化学热处理技术
三种必备化学热处理知识
一．软氮化热处理为了缩短氮化周期，并使氮化工艺不受钢种的限制，在近年间在原氮化工艺基础上发展了软氮化和离子氮化两种新氮化工艺。
软氮化实质上是以渗氮为主的低温氮碳共渗，钢的氮原子渗入的同时，还有少量的碳原子渗入，其处理结果与一般气体氮化相比，渗层硬度较氮化低，脆性较小，故称为软氮化。
1、软氮化方法分为：气体软氮化、液体软氮化及固体软氮化三大类。
目前国内生产中应用最广泛的是气体软氮化。
气体软氮化是在含有活性氮、碳原子的气氛中进行低温氮、碳共渗，常用的共渗介质有尿素、甲酰胺、氨气和三乙醇胺，它们在软氮化温度下发生热分解反应，产生活性氮、碳原子。
活性氮、碳原子被工件表面吸收，通过扩散渗入工件表层，从而获得以氮为主的氮碳共渗层。
气体软氮化温度常用560-570℃，因该温度下氮化层硬度值最高。
氮化时间常为2-3小时，因为超过2.5小时，随时间延长，氮化层深度增加很慢。
2、软氮化层组织和软氮化特点：钢经软氮化后，表面最外层可获得几微米至几十微米的白亮层，它是由ε相、γ`相和含氮的渗碳体Fe3（C，N）所组成，次层为的扩散层，它主要是由γ`相和ε相组成。
软氮化具有以下特点：(1)、处理温度低，时间短，工件变形小。
(2)、不受钢种限制，碳钢、低合金钢、工模具钢、不锈钢、铸铁及铁基粉未冶金材料均可进行软氮化处理。
工件经软氮化后的表面硬度与氮化工艺及材料有关。
3、能显著地提高工件的疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性。
在干摩擦条件下还具有抗擦伤和抗咬合等性能。
4、由于软氮化层不存在脆性ξ相，故氮化层硬而具有一定的韧性，不容易剥落。
因此，目前生产中软氮化巳广泛应用于模具、量具、刀具（如：高速钢刀具）等、曲轴、齿轮、气缸套、机械结构件等耐磨工件的处理。
二.长轴氮化热处理目前，国内一般细长轴(2—3m)的热处理变形量要求不大于0.03～0.05mm，按传统制造工艺是很难达到这个要求。
经过对传统制造工艺流程和工艺进行改进和完善，使长轴最终氮化处理的变形量达到国内同行业先进水平。
钢的化学热处理
3. 渗氮的特点 （1）高硬度和高耐磨性 渗氮： 70HRC 500℃ 渗碳：60~62HRC 200℃ （2）高的疲劳强度 残余压应力 （3）变形小而规律性强 铁素体状态下进行 无需热处理 变形原因只有渗氮层的体积膨胀
（4）较好的抗咬合能力 高硬度 高温硬度 （5）较高的抗蚀性能 ε化合物层（化学稳定性高而且非常致密） 缺点： 处理时间长：生产成本高 渗氮层薄：不能承受太高的接触应力和冲 击载荷，脆性大
3. 硬度法 取样并进行表面处理 垂直于渗碳表面测量维氏硬度（试验力为 9.8N），做出硬度与至表面距离关系曲线， 以硬度大于550HV之层深作为有效渗碳层 深度。 优点：测量便捷、结果精确、设备简单
七．渗碳件的常见缺陷 1. 表面硬度偏低 原因：表面脱碳或出现了非马氏体组织 2. 渗碳层深度不足或不均匀 原因：渗碳温度偏低、渗碳时间过短、炉内 碳势偏 低 不均匀：炉气循环不良或温度不均
（2）二次加热淬火 定义：工件渗碳冷却后两次加热淬火。 淬火温度的选择：一次淬火加热温度一般为心部 成分的Ac3以上，目的是细化心部组织，消除表层 网状碳化物；二次淬火一般加热到Ac1以上，使渗 层获得细小粒状碳化物和隐晶马氏体，以保证获 得高强度和高耐磨性。 缺点：工艺复杂、成本高、效率低，变形大 适用：要求表面高耐磨性和心部高韧性的重要零 件
四．渗氮用钢及渗氮强化机理 1. 38CrMoAl 普通碳钢渗氮后无法获得高硬度高耐磨性 铬、钼、铝合金元素在渗氮时可形成硬度 很高，弥散分布的合金氮化物 38CrMoAl缺点：加工性差；淬火温度较高； 易于脱碳；渗氮后脆性较大
2. 强化机理 氮和合金元素原子在α 相中偏聚，形成混合G.P区， 成盘状，与基体共格，引起较大点阵畸变，从而使 硬度提高。 Fe16 N2 型过渡氮化物析出，也会引起硬度的强 烈提高。
化学热处理
化学热处理化学热处理是通过改变金属和合金工件表层的化学成分、组织和性能的金属热处理。
化学热处理的工艺过程普通是：将工件置于含有特定介质的容器中，加热到适当温度后保温，使容器中的介质(渗剂)分解或者电离，产生的能渗入元素的活性原子或者离子，在保温过程中不断地被工件表面吸附，并向工件内部扩散渗入，以改变工件表层的化学成份。
通常，在工件表层获得高硬度、耐磨损和高强度的同时，心部仍保持良好的韧性，使被处理工件具有抗冲击载荷的能力。
每一种化学热处理工艺都各有其特点，如果需要分别或者同时提高耐磨、减摩、抗咬死、耐蚀、抗高温氧化和耐疲劳性能，则根据工件的材质和工作条件选择相应的化学热处理工艺。
化学热处理是古老的工艺之一，在中国可上溯到西汉时期。
已出土的西汉中山靖王刘胜的佩剑，表面含碳量达O.6 ~ 0.7%，而心部为 O.15 ~ O.4%，具有明显的渗碳特征。
明代宋应星撰《天工开物》一书中，就记载实用豆豉、动物骨炭等作为渗碳剂的软钢渗碳工艺。
明代方以智在《物理小识》“淬刀” 一节中，还记载有“以酱同硝涂錾口，煅赤淬火”。
硝是含氮物质，当有一定的渗氮作用。
这说明渗碳、渗氮或者碳氮共渗等化学热处理工艺，早在古代就已被劳动人民所掌握，并作为一种工艺广泛用于刀兵和农具的制作。
随着化学热处理理论和工艺的逐步完善，自二十世纪初开始，化学热处理已在工业中得到广泛应用。
