热处理原理与工艺 作者 赵乃勤 第11章 化学热处理116页PPT
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气体渗碳是工件在气体介质中进行渗碳的方法。
11.2.2 渗碳剂及渗碳化学反应
渗碳剂是提供活性碳原子的化学介质。常用 的气体渗碳剂有两大类：一类是碳氢化合物 有机液体，如煤油、苯和丙酮等，在渗碳炉 内的高温下发生热分解，析出活性碳原子； 另一类是气态的，如吸热式保护气、城市煤 气等。
11.2.3 典型的气体渗碳方法简介
2.渗碳件组织对性能的影响
(1)渗层碳化物 (2)残留奥氏体 (3)心部组织对渗碳件性能的影响 (4) 渗碳层与心部的匹配对渗碳件性能的影响
(1)渗层碳化物
渗层中的碳化物可以显著提高零件的耐磨性 和抗咬合能力。
a)碳含量分布曲线 b)淬火组织 示意图 c)渗层中残留奥氏体量
d)渗层硬度
5.渗碳件的质量检查
渗碳件的质量检查一般包括：①渗碳钢原材料 检查；②渗层质量检查，包括渗层深度、渗层 碳含量，碳化物、残留奥氏体及马氏体级别的 评定；③渗碳件心部游离铁素体级别的评定； ④渗层和心部硬度的检查；⑤渗碳件变形量的 检查和表面氧化、脱碳以及软点检查。
11.2.5 渗碳后钢的组织与性能［2］
1.渗碳层的组织 2.渗碳件组织对性能的影响 3.钢中合金元素对渗碳组织和性能的影响
1.渗碳层的组织
图11-9
500×
1.渗碳层的组织
图11-10 10钢经渗碳、淬火、回火后表层、过渡区及心部的组织形貌(500
1.渗碳层的组织
图11-11 18CrMnTi钢和20钢920℃渗碳6h直接淬火后的渗层成分、组织及硬度 a)渗层奥氏体中碳含量的分布 b)渗层中残留奥氏体量 c)渗层硬度分布
20CrMnMo、20 CrNi3、20Cr2Ni 4A、18Cr2Ni4W
A
正火+回火
工艺规范 900～960℃空冷
显微组织
均匀分布的片 状珠光体和铁素 体
硬度 HBW
156～179
900～960℃淬火 600～650℃回火
回火索氏体
179～217
950～970℃空冷 均匀分布的片 179～217 状珠光体和铁素 体
880～940℃空冷 粒状或细片状 20CrMnMo为17
+
珠光体及少量铁 1～229；其余20
650～700℃回火 素体
7～269
1.渗碳前的热处理
表11-1 常见渗碳钢件的预备热处理工艺
当锻造后晶粒粗 回火+正火
大时
+回火
640℃保温6～ 24h空冷+以大于 20℃/min的速度 加热到880～940 ℃空冷+850～70 0℃回火
吸热式气氛是将可燃性原料气，如丙烷、丁烷、 天然气等碳氢化合物与较少的空气混合后，通 入装有触媒剂的炉膛中，在触媒剂的作用下， 并借助外加热，使混合气在950～1050℃的条件 下进行反应，用这种方法制备的气氛称为吸热 式气氛。以丙烷气为例，空气与丙烷气之比为7. 2∶1。吸热式气氛成分稳定，主要成分为CO、H 2和N2，具有强的还原性和渗碳能力，是强渗碳 气氛。
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11.1 化学热处理分类及基本过程
图11-1
11.2 表面渗碳［2,3］
我们知道，高碳钢通过淬火和低温回火可以得 到高的硬度和高的耐磨性，但脆性大、冲击韧 性低；低碳钢通过淬火和低温回火可以得到很 好的强度、塑性和韧性，但硬度不高、耐磨性 能低。如果一个工件表层有高的含碳量，而心 部的含碳量又较低，则通过淬火加低温回火， 就可以获得具有高硬度和高耐磨性的表面，而 心部又具有强而韧的性能，使它可以适应承受 复杂应力所提出的要求。
1.滴注式可控气氛渗碳［2］ 2.吸热式渗碳气氛渗碳
1.滴注式可控气氛渗碳［2］
图11-2 甲醇与各种渗碳剂的混 合比对炉气CO含量的影响
1—甲醇+醋酸甲酯 2—甲醇+醋酸乙酯或 甲醇+醋酸甲酯+丙酮 3—甲醇+异丙醇+水
(异丙醇∶水=10∶3) 4—甲 醇+丙酮 5—甲醇+异丙醇
2.吸热式渗碳气氛渗碳
