化学热处理和表面淬火

1、 化学热处理与表面淬火河北工业大学河北工业大学 教授教授金属材料系金属材料系 主任主任 武建军武建军 博士博士3 钢的化学热处理和表面淬火n定义：化学热处理是将工件置于一定的介质中定义：化学热处理是将工件置于一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，改变表面层的层，改变表面层的化学成分及显微组织化学成分及显微组织，从而，从而使工件表层获得所需特殊性能的热处理工艺。使工件表层获得所需特殊性能的热处理工艺。n根据渗入的元素来命名根据渗入的元素来命名n渗碳、氮化、碳氮共渗等可提高工件表面的硬渗碳、氮化、碳氮共渗等可提高工件表面的硬度、耐磨性以及疲

2、劳强度；渗氮、渗硅、渗铝度、耐磨性以及疲劳强度；渗氮、渗硅、渗铝等用于提高工件的抗腐蚀性、抗氧化性，等用于提高工件的抗腐蚀性、抗氧化性，n应用最广的化学热处理是渗碳、氮化和碳氮共应用最广的化学热处理是渗碳、氮化和碳氮共渗。渗。 化学热处理的基本过程分解n化学介质在高温下化学介质在高温下(分解或蒸发分解或蒸发)释放出释放出待渗的活性原子，例如待渗的活性原子，例如 2CO CO2 +Cn影响因素：影响因素：n反应温度n介质浓度n催化剂种类等化学热处理的基本过程吸收n活性原子被零件表面吸附，进而溶解或活性原子被零件表面吸附，进而溶解或反应。反应。n根据作用力性质，分为化学吸附和物理根据作用力性质，分

3、为化学吸附和物理吸附。吸附。n影响因素：影响因素：n温度n表面活性n表面面积等化学热处理的基本过程扩散n扩散是由于原子等微粒热运动引起的物扩散是由于原子等微粒热运动引起的物质传输现象。质传输现象。n活性原子由零件表面向内部扩散活性原子由零件表面向内部扩散, 形成一形成一定深度的扩散层（固溶体，或化合物）定深度的扩散层（固溶体，或化合物）n 扩散的阻力和条件扩散的阻力和条件n扩散与原子热运动相关，阻力就是周围原子对运动原子的限制（扩散激活能），n不是所有原子都可以移动的！阻力（和键能相关）大小不易改变n因此必须在满足以下条件才能实现n（1）扩散原子能固溶；n（2）具有驱动力：如浓度梯度，温度梯度

4、。n（3）温度足够高；n（4）时间足够长；加速化学热处理的措施n提高活性物质的浓度提高活性物质的浓度n提高温度提高温度n活化金属表面，如净化活化表面活化金属表面，如净化活化表面n提高活性粒子的活性，如电场加速提高活性粒子的活性，如电场加速n改变基体材料改变基体材料n复合渗等复合渗等扩散定律扩散定律n菲克（菲克（A. Fick）于）于1855年通过实验获得了关于年通过实验获得了关于稳定态扩散的第一定律，其数学表达式为稳定态扩散的第一定律，其数学表达式为n即即在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散流量面积的扩散流量J与浓度梯度成正比，与浓度梯度成正比

5、，n式中式中D为扩散系数，为扩散系数，J为扩散通量，负号表示扩为扩散通量，负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反。散方向与浓度梯度方向相反。dxdCDJ影响扩散系数的因素影响扩散系数的因素n温度温度n晶体结构晶体结构n固溶体类型固溶体类型n浓度浓度n晶体缺陷晶体缺陷扩散方程的一个解n纯铁渗碳时，在含碳量不变的气氛中，纯铁渗碳时，在含碳量不变的气氛中，C C浓度分布的试验结果与计算结果符合很浓度分布的试验结果与计算结果符合很好好DtxerfCCCCSS2)(0一一维维半半无无限限长长问问题题及及其其解解扩散方向表面扩散元素浓度Cs且恒定扩散物体中扩散元素浓度C0Cs0 xCt1t2t3t1t2750

