钢的化学热处理ppt课件
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钢的热处理ppt课件
的频率，与材料的淬透性无关。
其它表面淬火方法
1.火焰加热表面淬火
淬硬深度：2～6mm。 特点：方便，成本低，但效果
差
2.激光加热表面淬火
特点： 淬硬深度：0.3～0.5mm。 特点：不需要冷却液，可对深
孔，盲空，沟槽进行淬火。
3.太阳能加热表面淬火
同激光，但受自然条件限制
钢的化学热处理
为什么亚共析钢要进行完全淬火
完全淬火—— 得到完全马 氏体。
不完全淬 火——马氏体 组织中有铁 素体出现。
为什么过共析钢只能进行不完全
淬火
完全淬火：马氏体 含碳量过高，易开 裂和形成大量残余 奥氏体；
不完全淬火：有细 小弥散渗碳体残余， 奥氏体含碳量低， 因而淬火时不易开 裂，且残余渗碳体 量少。
适用材料：低碳钢。 常用工艺：
气体渗碳 固体渗碳 特点：温度高，周期长， 渗碳后必须进行淬火。
渗碳件的淬火
直接淬火
优点：工艺简单， 降低成本
缺点：工件晶粒 粗大，易开裂。
一次淬火
优点：晶粒细化， 不易开裂
缺点：增加成本。
钢的气体氮化
原理：以氨气分解产生活性氮原子，渗入钢
表面后形成高硬度的弥散分布的氮化物。 优点：由于渗氮温度只有550～570℃，且渗后
目的：满足工件不 同部位的性能要求。
冷处理
目的：消除残余 奥氏体。
工艺：先进行普 通淬火，然后将 工件淬入低温溶 液中
常用冷处理液
冰水； 干冰+酒精； 液氮。
钢的淬透性
基本概念
淬透性：钢获得马 氏体的能力。
淬硬性：钢的硬化 能力
淬透层深度：从淬 火件表面至半马氏 体区的距离
时间/s 图2-68 T10钢过冷A等温转变曲线
其它表面淬火方法
1.火焰加热表面淬火
淬硬深度：2～6mm。 特点：方便，成本低，但效果
差
2.激光加热表面淬火
特点： 淬硬深度：0.3～0.5mm。 特点：不需要冷却液，可对深
孔，盲空，沟槽进行淬火。
3.太阳能加热表面淬火
同激光，但受自然条件限制
钢的化学热处理
为什么亚共析钢要进行完全淬火
完全淬火—— 得到完全马 氏体。
不完全淬 火——马氏体 组织中有铁 素体出现。
为什么过共析钢只能进行不完全
淬火
完全淬火：马氏体 含碳量过高，易开 裂和形成大量残余 奥氏体；
不完全淬火：有细 小弥散渗碳体残余， 奥氏体含碳量低， 因而淬火时不易开 裂，且残余渗碳体 量少。
适用材料：低碳钢。 常用工艺：
气体渗碳 固体渗碳 特点：温度高，周期长， 渗碳后必须进行淬火。
渗碳件的淬火
直接淬火
优点：工艺简单， 降低成本
缺点：工件晶粒 粗大，易开裂。
一次淬火
优点：晶粒细化， 不易开裂
缺点：增加成本。
钢的气体氮化
原理：以氨气分解产生活性氮原子，渗入钢
表面后形成高硬度的弥散分布的氮化物。 优点：由于渗氮温度只有550～570℃，且渗后
目的：满足工件不 同部位的性能要求。
冷处理
目的：消除残余 奥氏体。
工艺：先进行普 通淬火，然后将 工件淬入低温溶 液中
常用冷处理液
冰水； 干冰+酒精； 液氮。
钢的淬透性
基本概念
淬透性：钢获得马 氏体的能力。
淬硬性：钢的硬化 能力
淬透层深度：从淬 火件表面至半马氏 体区的距离
时间/s 图2-68 T10钢过冷A等温转变曲线
钢的热处理及表面处理技术
转变特点 马氏体的组织类型 马氏体性能
• M体转变特点：
• ①无扩散型转变 • ②降温形成:连续冷却完成 • ③瞬时性 • ④转变的不完全性
Fe-1.8CF，e-1冷.8至C，-10冷0℃至-60℃
M形成时体积↑，造成很大 内应力。
• 冷处理：P42
1)无扩散 Fe 和 C 原子都不进展扩散，M是C过饱 和的体心立方的F体，固溶强化显著。
↓ • 总结：A体晶粒越粗大，那么晶界越少，
形核几率越小，那么A体越稳定，C曲线 右移。淬透性越好
• 三、钢的淬透性
• 〔三〕淬透性的测 定
四、钢的回火〔P127〕
1．概念(Conception)
将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度， 保温后冷却下来的一种热处理工艺。
2.目的(purpose) 〔1〕稳定工件组织、性能和尺寸 〔2〕减小或消除剩余应力，防止工件的 变形和开裂 〔3〕降低工件的强度、硬度，提高其塑 性和韧性，以满足不同工件的性能要求
C %↑→ M 硬度↑， 片状M 硬度高，塑韧性差。板条M 强度高，塑韧性较好
二、共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变
共
析
碳
钢
连
续
冷
却
水淬
无
M+AR
B
体
转变终止线
P 退火
T
S 正火
T+ 油淬 M
亚共析钢连续冷却转变 过共析钢连续冷却转变
炉冷→ F + P 空冷→ F(少量) + S 油冷→ T + M+AR 水冷→ M +AR
