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1、第五章鋼的化學(xué)熱處理改變表面成分－改變表面組織的熱處理一.化學(xué)熱處理的原理固態(tài)工件滲金屬或非金屬1.基本過(guò)程氣氛――活性原子吸附――分解――擴(kuò)散2.速度控制因素――原子吸收＋擴(kuò)散催化作用――促進(jìn)吸附促進(jìn)分解提高速度方法：分段控制復(fù)合滲高溫化學(xué)催滲物理催滲二.滲碳表面成分變化－組織變化－性能變化滲碳：滲碳方法氣體固體液體Ipsen貫通式箱式多用爐1.氣體滲碳1.1.滲碳介質(zhì)液體介質(zhì)碳氧比(C/O>1)T↑分解[C]滲碳劑(C/O＝1)T↑分解[CO]稀釋劑碳當(dāng)量產(chǎn)生1mol碳所需該物資的量煤油、甲苯、丙酮、乙醇；甲醇表10－1不同液體的碳當(dāng)量乙醇：46丙酮：29氣體介質(zhì)天然氣含甲烷90～
2、95％城市煤氣成分表10－4液化石油氣含丙烷和丁烷1.2.影響因素分解――吸收――擴(kuò)散滲碳溫度：860～960℃滲碳時(shí)間：估算公式P253鋼的成分：低碳鋼NiCr合金鋼碳勢(shì)：爐內(nèi)氣氛與鋼表面含碳量平衡時(shí)的相對(duì)含碳量測(cè)量方法露點(diǎn)法－CO2紅外線法－氧勢(shì)測(cè)定氧探頭P301ZrO2為電解質(zhì)――固體電池2.固體滲碳裝箱滲碳網(wǎng)狀碳化物？3.液體滲碳鹽浴：加熱鹽NaCl＋BaCl2滲碳介質(zhì)氰化鈉或氰化鉀催化劑Na2CO3表10－6無(wú)毒鹽4.滲后熱處理4.1.直接淬火低溫回火組織及性能特點(diǎn)：不能細(xì)化鋼的晶粒、工件淬火變形較大、滲碳鋼工件表面殘余奧氏體較多、表面硬度低適用范圍：操作簡(jiǎn)單、成本低、氣體或
3、液體滲碳4.2.預(yù)冷直接淬火、低溫回火淬火溫度800～850℃組織及性能特點(diǎn)：可以減少工件淬火變形、滲碳層殘余奧氏體量降低、表面硬度略有提高適用范圍：細(xì)晶粒鋼制工件、操作簡(jiǎn)單、工件氧化、脫碳及淬火變形較小4.3.一次加熱淬火、低溫回火滲碳溫度820～850℃或780～810℃組織及性能特點(diǎn)：對(duì)心部強(qiáng)度要求高，采用820～850℃淬火，心部組織：低碳M對(duì)表面硬度要求高，采用780～810℃淬火，細(xì)化晶粒適用范圍：固體滲碳后的碳鋼和低合金鋼工件、氣體、液體滲碳的粗晶粒鋼、滲碳后需機(jī)械加工的工件4.4.滲碳、高溫回火、一次加熱淬火、低溫回火溫度840～860℃組織及性能特點(diǎn)：高溫回火使馬氏體
4、和殘余奧氏體分解，滲層中碳和合金元素以碳化物形式析出淬火后殘余奧氏體減少適用范圍：Cr－Ni合金鋼滲碳4.5.二次淬火、低溫回火組織及性能特點(diǎn)：第一次淬火（正火）可以消除滲層網(wǎng)狀碳化物及細(xì)化心部組織第二次淬火改善滲層組織（心部性能要求高，提高T）適用范圍：力學(xué)性能要求高的滲碳工件、粗晶粒鋼兩次加熱氧化變形脫碳復(fù)雜4.6.二次淬火、冷處理、低溫回火組織及性能特點(diǎn)：高于Ac1或Ac3（心部）的溫度淬火高合金鋼表層殘余奧氏體較多，經(jīng)冷處理――促使奧氏體轉(zhuǎn)變提高硬度和耐磨性適用范圍：滲碳后不需要機(jī)械加工的高合金鋼工件4.7.滲碳后感應(yīng)加熱淬火、低溫回火組織及性能特點(diǎn)：細(xì)化滲層及靠近滲層處組織、
5、淬火變形小適用范圍：齒輪及軸類工件5.滲碳設(shè)備多用爐井式滲碳爐工藝曲線強(qiáng)滲＋擴(kuò)散三.氮化工件放在含N的介質(zhì)中，使N原子滲入鋼的表面，形成富氮的硬化層――化學(xué)熱處理1.氮化的應(yīng)用及特點(diǎn)極高硬度HV950～1200HRC65～72滲層淺高的耐磨性和抗咬合性靜摩擦滲層脆性大高紅硬性化合物層高疲勞強(qiáng)度低缺口敏感性表面壓應(yīng)力抗腐蝕、變形小周期長(zhǎng)目前廣泛應(yīng)用:氣體氮化。氨被加熱分解出活性氮原子（2NH3→3H2+2[N]),氮原子被鋼吸收并溶入表面,在保溫過(guò)程中向內(nèi)擴(kuò)散,形成滲氮層。T:500℃～600℃T:20h～50h，38CrMoAl鋼氮化工藝曲線圖鋼件氮化后：硬度(1000HV～1100H
6、V),600℃～650℃下保持不下降,所以具有很高的耐磨性和熱硬性。氮化后，工件的最外層為一白色ε或γ′相的氮化物薄層，很脆；中間是暗黑色含氮共析體（α＋γ′）層；心部為原始回火索氏體組織。鋼氮化后,滲層體積增大,造成表面壓應(yīng)力,使疲勞強(qiáng)度大大提高。氮化溫度低,零件變形小。氮化后表面形成致密的化學(xué)穩(wěn)定性較高的ε相層,所以耐蝕性好,在水中、過(guò)熱蒸氣和堿性溶液中均很穩(wěn)定。2.氮化的基本原理Fe－N相圖α相N在α－Fe中的固溶體0.1%590℃緩冷α→γ’γ’相可變成分的Fe－N間隙相Fcc結(jié)構(gòu)～6％Nε相可變成分化合物Hcp結(jié)構(gòu)8.25～11％NFe2N～Fe3Nξ相以化合物Fe2N為基的
7、固溶體基本過(guò)程：分解――吸收――擴(kuò)散分解NH3＝H2＋N(α-Fe)氮?jiǎng)軳p＝P（NH3）/P（H2）介質(zhì)氮化能力大小或介質(zhì)活性大小氮?jiǎng)莶环从潮砻鍺含量生產(chǎn)中氮?jiǎng)轀y(cè)定NH3分解率＝（H2體積＋N2體積）/爐氣總體積＝（容器全部體積－水體積）/容器全部體積調(diào)節(jié)氮?jiǎng)菡{(diào)節(jié)NH3的流量流量↑→NH3分解率↓吸收吸附――N溶入α-Fe基體吸收（α-Fe）＋合金氮化物影響鋼吸收因素溫度550～580℃N在γ－Fe中擴(kuò)散很慢分解率550～600℃NH3最佳分