6、 开始甲醇，开始甲醇，900 煤油。到温后延煤油。到温后延续续3060分钟分钟n渗碳阶段：正压渗碳阶段：正压150200Pa，用富碳渗剂滴，用富碳渗剂滴量控制碳势。两段法渗层碳浓度梯度小，结合量控制碳势。两段法渗层碳浓度梯度小，结合好，渗速较快好，渗速较快n降温阶段：降温至出炉温度降温阶段：降温至出炉温度滴注式气体渗碳n操作要点操作要点n表面清洁；n同一炉零件材料、技术要求相同；n炉内正压，废气点燃；n零件之间气氛流通；n经常校对碳势；n严禁在750以下向炉内滴入有机液体，防爆吸热式气氛渗碳n将碳氢化合物气体与空气按一定比例混将碳氢化合物气体与空气按一定比例混合后，在催化剂和加热条件下进行吸热

7、合后，在催化剂和加热条件下进行吸热反应，得到碳势较低的渗碳气氛。反应，得到碳势较低的渗碳气氛。n富化气多采用丙烷。可以通过调节富化富化气多采用丙烷。可以通过调节富化气流量实现炉气碳势的调节气流量实现炉气碳势的调节n（一般）用于连续作业炉，常用即可（一般）用于连续作业炉，常用即可n连续式渗碳炉分为加热、渗碳、扩散、连续式渗碳炉分为加热、渗碳、扩散、冷却四个区，可以对碳势和温度进行分冷却四个区，可以对碳势和温度进行分区控制区控制n气体渗碳的优点：生产率高，劳动条件好，渗碳过程容易控制，容易实现机械化、自动化，适用于大批量生产。离子渗碳与真空渗碳特点n在低真空条件下渗碳在低真空条件下渗碳n可以采用较

8、高的温度（和电场加速），可以采用较高的温度（和电场加速），效率高效率高n渗层均匀，尤其是小孔渗层均匀，尤其是小孔n节能节能n节省渗剂，环境好节省渗剂，环境好固体渗碳固体渗碳传统工艺渗碳工艺：工件+渗碳剂密封装入渗碳箱， 加热至900950保温。固体渗碳剂：碳粉和碳酸盐(BaCO3或Na2CO3) 的混合物。化学反应： C+O22CO BaCO3或Na2CO3BaO（或Na2O）+CO2 CO2+C 2CO 2COC+CO2固体渗碳的特点n优点：优点：n设备简单，不需要专门设备n适应性大，n操作简单n缺点：缺点：n淬火麻烦n劳动强度大，工作条件差n质量不易控制（温度，碳势）液体渗碳n盐浴中加热，

9、实现渗碳盐浴中加热，实现渗碳n盐浴中含有加热介质，如盐浴中含有加热介质，如NaCl，供碳物，供碳物质，如质，如NaCN，和催渗剂，和催渗剂,如如NaCO3n优点：变形小，渗速快，渗层均匀优点：变形小，渗速快，渗层均匀n缺点：对人有毒，环境污染，缺点：对人有毒，环境污染，渗碳后热处理n热处理方法与钢种、力学性能要求有关热处理方法与钢种、力学性能要求有关直接淬火直接淬火n预冷至预冷至850880后直接淬入油中或水中，后直接淬入油中或水中，180200进行低温回火。进行低温回火。n预冷预冷 ：减少淬火变形及开裂，使表层析出碳化物，减少淬火变形及开裂，使表层析出碳化物，降低奥氏体的含碳量，从而降低淬火

10、后的残余奥氏体降低奥氏体的含碳量，从而降低淬火后的残余奥氏体量，提高表层硬度。量，提高表层硬度。 特点特点： 操作简单、成本低，生产率高，适用于渗碳操作简单、成本低，生产率高，适用于渗碳件的心部和表层都不过热的情况下；此外预冷过程中件的心部和表层都不过热的情况下；此外预冷过程中，二次渗碳体沿奥氏体晶界呈网状析出，对工件淬火，二次渗碳体沿奥氏体晶界呈网状析出，对工件淬火后的性能不利。后的性能不利。 用途用途：大批量生产的汽车、拖拉机齿轮常用此法。大批量生产的汽车、拖拉机齿轮常用此法。一次淬火法一次淬火法 工件经渗碳空冷后，再重新加热进行淬火，然工件经渗碳空冷后，再重新加热进行淬火，然后在后在18

