高了1.481.48倍倍。在钢的固态温度下，向零件表面渗在钢的固态温度下，向零件表面渗入金属或非金属元素，以改变零件入金属或非金属元素，以改变零件表层的化学成分和组织结构，改善表层的化学成分和组织结构

22、，改善零件表面性质的热处理工艺方法称零件表面性质的热处理工艺方法称为化学热处理。为化学热处理。 将零件置于将零件置于化学活性介质化学活性介质中，在钢的固态温度下，向中，在钢的固态温度下，向零件表面层零件表面层渗入金属或非金属元素渗入金属或非金属元素，以改变零件表层的，以改变零件表层的化化学成分和组织结构学成分和组织结构，改善零件表面性质改善零件表面性质的热处理工艺方法的热处理工艺方法称为化学热处理。称为化学热处理。 最常用的化学热处理方法有最常用的化学热处理方法有渗碳渗碳、氰化氰化、氮化氮化等工等工艺方法。艺方法。我们还是按前面所说的传动齿轮是我们还是按前面所说的传动齿轮是怎样用这一招来达到三

23、高要求的吧怎样用这一招来达到三高要求的吧! ! 气体渗碳炉是用气体渗碳炉是用电阻丝加热电阻丝加热的电炉，的电炉，将将齿轮成串地齿轮成串地放进耐热罐中。放进耐热罐中。若把炉子升温到若把炉子升温到920920左右，往炉子左右，往炉子里滴入里滴入煤油煤油、甲苯甲苯等等渗碳剂渗碳剂（碳氢化合（碳氢化合物）。物）。在高温及氧气缺乏的条件下，碳氢在高温及氧气缺乏的条件下，碳氢化合物将化合物将分解为分解为C C和和H H等。等。在高温条件下，在高温条件下，C C原子将成为活性原子将成为活性CC，吸附在齿轮的表面吸附在齿轮的表面，而氢等废气，而氢等废气将排出炉外，在排废气管上点火燃烧。将排出炉外，在排废气管上

24、点火燃烧。 在高温及缺氧条件下，碳氢化合在高温及缺氧条件下，碳氢化合物分解为具有活性的碳和氢。物分解为具有活性的碳和氢。吸附在齿轮表面上的吸附在齿轮表面上的活性碳活性碳cc的浓度较高，高于齿轮的浓度较高，高于齿轮材料中的碳浓度，就会发生材料中的碳浓度，就会发生碳的扩散碳的扩散，碳的扩散方向是，碳的扩散方向是由由表及里表及里。在在920920炉温保温时，煤油或甲苯不断恒速滴入，炉内炉温保温时，煤油或甲苯不断恒速滴入，炉内的的活性碳浓度保持不变活性碳浓度保持不变，废气不断排出燃烧，活性碳原子，废气不断排出燃烧，活性碳原子就会源源不断地就会源源不断地渗入齿轮的表面层渗入齿轮的表面层。渗碳层的厚度渗碳

25、层的厚度与炉子的与炉子的温度温度和和渗碳时间渗碳时间有关。有关。 渗碳过程由三个阶段组成：渗碳过程由三个阶段组成：得到并保持动态平衡的活性碳浓度；得到并保持动态平衡的活性碳浓度；活性碳在高温零件表面吸附；碳原活性碳在高温零件表面吸附；碳原子在零件表面层内的扩散。子在零件表面层内的扩散。 根据经验，为了得到根据经验，为了得到1.5mm1.5mm的渗的渗碳层，在碳层，在920920时需时需6.5h6.5h；温度提高；温度提高到到970970时，需要时，需要5h5h。 齿轮经过齿轮经过920920渗碳渗碳6.5h6.5h后，从后，从炉中取出，炉中取出，在空气中自然冷却到室温在空气中自然冷却到室温，就

