鋼的化學(xué)熱處理
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yflwzj 發(fā)布時(shí)間：2014-03-05 08:13:52
化學(xué)熱處理是將工件置入含有活性原子的特定介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中一種或幾種元素（如Ｃ、Ｎ、Ｓi、Ｂ、Ａl、Ｃr、Ｗ等）滲入工件表面，以改變表層的化學(xué)成分和組織，達(dá)到工件使用性能要求的熱處理工藝。其特點(diǎn)是既改變工件表面層的組織，又改變化學(xué)成分。它可比表面淬火獲得更高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，并可提高工件表層的耐蝕性和高溫抗氧化性。
各種化學(xué)熱處理都是由以下三個(gè)基本過程組成的。
1）分解: 由介質(zhì)中分解出滲入元素的活性原子。
2）吸收: 工件表面對(duì)活性原子進(jìn)行吸收。吸收的方式有兩種，即活性原子由鋼的表面進(jìn)入鐵的晶格形成溶體，或與鋼中的某種元素形成化合物。
3）擴(kuò)散: 已被工件表面吸收的原子，在一定溫度下，由表面往里遷移，形成一定厚度的擴(kuò)散層。
1、滲碳:
滲層組織:淬火后為碳化物、馬氏體、殘余奧氏體。滲層厚度（mm），0.3～1.6，表面硬度，57～63HRC，作用與特點(diǎn)，提高表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度，滲碳溫度（930℃）較高，工件畸變較大；應(yīng)用，常用于低碳鋼、低碳合金鋼、熱作模具鋼制作的齒輪、軸、活塞、銷、鏈條。
滲碳件滲碳后，都要進(jìn)行淬火、低溫回火，回火溫度一般為150～200℃。
經(jīng)淬火和低溫回火后，滲碳件表面為細(xì)小片狀回火馬氏體及少量滲碳體，硬度可達(dá)58～64HRC，耐磨性能很好。心部組織決定于鋼的淬透性。普通低碳鋼如15、20鋼，心部組織為鐵素體和珠光體，硬度為10～15HRC。低碳合金鋼如20CrMnTi心部組織為回火低碳馬氏體、鐵素體及托氏體，硬度為35～45HRC，具有較高的強(qiáng)度、韌性及一定的塑性。
2.液體氮化 也稱軟氮化，低溫氰化，或者氮碳共滲，在滲氮過程中，碳原子也參與，因而比一般的單一氣體滲氮具有更高的滲速，在滲層表面硬度相當(dāng)?shù)那闆r下，氮化層的脆性也比氣體氮化小，軟氮化因此得名。 氮化主要是往爐中加入純氨，在200℃以上氨分解為活性氮原子，在500～580℃時(shí)，活性氮原子往鋼件表面滲氮和擴(kuò)散，得到0.3～0.5mm厚的高硬度、耐腐蝕、抗疲勞的氮化層。
把含碳物質(zhì)和氨同時(shí)通入爐內(nèi)就是碳氮共滲，又叫氰化。它兼有滲碳和氮化的性能，氰化溫度低于滲碳，使工件變形小，而氰化速度比滲碳和氮化快，生產(chǎn)周期短。老的液體氮化法主要原料是氰化鈉，所以也有叫低溫氰化的，硬化層中的氮比碳的濃度高，因而氮碳共滲的稱法又被廣泛采用在氮化的過程中，當(dāng)活性較大時(shí)，表面生成很薄的化合物層（10～30μm的ε相），隨后便是γ`和擴(kuò)散層。當(dāng)活性較小時(shí)，表面化合物相可以不出現(xiàn)，從而獲得得以彌散硬化為主的組織。
3.離子氮化 是利用輝光放電這一物理現(xiàn)象對(duì)金屬材料表面強(qiáng)化的氮化法。在低壓的氮?dú)饣虬睔獾葰夥罩?，爐體和被處理工件之間加以直流電壓，使產(chǎn)生輝光放電，在被處理表面數(shù)毫米處出現(xiàn)急劇的電壓降，氣體中的離子，向陰極移動(dòng)，當(dāng)接近工件表面時(shí)，由于電壓降劇降而被強(qiáng)烈加速，轟擊工件表面，離子具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱了被處理的工件，同時(shí)一部分離子直接注入工件表面，一部分離子引起陰極濺射，從工件表面“濺射出”電子和原子，“濺出”的鐵原子和由于電子作用而形成的原子態(tài)氮相結(jié)合，形成FeN。FeN由于吸附和在表面上蒸發(fā)，因受到高溫和離子轟擊而很快地分解為低價(jià)氮化物而放出氮。一部分失去氮的鐵又被濺射到輝光等離子氣體中與新的氮原子相結(jié)合，促進(jìn)氮化。
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