工艺第5章_钢的化学热处理培训课件.ppt

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1、工艺第5章_钢的化学热处理3 3、分类、分类以渗入元素命名：渗金属，渗非金属。以渗入元素命名：渗金属，渗非金属。1）渗入非金属元素：）渗入非金属元素：单元渗：单元渗：C、N、B、O、S、Si等；等；多元渗：多元渗：CN、ON、O CN2）渗入金属元素：）渗入金属元素：单元渗：单元渗：Al、Cr、Ti、Nb、V、Zn 多元渗：多元渗：AlSi、AlCr、AlV、AlCrSi3）渗入元素对表面性能作用分类：）渗入元素对表面性能作用分类：提高渗层强度及耐磨性提高渗层强度及耐磨性渗渗C、N、B、Nb、V等。等。高抗氧化、耐高温高抗氧化、耐高温Al、Cr。提高抗啮合、抗擦伤提高抗啮合、抗擦伤渗渗S、N、

2、磷化等。、磷化等。提高抗腐性能提高抗腐性能渗渗N、渗、渗Si、渗、渗Zn。4）质的物理状态分：）质的物理状态分：固体固体如固体渗如固体渗C、固体渗、固体渗B等。等。液体液体如盐溶炉渗如盐溶炉渗B或或B、C、N共渗等，渗共渗等，渗Al等金属等金属 气体气体气体渗气体渗C和和C、N共渗。共渗。4）能获得具有特殊性能的表面层）能获得具有特殊性能的表面层 3）经济效果好）经济效果好2）具有较好的工艺性）具有较好的工艺性1）不受工件几何形状的限制）不受工件几何形状的限制4.钢的化学热处理具有如下特点钢的化学热处理具有如下特点不受工件几何不受工件几何形状的限制形状的限制即任何几何形状复杂的工即任何几何形状

3、复杂的工件经过化学件经过化学 热处理后，均热处理后，均可获得沿其轮廓分布的均可获得沿其轮廓分布的均一的表面化学热处理层一的表面化学热处理层 具有较好的工艺性具有较好的工艺性如开裂倾向较小；处理温如开裂倾向较小；处理温度范围较宽；对冷度范围较宽；对冷 却介却介质的敏感性较小等等质的敏感性较小等等经济效果好经济效果好能获得具有特殊性能的表面层能获得具有特殊性能的表面层廉价的钢材经化学热处理后可廉价的钢材经化学热处理后可获得表面性能高的工获得表面性能高的工 件。经化件。经化学热处理的碳钢件的表层性能学热处理的碳钢件的表层性能不亚于同类合金钢的性能。不亚于同类合金钢的性能。如耐腐蚀性、耐磨性等如耐腐蚀

4、性、耐磨性等 5.1 基本原理一、化学热处理的基本过程一、化学热处理的基本过程p基本过程基本过程 大致分为三个阶段：大致分为三个阶段：p1.分解阶段分解阶段：渗剂中的化学反应分解出渗入元素的活渗剂中的化学反应分解出渗入元素的活p 性原子性原子p2.吸收阶段吸收阶段：活性原子被金属表面吸收：活性原子被金属表面吸收p3.扩散阶段扩散阶段：渗入原子在金属基体内达到一定浓度后：渗入原子在金属基体内达到一定浓度后p 从工件表面向内部扩散从工件表面向内部扩散1、渗剂分解l渗剂一般由含有被渗元素的物质组成，有时加入一定量的催渗剂，催化渗剂分解反应。渗剂必须具有一定活性。l渗剂活性：在相界面反应中易于分解出被

5、渗元素原子的能力。l催化剂：是促进含有被渗元素的物质分解或产生出活性原子的物质。例如：渗碳时除木炭外加碳酸钡或碳酸钠界面反应化学热处理时渗剂分解出被渗元素活性原子的反应有：1）分解反应：如普通气体渗碳、渗氮时，2）置换反应：渗金属时，3）还原反应：如渗金属时，2、吸附过程及影响因素 固体表面对气相的吸附作用按其作用力的性质不同可分为物理吸附和化学吸附两类。l1）物理吸附：没有电子转移和化学键生成的吸附现象。n这种吸附能迅速达到平衡，并在较低温度下发生。n温度升高时吸附量下降，温度下降时吸附量又增加。l2）化学吸附：当气体（吸附质）与金属表面（吸附剂）接触时二者以高速发生反应形成化学键，即发生电

6、子交换，组成离子键结合或共价键结合叫化学吸附。n化学吸附在低温时速度较小，随温度升高明显增大，这种吸附可以使分子解离。p吸附是物质在相界面上自动聚集的过程。吸附是物质在相界面上自动聚集的过程。p吸附过程并非在固体表面均匀进行，吸附中心往往出现在吸附过程并非在固体表面均匀进行，吸附中心往往出现在表面的一些缺陷处。表面的一些缺陷处。p吸收过程就是活性原子由钢的表面进入晶格的过程。吸收过程就是活性原子由钢的表面进入晶格的过程。p钢的表面上存在大量的位错和晶界，为活性原子的渗入提钢的表面上存在大量的位错和晶界，为活性原子的渗入提供了方便的通道。供了方便的通道。扩散指金属表面溶入被渗元素后，该元素浓度增

