第11章 钢的化学热处理(高等教学)
钢的化学热处理名词解释
钢的化学热处理名词解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可如下所示：热处理是一种通过加热和冷却的工艺，用于改善金属材料的特性和性能。
尤其在钢材的制造和加工过程中，热处理是至关重要的一步。
通过对钢材进行化学热处理，可以使其具有更高的强度、更好的耐腐蚀性、更优异的机械性能等一系列优点。
钢的化学热处理是指通过控制钢材的加热和冷却过程，改变其组织结构和性能。
在热处理过程中，钢材经历了加热、保温和冷却三个阶段。
加热阶段将钢材加热至一定温度，使其达到适宜的热处理温度。
保温阶段是使钢材在一定温度下保持一定时间，使其组织结构发生变化。
冷却阶段是将钢材迅速冷却，以固定其新形成的组织。
通过钢的化学热处理，可以实现钢材硬化、退火、淬火等不同的组织和性能调整。
例如，通过调整钢材的加热温度、保温时间和冷却速度，可以使钢材具有更高的强度和硬度，适用于制造高强度的机械零件和工具。
反之，如果需要提高钢材的韧性和可加工性，可以进行退火处理。
此外，钢的化学热处理还可以改善钢材的耐腐蚀性能，延长其使用寿命。
钢的化学热处理在工业领域具有广泛的应用。
它被广泛应用于汽车制造、航空航天、船舶制造、机械制造等行业。
通过热处理，可以使得钢材在各种恶劣的工作环境下具有更好的性能和耐久性。
此外，钢材通过不同的化学热处理方法，还可以实现特定的性能要求，如减轻内应力、消除残余应力等。
综上所述，钢的化学热处理是一项重要的工艺，通过加热和冷却过程的控制，可以改善钢材的性能和特性，满足不同领域对钢材性能的要求。
其广泛的应用和重要性使得研究和理解钢的化学热处理成为一个重要的课题。
1.2文章结构2. 正文2.1 热处理热处理是一种通过加热和冷却钢材来改变其物理和化学性质的工艺。
它是钢材加工过程中非常重要的一步，可以通过控制加热温度、冷却速率和持续时间等参数，使钢材具有所需的性能和组织结构。
在热处理过程中，钢材经历了一系列的相变和组织变化，从而达到特定的力学性能和耐用性。
钢的热处理工艺教学课件
02
钢的热处理工艺原理
钢的加热过程
钢的加热过程是热处理工 艺中的重要环节，通过加 热使钢的内部组织发生变 化，以达到所需的性能要求。
加热过程中，钢的奥氏体 化过程是关键，需要控制 加热温度、时间和介质， 以确保奥氏体晶粒度的均 匀和适宜。
加热过程中还需注意防止 氧化和脱碳现象，以保持 钢材的表面质量。
02
热处理是一种重要的金属加工工 艺，广泛应用于各种金属材料， 如钢铁、铝合金、铜合金等。
热处理的重要性
提高材料的机械性能
通过热处理可以改变金属 材料的内部组织结构，提 高其硬度和强度，从而提
高材料的机械性能。
保证材料质量
热处理可以消除金属材料 在加工过程中产生的内应 力，提高其稳定性和耐久
性，保证材料质量。
钢的相变过程
钢的相变是指在热处理过程中，随着温度的变化，钢内部的组织结构发生变化的过程。
在相变过程中，奥氏体转变为铁素体和渗碳体的混合物，这个过程对钢的性能产生 重要影响。
相变过程需要精确控制温度和时间，以获得理想的组织结构和性能。了解和掌握相 变过程对于制定合理的热处理工艺具有重要意义。
03
钢的热处理工艺流程
空冷室
利用自然对流冷却原理，将钢件放置在室 内自然冷却。
流态化冷却装置
利用流态化原理，通过循环流动的冷却介 质实现快速冷却。
辅助设备
搬运设备
如起重机、输送带等，用 于在各工艺环节间移动钢 件。
装料机
用于将钢件自动装入加热 炉或冷却设备中。
测温仪和控温系统
用于监测和控制加热炉和 冷却设备的温度。
气氛控制装置
铸钢热处理工艺分类 根据加热温度和冷却方式的不同，铸钢热处理工 艺可分为退火、正火、淬火和回火等类型。
钢的热处理课件
热处理的工艺要素是温度和时间。任何热处理过程都是 由加热、保温和冷却三个阶段组成的。因此，要掌握钢的热 处理原理，主要就是要掌握钢在加热和冷却时的组织转变规 律。