随着机械创造和军事工业的迅速发展，对产品的各种性能指标也提出了越来越高的要求。
除渗碳外，又研究和完善了渗氮、碳氮和氮碳共渗、渗铝、渗铬、渗硼、渗硫、硫氮和硫氮碳共渗，以及其他多元共渗工艺。
电子计算机的问世，使化学热处理过程的控制日臻完善，不仅生产过程的自动化程度越来越高，而且工艺参数和处理质量也得到更加可靠的控制。
按渗入元素的性质，化学热处理可分为渗非金属和渗金属两大类。
前者包括渗碳、渗氮、渗硼和多种非金属元素共渗，如碳氮共渗、氮碳共渗、硫氮共渗、硫氮碳 (硫氰)共渗等；后者主要有渗铝、渗铬、渗锌，钛、铌、钽、钒、钨等也是常用的表面合金化元素，二元、多元渗金属工艺，如铝铬共渗、钽铬共渗等均已用于生产。
化学热处理
化学热处理化学热处理是将工件置入含有活性原子的特定介质中加热和保温，使介质中一种或几种元素（如Ｃ、Ｎ、Ｓi、Ｂ、Ａl、Ｃr、Ｗ等）渗入工件表面，以改变表层的化学成分和组织，达到工件使用性能要求的热处理工艺。
其特点是既改变工件表面层的组织，又改变化学成分。
它可比表面淬火获得更高的硬度、耐磨性和疲劳强度，并可提高工件表层的耐蚀性和高温抗氧化性。
各种化学热处理都是由以下三个基本过程组成的。
1）分解由介质中分解出渗入元素的活性原子。
2）吸收工件表面对活性原子进行吸收。
吸收的方式有两种，即活性原子由钢的表面进入铁的晶格形成溶体，或与钢中的某种元素形成化合物。
3）扩散已被工件表面吸收的原子，在一定温度下，由表面往里迁移，形成一定厚度的扩散层。
1、渗碳:渗层组织:淬火后为碳化物、马氏体、残余奥氏体。
渗层厚度（mm），0.3～1.6，表面硬度，57～63HRC，作用与特点，提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度，渗碳温度（930℃）较高，工件畸变较大；应用，常用于低碳钢、低碳合金钢、热作模具钢制作的齿轮、轴、活塞、销、链条。
渗碳件渗碳后，都要进行淬火、低温回火，回火温度一般为150～200℃。
经淬火和低温回火后，渗碳件表面为细小片状回火马氏体及少量渗碳体，硬度可达58～64HRC，耐磨性能很好。
心部组织决定于钢的淬透性。
普通低碳钢如15、20钢，心部组织为铁素体和珠光体，硬度为10～15HRC。
低碳合金钢如20CrMnTi心部组织为回火低碳马氏体、铁素体及托氏体，硬度为35～45HRC，具有较高的强度、韧性及一定的塑性。
2.液体氮化也称软氮化，低温氰化，或者氮碳共渗，在渗氮过程中，碳原子也参与，因而比一般的单一气体渗氮具有更高的渗速，在渗层表面硬度相当的情况下，氮化层的脆性也比气体氮化小，软氮化因此得名。
氮化主要是往炉中加入纯氨，在200℃以上氨分解为活性氮原子，在500～580℃时，活性氮原子往钢件表面渗氮和扩散，得到0.3～0.5mm厚的高硬度、耐腐蚀、抗疲劳的氮化层。
模具表面的化学热处理技术
甲醇＋丙酮
风扇电动机 废气火焰 炉盖 砂封 电阻丝 耐热罐 工件 炉体
图 4-2 滴注式气体渗碳炉工作示意图
4．2．1．3 真空渗碳 真空渗碳是一个不平衡的增碳扩散型渗碳工艺，被处 理的工件在真空中加热到奥氏体化，并在渗碳气氛中渗碳， 然后扩散、淬火。由于渗碳前是在真空状态下加热，钢的 表面很干净，非常有利于碳原子的吸附和扩散。与气体渗 碳相比，真空渗碳的温度高，渗碳时间可明显缩短。
渗碳工艺应用于模具表面强化，主要体现在两个方面。 一方面用于低、中碳钢的渗碳。例如，塑料制品模具的形 状复杂，表面粗糙度要求高，常用冷挤压反印法来制造模 具的型腔。因此，可采用碳含量较低、塑性变形性能好的 塑料模具钢，如20、20Cr、12CrNi3A钢以及美国的P2、 P3、P4、P5钢等。先将退火状态的模具钢冷挤压反印法 成形，再进行渗碳或碳氮共渗处理。
4．2 模具表面的化学热处理技术 化学热处理是指将钢件置于特定的活性介质中加 热和保温，使一种或几种元素渗入工件表面，以改变 表层的化学成分、组织，使表层具有与心部不同的力 学性能或特殊的物理、化学性能的热处理工艺。化学 热处理的种类很多，一般都以渗入的元素来命名，常 用的化学热处理方法有渗碳、渗氮、碳氮共渗／氮碳 共渗、渗硼、渗金属等。
4．2．1．4 CD渗碳 CD渗碳是20世纪80年代后期出现的渗碳方法。CD渗 碳法采用含有大量强碳化物形成元素（如Cr、Ti、Mo、V） 的模具钢在渗碳气氛中加热，在碳原子自表面向内部扩散 的同时，渗层中沉淀出大量弥散合金碳化物，弥散碳化物 含量达50％以上，呈细小均匀分布，淬火、回火后可获得 很高的硬度和耐磨性。 经CD渗碳的模具心部没有像Cr12型模具钢和高速钢中 出现粗大共晶碳化物和严重的碳化物偏析，因而其心部韧 性比Cr12MoV钢提高3～5倍。实践表明，CD渗碳模具的使 用寿命大大超过Cr12型冷作模具钢和高速钢。
模具表面的化学热处理技术概述
第二节模具表面的化学热处理技术
2、液体法渗金属
分为两种，一种是盐浴法，一种是热浸法。
目前最常用的盐浴法渗金属是TD法。它是在熔融 的硼砂浴中加入被渗金属粉末，工件在盐浴中被加热， 同时还进行渗金属的过程。
以渗钒为例：把欲渗工件放人 (80—85)％ Na2B407＋20～15)％钒铁粉盐浴中，在950℃保温 3—5小时，即可得到一定厚度(几个微米到20微米)的
第二节模具表面的化学热处理技术
如固体渗铬，渗剂为100～200目铬铁粉(含 Cr65％)(40—60)％+NH4Cl(12—3)％，其余 为Al2O3,
