工程材料与热处理 课件 23化学热处理探究

化学热处理探究目录化学热处理概述01化学热处理分类02渗碳工艺03氮化工艺04碳氮共渗工艺05汇报展示准备0601化学热处理概述与常规热处理的区别化学热处理的定义化学热处理是一种利用化学反应改变钢件表层化学成分及组织结构的金属热处理工艺，通过这种方式可以得到比均质材料更好的技术经济效益。化学热处理通过改变零件表面的化学成分，并辅助以常规热处理改变表面组织来改变表面的性能，而其他热处理不改变材料的化学成分，只改变组织来改变性能。化学热处理的目的化学热处理的目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性等性能，以满足不同工作场合对零件表面性能的需求。与常规热处理的本质区别基本过程性能提升表面硬度提升化学热处理通过在钢件表层形成压应力层，有效提高了零件的疲劳强度，使其在承受循环载荷时具有更好的耐久性。疲劳强度增强化学热处理不仅提升了钢件的机械性能，还通过形成稳定的化合物层，增强了零件在恶劣环境下的耐腐蚀性，适用于多种工作环境。耐腐蚀性改善通过化学热处理，如渗碳和氮化工艺，钢件的表面硬度显著提高，从而增强了零件的耐磨性和抗疲劳性能，延长了使用寿命。02化学热处理分类化学热处理方法繁多，多以渗入元素或形成的化合物来命名，例如渗碳、渗氮、渗硼、渗硫、渗铝、渗铬、渗硅、碳氮共渗、氧氮化、硫氰共渗和碳、氮、硫、氧、硼五元共渗，及碳（氮）化钛覆盖等。03渗碳工艺渗碳渗碳工艺操作渗碳工艺通过将低碳钢零件加热至900～950℃，并滴入煤油或通入煤气等有机液体，产生活性碳原子，从而增加零件表层的含碳量。渗碳后的组织变化渗碳后的钢件表面获得高浓度碳，形成由缓冷平衡组织可知的碳分布，心部保持原始成分，表层则渗入了合金元素，提高了硬度和耐磨性。渗碳工艺的应用渗碳工艺常用于制造齿轮、轴、销等零件，利用其提高的表面硬度和耐磨性，满足高强度和耐久性的要求。渗碳后组织变化01渗碳层形成渗碳过程中，钢件表面通过吸收活性碳原子形成高浓度的渗碳层，这一层的碳含量显著高于心部，从而在表层与心部之间形成明显的碳浓度梯度。02组织变化特征渗碳后，钢件表层的组织由原来的铁素体转变为马氏体或贝氏体，这种转变提高了表层的硬度和耐磨性，同时保持了心部的韧性和强度。03性能提升效果渗碳不仅改变了钢件的微观组织结构，还显著提升了其机械性能，如提高表面硬度、增强耐磨性和疲劳强度，使得零件更加适用于高负荷工作环境。04氮化工艺氮化01氮化工艺操作氮化前需进行预处理，如调质处理和消除内应力退火，以确保零件在氮化过程中的尺寸稳定性和机械性能。气体氮化是常用的方法，通过氨气分解产生氮原子渗入钢件表面。03氮化工艺的应用氮化工艺广泛应用于需要高耐磨性和抗蚀性的场合，如丝杠、镗床主轴等，其形成的表面压应力和化学稳定性高的ε相层显著提高了零件的使用寿命和可靠性。氮化后组织变化氮化后的钢件外层形成白色ε或γ′相的氮化物薄层，中间为暗黑色含氮共析体层，心部保持原始回火索氏体组织，这种结构赋予零件表面优异的耐磨性和疲劳强度，同时保持良好的韧性和耐蚀性。02氮化后组织特性氮化后外层组织特性氮化后的中间层是暗黑色的含氮共析体（α＋γ′）层，这一层的存在显著提高了零件的耐磨性和疲劳强度，是氮化处理的关键效果之一。氮化后中间层组织特性氮化处理后的心部保持原始的回火索氏体组织，这种结构保证了零件心部的强度和韧性，使得零件在使用过程中能够承受较大的力而不发生断裂。氮化后心部组织特性氮化后的外层由白色ε或γ′相的氮化物薄层组成，这层非常脆，通常需要通过精磨去除，以改善零件的表面性能和减少脆性。05碳氮共渗工艺碳氮共渗010203高温碳氮共渗工艺操作高温碳氮共渗通过在830℃～850℃下滴入煤油并通入氨气，实现零件表面同时渗入碳和氮，保温时间1～2小时，形成0.2mm～0.5mm厚的共渗层。碳氮共渗后的性能提升碳氮共渗后的零件表面形成含氮马氏体，耐磨性优于单纯渗碳，共渗层具有更高的压应力和疲劳强度，且耐蚀性显著提高。碳氮共渗的实际应用碳氮共渗广泛应用于齿轮、凸轮轴等零件，通过共渗并淬火及低温回火处理，显著提升零件的机械性能和使用寿命。共渗层性能优势耐磨性增强共渗层通过同时渗入碳和氮，形成含氮马氏体，显著提高了材料的耐磨性，使其在高负荷和摩擦环境下保持较长的使用寿命。疲劳强度提升共渗层的压应力效应显著增强了零件的疲劳强度，特别是