温 度 加热 保 温 冷却
0 图3-1 热处理工艺曲线
时间
热处理的任务是通过改变钢材的组织，来改变钢材的性 能，以满足使用要求的。一般都有将钢加热到相变温度以上， 使常温组织变为高温组织--奥氏体。然后在冷却过程中使它 向要求的组织转变。因此，奥氏体在形成过程中，其成份、 晶粒大小等，将直接影响热处理的效果。为此，了解奥体的 形成过程和影响因素是很重要的。 以共析钢为例，说明奥氏体的转变(形成)过程。 其转变过程可归纳为四个阶段。 1．奥氏体（A）晶核的形成 2．奥氏体（A）晶核的长大 3．残余渗碳体（Fe3C）的溶解
② 改善低碳钢的可切削性 。
③ 作为中碳钢的预备热处理（可以替代部分退火热处理）。
三 、淬火
方法： 将钢加热到AC3(亚共析钢)或ACcm(共析钢或过共析钢)以上 30～50℃，保温一定时间使其奥氏体化，然后在冷却介质中迅速 冷却。 目的： 是获得均匀细小的马氏体组织，再经过回火处理，提高钢的 力学性能。 注意： ①淬火的关键是：确定淬火温度和冷却方式。 ②它是最常用的一种热处理，是决定产品质量的关键。
目前应用较广的是气体氮化法。把工件放在专门氮化的炉 子里，加热到500～600℃，同时通入氨气(NH3)，氨气加热到 450℃，就分解出活性氨原子，扩散渗入工件表层，形成氮化 层。 氮化的要素是温度和时间，用时间控制渗层厚度。
氮化处理的缺点是：时间长 , 一般要用合金钢 , 所以 成本高。只用于机床中高速传动轴；精密齿轮等。 一般氮化零件的工艺路线为： 锻造→退火→粗加工→调质→精加工→除应力退火→磨 削→氮化→精磨。 3．碳氮共渗 把碳和氮同时渗入零件表层的过程称为氰化 。 根据处理温度的不同分为高温、中温和低温氰化。 4．其它化学热处理方法 (1) 渗铝 目的：是使钢的表面具有高的抗氧化性能。 (2) 渗铬 目的：是增加零件抗蚀性能，还可提高碳钢 的硬度和耐磨性。
第十一章 钢的表面淬火
第一节 感应加热表面淬火 (1)第二节 火焰加热表面淬火 (2)第三节 激光热处理 (3)第十一章 钢的表面淬火概念：表面淬火是采用快速加热的方法使工件表面奥氏体化，然后快冷获得表层淬火组织的一种热处理工艺。
关键：使零件表面迅速加热到淬火温度，当热量尚未充分传到工件内部时就急冷，使表面获得高硬度高耐磨性的马氏体组织，而心部仍是塑性韧性较好的调质或正火的原始组织。
预先热处理：工件表面淬火前要进行预先热处理(调质或正火)，以保证心部的性能要求和为表面淬火作好组织准备。
出现原因：很多承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件，其表面要比心部承受更高的应力。
因此，要求零件表面应具有高的强度、硬度和耐磨性，而心部在保持一定强度、硬度的条件下，应具有足够的塑性和韧性。
显然，采用表面淬火的热处理工艺，能使工件达到这种表硬心韧的性能要求。
种类：表面淬火是表面强化的方法之一，由于其具有工艺简单、生产率高、热处理缺陷少等优点，因而在工业生产中获得了广泛的应用。
根据加热方法的不同，表面淬火可分为感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火及激光加热表面淬火等。
其中应用最广泛的是感应加热与火焰加热表面淬火方法。
与化学热处理区别：钢的表面淬火是仅对钢件表层进行热处理以改变其组织和性能的工艺，不改变表面的化学成分，而是依靠表面加热淬火达到表面强化的目的。
第一节 感应加热表面淬火一、感应加热的基本原理利用电磁感应，使工件表面产生很高的感应电流，将工件表层迅速加热。
图11-1是感应加热表面淬火示意图。
将工件放入(用铜管制成的)感应圈内，向感应圈中通以一定频率的交流电，其周围即产生交变磁场，则工件(导体)会感应产生同频率的感应电流。
由于感应电流沿工件表面形成封闭回路，故通常称为涡流。
这是感应加热的主要热源。
涡流在工件中的分布是不均匀的，由表面到心部呈指数规律衰减。