11、0200回火。回火。 淬火温度选择取决于性能要求：淬火温度选择取决于性能要求： 心部要求较高时，略高于心部要求较高时，略高于Ac3;Ac3; 心部要求不高，稍高于心部要求不高，稍高于Ac1;Ac1; 兼顾心部和表面性能：稍低于兼顾心部和表面性能：稍低于Ac3;Ac3; 由于奥氏体晶粒细化，性能提高，由于奥氏体晶粒细化，性能提高， 适用于比较适用于比较重要的零件，如高速柴油机齿轮等。重要的零件，如高速柴油机齿轮等。二次淬火法二次淬火法n渗碳空冷后，先加热到渗碳空冷后，先加热到AcAc3 3以上以上( (一般为一般为850850900900) )油淬，使心部组织细化，消油淬，使心部组织细化，消除表

12、层网状渗碳体；然后再加热到除表层网状渗碳体；然后再加热到AcAc1 1以以上上( (一般为一般为750750800800) )油淬，最后在油淬，最后在180180200200进行回火。进行回火。n二次淬火法使工件表层和心部组织被细二次淬火法使工件表层和心部组织被细化，从而获得较好的力学性能。但工艺化，从而获得较好的力学性能。但工艺复杂，成本高；经反复加热冷却时易产复杂，成本高；经反复加热冷却时易产生变形、开裂、氧化等。所以只适用于生变形、开裂、氧化等。所以只适用于少数对性能要求特别高的工件。少数对性能要求特别高的工件。渗碳零件应用举例n中等模数的汽车齿轮选用中等模数的汽车齿轮选用20CrMnT

13、i材材料，加工工艺路线为：下料、锻造、正料，加工工艺路线为：下料、锻造、正火、切削加工、渗碳淬火回火、喷丸、火、切削加工、渗碳淬火回火、喷丸、磨削磨削n正火：消除锻造应力，细化晶粒，调整正火：消除锻造应力，细化晶粒，调整硬度，改善切削加工性硬度，改善切削加工性n渗碳淬火：提高齿面强度、硬度、耐磨渗碳淬火：提高齿面强度、硬度、耐磨性性n低温回火：消除淬火应力，提高韧性低温回火：消除淬火应力，提高韧性渗渗碳碳层层的的退退火火组组织织过共析组织过共析组织(P+Fe3C) 共析组织共析组织(P) 过渡区亚共析组织过渡区亚共析组织(P+F) 原始亚共析组织原始亚共析组织(F+P) 渗碳工件的最终组织渗碳

14、工件的最终组织 针状回火马氏体针状回火马氏体+ +碳化物碳化物+ +少量残余奥氏体少量残余奥氏体 硬度为硬度为585864HRC64HRC，而心部组织则随钢的淬透，而心部组织则随钢的淬透性和淬火加热温度而定。性和淬火加热温度而定。 对于低碳钢如对于低碳钢如1515、2020钢，其心部组织为铁素体钢，其心部组织为铁素体+ +珠光体，硬度相当于珠光体，硬度相当于101015HRC15HRC； 对于低碳合金钢如对于低碳合金钢如20CrMnTi20CrMnTi，心部组织为回，心部组织为回火低碳马氏体火低碳马氏体+ +铁素体，硬度为铁素体，硬度为353545HRC45HRC。渗碳件质量检验项目n设计技术

15、条件设计技术条件：渗碳层深度渗碳层深度、表面硬度表面硬度、心部硬度心部硬度及及不允许渗碳不允许渗碳的部位等的部位等n不允许渗碳的部位不允许渗碳的部位可采用镀铜的方法来可采用镀铜的方法来防止渗碳或多留加工余量。防止渗碳或多留加工余量。n按工艺要求，可以检验按工艺要求，可以检验n硬度：一般用硬度：一般用HRCn深层深度深层深度:可以用宏观端口法，显微组织可以用宏观端口法，显微组织分析，显微硬度测量等方法分析，显微硬度测量等方法n金相组织：淬硬层，心部组织：金相组织：淬硬层，心部组织：常见缺陷及预防（137）n淬火后硬度低：表面碳浓度偏低或脱碳，冷却淬火后硬度低：表面碳浓度偏低或脱碳，冷却不合理（出

