化学热处理总复习

1、 一、渗碳部分一、渗碳部分 1 1、化学热处理的基本过程、化学热处理的基本过程 2 2、渗碳的目的及分类、渗碳的目的及分类 3 3、渗碳用钢及预热处理、渗碳用钢及预热处理 4.14.1渗碳气氛与工艺参数影响渗碳气氛与工艺参数影响 4.24.2气体渗碳的分段式滴注工艺气体渗碳的分段式滴注工艺 5 5、渗碳的技术要求与质检、渗碳的技术要求与质检 6 6、渗碳件的渗后热处理、渗碳件的渗后热处理 二、碳氮共渗二、碳氮共渗 1 1、碳氮共渗的定义和特点、碳氮共渗的定义和特点 2 2、碳氮共渗用钢和工艺路线、碳氮共渗用钢和工艺路线 3 3、工艺参数的影响、工艺参数的影响 4 4、渗后热处理和性能特点、渗后

2、热处理和性能特点 三、渗氮三、渗氮 1 1、渗氮的定义与特点、渗氮的定义与特点 2 2、渗氮用钢及工艺路线、渗氮用钢及工艺路线 3 3、渗前预热处理、渗前预热处理 4 4、工艺参数的影响、工艺参数的影响 5 5、三种工艺方法的特点、三种工艺方法的特点 6 6、性能特点、性能特点 7 7、炉罐的退氮问题、炉罐的退氮问题 四、氮碳共渗四、氮碳共渗 1 1、定义及特点、定义及特点 五、真空化学热处理五、真空化学热处理 1 1、真空的基本概念、真空的基本概念 2 2、真空加热的技术特点、真空加热的技术特点 3 3、真空渗碳工艺的优点、真空渗碳工艺的优点 1 1、化学热处理的基本过程、化学热处理的基本过

3、程 （1 1）化学介质（渗剂）的分解）化学介质（渗剂）的分解 （2 2）活性原子的吸收）活性原子的吸收 p活性原子与金属表面作用的两种形式活性原子与金属表面作用的两种形式: : 吸附扩散吸附扩散 反应扩散反应扩散 p发生吸收的两个条件：发生吸收的两个条件： 具有渗入元素的活性原子具有渗入元素的活性原子 渗入元素可溶入基体金属中，或可与之形成化合渗入元素可溶入基体金属中，或可与之形成化合 物物 （3 3）渗入元素的扩散）渗入元素的扩散 浓度梯度的存在，浓度梯度的存在， 形成扩散层。形成扩散层。 扩散层厚度、浓度扩散层厚度、浓度 由分解、吸收、扩散由分解、吸收、扩散 三者速度和相互关系三者速度和相

4、互关系 决定。决定。 返回返回 二、渗碳的目的和分类 p渗碳定义 渗碳是为提高工件表层的碳含量,并在其中形 成一定的碳的浓度梯度，将工件置于渗碳剂中加热、 保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。 目的：渗碳的目的是使机器零件获得高的硬度、耐磨 性及高的强韧性。 p渗碳工艺的分类渗碳工艺的分类 、气体渗碳气体渗碳 、固体渗碳固体渗碳 、液体渗碳液体渗碳 、真空渗碳、真空渗碳 、离子渗碳离子渗碳 返回返回 、炉气成分与作用、炉气成分与作用 A A、渗碳成分、渗碳成分 烷类，控制成分、易生成炭黑烷类，控制成分、易生成炭黑 烯类，易结焦，越少越好烯类，易结焦，越少越好 COCO，温度越高，生成活性原子越

5、少，弱渗，温度越高，生成活性原子越少，弱渗 剂剂 B B、脱碳组分、脱碳组分 COCO2 2 H H2 2O O O O2 2 H H2 2 稀释、还原 稀释、还原 C C、中性组分、中性组分 N N2 2 三、气体渗碳工艺参数的选用三、气体渗碳工艺参数的选用 （一）工艺参数（一）工艺参数 1 1、渗碳温度、渗碳温度 900900950950，一般，一般920920930930，薄时，薄时，880-880- 900900 A A、奥氏体，溶碳量大、奥氏体，溶碳量大 B B、扩散系数大、扩散系数大 C C、晶粒不会明显长大、晶粒不会明显长大 2 2、渗碳时间、渗碳时间 -mm-mm -h-h K