(三〕淬透性的测定
〔一〕钢的淬透性与淬硬性的概念
• 淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是 钢材本身固有的属性，主要取决于M体的临界冷 却速度
• M体转变特点：
• ①无扩散型转变 • ②降温形成:连续冷却完成 • ③瞬时性 • ④转变的不完全性
Fe-1.8CF，e-1冷.8至C，-10冷0℃至-60℃
M形成时体积↑，造成很大 内应力。
• 冷处理：P42
1)无扩散 Fe 和 C 原子都不进展扩散，M是C过饱 和的体心立方的F体，固溶强化显著。
↓ • 总结：A体晶粒越粗大，那么晶界越少，
形核几率越小，那么A体越稳定，C曲线 右移。淬透性越好
• 三、钢的淬透性
• 〔三〕淬透性的测 定
四、钢的回火〔P127〕
1．概念(Conception)
将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度， 保温后冷却下来的一种热处理工艺。
2.目的(purpose) 〔1〕稳定工件组织、性能和尺寸 〔2〕减小或消除剩余应力，防止工件的 变形和开裂 〔3〕降低工件的强度、硬度，提高其塑 性和韧性，以满足不同工件的性能要求
C %↑→ M 硬度↑， 片状M 硬度高，塑韧性差。板条M 强度高，塑韧性较好
二、共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变
共
析
碳
钢
连
续
冷
却
水淬
无
M+AR
B
体
转变终止线
P 退火
T
S 正火
T+ 油淬 M
亚共析钢连续冷却转变 过共析钢连续冷却转变
炉冷→ F + P 空冷→ F(少量) + S 油冷→ T + M+AR 水冷→ M +AR
(三〕淬透性的测定
〔一〕钢的淬透性与淬硬性的概念
• 淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是 钢材本身固有的属性，主要取决于M体的临界冷 却速度
《钢的热处理》PPT课件
231形成当a过冷到a1线以下时a产生了变化在晶界处产生了fe3c晶核长大使侧a的含量下降当fe3c长大时使到原有的a的c含量达到f时fe3c两侧形成的晶核当f长大时cmax0006向周围的a排出多原子增加了两侧a的c含量促进了fe3c片的形成如此反复24形成f与fe3c层片相间的混合组织与此同时在晶界其他部位又可能产生新的晶核fe3c小片并不断交替生核长大直到各种不同取向的p晶团群彼此相遇a全部转变为p
三) 转变产物的组织与性能
1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : A1～650℃ : P ; 5～25HRC; 片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。
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。
珠光体形貌像
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
三) 转变产物的组织与性能
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
形成，F 与 Fe3C 层片相间的混合组 织，与此同时，在晶界其他部位又可能 产生新的晶核（ Fe3C 小片），并不断 交替生核长大，直到各种不同取向的P晶 团（群）彼此相遇，A全部转变为P。 由此可见，P的形成，包含两个不 同的过程： 通过C的扩散而使成分产生改变，即 由含C量0.8％（0.77％）的A 含 C量极高的Fe3C和含C量极低的F转变；
( % ) 50 40 30 20 10 0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Wc 100
三) 转变产物的组织与性能
1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : A1～650℃ : P ; 5～25HRC; 片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。
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。
珠光体形貌像
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
三) 转变产物的组织与性能
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