因此，涡流主要集中在工件表层，内部电流密度几乎为零，这种现象称为集肤效应。
钢的化学热处理
5.1 基本原理
一、化学热处理的基本过程 通过界面反应渗剂分解，产生被渗元素的活性原子； 通过界面反应渗剂分解，产生被渗元素的活性原子； 活性原子被表面吸附； 活性原子被表面吸附； 活性原子由工件表面向内部扩散。 活性原子由工件表面向内部扩散。 例如： 例如： 渗碳时： 渗碳时：CH4＝2H2+[C] 渗氮时： 渗氮时：2NH3=3H2＋2[N]
（4）特点 优点：不需专门设备，工艺简单，适宜单件或小批量生产。 缺点：加热时间长，生产率低，劳动条件差，渗碳层深度以 及质量不易控制。 泥封 渗碳箱 盖 试棒 零件 渗碳剂
固体渗碳示意图
2、液体渗碳 （1）概念：工件在一定温度下的含碳活性盐浴中加热保温进行 概念： 渗碳的工艺。 渗碳的工艺。 （2）特点： 特点： 优点：加热速度快，加热均匀，渗碳后直接淬火； 优点：加热速度快，加热均匀，渗碳后直接淬火； 缺点：多数盐浴有毒。 缺点：多数盐浴有毒。 （3）渗碳液体组成 由三部分物质组成: 由三部分物质组成: 加热介质 NaCl、 NaCl、BaCl2 混合盐 NaCN,KCN， 603”渗碳剂等 100目木炭粉 渗碳剂等（ 目木炭粉， 渗碳介质 NaCN,KCN，“603 渗碳剂等（100目木炭粉，5 NaCl，10％KCl，15％ 20％（ ％（NH CO） ％NaCl，10％KCl，15％Na2CO3，20％（NH2)2CO） 催化剂 碳酸盐Na 碳酸盐Na2CO3、BaCO3
三、渗碳方法 1、固体渗碳 概念：将工件放入填充固体渗碳剂的密封箱中， （1）概念：将工件放入填充固体渗碳剂的密封箱中，在一定温 度下加热保温进行渗碳的工艺。 度下加热保温进行渗碳的工艺。 （2）固体渗碳剂组成 主要由两类物质组成: 主要由两类物质组成: 提供活性碳原子的供碳剂（木炭、焦炭） 提供活性碳原子的供碳剂（木炭、焦炭） 催渗剂，如碳酸钡， 催渗剂，如碳酸钡，碳酸钠 （3）渗碳工艺 渗碳温度： 渗碳温度： 900～930℃；（ Ti、 ；（含 Mo的钢 950～980℃） 的钢， 900～930℃；（含Ti、V、W、Mo的钢，950～980℃）。 保温时间:每小时渗0.1 0.1mm; 保温时间:每小时渗0.1mm; 生产中常用试棒来检验渗碳效果， 生产中常用试棒来检验渗碳效果，渗碳时间应通过试验进行修 正。
钢的化学热处理基本过程有哪些
钢的化学热处理基本过程有哪些咱来说说钢的化学热处理这档子事儿。
您知道不，钢的化学热处理那可是个相当重要的工艺。
就好比给钢来一场“魔法变身”，让它拥有更厉害的“本领”。
这化学热处理的基本过程，就像是一场精心编排的“舞蹈”。
第一步呢，是介质中活性原子的产生。
您就把这活性原子想象成一群活泼好动的小精灵，到处蹦跶，准备大显身手。
接下来是活性原子的吸收。
这就好比钢张开了“大嘴”，把那些小精灵一股脑儿地吸进去。
再然后，是活性原子在钢中的扩散。
这扩散啊，就像是把一勺糖放进一杯水里，慢慢地，甜味就均匀地布满了整杯水。
活性原子在钢里也是这样，一点点地扩散开来，让钢的每一个角落都发生变化。
这过程可不简单哟！您想想，如果吸收得不够多，那钢的变化能大吗？就像吃饭没吃饱，哪有力气干活呢？如果扩散不均匀，钢的性能能稳定吗？就像画画颜色涂得一块深一块浅，能好看吗？
在实际操作中，温度、时间、介质的成分，那可都得把握得恰到好处。
温度太高了，钢会不会“中暑”？温度太低了，活性原子会不会懒得动？时间太长，会不会浪费成本？时间太短，效果能好吗？
所以说啊，钢的化学热处理可真是个精细活儿，得像绣花一样，一针一线都不能马虎。
只有这样，才能让钢变得更强、更耐用，为咱们的各种工程、制造大显身手。
总之，钢的化学热处理这几个基本过程，每个环节都至关重要，缺了谁都不行！。
第11章钢的化学热处理总结
固体渗碳优点： 设备简单，方便易行，中小型工厂；
缺点：周期长，生产效率低，劳动条件差， 质量不易保证。