6、-875:0.45 K-875:0.45、900:0.54900:0.54、920:0.63920:0.63、930:0.647930:0.647 k T 3720 106 .802 返回返回 四、碳势的测量与控制四、碳势的测量与控制 碳势定义：纯铁在一定温度下，于加热炉气中加热时达到既碳势定义：纯铁在一定温度下，于加热炉气中加热时达到既 不增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时，表面的含碳量。它不增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时，表面的含碳量。它 表示炉气对纯铁饱和碳的能力表示炉气对纯铁饱和碳的能力 。 测量：测量： p定碳片定碳片 p红外仪红外仪 p氧探头氧探头 p电阻法电阻法 p露点仪露点仪 控制

7、：稀释剂、渗剂、空气控制：稀释剂、渗剂、空气 返回返回 渗碳用钢渗碳用钢 通常为低碳（合金钢）通常为低碳（合金钢） 低淬透：低淬透：2020、 20Cr20Cr、 20CrV20CrV、20MnV20MnV 中淬透：中淬透： 20CrMnTi20CrMnTi、20CrMn20CrMn、20Mn2B20Mn2B 高淬透：高淬透：12Cr2Ni4A12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W18Cr2Ni4W、20Cr2Ni420Cr2Ni4 p工艺路线工艺路线 路线：锻正火（高回）粗、半精加工渗路线：锻正火（高回）粗、半精加工渗 碳（正火高回）碳（正火高回） 淬火、低回精加工装淬火、低回精加工装 配配

8、 返回返回 一、表面含碳量：一、表面含碳量：0.7-1.050.7-1.05 0.81.20.4 碳含量碳含量 硬度硬度HV 900 800 700 600 15钢钢 Ni3钢钢 二、渗碳层深度二、渗碳层深度 表面至规定碳含量处（一般表面至规定碳含量处（一般0.40.4）的垂直距离。）的垂直距离。 重载重载4-10mm4-10mm 轻载轻载0.05-0.3mm0.05-0.3mm 3mm3mm深层，深层，0.3mm0.3mm浅层浅层 齿轮渗碳一般按（齿轮渗碳一般按（15-2515-25）m m 其他渗碳件按零件厚度其他渗碳件按零件厚度10-20%10-20% p渗层深度及表里性能匹配的影响渗层

9、深度及表里性能匹配的影响 p碳含量分布碳含量分布 返回返回 一、预冷直接淬火一、预冷直接淬火 1 1、适用范围、适用范围 适用于本质细晶粒钢制造的气体或液体渗碳件适用于本质细晶粒钢制造的气体或液体渗碳件 低合金渗碳钢（低）低合金渗碳钢（低） 精磨前不进行其他切削加工精磨前不进行其他切削加工 固体渗碳不适合此法固体渗碳不适合此法 2 2、随炉预冷、随炉预冷 目的：目的： 减少温差、减少应力和变形；调整碳含量和残，保减少温差、减少应力和变形；调整碳含量和残，保 证硬度和耐磨性证硬度和耐磨性 p二、一次淬火（重热淬火）二、一次淬火（重热淬火） 1 1、适用范围：、适用范围： 固体渗碳件固体渗碳件 气

10、体或液体渗碳后粗晶件气体或液体渗碳后粗晶件 渗碳后不宜淬火或须切削加工的零件渗碳后不宜淬火或须切削加工的零件 p三、二次淬火三、二次淬火 1 1、适用范围、适用范围 心部和表面性能要求都高，直接和一次淬火无法心部和表面性能要求都高，直接和一次淬火无法 满足满足 2 2、优缺点：、优缺点： 心部和渗层表面均能获得较满意的组织和性能心部和渗层表面均能获得较满意的组织和性能 多次加热和冷却，工艺复杂，费用高，耗能多，多次加热和冷却，工艺复杂，费用高，耗能多， 工件易产生变形和氧化脱碳工件易产生变形和氧化脱碳 四、高温回火后淬火四、高温回火后淬火 1 1、适用范围、适用范围 高合金渗碳钢高合金渗碳钢2