形成，F 与 Fe3C 层片相间的混合组 织，与此同时，在晶界其他部位又可能 产生新的晶核（ Fe3C 小片），并不断 交替生核长大，直到各种不同取向的P晶 团（群）彼此相遇，A全部转变为P。 由此可见，P的形成，包含两个不 同的过程： 通过C的扩散而使成分产生改变，即 由含C量0.8％（0.77％）的A 含 C量极高的Fe3C和含C量极低的F转变；
( % ) 50 40 30 20 10 0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Wc 100
《钢的热处理》PPT课件
度高、保温时间长, 晶粒粗大.
⑵加热速度: 加热速度越快,过热 度越大, 形核率越高, 晶粒越细.
⑶合金元素：
Nb/%
Nb、Ti对奥氏体晶粒的影响
阻碍奥氏体晶粒长大的元素:
Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、
Mo、Cr、Al等碳化物和氮 化物形成元素。
析出颗粒 对黄铜晶 界的钉扎
ppt课件
16
促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 ⑷ 原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的
由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册
中的数据是以30-50℃/h 的速度加热或冷却时测得的.
ppt课件
8
第二节 钢在加热时的转变
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在
A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加 热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
一、奥氏体的形成过程
ppt课件
10
℃
第四步 奥氏体成分均匀 共析钢奥氏体化曲线（875℃退火）
化：Fe3C溶解后，其所 温 度
在部位碳含量仍很高， ，
通过长时间保温使奥氏
体成分趋于均匀。
ppt课件
11
共析钢奥氏体化过程
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本 相同。但由于先共析 或 二次Fe3C的存在，要获得 全部奥氏体组织，必须相 应加热到Ac3或Accm以上.
常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均 匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。
真空热处理炉
箱式可控气氛多用炉
ppt课件
17
第三节 钢在冷却时的转变
冷却是热处理更重要的工序。 一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程
⑵加热速度: 加热速度越快,过热 度越大, 形核率越高, 晶粒越细.
⑶合金元素：
Nb/%
Nb、Ti对奥氏体晶粒的影响
阻碍奥氏体晶粒长大的元素:
Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、
Mo、Cr、Al等碳化物和氮 化物形成元素。
析出颗粒 对黄铜晶 界的钉扎
ppt课件
16
促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 ⑷ 原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的
由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册
中的数据是以30-50℃/h 的速度加热或冷却时测得的.
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8
第二节 钢在加热时的转变
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在
A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加 热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
一、奥氏体的形成过程
ppt课件
10
℃
第四步 奥氏体成分均匀 共析钢奥氏体化曲线（875℃退火）
化：Fe3C溶解后，其所 温 度
在部位碳含量仍很高， ，
通过长时间保温使奥氏
体成分趋于均匀。
ppt课件
11
共析钢奥氏体化过程
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本 相同。但由于先共析 或 二次Fe3C的存在，要获得 全部奥氏体组织，必须相 应加热到Ac3或Accm以上.