7、加，形成扩散指金属表面溶入被渗元素后，该元素浓度增加，形成浓度差，发生迁移现象。浓度差，发生迁移现象。（1 1）纯扩散与反应扩散）纯扩散与反应扩散l纯扩散指纯扩散指渗入元素原子在母相金属中形成固溶体渗入元素原子在母相金属中形成固溶体,在扩散过程中不发生相变或化合物的形成和分解。在扩散过程中不发生相变或化合物的形成和分解。l纯扩散常发生在化学热处理的初期，或渗剂的活纯扩散常发生在化学热处理的初期，或渗剂的活性不足以形成饱和浓度的场合。如渗碳。性不足以形成饱和浓度的场合。如渗碳。l反应扩散指通过扩散使固溶体溶质组元的浓度超过反应扩散指通过扩散使固溶体溶质组元的浓度超过固溶度极限而形成新相的过程。固

8、溶度极限而形成新相的过程。3、化学热处理的扩散过程、化学热处理的扩散过程p在化学热处理中，渗入元素原子在金属中形成的固溶体有在化学热处理中，渗入元素原子在金属中形成的固溶体有两种：两种：p当渗入元素为原子半径较小的非金属元素（当渗入元素为原子半径较小的非金属元素（C、N、B)时，时，其与金属形成其与金属形成间隙固溶体间隙固溶体；p当渗入元素是金属元素时，其与原金属形成当渗入元素是金属元素时，其与原金属形成置换固溶体置换固溶体（铝、铬、硅、锌等）。（铝、铬、硅、锌等）。渗层指在钢的表面渗入某种元素后，从表面向内保持该元素渗层指在钢的表面渗入某种元素后，从表面向内保持该元素较高浓度的距离。较高浓度

9、的距离。（2）影响渗层深度的因素：）影响渗层深度的因素：20MnSi 930渗碳10h后硬度1 1）渗层深度与扩散时间的关系）渗层深度与扩散时间的关系l说明渗层深度说明渗层深度与时间与时间 t t 呈抛物线呈抛物线关系；关系；l即延长化学热处理时间，相邻区域即延长化学热处理时间，相邻区域的浓度差减小，扩散速度逐渐降低；的浓度差减小，扩散速度逐渐降低；l随时间延长，扩散浓度的增加值也随时间延长，扩散浓度的增加值也越来越少（先快后慢）。越来越少（先快后慢）。2 2）渗层深度与温度的关系）渗层深度与温度的关系渗层深度与温度呈指数关系，渗层深度与温度呈指数关系，因而温度对深度的影响，远比因而温度对深度

10、的影响，远比时间的影响强时间的影响强。3 3）表面浓度愈高，相同扩散时）表面浓度愈高，相同扩散时间条件下，渗层深度愈深。间条件下，渗层深度愈深。（3）扩散层的组织结构扩散层的组织结构可以根据基体金属与渗入元素的合金状态图及扩散条件来确定。扩散层形成规律（渗剂扩散层形成规律（渗剂B B向金属向金属A A扩散为例）扩散为例）T T1 1CmCmCminCminA AT/T/CmaxCmax1 12 23 34 4CmCmCminCminCmaxCmaxAnBmAnBm由表至里距离由表至里距离AnBmAnBmAnBmAnBm 表面表面AAnBmAnBm AAnBmAnBm AAnBmAnBmT1温度

11、下扩散层组织变化过程温度下扩散层组织变化过程T1温度下扩散层组织温度下扩散层组织AnBmAnBm AAnBmAnBm冷却到室温后扩散层组织冷却到室温后扩散层组织AnBmAnBm AAnBmAnBm快冷快冷慢冷慢冷AnBmAnBm AnBm+AAnBmAnBm1 1、物理催渗法、物理催渗法l概念：是利用改变温度、气压，或利用特定的物理场（等概念：是利用改变温度、气压，或利用特定的物理场（等离子场、真空、高频、电磁场等），加速渗剂的分解，活离子场、真空、高频、电磁场等），加速渗剂的分解，活化工件表面，提高吸附和吸收能力，及加速渗入元素的扩化工件表面，提高吸附和吸收能力，及加速渗入元素的扩散等。散等

12、。l基本方法：基本方法：A)A)高温化学热处理；高温化学热处理；B)B)高压或负压化学热处理；高压或负压化学热处理；C)C)高频化学热处理；高频化学热处理；D)D)采用弹性振荡加速。采用弹性振荡加速。二、加速化学热处理过程的途径二、加速化学热处理过程的途径2 2、化学催渗法、化学催渗法l概念：概念：是在渗剂中加入一种或几种化学试剂或物质，促进渗剂的分是在渗剂中加入一种或几种化学试剂或物质，促进渗剂的分解，去除表面钝化膜，改善工件表面活化状态，以提高渗剂解，去除表面钝化膜，改善工件表面活化状态，以提高渗剂活性和增加活性原子的浓度。从而提高渗入能力。活性和增加活性原子的浓度。从而提高渗入能力。l分

