化学热处理
三种必备化学热处理知识
一．软氮化热处理为了缩短氮化周期，并使氮化工艺不受钢种的限制，在近年间在原氮化工艺基础上发展了软氮化和离子氮化两种新氮化工艺。
软氮化实质上是以渗氮为主的低温氮碳共渗，钢的氮原子渗入的同时，还有少量的碳原子渗入，其处理结果与一般气体氮化相比，渗层硬度较氮化低，脆性较小，故称为软氮化。
1、软氮化方法分为：气体软氮化、液体软氮化及固体软氮化三大类。
目前国内生产中应用最广泛的是气体软氮化。
气体软氮化是在含有活性氮、碳原子的气氛中进行低温氮、碳共渗，常用的共渗介质有尿素、甲酰胺、氨气和三乙醇胺，它们在软氮化温度下发生热分解反应，产生活性氮、碳原子。
活性氮、碳原子被工件表面吸收，通过扩散渗入工件表层，从而获得以氮为主的氮碳共渗层。
气体软氮化温度常用560-570℃，因该温度下氮化层硬度值最高。
氮化时间常为2-3小时，因为超过2.5小时，随时间延长，氮化层深度增加很慢。
2、软氮化层组织和软氮化特点：钢经软氮化后，表面最外层可获得几微米至几十微米的白亮层，它是由ε相、γ`相和含氮的渗碳体Fe3（C，N）所组成，次层为的扩散层，它主要是由γ`相和ε相组成。
软氮化具有以下特点：(1)、处理温度低，时间短，工件变形小。
(2)、不受钢种限制，碳钢、低合金钢、工模具钢、不锈钢、铸铁及铁基粉未冶金材料均可进行软氮化处理。
工件经软氮化后的表面硬度与氮化工艺及材料有关。
3、能显著地提高工件的疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性。
在干摩擦条件下还具有抗擦伤和抗咬合等性能。
4、由于软氮化层不存在脆性ξ相，故氮化层硬而具有一定的韧性，不容易剥落。
因此，目前生产中软氮化巳广泛应用于模具、量具、刀具（如：高速钢刀具）等、曲轴、齿轮、气缸套、机械结构件等耐磨工件的处理。
二.长轴氮化热处理目前，国内一般细长轴(2—3m)的热处理变形量要求不大于0.03～0.05mm，按传统制造工艺是很难达到这个要求。
经过对传统制造工艺流程和工艺进行改进和完善，使长轴最终氮化处理的变形量达到国内同行业先进水平。
高三化学热处理知识点总结
高三化学热处理知识点总结热处理是指通过加热和冷却对材料进行物理或化学变化，以改变其组织结构和性能的过程。
在高三化学学习中，了解热处理的知识点对于理解材料性质、实验操作及工艺应用都有着重要的作用。
本文将对高三化学热处理的知识点进行总结。
一、热处理的分类1. 相变热处理相变热处理是指物质在固态与液态、气态之间变化过程中受热处理的过程。
常见的相变热处理包括升华、熔化和汽化等。
2. 固态热处理固态热处理是指在物质固态改变过程中进行的热处理，主要包括退火、淬火和回火等。
3. 液态热处理液态热处理是指在物质液态状态下进行的热处理，主要涉及溶解和结晶等。
二、常见的热处理方法1. 退火退火是通过加热材料至一定温度，然后以适当速率冷却的过程，目的是减小材料的硬度和提高延展性。
退火可分为全退火、球化退火、时效退火等。
2. 淬火淬火是将材料加热至临界温度，保持一定时间后迅速冷却，以使材料产生相变，并获得高硬度和高强度。
淬火还可分为水淬、油淬、盐淬等不同介质淬火。
3. 回火回火是在淬火过程中，通过加热材料至较低的温度，然后适当冷却，使材料获得适合使用的组织结构和力学性能。
回火的目的是消除淬火应力和提高材料的韧性。
4. 热残余处理热残余处理是指在材料制备过程中，对材料进行一次或多次退火、淬火和回火等处理，以消除或调整材料内部应力和改变材料组织结构，从而改善材料的性能。
三、热处理对材料性能的影响1. 组织结构的改变热处理可以改变材料的晶格结构、晶粒尺寸和晶界特性，从而影响材料的硬度、强度和韧性等机械性能。
