化学热处理基本概念、分类及作用.
钢的化学热处理
3. 渗氮的特点 （1）高硬度和高耐磨性 渗氮： 70HRC 500℃ 渗碳：60~62HRC 200℃ （2）高的疲劳强度 残余压应力 （3）变形小而规律性强 铁素体状态下进行 无需热处理 变形原因只有渗氮层的体积膨胀
（4）较好的抗咬合能力 高硬度 高温硬度 （5）较高的抗蚀性能 ε化合物层（化学稳定性高而且非常致密） 缺点： 处理时间长：生产成本高 渗氮层薄：不能承受太高的接触应力和冲 击载荷，脆性大
3. 硬度法 取样并进行表面处理 垂直于渗碳表面测量维氏硬度（试验力为 9.8N），做出硬度与至表面距离关系曲线， 以硬度大于550HV之层深作为有效渗碳层 深度。 优点：测量便捷、结果精确、设备简单
七．渗碳件的常见缺陷 1. 表面硬度偏低 原因：表面脱碳或出现了非马氏体组织 2. 渗碳层深度不足或不均匀 原因：渗碳温度偏低、渗碳时间过短、炉内 碳势偏 低 不均匀：炉气循环不良或温度不均
（2）二次加热淬火 定义：工件渗碳冷却后两次加热淬火。 淬火温度的选择：一次淬火加热温度一般为心部 成分的Ac3以上，目的是细化心部组织，消除表层 网状碳化物；二次淬火一般加热到Ac1以上，使渗 层获得细小粒状碳化物和隐晶马氏体，以保证获 得高强度和高耐磨性。 缺点：工艺复杂、成本高、效率低，变形大 适用：要求表面高耐磨性和心部高韧性的重要零 件
四．渗氮用钢及渗氮强化机理 1. 38CrMoAl 普通碳钢渗氮后无法获得高硬度高耐磨性 铬、钼、铝合金元素在渗氮时可形成硬度 很高，弥散分布的合金氮化物 38CrMoAl缺点：加工性差；淬火温度较高； 易于脱碳；渗氮后脆性较大
2. 强化机理 氮和合金元素原子在α 相中偏聚，形成混合G.P区， 成盘状，与基体共格，引起较大点阵畸变，从而使 硬度提高。 Fe16 N2 型过渡氮化物析出，也会引起硬度的强 烈提高。
化学热处理技术
化学热处理技术应用和发展摘要：浅谈化学热处理原理、反应机理，以及化学热处理分类、应用和发展前景、技术特点关键词：化学热处理；碳渗；氮渗；稀土化学前言化学热处理是一种通过改变金属和合金工件表层的化学成分、组织和性能的金属热处理。
它的工艺过程一般是：将工件置于含有特定介质的容器中，加热到适当温度后保温，使容器中的介质(渗剂)分解或电离，产生的能渗入元素的活性原子或离子，在保温过程中不断地被工件表面吸附，并向工件内部扩散渗入，以改变工件表层的化学成分。
通常，在工件表层获得高硬度、耐磨损和高强度的同时，心部仍保持良好的韧性，使被处理工件具有抗冲击载荷的能力。
一、化学热处理原理化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温，使活性物质的原子渗入工件的表层中，改变其表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺，是表面合金化与热处理相结合的一项工艺技术。
二、化学热处理的过程化学热处理包括三个基本过程，即①化学渗剂分解为活性原子或离子的分解过程；②活性原子或离子被金属表面吸收和固溶的吸收过程；③被渗元素原子不断向内部扩散的扩散过程。
(1) 分解过程渗剂通过一定温度下的化学反应或蒸发作用，形成含有渗入元素的活性介质，然后通过活性原子在渗剂中的扩散运动而到达工件的表面。
(2) 吸收过程渗入元素的活性原子吸附于工件表面并发生相界面反应，即活性物质与金属表面发生吸附—解吸过程。
(3) 扩散过程吸附的活性原子从工件的表面向内部扩散，并与金属基体形成固溶体或化合物。
三、化学热处理的分类1.按渗入元素的数量分类（1）单元渗：渗碳，渗氮，渗硫，渗硼，渗铝，渗硅，渗锌，渗铬，渗钒等。
（2）二元渗：碳氮共渗，氮碳共渗，氧氮共渗，硫氮共渗，硼铝共渗，硼硅共渗，硼碳共渗，铬铝共渗，铬硅共渗，铬钒共渗，铬氮共渗，铝稀土共渗，铝镍共渗等。
