《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度、抗咬合性能和低的缺口敏感性。化學(xué)熱處理滲氮特點與應(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，氮原子在鋼中的擴散速度很慢，所以滲氮所需時間很長，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、精密機杠、內(nèi)燃機曲軸以及各種精密齒輪和量具等化學(xué)熱處理滲氮特點與應(yīng)用在奧氏體狀態(tài)下同時將碳、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同時通入氨氣。保溫時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.保溫時間為4~6h。化學(xué)熱處理滲氮特點與應(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。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、彎曲強度和疲勞強度，但耐磨性和疲勞強度低于滲氮件。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度，耐蝕性也有