(2)渗碳后的热处理工艺
1)直接淬火法。 2)一次淬火法。 3)二次淬火法。
图11-4 渗碳后直接淬火工艺曲线
图11-5 Fe-C相图一部分， 渗层和心部淬火温度
图11-6 渗碳后一次淬火 的工艺曲线
图11-7 渗碳后两次淬火工艺曲线
图11-8 碳素钢渗碳后渗层的 碳含量分布及渗层组织示意图
粒状或细片状 珠光体及少量铁 素体
207～269
2.渗碳前的准备
(1) 设备技术状态的检查 (2) 渗碳件表面状态的准备
(1) 设备技术状态的检查
包括渗碳炉罐的密封性，电风扇转动是否正 常，渗碳剂供应系统如管道、滴嘴是否畅通， 供应箱里的渗碳剂数量能否满足渗碳过程之用， 冷却系统能否正常工作，检测仪表是否正常(包 括炉气、炉温、炉压仪表)，炉子是否定期进行 清扫等，这些工作都应一一进行详细检查。
11.2.4 渗碳工艺过程
1.渗碳前的热处理 2.渗碳前的准备 3.渗碳过程的工艺操作 4.渗碳后的热处理［2］ 5.渗碳件的质量检查
1.渗碳前的热处理
表11-1 常见渗碳钢件的预备热处理工艺
牌号举例 10、20、20Cr
预备热处理 工序 正火
调质
来自百度文库
20CrMnTi、20Cr 正火 Mo、20Mn2TiB、 20MnV等
(2) 渗碳件表面状态的准备
主要包括以下几个方面：
1) 关于非渗碳面问题。 2) 渗碳件的表面检查。
3.渗碳过程的工艺操作
图11-3 20CrMnTi钢滴注式可控气氛渗碳工艺曲线
4.渗碳后的热处理［2］
(1)渗碳后热处理的目的 (2)渗碳后的热处理工艺
(1)渗碳后热处理的目的
渗碳只能改变零件表面的化学成分，使表层 具有高碳钢(对碳钢而言)或高碳合金钢(对合金 钢而言)在正火或退火后所得的组织和性能，因 而其硬度、耐磨及抗疲劳等性能都很低。
11.2.1 渗碳的目的、分类及应用
(1)固体渗碳法 (2)液体渗碳法 (3)气体渗碳法
(1)固体渗碳法
固体渗碳法是把渗碳工件装入有固体渗剂的密 封箱内(一般采用黄泥或耐火粘土密封)，在渗碳 温度加热渗碳。
(2)液体渗碳法
液体渗碳是在能析出活性碳原子的盐浴中进行 的渗碳方法。
(3)气体渗碳法
11.2.2 渗碳剂及渗碳化学反应
渗碳剂是提供活性碳原子的化学介质。常用 的气体渗碳剂有两大类：一类是碳氢化合物 有机液体，如煤油、苯和丙酮等，在渗碳炉 内的高温下发生热分解，析出活性碳原子； 另一类是气态的，如吸热式保护气、城市煤 气等。
11.2.3 典型的气体渗碳方法简介
2.渗碳件组织对性能的影响
(1)渗层碳化物 (2)残留奥氏体 (3)心部组织对渗碳件性能的影响 (4) 渗碳层与心部的匹配对渗碳件性能的影响
(1)渗层碳化物
渗层中的碳化物可以显著提高零件的耐磨性 和抗咬合能力。
a)碳含量分布曲线 b)淬火组织 示意图 c)渗层中残留奥氏体量
d)渗层硬度
5.渗碳件的质量检查
渗碳件的质量检查一般包括：①渗碳钢原材料 检查；②渗层质量检查，包括渗层深度、渗层 碳含量，碳化物、残留奥氏体及马氏体级别的 评定；③渗碳件心部游离铁素体级别的评定； ④渗层和心部硬度的检查；⑤渗碳件变形量的 检查和表面氧化、脱碳以及软点检查。
11.2.5 渗碳后钢的组织与性能［2］
1.渗碳层的组织 2.渗碳件组织对性能的影响 3.钢中合金元素对渗碳组织和性能的影响
1.渗碳层的组织
图11-9
500×
1.渗碳层的组织
图11-10 10钢经渗碳、淬火、回火后表层、过渡区及心部的组织形貌(500
1.渗碳层的组织
图11-11 18CrMnTi钢和20钢920℃渗碳6h直接淬火后的渗层成分、组织及硬度 a)渗层奥氏体中碳含量的分布 b)渗层中残留奥氏体量 c)渗层硬度分布
20CrMnMo、20 CrNi3、20Cr2Ni 4A、18Cr2Ni4W
A
正火+回火
工艺规范 900～960℃空冷
显微组织
均匀分布的片 状珠光体和铁素 体
硬度 HBW
156～179
900～960℃淬火 600～650℃回火
回火索氏体
179～217
950～970℃空冷 均匀分布的片 179～217 状珠光体和铁素 体