（3）多元渗：氧氮碳共渗，碳氮硼共渗，硫氮碳共渗，氧硫氮共渗，碳氮钒共渗，铬铝硅共渗，碳氮氧硫硼共渗等。
2.按渗剂的物理形态分类(1) 固体法：颗粒法，粉末法，涂渗法(膏剂法、熔渗法)，电镀、电泳或喷涂后扩散处理法。
第五章_化学热处理(一)
在渗碳及碳氮共渗时，可采用强渗工 艺，即在渗碳初期采用高碳势气氛，使工件 表面迅速达到较高的碳浓度，加快碳原子的 扩散速度；
当层深快要达到要求时，再降低碳势， 使表面过多的碳向内部扩散。
(3) 晶格类型的影响
钢铁材料存在α - Fe和γ - Fe两种晶格 类型。C、N原子在体心立方的α - Fe中的扩 散系数比在面心立方的γ - Fe中大，即C、N 原子在体心立方的α - Fe中的扩散速度比在 面心立方的γ - Fe中大。
Fe(晶) + CO(气) →Fe · CO(吸附)
Fe · CO(吸附) + CO (气) →Fe · [C] (吸附) + CO2(气)
吸附在Fe上的[C]可进一步渗入Fe的晶格而 溶解。
吸附加速了化学介质的分解和活性原子的形 成，它使活性原子进一步向工件内部扩散成为可 能。
3、化学热处理中的扩散过程
化学热处理通常可归纳为渗剂的分解、工 件表面对活性原子的吸收以及活性原子从工件 表面向内部的扩散三个过程。
1、渗剂的分解
化学热处理的渗剂由含有欲渗元素的物质组成。 气体渗碳时可通过碳氢化合物分解得到活性原子。
CH4 → 2H2 + [C] 气体渗氮时常采用氨气分解：2NH3 → 3H2 + 2[N]
二、钢的渗碳
定义：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。
目的：增加低碳钢或低碳合金钢表层的碳 含量、获得一定的碳含量梯度。
通过渗碳处理后，钢件表面具有高的碳含 量，而心部的碳含量较低，通过淬火加低温回 火，就可以获得具有高硬度、高耐磨的表面， 而心部具有很好的韧性。
钢的热处理及组织转变
二、钢在加热及冷却时的组织转变
② 贝氏体型转变 ：
一、钢的热处理
钢的退火：
⑴ 退火的定义 将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却下 来，获得接近平衡状态的组织的热处理工艺，称为退火。 ⑵ 退火的目的
① 降低硬度，提高塑性和韧性；
② 消除残余内应力，减轻变形和防止开裂； ③ 均匀成分，细化晶粒，为最终热处理作准备； ④ 改善或消除铸造、轧制、焊接等加工中的组织缺陷。
降低钢的硬度和耐磨性。
温度过低，在淬火组织中出现铁素体，使淬火组织出现软 点，降低钢的强度和硬度。
一、钢的热处理
钢的淬火：
理想的淬火冷却曲线 应该是：在650～550 0 C范围要快冷，其它 温度区间不需快冷， 尤其在Ms点以下更不 需快冷，以免引起工 作变形或开裂。
一、钢的热处理
钢的淬火：
保持适当时间，缓慢冷却，重新形成均匀的晶粒，以消除
形变强化效应和残余应力的退火工艺。
目的：
温度 再结晶温度
消除加工硬化
提高塑性
改善切削加工性能
时间
一、钢的热处理
钢的正火：
⑴ 定义：将钢加热到 AC3 或 Accm 以上 30～50℃，保温一定
时间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺，称为钢的正火。
上贝氏体 （羽毛状）
500
下贝氏体 （针叶状）
二、钢在加热及冷却时的组织转变
② 贝氏体型转变 ：
性能上看上贝氏体的脆性较大，无实用价值；而下贝 氏体则是韧性较好的组织，是热处理时（如采用等温淬火） 常要求获得的组织。
原因：上贝氏体中的碳 化物呈较粗的片状，分
布在铁素体板条间，且
不均匀，使板条容易发 生脆废；
获得的球化效果较好，在大件和大批量生产中难以实现，
热处理的方式详解
碳钢 合金钢
①单液淬火→加热A化后的钢件放入水或油中连续冷却 至室温的方法。
