钢的渗碳热处理PPT
钢的热处理及表面处理技术
• M体转变特点：
• ①无扩散型转变 • ②降温形成:连续冷却完成 • ③瞬时性 • ④转变的不完全性
Fe-1.8CF，e-1冷.8至C，-10冷0℃至-60℃
M形成时体积↑，造成很大 内应力。
• 冷处理：P42
1)无扩散 Fe 和 C 原子都不进展扩散，M是C过饱 和的体心立方的F体，固溶强化显著。
↓ • 总结：A体晶粒越粗大，那么晶界越少，
形核几率越小，那么A体越稳定，C曲线 右移。淬透性越好
• 三、钢的淬透性
• 〔三〕淬透性的测 定
四、钢的回火〔P127〕
1．概念(Conception)
将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度， 保温后冷却下来的一种热处理工艺。
2.目的(purpose) 〔1〕稳定工件组织、性能和尺寸 〔2〕减小或消除剩余应力，防止工件的 变形和开裂 〔3〕降低工件的强度、硬度，提高其塑 性和韧性，以满足不同工件的性能要求
C %↑→ M 硬度↑， 片状M 硬度高，塑韧性差。板条M 强度高，塑韧性较好
二、共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变
共
析
碳
钢
连
续
冷
却
水淬
无
M+AR
B
体
转变终止线
P 退火
T
S 正火
T+ 油淬 M
亚共析钢连续冷却转变 过共析钢连续冷却转变
炉冷→ F + P 空冷→ F(少量) + S 油冷→ T + M+AR 水冷→ M +AR
(三〕淬透性的测定
〔一〕钢的淬透性与淬硬性的概念
• 淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是 钢材本身固有的属性，主要取决于M体的临界冷 却速度
渗碳轴承钢热处理
渗碳轴承钢热处理
渗碳轴承钢是一种高强度、高耐磨、高耐热的合金钢材料，常用于制造轴承、齿轮、传动轴等机械零件。
为了提高其性能，常常需要进行热处理。
热处理是一种通过加热和冷却来改变材料结构和性能的工艺。
对于渗碳轴承钢而言，热处理主要包括淬火、回火和表面渗碳等步骤。
淬火是将钢材加热至适当温度，然后迅速冷却的过程。
这样可以使钢材中的奥氏体相转变为马氏体相，从而提高钢材的硬度和耐磨性。
常用的淬火介质有水、油、盐水等。
回火是在淬火后将钢材加热至适当温度，然后持续一段时间后冷却的过程。
这样可以使马氏体相部分转变为回火组织，从而提高钢材的韧性和韧度。
通常回火温度为150℃-200℃。
表面渗碳是将钢材表面暴露在含有碳的气体中，使其表面发生化学反应，从而在表面形成一层高碳化合物，提高表面硬度和耐磨性。
常见的表面渗碳方法有气体渗碳、盐浴渗碳和离子渗碳等。
热处理过程中，温度、时间、介质等参数的控制非常重要。
温度过高或时间过长会导致钢材过硬或过脆，温度过低或时间过短则会导致效果不佳。
因此，需要根据具体情况进行合理的参数选择和控制。
热处理是提高渗碳轴承钢性能的重要手段。
通过合理的热处理工艺，
可以使钢材表面硬度和耐磨性得到提高，同时保持较好的韧性和韧度，从而满足不同领域的使用需求。
渗碳
• （2）装箱：零件的固体渗碳时在渗碳箱中进行 ，渗碳箱 一般用钢板焊成或铸铁铸成，渗碳箱不宜过大，其外形尺 寸应尽可能适合工件的要求，箱子最好与炉底板架空，受 热均匀 。 • （3） 装炉与升温：零件可在低温入炉并用分段升温的方 法。但对于连续生产，这种方法不经济，故通常采用高温 入炉的方法。 • （4） 保温时间：零件在渗碳温度下需要保温时间视渗碳 层深度要求而定。 • （5） 出炉前的试棒检查：保温完毕大约半小时抽检试 棒，可把试棒淬于水中，折断后观察断口，或将断面抛光 后用4%硝酸酒精腐蚀，以检查渗碳层所达到的深度，渗 碳深度达到了技术要求则可出炉。如还未达到渗碳层深 度，应适当延长保温时间。
渗碳零件的材料
渗碳用钢：合金渗碳 钢含碳量0.15～0.25 ％之间。 例15、20、20Cr、 20CrMnTi、20SiMnVB 等