11、0Cr2Ni4A20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA等等 2 2、目的：、目的： 促进和残分解，析出碳化物，降低残促进和残分解，析出碳化物，降低残 便于切削加工便于切削加工 p五、冷处理与回火五、冷处理与回火 p冷处理冷处理 70708080， p回火回火 150-200150-200，2 23h3h 返回返回 一、概述一、概述 定义：定义：A A状态，同时渗入状态，同时渗入C C、N N，渗，渗C C为主的化为主的化 学热处理工艺。学热处理工艺。 目前，中温工艺为主目前，中温工艺为主 C C ：0.7-0.950.7-0.95 N N ：0.1-0.4 0.1-0.4

12、 特点：特点： 1 1）N N降低降低A1,A3A1,A3点，温度低，变形小，细晶可直淬点，温度低，变形小，细晶可直淬 2 2） N N使使A A稳定，淬透性稳定，淬透性 ，硬化均匀，硬化均匀;MS;MS点下降，点下降， 残残A A增多增多 3 3）相同温度，浓度高，渗速快，初期明显。）相同温度，浓度高，渗速快，初期明显。4 4）硬）硬 度、耐磨性、疲劳强度高于渗碳件度、耐磨性、疲劳强度高于渗碳件 5 5）采用的渗层薄。）采用的渗层薄。 返回返回 材料：材料： 渗碳钢渗碳钢 中碳（合金）钢中碳（合金）钢 路线：（与渗碳类似）路线：（与渗碳类似） 锻预备热处理粗、半精加工碳氮共渗淬火、锻预备热处

13、理粗、半精加工碳氮共渗淬火、 低回精加工装配低回精加工装配 返回返回 （一）工艺参数的影响（一）工艺参数的影响 1 1、温度、温度 、对浓度的影响、对浓度的影响 p、对组织性能的影响、对组织性能的影响 共渗温度低，例如共渗温度低，例如700700时，易形成氮和碳氮化时，易形成氮和碳氮化 合物合物相，脆相，脆 共渗温度中等，共渗层总浓度高，残奥增加，共渗温度中等，共渗层总浓度高，残奥增加， 可提高调整碳、氮势控制可提高调整碳、氮势控制 共渗温度高，例共渗温度高，例900900以上，和渗碳相似以上，和渗碳相似 2 2、共渗时间、共渗时间 1mm1mm时，煤油时，煤油25%25%氨氨 840-870

14、840-870，4h4h左右左右 850,4-5h,850,4-5h,浓度饱和，延浓度饱和，延 长时间，游离化合物，长时间，游离化合物， 性能降低性能降低 k 返回返回 四、渗后热处理四、渗后热处理 一般：直接淬火低回一般：直接淬火低回 回火抗力提高，回火温度稍高回火抗力提高，回火温度稍高 淬透性提高，硬化均匀淬透性提高，硬化均匀 碳钢碳氮共渗可取代合金钢渗碳碳钢碳氮共渗可取代合金钢渗碳 返回返回 p五、组织性能五、组织性能 1 1、组织、组织 与渗碳类似与渗碳类似 不同：碳氮化物倾向大，残不同：碳氮化物倾向大，残A A多多 厚度：有冲击载荷，厚度：有冲击载荷，0.65-0.75mm0.65-

15、0.75mm 轻载，轻载，0.55mm0.55mm以下以下 一般取渗碳层深度的一般取渗碳层深度的2/32/3 2 2、性能、性能 硬度、耐磨性、疲劳强度硬度、耐磨性、疲劳强度 高于渗碳高于渗碳 疲劳强度疲劳强度 碳氮共渗碳氮共渗 渗碳渗碳 感应加热表面淬火感应加热表面淬火 正火正火 返回返回 钢的渗氮 将氮渗入钢铁零件表面的热处理工艺称为渗氮 俗称氮化。 特点： p1、高硬度、高耐磨 p2、高的疲劳强度、抗蚀性 p3、扩渗温度低 返回返回 一、渗氮用钢及工艺路线一、渗氮用钢及工艺路线 1 1、渗氮用钢、渗氮用钢 常采用含常采用含CrCr、MoMo、W W、V V、AlAl的合金钢的合金钢 也可