13、类：分类：A)A)卤化物催渗法；卤化物催渗法；B B）提高渗剂活性的催渗方法。）提高渗剂活性的催渗方法。5.2 5.2 钢的渗碳钢的渗碳一、渗碳的概述一、渗碳的概述l概念：概念：p 将钢件在碳的活性介质中加热并保温，使碳原子渗入将钢件在碳的活性介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的一种表面化学热处理工艺。表层的一种表面化学热处理工艺。l目的：目的：提高零件的表面硬度、耐磨性提高零件的表面硬度、耐磨性 高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度 心部保持良好的塑性与韧性。心部保持良好的塑性与韧性。l分类：分类：按渗碳介质状态不同，分为固体渗碳、液体渗碳、气体按渗碳介质状态不同，分

14、为固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳。以气体渗碳应用最广泛。渗碳。以气体渗碳应用最广泛。l渗碳的材料渗碳的材料 含碳量为含碳量为0.10.10.30.3的低碳钢或合金钢。的低碳钢或合金钢。低淬透性、低强度低淬透性、低强度 15 15、2020、2525 中等强度，淬透性中等强度，淬透性 20Cr20Cr、20Mn220Mn2、20MnV20MnV 高强度，淬透性高强度，淬透性 20CrMnTi 20CrMnTi、20CrMnMo等。等。超高强度超高强度 20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA (1)固体渗碳法固体渗碳法p固体渗碳过程主要由下列步骤组成：固体渗碳过程主要由下列步骤组成：p在灼热的固体

15、碳表面上，在灼热的固体碳表面上，CO2与碳反应生成与碳反应生成CO；p在金属工件表面，在金属工件表面，CO分解析出活性碳原子；分解析出活性碳原子；p活性碳原子被工件表面吸收，并向内部扩散。活性碳原子被工件表面吸收，并向内部扩散。pa、固体渗碳剂、固体渗碳剂p固体渗碳剂主要由固体渗碳剂主要由供碳剂、催化剂供碳剂、催化剂组成。组成。p供碳剂一般为供碳剂一般为木炭、焦炭木炭、焦炭；p催化剂一般是催化剂一般是碳酸盐碳酸盐。木炭与渗碳箱内的氧气发生反应：木炭与渗碳箱内的氧气发生反应：C+O C+O2 2COCO2 2,CO,CO2 2+C2CO+C2CO 2COCO 2COCO2 2+C+C催化剂的反应

16、为：催化剂的反应为：BaCO BaCO3 3BaO+COBaO+CO2 2,CO,CO2 2+C2CO+C2CO Na Na2 2COCO3 3NaNa2 2O+COO+CO2 2,CO,CO2 2+C2CO+C2COb、固体渗碳工艺、固体渗碳工艺p把工件埋入渗碳箱中，四周填满固体渗碳剂，并用盖和耐把工件埋入渗碳箱中，四周填满固体渗碳剂，并用盖和耐火泥将箱密封，然后送入加热炉中，加热至渗碳温度火泥将箱密封，然后送入加热炉中，加热至渗碳温度(900 930C)，保温一定时间后出炉，即得所需样品。，保温一定时间后出炉，即得所需样品。p优点：不需要专门的渗碳设备，操作简单，成本低，大小零件都能用。p

17、缺点：渗速慢，渗碳时间长，渗层不易控制，不能直接淬火，劳动条件差，效率低。(2)液体渗碳法液体渗碳法p在熔融状态的盐溶渗碳剂中进行渗碳的工艺。在熔融状态的盐溶渗碳剂中进行渗碳的工艺。p1)、液体渗碳用盐、液体渗碳用盐p液体渗碳盐浴一般由液体渗碳盐浴一般由中性盐中性盐和和渗碳剂渗碳剂组成，中性盐一般不组成，中性盐一般不参与渗碳反应，主要起调整盐浴密度、熔点和流动性的作参与渗碳反应，主要起调整盐浴密度、熔点和流动性的作用。用。p传统的渗碳盐浴以传统的渗碳盐浴以NaCN为供碳剂，这种盐浴相对易于控为供碳剂，这种盐浴相对易于控制，渗碳件表面碳含量较稳定，但氰盐有剧毒。制，渗碳件表面碳含量较稳定，但氰盐

18、有剧毒。p近年来发展了低氰渗碳盐浴（近年来发展了低氰渗碳盐浴（NaCN含量保持在含量保持在0.7-2.3%）和无）和无NaCN型渗碳盐浴（用木炭粉和型渗碳盐浴（用木炭粉和SiC作为供作为供碳剂）。碳剂）。2)、液体渗碳工艺、液体渗碳工艺p液体渗碳温度及盐浴活性是决定渗碳速度和表面碳含量的主液体渗碳温度及盐浴活性是决定渗碳速度和表面碳含量的主要因素。要因素。p对于渗层薄及变形要求严格的工件，可采用较低的渗碳温度对于渗层薄及变形要求严格的工件，可采用较低的渗碳温度（850 900C）；）；p对于要求渗层厚者，渗碳温度要高一些（对于要求渗层厚者，渗碳温度要高一些（910 950C）。）。p温度一定条