16、现不合理（出现T或较多或较多A)n渗层出现大块或网状碳化物渗层出现大块或网状碳化物:碳势过高碳势过高n渗层深度不均：温度不均、循环不良，表面不渗层深度不均：温度不均、循环不良，表面不清洁，表面积炭清洁，表面积炭n心部偏软或偏硬：与淬火温度高低、冷却快慢，心部偏软或偏硬：与淬火温度高低、冷却快慢，心部含碳量有关心部含碳量有关n表面出现非马氏体组织：形成合金元素的氧化表面出现非马氏体组织：形成合金元素的氧化物，降低表面淬透性物，降低表面淬透性n消除方法见消除方法见p1373.2 渗氮n氮化就是向工件表面渗入氮、形成氮化物的处氮化就是向工件表面渗入氮、形成氮化物的处理工艺，其目的是提高工件表面的硬度

17、、耐磨理工艺，其目的是提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。性、耐蚀性及疲劳强度。n氮化工艺特点氮化工艺特点n温度低 500570n时间长 :一般需要2050 h，氮化层厚度只有0.30.5 mmn用于精密零件，用于精密零件，如发动机的汽缸、排气阀、精如发动机的汽缸、排气阀、精密机床丝杠、镗床主轴、汽轮机阀门等密机床丝杠、镗床主轴、汽轮机阀门等 渗氮件的性能渗氮件的性能 高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性 合金氮化物层，合金氮化物层，100010001100HV1100HV，而且在而且在600600650650下保持不下降；下保持不下降；疲劳极限高疲劳极限高 渗氮层的体积增大产生残余压应

18、力，渗氮层的体积增大产生残余压应力，疲劳极限提高达疲劳极限提高达15%15%35%35%；高的耐蚀性能高的耐蚀性能 致密耐蚀的氮化物，工件在水、过致密耐蚀的氮化物，工件在水、过热的蒸气和碱性溶液中都很稳定；热的蒸气和碱性溶液中都很稳定；气体渗氮 气体渗氮气体渗氮 在气体介质中进行渗氮的工艺称为在气体介质中进行渗氮的工艺称为气体渗氮。气体渗氮。 工艺过程工艺过程 在渗氮炉内通入氨气，在在渗氮炉内通入氨气，在380380以上以上氨分解出活性氮原子氨分解出活性氮原子:2NH:2NH3 33H3H2 2+2N+2N 活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保温过程

19、中向里扩散，形成渗氮层。温过程中向里扩散，形成渗氮层。n周期长，操作复杂，质量不稳定。周期长，操作复杂，质量不稳定。氨分解率n分解得到的氮、氢气体占炉气体积的百分比分解得到的氮、氢气体占炉气体积的百分比n如果氨分解率过高，工件表面吸附大量氢原子，如果氨分解率过高，工件表面吸附大量氢原子，妨碍氮的吸收；妨碍氮的吸收；n如果氨分解率过低，提供的活性氮原子很少，如果氨分解率过低，提供的活性氮原子很少，也降低氮化速度也降低氮化速度n实验证明，当氨分解率在实验证明，当氨分解率在1540%，氮吸收，氮吸收最快（实际温度下不可能这样低）最快（实际温度下不可能这样低）n氨分解率与温度、氨分解率与温度、氨气流量

20、氨气流量、工件表面积、有、工件表面积、有无活性剂等有关无活性剂等有关气体氮化工艺n温度：温度：500570Cn时间：根据深度确定时间：根据深度确定n阶段升温，温度均匀，渗层均匀，变形小；阶段升温，温度均匀，渗层均匀，变形小；n渗氮工艺方法：一段渗氮，二段渗氮（强渗、渗氮工艺方法：一段渗氮，二段渗氮（强渗、扩散），三段渗氮（强渗、扩散、强渗提高表扩散），三段渗氮（强渗、扩散、强渗提高表面硬度）面硬度）n控制氨分解率：在温度一定时，通过控制氨分控制氨分解率：在温度一定时，通过控制氨分解率解率 控制氮势：较低，氮势高（强渗阶段）；控制氮势：较低，氮势高（强渗阶段）；较高，脆性降低（扩散阶段，较高，脆

