钢的化学热处理(20200924094717)
钢的化学热处理
静 的耐疲劳强度和抗压强度。此 外， 气体碳氮共渗还具有加热温 度低、 零件变形小、 生产周期短 等优点。目前逐渐使用气体碳氮 共渗来代替有毒的液体氰化和 渗碳处理， 这不仅有利于提高产 品质量， 降低成本， 而且对改善 劳动条件、实现操作机械化、 自 动控制等都有很大好处。 附表 . 是几种活塞销气体 渗碳的热处理工艺， 仅供参考。 （ 续完 ）
)%+,./0 压 铸 模 经 软 氮 化 处 理 后， 使用寿命可提高 )(# 倍。软
氮化与一般氮化相比， 还有一个 突出的优点： 软氮化表层硬而不 脆， 具有一定的韧性， 不容易发 生剥落现象。但软氮化也有缺 点： 氮化层厚度比较薄， 仅仅为
.%
8.% 2($
%"0(’". 筒内冷却 8%% 出
,’渗碳热处理用钢及技术条
件。为了保证工件心部具有较高 的韧性，渗碳用钢是含碳量为
"’&.1#"’.$1 的 低 碳 钢 和 低 碳 合 金钢， 如 &$、 ."23(， ."23.45(， 渗碳层的含 ."*6， ."*62345 等。
碳量及厚度对热处理零件的性 能有很大影响。零件表面碳含量 低， 淬火后低温回火所得到的硬 度低， 耐磨差； 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，会使脆性增加， 容 易在冲击负荷时剥落。因此， 表 面层含碳量最好在 "’7$1#&’"$1 范围内。 （待 续）
附表 ! 齿轮渗碳层深度 模数 < $"(
()) *+)), " 氮 化 层 为 )"- * )"(.." 一 般 需 要 -) *()/" 氮 化 结束后 "随炉降到 $)), 以下 " 停
钢的化学热处理
组织说明
腐蚀方法：4％硝酸酒精溶液腐蚀 放大倍数：500×
18 渗碳层过渡区（亚共析区）
组织特征：黑色块状为珠光体， 白色块状为铁素体，过渡区中珠 光体逐步减少，铁素体增多。组 织特点是将钢加热至单相的奥氏 体区，使碳原子渗入钢件表面， 根据渗碳气氛的浓度及时间，表 面的含碳量可达过共析或共析、 亚共析成分。本试样的表层为共 析成分，次表层及过渡区的含碳 量逐步减小。 材料：低碳钢表面渗碳 热处理状态：930℃气体渗碳3小 时（煤油分解），罐中退火
组织说明
24
未腐蚀渗硼层（微差干涉照明）
116
组织特征：下边黑色区域为试样 边缘，表层彩色“指状”为铁硼化 合物，上部为基体未腐蚀。组织 特点是将钢加热至单相的奥氏体 区，使硼原子渗入钢件表面，与 铁形成化合物（FeB）,又称硼针 并深深楔入基体中。 材料：T8钢表面渗硼 热处理状态：950℃固体渗硼 6小时，正火 腐蚀方法：未腐蚀 放大倍数：200× 用微差干涉 衬度照明观察
热处理状态：930℃气体渗碳3小 时（煤油分解），罐中退火
组织说明
腐蚀方法：4％硝酸酒精溶液腐蚀 放大倍数：200×
10 渗碳层
组织特征：左下角为试样边缘， 表层彩色区域为共析成分的珠光 体，右上角区域的白色块状为亚 共析区的铁素体。组织特点是将 钢加热至单相的奥氏体区，使碳 原子渗入钢件表面，根据渗碳气 氛的浓度及时间，表面的含碳量 可达过共析或共析,亚共析成分。 本试样的表层为共析成分，次表 层及过渡区的含碳量逐步减小。
组织说明
04 渗碳层过渡区
组织特征：左下角的彩色区域为 次表层共析成分的珠光体，右上 角区域的白色块状为亚共析区的 铁素体。组织特点是将钢加热至 单相的奥氏体区，使碳原子渗入 钢件表面，根据渗碳气氛的浓度 及时间，表面的含碳量可达过共 析或共析、亚共析成分。本试样 的表层为过共析成分，因出现网 状二次渗碳体组织，次表层及过 渡区的含碳量逐步减小。
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。
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。
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：
钢的化学热处理
渗剂
吸收: 析出的活性原子克服表面能垒进入金属表面， 形成固溶体或化合物。
Fe〃[C]吸附 → Fe〃C溶
溶解
3Fe〃[C]吸附 → Fe3C
化合
吸收必须进行得足够快，否则会因发生其它反应而失去活性 。 吸收能力与钢的表面活性有关，表面缺陷多（位错、晶界露 头）、粗糙、干净无污染则表面活性高，吸附力强，可促进化 学热处理。
常用的气体介质：天然气、煤气、液化石油气。
使用时，直接通入炉罐里。 CH4→2H2+[C]