c. 液体渗碳
在能析出活性碳原子的盐浴中进行的。 优点：加热速度快，加热均匀，渗碳效率高， 渗碳层均匀，便于直接淬火。 缺点：成本高，渗层盐浴大多有毒，不宜于 大件和大批量生产。 渗碳盐浴一般由三类物质组成： ①加热介质：通常用NaCl和BaCl2的混和盐。 BaCl2还同时具有催化剂的作用。 ②催化剂（5～30％）：常用碳酸盐 （Na2CO3或BaCO3）。
①心部要求较高强韧性的零件，加热至心部Ac3稍 上。心部通过相变重结晶，细化了晶粒，淬火后得 到细小的低碳M，具有较高的强韧性；表面可消除 网状渗碳体；但表面加热温度高，淬火后晶粒较 大，残余奥氏体较多，影响耐磨性。
②对表面耐磨性要求较高的零件，加热温度应选 择在Ac1稍上，淬火后表面层为M、未溶碳化物和 少量残余奥氏体，有较高的硬度和耐磨性。而对心 部组织来说，加热温度过低，淬火后低碳M和未溶 铁素体，强度受到一定的影响。
• 多用于连续式炉气体渗碳
b. 固体渗碳 将工件埋在固体渗碳剂中密封起来，加热到
900~930ºC，保温后出炉。
固体渗碳由两类物质组成： 渗碳物质（85～90％）：木炭、焦炭、骨炭等。 催化剂（10～15％）：碳酸钠、碳酸钡等。
木炭与渗碳箱内的氧气发生反应： C+O2→CO2, CO2+C→2CO 2CO→CO2+[C]
4、渗碳层深度不均匀 可能由于原材料中带状组织严重，也可
能由于渗碳件表面局部结焦或沉积碳黑，炉 气循环不均匀，零件表面有氧化膜或不干净， 炉温不均匀，零件在炉内放置不当等所造 成．预防措施，应分析其具体原因，采取相 应措施。
金属学与热处理课后习题第十一章-参考答案
第十一章参考答案11-1试述影响材料强度的因素及提高强度的方法答：（1）影响材料强度的因素：化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。
以钢为例，合金元素的加入可能产生固溶强化、沉淀强化、细晶强化，对提高钢材的强度有利。
对于同一化学成分的合金而言，组织结构不同，其力学性能也不相同。
为了提高其强度，可通过改变热处理工艺或加工工艺来实现。
一般情况下，降低形变温度或提高应变速率，合金的强度会增大。
（2）提高材料强度的途径：加工硬化/形变强化、固溶强化、第二相强化（沉淀强化和弥散强化）、细晶强化/晶界强度（较低温度）。
11-2试述影响材料塑性的因素及提高塑性的方法答：（1）影响材料塑性的因素：化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。
杂质元素通常对塑性不利，合金元素的加入一般对提高材料的强度有贡献，在等强温度下，只有晶界强化可以提高强度的同时，提高其韧性，使材料获得细晶组织结构可提高其塑性。
一般而言，形变温度的降低或应变速率的提高对强度有利，而对提高塑性不利。
（2）提高材料塑性的途径：降低材料中杂质的含量、细化晶粒、加入韧化元素、加入细化晶粒元素、提高变形温度、降低应变速率。
11-4试就合金元素与碳的相互作用进行分类，指出1）哪些元素不形成碳化物2）哪些元素为弱碳化物形成元素，性能特点如何3）哪些元素为强碳化物形成元素，性能特点如何4）何谓合金渗碳体，与渗碳体相比，其性能如何答：1）非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu等。
2）Mn为弱碳化物形成元素，除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外，几乎都溶于铁素体和奥氏体中。
3）Zr、Nb、V、Ti为强碳化物形成元素，与碳具有极强的亲和力，只要有足够的碳，就形成碳化物，仅在缺少碳的情况下，才以原子状态融入固溶体中。
4）合金元素溶入渗碳体中即为合金渗碳体，它是合金元素溶入渗碳体中并置换部分铁原子而形成的碳化物，合金渗碳体比一般渗碳体稳定，硬度高，可以提高耐磨性。
常用的化学热处理方法及适用钢材有