19、件下，渗碳保温时间由渗层深度决定。温度一定条件下，渗碳保温时间由渗层深度决定。3)、液体渗碳优缺点、液体渗碳优缺点优点：加热速度快，加热均匀，渗碳后便于直接淬火，适合优点：加热速度快，加热均匀，渗碳后便于直接淬火，适合于处理中、小型零件。于处理中、小型零件。缺点：多数盐浴有毒。缺点：多数盐浴有毒。4)、液体渗碳后的冷却方式、液体渗碳后的冷却方式p随炉降温或将工件移至等温槽中预冷，然后直接淬火随炉降温或将工件移至等温槽中预冷，然后直接淬火（预冷温度应高于心部铁素体析出的温度）。（预冷温度应高于心部铁素体析出的温度）。p等温槽预冷后，工件出炉空气冷却（预冷目的是为了减等温槽预冷后，工件出炉空气冷却

20、（预冷目的是为了减少表面脱碳及氧化），然后重新加热淬火。少表面脱碳及氧化），然后重新加热淬火。3、气体渗碳（1）概念：把工件放在一定温度的富碳气体介质中，加热和保温进行渗碳的工艺。（2）特点：操作简便，周期短，质量容易控制，劳动条件好。气体渗碳示意图p气体渗碳根据所用渗碳气体的产生办法及种类，可分为气体渗碳根据所用渗碳气体的产生办法及种类，可分为滴滴注式、吸热式和氮基式注式、吸热式和氮基式三种气体渗碳方法。三种气体渗碳方法。1)、滴注式气体渗碳、滴注式气体渗碳滴注式气体渗碳是指将苯、醇、煤油等有机液体直接滴入滴注式气体渗碳是指将苯、醇、煤油等有机液体直接滴入渗碳炉中裂解进行气体渗碳的方法。渗碳

21、炉中裂解进行气体渗碳的方法。滴注式气体渗碳，一般采用两种有机液体同时滴入炉内。滴注式气体渗碳，一般采用两种有机液体同时滴入炉内。一种液体高温下分解产生的气体碳势较低，作为一种液体高温下分解产生的气体碳势较低，作为稀释气体稀释气体；另一种液体高温下分解产生的气体碳势较高，作为另一种液体高温下分解产生的气体碳势较高，作为渗碳气体。渗碳气体。滴注剂的滴注剂的选择原则选择原则渗碳能力强，足够的活性原子渗碳能力强，足够的活性原子 用碳氧比与碳当量衡量（液体介质）用碳氧比与碳当量衡量（液体介质）碳氧比碳氧比：分子式中碳氧原子数之比。：分子式中碳氧原子数之比。C/O C/O越大，分解的活性碳原子越多越大，分

22、解的活性碳原子越多 渗碳能力越强。渗碳能力越强。甲醇甲醇 CH CH2 2OH C/O=1OH C/O=1 乙醇乙醇 C C2 2H H2 2OH C/O=2OH C/O=2 丙酮丙酮 CH CH3 3COCHCOCH3 3 C/O=3 C/O=3 碳当量碳当量：产生一克分子碳所需该物质的量。：产生一克分子碳所需该物质的量。碳当量越小，渗碳能力越强。碳当量越小，渗碳能力越强。甲醇甲醇 CH CH2 2OH OH 碳当量碳当量6464 乙醇乙醇 C C2 2H H2 2OH OH 碳当量碳当量4646 丙酮丙酮 CH CH3 3COCHCOCH3 3 碳当量碳当量2929 渗碳能力由强至弱顺序：

23、渗碳能力由强至弱顺序：丙酮、乙丙酮、乙酸、乙脂、乙醇、甲醇丙酮、乙丙酮、乙酸、乙脂、乙醇、甲醇 气氛成分的稳定性气氛成分的稳定性 原料经济，来源方便，无公害原料经济，来源方便，无公害p碳势调节方法：碳势调节方法：p改变两种液体的滴入比例来调节碳势。改变两种液体的滴入比例来调节碳势。p使用几种渗碳能力不同的液体，通过改变液滴来调节碳使用几种渗碳能力不同的液体，通过改变液滴来调节碳势。势。p滴注式气体的渗碳过程滴注式气体的渗碳过程:p分为四个阶段：分为四个阶段：排气、强渗、扩散及降温出炉排气、强渗、扩散及降温出炉p排气阶段：加大渗碳剂（稀释剂）滴量，使炉内氧化性排气阶段：加大渗碳剂（稀释剂）滴量，