21、性降低（扩散阶段，60%）n较快的冷却可降低脆性较快的冷却可降低脆性离子渗氮离子渗氮n在低于一个大气压（一般在低于一个大气压（一般1-10mmHg）的氨气中，的氨气中，n在电场作用下在电场作用下(工件，炉壁工件，炉壁，4004001000V1000V)，氨气被电离成含氮的正离子和电子，高氨气被电离成含氮的正离子和电子，高能量含氮离子高速轰击工件表面，阴极能量含氮离子高速轰击工件表面，阴极工件表面形成一层紫色辉光，这种渗氮工件表面形成一层紫色辉光，这种渗氮工艺称为工艺称为(辉光辉光)离子渗氮（离子渗氮（plasma nitriding）。）。离子渗氮工艺过程离子渗氮工艺过程n高能量氮离子高速轰击

22、工件表面，高能量氮离子高速轰击工件表面，动能动能热能热能，工件表面温升到，工件表面温升到450450650650；同；同时氮离子在阴极上夺取电子后，还原成时氮离子在阴极上夺取电子后，还原成氮原子渗入工件表面，形成渗氮层。氮原子渗入工件表面，形成渗氮层。n另外，氮离子轰击工件表面时，还能产另外，氮离子轰击工件表面时，还能产生阴极溅射效应而溅射出铁离子，铁离生阴极溅射效应而溅射出铁离子，铁离子形成氮化铁子形成氮化铁(FeN)(FeN)附着在工件表面并依附着在工件表面并依次分解为次分解为FeFe2 2N N、FeFe3 3N N、FeFe4 4N N放出氮原子向放出氮原子向工件内部扩散，形成渗氮层。

23、工件内部扩散，形成渗氮层。离子渗氮特点离子渗氮特点F速度快、周期短。速度快、周期短。38CrMoAlA38CrMoAlA要达到要达到0.530.530.7mm0.7mm深的深的渗层，渗层， 151520h20h（气体渗氮法气体渗氮法50h50h）。）。F质量高。质量高。由于阴极溅射有抑制生成脆性层的作用，所由于阴极溅射有抑制生成脆性层的作用，所以明显提高渗氮层的韧性和疲劳性质。以明显提高渗氮层的韧性和疲劳性质。F工件变形小。工件变形小。阴极溅射效应使工件尺寸略有减小，可阴极溅射效应使工件尺寸略有减小，可抵消氮化物形成引起的尺寸增大。适用于处理精密零件抵消氮化物形成引起的尺寸增大。适用于处理精密

24、零件和复杂零件，如和复杂零件，如38CrMoAlA38CrMoAlA钢制成的长钢制成的长9009001000mm1000mm、外、外径径27mm27mm的螺杆，渗氮后其弯曲变形小于的螺杆，渗氮后其弯曲变形小于5m5m。离子渗氮离子渗氮工艺特点：工艺特点：F对材料的适应性强。对材料的适应性强。渗氮用钢、碳钢、合金钢和铸铁渗氮用钢、碳钢、合金钢和铸铁都能进行离子渗氮，但专用渗氮钢（如都能进行离子渗氮，但专用渗氮钢（如38CrMoAlA38CrMoAlA）效）效果最佳。果最佳。F氨气利用率高，对环境影响小氨气利用率高，对环境影响小缺点缺点：投资高，温度分布不均，测温困难和操作要求严投资高，温度分布不

25、均，测温困难和操作要求严格等。格等。氮化应用氮化应用应应 用：用：交变载荷下工作并要求耐磨的重要结构零交变载荷下工作并要求耐磨的重要结构零件，如高速传动的精密齿轮、高速柴油机曲轴、高精度件，如高速传动的精密齿轮、高速柴油机曲轴、高精度机床主轴及在高温下工作的耐热、耐蚀、耐磨零件如齿机床主轴及在高温下工作的耐热、耐蚀、耐磨零件如齿轮套、阀门、排气阀等。轮套、阀门、排气阀等。技术要求：技术要求：需选用含与需选用含与N N亲合力大的亲合力大的AlAl、CrCr、MoMo、TiTi、V V等合金元素的合金钢，如等合金元素的合金钢，如38CrMoAlA38CrMoAlA、35CrAlA35CrAlA、3

