黄科院金属材料及热处理课件项目7 钢的化学热处理

项目七钢的化学热处理黄河科技学院材料成型教研室【内容简介】

本项目主要介绍钢的化学热处理的概念、原理、特点，渗碳、渗氮、碳氮共渗的原理、方法等内容。【学习目标】(1)掌握化学热处理的基本概念；

(2)掌握渗碳、渗氮、碳氮共渗热处理的作用；

(3)了解常见渗碳、渗氮、碳氮共渗原理与方法。黄河科技学院材料成型教研室

钢的化学热处理是将钢件放在一定温度的化学活性介质中，使一种或几种元素的原子渗入钢件表面，以改变钢件表面层的化学成分，从而获得预期的组织和性能的热处理过程。化学热处理过程包括分解、吸收、扩散三个基本过程。与表面淬火相比，化学热处理的主要优点是：(1)表面强化效果极为显著；(2)可获得某些特殊的性能，如抗蚀性、抗高温氧化性以及极高的耐磨性。化学热处理的种类很多，都以渗入钢中的元素命名，如渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等。黄河科技学院材料成型教研室将低碳钢件放入增碳活性介质中，在900~950℃加热保温，使活性碳原子渗入钢的表面以达到高碳，这种热处理工艺称为渗碳。由于渗碳工件心部要求具有较高的韧性，因此渗碳用钢是含碳量为0.15~0.25%的低碳钢或低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo等，根据渗碳介质状态的不同，渗碳工艺有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳三种。其中应用最广泛的是气体渗碳。1.渗碳方法(1)气体渗碳法最常用的气体(煤油、苯、甲醇等高温分解的混合气(CO,CH4,C2H4等))。§7.1渗碳黄河科技学院材料成型教研室(2)固体渗碳法将零件置于四周填满固体渗碳剂的箱中，密封后送入炉中，加热至900~950℃保温一定时间。渗碳剂通常是木碳粒。2.渗碳工艺1)渗碳温度由于碳在铁素体中的溶解度极低，故渗碳处理均在单相奥氏体区进行，渗碳温度必须在Ac3以上，通常为900~950℃。2)渗碳时间渗碳时间主要根据所要求的渗碳层深度、渗碳温度以及钢的成分来确定。在介质的渗碳能力一定的条件下，渗碳层深度是温度和时间的函数。在渗碳温度固定的情况下，保温时间越长，渗碳层越深。黄河科技学院材料成型教研室4.渗碳后的热处理渗碳工艺的加热温度高，时间长，还需淬火才能达到硬度要求，所以钢渗碳以后必须进行热处理才能达到预期目的。3.渗碳后的组织渗碳后缓冷组织自表面至心部以次为：过共析组织、共析组织、亚共析组织的过度区，直至心部的原始组织。黄河科技学院材料成型教研室§7.2渗氮在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面，在钢件表面获得一定深度的富氮硬化层的化学热处理工艺称为渗氮。它的主要目的是提高零件表层含氮量以增强表面硬度和耐磨性、提高疲劳强度和抗蚀性。1、渗氮原理

2NH3→3H2+2[N]氨气的分解温度在200℃以上开始，同时因为铁素体对氮有一定的溶解能力，所以氮化温度一般不超过A1温度，一般为500～600℃。2、渗氮层组织形成氮溶于α-Fe的固溶体(α相)

形成各种氮化物，如：Fe2N、Fe4N、AlN、MoN、CrN等。黄河科技学院材料成型教研室从表层到心部以次为：白亮氮化物层—含氮的碳化物和合金氮化物分布在溶解有氮的铁素体上—氮浓度逐渐降低—基体索氏体。渗氮层厚度一般0.1～0.6mm，表面硬度极高，可达1000～1200HV(69HRC以上)。3、渗氮前的准备渗氮通常用于要求很高的重要零件，是最后热处理工序，渗氮前要做好如下准备;1)渗氮前要进行调质处理，使心部具有良好的综合性能。

2)渗氮后一般不再加工，最多只进行精磨，因此渗氮前的磨削余量不应过多。

3)渗氮前必须将调质后零件除油净化。黄河科技学院材料成型教研室4、渗氮用钢渗氮用钢是含Al、Cr、Mo等合金元素的钢，因为这些元素与氮形成各种颗粒很细，硬度很高的氮化物，均匀分布在钢的基体上，对提高氮化层的性能起决定性作用。常用的钢是38CrMoAl、35CrMo、18CrNiW等。5、渗氮的分类

1)抗磨渗氮或硬渗氮—目的是为了获得高硬度、高耐磨性和高疲劳极限。渗氮温度一般为500～570℃。

2)抗蚀渗氮—目的是在零件表面形成一层薄而致密的白色氮化物层。渗氮温度一般为590～720℃。黄河科技学院材料成型教研室在钢的表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺成为碳氮共渗，又称氰化。能提高零件的硬度、耐磨