常用的化学热处理方法及适用钢材有下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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钢的热处理课件
（3）高温回火—调质处理（500—650℃目的是获得得 强度及韧性等综合力学性能较好。如连杆、曲轴、齿轮等 。
第四节 钢的表面热处理
有些零件，采用表面热处理可以获得表面高硬度和心 部高韧性。
本章主要介绍热处理的基本原理、常用热处理工艺方法 及其应用。
热处理方法很多，根据工艺类型、工艺名称和实现热处 理的加方法、将热处理工艺分为两类。
整体热处理：包括退火、正火、淬火和回火等。 表面热处理：包括表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗。
热处理的工艺要素是温度和时间。任何热处理过程都是
由加热、保温和冷却三个阶段组成的。因此，要掌握钢的热 处理原理，主要就是要掌握钢在加热和冷却时的组织转变规 律。
目的：使零件表面获得高硬度（HRC58～64），心部获 得较高的强度和韧性。
(1) 气体渗碳法：主要用甲烷、煤气、甲苯、煤油等作 渗碳剂，在气体高温下分解出活性碳原子进行渗碳。 如图所示。
(2) 固体渗碳法：固体渗碳剂主要是木炭，其次是少量 碳酸盐。如图所示。
(3) 液体渗碳法：因有有毒气体产生，所以应用于不广。
过冷奥氏体在A1温度以下不同温度等温转变时， 转变量与时间的关系曲线。
二、共析钢过冷奥氏体等温转变的产物 1．高温转变的产物（727 ~ 550℃ ）→珠光体 2．中温转变的产物（550 ~ 230℃ ）→贝氏体
3．低温转变的产物（≤ 230 ℃）→马氏体 （碳在α -Fe中的饱和固溶体）
三、过冷奥氏体连续冷却转变的曲线
气体渗碳
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固体渗碳
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火焰加热淬火法
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热处理原理与工艺 作者 赵乃勤 第11章 化学热处理
11.2.6 渗碳缺陷及控制
1.黑色组织 2.反常组织 3. 粗大网状碳化物组织 4.渗碳层深度不均匀 5.表层贫碳或脱碳 6.表面腐蚀和氧化
1.黑色组织
在含Cr、Mn及Si等合金元素的渗碳钢渗碳淬火 后，在渗碳层表面组织中出现沿晶界呈断续网 状的黑色组织。出现这种黑色组织的原因，可 能是由于渗碳介质中的氧向晶界扩散，形成Cr、 Mn和Si等元素的氧化物，即“内氧化”；也可 能是由于合金元素的优先氧化使晶界上及晶界 附近的合金元素贫化，淬透性降低，致使淬火 后出现非马氏体组织。
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］
5.表层贫碳或脱碳
图11-14
6.表面腐蚀和氧化
渗碳剂不纯，含杂质多，如硫或硫酸盐的含量 高，液体渗碳后零件表面粘有残盐，均会引起 腐蚀。渗碳后零件出炉温度过高，等温盐浴或 淬火加热盐浴脱氧不良，都可引起表面氧化， 应仔细控制渗碳剂的盐浴成分，并对零件表面 及时清洗。
11.3.1 渗氮的特点
渗氮(氮化)是将氮渗入钢件表面，从而提高其硬 度、耐磨性和疲劳强度的一种化学热处理方法。 渗氮的发展虽比渗碳晚，但却得到了广泛应用， 这是因为它具有以下优点：渗氮可以获得比渗 碳更高的表面硬度和耐磨性，钢渗氮后的表面 硬度可以高达950～1200HV (相当于65～72HRC)， 而且到600℃仍可维持相当高的硬度(即热硬性)； 渗氮还可获得比渗碳更高的弯曲疲劳强度；由 于渗氮温度较低(500～570℃之间)，故变形很小； 渗氮也可以提高工件的耐蚀性能。但是，渗氮 的缺点是工艺过程较长，渗层也较薄，不能承 受太大的接触应力。目前除了钢以外，其它如 钛、钼等难熔金属及其合金也广泛地采用渗氮 工艺。