26、得到深，就得到深1.5mm1.5mm的的表层中碳含量高表层中碳含量高而而里面碳含量低里面碳含量低( (原来的碳含量原来的碳含量) )的效的效果。果。 用齿轮的用齿轮的三高性能三高性能来衡量，来衡量，仅仅渗碳渗碳处理处理还没有达到要求。还没有达到要求。因为渗碳过程只是做了达到三高的因为渗碳过程只是做了达到三高的成分条件准备成分条件准备。渗碳以后还要将齿轮重新渗碳以后还要将齿轮重新加热到加热到800左右，热透后取出左右，热透后取出放到放到水水(或油或油)中快速冷却中快速冷却，实现，实现淬火淬火。淬火后，齿轮淬火后，齿轮表层因碳含量高表层因碳含量高而得到很高的硬度，而得到很高的硬度，HRC58，而齿

27、轮的，而齿轮的心部硬度低心部硬度低，为，为HRC3035。淬火后，齿轮还要再进行淬火后，齿轮还要再进行150180的低温回火的低温回火处理，处理，以以消除表层的脆性消除表层的脆性。这时，齿轮就达到了这时，齿轮就达到了表层耐磨性高、强度高，而心部韧性表层耐磨性高、强度高，而心部韧性高的三高高的三高要求了。要求了。 回想齿轮的回想齿轮的气体渗碳过程气体渗碳过程就会发现，渗碳过程由就会发现，渗碳过程由三个阶段组成：三个阶段组成：第一个阶段第一个阶段是渗碳剂在密封的炉内分解，得到有用的话性是渗碳剂在密封的炉内分解，得到有用的话性碳碳CC，并且，并且保持动态平衡的活性碳浓度保持动态平衡的活性碳浓度；第二

28、个阶段第二个阶段是活性碳在高温零件是活性碳在高温零件表面吸附表面吸附；第三个阶段第三个阶段是碳原子在零件表面层内的是碳原子在零件表面层内的扩散扩散。 只要控制这三个阶段，即只要控制这三个阶段，即控制炉内的温度控制炉内的温度、炉内的渗炉内的渗碳气氛碳气氛及及渗碳时间渗碳时间三个要素，就能保证零件的渗碳质量。三个要素，就能保证零件的渗碳质量。 控制炉内的温度、渗碳气氛及渗碳控制炉内的温度、渗碳气氛及渗碳时间三个要素就能保证渗碳质量。时间三个要素就能保证渗碳质量。零件用钢的零件用钢的碳含量愈低碳含量愈低，则，则渗碳速度愈快渗碳速度愈快；零件用钢的零件用钢的含碳量愈低含碳量愈低，最后获得的，最后获得的

29、心部韧性也愈高心部韧性也愈高，即即表硬内韧表硬内韧的特性就愈明显。的特性就愈明显。凡是需要进行渗碳处理的，如齿轮、花键轴的轴颈等，凡是需要进行渗碳处理的，如齿轮、花键轴的轴颈等，所用的钢应该是所用的钢应该是低碳低碳（C C质量分数质量分数0.30%0.30%）的碳钢或）的碳钢或合金钢，如齿轮用钢合金钢，如齿轮用钢2OCrMnTi2OCrMnTi、2OCr2Ni4A2OCr2Ni4A、l8Cr2Ni4WAl8Cr2Ni4WA钢等。钢等。 齿轮的齿轮的渗碳热处理的生产周期长渗碳热处理的生产周期长。例如，要求有例如，要求有1.5mm渗碳层的渗碳温度为渗碳层的渗碳温度为920，渗碳时，渗碳时间为间为7