渗铬过程 当加热至1050℃的渗铬温度时，氯 化铵分解形成HCl，HCl与铬铁粉作用形成CrCl2， 在CrCl2迁移到工件表面时，分解出活性铬原子 [Cr]渗入工件表面。与此同时，氯与氢结合成 HCI，HCI再至铬铁粉表面形成CrCl2，并重复前 述过程而达到渗铬目的。
第二节模具表面的化学热处理技术
TD法可以解决的问题
（1）由粘着磨损所引起的模具与工件或工件与工件之 间的拉伤、粘附问题，如各类钢板或有色金属的拉延、 弯曲、翻边、滚压成形和压铸成形等模具或其他相互接 触并有相对运动的工件表面，采用TD覆层处理是目前 解决此类问题最好的方法之一，并可以提高其使用寿命 数倍至数十倍。
第二节模具表面的化学热处理技术
碳氮共渗的分类
（1）碳氮共渗 以渗碳为主，共渗温度
820-870℃，渗剂为煤油、苯、甲苯、丙酮等， 同时通入氨气，或使用尿素、甲酰胺等。材料 一般为中、低碳钢及合金钢。
（2）氮碳共渗 以渗氮为主，共渗温度
550-570℃，渗剂为尿素、甲酰胺、三乙醇胺 等。材料不受限制。
（3）TD覆层厚度可达4～20mm，覆层致密光滑。 （4）具有极高的耐腐蚀性能。 （5）可以实现重复处理。
化学热处理方法
化学热处理方法
化学热处理是一种在工件表面涂覆化学物质并利用化学反应来
改善工件材料的热处理工艺。
以下是常见的化学热处理方法:
1. 渗碳:在工件表面涂覆碳素墨水,并在高温下加热,碳素墨水
会将碳元素渗入工件表面,形成渗碳层。
这种热处理方法可以用于制作高强度、高硬度的零部件。
2. 渗氮:在工件表面涂覆氮化墨水,并在高温下加热,氮化墨水
会使工件表面形成氮化层,提高工件的耐磨性和耐腐蚀性。
这种热处理方法可以用于制作耐磨、耐腐蚀的零部件。
3. 硬化:在工件表面涂覆硬化剂,并在高温下加热,硬化剂会在
工件表面形成坚硬的硬化层,提高工件的强度和硬度。
这种热处理方法可以用于制作高强度、高硬度的零部件。
4. 氧化:在工件表面涂覆氧化剂,并在高温下加热,氧化剂会在
工件表面形成氧化层,提高工件的耐腐蚀性。
这种热处理方法可以用于制作耐蚀的零部件。
5. 电镀:在工件表面涂覆电镀剂,并在高温下加热,电镀剂将工
件表面形成电镀层,提高工件的耐腐蚀性和耐磨性。
这种热处理方法可以用于制作需要耐腐蚀性和耐磨性的零部件。
化学热处理方法的应用范围非常广泛,可以用于制作各种零部件,如汽车发动机零件、航空航天部件、机械零件等。
化学热处理
化学热处理在金属切削加工中，经常遇到的是淬火、退火、正火和回火。
其中应用较多的是淬火与回火。
淬火是将钢件加热到临界点以上某一温度，保温适当时间后，在水或盐水等淬冷介质中快速冷却的一种金属热处理工艺。
淬火后硬度一般比原来硬度高，但有些牌号淬火后需要进行低温回火。
化学热处理的基本原理是把零件和工具浸没在一定浓度的化学介质(主要是渗碳剂)中进行加热处理，随着处理温度的升高和保温时间的增长，使渗碳层的组织转变为马氏体、贝氏体或托氏体，由于表面硬度升高，从而提高了零件表面的耐磨性。
这种表面处理叫做渗碳。
渗碳后还需要对零件进行高温回火。
它的目的是消除渗碳所引起的表面硬化及脆性，同时可降低零件中残余奥氏体的含量，并使工件具有良好的综合机械性能。
这种处理方法所能达到的硬度不高，只有60～70HRC左右。
一般低于60HRC的处理称为调质，它的工艺范围宽，适应性强。
用于各种类型、各种性能的钢材。
如弹簧钢、轴承钢、工具钢、高速钢以及要求特别硬度的工模具钢等。
正火是将工件加热到临界点以下某一温度后在空气中冷却，然后在水中冷却的金属热处理工艺。
正火后的组织比较均匀，有良好的综合力学性能，广泛用于各种结构零件的处理。
如碳素结构钢和低合金结构钢，各种工具钢，滚动轴承钢等。
常用于各种重要结构件、一般机器零件及高速切削刀具。
如车轴、机床主轴、内燃机曲轴、气缸体、齿轮、凸轮轴、连杆、小齿轮、活塞销等。
回火是将工件加热到临界点以上某一温度，保温一定时间，然后在水中或油中冷却，获得回火马氏体组织，以便进行切削加工或淬火后的中间退火。
最早的一种铝合金的化学热处理。
是在金属的碳氮共渗基础上开发出来的新工艺。
它采用较高的加热温度(一般为Ac1)和较低的加热速度(200 ℃/h)，使碳氮化合物分解而析出弥散分布的渗碳体，从而提高了硬度、耐磨性和疲劳强度。
现代铝合金的化学热处理广泛地应用于航空、宇航、汽车等领域。
近年来还在电子、电工等方面应用。
化学热处理的操作方法
化学热处理的操作方法
化学热处理是一种通过在化学溶液中加热材料来改变其物理和化学性质的过程。
以下是一般的化学热处理操作方法：
1. 准备工作：首先，准备所需的化学溶液和容器。
根据需要，选取适当的容器（如试管、烧杯或反应釜）和合适的溶液（如酸性、碱性或盐性溶液）。
2. 清洁材料：将待处理的材料彻底清洗，以去除表面污垢和杂质。
可以使用溶剂和刷子进行清洁。
3. 浸泡：将材料完全浸泡在化学溶液中。
确保材料完全覆盖，并且没有气泡留在材料表面。
根据需要，可以使用磁力搅拌器来提高混合效果。
4. 加热：将容器放置在加热设备上，并逐渐加热溶液。
根据所需的处理温度和时间，选择适当的加热速率和最终温度。
5. 控制温度和时间：对于不同的热处理过程，有不同的温度和时间要求。
确保在整个热处理过程中始终保持稳定的温度，并根据需要调整时间。
6. 冷却和清洗：一旦热处理达到所需的时间和温度，将容器从加热设备中取出，然后将材料迅速冷却到室温。
