化学热处理后的组织与性能.

4）质的物理状态分：
固体―如固体渗C、固体渗B等。
液体―如盐溶炉渗B或B、C、N共渗等，渗Al等金属
气体―气体渗C和C、N共渗。
兰
州
理
工
大
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4、化学热处理的特点
1）不受工件几何形状的限制
2）具有较好的工艺性 3）经济效果好
4）能获得具有特殊性能的表面层
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不受工件几何形 状的限制
即任何几何形状复杂的工件经 过化学热处理后，均可获得沿 其轮廓分布的均一的表面化学 热处理层
具有较好的工艺性
如开裂倾向较小；处理温度
范围较宽；对冷却介质的敏 兰
感性较小等等
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工
大
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经济效果好
廉价的钢材经化学热处理后可获得 表面性能高的工 件。经化学热处理 的碳钢件的表层性能不亚于同类合 金钢的性能。
2）渗入金属元素：
单元渗：Al、Cr、Ti、Nb、V、Zn
多元渗：Al＋Si、Al＋Cr、 Al＋V、
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Al＋Cr＋Si
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3）渗入元素对表面性能作用分类： 提高渗层强度及耐磨性→渗C、N、B、Nb、V等。 高抗氧化、耐高温→Al、Cr。 提高抗啮合、抗擦伤→渗S、N、磷化等。 提高抗腐性能→渗N、渗Si、渗Zn。
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(三)、 液体渗碳法
（1）概念：在熔融状态的盐溶渗碳剂中进行渗碳的工艺。
（2）液体渗碳工艺：
① 液体渗碳温度及盐浴活性是决定渗碳速度和表面碳含 量的主要因素。
② 对于渗层薄及变形要求严格的工件，可采用较低的渗碳 温度（850∼900°C）；
③ 对于要求渗层厚者，渗碳温度要高一些 （910∼950°C）。
提高零件的表面硬度、耐磨性 高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度 心部保持良好的塑性与韧性。
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渗碳工艺过程
排气 增碳期 升温
扩散期 降温期 均温
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升温 渗碳
扩散
冷却
州 理
典型气体吸热式连续渗碳工艺，分为升温、渗碳、扩散和冷却四个区域。
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（3）分类： 按渗碳介质状态不同，分为固体渗碳、液体渗碳、气体 渗碳。以气体渗碳应用最广泛。
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二、渗碳方法：
（一）气体渗碳
（1）概念：把工件放在一定温度的富碳气体介质中，加热 和保温进行渗碳的工艺。
（2）特点：操作简便，周期短，质量容易控制，劳动条件 好。
（3）常用渗碳设备：
周期式炉
卧式 滚筒炉
气体渗碳炉
推杆式
振底式
连续式炉 输送带式
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旋转罐式
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➢ 按热源分为电加热炉和煤气加热炉。
（4）渗碳的材料 含碳量为0.1－0.3％的低碳钢或合金钢。
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问题：在什么状态下渗碳？ A还是F？
基本思路： 在Fe—C相图中，α- Fe中碳的最大溶解0.0218%，
而γ- Fe中碳的最大溶解度达到2.11%，所以在高温下， A状态下渗碳，可以获得高的表面含碳量。
渗后低温淬火，以期获得最高强度和最大表面硬度。
（4）固体渗碳工艺：
把工件埋入渗碳箱中，四周填满固体渗碳剂，并用盖 和耐火泥将箱密封，然后送入加热炉中，加热至渗碳温 度(900∼930°C)，保温一定时间后出炉，即得所需样 品。
（5）常用的设备：
固体渗碳箱，箱式电炉、反射式燃煤炉
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理
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泥封
盖Leabharlann Baidu
渗碳箱
试棒
零件 渗碳剂
兰
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钢的固体渗碳炉
理 工
大
三、实验原理
1、化学热处理的定义
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 能的一种热处理工艺。
原理:
渗剂分解出活性原子
工件表面吸收活性原子
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活性原子从工件表层向内部的扩散
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2、化学热处理的目的
获得单一材料难以获得的性能或进一步提高制件的使用性 能。
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（4） 常用的渗碳剂 气态渗剂
天然气 丙烷 煤气等
渗碳剂
液态渗剂
煤油 甲醇 乙醇 丙酮 苯等
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理
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井式气体渗碳炉
学
兰
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理
工
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大型井式渗碳炉
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钢的气体渗碳
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州
理
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大
气体渗碳炉
学
(二)、 固体渗碳法
（1）固体渗碳过程主要由下列步骤组成：
①在灼热的固体碳表面上，CO2与碳反应生成CO；
1）碳钢渗C或C、N共渗→（淬火）获得表面高硬度、耐磨性， 心部保持良好的塑韧性。
2）渗氮（软N化或离子渗N）→表面耐磨、抗腐蚀。
3）渗Al→提高工件表面抗氧化、耐磨性能力。
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3、化学热处理的分类
以渗入元素命名：渗金属，渗非金属。
1）渗入非金属元素： 单元渗：C、N、B、O、S、Si等； 多元渗：C＋N、O＋N、O＋ C＋N
能获得具有特殊性能的表面层
兰
州
如耐腐蚀性、耐磨性等
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5、化学热处理的基本过程
基本过程—— 大致分为三个阶段： ① 分解阶段：渗剂中的化学反应分解出渗入元素的活性
原子; ② 吸收阶段：活性原子被金属表面吸收; ③ 扩散阶段：渗入原子在金属基体内达到一定浓度后从
工件表面向内部扩散;
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6、几种化学热处理工艺的比较
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7、化学热处理的应用
化学热处理方法、渗层深度、组织、性能及主要应用范 围如下表。
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钢的渗碳
一、渗碳的概述
（1）概念：
将钢件在碳的活性介质中加热并保温，使碳原子渗入 表层的一种表面化学热处理工艺。 （2）目的：
④ 温度一定条件下，渗碳保温时间由渗层深度决定。
（3）常用的设备：内热式或外热式盐炉
兰
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（4）液体渗碳优缺点
① 优点：加热速度快，加热均匀，渗碳后便于直接淬火， 适合于处理中、小型零件。
②在金属工件表面，CO分解析出活性碳原子；
③活性碳原子被工件表面吸收，并向内部扩散。
（2）固体渗碳的优缺点：
① 优点：不需要专门的渗碳设备，操作简单，成本低， 大小零件都能用。
② 缺点：渗速慢，渗碳时间长，渗层不易控制，不能直 接淬火，劳动条件差，效率低。
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（3）固体渗碳剂：
固体渗碳剂主要由供碳剂、催化剂组成。供碳剂一般 为木炭、焦炭；催化剂一般是碳酸盐。
化学热处理后的组织与性能
一、目的和要求
1、了解碳钢的基本渗碳工艺； 2、熟悉钢渗碳后热处理的组织特征；
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二、仪器、设备和材料
1、化学热处理实验所用的简单实验设备； 2、进行化学热处理的实验样品; 3、切割机（或者锯刀）、砂轮机、锉刀、预磨机、抛 光机、洛氏和布氏硬度试验机；
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