26、8CrMo38CrMo等。等。技术要求与工艺路线技术要求与工艺路线技术要求：技术要求：应注明氮化层深度、表面硬度、氮应注明氮化层深度、表面硬度、氮化部位、心部硬度等，对于零件上不需渗氮的化部位、心部硬度等，对于零件上不需渗氮的部位镀锡或镀铜保护，或增加加工余量、氮化部位镀锡或镀铜保护，或增加加工余量、氮化后去除。后去除。工艺路线：工艺路线：锻造锻造正火正火粗加工粗加工调质调质 精加工精加工去应力去应力粗磨粗磨氮化氮化 精磨或研磨精磨或研磨 渗氮件检验项目n表面硬度及脆性：一般用表面硬度及脆性：一般用HV（10kg）n渗层深度渗层深度:可以用显微组织分析，显微硬可以用显微组织分析，显微硬度测量等

27、方法度测量等方法n心部组织：游离铁素体心部组织：游离铁素体13级，应无脱级，应无脱碳层，粗大索氏体碳层，粗大索氏体n疏松检验：一般疏松检验：一般13级合格级合格渗氮钢的预处理n氮化处理后只能进行磨削、研磨加工氮化处理后只能进行磨削、研磨加工n为了保证心部具有良好的力学性能，消为了保证心部具有良好的力学性能，消除加工应力，减小氮化时的变形，以及除加工应力，减小氮化时的变形，以及为氮化做好组织准备，一般需要进行调为氮化做好组织准备，一般需要进行调质处理，以获得回火索氏体组织质处理，以获得回火索氏体组织n对变形和尺寸稳定性要求较高的需要进对变形和尺寸稳定性要求较高的需要进行稳定化处理（高于氮化温度但

28、是低于行稳定化处理（高于氮化温度但是低于回火温度，回火温度，46h保温）保温）渗氮缺陷及其防止方法n网状及脉状氮化物：温度高，氮势高，网状及脉状氮化物：温度高，氮势高，原始组织粗大，氨气含水量大原始组织粗大，氨气含水量大n鱼骨状氮化物：预处理脱碳鱼骨状氮化物：预处理脱碳n渗层厚度、硬度不均：表面不洁，气体渗层厚度、硬度不均：表面不洁，气体循环不良，温度不均等循环不良，温度不均等n变形大：温度不均，机加工应力，渗层变形大：温度不均，机加工应力，渗层厚，工件装卡不合理，工件形状复杂厚，工件装卡不合理，工件形状复杂n对应处理对应处理3.3 钢的碳氮共渗n碳氮共渗是同时向工件表面渗入碳和氮碳氮共渗是同

29、时向工件表面渗入碳和氮的化学热处理工艺的化学热处理工艺 。n按照共渗温度，可以分为高温按照共渗温度，可以分为高温(900950 C)、中温、中温(700880 C)和和低温低温(500600 C)碳氮共渗三种，其中碳氮共渗三种，其中以中温与低温气体碳氮共渗应用较多以中温与低温气体碳氮共渗应用较多。 中温气体碳氮共渗n以渗碳为主，其工艺与气体渗碳相似。以渗碳为主，其工艺与气体渗碳相似。 n共渗温度比渗碳温度低，变形小，渗速也快。共渗温度比渗碳温度低，变形小，渗速也快。常用温度常用温度820880，要求的渗层厚度一般，要求的渗层厚度一般为为0.21.0 mm 。近年来，深层碳氮共渗代。近年来，深层

30、碳氮共渗代替渗碳，效果很好。替渗碳，效果很好。n中温碳氮共渗的共渗层硬度与渗碳层相当或略中温碳氮共渗的共渗层硬度与渗碳层相当或略高，耐磨性和疲劳强度则优于渗碳层，且具有高，耐磨性和疲劳强度则优于渗碳层，且具有加热温度低，工件变形小、生产周期短等优点。加热温度低，工件变形小、生产周期短等优点。n常用于处理形状复杂、要求变形小的耐磨零件，常用于处理形状复杂、要求变形小的耐磨零件，如缝纫机、纺织机零件及各种轻载齿轮等。如缝纫机、纺织机零件及各种轻载齿轮等。 工艺参数n共渗介质：渗碳介质氨气；含碳氮的共渗介质：渗碳介质氨气；含碳氮的有机化合物（如三乙醇胺，甲酰胺等），有机化合物（如三乙醇胺，甲酰胺等）