• 发展历史：渗碳工艺在中国可以上溯2000 年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液 体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛 应用的。美国在20年代开始采用转筒炉进 行气体渗碳。30年代﹐连续式气体渗碳炉 开始在工业上应用。60年代高温(960～ 1100℃)气体渗碳得到发展。至70年代﹐出 现了真空渗碳和离子渗碳。
由渗剂直接滴入炉内进行渗碳时，由于热裂 分解出的活性碳原子过多，不能全部为零件表面所 吸收而以炭黑、焦油等形式沉积于零件表面，阻碍 渗碳过程，而且渗碳气氛的碳势也不易控制。因此 发展了滴注可控气氛渗碳，即向高温炉中同时滴入 两种有机液体，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（如醋酸乙酯） 产生的气体碳势较高，作为富化气。通过改变两种 液体的滴入比例，利用露点仪和红外分析仪控制碳 势，是零件表面的含碳量控制在要求的范围内。
气体渗碳通过下述反应使原子扩散渗透到钢 中:2CO=〔C〕+CO2 • 滴注式的CO是通过C一H一O系有机剂在炉中 直接热分解而获得的。但液体有机剂的品种 很多，并不是都可以用于滴注。作为滴注用 的有机剂一般可分为下列三类: （1)C>O时，如CH3·COOCH(醋酸甲脂) 2CO+3H2+〔C〕 (2)C=O时，如CH3OH(甲醇) CO+2H2 (3)C<O时，如HCOOH(甲酸) CO+H2+〔O〕
渗碳钢的工作条件和热处理
渗碳钢（含碳量0.1～0.25%）工作条件、性能要求渗碳淬火回火表层心部900～940790、水150～180≥56≤30 15Cr、20Cr900～920780～800水或800～820油180～20058～6022～32 20Cr（≤φ40）900～950800～820油180～220≥56HB21218CrMnTi920～950850～870油180～20058～6730～45φ50，18CrMnTi900～950800～820油180～220＞59HB241～30230CrMnTi900～940840～860油180～20058～6330～4522CrMnMo2800～900810～830油20058～63—12CrNi3A—780～800油180～200—HB24120Cr2Ni4A—780～800油160～180—HB321～444特点与热处理渗碳钢的工作条件和热处理10、15、2015Cr、20Cr20Mn2、20CrMn 20MnVB25MnTiB18CrMnTi20CrMnTi20CrMnMo30CrMnTi20Cr2Ni4A12CrNi3A18Cr2Ni4WA 在较强烈的冲击和磨损的条件下工作要求高的表面硬度和耐磨性，心部具有较强的强度和适当的韧性（合渗碳钢含合金元素一般≤3%，少数达5～7%）钢号℃硬度（HRC）10、15、20氰化820～860℃其他同上渗碳钢要在高温下长时间保温，晶粒易于长大，恶化钢的性能，因此应选择细晶粒钢，并常在合金渗碳钢中加入提高淬透性及防止晶粒长大的元素。
它的热处理一般是渗碳或氰化后淬火加低温回火。
渗碳后表层组织：碳钢为隐晶状或细针状马氏体及细粒状渗碳体；合金钢为隐晶状或细针状马氏体，细粒状碳化物及少量低残余奥氏体。
心部组织低碳钢为铁素体—珠光体，合金钢为低碳马氏体，不应有岛状铁素体。
并要求淬火后渗碳层残余奥氏体少，碳化物细小并分布均匀，没有粗大的网状碳化物，碳浓度梯度和缓，表层含碳量在0.85～1.05%，表层硬度HRC≥56～65，心部硬度当心部含碳量在0.18～0.25%时，为HRC30～40，含碳量在0.3%时，为HRC35～47。
特殊热处理——真空渗碳(共37张PPT)
渗碳温度提高，渗碳效
真空渗碳工艺
零件的清洗
零件的放置
升温及均热 均热目的 均热时间确实定