24、使炉内氧化性气氛迅速减少。气氛迅速减少。p强渗阶段：渗碳剂滴量较多，保证炉气有较高碳势，以强渗阶段：渗碳剂滴量较多，保证炉气有较高碳势，以提高渗碳速度。提高渗碳速度。p扩散阶段：减少渗碳剂滴量，保持预定的碳势，使表层扩散阶段：减少渗碳剂滴量，保持预定的碳势，使表层过剩的碳向内部扩散，最后得到要求的深度及合适的碳含过剩的碳向内部扩散，最后得到要求的深度及合适的碳含量分布。量分布。p降温出炉阶段：直接淬火的工件，随炉冷至适宜的淬火降温出炉阶段：直接淬火的工件，随炉冷至适宜的淬火温度，保温温度，保温15 30min后出炉淬火；需重新加热淬火的后出炉淬火；需重新加热淬火的工件，自渗碳温度出炉后在空气中

25、冷却。工件，自渗碳温度出炉后在空气中冷却。2)、吸热式气氛气体渗碳、吸热式气氛气体渗碳p吸热式气氛渗碳时，炉内渗碳气体由吸热式气氛渗碳时，炉内渗碳气体由吸热式气体吸热式气体（CO、H2、N2、H2O、CO2、O2等）加等）加富化气富化气（CH4、C3H8）组成。）组成。p吸热式气氛由一定比例的原料气（天然气、丙烷、丁烷等吸热式气氛由一定比例的原料气（天然气、丙烷、丁烷等碳氢化合物）和空气混合，通过内部催化剂、外部加热的碳氢化合物）和空气混合，通过内部催化剂、外部加热的反应罐，经吸热反应制备所得的气氛。反应罐，经吸热反应制备所得的气氛。p吸热式气氛的化学反应通式：吸热式气氛的化学反应通式：3)、

26、氮基气氛渗碳、氮基气氛渗碳p氮基气氛渗碳是一种以纯氮为载体，添加碳氢化合物进行氮基气氛渗碳是一种以纯氮为载体，添加碳氢化合物进行气体渗碳的工艺方法。气体渗碳的工艺方法。p特点：特点：p不需要气体发生装置。不需要气体发生装置。p成分与吸热式气氛基本相同，渗碳层深度的均匀性不低成分与吸热式气氛基本相同，渗碳层深度的均匀性不低于吸热式气氛渗碳。于吸热式气氛渗碳。p具有与吸热式气氛相同的点燃极限，由于具有与吸热式气氛相同的点燃极限，由于N2能自动安能自动安全吹灭，故采用氮气气氛的工艺具有更大的安全性。全吹灭，故采用氮气气氛的工艺具有更大的安全性。p渗碳速度不低于吸热式气氛渗碳。渗碳速度不低于吸热式气氛

27、渗碳。(4)真空渗碳法真空渗碳法p是一种较新的气体渗碳工艺。是一种较新的气体渗碳工艺。p1)真空渗碳的温度和适用范围真空渗碳的温度和适用范围特点特点pa 由于将渗碳温度由普通气体渗碳时由于将渗碳温度由普通气体渗碳时900 950C提高到提高到1030 1050C以上，以及由于真空加热的表面净化作以上，以及由于真空加热的表面净化作用所造成的表面活化状态，使渗碳时间显著缩短。用所造成的表面活化状态，使渗碳时间显著缩短。pb.渗碳表面质量好，渗碳层均匀，没有过渡渗碳的危险渗碳表面质量好，渗碳层均匀，没有过渡渗碳的危险等，无脱碳现象，工件变形小，节省能源。等，无脱碳现象，工件变形小，节省能源。pc.作

28、业条件好，如排除了烟、热对环境的污染等。作业条件好，如排除了烟、热对环境的污染等。二、评定渗碳质量的主要技术指标：二、评定渗碳质量的主要技术指标：1 1、渗碳层的碳浓度：、渗碳层的碳浓度：0.850.851.051.05 。l碳浓度低，则耐磨性不够，疲劳强度较低。碳浓度低，则耐磨性不够，疲劳强度较低。l碳浓度过高渗层变脆，出现网状或块状碳化物，则很容易剥落碳浓度过高渗层变脆，出现网状或块状碳化物，则很容易剥落影响使用寿命。影响使用寿命。l渗碳层的浓度梯度也应满足一定要求，渗层的碳浓度梯度应平渗碳层的浓度梯度也应满足一定要求，渗层的碳浓度梯度应平衡下降。衡下降。2）渗层深度：为了提高工件的疲劳强

29、度，渗碳层的总浓度和工件断面之间有一个经验的比例关系：轴类齿轮薄片零件R半径(mm)；m模数(mm)；t 厚度(mm)。一般情况，小截面工件渗层深度不大于工件截面的20；大截面工件渗层深度不大于23mm。四、渗碳后的热处理工件渗碳后，表层高碳，心部低碳。为获得理想的性能，需要进行热处理。渗碳后热处理的目的渗碳后热处理的目的pa.提高工件表面的强度、硬度和耐磨性能；提高工件表面的强度、硬度和耐磨性能；pb.提高心部的强度和韧性；提高心部的强度和韧性；pc.细化晶粒；细化晶粒；pd.消除网状碳化物和减少残留奥氏体；消除网状碳化物和减少残留奥氏体；pe.消除内应力，稳定尺寸。消除内应力，稳定尺寸。1

