软氮化的渗层除了表面的氮碳化合物层

温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。
渗碳方法：固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳，渗碳新 技术有真空渗碳和离子渗碳等。其中气体渗碳原料气资源 丰富，工艺成熟，应用最广泛。
钢的化学热处理
1、气体渗碳
气体渗碳介质：
（1）碳氢化合物有机液体，如煤油、甲醇等；
（2）气态介质，如液化石油气、天然气。
渗碳介质滴入或通入高温（大于900℃）渗碳炉内，使其 分解为活性的碳原子[C]，反应式如下： 2CO—CO2+[C] CH4—2H2+[C]
解反应前后参与反应物质的浓度或分压。
钢的化学热处理
4、化学热处理的吸附过程及其影响因素
化学热处理时，相界面反应是和金属表面对渗剂的吸附过
程紧密相关的。一般固体表面对气相的吸附分成两类，即物理 吸附和化学吸附。 物理吸附：固体表面对气体分子的凝聚作用。大多为多分 子层，吸附速度快，达到平衡也快。 化学吸附：固体晶格与活性原子之间结合力类似化学键力， 有明显选择性。单分子层，需要一定的活化能，吸附速度随温
钢的化学热处理
加速化学热处理过程的途径：
1）物理催渗法 利用电场、磁场、辐射等，改变温度、气压的物理方法， 或利用机械的弹塑性变形等方法来加速渗剂的分解，活化工件 表面，提高吸附和吸收能力，加速扩散。
●高温化学热处理；
●高压或负压化学热处理； ●高频化学热处理； ●促进分解，提高活性，降低扩散激活能，提高扩散速度。
热处理工艺 ——
第五章
钢的化学热处理
定义：将钢件放在具有一定活性的介质中加热、保
温，使一种或几种元素渗入钢件的表层，以改变其化学
成分、组织和性能的热处理工艺。 基本过程：
①分解：在一定温度下，介质通过化学分解，形
成能渗入工件的活性原子；②吸收：工件表面吸收活性 原子，并溶入工件材料晶格的间隙或与其中元素形成化 合物；③扩散：被吸收的原子由表面逐渐向心部扩散， 从而形成具有一定深度的渗层。 目的：①提高渗层硬度和耐磨性；②提高零件接触疲劳 强度和提高抗擦伤能力；③提高零件抗氧化、耐高温性能； 常用种类：渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗
中该元素的扩散速度。
钢的化学热处理
2）反应扩散
当渗剂的活性高，渗入元素的浓度大于该温度下的饱和
极限时，可能出现以下情况：
a）发生相变，由溶解度较低的固溶体转变为溶解度较
高的固溶体； b）由溶解度较低的固溶体转变为浓度更高的化合物。 新相的长大速度不仅取决于渗入元素在新相中的扩散， 而且取决于渗入元素在与其相邻的相中的扩散。
钢的化学热处理
材 料：20Cr 工艺情况：930~C渗碳后缓冷 浸蚀方法：4％硝酸酒精溶液浸蚀 组织说明：高温渗碳缓慢冷却的正常组织分 布形貌，最表面为过共析渗碳层，基体组织 为细片状珠光体及均匀分布的白色颗粒状碳 化物，含碳约0.9％，占0.15 mm深。 第二层为共析渗碳层，占0.6mm，基体 为细片状珠光体，l00倍下灰黑色分布，这 一层含碳量为0.77％左右，是渗碳层中主要 的 一层组织。 第三层为亚共析渗碳过渡层，基体为 珠光体及铁素体混合分布，而且铁素体随着 深度的增加而增加，珠光体则逐渐减少，一 直过 渡到心部组织为止。过渡层占0.4mm。 心部原始组织主要为白色铁素体及黑色 珠光体，珠光体约占25％。
