《热处理原理与工艺》 课件 10.2 钢的渗碳

钢的渗碳第十章其他热处理热处理原理与工艺◆钢的表面淬火◆钢的渗碳◆钢的渗氮◆真空热处理◆形变热处理其他热处理化学热处理定义：将工件置于一定温度的活性介质中保温，使介质中的某一种或几种元素渗入工件表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。特点：既改变表层组织，又改变表层的化学成分；

获得比表面淬火更高的表面硬度、耐磨性和疲劳强度；提高耐蚀性和高温抗氧化性。基本过程：加热、分解、吸收、扩散化学热处理化学热处理的历史十分悠久，其中渗碳技术最早可追溯到我国的战国时期。从工业革命到二十世纪，国内的材料科学发展在各个方面均与国际先进水平存在巨大差距。为了实现赶超跨越，必须把工业崛起作为根本，将科学技术创新放在第一位，只争朝夕，创新实干。应用：用于那些对表面有较高耐磨性要求，并承受较大冲击载荷的零件，如汽车变速箱齿轮、活塞销、摩擦片等重要零件。目的：ωc=0.1%~0.25%的低碳钢件表面得到ωc=1.0%~1.2%的高碳，再经淬火加低温回火处理使表面获得高硬度、高耐磨性（58~64HRC），而心部仍保持一定的强度及较高的塑性、韧性（30~45HRC）。渗碳钢：低碳钢及低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。定义：将钢件在渗碳介质中加热（900~950℃）并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。钢的渗碳锻造→正火→机械加工→渗碳+淬火+低温回火→精加工渗碳方法：气体渗碳法：将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。

渗剂：气体（煤气、液化气等）或有机液体（煤油、甲醇）

优点：质量高、效率高，劳动条件好

缺点：渗层成分与深度不易控制固体渗碳法：将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。

渗剂：木炭

优点：操作简单缺点：渗速慢，劳动条件差真空渗碳法：将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳优点：表面质量好，渗碳速度快缺点：成本高，碳积累在加热元件表面易造成短路钢的渗碳气体渗碳法：钢的渗碳（1）滴注式气体渗碳。一般釆用两种有机液体同时滴入炉内，一种液体（如甲醇）产生的气体碳势较低，作为稀释气体；另一种液体（如丙酮）产生的气体碳势较高，作为富化气。改变两种液体的滴入比例，可使零件表面含碳量控制在要求的范围内。这种方法无须特殊设备，只要对现有井式渗碳炉稍加改装，配上一套测量控制仪表即可。所谓碳势指的是在一定温度下加热时，当炉气与工件的脱碳、增碳反应达到平衡时工件表面的碳含量。碳势决定了渗碳件表面可达到的碳含量，碳势越高，渗碳能力越强。碳势通常采用低碳钢箔片在该炉气中的平衡碳含量来表示。目前碳势的测定常采用露点仪、CO2红外仪、氧探头等方法。气体渗碳法：钢的渗碳（2）吸热式气氛渗碳。吸热式气氛是原料气（天然气、丙烷、液化石油气、城市煤气）与少于或等于理论空气需要量一半的空气，在高温及催化剂的作用下，不完全燃烧生成的气氛。用吸热式气氛进行渗碳时，往往采用吸热式气氛加富化气的混合气进行渗碳，其碳势控制靠调节富化气的添加量来实现。一般常用丙烷作富化气。由于吸热式气氛需要有特殊的气体发生设备，其启动需要一定的过程，一般适用于大批量生产的连续作业炉。连续式渗碳在贯通式炉内进行，贯通式炉一般分成四个区，对应于渗碳过程的四个阶段（加热、渗碳、扩散和预冷淬火）。不同区域要求气氛碳势不同，需分区控制。（3）氮基气氛渗碳。指以氮气为载体，添加富化气或其它供碳剂的气体渗碳方法。该方法具有能耗低、安全、无毒等优点，但渗碳气氛的可控性越差，其关键在于碳势的控制。随着高精度的渗碳气氛稳定性控制，氮基气氛渗碳技术将获得快速发展。渗碳工艺：渗碳温度：一般为900~950℃渗碳时间：视渗碳层深度（一般为0.5-2mm）而定，气体渗碳0.2~0.25mm/h渗碳缓冷后组织：

表层为P+网状Fe3CⅡ心部为F+P中间为过渡区钢的渗碳渗碳时间t（h）渗层深度d（mm）渗碳温度T（K）轴类件：（0.1-0.2)R（R为轴半径）齿轮：（0.1-0.3)m（m为模数）薄片件：（0.2-0.3)t（t为工件厚度）注：在图纸上应注明不要求渗碳的部位以防渗碳淬硬，或多留加工余量，最后再去除多余的渗层。渗层太薄引起表层疲劳剥落渗层太厚耐冲击载荷的能力降低钢的渗碳渗碳工艺：渗碳层的厚度：

►从表面到过渡层一半处的厚度；

►从表面到维氏硬度为550HV处的垂直距离（试验力9.807N，即1kgf）节省时间和成本，但晶粒粗，常用心部强度高，韧性较好，且晶粒细化但周期长、复杂、易变形氧化脱碳，少用◆预冷直接淬火：对于碳钢，预冷至略高于Ar3。对于多数合金钢，通常预冷温度在850~880℃之间。◆一次加热淬火：一般合金渗碳钢，常采用稍高于Ac3的温度（