30、、直接淬火渗碳后，预冷到一定温度，立即进行淬火冷却，这种方法适合于气体或液体渗碳，固体渗碳不适合。2、一次淬火法工件渗碳后随炉冷却到室温，然后再重新加热到淬火温度，经保温后淬火。3、两次淬火法将渗碳缓冷到室温的工件进行两次加热淬火。注意：淬火后需要进行低温回火。1 1、直接淬火法、直接淬火法本质细晶粒钢渗本质细晶粒钢渗碳件，渗碳后晶碳件，渗碳后晶粒不易长大，渗粒不易长大，渗碳后可直接预冷碳后可直接预冷淬火，淬火，180180200C200C 低温回火低温回火p优点：减少加热和冷却的次数，使操作简化、生产效率提优点：减少加热和冷却的次数，使操作简化、生产效率提高，还可减少淬火变形及表面氧化脱碳。

31、高，还可减少淬火变形及表面氧化脱碳。p缺点：渗碳温度高，奥氏体晶粒粗大，淬火后缺点：渗碳温度高，奥氏体晶粒粗大，淬火后A较多，工较多，工件性能下降。件性能下降。p只适用于本质细晶粒钢或性能要求较低的零件。只适用于本质细晶粒钢或性能要求较低的零件。p工件渗碳后直接出炉，空冷至室温，然后再重新加热淬火。工件渗碳后直接出炉，空冷至室温，然后再重新加热淬火。淬火温度的选择要兼顾表面和心部的要求。淬火温度的选择要兼顾表面和心部的要求。心部要求较高强韧性的零件，加热至心部心部要求较高强韧性的零件，加热至心部Ac3Ac3稍上。稍上。心部心部:细小的低碳细小的低碳M M；表面可消除网状渗碳体；表面可消除网状渗

32、碳体；晶粒较粗大，残余奥氏体较多，影响耐磨性。晶粒较粗大，残余奥氏体较多，影响耐磨性。对表面耐磨性要求较高的零件，加热温度应选择在对表面耐磨性要求较高的零件，加热温度应选择在Ac1Ac1稍上，稍上，表面层为表面层为M M、未溶碳化物和少量残余奥氏体、未溶碳化物和少量残余奥氏体 心部低碳心部低碳M M和未溶铁素体。和未溶铁素体。2、一次淬火法、一次淬火法3)、二次淬火、二次淬火p将渗碳后的工件置于空气中冷却，然后再进行两次淬火和将渗碳后的工件置于空气中冷却，然后再进行两次淬火和低温回火。低温回火。p第一次淬火温度：第一次淬火温度：Ac3+30-50，p目的：细化心部组织，使淬火后心部组织为细晶粒

33、低碳马目的：细化心部组织，使淬火后心部组织为细晶粒低碳马氏体，消除渗层的网状碳化物。氏体，消除渗层的网状碳化物。p第二次淬火温度：第二次淬火温度：Ac1+30-50，p目的：使表层得到细针状马氏体和呈小颗粒状分布的二次目的：使表层得到细针状马氏体和呈小颗粒状分布的二次渗碳体，减少渗层的残留奥氏体数量。渗碳体，减少渗层的残留奥氏体数量。p优点：能获得较好的表面和心部组织。优点：能获得较好的表面和心部组织。p缺点：工艺较复杂，工件易氧化、脱碳和变形。缺点：工艺较复杂，工件易氧化、脱碳和变形。p仅在当直接淬火、一次淬火无法满足要求时才使用。仅在当直接淬火、一次淬火无法满足要求时才使用。五、渗碳后的组

34、织与性能1、渗碳后缓冷到室温下的组织表面过共析区：PFe3CII；接近共析区：P；亚共析区（过渡区）：FP；心部：原始组织。共析区过共析区渗碳后缓冷，渗层分渗碳后缓冷，渗层分三个区域：三个区域：过共析层：过共析层：OAOA段段珠光体网状渗碳体珠光体网状渗碳体共析层：共析层：A A段段珠光体珠光体过渡层：过渡层：ACAC段段珠光体铁素体珠光体铁素体 心部原始组织：大量心部原始组织：大量铁素体少量珠光体铁素体少量珠光体渗渗碳碳层层的的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)2 2、渗碳后淬火加