2. 性能的提高通过合理的热处理过程，可以提高材料的硬度、强度、塑性和韧性等性能，使其适应不同的工作环境和使用要求。
3. 应力的消除热处理可以消除材料制备过程中的应力，避免材料在使用过程中发生变形、开裂等问题，提高材料的稳定性和可靠性。
四、热处理的应用领域1. 金属材料加工热处理在金属材料的加工中广泛应用，可以改善金属材料的力学性能，避免加工后出现裂纹、变形等问题，提高产品质量和使用寿命。
化学热处理
化学热处理化学热处理是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。
化学热处理的工艺过程普通是：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)分解或者电离，产生的能渗入元素的活性原子或者离子，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份。
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。
每一种化学热处理工艺都各有其特点，如果需要分别或者同时提高耐磨、减摩、抗咬死、耐蚀、抗高温氧化和耐疲劳性能，则根据工件的材质和工作条件选择相应的化学热处理工艺。
化学热处理是古老的工艺之一，在中国可上溯到西汉时期。
已出土的西汉中山靖王刘胜的佩剑，表面含碳量达O.6 ~ 0.7%，而心部为 O.15 ~ O.4%，具有明显的渗碳特征。
明代宋应星撰《天工开物》一书中，就记载实用豆豉、动物骨炭等作为渗碳剂的软钢渗碳工艺。
明代方以智在《物理小识》“淬刀” 一节中，还记载有“以酱同硝涂錾口，煅赤淬火”。
硝是含氮物质，当有一定的渗氮作用。
这说明渗碳、渗氮或者碳氮共渗等化学热处理工艺，早在古代就已被劳动人民所掌握，并作为一种工艺广泛用于刀兵和农具的制作。
随着化学热处理理论和工艺的逐步完善，自二十世纪初开始，化学热处理已在工业中得到广泛应用。
随着机械创造和军事工业的迅速发展，对产品的各种性能指标也提出了越来越高的要求。
除渗碳外，又研究和完善了渗氮、碳氮和氮碳共渗、渗铝、渗铬、渗硼、渗硫、硫氮和硫氮碳共渗，以及其他多元共渗工艺。
电子计算机的问世，使化学热处理过程的控制日臻完善，不仅生产过程的自动化程度越来越高，而且工艺参数和处理质量也得到更加可靠的控制。
按渗入元素的性质，化学热处理可分为渗非金属和渗金属两大类。
前者包括渗碳、渗氮、渗硼和多种非金属元素共渗，如碳氮共渗、氮碳共渗、硫氮共渗、硫氮碳 (硫氰)共渗等；后者主要有渗铝、渗铬、渗锌，钛、铌、钽、钒、钨等也是常用的表面合金化元素，二元、多元渗金属工艺，如铝铬共渗、钽铬共渗等均已用于生产。
化学热处理方法
化学热处理方法
化学热处理是一种在工件表面涂覆化学物质并利用化学反应来
改善工件材料的热处理工艺。
以下是常见的化学热处理方法:
1. 渗碳:在工件表面涂覆碳素墨水,并在高温下加热,碳素墨水
会将碳元素渗入工件表面,形成渗碳层。
这种热处理方法可以用于制作高强度、高硬度的零部件。
2. 渗氮:在工件表面涂覆氮化墨水,并在高温下加热,氮化墨水
会使工件表面形成氮化层,提高工件的耐磨性和耐腐蚀性。
这种热处理方法可以用于制作耐磨、耐腐蚀的零部件。
3. 硬化:在工件表面涂覆硬化剂,并在高温下加热,硬化剂会在
工件表面形成坚硬的硬化层,提高工件的强度和硬度。
这种热处理方法可以用于制作高强度、高硬度的零部件。
4. 氧化:在工件表面涂覆氧化剂,并在高温下加热,氧化剂会在
工件表面形成氧化层,提高工件的耐腐蚀性。
这种热处理方法可以用于制作耐蚀的零部件。