2CO→CO2+[C]
CO+H2→H2O+[C]
良好的渗碳介质应具备下列条件：
价格低廉，安全卫生，易于获取； 具有较好的活性，既保证能获得较高的渗碳速度，同时不致使
渗碳层碳浓度过高，而造成大量的过剩碳化物；
5）化学催渗：渗剂中加入一定的化学药剂或触媒剂以加速分解或吸收过程
6）物理催渗：eg:高频电场下的扩散。
化学热处理进行的条件:
1. 渗入元素的原子必须是活性原子, 而且具有较大的扩散能力 2. 零件本身具有吸收渗入原子的能力, 即对渗入原子有一定的 溶解度或能与之化合, 形成化合物。
分解、吸收、扩散三者的协调进行是确保化学热处理成功进行的关键。
产生的“碳黑”“焦炭”少。 渗碳剂分解产物中如果含有较多的不饱和碳氢化合物易形成过
多的碳黑附着在零件表面，使渗碳不均匀；附着在炉壁上，使
炉罐导热性差，从而使渗碳速度降低，同时也增加清理时的麻 烦。 含硫量低。
举例：
18CrMnTi钢汽车后桥主动伞齿轮渗碳工艺
固体渗碳：
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！。
第十章钢的化学热处理精品PPT课件
二、气体渗碳工艺
2）渗碳温度的选择与控制 ①T影响分解反应的平衡；②T影响碳的扩散速度；③T影响钢的组
织转变 T=920~930℃ 薄层：880~900℃ 便于控制
深层：980~1000℃ 缩短渗碳时间 3）渗碳时间的选择和控制：影响渗层深度和碳浓度梯度。
渗碳时间渗层深度可有公式
二、气体渗碳工艺
§10-1 化学热处理概述
三、基本过程 1.分解：零件周围介质的分解以形成渗入元素的活性原子。
初生的、原子态（未结合成分子）的原子 如CH4≒2H2+[C] 、 2NH3≒3H2+2[N] 分解速度取决于渗剂的浓度、分解温度、压力等
§10-1 化学热处理概述
2.吸附：活性原子被金属表面吸收的过程。 物理吸附—活性原子与表面金属原子在范德瓦尔力作用下形成单原子或 多原子吸附层。 化学吸附—活性原子与表面金属原子在吸附过程中产生了化学交互作用。 吸附—自发过程发出热量，自由能 先决条件：活性原子必须在表层金属中具有可溶性 吸附的强弱取决于零件的成分、组织结构、表层状态及渗入元素 的性质、活性原子的形成速度
固体渗碳
2C+ O2 → 2CO 2CO → [C] +CO2
三、固体和液体渗碳简介
1.2.液体渗碳（在液体介质中渗碳） 2.分两类： 3.1）加有氰化物的盐浴：氰化物有毒，故此法已不再采用。 4.2）不加氰化物的盐浴 5.组成：加热介质（KCl，NaCl）+催渗剂（Na2CO3）+供碳介质 （尿素和木炭粉） 6.优点：加热速度快、生产率高、加热均匀、利于直接淬火 7.缺点：易腐蚀零件、碳势调整幅度小且不易精确控制、难于实现自 动控制、劳动条件差等。
一、气体渗碳原理
4.钢中合金元素对渗碳过程的影响 1）合金元素对表面碳浓度的影响 碳化物形成元素—表面碳浓度 非碳化物形成元素—表面碳浓度 2）合金元素对渗层深度的影响 Mn、Cr、Mo—略微增加渗层深度 W、Ni、Cr—减小渗层深度
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。
第11章 钢的化学热处理(高等教学)
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
17
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 ↓
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。
1/ 1。
钢的化学热处理
30
㈢ 固体渗碳和液体渗碳简介
⑴ 固体渗碳
固体渗碳是将工件和固体 渗碳剂装入渗碳箱中;用盖 子和耐火泥封好;然后放在 炉中加热至900～950 ℃; 保温足够长时间;得到一定 厚度的渗碳层
固体渗碳剂通常是一定粒度的木炭与10%左右的碳
酸盐BaCO3或Na2CO3的混合物 木炭提供渗碳所需
⑴ 提高零件的耐磨性
➢在表面形成高硬层 ➢在钢件表面形成减磨抗粘结薄膜 ➢在钢件表面同时形成高硬层与抗粘或减磨薄膜
4
在表面形成 高硬层
在表面形成减磨 抗粘结薄膜
在表面同时形 成高硬层与抗 粘或减磨薄膜
钢件渗碳淬火可获得高碳 M硬化表层；合金钢件渗 氮可获得合金氮化物的弥 散硬化表层。
蒸汽表面处理产生的Fe3O4 薄膜有抗粘结的作用，表 面硫化获得的FeS薄膜可兼 有减磨与抗粘结的作用。
一般地;由于扩散缓慢;渗碳时间不需精确控制
28
29