可以使用冷水浸泡或自然冷却。
7. 洗涤：将材料从化学溶液中取出，并用水彻底冲洗以去除任何残留的溶液或杂质。
8. 干燥：最后，将处理后的材料放在通风良好的地方自然晾干，或使用适当的干燥设备进行加速干燥。
请注意，以上是化学热处理的一般操作方法，具体的步骤和条件可能会因不同的材料和热处理要求而有所变化。
因此，在进行化学热处理之前，最好参考相关文献或向专业人员咨询以获得更准确的操作方法和条件。
化学热处理技术
化学热处理技术一、概述1.化学热处理的概念化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
由于机械零件的失效和破坏大多数都萌发在表层，特别在可能引起磨损、疲劳、金属腐蚀、氧化等条件下工作的零件，表层的性能尤为重要。
经化学热处理后的钢件，实质上可以认为是一种特殊复合材料。
工件心部为原始成分的钢，表层则是渗入了合金元素的材料。
心部与表层之间是紧密的晶体型结合，它比电镀等表面防护技术所获得的心部、表面的结合要强得多。
2.化学热处理的分类化学热处理的方法繁多，多以渗入元素或形成的化合物来命名，例如渗碳、渗氮、渗硼、渗硫、渗铝、渗铬、渗硅、碳氮共渗、氧氮化、硫氰共渗，还有碳、氮、硫、氧、硼五元共渗及碳（氮）化钛覆盖等。
3.化学热处理的基本过程化学热处理包括三个基本过程：化学渗剂分解为活性原子或离子的分解过程；活性原子或离子被钢件表面吸收和固溶的吸收过程；被渗元素原子不断向内部扩散的扩散过程。
（1）分解过程化学渗剂是含有被渗元素的物质。
被渗元素以分子状态存在，它必须分解为活性原子或离子才可能被钢件表面吸收及固溶，很难分解为活性原子或离子的物质不能作渗剂使用。
例如，普通渗氮时不用氮而用氨，因为氨极易分解出活性氮原子。
根据化学反应热力学，分解反应产物的自由能必须低于反应物的自由能，分解反应才可能发生。
但仅满足热力学条件是不够的，在实际生产中应用还必须考虑动力学条件，即反应速度；提高反应物的浓度和反应温度，虽然均可加速渗剂的分解，但受材料或工艺等因素的限制。
在实际生产中，使用催化剂以降低反应过程的激活能，可使一个高激活能的单一反应过程变为有若干个低激活能的中间过渡性反应过程，从而加速分解反应。
铁、镍、钴、铂等金属都是使氨或有机碳氢化合物分解的有效催化剂，所以钢件表面本身就是良好的催化剂，渗剂在钢件表面的分解速率比其单独存在时的分解速率可以提高好几倍。
化学热处理的种类及应用
化学热处理的种类及应用化学热处理是一种通过改变材料的组织结构和性能来提高材料性能的方法。
通过控制材料的加热、冷却和处理过程中的化学反应，使材料的硬度、强度、耐蚀性、耐磨性、耐疲劳性等性能得到改善。
化学热处理一般包括淬火、回火、正火、退火、固溶处理等处理方法，下面我将逐一介绍这些热处理的种类及应用。
淬火是化学热处理中最常见的一种方法，它是通过迅速冷却材料来使组织结构变硬，从而提高材料的硬度和强度。
淬火一般分为水淬、油淬、盐浴淬和气体淬火等不同的冷却介质。
不同的材料需要选择合适的淬火介质来获得最佳的性能。
淬火广泛应用于钢铁行业，如汽车制造、机械制造、航空航天等领域。
回火是淬火后的一种处理方法，它通过加热材料，控制加热温度和时间来改变材料的硬度和脆性，使其具有更好的可加工性和韧性。
回火也可分为不同的温度范围，如低温回火、中温回火和高温回火。
回火广泛应用于制造业，如工具制造、模具制造、刀具制造等领域。
回火可以提高材料的韧性和抗冲击性能，使其不易断裂。
正火是指将材料加热到足够的温度后，以自然冷却的方式使其组织结构改变，从而获得所需的性能。
正火可以改变材料的晶体结构并均匀分布碳化物，提高材料的硬度和强度。
正火广泛应用于汽车发动机制造、工程机械制造等领域，提高材料的耐磨性和强度。
退火是通过加热材料到一定的温度后，以适当的速度冷却，使其组织结构和性能得到改善。
退火可以消除材料中的内应力，改善材料的可加工性和韧性，提高材料的塑性和延展性。
退火广泛应用于铝制品、铜制品、不锈钢等金属材料的制造过程中，提高材料的可塑性和延展性。
固溶处理是指将固溶体加热到一定的温度，使固溶体溶解，然后快速冷却，使固溶体析出新的微观结构，改善材料的性能。
固溶处理常用于合金材料的制备。
固溶处理可以提高合金的硬度、强度和抗腐蚀性能，广泛应用于航空航天、船舶制造、汽车制造等领域。
总结起来，化学热处理涵盖了淬火、回火、正火、退火和固溶处理等不同的处理方法，每一种方法都有其独特的适用范围和应用领域。
钢的化学热处理三个基本过程
钢的化学热处理三个基本过程
钢的化学热处理包括三个基本过程：分解、吸收和扩散。
分解是指渗剂中生成能渗入钢表面的活性原子的化学反应，通常包括分解反应、置换反应和还原反应。
化学反应速度除取决于反应物的本性外，还与温度、压力、浓度、催化剂有关。
一般增加浓度和升高温度，能增加反应速度。
添加催化剂可以使反应速度剧增。
吸收是指一切固体都能或多或少地把周围介质中的分子、原子或离子吸附到自己的表面上来。
粗糙的表面比平滑的表面吸附作用强，晶界比晶内吸附作用强。
扩散是指活性原子从工件表层向内部的扩散，这是化学热处理过程中的重要环节。
扩散速度与温度和浓度梯度有关，通常温度越高，扩散越快。
以上三个过程是相互联系、相互影响的，必须同时进行，以保证化学热处理的顺利进行。
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化学热处理的特点