（水淬应力大，工件易变形、开裂；油淬冷却速度慢，碳钢 油淬无法全部获得M）
②双液淬火→加热A化后的钢件先放入水中冷却至接近 Ms后再放入油中冷却至室温。
（在油中缓慢实现M转变，淬火应力小，可防止工件变形和开 裂。但水中停留的时间较难把握。用于形状复杂件防开裂）
光镜下形貌
电镜下形貌
索氏体形貌像
光镜形貌
电镜形貌
屈氏体形貌像
光镜形貌 电镜形貌
贝氏体转变 ➢550～350℃: B上; 40～45HRC;
1）贝氏体B ----含碳略微过饱和的铁素体与弥
散分布的微细渗碳体的混合物。 2）过冷奥氏体在550℃ ~ Ms之间发生的转变 3）根据转变温度的不同，B分为上B和下B。
➢650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。
➢600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
层片间距越小（即从P→S →T），材 料的强度、硬度、塑性、韧性越高。
珠光体形貌像
*本质晶粒度反映了钢在一定条件下奥氏体晶粒
长大的倾向性。其与起始晶粒度和实际晶粒度 是完全不同的概念。
Review
标准晶粒度1～4级 的为本质粗晶粒钢
标准晶粒度5～8级 的为本质细晶粒钢
本质粗晶粒钢：奥氏 体随温度的升高迅速 长大的钢。如经锰硅 脱氧的钢、沸腾钢等
本质细晶粒钢： 奥氏体晶粒长大 倾向小，加热到 较高温度才显著 长大的钢。如经 铝脱氧的钢、镇 静钢等
③分级淬火→加热A化后的钢件先放在略高于Ms点的 恒温盐浴或碱浴中保温一段时间（使内 外均温），取出后在空气中冷至室温。
化学热处理技术
化学热处理技术一、概述1.化学热处理的概念化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
由于机械零件的失效和破坏大多数都萌发在表层，特别在可能引起磨损、疲劳、金属腐蚀、氧化等条件下工作的零件，表层的性能尤为重要。
经化学热处理后的钢件，实质上可以认为是一种特殊复合材料。
工件心部为原始成分的钢，表层则是渗入了合金元素的材料。
心部与表层之间是紧密的晶体型结合，它比电镀等表面防护技术所获得的心部、表面的结合要强得多。
2.化学热处理的分类化学热处理的方法繁多，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，还有碳、氮、硫、氧、硼五元共渗及碳（氮）化钛覆盖等。
3.化学热处理的基本过程化学热处理包括三个基本过程：化学渗剂分解为活性原子或离子的分解过程；活性原子或离子被钢件表面吸收和固溶的吸收过程；被渗元素原子不断向内部扩散的扩散过程。
（1）分解过程化学渗剂是含有被渗元素的物质。
被渗元素以分子状态存在，它必须分解为活性原子或离子才可能被钢件表面吸收及固溶，很难分解为活性原子或离子的物质不能作渗剂使用。
例如，普通渗氮时不用氮而用氨，因为氨极易分解出活性氮原子。
根据化学反应热力学，分解反应产物的自由能必须低于反应物的自由能，分解反应才可能发生。
但仅满足热力学条件是不够的，在实际生产中应用还必须考虑动力学条件，即反应速度；提高反应物的浓度和反应温度，虽然均可加速渗剂的分解，但受材料或工艺等因素的限制。
在实际生产中，使用催化剂以降低反应过程的激活能，可使一个高激活能的单一反应过程变为有若干个低激活能的中间过渡性反应过程，从而加速分解反应。
铁、镍、钴、铂等金属都是使氨或有机碳氢化合物分解的有效催化剂，所以钢件表面本身就是良好的催化剂，渗剂在钢件表面的分解速率比其单独存在时的分解速率可以提高好几倍。
第11章钢的化学热处理总结
固体渗碳优点： 设备简单，方便易行，中小型工厂；
缺点：周期长，生产效率低，劳动条件差， 质量不易保证。
c. 液体渗碳