30、h8h，渗碳后还要进行淬火和低温回火，最后还要，渗碳后还要进行淬火和低温回火，最后还要用齿轮磨床磨削齿表面。用齿轮磨床磨削齿表面。 有些齿轮还可在气体渗碳炉中进行有些齿轮还可在气体渗碳炉中进行氰化处理氰化处理。氰化处理就是同时渗两种元素：氰化处理就是同时渗两种元素：碳和氮碳和氮。 碳、氮共渗即为氰化碳、氮共渗即为氰化。 需要在气体渗碳炉的炉盖上再开一个孔，需要在气体渗碳炉的炉盖上再开一个孔，装上一个管子装上一个管子。 将炉子的温度控制在将炉子的温度控制在820820，一根管子滴入，一根管子滴入煤油或甲苯煤油或甲苯，以得到以得到活性碳活性碳CC； 另一根管子滴入另一根管子滴入氨水氨水( (或通氨

31、气或通氨气) )，以获得，以获得活性氮活性氮NN。 CC和和NN被零件表面被零件表面吸附吸附并同时向零件表层并同时向零件表层扩散扩散，得到，得到所需的所需的氰化层氰化层。 与渗碳相比，氰化处理有不少优点：与渗碳相比，氰化处理有不少优点：第一是温度比渗碳低得多；第二是达到第一是温度比渗碳低得多；第二是达到相同的性能要求，氰化层的深度只需要相同的性能要求，氰化层的深度只需要渗碳层的渗碳层的2/3；第三是氰化处理后的零；第三是氰化处理后的零件性能优于渗碳处理后的性能。件性能优于渗碳处理后的性能。第一，第一，氰化温度一般为氰化温度一般为820820，比渗碳的，比渗碳的920920低得多。低得多。 由于

32、渗碳由于渗碳温度高温度高，钢的晶粒较粗大钢的晶粒较粗大，还需要在以，还需要在以后的热处理过程中后的热处理过程中细化细化； 氰化时温度低，晶粒不会粗化氰化时温度低，晶粒不会粗化，氰化后直接淬火，氰化后直接淬火，大大地大大地简化简化了热处理工艺。了热处理工艺。 例如，某重载车辆的主动齿轮，用例如，某重载车辆的主动齿轮，用18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA钢制造，渗碳后的热处理工艺很复杂，而采用氰化处钢制造，渗碳后的热处理工艺很复杂，而采用氰化处理的工艺很简单，采用氰化处理的成本比渗碳的成本理的工艺很简单，采用氰化处理的成本比渗碳的成本低得多。低得多。 第二，若要达到相同的性能要求，第二，若要

33、达到相同的性能要求，氰化层的深度只需氰化层的深度只需要渗碳层的要渗碳层的2/32/3。 第三，第三，氰化处理后的零件性能优于渗碳处理后的性能氰化处理后的零件性能优于渗碳处理后的性能，其力学性能的相互比较见表。，其力学性能的相互比较见表。氰化处理后，零件表面的氰化处理后，零件表面的硬度高硬度高，耐磨性好，特别是，耐磨性好，特别是在表层在表层0.l0mm0.l0mm以下的范围内有一层特殊的氮化物，它的以下的范围内有一层特殊的氮化物，它的耐磨性和耐蚀性特好。耐磨性和耐蚀性特好。零件经氰化处理后零件经氰化处理后不能再用磨削加工不能再用磨削加工来降低表面的粗来降低表面的粗糙度。糙度。由于这一特殊要求，氰

34、化处理不能用于由于这一特殊要求，氰化处理不能用于表面精度要求表面精度要求特别高的零件特别高的零件。零件氰化处理也有美中不足：由于表面零件氰化处理也有美中不足：由于表面硬度高，耐磨性和耐蚀性特好，处理后硬度高，耐磨性和耐蚀性特好，处理后不能再用磨削加工来降低表面的粗糙度，不能再用磨削加工来降低表面的粗糙度，因而不适用于精度要求特别高的零件。因而不适用于精度要求特别高的零件。 炉子的温度改为炉子的温度改为500600；装入零件并到达以上温度后，在管子装入零件并到达以上温度后，在管子中通入中通入氨气氨气。 吸附在零件表面的是吸附在零件表面的是活性氮活性氮N原原子，向零件表层中扩散的也是子，向零件表层