化学热处理的特点化学热处理是一种常用的材料表面处理技术，通过改变材料的组织结构和性能，从而提高材料的性能和使用寿命。
它广泛应用于金属材料、陶瓷材料和复合材料等领域。
化学热处理的特点主要有以下几个方面：1. 温度控制精确：化学热处理是在高温条件下进行的，温度控制是非常关键的。
通过精确控制温度，可以使材料达到最佳的热处理效果，提高材料的性能。
2. 时间控制准确：化学热处理的时间也是非常重要的。
不同的材料和不同的热处理工艺需要不同的时间来完成。
通过准确控制时间，可以使材料达到最佳的热处理效果。
3. 热处理工艺多样：化学热处理包括多种不同的工艺，如退火、淬火、回火等。
不同的工艺可以使材料达到不同的性能要求。
根据具体应用需求，可以选择合适的热处理工艺。
4. 良好的表面质量：化学热处理可以改善材料的表面质量。
在热处理过程中，可以去除材料表面的氧化物、气体和其他杂质，使材料表面变得光洁平滑。
5. 提高材料性能：化学热处理可以改善材料的力学性能、物理性能和化学性能。
通过调整热处理工艺参数，可以提高材料的强度、硬度、韧性等性能指标。
6. 适用范围广泛：化学热处理适用于多种材料，如钢铁、铝合金、镁合金、钛合金等。
不同材料可以通过不同的热处理工艺来改善其性能。
7. 经济高效：化学热处理是一种经济高效的表面处理技术。
相比其他表面处理方法，它具有成本低、效率高、效果好等优点。
8. 环保节能：化学热处理过程中产生的废气、废水和废渣可以进行回收利用或者进行环境友好处理，减少对环境的污染。
总之，化学热处理是一种重要的表面处理技术，具有温度控制精确、时间控制准确、热处理工艺多样、良好的表面质量、提高材料性能、适用范围广泛、经济高效和环保节能等特点。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的热处理工艺，以提高材料的性能和使用寿命。
感应热处理与化学热处理-概述说明以及解释
感应热处理与化学热处理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述感应热处理和化学热处理是两种常见的热处理方法，它们在金属材料的改性和优化方面发挥着重要作用。
感应热处理是一种利用感应加热原理进行热处理的方法，通过电磁感应产生的感应电流在短时间内将金属加热到所需温度，然后通过冷却达到所需的组织结构和性能。
化学热处理是利用化学反应进行热处理的方法，通过将金属材料置于特定的化学溶液中，通过溶液中的化学反应改变金属的组织结构和性能。
本文将对感应热处理和化学热处理进行详细的介绍和比较分析。
首先，我们将对两种热处理方法的背景进行介绍，包括其发展历程、研究现状和应用领域。
然后，我们将分析感应热处理和化学热处理的工艺特点，包括其操作过程、加热方式、冷却方式等。
通过比较两种方法的优缺点，我们将得出它们在不同应用场景下的适用性和限制。
最后，我们将就感应热处理和化学热处理的应用前景进行展望，并提出未来研究的方向和挑战。
通过本文的撰写，希望能够为读者提供关于感应热处理和化学热处理的深入了解，促进这两种方法在工业生产和科学研究中的应用，为金属材料的改性和优化提供有力支持。
文章结构部分(1.2 文章结构)：本文主要探讨感应热处理与化学热处理两种不同的热处理方法，并对其背景介绍和工艺特点进行详细分析。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要概述了感应热处理和化学热处理的研究意义和重要性，介绍了它们在材料加工和金属工业上的应用。
同时，也说明了本文的目的和研究内容。
正文部分分为两个小节，分别介绍了感应热处理和化学热处理的背景介绍和工艺特点。
在感应热处理部分，将详细解释其原理和工艺流程，并探讨其在材料改性、疲劳寿命提高等方面的应用。
在化学热处理部分，将介绍其基本原理和常见的处理方法，重点讨论其在改善材料硬度、耐腐蚀性等方面的优势。
结论部分将对感应热处理和化学热处理进行对比分析，探讨它们各自的优缺点。
同时，也会展望两种方法在未来的应用前景，指出其在材料加工和金属工业领域的潜在价值。
化学热处理
2.组织和性能： ●组织 外层：白色ε或γ相的氮化物薄层，很脆，用精 磨磨去。 中间：暗黑色含氮共析体（α＋γ′）层。 心部：原始回火索氏体组织。
Fe-N相图 倍
38CrMoAl钢氮化层显微组织 400
氮 化 层 组 织
38CrMoAl氮化层硬 度
●性能 （1）氮化后硬度很高 (1000 HV-1100 HV), 在600 ℃-650 ℃不下降, 具有很高的耐磨性和热硬性。 （2）渗氮层体积增大, 造成表面压应力, 疲劳强度 大大提高。 （3）氮化温度低, 零件变形小。 （4）表面形成致密的化学稳定性较高的ε相层, 耐 蚀性好, 在水中、过热蒸气和碱性溶液中均很稳定。
实际应用：丝杠、镗床主轴
三、碳氮共渗
碳氮共渗：同时向零件表面渗入碳和氮的 化学热处理工艺，也称氰化。
一般采用高温或低温两种气体碳氮共渗。 低温碳氮共渗以氮为主，实质为软氮化。
1.高温碳氮共渗工艺 2.工碳件氮放共炉渗内后，的加性热能到、8应3用0 ℃～850 ℃，滴入 煤油(1，) 共同渗时并通淬氨火气后，,保得温到1含h氮～马2 氏h后体，, 耐共磨渗性层比可 达 渗0碳.2的m更m好～。0.5 mm。 高 (2)温共碳渗氮层共具渗有主比要渗是碳渗层碳更，高氮的的压渗应入力使, 碳疲浓劳度强 很 度更快高提,高耐，蚀使性共也渗较温好度。降低和时间缩短。 碳实氮际共应渗用后：淬齿火轮,、再凸低轮温轴回火。