常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均 匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。
真空热处理炉
箱式可控气氛多用炉
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17
第三节 钢在冷却时的转变
冷却是热处理更重要的工序。 一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程
《钢的热处理》PPT课件
一、钢的奥氏体化
钢加热到Ac1，点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加 热到Ac3和Accm点以上时，便全部转变为奥氏体，热处理加热的 主要目的就是为了得到奥氏体，因此这种加热到相变点以上获得 奥氏体组织的过程称为钢的奥氏体化。
1.奥氏体的形成
精选ppt
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5
§ 3.1 钢在加热时的组织转变
钢的热处理的目的在于消除毛坯(如铸件、锻件等)中缺陷， 改善其工艺性能，为后续工序作好组织准备;更重要的是热处理能 显著提高钢的力学性能，从而充分发挥钢材的潜力，提高工件的 使用性能和使用寿命。因此，热处理在机械制造工业中占有十分 重要的地位。
根据加热和冷却方法不同，常用的热处理大致分类如下。 (1)整体热处理对工件进行整体穿透加热。常用的方法有:退 火、正火、淬火、回火等。
二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素
精选ppt
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9
§ 3.1 钢在加热时的组织转变
奥氏体形成后继续加热或保温，在伴随着残余渗碳体的溶解
和奥氏体的均匀化同时，奥氏体的晶粒将发生长大。其结果使钢
件冷却后的机械性能降低，特别是冲击韧性变坏;奥氏体晶粒粗大
也是淬火变形和开裂的重要原因。所以，为了获得细晶粒的奥氏
7
§ 3.1 钢在加热时的组织转变
较低，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散，才能得到成分均
匀的奥氏体。如图3-3为钢的奥氏体化过程。
由上可知，热处理的保温，不仅是为了将工件热透，而且也
是为了获得均匀的奥氏体组织，以便冷却后能得到良好的组织和
性能。
亚共析钢和过共析钢加热到Ac1点以上时，珠光体转变成奥 氏体，得到的组织为奥氏体和先析的铁素体或渗碳体，称为不完
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钢加热到Ac1，点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加 热到Ac3和Accm点以上时，便全部转变为奥氏体，热处理加热的 主要目的就是为了得到奥氏体，因此这种加热到相变点以上获得 奥氏体组织的过程称为钢的奥氏体化。
1.奥氏体的形成
精选ppt
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5
§ 3.1 钢在加热时的组织转变
钢的热处理的目的在于消除毛坯(如铸件、锻件等)中缺陷， 改善其工艺性能，为后续工序作好组织准备;更重要的是热处理能 显著提高钢的力学性能，从而充分发挥钢材的潜力，提高工件的 使用性能和使用寿命。因此，热处理在机械制造工业中占有十分 重要的地位。
根据加热和冷却方法不同，常用的热处理大致分类如下。 (1)整体热处理对工件进行整体穿透加热。常用的方法有:退 火、正火、淬火、回火等。
二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素
精选ppt
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9
§ 3.1 钢在加热时的组织转变
奥氏体形成后继续加热或保温，在伴随着残余渗碳体的溶解
和奥氏体的均匀化同时，奥氏体的晶粒将发生长大。其结果使钢
件冷却后的机械性能降低，特别是冲击韧性变坏;奥氏体晶粒粗大
也是淬火变形和开裂的重要原因。所以，为了获得细晶粒的奥氏
7
§ 3.1 钢在加热时的组织转变
较低，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散，才能得到成分均