11钢的化学热处理
主要用于那些对表面有较高耐磨性要 求、并承受较大冲击载荷的零件
渗碳用钢：为低碳钢及低碳合金钢，如20、20Cr、 20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。
12
㈠ 渗碳原理 ⑴ 渗碳介质的分解
工业气体渗碳方法的主要类型
可控气氛＋碳氢化合物气体
含碳的有机液体
在炉中产生所需要的渗碳气氛
气氛的碳势 渗碳的温度 渗碳的时间
23
⑴ 气氛碳势的选择与控制
从统计资料看，一般渗碳件的表面碳含量可在 0.6～1.1％之间变化。
确定最佳表面含碳量的依据
首先是获得最高 的表面硬度
与钢的成分 密切相关
其次是渗碳层具 有最高的耐磨性 和抗磨损疲劳性
能
渗碳层中具有适量 的碳化物存在
24
渗碳零件表面碳含量低， 淬火后低温回火所得到的 硬度低，耐磨性差； 零件表面含碳量过高，渗 碳层出现大量块状或网状 的碳化物，使脆性增加， 易在承受冲击负荷时剥落; 因此，表面层含碳量最好 在0.85～1.05％范围内。
气氛的主要组成物都是CO、CO2、CH4、H2和H2O 等5种气体； 其中CO和CH4起渗碳作用，其余的起脱碳作用。 13
在渗碳炉中，与渗碳有关的最主要反应有如下四个
在所供应的原料气氛 组成稳定的情况下， 只要控制气氛中微量 的 CO2 、 H2O 、 CH4 或O2中的任何一个的 含量，就可达到控制 渗碳炉中碳势的目的.
27
⑶ 渗碳时间
渗层深度和渗碳温度确定后，所需的渗碳时间可
根据Harris公式进行近似计算。
(mm)660e82T87 t
式Байду номын сангаас，t——时间(h) T——温度(K)
对几种常用渗碳温度的层深计算公式可简化为：
工艺第11章 钢的化学热处理.ppt
第五章 钢的化学热处理
2、固体渗碳法
把渗碳工件装入有固体渗碳剂的密封箱内，在渗碳温度下加热渗碳。渗 碳剂主要为固体炭粒和起催化作用的碳酸盐组成。
渗碳温度为900～930℃。 Na2CO3=Na2O+CO2 BaCO3=BaO+CO2 CO2+C（炭粒）=2CO 2CO=CO2+[C]
第五章 钢的化学热处理
第五章 钢的化学热处理
共渗介质：含氨气的渗碳气及含碳氮的有机液体（滴注法） 共渗温度：共渗温度愈高，碳含量↑，氮含量↓，渗层厚度↑。
共渗温度↓ ，减小变形，但形成高氮化合物，心部组织淬火后硬度低。 共渗后的热处理：淬火＋低温回火 共渗层组织：
细针状马氏体＋碳、氮化合物＋残余奥氏体。 含碳量过高，接近渗碳体性能，脆性增加； 含碳量低，含氮量高，硬度降低，脆性也增加。 常见缺陷： 表层残余奥氏体过多，碳氮浓度过高所致； 黑色组织，气氛较难控制，易出现氢脆。
第五章 钢的化学热处理
低温气体氮碳共渗（软氮化 ）： 以渗氮为主的氮、碳共渗，温度一般低于570℃ 。 与一般气体氮化相比，处理时间可大大缩短（1～3小时），另一个突出
优点为软氮化表层硬面具有一定的韧性，不易剥落。 渗层外表面由Fe2N、Fe4N和Fe3C组成，又称白亮层，往里为氮化物和含
氮铁素体组成的扩散层，白亮层硬度较纯气体渗氮低，故脆性小。 特点：加热温度低、处理时间短、钢件变形小，又不受钢种限制，所以主要 用于处理各种工模具以及一些轴类零件。例如高速钢刀具经其处理后，寿命 可提高20%～200%。3Cr2W8压铸模处理后寿命可提高3～5倍，中低碳钢处理 后，疲劳强度可提高60%以上。
第五章 钢的化学热处理
（a）扩散控制型 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：
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直接淬火或重新加热淬火→低温回火
行业学习
18
2、渗碳工艺参数
（1）碳势