5. 电镀:在工件表面涂覆电镀剂,并在高温下加热,电镀剂将工
件表面形成电镀层,提高工件的耐腐蚀性和耐磨性。
这种热处理方法可以用于制作需要耐腐蚀性和耐磨性的零部件。
化学热处理方法的应用范围非常广泛,可以用于制作各种零部件,如汽车发动机零件、航空航天部件、机械零件等。
热处理中的化学热处理技术
热处理中的化学热处理技术热处理是在一定的温度范围内通过对金属材料进行控制的加热、保温和冷却等手段，改变其物理、化学性质以达到所需性能的加工过程。
热处理技术是金属材料成型和机械制造过程中不可或缺的重要环节之一。
其中，化学热处理技术是一种较为常见的热处理方法。
化学热处理是指在特定的化学溶液中，将需要处理的金属材料暴露于化学物质中进行处理，以改善其物理、化学和机械性能。
这种方法主要是利用化学反应进行改性处理，可以使材料具有更高的强度、硬度、韧性、耐腐蚀等性能。
一、化学热处理的种类1. 气体渗碳气体渗碳是利用高温气体在材料表面进行碳渗透，从而在表面形成高碳化合物层的加工方法。
在渗碳过程中，材料表面必须经过表面处理，以提高渗碳的质量和深度。
2. 液体渗碳液体渗碳是将金属材料浸泡在特定的液体中进行处理的方法，液体中一般含有一些化学物质，如红砖、氯化钠等，可以改善金属材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性，渗碳的效果较好。
3. 热浸镀热浸镀是通过将金属材料浸入含有金属离子的物质中，经过化学反应而在金属材料表面形成注入层或覆盖层的处理方法。
常用的金属包括镀锌、镀铬、镀铜等，这种方法可以增强金属的耐腐蚀性、美观性、附着力等。
4. 热喷涂热喷涂是通过喷射熔融金属或化合物的方法，在材料表面形成加工层的渗碳方法。
其处理方法有极高的灵活性，可以用于各种材料的表面涂层，如铜、铝、镍、锌等。
二、化学热处理的优点1. 提高机械性能经过化学热处理的金属材料，其硬度、韧性、延展性、弹性等机械性能都有所提高，能够适应更为复杂的工艺要求。
2. 增加表面硬度化学热处理提高了材料表面的硬度，提升了其耐磨性、耐磨损性和耐腐蚀性，在产生摩擦和磨损时有更好的表现。
3. 降低成本对于一些需要强度和耐用性要求较高的零部件，在使用钢等材料时常常需要进行表面涂层和加热处理等工艺，而化学热处理可以通过一种简单的操作，同时赋予金属材料更高的性能。
4. 缩短加工周期化学热处理技术比其他加工方法速度较快，生产效率也较高，迎合了快速生产的工业需求。
化学热处理的操作方法
化学热处理的操作方法
化学热处理是一种通过在化学溶液中加热材料来改变其物理和化学性质的过程。
以下是一般的化学热处理操作方法：
1. 准备工作：首先，准备所需的化学溶液和容器。
根据需要，选取适当的容器（如试管、烧杯或反应釜）和合适的溶液（如酸性、碱性或盐性溶液）。
2. 清洁材料：将待处理的材料彻底清洗，以去除表面污垢和杂质。
可以使用溶剂和刷子进行清洁。
3. 浸泡：将材料完全浸泡在化学溶液中。
确保材料完全覆盖，并且没有气泡留在材料表面。
根据需要，可以使用磁力搅拌器来提高混合效果。
4. 加热：将容器放置在加热设备上，并逐渐加热溶液。
根据所需的处理温度和时间，选择适当的加热速率和最终温度。
5. 控制温度和时间：对于不同的热处理过程，有不同的温度和时间要求。
确保在整个热处理过程中始终保持稳定的温度，并根据需要调整时间。
6. 冷却和清洗：一旦热处理达到所需的时间和温度，将容器从加热设备中取出，然后将材料迅速冷却到室温。
可以使用冷水浸泡或自然冷却。
7. 洗涤：将材料从化学溶液中取出，并用水彻底冲洗以去除任何残留的溶液或杂质。
8. 干燥：最后，将处理后的材料放在通风良好的地方自然晾干，或使用适当的干燥设备进行加速干燥。