匀的奥氏体。如图3-3为钢的奥氏体化过程。
由上可知，热处理的保温，不仅是为了将工件热透，而且也
是为了获得均匀的奥氏体组织，以便冷却后能得到良好的组织和
性能。
亚共析钢和过共析钢加热到Ac1点以上时，珠光体转变成奥 氏体，得到的组织为奥氏体和先析的铁素体或渗碳体，称为不完
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钢的热处理 PPT课件
组织：球化珠光体（球粒状渗碳体 +铁素体）。
球 化 退 火
目的：消除应力，使钢的渗碳体球状化， 以降低硬度，改善切削加工性，并为以后 的热处理工序作好组织准备。 应用：主要用于共析碳钢、过共析碳钢 和合金工具钢。
加热温度：再结晶温度以上（一般为650 ～700℃
再 结 晶 退 火
目的：消除加工硬化，恢复塑性。
热处理 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ类
整体热处理：退火、正火、淬火、回火 感应加热 表面淬火 火焰加热 电接触加热 激光加热 表面热处理 渗碳 渗氮 化学热处理 碳氮共渗 渗金属等
热处理工艺曲线
热处理的基本过程都是由加热、保温和冷却三个 阶段组成的，其工艺过程用温度-时间坐标系中的 曲线图表示，这种曲线称为热处理工艺曲线。
应用：主要用于经冷塑性加工，如冷轧、 冷冲、冷拔而发生加工硬化的钢件。
去 应 力 退 火
加热温度：Ac1以下某一温度（一般为 500～650℃）
目的：消除由于塑性变形、焊接、切 削加工、铸造等形成的残余应力。
工艺方法：将工件加热到高温（1050～ 1150℃），并长时间保温，然后缓慢冷却 的退火工艺。
第 3章
一、概述
钢的热处理
二、钢在加热时的组织 三、钢在冷却时的组织 四、钢的退火与正火 五、钢的淬火 六、钢的回火
七、钢的表面热处理
八、热处理工艺的应用
概述
热处理的概念 将固态金属采用适当的方式进行加热、保温 和冷却以获得所需组织与性能的工艺。 热处理的目的
（1）提高钢的力学性能；
（2）改善钢的工艺性能。 热处理的理论依据：铁碳合金相图
温 度 加热 保 温 冷却
0
热处理工艺曲线
时间
一、钢在加热时的组织转变
球 化 退 火
目的：消除应力，使钢的渗碳体球状化， 以降低硬度，改善切削加工性，并为以后 的热处理工序作好组织准备。 应用：主要用于共析碳钢、过共析碳钢 和合金工具钢。
加热温度：再结晶温度以上（一般为650 ～700℃
再 结 晶 退 火
目的：消除加工硬化，恢复塑性。
热处理 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ类
整体热处理：退火、正火、淬火、回火 感应加热 表面淬火 火焰加热 电接触加热 激光加热 表面热处理 渗碳 渗氮 化学热处理 碳氮共渗 渗金属等
热处理工艺曲线
热处理的基本过程都是由加热、保温和冷却三个 阶段组成的，其工艺过程用温度-时间坐标系中的 曲线图表示，这种曲线称为热处理工艺曲线。
应用：主要用于经冷塑性加工，如冷轧、 冷冲、冷拔而发生加工硬化的钢件。
去 应 力 退 火
加热温度：Ac1以下某一温度（一般为 500～650℃）
目的：消除由于塑性变形、焊接、切 削加工、铸造等形成的残余应力。
工艺方法：将工件加热到高温（1050～ 1150℃），并长时间保温，然后缓慢冷却 的退火工艺。
第 3章
一、概述
钢的热处理
二、钢在加热时的组织 三、钢在冷却时的组织 四、钢的退火与正火 五、钢的淬火 六、钢的回火
七、钢的表面热处理
八、热处理工艺的应用
概述
热处理的概念 将固态金属采用适当的方式进行加热、保温 和冷却以获得所需组织与性能的工艺。 热处理的目的
（1）提高钢的力学性能；
（2）改善钢的工艺性能。 热处理的理论依据：铁碳合金相图
温 度 加热 保 温 冷却
0
热处理工艺曲线
时间
一、钢在加热时的组织转变
钢的热处理原理和工艺PPT课件
决定钢件最后的性能。
47
第47页/共69页
3.回火时的组织转变 1）马氏体分解 （80～200 ℃）
转变产物：回火M+残余A 2）残余奥氏体分解 （200 ～ 300 ℃ ）
转变产物：回火M 3）渗碳体形成 （300 ～ 400 ℃ ）
转变产物：回火T 4）渗碳体聚集长大（> 400 ℃ ）
转变产物：回火S
c
b a
a = b≠c
——碳原子
25
第25页/共69页
低碳马氏体
组织特征：
呈 一束一束相互平行的
细条状板条。
M板条
性能特点：
硬度可达 HRC 45~50 ，
具有较高的强度