渗碳期碳气的流量与渗碳压力 渗碳时间 渗碳期与扩散期时间确实定 脉冲渗碳方式的脉冲周期和次数确实定 渗碳后热处理
6
渗碳温度确实定
19
真空脉冲渗氮影响因素
渗氮温度：真空渗氮温度过高，合金化合物粗大，渗氮 温度过低，渗层浅，合金化合物少，硬度低；
炉压：炉压上限越高，渗层的深度和硬度也好真空度越 高，硬度和渗层的厚度较好；
氮化时间：时间增加，硬度增加，且有化合物层出现硬度增 加越明显，渗层也加深。脉冲时间过长，渗层变薄，排出气 不能充分燃烧，时间过短，外表脆性大
真空渗碳原理
渗碳气的分解
高纯天然气〔CH4〕或丙烷直接通入炉内。 CH4 =C+2H2-45.2kJ C3H8=C2H4 + CH4 吸收阶段
扩散阶段
1
渗碳气的分解过程
甲烷的具体反响过程：
CH4 = CH3+H
CH4 +CH3 = C2H6 +H
C2H6=C2H4 + H2
C2H4=C2H2 + H2
化学热处理的过程： 外表净化过程 吸附反响过程
吸收扩散形成渗层
3
渗碳过程的扩散阶段
渗碳温度、时间
与总渗碳深度的关系曲线
渗碳气中的碳浓度与奥 氏体中饱和溶解度相等 ，那么：
dT=802.6t1/2/10〔 6700/T〕=25.4Kt1/2
dT总渗碳深度，mm t-渗碳时间，h T-渗碳温度，℉+460 K-渗碳速度系数。
时间确实定
渗碳时间T 氨气流量：流量越多硬度越高，渗层加深
热处理渗碳组织变化过程
04
热处理渗碳组织变化的影响因素
温度的影响
1
温度升高，渗碳速度加快，组织变化加剧。
2
温度达到一定值时，组织变化趋于稳定。
3
温度过高可能导致组织脆化，降低材料性能。
时间的影响
时间越长，渗碳深度越大，组织变化越明显。 时间过长可能导致材料变形或开裂。 时间过短可能导致渗碳效果不明显。
碳浓度的影响
07
热处理渗碳组织变化的研究展望
热处理工艺的发展趋势
高效节能
为降低热处理过程中的能源消耗，提高生产效率，未来的热处理 工艺将更加注重高效节能技术的研发和应用。
智能化控制
通过引入先进的传感器、控制器和优化算法，实现热处理过程的 智能化控制，提高产品质量和生产效率。
环保与可持续发展
为满足环保要求，未来的热处理工艺将更加注重资源的循环利用 和减少废弃物排放，实现可持续发展。
淬火介质的选择
淬火介质的选择对冷却速度和组织变化具有重要影响。应根据工件的材料和性能要求选择合适的淬火 介质。
合金元素的添加
合金元素的作用
在渗碳过程中，添加适量的合金元素可以 改变材料的组织和性能。例如，添加铬元 素可以促进碳的溶解和扩散，添加硅元素 可以抑制碳化物的析出。
合金元素的影响
合金元素的添加量、种类和加入方式都会 影响渗碳组织的转变和碳化物的析出。应 根据材料的具体要求和工艺条件选择合适 的合金元素。
03
组织变化过程
奥氏体化
奥氏体化是热处理渗碳过程中的一 个重要阶段，是指碳钢在一定温度 下，通过保温时间，使碳原子充分 扩散到奥氏体晶格中，形成均匀的 渗碳奥氏体的过程。
VS
奥氏体化的温度和时间会直接影响 渗碳层的碳含量和深度，进而影响 渗碳组织的性能。
渗碳热处理
渗碳热处理渗碳热处理是一种工艺性的金属热处理过程，它可以改善金属的耐腐蚀性，强度和硬度。
渗碳热处理是金属强化模拟的重要方法，广泛用于摩擦材料、射击枪件、刀剑和工具钢等金属上。
通过渗碳热处理，可以提高金属表面抗腐蚀性、抗磨损性、断裂韧性和热稳定性。
渗碳热处理是一种金属热处理过程，它可以改善金属的耐腐蚀性、强度和硬度，并增强金属的抗腐蚀和抗磨损性。
它通过将一层硬度适当的钢化层或高碳涂层嵌入到金属的表面，利用热能使其融合在一起，增加表面硬度，改善金属的性能。
渗碳热处理过程分为两个阶段：渗碳室和热处理室。
渗碳室利用气体或液体对金属表面进行渗碳处理，热处理室将渗碳过的金属物体放入炉内，加热至所需的温度，使金属表面的碳化层达到最优的状态。
渗碳热处理可以有效提高金属的强度、韧性和硬度，从而改善金属的性能，使金属具有抗腐蚀性、耐磨性、耐热性和抗疲劳性，还能提高金属的表面硬度。