在能析出活性碳原子的盐浴中进行的。 优点：加热速度快，加热均匀，渗碳效率高， 渗碳层均匀，便于直接淬火。 缺点：成本高，渗层盐浴大多有毒，不宜于 大件和大批量生产。 渗碳盐浴一般由三类物质组成： ①加热介质：通常用NaCl和BaCl2的混和盐。 BaCl2还同时具有催化剂的作用。 ②催化剂（5～30％）：常用碳酸盐 （Na2CO3或BaCO3）。
①心部要求较高强韧性的零件，加热至心部Ac3稍 上。心部通过相变重结晶，细化了晶粒，淬火后得 到细小的低碳M，具有较高的强韧性；表面可消除 网状渗碳体；但表面加热温度高，淬火后晶粒较 大，残余奥氏体较多，影响耐磨性。
②对表面耐磨性要求较高的零件，加热温度应选 择在Ac1稍上，淬火后表面层为M、未溶碳化物和 少量残余奥氏体，有较高的硬度和耐磨性。而对心 部组织来说，加热温度过低，淬火后低碳M和未溶 铁素体，强度受到一定的影响。
• 多用于连续式炉气体渗碳
b. 固体渗碳 将工件埋在固体渗碳剂中密封起来，加热到
900~930ºC，保温后出炉。
固体渗碳由两类物质组成： 渗碳物质（85～90％）：木炭、焦炭、骨炭等。 催化剂（10～15％）：碳酸钠、碳酸钡等。
木炭与渗碳箱内的氧气发生反应： C+O2→CO2, CO2+C→2CO 2CO→CO2+[C]
4、渗碳层深度不均匀 可能由于原材料中带状组织严重，也可
能由于渗碳件表面局部结焦或沉积碳黑，炉 气循环不均匀，零件表面有氧化膜或不干净， 炉温不均匀，零件在炉内放置不当等所造 成．预防措施，应分析其具体原因，采取相 应措施。
公共基础知识热处理工艺基础知识概述
《热处理工艺基础知识概述》一、引言热处理工艺作为材料加工领域中的一项关键技术，在提高材料性能、延长使用寿命、改善加工工艺等方面发挥着至关重要的作用。
从古代的简单金属加工到现代的高科技材料处理，热处理工艺经历了漫长的发展历程。
本文将对热处理工艺的基础知识进行全面综合的概述，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势等方面，旨在为读者提供一个系统而深入的了解。
二、基本概念1. 定义热处理是指将材料加热到一定温度，保温一段时间，然后以适当的速度冷却，以改变材料的组织结构和性能的工艺过程。
通过热处理，可以改善材料的硬度、强度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性等性能，满足不同工程应用的要求。
2. 分类热处理工艺主要分为普通热处理和表面热处理两大类。
普通热处理包括退火、正火、淬火和回火；表面热处理包括表面淬火和化学热处理。
（1）退火：将材料加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却。
退火的目的是降低材料的硬度，改善切削加工性能，消除残余应力，稳定尺寸等。
（2）正火：将材料加热到临界温度以上，保温一段时间，然后在空气中冷却。
正火的目的与退火相似，但冷却速度较快，得到的组织比退火的更细，强度和硬度也较高。
（3）淬火：将材料加热到临界温度以上，保温一段时间，然后快速冷却。
淬火的目的是提高材料的硬度和强度，但淬火后材料的脆性增加，需要进行回火处理。
（4）回火：将淬火后的材料加热到适当温度，保温一段时间，然后冷却。
回火的目的是降低材料的脆性，提高韧性和塑性，稳定组织和尺寸。
（5）表面淬火：通过快速加热材料表面，使其达到淬火温度，然后迅速冷却，使表面获得高硬度，而心部仍保持较好的韧性。
（6）化学热处理：将材料置于一定的化学介质中加热，使介质中的某些元素渗入材料表面，改变材料的化学成分和组织结构，从而提高材料的表面性能。
三、核心理论1. 相变理论热处理过程中，材料的组织结构会发生相变。
相变是指物质从一种相转变为另一种相的过程。
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