及良好的韧性。
M板条束
低碳马氏体组织形态
26
第26页/共69页
高碳马氏体
组织特征： 断面呈针状或片状
性能特点： 硬度均在≥ HRC 60， 表现为硬度高而脆性
珠光体组织 3800×
好的综合 力学性能。
18
第18页/共69页
a）形成温度范围
650℃ ~ 600℃ b）组织——索氏体（S）
细片状珠光体 片层间距0.4 ~ 0.2μm C）性能 硬度为230 ~ 320HBW 索氏体组织 8000× 综合力学性能优于 粗珠光体。
19
第19页/共69页
a）形成温度范围
铁素体+渗碳体
组织特征：
铁素体 ——长成板条状大致平行分布
渗碳体 ——呈粒状或短杆状分布在铁素体板条之间。
21
第21页/共69页
a）形成温度范围
550℃ ~ 350℃ b）组织——上贝氏体（B上）
形态呈典型羽毛状 C）性能
钢的化学热处理
使温度降到淬火温度，便于直接淬 火处理。
30
㈢ 固体渗碳和液体渗碳简介
⑴ 固体渗碳
固体渗碳是将工件和固体 渗碳剂装入渗碳箱中;用盖 子和耐火泥封好;然后放在 炉中加热至900～950 ℃; 保温足够长时间;得到一定 厚度的渗碳层
固体渗碳剂通常是一定粒度的木炭与10%左右的碳
酸盐BaCO3或Na2CO3的混合物 木炭提供渗碳所需
⑴ 提高零件的耐磨性
➢在表面形成高硬层 ➢在钢件表面形成减磨抗粘结薄膜 ➢在钢件表面同时形成高硬层与抗粘或减磨薄膜
4
在表面形成 高硬层
在表面形成减磨 抗粘结薄膜
在表面同时形 成高硬层与抗 粘或减磨薄膜
钢件渗碳淬火可获得高碳 M硬化表层；合金钢件渗 氮可获得合金氮化物的弥 散硬化表层。
蒸汽表面处理产生的Fe3O4 薄膜有抗粘结的作用，表 面硫化获得的FeS薄膜可兼 有减磨与抗粘结的作用。
一般地;由于扩散缓慢;渗碳时间不需精确控制
28
29
⑷ 工艺参数的综合选择
由于各参数间相互影响较大;同时为了缩短渗碳 的总时间;通常对各参数进行综合调节：
升温阶段 高速渗碳阶段
扩散阶段 预冷阶段
采用低碳势
在正常温度或更高温度下采用高于 所需表面碳含量的碳势，时间较长
在正常渗碳温度下采用与所需表面 碳含量相等的碳势，时间较短
21
㈡ 渗碳工艺参数
渗碳前
除去表面油污、锈斑或其它脏物； 对不需要渗碳的局部加以防护； 零件在料盘内必须均匀放置。
渗碳中
控制气氛的碳势、温度和时间，以 保证技术条件规定的表面碳含量、 渗层深度和较平缓的碳浓度梯度。
渗碳后
根据炉型选取适当的热处理方式进 行热处理，以获得预期的性能。
30
㈢ 固体渗碳和液体渗碳简介
⑴ 固体渗碳
固体渗碳是将工件和固体 渗碳剂装入渗碳箱中;用盖 子和耐火泥封好;然后放在 炉中加热至900～950 ℃; 保温足够长时间;得到一定 厚度的渗碳层
固体渗碳剂通常是一定粒度的木炭与10%左右的碳
酸盐BaCO3或Na2CO3的混合物 木炭提供渗碳所需
⑴ 提高零件的耐磨性
➢在表面形成高硬层 ➢在钢件表面形成减磨抗粘结薄膜 ➢在钢件表面同时形成高硬层与抗粘或减磨薄膜
4
在表面形成 高硬层
在表面形成减磨 抗粘结薄膜
在表面同时形 成高硬层与抗 粘或减磨薄膜
钢件渗碳淬火可获得高碳 M硬化表层；合金钢件渗 氮可获得合金氮化物的弥 散硬化表层。
蒸汽表面处理产生的Fe3O4 薄膜有抗粘结的作用，表 面硫化获得的FeS薄膜可兼 有减磨与抗粘结的作用。
一般地;由于扩散缓慢;渗碳时间不需精确控制
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⑷ 工艺参数的综合选择
由于各参数间相互影响较大;同时为了缩短渗碳 的总时间;通常对各参数进行综合调节：
升温阶段 高速渗碳阶段
扩散阶段 预冷阶段
采用低碳势
在正常温度或更高温度下采用高于 所需表面碳含量的碳势，时间较长
在正常渗碳温度下采用与所需表面 碳含量相等的碳势，时间较短
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㈡ 渗碳工艺参数
渗碳前
除去表面油污、锈斑或其它脏物； 对不需要渗碳的局部加以防护； 零件在料盘内必须均匀放置。
渗碳中
控制气氛的碳势、温度和时间，以 保证技术条件规定的表面碳含量、 渗层深度和较平缓的碳浓度梯度。
渗碳后
根据炉型选取适当的热处理方式进 行热处理，以获得预期的性能。
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在所供应的原料气氛 组成稳定的情况下， 只要控制气氛中微量 的 CO2 、 H2O 、 CH4 或O2中的任何一个的 含量，就可达到控制 渗碳炉中碳势的目的.