880～940℃空冷 粒状或细片状 20CrMnMo为17
+
珠光体及少量铁 1～229；其余20
650～700℃回火 素体
7～269
1.渗碳前的热处理
表11-1 常见渗碳钢件的预备热处理工艺
当锻造后晶粒粗 回火+正火
大时
+回火
640℃保温6～ 24h空冷+以大于 20℃/min的速度 加热到880～940 ℃空冷+850～70 0℃回火
吸热式气氛是将可燃性原料气，如丙烷、丁烷、 天然气等碳氢化合物与较少的空气混合后，通 入装有触媒剂的炉膛中，在触媒剂的作用下， 并借助外加热，使混合气在950～1050℃的条件 下进行反应，用这种方法制备的气氛称为吸热 式气氛。以丙烷气为例，空气与丙烷气之比为7. 2∶1。吸热式气氛成分稳定，主要成分为CO、H 2和N2，具有强的还原性和渗碳能力，是强渗碳 气氛。
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11.1 化学热处理分类及基本过程
图11-1
11.2 表面渗碳［2,3］
我们知道，高碳钢通过淬火和低温回火可以得 到高的硬度和高的耐磨性，但脆性大、冲击韧 性低；低碳钢通过淬火和低温回火可以得到很 好的强度、塑性和韧性，但硬度不高、耐磨性 能低。如果一个工件表层有高的含碳量，而心 部的含碳量又较低，则通过淬火加低温回火， 就可以获得具有高硬度和高耐磨性的表面，而 心部又具有强而韧的性能，使它可以适应承受 复杂应力所提出的要求。
1.滴注式可控气氛渗碳［2］ 2.吸热式渗碳气氛渗碳
1.滴注式可控气氛渗碳［2］
图11-2 甲醇与各种渗碳剂的混 合比对炉气CO含量的影响
1—甲醇+醋酸甲酯 2—甲醇+醋酸乙酯或 甲醇+醋酸甲酯+丙酮 3—甲醇+异丙醇+水
(异丙醇∶水=10∶3) 4—甲 醇+丙酮 5—甲醇+异丙醇
2.吸热式渗碳气氛渗碳
(2)渗碳后的热处理工艺
1)直接淬火法。 2)一次淬火法。 3)二次淬火法。
图11-4 渗碳后直接淬火工艺曲线
图11-5 Fe-C相图一部分， 渗层和心部淬火温度
图11-6 渗碳后一次淬火 的工艺曲线
图11-7 渗碳后两次淬火工艺曲线
图11-8 碳素钢渗碳后渗层的 碳含量分布及渗层组织示意图
粒状或细片状 珠光体及少量铁 素体
207～269
2.渗碳前的准备
(1) 设备技术状态的检查 (2) 渗碳件表面状态的准备
(1) 设备技术状态的检查
包括渗碳炉罐的密封性，电风扇转动是否正 常，渗碳剂供应系统如管道、滴嘴是否畅通， 供应箱里的渗碳剂数量能否满足渗碳过程之用， 冷却系统能否正常工作，检测仪表是否正常(包 括炉气、炉温、炉压仪表)，炉子是否定期进行 清扫等，这些工作都应一一进行详细检查。
11.2.4 渗碳工艺过程
1.渗碳前的热处理 2.渗碳前的准备 3.渗碳过程的工艺操作 4.渗碳后的热处理［2］ 5.渗碳件的质量检查
1.渗碳前的热处理
表11-1 常见渗碳钢件的预备热处理工艺
牌号举例 10、20、20Cr
预备热处理 工序 正火
调质
来自百度文库
20CrMnTi、20Cr 正火 Mo、20Mn2TiB、 20MnV等
(2) 渗碳件表面状态的准备
主要包括以下几个方面：
1) 关于非渗碳面问题。 2) 渗碳件的表面检查。
3.渗碳过程的工艺操作
图11-3 20CrMnTi钢滴注式可控气氛渗碳工艺曲线
4.渗碳后的热处理［2］
(1)渗碳后热处理的目的 (2)渗碳后的热处理工艺
(1)渗碳后热处理的目的
渗碳只能改变零件表面的化学成分，使表层 具有高碳钢(对碳钢而言)或高碳合金钢(对合金 钢而言)在正火或退火后所得的组织和性能，因 而其硬度、耐磨及抗疲劳等性能都很低。
11.2.1 渗碳的目的、分类及应用
(1)固体渗碳法 (2)液体渗碳法 (3)气体渗碳法
(1)固体渗碳法
固体渗碳法是把渗碳工件装入有固体渗剂的密 封箱内(一般采用黄泥或耐火粘土密封)，在渗碳 温度加热渗碳。
(2)液体渗碳法
液体渗碳是在能析出活性碳原子的盐浴中进行 的渗碳方法。
(3)气体渗碳法