同时，渗碳热处理是一种经济、安全和可控的金属加工方式，能够有效满足工艺要求，它在金属加工过程中具有很高的应用价值。
由于渗碳热处理具有一定的技术难度，因此，在实施渗碳热处理过程时，工艺工程师必须根据材料的性质进行严格的科学分析，以确定合适的渗碳温度、渗碳时间和渗碳深度。
同时，在渗碳热处理过程中，还必须选择合适的渗碳速率和渗碳浸渍时间，确保渗碳热处理效果达到最佳。
渗碳热处理也可以用于潜在的控制零件和工件表面质量的考核。
将金属表面提供的高温度、超高压等有利条件应用到渗碳热处理中，可以有效的消除金属表面的抗锈特性和硬度缺陷。
通过渗碳热处理，可以提高金属表面的强度、韧性、硬度和抗腐蚀性，并增加金属表面钢化层的厚度，从而有效改善金属性能。
渗碳热处理技术已经广泛应用于柴油机零件、摩擦材料、射击枪件、刀剑、工具钢等金属的加工处理，是一种迅速、高效、安全可靠的金属加工技术，在金属加工过程中具有广泛的应用价值。
渗碳热处理是一项重要的金属强化模拟技术，可为金属表面增强耐腐蚀性、硬度、强度和断裂韧性，提高金属表面的硬度和抗疲劳性。
渗碳热处理
渗碳热处理
渗碳热处理是一种将钢铁给予碳化处理，以改善其性能和外观的工艺。
它利用热能将被处理区域内表面（或表层）的钢材表面形成碳化层，以提高其耐磨、耐腐蚀和外观表现技术。
碳化过程中产生的液态碳在金属表面之间渗透，从而形成一层可以抵御高温和磨损的碳化层，保护金属质地不受磨损。
渗碳热处理通常有两种类型：化学渗碳热处理和电弧渗碳热处理。
化学渗碳热处理是一种利用化学反应，由外部能源（通常是煤气或长石煤）产生热量，建立碳化层的机械过程。
在化学渗碳热处理中，钢材的表面温度可达1300℃，且它是一种无氧环境的处理，确保碳化
液体只在表面渗透，避免深层部分发生碳化以及其它反应，保护其内部结构。
电弧渗碳热处理是一种利用电弧热（例如熔池熔炉），采用液相
法渗碳的机械过程。
电弧渗碳热处理可以给钢材表面内部结构带来更加有利的影响，其内部温度可达1000℃，利用金属表面自身的热量，在钢的表面和深层之间形成一层稳定的碳化层，从而提高钢的机械性能。
渗碳热处理的好处要从两个方面来说明：一方面，渗碳热处理可以提高金属材料的机械性能，提高其耐磨、耐腐蚀及其他物理性能；另一方面，渗碳热处理也可以改善钢材的外观，使之有着明显的光泽，并可以形成磨砂效果，给人以更加舒适和实用的外观感受。
此外，渗碳热处理也有一些缺点，如它需要昂贵的设备，耗费的
电能比较大，使费用增加；而且，它只能在一定时间内有效，一旦过了有效时间，浇注的碳化液就会发生反应，影响其外观性能。
总之，渗碳热处理是一种具有广泛应用的金属处理工艺，它不仅可以提高金属表面的机械性能，而且还能使其外观更好看，也因此成为许多行业的首选工艺。
合金渗碳钢热处理工艺
合金渗碳钢热处理工艺嘿，咱今儿就来聊聊合金渗碳钢热处理工艺！这可是个相当重要的事儿呢，就好像做饭得掌握好火候一样。
你想想啊，这合金渗碳钢就像是一块等待雕琢的璞玉。
而热处理工艺呢，那就是雕琢它的神奇魔法呀！通过合适的热处理，能让这合金渗碳钢发挥出它最大的潜力。
热处理第一步，那就是加热啦！可别小瞧了这加热，温度高了不行，低了也不行，得恰到好处。
这不就跟咱炒菜似的，火大了容易糊，火小了半天不熟。
加热的时候得时刻盯着，就像看着锅里的菜别煮过头了一样。
然后呢，保温也是很关键的一环。
这就好比让菜在锅里焖一会儿，让味道充分渗透进去。
保温时间得把握好，长了短了都会影响最终的效果。
接下来就是冷却啦！这冷却方式也有讲究呢，有的要快速冷却，有的得慢慢冷却。
这就像人跑步，有时候要冲刺，有时候要慢跑调整节奏。
你说要是这热处理工艺没做好会咋样？那可就糟糕啦！就好像做出来的菜不是太硬就是太软烂，根本没法吃。
这合金渗碳钢要是处理不好，那还能用吗？咱再说说这合金渗碳钢的用途，那可广泛着呢！汽车零件、机械部件，到处都有它的身影。