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通常，生产中多 采用露点仪来控 制气氛中的H2O 含量；
因为气氛的露点 与气氛中的含水 量具有很好的对 应关系，即含水 量越高、露点就 越高；
目的有四
提高零件的疲劳强度 提高零件的抗蚀性
提高零件的抗高温氧化性
⑴ 提高零件的耐磨性
在表面形成高硬层
在钢件表面形成减磨、抗粘结薄膜
在钢件表面同时形成高硬层与抗粘或减磨薄膜
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在表面形成 高硬层
在表面形成减 磨、抗粘结薄
膜
在表面同时形 成高硬层与抗 粘或减磨薄膜
钢件渗碳淬火可获得高碳 M硬化表层；合金钢件渗 氮可获得合金氮化物的弥 散硬化表层。
蒸汽表面处理产生的Fe3O4 薄膜有抗粘结的作用，表
面硫化获得的FeS薄膜可兼 有减磨与抗粘结的作用。
近年来发展起来的多元共
渗工艺，如氧氮共渗，硫
氮共渗，碳氮硫氧硼五元
共渗等。
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化学热处理方法 表面硬化的优势
能更好地解决 钢件硬化与其
韧性的矛盾
比表面淬火 硬化方法的
效果更好Leabharlann 可获得适应零 件多种性能要
氧化等条件下工作的零件，其表面层的性能就显
得尤为重要。
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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。
渗入了合金 元素的材料
紧密的 晶体型结合
原始 成分 的钢
远远强于电镀等 表面涂覆技术所 获得的心、表部 之间的结合
经化学热处理后的钢件
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㈡ 化学热处理的目的
提高零件的耐磨性
能获得具有特殊性能的表面层
如耐腐蚀性、耐磨性等
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㈢ 化学热处理的分类
目前工业上广泛使用的化学热处理方法，就是在钢 件表面渗入一种或多种元素，即渗入法。
根据所渗入的元素，可以将化学热处理分为渗碳、 渗氮、渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。
如果同时渗入两种以上的元素，则称之为共渗，如 碳氮共渗、铬硅铝共渗等。
生产效率高 劳动条件好
渗碳 种类
固体渗碳 常用
便于直接淬火等
液体渗碳
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渗碳的目的
提高零件表层的含碳量
提高表层硬度，增强 零件的抗磨损能力
同时保持心部的 良好韧性
主要用于那些对表面有较高耐磨性要 求、并承受较大冲击载荷的零件
渗碳用钢：为低碳钢及低碳合金钢，如20、20Cr、
20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。
⑷ 提高零件的抗高温氧化性
钢件渗铝、渗铬、渗硅后，与氧或腐蚀介质作用
形成致密、稳定的Al2O3、Cr2O3、SiO2保护膜，提
高抗蚀性及高温抗氧化性。
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钢的化学热处理具有如下特点
1）不受工件几何形状的限制 2）具有较好的工艺性 3）经济效果好 4）能获得具有特殊性能的表面层
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不受工件几何 形状的限制
渗入原子在基体金属 中的扩散，是化学热 处理得以进行和获得 一定深度渗层的保证
目前生产中最常用的化学热处理是渗碳、渗氮、碳
氮共渗、渗硼和渗铝等。
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11.2 钢的渗碳