35、中扩散的也是氮原子氮原子。在钢制零件的表层渗入氮原子的热处在钢制零件的表层渗入氮原子的热处理过程称为钢的理过程称为钢的氮化处理氮化处理。 用作氮化处理的零件，所用的钢就用作氮化处理的零件，所用的钢就不是低碳的碳钢或合金钢不是低碳的碳钢或合金钢，而是一种，而是一种专用的专用的氮化钢氮化钢，38CrMoAl合金钢合金钢。也可用其他的也可用其他的中碳中碳（C质量分数质量分数0.30%0.60%）碳钢或合金钢，如）碳钢或合金钢，如45钢钢、40Cr、38CrSi等钢。等钢。 氮化处理也是塑造氮化处理也是塑造表硬内韧表硬内韧的主轴和主轴套、精密车的主轴和主轴套、精密车床的丝杠、内燃机曲轴、发动机的汽缸套

36、和气阀、各种精床的丝杠、内燃机曲轴、发动机的汽缸套和气阀、各种精密的齿轮和量具等的密的齿轮和量具等的表面强化技术表面强化技术。 高的表面硬度及耐磨性高的表面硬度及耐磨性，表面硬度达，表面硬度达HVl0001100，同时零件表面的同时零件表面的疲劳强度疲劳强度比渗碳处理后比渗碳处理后提高提高20%20%左右；左右； 由于氮化处理的温度较低，并且在氮化处理后不必再由于氮化处理的温度较低，并且在氮化处理后不必再进行淬火处理，因此进行淬火处理，因此零件的变形零件的变形小，特别适用于小，特别适用于精密零件精密零件的最终热处理。的最终热处理。生产周期长，成本高。生产周期长，成本高。例如，精密机床主轴，由例

37、如，精密机床主轴，由38CrMoAl38CrMoAl制造，要求的氮化制造，要求的氮化层深度为层深度为0.4mm0.6mm，要求表面硬度，要求表面硬度HV900，采，采用用500520等温氮化工艺时，需要等温氮化工艺时，需要72h72h。 为了加速氮化的过程，可以采用为了加速氮化的过程，可以采用离子氮化离子氮化等新工艺。等新工艺。 氮化处理特别适用于精密零件氮化处理特别适用于精密零件的最终热处理。其不足是生产周期的最终热处理。其不足是生产周期长、成本高。长、成本高。 离子氮化是在离子氮化是在真空真空室内室内高压电场高压电场作用下进行的。作用下进行的。 室内有室内有阴阳两极阴阳两极，将，将零件接在

38、阴极零件接在阴极上，零件外围有个上，零件外围有个炉罩，接炉罩，接阳极阳极。 当室内真空度抽到当室内真空度抽到67Pa67Pa以上时，向真空室通入少量以上时，向真空室通入少量氨气氨气。 当阴阳极之间当阴阳极之间接通直流电源接通直流电源时，氨气在电场作用下部分时，氨气在电场作用下部分分解成分解成氮和氢的正离子及电子氮和氢的正离子及电子，这时阴极，这时阴极( (零件零件) )表面形成表面形成一层一层紫色辉光紫色辉光，具有高能量的氮离子轰击零件表面，由，具有高能量的氮离子轰击零件表面，由动动能转化为热能能转化为热能使零件表面温度升高。使零件表面温度升高。 氮的正离子在阴极氮的正离子在阴极 ( (即零件

39、即零件) )夺取电子后还原成夺取电子后还原成氮原子氮原子并被零件表面并被零件表面吸收吸收，继而向零件表层，继而向零件表层扩散扩散。 氮离子在氮离子在轰击轰击零件表面时，还能产生零件表面时，还能产生阴极溅射效应阴极溅射效应，溅射出的铁离子与氮离子化合，溅射出的铁离子与氮离子化合，形成含氮浓度高的氮形成含氮浓度高的氮化铁化铁(FeN)(FeN)，并附着在零件表面，然后分解为，并附着在零件表面，然后分解为FeFe2 2N N、FeFe3 3N N并并放出氮原子向零件表层扩散放出氮原子向零件表层扩散，加速零件表层形，加速零件表层形成成氮化层氮化层。 离子氮化时一般电压为离子氮化时一般电压为400V75