请注意，以上是化学热处理的一般操作方法，具体的步骤和条件可能会因不同的材料和热处理要求而有所变化。
因此，在进行化学热处理之前，最好参考相关文献或向专业人员咨询以获得更准确的操作方法和条件。
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。
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钢的化学热处理
学院：机械工程学院
班级: 机自0901班
姓名：张鹏
学号：200912030364
钢的化学热处理
作者：张鹏
班级：机自0901 班
学号：200912030364
概要：
化学热处理是利用化学反应、有时兼用物理方法改变钢件表层化学成分及组织结构，以便得到比均质材料更好的技术经济效益的金属热处理工艺。
由于机械零件的失效和破坏大多数都萌发在表面层，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，表面层的性能尤为重要。
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。
心部为原始成分的钢，表层则是渗入了合金元素的材料。
关键字：
热处理方法渗碳渗氮碳氮共渗
正文：化学热处理是利用化学反应、有时兼用物理方法改变钢件表层化学成分及组织结构，以便得到比均质材料更好的技术经济效益的金属热处理工艺。
由于机械零件的失效和破坏大多数都萌发在表面层，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，表面层的性能尤为重要。
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。
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，它比电镀等表面复护技术所获得的心、表部的结合要强得多。
根据不同元素在金属中的作用，金属表面渗入不同的元素后，可以获得不同的性能。
因此，金属的化学热处理，常以渗
入不同的元素来命名。
常用化学热处理的方法及其使用范围如图：
一．钢的渗碳：渗碳是将零件放在具有活性碳原子的介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。
[渗碳方法]：有固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳，渗碳新技术有真空渗碳和离子渗碳等。
其中气体渗碳原料气资源丰富，工艺成熟，应用最广泛。
气体渗碳工艺：渗碳温度一般为900~950℃，使钢完全奥氏体化，被工件表面吸附的活性碳原子溶入奥氏体，并由表及里进行扩散，获得一定厚度的渗层。
渗碳的保持时间可根据渗层深度要求确定，一般可按每小时完成0.1~0.15mm的渗层深度来估算。
渗碳后一般表面碳质量分数达到0.85%~1.05%；渗碳层深度一般
=0.4%）的垂直距离，工件的渗碳是从表面向内至碳质量分数规定处（一般为w
c
层深度取决于工件的尺寸和工作条件，一般为0.5~2.5mm。
[渗碳件用钢]：一般采用碳质量分数为0.1%~0.25%的低碳钢或低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi等。
可使渗碳件表面高硬度、耐磨，心部高强韧性、承受较大冲击。
[渗碳后的热处理及性能]：渗碳后必须经淬火+低温回火后才能满足使用性能的要求。
经过热处理后使渗碳件表面具有马氏体和碳化物的组织，一般表面硬度58~64HRC。