16、用碳钢也可用碳钢 高碳高合金钢高碳高合金钢 2 2、工艺路线、工艺路线 下料锻造预备热处理粗加工调质下料锻造预备热处理粗加工调质 半精加工去应力退火粗磨渗氮精磨半精加工去应力退火粗磨渗氮精磨 返回返回 预热处理：调质（性能、组织）预热处理：调质（性能、组织） 调质组织对渗氮质量的影响调质组织对渗氮质量的影响 A A、残留铁素体，易形成针状氮化物、残留铁素体，易形成针状氮化物 B B、原始组织粗大，易形成脉状或网状氮化物、原始组织粗大，易形成脉状或网状氮化物 C C、贝氏体，易形成针状氮化物、贝氏体，易形成针状氮化物 返回返回 2 2、工艺参数、工艺参数 A A、温度、温度 0 0.1 0.2

17、0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8（mm） 1100 1000 900 800 700 600 500 300 200 38CrMoAl渗氮渗氮60小时，温度对表面硬度和层深的影响小时，温度对表面硬度和层深的影响 500 520 560580600 B B、渗氮保温时间、渗氮保温时间 C C、氨分解率、氨分解率 氨分解率增加，氨分解率增加， 氮势降低氮势降低 0 20 40 60 80 100 氨分解率对氨分解率对38CrMoAl渗氮层硬度与深度影响渗氮层硬度与深度影响 1100 900 700 500 300 0.6 0.4 0.2 0 HV 深度 520 600 600 520

18、 2 3 2 3 H NH P P 氮势 返回返回 3 3、工艺过程、工艺过程 准备、排气升温、渗氮保温、冷却准备、排气升温、渗氮保温、冷却 4 4、工艺方法、工艺方法 (1)(1)强化渗氮强化渗氮 a a、等温渗氮、等温渗氮 一般一般480480530530 520510 %2518 h60h20 %70 h3 200180 %4030 温度 %氨分解率 h时间 b b、二段渗氮法、二段渗氮法 h2 520510 %2518 h3025h2016 %70 200180 %6040 560550 %氨分解率 h时间 温度 c c、三段渗氮法、三段渗氮法 h2 570560 %2518 h16h

19、10 %90 200180 %4030 510 520 %6040 h18 %氨分解率 h时间 温度 返回返回 性能特点性能特点 1 1、硬度、耐磨性、脆性、硬度、耐磨性、脆性 2 2、疲劳强度、疲劳强度 3 3、热硬性、热硬性 返回返回 不锈钢炉罐退氮不锈钢炉罐退氮 p不锈钢渗氮罐在渗氮过程中会渗入氮，氮对氨分不锈钢渗氮罐在渗氮过程中会渗入氮，氮对氨分 解起催化作用，随渗氮罐表层氮含量增加，催化解起催化作用，随渗氮罐表层氮含量增加，催化 作用增强，须加大氨气供量才能维持正常氨分解作用增强，须加大氨气供量才能维持正常氨分解 率，所以须定期对炉罐进行退氮。率，所以须定期对炉罐进行退氮。 p 退氮

20、时，空炉加热至退氮时，空炉加热至800-860800-860，2-4h2-4h后缓冷。后缓冷。 返回返回 一、认识氮碳共渗一、认识氮碳共渗 p定义：工件表层同时渗入氮、碳原子，以渗氮为定义：工件表层同时渗入氮、碳原子，以渗氮为 主的化学热处理工艺。主的化学热处理工艺。 p工艺分类：工艺分类： 液体氮碳共渗液体氮碳共渗 气体氮碳共渗气体氮碳共渗 固体氮碳共渗固体氮碳共渗 等离子氮碳共渗等离子氮碳共渗 特点：特点： 1)1)适应于氮碳共渗的材料广：碳钢、合金钢、铸铁适应于氮碳共渗的材料广：碳钢、合金钢、铸铁 2)2)氮碳共渗的速度快，周期短：氮碳共渗的速度快，周期短：0.5mm,3-4h.0.5mm,3-4h. 3) 3) 白亮层中的白亮层中的相韧性更好：含碳后，含氮低，韧相韧性更好：含碳后，含氮低，韧 性好，且不析出脆性性好，且不析出脆性相；弥散分布碳氮化合物。相；弥散分布碳氮化合物。 4 4）加工成本低。）加工成本低。 5 5）变形量较大。）变形量较大。 6 6）处理时间不宜过长。）处理时间不宜过长。 返回返回 1 1、定义、定义 真空：在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状真空：在指定