⑷ 工艺参数的综合选择
由于各参数间相互影响较大;同时为了缩短渗碳 的总时间;通常对各参数进行综合调节：
升温阶段 高速渗碳阶段
扩散阶段 预冷阶段
采用低碳势
在正常温度或更高温度下采用高于 所需表面碳含量的碳势，时间较长
在正常渗碳温度下采用与所需表面 碳含量相等的碳势，时间较短
21
㈡ 渗碳工艺参数
渗碳前
除去表面油污、锈斑或其它脏物； 对不需要渗碳的局部加以防护； 零件在料盘内必须均匀放置。
渗碳中
控制气氛的碳势、温度和时间，以 保证技术条件规定的表面碳含量、 渗层深度和较平缓的碳浓度梯度。
渗碳后
根据炉型选取适当的热处理方式进 行热处理，以获得预期的性能。
钢的化学热处理
钢的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。
第七节 钢的化学热处理
40.床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高， 并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极 高的硬度，心部有较高的综合力学性能， 比较合适的选材和热处理工艺是（ ）。 （a）45钢先调质，然后轴颈处进行感应加 热表面淬火 （b）38CrMoAl钢先调质，然后进行渗氮处理 （c）38CrMoAl钢先渗氮处理，然后进行调质 （d）45钢渗氮处理
二、钢的渗碳
(一) 渗碳件的主要技术要求和渗碳用钢
1. 渗碳件的主要技术要求
渗碳层表面碳的质量百分数一般控制在0.70～1.05％ 渗碳层深度是指零件经渗碳后，含碳量高于心部的 表层厚度。 齿轮渗碳层深度（mm）＝齿轮模数×（0.15～0.25 ）
其它渗碳零件渗碳层深度按零件壁厚汁算。 渗碳层深度(mm)＝零件壁厚×(0.1～0.2) （厚壁零件选择系数的下限，而薄壁零件选择上限值 ）
（二）渗碳方法
1. 固体渗碳 设备：固体渗碳箱 常用的固体渗碳剂：硬木木炭及焦炭。 常用的催渗剂：碳酸钡或碳酸钠 Na2CO3→Na2O＋CO2 BaCO3→BaO＋CO2 CO2＋C→2CO
泥封 渗碳箱
盖
试棒
零件
渗碳剂
固体渗碳法示意图
2. 气体渗碳（900~950℃） 常用渗碳设备： 气体渗碳炉分为周期式炉和连续式炉。
第七节 钢的化学热处理
一、化学热处理的基本过程 二、钢的渗碳 三、钢的渗氮 四、钢的碳氮和氮碳共渗
一、化学热处理的基本过程
将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的 活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分、
组织和性能。
原理:
渗剂分解出活性原子 → 工件表面对活性原子的吸收 → 活性原子从工件表层向内部的扩散
（三） 离子氮化
第十二章 钢的化学热处理
热处理原理与工艺 第12章 钢的化学热处理
1
第12章 钢的化学热处理
导读
学习本章要基本掌握化学热处理的基 本原理，渗碳、渗氮的原理和工艺， 包括固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳 的基本原理和工艺。了解，碳氮共渗， 渗金属等工艺方法，辉光放电离子热 处理及真空渗碳等工艺方法。
2
12
第12章 钢的化学热处理
四、化学热处理的扩散过程
金属表面溶入被渗元素后，该元素浓度增加，形成浓度差， 发生迁移现象。 1、纯扩散与反应扩散
钢的表面在吸收活性原子后，渗入元素的浓度大大提高， 在表面和内部之间形成浓度差。在一定温度下原子向着浓 度低的方向扩散，结果得到一定厚度的扩散层，扩散层中 表面浓度最高，沿表面向里，浓度逐渐下降。
29
第12章 钢的化学热处理
A)卤化物催渗法：与渗剂同时加入氟、氯等化合 物。可以活化工件表面。如渗金属时常用金属的 卤化物作为渗剂。或气体渗氮时加入氯化铵或四 氯化碳，渗氮时分解出氯化氢或氯气，破坏工件 表面的氧化膜。 B）提高渗剂活性的催渗方法：固体渗碳时炭粒 中渗入4％BaCO3和15％Na2CO3，则显著提高渗 剂的活性。
25
第12章 钢的化学热处理
26
第12章 钢的化学热处理
五、加速化学热处理过程的途径
过程一般持续时间较长，耗费大量能源，因此如何 加速是多年来的研究方向。 1、分段控制 应用广泛。例如：气体渗碳和渗氮常分两段或三段 进行控制。第一阶段，提高浓度梯度为主。第二阶 段以加速扩散为主。 在连续气体渗碳炉中，采用分区控制炉气和炉温的 方法来协调整个渗碳过程，以保证渗碳质量和达到 加速渗碳的目的。