要是没有好的热处理工艺，这些东西能那么耐用、可靠吗？咱普通人可能平时不太注意这些，但你想想，要是你开的车在路上突然出问题了，那不就麻烦啦？这可都是因为这些材料的质量不过关呀，而热处理工艺就是保证质量的关键一步！所以说呀，这合金渗碳钢热处理工艺可真是不能小瞧！咱得重视起来，就像重视自己的一日三餐一样。
只有这样，才能让这些合金渗碳钢发挥出它们应有的作用，为我们的生活和工作提供更好的保障。
总之，合金渗碳钢热处理工艺可不是随便玩玩的，这是一门技术活，也是一门艺术！得用心去对待，才能得到满意的结果。
咱可不能马虎，要把这工艺做好做精，让合金渗碳钢成为我们生活中的好帮手！。
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时保持心部具有一定强度和良好的塑性与韧性。 应用范围：在机器制造业中，有许多重要零件，如汽车变速 箱齿轮、活塞销、摩擦片等。可以渗碳的钢一般是碳的质量 分数为0.12%-0.25%的低碳钢或低碳合金钢如20、20Cr、
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（三）渗碳工艺参数的综合选择
①升温阶段 工件达到渗碳温度前的一段时间，用较低的碳势； ②高速渗碳阶段 正常温度或更高温度下，用高于所需表面碳含量的碳势，时
间较长； ③扩散阶段 工件降到或维持在正常渗碳温度下碳势降到所需表面碳含量，时
间较短； ④预冷阶段 使温度降低到淬火温度，便于直接淬火。
H2O含量；用红外线仪控制CO2含量；用氧探头法控制O2含量。
(2)碳原子的吸收 工件表面吸收活性碳原子，也就是活性碳原子由钢 的表面进入铁的晶格而形成固溶体，或形成特殊化合物。
(3)碳原子的扩散 被工件吸收的碳原子，在一定温度下，由表面向内 部扩散，形成一定厚度的渗层。
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5—电阻丝 6—耐热罐 7—工件 8—炉体
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三、气体渗碳
（一）原理 (1)渗碳介质的分解 由介质中分解出活性碳原子。渗碳气氛在高温下
分解出活性碳原子[C]，即：
注：在供应的原料气组分稳定的情况下，只要控制气氛中的微量组分CO2、H2O、CH4或O2中的任何一个 含量，便可控制上述反应达到某一平衡点，从而实现控制气氛碳势的目的。通常，生产中用露点仪控制
m--模数 t--厚度(mm)
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五、渗碳后的热处理
1.淬火 淬火是为了获得马氏体组织，以得到高硬度。通常有三种方法， 即预冷直接淬火、一次加热淬火和二次加热淬火。渗碳零件淬火温度的 选择要兼顾高碳的渗层和低碳的心部两方面的要求。原则上，过共析层
的淬火温度低于Accm，而亚共析层的淬火温度高于Ac3。如果Accm＞ Ac3，很容易选择一个淬火温度来同时满足这两者的要求；果Accm≤Ac3， 则很难同时兼顾。在这种情况下，要根据对零件的主要技术要求、钢件 的部能否淬透、渗碳后零件的表面含碳量和所采用的淬火方法等综合
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（二）工艺参数的选择与控制
1.气氛碳势 一般渗碳件的表面含碳量可在0.6%-1.1%间变化。确定最佳表面碳含量的出 发点首先是获得最高的表面硬度；其次是使渗层具有最高的耐磨性和抗磨损 疲劳性能。研究表明，渗碳层的表面碳的质量分数最好在0.8%-1.0%范围内
最佳表层碳含量确定后就可根据表面碳含量与碳势的关系，确定碳势。 2.渗碳温度
量好，且易实现机械化与自动化，故应用最广。
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图1 固体渗碳箱 1—渗碳剂 2—工件 3—箱体4～6mm
铁板 4—泥封 5—试棒ϕ10mm 6—盖：铁板厚6～8mm