不锈钢活塞环表面渗氮
离子氮化的优点： 渗速是气体渗氮的3-4倍。 渗层具有一定的韧性。 处理后变形小, 表面银白色, 质量好。 能量消耗低, 渗剂消耗少, 对环境几乎无污染。
工程应用：用于轻载、高速条件下工作的需要耐 磨耐蚀的零件及精度要求较高的细长杆类零件。
叙述化学热处理的三个过程
叙述化学热处理的三个过程
化学热处理是利用化学反应、热效应和扩散作用，改变金属或合金表面化学成分和组织结构，以获得所需性能的一种热处理工艺。
一般来说，化学热处理包括三个过程：
1. 分解：将含有欲渗元素的物质分解，产生能够渗入工件表面的活性原子。
分解反应可以通过加热、蒸发、电解等方式进行。
例如，渗碳处理时，将甲烷或乙烷等碳氢化合物通入高温炉中，在一定条件下发生分解，产生活性碳原子。
2. 吸收：分解产生的活性原子被工件表面吸收，进入表层金属并向内扩散。
吸收过程受到工件表面状态、化学成分、温度等因素的影响。
为了提高吸收效果，可以对工件表面进行预处理，如清洁、抛光等。
3. 扩散：被吸收的活性原子在工件内部沿着浓度梯度向内扩散，形成一定厚度的扩散层。
扩散过程的速度取决于温度、时间和原子的扩散系数。
通常，提高温度和延长时间可以加速扩散过程。
这三个过程相互关联，相互影响。
在实际的化学热处理过程中，需要合理控制各个过程的条件，以获得理想的渗层性能。
化学热处理具有广泛的应用，可以提高工件的耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度等性能，常用于机械制造、汽车、航空航天等领域。
化学热处理的方法
化学热处理的方法化学热处理是通过改变物质的化学组成和物理结构来改变材料性能的一种方法。
常见的化学热处理方法包括淬火、回火、固溶处理、沉淀处理等。
淬火是将材料急速冷却，使其从高温状态迅速转化为低温状态的过程。
淬火可以通过将材料放入冷却介质中，如水或油中进行，也可以通过将材料暴露在大量冷空气中实现。
淬火后的材料通常具有高硬度和高强度，但是也会变脆。
淬火是通过迅速将材料中的相变来改变其物理和化学性质的方法。
回火是将淬火后的材料在适当温度下进行加热保温一段时间，然后再冷却的过程。
回火可以降低材料的硬度，提高韧性和延展性。
回火的温度和时间可以根据需要调节，以实现所需的性能。
回火是通过改变材料中残留的淬火应力和调整组织结构来改变物质性能的方法。
固溶处理是将固体溶质溶解在固体溶剂中的过程。
在固溶处理中，材料被加热到高温，使固体溶质在固体溶剂中溶解。
然后，将材料快速冷却以形成固溶体。
固溶处理通常用于合金材料，通过调整溶质的含量和分布来改变材料的物理和化学性质。
固溶处理可以增加合金材料的强度、硬度和耐腐蚀性。
沉淀处理是通过在溶液中加入适当的化学试剂，使材料中的某些成分析出并形成沉淀物的过程。
沉淀处理可以用来改变材料的化学组成、晶体结构和晶粒尺寸等。
通过控制沉淀处理的条件和处理时间，可以对材料进行精确的调控。
沉淀处理可以用于改变材料的导电性、磁性和光学性质。
除了上述的常见化学热处理方法，还有一些特殊的热处理方法，如氧化还原处理、硝酸处理和氢气处理等。
这些方法根据不同的材料和处理目的选择不同的处理条件。
总的来说，化学热处理是通过改变材料的化学组成和物理结构来改变材料性能的一种方法。
不同的热处理方法可以实现对材料性能的精确调控，从而使材料可以适应不同的应用领域。
化学热处理在金属、合金、陶瓷等材料的制备和加工过程中起着重要的作用。
化学热处理的基本过程
化学热处理的基本过程一、引言化学热处理是指通过在材料加热的同时进行化学反应，以改变材料的物理性能和化学性质的一种方法。
它广泛应用于金属材料的改性和加工过程中，具有重要的工程意义。
本文将介绍化学热处理的基本过程。
二、预处理在进行化学热处理之前，首先需要对待处理材料进行预处理。
预处理的目的是去除材料表面的污染物和氧化层，以保证化学热处理的效果。
常用的预处理方法包括酸洗、碱洗和电解清洗等。
酸洗可以去除材料表面的氧化皮和锈蚀物，碱洗可以去除材料表面的油脂和污垢，电解清洗可以通过电解作用去除材料表面的氧化物。
三、加热加热是化学热处理的关键步骤。
在加热过程中，需要将材料加热到一定的温度范围，使其达到所需的相变温度。
相变温度是指材料在加热过程中发生相变的温度，常见的相变包括固态相变和液态相变。
加热可以通过多种方式进行，如电阻加热、感应加热和火焰加热等。
其中，电阻加热是最常用的加热方式，通过通电使加热元件发热，将热量传递给待处理材料。
四、反应在加热过程中进行的化学反应是化学热处理的核心部分。
化学反应的种类和机理取决于待处理材料的组成和所需的性能改善。
常见的化学反应包括固溶体形成、相变和析出等。
固溶体形成是指在加热过程中，溶质原子溶解在晶格中形成固溶体。
相变是指材料的组织结构发生变化，常见的相变有奥氏体转变、铁素体转变和马氏体转变等。
析出是指在加热过程中，溶质原子从固溶体中析出形成新的相。
五、冷却冷却是化学热处理过程的最后一步。
在冷却过程中，需要将已经完成化学反应的材料快速冷却，以固定其组织结构和性能改善的效果。
冷却可以通过多种方式进行，如水冷、气冷和盐浴冷却等。
其中，水冷是最常用的冷却方式，通过将材料浸入冷却介质中，使其迅速降温。