而心部根据采用钢材淬透性的大小和零件尺寸大小，获得低碳马氏体或其他非马氏体组织，具有心部良好的强韧性。
[渗碳工艺应用]：主要应用于要求表面高硬度、高耐磨性而心部具有良好的塑性和韧性的零件上，如汽车变速齿轮与机床齿轮、凸轮、轴、活塞销等。
二、渗氮（氮化）
渗氮是在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。
方法主要有气体渗氮和离子渗氮等。
[气体渗氮工艺]：渗氮温度一般为500~560℃，时间一般为30~50小时，采用氨) 作渗氮介质。
氨气在450℃以上温度时即发生分解，产生活性氮原子：气(NH
3
+2[N]
2NH——3H
2
活性氮原子被工件表面吸附后，首先形成氮在α-Fe中的固溶体，当含氮量超过α-Fe的溶解度时，便形成氮化物（Fe4N、Fe2N）。
氮还与许多合金元素形成弥
N等，这些合金氮化物具有高的硬度和耐磨性，散的氮化物，如AlN、CrN、Mo
2
同时具有高的耐腐蚀性。
因此，38CrMoAlA等含有Cr、Mo、Al等合金元素的钢是最常用的渗氮钢。
由于气体渗氮工艺周期很长，因此发展了快速渗氮方法如辉光离子渗氮、卤化物催化渗氮、高频感应加热渗氮等。
[渗氮的特点]：
（1）渗氮件的表面硬度高达（相当于65HRC～72HRC）。
并可保持到560～600℃而不降低。
（2）氮化后钢件不需其他热处理，渗氮件的变形很小。
（3）渗氮后具有良好的耐腐蚀性能。
这是由于渗氮后表面形成致密的氮化物薄膜。
（4）气体渗氮所需时间很长，渗氮层也较薄（一般为0.3~0.6mm）。
例如38CrMoAl 钢制压缩机活塞杆为获得0.4～0.6mm的渗氮层深度，气体渗氮保温时间需60h 左右。
[应用]：渗氮特别适宜要求表面向耐磨的精密零件。
例如磨床主轴、镗床镗杆、精密机床丝杠、内燃机曲轴以及各种精密齿轮和量具等。
三、碳氮共渗
碳氮共渗是在奥氏体状态下，同时将碳、氮渗入工件表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺。
常用的为气体碳氮共渗。
碳氮共渗工艺分为高温和中温两种，目前广泛应用的是中温气体碳氮共渗。
中温碳氮共渗的温度为820℃～860℃，向密封的炉内通入煤油、氨气。
保温时间主要取决于要求的渗层深度。
一般零件的渗层深度为0.5mm～0.8mm，共渗保温时间约为4h～6h，碳氮共渗后表层碳的质量分数为0.7%~1.0%，氮的质量分数为0.15%~0.5%。
碳氮共渗件需进行淬火、低温回火。
碳氮共渗同时兼有渗碳和渗氮的优点。
碳氮共渗速度显著高于单独的渗碳或渗氮。
在渗层碳浓度相同的情况下，碳氮共渗件比渗碳件具有更高的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性、弯曲强度和接触疲劳强度，但耐磨性和疲劳强度低于渗氮件。
碳氮共渗多用于结构零件，如齿轮、蜗杆、轴类零件等。
四、氮碳共渗（软氮化）
在工件表层同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺称为氮碳共渗，也称软氮化。
氮碳共渗的温度一般为560℃±10℃，保温时间一般为3h～4h，保温后即可出炉空冷。
氮碳共渗有气体氮碳共渗和液体氮碳共渗两种，生产上多采用气体氮碳共渗。
氮碳共渗层的表面硬度比渗氮件稍低，故称为软氮化，但仍具有较高的硬度、耐磨性和高的疲劳强度，耐蚀性也有明显提高。
氮碳共渗的加热温度低、处理时间短、钢件变形小，又不受钢种限制，所以主要用于处理各种工模具以及一些轴类零件。
化学热处理方法很多，除了上述几种方法外，还有渗硼、渗硫、渗金属（如渗铬、渗铝等）、多元共渗（如硫氮、铬铝、硫氮碳、碳氮硼共渗等）。