根据经验确定→通常表面为0.8~1.0% →好
（2）渗碳温度
通常880~920℃，薄层渗碳→温度可以降 低，快速渗碳→提高渗碳温度
温度对扩散、分解均有影响，提高温度→ 缩短渗碳时间→效率提高
提高温度→渗层增加
温度过高→粗晶；变形；设备寿命缩短
行业学习
6
§2 钢的渗碳
目的 ➢获得高的耐磨性 ➢疲劳性能
为什么？ 渗C种类
➢气体渗C ➢固体渗C ➢液体渗C
行业学习
7
一、气体渗碳原理
1、渗碳介质分解 （1）渗剂 ➢ 气体渗剂：载气（N基气氛；吸热式或放
热式可控气体）+富化气（甲烷、丙烷等） ★吸热式气体：天然气与空气按一定比例
混合，CO、N2、H2%大 ➢ 液体渗剂：C、H化合物有机液体（煤油、
➢合金元素会影响渗速（或快、或慢），碳化物形 成元素→扩散快
➢晶界、形变→加快渗行业速学习
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二、气体渗碳
1、工艺流程
材料：低碳钢或低碳合金钢
预备热处理?
渗碳前准备
去油、去垢、清洗（热水或碳酸钠水溶
液） → 烘干→涂防渗剂、装炉布置→确 定温度、时间、碳势→保证表面C%、层 深、浓度梯度
渗碳后工序
定义： 炉气C%与工件表面化学反应达到 平衡时的炉气状态。即保持不增碳也不减 碳时炉气中的C%
Cp↑→渗碳能力↑→ 表面C%↑、渗层↑
但是当Cp 太高→ 炭黑→ 渗速↓
CO、CH4% → Cp↑ 以上4种反应在一个体系中→相互制约→只
有一个CO%
温度一定、吸热气氛→ H2O ↑ →CO2 ↑ →cp ↓
升温：装炉→排气（低碳势、采用甲醇） →恢复渗碳温度
强渗期
高于或正常温度、高于规定碳势渗碳。时 间经验值
扩散期
正常碳势，此时表面碳回流到炉气中，同 时还有一部分向心部扩散，时间短
预冷
➢目的→直接淬火时的减少变形
➢采用低碳势防止脱行业学碳习
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三、固体渗碳
渗剂
90%木炭+催渗剂碳酸盐
工艺
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（4）分解反应（180多个） 炉气与工件 气体之间 主要4个
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平衡常数与成分的分压 平衡常数与温度
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（5）控制碳势的方法
露点仪（氯点仪）
➢ 露点：水结露的温度，水%↑ →露点↑ →cp ↓
➢ 原理：LiCl盐感湿元件吸水→导电性↑ →控制系 统通电→水蒸发
A状态渗碳容易
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（3）渗碳时间
根据经验确定，随炉抽样检查 经验估算
➢渗层<0.5mm，渗碳速度按照 0.15~0.25mm /h
➢渗层0.5~1.5mm，渗碳速度按照 0.1~0.2mm /h
➢渗层>1.5mm，渗碳速度按照 0.05~0.12mm /h
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3、典型工艺分析（四段渗碳）
第11章 钢的化学热处理
掌握气体渗碳工艺 掌握渗碳后的热处理 掌握渗碳热处理常见缺陷 掌握渗碳后钢的力学性能 掌握气体氮化原理 掌握氮化前的热处理和气体氮化工
艺
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§1化学热处理概述
一、定义：工件→活性待渗介质中→加热 →扩散→改变表层化学成分的工艺
二、作用
1、强化表面→高的耐磨性（形成固溶体或 化合物）
工件埋入渗剂中→密封→渗碳→空 冷→清理→重新加热淬火→回火
特点
➢设备简单；工艺容易；小批量方 便；便于加工