六、后处理化学热处理完成后，还需要进行后处理工序。
后处理的目的是消除化学热处理过程中产生的不良效果，如残余应力和氢脆等。
常见的后处理方法包括退火、回火和淬火等。
退火是通过加热材料并使其缓慢冷却，以消除残余应力和提高材料的塑性。
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化学热处理技术应用和发展摘要：浅谈化学热处理原理、反应机理，以及化学热处理分类、应用和发展前景、技术特点关键词：化学热处理；碳渗；氮渗；稀土化学前言化学热处理是一种通过改变金属和合金工件表层的化学成分、组织和性能的金属热处理。
它的工艺过程一般是：将工件置于含有特定介质的容器中，加热到适当温度后保温，使容器中的介质(渗剂)分解或电离，产生的能渗入元素的活性原子或离子，在保温过程中不断地被工件表面吸附，并向工件内部扩散渗入，以改变工件表层的化学成分。
通常，在工件表层获得高硬度、耐磨损和高强度的同时，心部仍保持良好的韧性，使被处理工件具有抗冲击载荷的能力。
一、化学热处理原理化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温，使活性物质的原子渗入工件的表层中，改变其表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺，是表面合金化与热处理相结合的一项工艺技术。
二、化学热处理的过程化学热处理包括三个基本过程，即①化学渗剂分解为活性原子或离子的分解过程；②活性原子或离子被金属表面吸收和固溶的吸收过程；③被渗元素原子不断向内部扩散的扩散过程。
(1) 分解过程渗剂通过一定温度下的化学反应或蒸发作用，形成含有渗入元素的活性介质，然后通过活性原子在渗剂中的扩散运动而到达工件的表面。
(2) 吸收过程渗入元素的活性原子吸附于工件表面并发生相界面反应，即活性物质与金属表面发生吸附—解吸过程。
(3) 扩散过程吸附的活性原子从工件的表面向内部扩散，并与金属基体形成固溶体或化合物。
三、化学热处理的分类1.按渗入元素的数量分类（1）单元渗：渗碳，渗氮，渗硫，渗硼，渗铝，渗硅，渗锌，渗铬，渗钒等。
（2）二元渗：碳氮共渗，氮碳共渗，氧氮共渗，硫氮共渗，硼铝共渗，硼硅共渗，硼碳共渗，铬铝共渗，铬硅共渗，铬钒共渗，铬氮共渗，铝稀土共渗，铝镍共渗等。
（3）多元渗：氧氮碳共渗，碳氮硼共渗，硫氮碳共渗，氧硫氮共渗，碳氮钒共渗，铬铝硅共渗，碳氮氧硫硼共渗等。
2.按渗剂的物理形态分类(1) 固体法：颗粒法，粉末法，涂渗法(膏剂法、熔渗法)，电镀、电泳或喷涂后扩散处理法。
(2) 液体法：熔盐法(熔盐渗、熔盐浸渍、熔盐电解)，热浸法(加扩散处理〕，电镀法(加扩散处理)，水溶液电解法。
(3) 气体法：有机液体滴注法，气体直接通人法，真空处理法，流态床处理法。
(4) 辉光离子法：离子渗碳或碳氮共渗，离子渗氮或氮碳共渗.离子渗硫，离子渗金属。
3.按钢铁基体材料在进行化学热处理时的组织状态分类(1) 奥氏体状态：渗碳，碳氮共渗，渗硼及其共渗，渗铬及其共渗。
渗铝及其共渗，渗钒、渗钦、渗错等。
(2) 铁素体状态：渗氮，氮碳共渗，氧氮共渗及氧氮碳共渗，渗硫，硫氮共渗及硫氮碳共渗，氮碳硼共渗，渗锌。
4.按渗入元素种类分类(1) 渗非金属元素：渗碳，渗氮，渗硫，渗硼，渗硅。
(2) 渗金属元素：渗铝，渗铬，渗锌，渗钒。
四、化学热处理的特点(1) 渗层与基体金属之间是冶金结合，结合强度很高，渗层不易脱落或剥落。
(2) 由于外部原子的渗入，通常在工件表面形成压应力层，有利于提高工件的疲劳强度。
(3) 通过选择和控制渗入的元素及渗层深度，可使工件表面获得不同的性能，以满足各种工况条件。
(4) 化学热处理通常不受工件几何形状的局限，并且绝大部分化学热处理具有工件变形小、精度高、尺寸稳定性好的特点。
(5) 所有化学热处理均可改善工件表面的综合性能。
大多在提高机械性能的同时，还能提高表面层的抗腐蚀、氧化、减摩、耐磨、耐热等性能。
(6) 化学热处理后的工件实际上具有(表面—心部)复合材料的特点，可大大节约贵重的金属材料，降低成本，经济效益显著。
五、化学热处理的作用每一种化学热处理工艺都各有其特点，通常需要分别或同时提高耐磨、减摩、抗咬死、耐蚀、抗高温氧化和耐疲劳性能，那么就需要根据工件的材质和工作条件选择相应的化学热处理工艺。
化学热处理还可以使工件表层获得高硬度、耐磨损和高强度的同时，心部仍保持良好的韧性，被处理工件具有抗冲击载荷的能力。
六、化学热处理的应用1.化学热处理的渗非金属和渗金属技术（1）渗碳渗碳工艺广泛应用于飞机、汽车、机床等设备的重要零件中，如齿轮、轴和凸轮轴等。
渗碳是应用最广、发展得最全面的化学热处理工艺。
用微处理机可实现渗碳全过程的自动化，能控制表面含碳量和碳在渗层中的分布。
（2）渗氮渗氮是使氮原子向金属工件表层扩散的化学热处理工艺。
钢铁渗氮后，可形成以氮化物为主的表层。
当钢中含有铬、铝、钼等氮化物时，可获得比渗碳层更高的硬度、更高的耐磨、耐蚀和抗疲劳性能。
渗氮主要用于对精度、畸变量、疲劳强度和耐磨性要求都很高的工件，例如镗床主轴、镗杆，磨床主轴，气缸套等。
（3）碳氮共渗和氮碳共渗碳氮共渗和氮碳共渗是在金属工件表层同时渗入碳、氮两种元素的化学热处理工艺。
