《钢的化学热处理》PPT课件.ppt

1、第五章 钢的化学热处理,5.1 概述 何为化学热处理？ 工业上有哪些应用？ 它解决哪些问题,强化表面, 保护零件表面,将零件放在特定的介质中加热、保温、以改变其表层化学成分和组织，从而获得所需力学或化学性能的工艺总称,表面和心部性能要求不同的零件,第十章 钢的化学热处理,10.1 概述 化学热处理的优点,能有效改善钢表面的成分、组织和性能 不受工件形状限制,第十章 钢的化学热处理,化学热处理基本过程 三个过程： 渗剂的分解 零件表面对活性原子的吸收 活性原子从零件表面向内部扩散,1、分解 渗剂分解，析出活性渗入原子。 如： 2CO CO2 + C CH4 C + 2H2 2NH3 2N + 3

2、H2,化学热处理基本过程,要加快分解反应：应升高温度，加大反应物浓度，加入催渗剂,2、吸收 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,化学热处理基本过程,溶解,化合,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,3、扩散 活性原子被吸收后，造成表面内部的浓度差， 引起渗入原子向内扩散。 整个化学热处理速度取决于扩散速度 (1)活性原子扩散宏观规律 服从 Fick第一定律 Fick第二定律,化学热处理基本过程,扩散层厚度与温度关系,扩散层厚度与时间关系,A，a实验系数,温度的影响远大于时间,2）扩散层形成规律（渗剂

3、B向金属A扩散为例,T1,Cm,Cmin,A,T,Cmax,1,Cm,Cmin,Cmax,AnBm,由表至里距离,化学热处理基本过程,AnBm,AnBm,表面,A,AnBm,A,AnBm,A,AnBm,T1温度下扩散层组织变化过程,5.2 钢的渗碳 基本思路： 在FeC相图中，- Fe中碳的最大溶解度0.02%，而 - Fe中碳的最大溶解度达到2.11%，相差100倍，希望在高温下渗碳，低温淬火，以期获得最高强度和最大表面硬度,一、渗碳用钢 低碳钢和低碳合金钢（碳含量0.1%0.25%) 低淬透性、低强度 15、20、25 中等强度，淬透性 20Cr、20Mn2、20MnV 高强度，淬透性 2

4、0CrMnTi、 20CrMnMo等。 超高强度 20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA,5.2 钢的渗碳,5.2 钢的渗碳,1）渗碳温度确定 在奥氏体化温度范围内，920930（促进扩散）， 小零件温度低些。 （2）渗碳时间 渗层深度=(802.6*t1/2) /10(3720/T) （3）渗碳前处理 非渗碳表面预保护（涂料、镀铜，加大加工余量） 渗碳表面清洁，不能有裂纹等,二、渗碳主要工艺参数,三、渗碳后的热处理 钢铁经过渗碳处理后，表面碳含量虽然很高，但其硬度不高，只有经过热处理后，使其转变成马氏体，才能获得较高的硬度和耐磨性能。 直接淬火+低温回火 一次淬火+低温回火 二次淬火+低温

5、回火 分级淬火+低温回火,5.2 钢的渗碳,淬火+低温回火,难点：淬火温度的选择，需同时满足表面和心部要求,1）直接淬火法,淬火+低温回火,0,T,回火,淬火,820 850,180 200,t(h,加热,3 9h,930渗碳,直接淬火工艺,预冷,预冷作用：减少变形 降低A中含碳量,淬火+低温回火,2）一次淬火法,渗碳缓冷后重新加热淬火,四、渗层组织,P+Fe3C,F + P少,P,P+F,渗碳时组织,A,缓冷后组织,过共析,共析,亚共析,心部,淬火后组织,高碳M + Fe3 C +Ar,低碳M +F（少量,硬度,5.2 钢的渗碳,理想渗层组织：隐针M + 弥散细小Fe3 C +少量均匀Ar,

6、渗层厚度：一般0.52mm 质量检查：渗层深度 硬度 金相组织,五、常见渗碳方法 气体渗碳 液体渗碳 固体渗碳 高频渗碳 真空渗碳 电解渗碳 流态床渗碳,5.2 钢的渗碳,气体渗碳法示意图,固体渗碳法示意图,定义: 将N渗入钢件表面，以提高其硬度、耐磨性 和疲劳强度的一种化学热处理方法,优点:高硬度，耐磨性 高红硬性 高抗咬和性 高疲劳强度 高抗蚀性 工件变形小,常用工艺：气体渗氮、液体氮化、 软氮化（氮碳共渗） 离子氮化,5.3 钢的氮化,缺点:生产周期长 成本高 渗层薄 不能承受高的接触应力 和冲击载荷,5.3 钢的氮化,氮化层强化机理 氮化强化与渗碳强化区别 渗碳强化:先渗碳后淬火获得相

7、变高碳马氏体强化相 氮化强化:合金氮化物的时效强化，氮化后无须热处理 N化强化机理 1）N和Me元素原子的偏聚形成G-P区，引起强烈畸变。 2）过渡型氮化物的析出； 3）稳定的合金氮化物具有弥散强化效果。 强化效果与合金元素有很大关系，形成的合金氮化物越稳定，其强化效果越好，Al、Cr、Mo能强烈提高氮化层的硬度，氮化王牌钢38CrMoAlA 氮化与渗碳如何保证零件心部韧性？ 渗碳：心部低碳渗后热处理 氮化：渗前调质处理,5.3 钢的氮化,氮化工艺 氮化钢主要为中碳调质钢,有38CrMoAlA,40Cr等. 氮化前热处理 进行调质处理,使心部获得回火索氏体组织。 非氮化面的防护 镀锡、涂料（水

8、玻璃+石墨） 氮化温度和时间确定 氮化温度一般在480570左右,5.3 钢的氮化,氮化层组织 从表面至心部的金相组织为： 表面: 回火索氏体 + 氮化物（一般要磨削去除、脆性大、不可用） 氮化层: 回火索氏体 + 、氮化物 （工作层） 心部: 回火索氏体 注：钢的氮化热处理可以有和马氏体一样的转变，但一般不这么用,渗碳与渗氮的工艺特点,不需要,2050,500600,渗氮,需要,39,920930,渗碳,处理后是否需要热处理,处理时间 ( h,处理温度 (,名称,问题：试从工艺及强化机理及强化效果角度比较渗碳和渗氮工艺,10.3 钢的氮化,离子氮化炉,离子氮化,含氮气体在直流电场作用下，产生辉光放电作用，使氮离子化渗入金属表面,10.3 钢的氮化,软氮化（低温氮碳共渗,在钢件表面渗入氮原子的 同时还有少量碳原子渗入,离子氮化炉,渗硼 超高硬度