➢质量难控；工作条件差；周期长
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四、渗碳后的热处理
1、淬火
（1）直接淬火
➢表面吸附→溶入基体
➢或与金属反应→化合物→再溶解→扩散
物理吸附：无电子转移和化学键形成→凝 聚不解离；由分子间力引起；无选择性吸 附；较低温度下发生，完全可逆
化学吸附：选择性吸附；有电子转移和化
学键形成；高温下发生；选择性吸附
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3、扩散
目的：保证获得一定深度的渗层
控制参数 ➢介质浓度梯度 ➢热处理渗入温度 ➢工艺时间
综上：多参数控制精度高，碳势仪性能
分析对象 反应时间 精度
露点仪 红外仪
氧探头
H2O
3~4min
CO、CO2、15s CH4
O2
0.5~2s
±1.5%℃ ±1%℃
±1%℃
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2、吸收
CO分别被吸附（化学）在Fe原子 上→C-O键破坏→[C]进入Fe晶格
吸收条件
表面清洁
炉气循环→抽去吸收后残留的废 气
1、化学介质分解
目的：提供活性原子(初生、原子态的原 子)
分解条件
➢渗剂中含待渗元素
➢催化剂
➢活性原子浓度足够
活性原子形成方式
置换（渗金属）；还原（渗B）；热分
பைடு நூலகம்
解（渗C、N）；电离（离子氮化）
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2、吸附
吸附：固体物质自发地把周围活性原子、 分子、离子吸附到表面与金属表面相互作 用的现象（吸附剂、被吸附物质→吸附质）
CO2红外仪 原理：CO2选择性吸收4.3μm红外线→红外 线强度↓ →调节装置控制
氧探头
➢ 原理：O2 ↑ → CO2 ↑、H2O ↑ →cp↓ ➢ ZrO氧敏陶瓷管内、外氧%不同（内为参比气、
外为炉气） →氧浓差电势→调控
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（5）控制碳势的方法
称重法：精密天平测量渗碳前、后的重 量变化
甲醇、苯、丙酮）
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（2）炉气组成
无论何种渗剂，主要有CO、CO2、CH4、 H2、H2O、N2 组成 ，能否渗碳取决于 它们的综合作用
增碳气氛： CO 、CH4 分解获得 ：2CO → CO2+ [C] CH4 →[C]+2H2
脱碳气氛： CO2、H2、H2O
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（3）碳势（cp）
2、保护表面
渗Al →抗氧化、抗S腐蚀
渗Cr →耐热、抗腐蚀
化合物气相沉积TiN →与基体金属无关的
覆盖层→装饰、耐磨
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三、特点
周期长，成本高
工艺不受零件形状限制（孔、槽容 易获得渗层）
可以代替贵重金属（节约资源） 截面具有不同的性能 是表面合金化与热处理结合的方法
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四、化学热处理基本过程
控制分解速率→避免炭黑出现
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3、扩散
Fick第二定律粗略描述各点浓度、浓度梯度 随时间变化的情况
温度、时间影响渗层深度d，深度d与时间的 平方根成正比
影响扩散的主要因素
➢间隙原子扩散系数>置换原子 ➢温度↑→扩散系数↑（925 → 1100℃ → 提高6倍）
➢浓度梯度大→扩散↑，但分布要合理→平缓、连 续