前者以渗碳为主，与渗碳相比，共渗件淬冷的畸变小，耐磨和耐蚀性高，抗疲劳性能优于渗碳，70年代以来，碳氮共渗工艺发展迅速，不仅可用在若干种汽车、拖拉机零件上，也比较广泛地用于多种齿轮和轴类的表面强化；后者则以渗氮为主，它的主要特点是渗速较快，生产周期短，表面脆性小且对工件材质的要求不严，不足之处是工件渗层较薄，不宜在高载荷下工作。
（4）渗硼渗硼是使硼原子渗入工件表层的化学热处理工艺。
硼在钢中的溶解度很小，主要是与铁和钢中某些合金元素形成硼化物。
渗硼件的耐磨性高于渗氮和渗碳层，而且有较高的热稳定性和耐蚀性。
渗硼层脆性较大，难以变形和加工，故工件应在渗硼前精加工。
这种工艺主要用于中碳钢、中碳合金结构钢零件，也用于钛等有色金属和合金的表面强化。
（5）渗硫渗硫是通过硫与金属工件表面反应而形成薄膜的化学热处理工艺。
经过渗硫处理的工件，其硬度较低，但减摩作用良好，能防止摩擦副表面接触时因摩擦热和塑性变形而引起的擦伤和咬死。
（6）硫氮共渗、硫氮碳共渗硫氮共渗、硫氮碳共渗是将硫、氮或硫、氮、碳同时渗入金属工件表层的化学热处理工艺。
采用渗硫工艺时，渗层减摩性好，但在载荷较高时渗层会很快破坏。
采用渗氮或氮碳共渗工艺时，渗层有较好的耐磨、抗疲劳性能，但减摩性欠佳。
硫氮或硫氮碳共渗工艺，可使工件表层兼具耐磨和减摩等性能。
（7）渗金属渗金属是将一种或数种金属元素，渗入金属工件表层的化学热处理工艺。
金属元素可同时或先后以不同方法渗入。
在渗层中，它们大多以金属间化合物的形式存在，能分别提高工件表层的耐磨、耐蚀、抗高温氧化等性能。
常用的渗金属工艺有渗铝、渗铬、渗锌等。
2.钢铁材料表面金属碳化物扩散覆层技术金属碳化物扩散覆层技术是在一定的处理温度下将工件置于硼砂熔盐及其特种介质中，通过特种熔盐中的金属原子和工件中的碳、氮原子产生化学反应，在工件表面扩散而形成一层几微米至二十余微米的钛、铌、铬、钒等金属碳化物层。
目前在解决冷作模具磨损失效的应用其技术、品质、成本等综合优势明显。
3.物理气相沉积和化学气相沉积技术物理气相沉积广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等领域制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、磁性、压电、滑润、超导等薄膜。
化学气相沉积广泛用于机械制造、航空航天、交通运输、煤化工等工业领域。
4.稀土化学热处理技术在稀土化学热处理方面主要是高效稀土催渗剂的应用。
5.可控气氛化学热处理方面主要是向热处理炉中加入两种介质一种是含有多余深入元素的富化气，另一种是深入元素不足或深入元素的稀释气，以实现少氧化、无氧化、无脱碳加热，控制渗碳等介质成分，获得表面组织和力学性能良好的工件。
6.化学热处理的废气回收与再利用技术现已经应用于清洁废气的排放，且已经实现完全吸收。
7.等离子体化学热处理主要用于轻载、高速条件下工作的耐磨、耐蚀件及精度要求较高的细长杆类件等。
七、化学热处理的发展我国在热处理技术这一方面已得到了长久的发展, 在热处理的基础理论和某些热处理新工艺、新技术研究方面已达到国际先进水平, 但目前在我国工业生产中大部分应用的仍然是常规热处理工艺, 今后仍将占有重要的地位和相当大的比重, 正在日益改进和不断完善。
我国热处理生产工艺和热处理设备方面还存在较大的差距, 主要表现在少无氧化热处理应用少、产品质量不稳定、能耗大、污染严重、管理水平低、成本高。
所以我国的化学热处理的发展及今后的发展趋势：根本出发点是绿色环保，节约能源。
其具体的途径有：一是化学催渗；二是物理场强化。
具体有以下几个方面:1.稀土化学热处理近年来，虽然稀土化学热处理应用和开发获得了迅速发展，但要取得规模化推广应用，还需突破以下几个方面的问题：（1）有关稀土化学热处理工艺内在规律的探讨；（2）高效稀土催化剂的开发；（3）应用新领域的开拓。
2.可控气氛化学热处理技术在生产中应用广泛，工艺成熟。
3.采用新工艺，不断优化化学热处理①分段控制新工艺②洁净的短时渗透技术③添加适量的催渗剂，提高渗剂或工件表面的活性④采用化学热循环处理⑤适当提高扩渗温度4.采用多元共渗工艺，共渗工艺发展较快，工艺成熟，所以目前生产中广泛使用共渗工艺。
5.复合表面工程的发展在单一化学热处理技术发展的同时，综合运用化学热处理技术与一种或多种其它表面工程技术的复合表面工程技术有了迅速的发展。
6.化学热处理的废气回收与再利用技术目前将渗氮废气经过完全吸收实现清洁排放（排除N2和H2）的技术已在国内申请专利。
7.真空化学热处理的发展真空渗碳的速度比气体渗碳的速度快2倍以上，质量也明显优于一般气体渗碳工艺，而且还可以大量节约渗剂的用量，且较容易进行质量控制。
所以其发展速度较快，工艺日趋成熟。
8.等离子体化学热处理离子渗氮在技术上最为成熟，而离子渗碳、离子渗流、离子渗金属等则尚需开发与推广。
9.流态床化学热处理目前，国外在流态床化学热处理方面的新发展有：将计算机控制技术引进流态床渗碳的在线控制上；探讨采用流态床沉积超硬层（TD法）、渗金属等新工艺。
10.高能束化学热处理激光淬火技术已日趋成熟，正在加速推广，而激光化学热处理技术则处于开发与应用阶段。
八、参考文献【1】《化学热处理发展与前景展望》【2】《离子化学热处理及其发展》.中国表面工程 .2000年第1期【3】《金属材料先进化学热处理技术及应用》.科技视界.2012年05月第13期【4】《表面处理技术概论》.刘光明 .化学工艺出版社【5】《化学热处理过程的基本过程》.张士勋.《华南理工大学学报(自然科学版)》 1980年01期。