《工程材料及熱成型工藝》課件-4.4化學(xué)熱處理

工程材料及熱成型工藝——EngineeringMaterialsandThermoformingProcess——化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理定義化學(xué)熱處理是將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱，保溫，使一種或幾種元素層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理。和表面淬火不同，化學(xué)熱處理后的不僅有組織的變化，而且也有化學(xué)成分的變化。化學(xué)熱處理分類化學(xué)熱處理種類很多，根據(jù)滲入元素的不同，有滲碳、滲氮(氮化)、滲硼、滲金屬、碳氮共滲多元共滲等。1.滲碳滲碳是為提高工件表層的碳含量而將工件在滲碳介質(zhì)中加熱、保溫使碳原子滲人的化學(xué)處理工藝?；瘜W(xué)熱處理滲碳方法滲碳方法有固體滲碳、氣體滲碳和體滲碳，其中，氣體滲碳的應(yīng)用最為廣泛。氣體滲碳是工件在含碳?xì)夥罩羞M(jìn)行的滲碳。這種滲碳方法通常把煤苯、甲醇、丙酮等液態(tài)碳?xì)浠衔镏苯拥稳敫邷貪B碳爐內(nèi)，使其分為活性碳原子并滲人零件表面。滲碳溫度比較高，一般為900~950°C?；瘜W(xué)熱處理滲碳用鋼為保證滲碳后工件心部具有良好的韌性，滲碳用鋼一般是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%~0.25%的低碳鋼或低碳合金鋼，如20、20Cr、20CrMnTi等。工件滲碳后，表面層碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)0.85%~1.05%，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從表面到心部逐漸減小，心部仍為低碳。若工件滲碳后緩慢冷卻，從表面到心部的組織依次為過共析層、共析層、亞共析層，心部為低碳的原始成分?；瘜W(xué)熱處理滲碳后的熱處理滲碳后的零件必須淬火和低溫回火，使表面獲得回火馬氏體化物的組織，才能使表面獲得很高的硬度和耐磨性。滲碳零件兼有高碳鋼和低碳鋼的優(yōu)良中這類零件既能承受摩擦和較高的表面接觸應(yīng)力，又能承受彎曲應(yīng)力及沖擊載荷?；瘜W(xué)熱處理滲碳后的熱處理為了提高滲碳質(zhì)量，逐步發(fā)展了真空滲碳、離子滲碳等新技術(shù)。真空滲碳是在低10°Pa(通常是10-1~10Pa)的條件下在含碳?xì)夥罩羞M(jìn)行的滲碳。離子滲碳是在低于1X105(通常是10-1~10Pa)Mpa含碳?xì)夥罩欣霉ぜ帢O和陽(yáng)極之間產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行的滲碳。化學(xué)熱處理滲氨(氮化)滲氮是在一定溫度下在滲氮介質(zhì)中使活性氮原子滲人工件表層的化學(xué)熱處理工藝(1)滲氮工藝目前廣泛應(yīng)用的滲氮工藝是氣體滲氮。它是在可提供活性氮原子的氣中進(jìn)行的滲復(fù)。滲氮溫度比較低，一般為500~560°C，時(shí)間一般30~50h，常用的滲氮介質(zhì)是氨氣(NHs)?；瘜W(xué)熱處理滲氮特點(diǎn)與應(yīng)用和滲碳相比，鋼件滲氮后具有更高的表面硬度和耐磨性。氮化后鋼件的表面硬度高達(dá)950~1200HV(相當(dāng)于65~72HRC)。這種高硬度和高耐磨性可保持到560~600°C而不降低，故氮化鋼件具有很好的熱穩(wěn)定性。由于氮化層體積脹大，在表層形成較大的殘余壓應(yīng)力，因此可以獲得比滲碳更高的疲勞強(qiáng)度、抗咬合性能和低的缺口敏感性?；瘜W(xué)熱處理滲氮特點(diǎn)與應(yīng)用滲氮后，由于鋼件表面形成致密的氮化物薄膜，因而具有良好的耐腐蝕性能。此外，滲氮溫度低，復(fù)化后鋼件不需熱處理，因此滲氮件的變形很小。但由于滲氮溫度低，氮原子在鋼中的擴(kuò)散速度很慢，所以滲氮所需時(shí)間很長(zhǎng)，滲氮層也較薄(一般為0.3~0.6mm)。滲氮處理適合于要求表面耐磨、耐疲勞的精密零件，如磨床主軸、鏜床鏜桿、精密機(jī)杠、內(nèi)燃機(jī)曲軸以及各種精密齒輪和量具等化學(xué)熱處理滲氮特點(diǎn)與應(yīng)用在奧氏體狀態(tài)下同時(shí)將碳、氮滲人工件表層，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝稱為碳氮共滲。碳氮共滲方法有液體碳氮共滲和氣體碳氮共滲兩種。液體碳氮共滲使用的介質(zhì)是毒物質(zhì)，污染環(huán)境，故逐漸為氣體碳氮共滲所替代。目前工業(yè)上廣泛應(yīng)用的是中溫氣體碳氮共滲。它是將鋼件放入密閉爐內(nèi)，加熱到820-860°C，并向爐內(nèi)通入煤油或含碳?xì)怏w同時(shí)通入氨氣。保溫時(shí)間主要取決于要求的滲層厚度。一般零件的滲層深度為0.5~0.8mm.保溫時(shí)間為4~6h?；瘜W(xué)熱處理滲氮特點(diǎn)與應(yīng)用鋼件碳氮共滲后可直接油淬，并進(jìn)行低溫回火碳氮共滲兼有滲碳和滲氮的優(yōu)點(diǎn)。碳氮共滲溫度低于滲碳溫度碳氮共滲速度卻顯著高于單獨(dú)的滲碳或滲氮。在滲層碳濃度相同的情況下，碳氮共滲件比滲碳件具有更高的表面硬度、耐磨性、耐蝕性、彎曲強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，但耐磨性和疲勞強(qiáng)度低于滲氮件。碳氮共滲多用于結(jié)構(gòu)零件，如齒輪、軸等?；瘜W(xué)熱處理氨碳共滲(軟氮化)在工件表層同時(shí)滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學(xué)熱處理工藝稱為氮碳共滲，也稱軟氮化。氮碳共滲的溫度一般為560°C士10°C，保溫時(shí)間一般為3~4h，保溫后即可出爐空冷。氮碳共滲也有氣體氮碳共滲和液體氮碳共滲兩種，生產(chǎn)上一般采用氣體氮碳共滲。氮碳共滲具有較好的韌性，表面硬度比純氣體滲氮稍低，但仍具有較高的硬度、耐磨性和高的疲勞強(qiáng)度，耐蝕性也有