40、0V，电流密度为，电流密度为0.5mA/cm22.0mA/cm2，功率为，功率为0.2W/cm25W/cm2。 离子氮化能明显地离子氮化能明显地缩短生产周期缩短生产周期。 对对38CrMoAl38CrMoAl钢钢氮化层深为氮化层深为0.53mm0.70mm，要求，要求表面硬度表面硬度HV900时，应用离子氮化只需时，应用离子氮化只需l5h20h。 离子氮化层的离子氮化层的韧性韧性和和疲劳强度疲劳强度明显提高，还具有节明显提高，还具有节电、省氨、劳动条件好、无公害等特点。电、省氨、劳动条件好、无公害等特点。 它的不足是它的不足是设备投资高设备投资高，零件的大小受真空室，零件的大小受真空室尺寸尺寸

41、的限制的限制。 渗硼有固体渗硼、液体渗硼和渗硼有固体渗硼、液体渗硼和气体渗硼，最近又出现流态渗硼等气体渗硼，最近又出现流态渗硼等方法。目前我国使用最多的是液体方法。目前我国使用最多的是液体渗硼。渗硼。 渗硼就是在零件表层被硼所饱和而形成硼化物的过程。渗硼就是在零件表层被硼所饱和而形成硼化物的过程。 渗硼有渗硼有固体渗硼固体渗硼、液体渗硼液体渗硼和和气体渗硼、气体渗硼、流态渗硼等方流态渗硼等方法。法。 在渗硼时，碳钢和合金钢的渗硼温度一般在在渗硼时，碳钢和合金钢的渗硼温度一般在950950左左右，活性硼右，活性硼BB将通过将通过吸附和扩散吸附和扩散渗入零件表面层。渗入零件表面层。 渗入的硼原子与

42、铁原子间可形成两种极稳定的化合物渗入的硼原子与铁原子间可形成两种极稳定的化合物，FeFe2 2B B 和和 FeBFeB。 对于一般钢材，对于一般钢材，渗硼层由化合物层和扩散层组成渗硼层由化合物层和扩散层组成。 化合物是化合物是单相的单相的FeFe2 2B B或或复相的复相的FeFe2 2B B、FeBFeB混合物混合物，化合，化合物与基体间有过渡层。物与基体间有过渡层。 表面硬度高表面硬度高(HV12002000)，并在，并在800以下以下能保持高能保持高硬度；在硬度；在600以下以下能保持高的能保持高的抗氧化性抗氧化性；渗硼层的；渗硼层的耐磨耐磨性性和和抗介质抗介质(如硫酸、盐酸及碱如硫酸

43、、盐酸及碱)的的腐蚀能力强腐蚀能力强，但在，但在硝酸硝酸中不耐蚀中不耐蚀。 渗硼处理很适用于渗硼处理很适用于600以下工作的模具的表面强化以下工作的模具的表面强化。 例如，某厂对例如，某厂对45钢制动阀杆进行渗硼处理，比原来用钢制动阀杆进行渗硼处理，比原来用38CrMoAlA钢和钢和3G13等合金钢制造的阀杆的使用寿命等合金钢制造的阀杆的使用寿命提提高高10倍以上倍以上； 某厂对某厂对45钢制动阀杆进行渗硼钢制动阀杆进行渗硼处理，比原来用处理，比原来用38CrMoAlA钢和钢和3Cr13等合金钢制造的阀杆的使用等合金钢制造的阀杆的使用寿命提高寿命提高10倍以上。倍以上。 随着科技的迅速发展，对金属材料的要求也随着科技的迅速发展，对金属材料的要求也越来越高，