特殊热处理——可控气氛

无须预除钝化膜即可对不锈钢进行气体渗氮；
渗氮层组织和相组成可以控制,；
渗层脆性小、质量好,可显著提高渗氮速度,其处理周 期约为气体渗氮的1 /3～1 /5。
Q：
由于工件棱角、平面处接受离子撞击的概率不同,致 使棱角、平面处温度不一致；
温度场均匀性和检测温度的可靠性较差；
工件要有一定批量。
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净化放热式气氛
ห้องสมุดไป่ตู้
典型成分（体积%）为：
淡型: CO 1.7~1.8%, H2 0.9~1.4%，N2 其余; 浓型: CO 10.5~11.2%,H2 8.3~13.4%,N2 其余
用于渗碳、碳氮共渗载气、钢件退火、正火、 淬火、回火等；
丙烷、丁烷制备。
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氨基气氛
空气制氮的氨基气氛：
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基本原理
分解：渗剂中生成能渗入工件表面的活性原 子的反应。
吸附：活性的原子（或离子）于表面金属的 原子产生键合而浸入其表层。
扩散：工件表面吸附活性原子（或离子）后 ，其表面浓度与内部形成浓度梯度，满足扩 散条件，渗入的元素相内部迁移形成一定厚 度的扩散层。
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可控气氛热处理目的
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主要的可控气氛
段式淬火。
催渗渗氮：添加起催渗作用的物质加速扩散。
渗氮新工艺：电接触加热渗氮、磁场加速渗氮、 超声波渗氮、等离子渗氮等。
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深层渗氮
32Cr3MoVE钢深层渗氮(三段式气体渗氮）
深层渗氮工艺
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深层渗氮层的硬度及残余应力
渗氮－渗碳层硬度梯度
渗层残余应力分布（磨削后）
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离子渗氮
优点：
氨分解气氛：
❖ H2 75%,N2 25%.
❖ 不锈钢、硅钢的退火等
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特殊气氛
有机液体的滴注式气氛：
典型成分（体积%）为： CO 33.0%, CO2 0.1~1.0%，H2 66.0%，CH4<1.5%
有机液体：甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、醋酸 乙酯等
用于钢件的淬火、渗碳、碳氮共渗载气。
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吸热式气氛
气氛组成：CO、CO2、N2、H2O、H2 碳氢气和空气的比例应使有足够的氧形成一氧化碳
和氢而不足以形成二氧化碳及水蒸气。
氧化反应本质是吸热的，燃烧过程只能借助于外部 加热来维持，氧化过程释放的热不足以维持反应。
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吸热式气氛
采用天然气及丙烷制备：
2CH4 +O2=CO+4H2
按原料分类：
碳氢化合物
➢ 吸热式气氛
➢ 放热式气氛
➢ 净化放热式气氛
空气制氮的氨基气氛
液氨制备的气氛
有机液体的滴注式气氛
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主要保护气氛的成分和露点
气氛的类别及标识
放热型气体（浓）DX 吸热型气体RX
净化的氨基气体 单组分气体NX
分解氨AX
CO 4~12 15~25
1~5 0
成分%
CO2
H2
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离子渗氮改进
当前采用外热式加热,首先将炉内温度加热达 到400 ℃左右,再由离子轰击达到最终工艺温度 ,可较为有效地改善炉温均匀性。
先离子渗氮、后气体渗氮,充分利用离子渗氮 的优势,在渗氮前期更快地使氮原子渗入工件 中,后期则采用气体渗氮,调整渗层组织,实现渗 层优化。
金属活性屏作为炉子阴极,完全可避免弧光和
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可控气氛渗氮
渗氮是在含有氮原子的气体介质中， 将工件 加热到一定温度后，钢的表面被碳原子渗入的 一种工艺。
工艺较复杂、时间长、成本高， 应用于耐磨 、耐蚀和精度要求高的耐磨件。
渗氮的渗层结构
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钢中渗氮层的结构
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渗氮工艺分类
低温渗氮： 600℃以下 高温渗氮： 600－1200℃ 分段渗氮：分别在较低温度剂及较高温度进行阶
可控气氛热处理
化学热处理的工艺方法
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可控气氛热处理概述
为防止氧化、脱碳等缺陷，将热处理炉中充入中 性气氛或还原气氛等，对工件进行保护加热处理 ，或同时进行渗碳、渗氮、碳氮共渗等化学热处 理，称为可控气氛热处理。
将工件放在含有渗入元素的活性气体介质中， 加 热到一定的温度后进行保温，利用固态扩散使渗 入元素被吸附并扩散到表面层，改变表面层的化 学成分，从而使工件表面层的组织结构和性能发 生变化。
4~8
4~15
0.5
30~60
0.1
1~5
0
75
N2 余量 余量
余量 25
露点
-10/+20 -15/+5
-30 -30
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主要保护气的来源及应用
气氛的类型 放热型气体DX
吸热型气体RX
基本燃料 丙烷，丁烷，油，天
然气
丙烷，丁烷，天然气
使用范围
铁基金属光亮退火，浓 有色金属，淡 电机和变压器硅钢片的脱碳 硬钎焊烧结 渗碳 退火，淬火，普通烧结，无脱碳的硬
典型成分：CO CH40.5%， N2
4100%%，，HC2OO200..21%%，
H2
40%，
2C3H8+3O2=6CO + 8H2
典型成分：CO 23.7%， CO2 0.1~1.0%， H2 31.6%，CH4<1%， N2 44.7%，
用于渗碳、碳氮共渗载体气，淬火。
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放热式气氛
典型成分（体积%）为：
典型成分（体积%）： CO 7.5~10%, 15.0~20.0%，CH40.3%，N2 余量
CO2
0.11~0.19%,
H2
用于渗碳、碳氮共渗、渗氮、钢件退火、正火、淬火、回火；
钎焊及烧结保护等；
氮气+甲醇（CH3OH）制备。
液氨制备的气氛：
氨燃烧气氛：
❖ H2 1.0~20%,N2 余量. ❖ 不锈钢、电工钢、低碳钢的光亮退火、淬火、渗碳、碳氮共渗载气。
空心阴极放电损坏零件。
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循环变温离子渗氮
45钢循环渗碳工艺
周期性的渗氮+时效,使ε→α″+ Fe3 C,形成α″通道和 若干缺陷界面,有利于提高N的扩散速度
淡型: CO 1.5%, CO2 10.5~12.8%, H2 0.8~1.2%， CH40%，N2 其余;
浓型: CO 10.2~11.1%,CO2 5.0~7.3%， H2 6.7~12.5%，CH40.5%，N2 其余。
用于低碳钢退火、正火、淬火、回火；铜的退火、 钎焊及烧结保护等；
液化石油气制备。
材料烧结
净化的氨基气体 单组分气体NX
丙烷，丁烷，天然气 黑心可锻铸铁的退火，
油
无脱碳退火，低温退火，
炉子净化
氨基气体AX
氨（利用分解过程） 合金钢的退火和硬钎焊（存在Cr，
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Al， Si）
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工业使用率的统计
放热气氛25%
吸热气氛25%
净化的氮基或单组分气体气氛30%
分解氨气氛12%
其他气氛8%