31、，我国常用煤油和氨气我国常用煤油和氨气n温度：温度：820860n时间：根据深度要求来决定时间：根据深度要求来决定气体碳氮共渗气氛控制n滴油量滴油量1520滴滴/m2min，通氨量为煤，通氨量为煤油气化以后体积的油气化以后体积的4050%（145）n换气次数换气次数2.53.0次次/hn大剂量排气可以缩短排气时间大剂量排气可以缩短排气时间n密封，炉压密封，炉压294490Pa,废气火苗高度废气火苗高度120150mm碳氮共渗组织与性能n与渗碳组织类似，直接淬火后典型组织与渗碳组织类似，直接淬火后典型组织为：细针状马氏体为：细针状马氏体A+碳氮化合物碳氮化合物n含氮量过高，容易出现黑色组织含氮量

32、过高，容易出现黑色组织n含氮量过低，容易实现屈氏体组织含氮量过低，容易实现屈氏体组织黑色组织及预防n黑色组织指碳氮共渗层中出现的黑点、黑色组织指碳氮共渗层中出现的黑点、黑带和黑网。降低疲劳强度和耐磨性黑带和黑网。降低疲劳强度和耐磨性n控制途径控制途径n氨气流量适中（渗层氮含量适中0.30.5%)n适当提高淬火温度；n采用强冷却介质；n黑色组织深度10kHz2.淬透层深度淬透层深度28mm时，时， 选中频加热选中频加热f18kHz3.淬透层深度淬透层深度810mm时，时， 选工频加热选工频加热f50Hz感应加热表面淬火的分类感应加热表面淬火的分类n高频701000kHz，常用200300kHz，

33、淬硬深度为0.52mm。中小模数齿轮、轴类零件等。n中频50010000Hz，常用25008000Hz，淬硬深度210mm，直径较大的轴类和较大模数的齿轮等。n工频50Hz，淬硬深度达1015mm。直径大于300mm的轧辊及轴类零件等。n超音频2040kHz，(音频1.5kW/cm2n 例如短轴、小齿轮可以同时加热一次淬例如短轴、小齿轮可以同时加热一次淬火，火， 而长轴、齿宽较大的中模数齿轮、而长轴、齿宽较大的中模数齿轮、 特大齿轮一般用连续加热淬火特大齿轮一般用连续加热淬火n同时加热淬火的加热参数主要是设备输同时加热淬火的加热参数主要是设备输出功率（可以换算比功率）和加热时间出功率（可以换算

34、比功率）和加热时间n连续加热淬火的工艺参数主要是设备输连续加热淬火的工艺参数主要是设备输出功率（可以换算比功率）、工件与感出功率（可以换算比功率）、工件与感应器的相对速度（可以换算加热时间）应器的相对速度（可以换算加热时间）n在电源、感应器、工件等参数不变时，在电源、感应器、工件等参数不变时，加热温度，加热层深度取决于加热时间，加热温度，加热层深度取决于加热时间，可根据图表、经验或尝试确定可根据图表、经验或尝试确定淬硬层深度n淬硬层深度和硬度是检验感应加热表面淬硬层深度和硬度是检验感应加热表面淬火质量的主要指标淬火质量的主要指标n淬硬层的合理分布对于提高疲劳强度非淬硬层的合理分布对于提高疲劳强

35、度非常重要，压应力常重要，压应力n一般，淬硬层深度是零件厚度的一般，淬硬层深度是零件厚度的1020时，可以获得最佳力学性能时，可以获得最佳力学性能n为防止开裂，轴端应留为防止开裂，轴端应留28mm不淬，不淬，相邻两淬硬区保持相邻两淬硬区保持10mm以上距离以上距离淬火冷却n感应加热后，冷却方法有感应加热后，冷却方法有n喷射冷却：冷却介质经感应器或冷却器上小孔喷射出来，冷却工件n浸液冷却；同时加热后浸液冷却n埋油冷却：感应器和工件埋在冷却液中，停止加热时，自动冷却n常用介质：水，聚乙烯醇水溶液，机油常用介质：水，聚乙烯醇水溶液，机油回火n感应淬火后的工件应及时进行低温回火，感应淬火后的工件应及时进行低温回火，以消除应力，防止变形开裂；并稳定组以消除应力，防止变形开裂；并稳定组织，提高塑性韧性织，提高塑性韧性n回火方法主要有回火方法主要有n炉中回火：空气，油介质n自回火：淬火不冷透，利用余热回火n感应加热回火：常见缺陷及原因（173）n开裂、淬硬层深度和硬度不合适、表