质CO。
钢的化学热处理
3、化学反应分类
分解反应：
CH4=2H2+[C] 2NH3=3H2+2[N] 置换反应： 3MeClx+xFe→xFeCl3+3[Me] 渗金属 还原反应： 2MeClx+xH2→xHCl+2[Me] 渗金属 气体渗碳 气体渗氮
在渗剂一定条件下，则影响渗剂活性的因素是温度和分
钢的化学热处理
2、化学热处理渗剂
一般由含有欲渗元素的物质组成，有时还含有催渗剂,
以便从渗剂中分解出含有被渗元素的活性物质。所谓渗剂
的活性就是在相界面反应中易于分解出被渗元素原子的能 力。 例如固体渗碳时，除了炭粒以外，还尚须加碳酸钡和 碳酸钠，这碳酸钡和碳酸钠就是催渗剂，碳酸钡和碳酸钠
在渗碳前后没有变化，仅在渗碳过程中把炭粒变成活性物
钢的化学热处理
一、 化学热处理基本原理
1、化学热处理过程 一般常把它看成由渗剂中的反应、渗剂中的扩散、渗剂 与被渗金属表面的界面反应、被渗元素原子的扩散和相变等
过程所构成。
例如相界面反应： 化学热处理过程有时可以只有扩散过程，例如用热浸法渗金属 时，就是把工件浸在熔融的金属中，直接吸附金属原子并向内部 2NH3＝3H2十2[N] 扩散。 产生活性氮原子，渗入钢件表面进行渗氮。渗金属时 也可以类似反应表示。 扩散是相界面反应产生的原子渗入金属表面后向钢件 内部的迁移过程。
2）化学催化法
钢的化学热处理
加速化学热处理过程的途径：
1）物理催渗法 2）化学催化法
在渗剂中加入一种或几种化学试剂或物质，促进渗剂的
分解活化工件表面，提高被渗元素的渗入能力。 ●卤化物催化法（氟、氯等化合物） ●提高渗剂活性的淬渗方法 如加入BaCO3，Na2CO3。
钢的化学热处理
二、钢的渗碳
定义：将零件放在具有活性碳原子的介质中加热、保
度升高而增大。
影响因素：温度、表面活性、表面粗糙度
钢的化学热处理
5、扩散过程 表层与心部的被渗元素的浓度差引起的。包括：纯扩散 和反应扩散。
扩散过程
纯扩散
反应扩散
1）纯扩散
扩散控制型
混合控制型
定义：渗入元素在母相金属中形成固溶体，在扩散过程中
不发生相变或化合物的形成和分解。
C、N、B与Fe形成间隙固溶体； Cr、Al、Si等形成置换固溶体。
钢的化学热处理
扩散过程
（a）扩散控制型
扩散控制型
纯扩散 混合控制型
反应扩散
பைடு நூலகம்
表面浓度很快达到界面反应平衡浓度，化学热处理过 程主要取决于扩散过程。 渗层深度与扩散时间的关系： 这种扩散现象多数发生在化学热处理过程的初期，或 发生在渗剂活性不足以使渗入元素在工件表面达到钢中饱 和浓度的场合。 （b）混合控制型 扩散层深度与扩散时间之间符合抛物线定律。 表面被渗原子不能马上达到平衡浓度，渗层的增长速度 取决于界面反应速度（被渗原子溶入表面的速度）和金属
钢的化学热处理
63× 材 料：20钢 工艺情况：左图：900℃气体渗碳8h，坑冷； 右图：又经840℃淬火 浸蚀方法：4％硝酸酒精溶液浸蚀
800×
组织说明：左图：平衡态下，由表(图左)及里(图右)的组织形貌，珠光体(共析层)，珠 光体和网状铁素体(亚共析过渡层)，铁素体和 珠光体(心部)。其中共析层为0.95mm； 亚 共析层(过渡层)为0.95mm，总渗层为1.90mm。 右图：渗碳淬火后表层组织，马氏体和少量残余奥氏体。由图可知，渗层表层的碳 含量较低 (无过共析层)，淬火温度不高，故马氏体细小，在高倍下才能分辨出针叶状。