35、低温回火后的组织：、渗碳后淬火加低温回火后的组织：l表面：回火马氏体表面：回火马氏体+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+残余奥氏体；残余奥氏体；l心部组织依据钢种来确定。心部组织依据钢种来确定。l若为低碳钢，淬透性差，为铁素体若为低碳钢，淬透性差，为铁素体+珠光体；珠光体；l若为低碳合金钢，淬透性好，为马氏体加少量铁素体。若为低碳合金钢，淬透性好，为马氏体加少量铁素体。亚共析区心部3 3、性能、性能l表面：具有较高的硬度、耐磨性以及疲劳强度；表面：具有较高的硬度、耐磨性以及疲劳强度；l心部：具有良好的塑性与韧性。心部：具有良好的塑性与韧性。渗碳件的组织对性能的影响渗碳件的组织对性能的影响p（1）表层碳

36、含量）表层碳含量p表面含碳量应控制在表面含碳量应控制在0.9左右左右。p（2）、残留奥氏体：与马氏体相比，残留奥氏体强度、）、残留奥氏体：与马氏体相比，残留奥氏体强度、硬度较低，塑性、韧性较高，组织中有一定数量的残留奥硬度较低，塑性、韧性较高，组织中有一定数量的残留奥氏体，能起到对外力缓冲和使应力分布均匀的作用，增加氏体，能起到对外力缓冲和使应力分布均匀的作用，增加了疲劳裂纹形成和扩展的阻力，提高了钢的断裂韧性。了疲劳裂纹形成和扩展的阻力，提高了钢的断裂韧性。p不宜超过不宜超过30 p（3）渗层碳化物：可显著提高工件的耐磨性和抗咬合性，）渗层碳化物：可显著提高工件的耐磨性和抗咬合性，但粗大块状

37、或网状碳化物的存在，会破坏基体组织的连续但粗大块状或网状碳化物的存在，会破坏基体组织的连续性而引起脆性，使工件表面产生剥落。性而引起脆性，使工件表面产生剥落。p（4）心部硬度及组织：工件心部硬度取决于钢的碳含量。）心部硬度及组织：工件心部硬度取决于钢的碳含量。合适的心部组织应为低碳马氏体、贝氏体或索氏体，不允合适的心部组织应为低碳马氏体、贝氏体或索氏体，不允许有大块、大量的铁素体存在。许有大块、大量的铁素体存在。p（5）渗碳层深度：渗碳层的深度愈深，可以承载接触应）渗碳层深度：渗碳层的深度愈深，可以承载接触应力愈大。在满足工件使用要求的前提下，渗层越浅越经济。力愈大。在满足工件使用要求的前提下

38、，渗层越浅越经济。过多地增加层深，会使表面残余压应力降低，工件韧性下过多地增加层深，会使表面残余压应力降低，工件韧性下降，疲劳强度降低。降，疲劳强度降低。一般渗碳件的工艺路线一般渗碳件的工艺路线p锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火低温回火精加工精加工六、渗碳件的质量检查六、渗碳件的质量检查 1 1、渗碳层的深度的检查（测定）、渗碳层的深度的检查（测定）常用随炉渗碳试样来判别。常用随炉渗碳试样来判别。（1 1）断口分析法：将渗碳试样淬火后打断观察，渗层断口呈白色）断口分析法：将渗碳试样淬火后打断观察，渗层断口呈白色瓷状，未渗碳部位为灰色纤维状，两层交界处的含碳量约为瓷状，

39、未渗碳部位为灰色纤维状，两层交界处的含碳量约为0.40.4。为了清楚地显示渗碳层，可将试样断口磨平抛光，为了清楚地显示渗碳层，可将试样断口磨平抛光，4 4硝酸酒精溶硝酸酒精溶液腐蚀，渗碳层呈黑色，中心部分呈灰色，直接用读数放大镜测液腐蚀，渗碳层呈黑色，中心部分呈灰色，直接用读数放大镜测出渗层深度出渗层深度。（2 2）金相分析法：退火态下测量。）金相分析法：退火态下测量。l 碳钢件：从表面测到过渡区的碳钢件：从表面测到过渡区的1/21/2处。处。l 合金钢：从表面到出现原始组织为止。合金钢：从表面到出现原始组织为止。（3 3）硬度法：）硬度法：渗碳渗层深度为从表面向里到硬度渗碳渗层深度为从表面向

40、里到硬度HV550HV550。2 2、硬度检查：、硬度检查：根据技术要求和工艺规定的部位检查硬度。根据技术要求和工艺规定的部位检查硬度。一般要求检查淬火及低温回火后的表面硬度(大于58HRC)和心部硬度。3 3、金相组织检查、金相组织检查 渗碳件淬火及回火后的金相组织检查，包括表层碳化物的数量，渗碳件淬火及回火后的金相组织检查，包括表层碳化物的数量，分布特征，马氏体粗细，残余奥氏体的含量，心部游离铁素体的分布特征，马氏体粗细，残余奥氏体的含量，心部游离铁素体的数量大小分布状态数量大小分布状态。图图5-21块状碳化物块状碳化物级别级别8级级400 渗渗C缺陷及控制缺陷及控制1.表面粗大网状、块状