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图2 井式气体渗碳炉 1—风扇电动机 2—废气火焰 3—炉盖 4—砂封
20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。
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二、渗碳方法
根据渗碳剂的不同，渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗 碳。
（1）固体渗碳 固体渗碳是将工件置于填满木炭(90%左右)和催渗 剂(BaCO3、 CaCO3或 Na2CO3等)(10%左右)的固体渗碳箱内进行
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图3 气体渗碳典型工艺曲线
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四、 渗碳层成分、组织和厚度
低碳钢渗碳后，表层含碳量可达过共析成分，由表往里碳浓度逐渐 降低，直至渗碳钢的原始成分。
渗碳件缓冷后，表层组织为珠光体加二次渗碳体；心部为铁素体加 少量珠光体组织；两者之间为过渡层，越靠近表层铁素体越少 。
一般规定，从表面到过渡层一半处的厚度为渗碳层的厚度。
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渗碳层厚度δ
图7 低碳钢渗碳缓冷后的显微组织
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典型零件渗碳层厚度确定方法
零件种类 轴类 齿轮
薄片工件
渗碳层厚度δ(mm) (0.1～0.2)R (0.2～0.3)m (0.2～0.3)t
备注 R--半径(mm)
渗碳温度首先影响着分解反应平衡，粗略地说，如果气氛中的CO2含量不变， 则温度每降低10℃将使气氛碳势增加约0.08%；其次，温度也影响碳的扩散 速度，如果气氛碳势不变，温度每提高100 ℃可使渗碳层深度增加1倍；第 三，温度还影响着钢中的组织转变，温度过高会使钢的晶粒粗大。生产上广 泛使用的温度是900-930 ℃。对于薄层渗碳温度可降到880-900 ℃，这主
要是为了控制渗碳层深度；而对于深层渗碳(大于5mm)，温度可提高到 980-1000 ℃，这主要是为了缩短渗碳时间。 3.渗碳时间
渗碳时间主要影响渗层深度，同时也在一定程度上影响浓度梯度。
d
802.6 t 10(3720 / T )
d—渗层深度(mm)；t—渗碳时间(h)；T—渗碳温度(K)
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钢的渗碳
主要内容
31
渗碳的目的和应用范围
2
渗碳方法
3
气体渗碳
4
渗碳层成分、组织和厚度
35
渗碳后的热处理
6
渗碳件质量检查
37 渗碳热处理的常见缺陷及产生原因
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一、渗碳的目的和应用范围
定义 渗碳：将钢件置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态
并保温，使其表层形成一个富碳层的热处理工艺。 碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既不增碳
的，如图1所示。 （2）液体渗碳 液体渗碳就是在液体介质中进行的渗碳工艺。它可 分为两类：一类是加有氰化物的盐浴，另一类是不加氰化物的盐浴。 因氰化物有剧毒现已基本不用。不加氰化物的盐浴由NaCl或KCl、
Na2CO3、和(NH2)2CO或木粉组成。如图2所示。 （3）气体渗碳 气体渗碳是指零件在气体渗碳剂中进行渗碳的工艺。 如图3所示。气体渗碳法的生产率高，渗碳过程容易控制，渗碳层质