渗碳：就是将钢件置于具有足够碳势的介质中加热
到奥氏体状态并保温，使其表层形成一个富碳层的
热处理工艺。
碳势可控
气体渗碳 最常用
钢中渗入的元素，可能溶入铁中形成固溶体，也可
能与铁形成某种化合物，总之渗入的元素与基体金
属之间具有相互作用。
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㈣ 化学热处理的基本过程
渗入法化学热处理的 基本过程
分解
吸收
扩散
钢件周围的介 质分解，以形 成渗入元素的
活性原子
活性原子被钢件吸 收，其先决条件是 活性原子能够溶解 于钢件表层金属中
钢的化学热处理
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11.1 化学热处理概述
㈠ 化学热处理的概念
钢的化学热处理：是将钢件置于特定的活性介质 中加热保温，使一种或几种元素渗入钢件表层， 从而改变钢件表层化学成分和组织，达到改进表 面性能，满足技术要求的热处理过程。
机械零件的失效和破坏，大多数都萌发在工件的
表面层，特别在可能引起磨损、疲劳、金属腐蚀、
即任何几何形状复杂的工 件经过化学 热处理后，均 可获得沿其轮廓分布的均
一的表面化学热处理层
具有较好的工艺性
如开裂倾向较小；处理 温度范围较宽；对冷 却 介质的敏感性较小等等
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经济效果好
廉价的钢材经化学热处理后可 获得表面性能高的工 件。经 化学热处理的碳钢件的表层性 能不亚于同类合金钢的性能。
求的表面层
提高表面硬度 时，仍能保持 心部处于较好
的韧性状态
化学热处理同 时改变钢件表 层的化学成分
与组织
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如果渗入元 素选择适当
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⑵ 提高零件的疲劳强度
渗碳、渗氮、软氮化和碳氮共渗等方法，都可使 钢零件在表面强化的同时，在零件表面形成残余 压应力，有效地提高零件的疲劳强度。
⑶ 提高零件的抗蚀性 例如渗氮可提高零件抗大气腐蚀性能
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㈠ 渗碳原理 ⑴ 渗碳介质的分解
工业气体渗碳方法的主要类型
可控气氛＋碳氢化合物气体
含碳的有机液体
在炉中产生所需要的渗碳气氛
气氛的主要组成物都是CO、CO2、CH4、H2和H2O 等5种气体； 其中CO和CH4起渗碳作用p，pt课其件 余的起脱碳作用。 16
在渗碳炉中，与渗碳有关的最主要反应有如下四个
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⑵ 碳原子的吸收
要使反应生成的活性碳原子被钢件表面吸收，必 须满足以下条件：
① 工件表面必须清洁；
② 炉气需要具有良好的循环：活性碳原子被吸
收后，剩下的CO2、H2或H2O等脱碳气氛需 要被及时排出；
③ 控制好分解和吸收两个阶段的速度，使之恰
当配合：如果分解速度大于吸收速度，将在
工件表面形成积碳，从而影响吸收速度。
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⑶ 碳原子的扩散 碳原子由表面向心部的扩散，是渗碳得以进行并获 得一定深度渗层的条件。
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生产中或者采用 红外线仪来控制 CO2的含量；
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或者采用氧探头来控制气氛中O2含量。 无论采用上述哪种方法，都可以达到控制渗碳炉中 渗碳气氛碳势的目的。
在实际生产中，渗碳时间往往比较短，必须根据气 氛种类、表面碳含量要求、渗碳温度和渗碳时间等 因素确定出一个在不平衡情况下的合适碳势，才能 真正保证渗碳工件所需的表面含碳量； 同时还需采用多参数控制法来减少碳势控制的误差。