钢的热处理工艺和化学处理

第三篇钢的热处理及金属的外表处理1.热处理及其主要参数热处理就是在固态下，将金属以一定的加热速度加热到预定的温度，保温一定的时间，再以预定的冷却速度进行冷却的综合工艺方法。加热温度〔T〕、保时温间〔t〕、冷却速度(V冷)是热处理过程中的三个主要工艺参数。改变工艺参数就可以得到不同的性能，其原因是不同工艺参数下的热处理得到不同的组织，从而获得不同的性能。

热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图2.热处理的主要作用

⑴改变工件的内部组织；⑵改变工件的性能，便于切削加工，或者满足工件使用性能的要求；⑶改变工件表层的成分、组织、性能；⑷热处理可以消除铸造、锻造、焊接等加工工艺过程中所造成的多种缺陷。3.热处理的分类4.外表处理外表处理是指通过化学或电化学的方法使金属外表或表层生成新的物质，这些物质具有不同于工件基体的性能，从而提高工件表层的耐腐蚀性、硬度，或者起到装饰作用。外表处理工艺方法有很多，除了以上介绍的外表热处理工艺方法以外，还有喷丸处理、高密度太阳能外表处理、离子注入外表处理、发黑处理、发蓝处理等。一、钢在加热时的组织转变〔一〕相变温度第一节钢的热处理根本原理〔二〕奥氏体的形成和晶粒长大1、奥氏体的形成(1)A晶核的形成；(2)A晶粒的长大；(3)剩余Fe3C溶解；(4)A均匀化阶段。共析钢的奥氏体形成过程

2、影响A晶粒大小的因素图3-4加热温度对晶粒度的影响为得到好的机械性能，就要控制A晶粒的大小。〔1〕材质方面〔2〕工艺因素方面加热温度：如过高，A晶粒长大，一般刚好超过相变温度。保温时间：时间长，A晶粒长大。二、钢在冷却时的组织转变钢的热处理冷却有两种方式：等温冷却与连续冷却。(一)等温冷却组织转变〔以共析钢为例〕1.高温组织转变2.中温组织转变3.低温组织转变珠光体3800倍索氏体8000倍屈氏体8000倍珠光体型组织电子显微照片5000倍光学显微照片500倍上贝氏体形态光学显微照片500倍下贝氏体形态电子显微照片12000倍板条马氏体片状马氏体马氏体形态与碳质量分数的关系〔二〕共析钢的连续冷却组织转变第二节钢的普通热处理1〕加热温度2〕保温时间

保温的目的是使工件烧透，组织转变充分。保温时间主要根据钢的成分特点、加热介质和零件尺寸来确定。

3〕冷却速度4.钢的淬硬性与淬透性2〕钢的淬透性1〕硬度过低或硬度过高2)脆性过大3〕过热与过烧4〕变形与开裂硬度过低硬度过高、脆性过大第三节钢的外表热处理〔1〕原理过程P球状热影响区热影响区二、化学热处理1、化学热处理化学热处理是将工件放入一定的化学介质中，经过加热保温，使介质中分解产生一种或几种元素的活性原子被工件外表吸收，并向表层一定深度扩散，从而改变其表层化学成分、组织和性能的一种热处理工艺方法。2、种类渗碳、渗氮〔氮化〕、碳氮共渗〔氰化〕、渗硼、渗金属〔如渗铝、渗铬〕等。3、常用方法3-1渗碳

渗碳是把工件置于渗碳介质中加热、保温，使活性碳原子产生并渗入工件表层的化学热处理方法。2〕适用材料、组织性能优点：更硬更耐磨；缺点：效率低、费用高，并且易变形。4〕应用一般应用于受力较大、外表摩擦较大的低碳钢件。如齿轮、轴类、链条、套筒等。(5).渗碳工艺渗碳材料０、１－０、２５％C碳钢或低合金钢渗碳方法气体、液体、固体、真空渗碳(a)、气体渗碳设备井式渗碳炉渗碳气氛煤气、液化石油气；煤油、丙酮加热温度900℃±10℃加热时间3-7h渗层深度外表碳浓度:0.85-1.05%C←←←过共析P＋Fe3CⅡ共析〔P〕亚共析（P＋F）心部3-2渗氮〔氮化〕3〕特点〔和渗C相比〕优点：表层性能更优良，变形小；缺点：效率低，费用高，渗层浅，钢种受限。4〕应用在高温腐蚀性介质中工作，受力大，外表摩擦大的重要精密件，如航空齿轮。(5)钢的渗氮工艺目的:提高硬度\耐磨性\疲劳性能\抗咬合性渗氮用钢:38CrMoAl渗氮方法:气体\离子(a).气体渗氮加热温度500-570℃保温时间20-70h渗层深度深层硬度1000-1200Hv〔b〕.离子渗氮温度480-540℃气氛:氨气、氮气和氢气混合气压力：133-1333Pa1大气压=101300Pa电压：—500V电极：工件-阴极容器-阳极渗氮时间：1/3-1/4气体渗氮时间特点：无脆性白亮层40Cr渗氮空冷ε→ε+γ'→γ'→γ'+α→α→心部原始组织〔S回〕4%硝酸酒精溶液4540CrS回3-3碳氮共渗〔氰化〕碳氮共渗是同时向工件外表渗入活性碳原子和活性氮原子的一种化学热处理工艺，因早期只使用剧毒的氰盐〔NaCN或KCN〕作为介质，故又名为氰化。根据氰化温度的不同，气体氰化又分为高温氰化(900~950℃)、中温氰化(800~870℃)和低温氰化(500~600℃)三种工艺方法。钢的碳氮共渗工艺〔1〕、中温气体碳氮共渗渗剂：煤油和氨气温度：820-880℃时间：4-5h渗层厚度：0、6-0、7mm〔2〕、中温气体碳氮共渗渗剂：尿素温度：570℃时间：1-3h渗层厚度：0、01-0、02mm3-4渗硼(1)、方法：固体渗硼、气体渗硼、电解盐浴渗硼(2)、渗硼后的组织碳钢、低合金钢的渗硼组织形态，一般呈针状或舌状插入基体，它是由FeB和Fe2B所组成。渗硼层下有一增碳区，其厚度往往比渗硼层大假设干倍，称为扩散层。(3)、渗硼后的性能高的外表硬度和耐磨性，好的抗蚀性能。渗硼缓冷硼化物层→增碳层→基体4%硝酸酒精溶液T10钢渗硼35CrMo钢渗硼FeB+Fe2B1、选用原那么方法简单、费用低、少污染。2、考虑因素工件材料、