41、碳化物表面粗大网状、块状碳化物控制方法：控制方法：降低渗碳剂浓度、数量，降低渗碳剂浓度、数量，强渗期温度调低。强渗期温度调低。形成原因形成原因：碳势太高，温度太高，碳势太高，温度太高，保温时间太长。保温时间太长。返修方法：返修方法：调整碳势并补渗；脱调整碳势并补渗；脱C层层0.02mm时，喷丸处理时，喷丸处理18CrMnTi渗碳表面脱碳渗碳表面脱碳2.表层贫碳或脱碳表层贫碳或脱碳形成原因：形成原因：扩扩散散期期碳碳势势降降低低太太多多，炉炉子子漏漏气气，缓缓冷冷或或出出炉炉时时氧氧化脱碳化脱碳形成成因：形成成因：渗渗C或或淬淬火火温温度度过过高高，使使A中中的的C及含及含C量过高。量过高。防防

42、止止方方法法：降降低低碳碳势势，降降低低渗渗C温温度度和和淬淬火火温温度度，降降低低重重淬温度。淬温度。返修方法：返修方法：（1）深冷处理，）深冷处理，使使AM（2）高温回火后重淬）高温回火后重淬 表面大量残余奥氏体表面大量残余奥氏体 4003.表面大量残余奥氏体表面大量残余奥氏体形成成因：形成成因：炉温不均匀，炉气循环不好，碳黑沉积在工件表面炉温不均匀，炉气循环不好，碳黑沉积在工件表面,固体渗固体渗C时，渗剂不均匀时，渗剂不均匀4.渗渗C层深度不均匀层深度不均匀形成原因：形成原因：炉温低，碳势低，炉温低，碳势低，漏气，装炉量过大等漏气，装炉量过大等防止办法：防止办法：检查渗剂给入量，修复检查

43、渗剂给入量，修复 炉子不良状况，清理炉子不良状况，清理 沉积碳黑。沉积碳黑。返修方法：返修方法：补渗补渗5.渗层深度不够渗层深度不够7.表面硬度低表面硬度低形成成因：表面碳浓度低，形成成因：表面碳浓度低，A量多，或表面形成屈氏体组织量多，或表面形成屈氏体组织返修方法：补渗、深冷、重淬。返修方法：补渗、深冷、重淬。8.变形变形 成因形成：摆放不当，压挤成因形成：摆放不当，压挤 防止方法：合理吊装工件，淬火压床加压淬火防止方法：合理吊装工件，淬火压床加压淬火9.开裂开裂在缓冷过程中产生表面裂纹在缓冷过程中产生表面裂纹 形成成因：渗形成成因：渗C后空冷渗层组织转变不均匀所致。如后空冷渗层组织转变不均

44、匀所致。如 20CrMnMo渗后空冷，表层先形成薄层屈氏体，下渗后空冷，表层先形成薄层屈氏体，下 面为面为A，继续冷却时，继续冷却时AM，表面形成拉应力所至。，表面形成拉应力所至。防止方法：先减慢冷速使渗层共析转变后再快冷。防止方法：先减慢冷速使渗层共析转变后再快冷。用用20钢制造的钢制造的20mm的小轴，经的小轴，经930 ，5小时渗碳后，小时渗碳后，表面碳的质量分数增加至表面碳的质量分数增加至1.2分析经下列热处理后表面及分析经下列热处理后表面及心部的组织：心部的组织：20钢钢AC3为为855，Ar3为为835；T12钢钢Acm为为820 (1)渗碳后缓冷到室温。渗碳后缓冷到室温。(2)渗

45、碳后直接淬火，然后低温回火。渗碳后直接淬火，然后低温回火。(3)渗碳后预冷到渗碳后预冷到820，保温后淬火，低温回火。，保温后淬火，低温回火。(4)渗碳后缓冷到室温，再加热到渗碳后缓冷到室温，再加热到880 后淬火，低温回火。后淬火，低温回火。(5)渗碳后缓冷到室温，再加热到渗碳后缓冷到室温，再加热到780 后淬火，低温回火。后淬火，低温回火。3.金属的氮化金属的氮化p定义：钢铁工件在一定义：钢铁工件在一定温度的含有活性氮定温度的含有活性氮的介质中保温一定时的介质中保温一定时间，使其表面渗入氮间，使其表面渗入氮原子的过程称为渗氮原子的过程称为渗氮或氮化。或氮化。p目的：提高工件的表目的：提高工

46、件的表面硬度、疲劳强度、面硬度、疲劳强度、耐磨性、耐蚀性及抗耐磨性、耐蚀性及抗咬合性。咬合性。p相相氮溶于氮溶于-Fe中的固溶体（含氮铁素体），体心立方中的固溶体（含氮铁素体），体心立方结构，结构，N含量含量60HRC60），心部有较好的韧性），心部有较好的韧性（Ak50J),Ak50J),材料选用材料选用1515钢；钢；（4 4）镗床和镗杆，在重载荷作用下工作，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬）镗床和镗杆，在重载荷作用下工作，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合力学性能，材料选用度，心部有较高的综合力学性能，材料选用38CrMoAlA38CrMoAlA。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