本次课内容 2.4.5钢的化学热处理大 1、渗碳；2、氮化；3、碳氮共渗 2.4.6其他热处理技术（自学） 2.4.7计算机技术在热处理中的应用（自学） 2.4.8热处理的工程应用 2.5钢的合金化★ 2.5.1合金元素与铁、碳的作用 2.5.2合金元素对Fe-FeC相图的影响 2.5.3合金元素对钢热处理的影响 2.5.4合金元素对钢的工艺性能的影响 2.5.5合金元素对钢的性能的影响 2.5,6合金化的工程应用 2.6表面技术（自学）
本次课内容 2.4.5 钢的化学热处理 1、渗碳；2、氮化；3、碳氮共渗 2.4.6 其他热处理技术（自学） 2.4.7 计算机技术在热处理中的应用（自学） 2.4.8 热处理的工程应用 2.5 钢的合金化 2.5.1 合金元素与铁、碳的作用 2.5.2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 2.5.3 合金元素对钢热处理的影响 2.5.4 合金元素对钢的工艺性能的影响 2.5.5 合金元素对钢的性能的影响 2.5.6 合金化的工程应用 2.6 表面技术（自学）
2.4钢的热处理(heat treatment of steels) 2.4.5钢的化学热处理(th 化学热处理((thermo-chemical treatment) 将钢件置于一定温度的活性介 渗碳(Carburizing) 质中保温，使一种或几种元素渗入 它的表面，改变其化学成分和组织 (1) 目的 ，,达到改进表面性能，满足技术要 求的热处理过程。 (2)方法 化学热处理中发生的三个基本过程 ①介质的分解：释放活性原子 固体渗碳(powder carburizing) ②表面吸收：活性原子被吸收 将零件和固体渗碳 ③原子扩散：活性原子形成扩散层 剂（如木炭等）装入渗 碳箱中，加盖并用耐火 使低碳钢件表面获得高碳浓度，在 泥密封，然后放入炉中 经过适当热处理后，提高表面的硬 加热至900~950°C(A3线 度、耐磨性和疲劳强度，而使心部 以上)，保温渗碳。 仍保持良好的韧性和塑性
2.4.5 钢的化学热处理(thermo-chemical treatment) 1、渗碳(Carburizing) （1）目的 （2）方法 化学热处理中发生的三个基本过程 ①介质的分解：释放活性原子 ②表面吸收：活性原子被吸收 ③原子扩散：活性原子形成扩散层 使低碳钢件表面获得高碳浓度，在 经过适当热处理后，提高表面的硬 度、耐磨性和疲劳强度，而使心部 仍保持良好的韧性和塑性。 固体渗碳(powder carburizing) 将零件和固体渗碳 剂（如木炭等）装入渗 碳箱中，加盖并用耐火 泥密封，然后放入炉中 加热至900~950C(A3线 以上)，保温渗碳。 2.4 钢的热处理(heat treatment of steels) 化学热处理(thermo-chemical treatment) 将钢件置于一定温度的活性介 质中保温，使一种或几种元素渗入 它的表面，改变其化学成分和组织 ，达到改进表面性能，满足技术要 求的热处理过程
2.4钢的热处理heat treatment of steels) 2.4.5钢的化学热处理(t1 气体渗碳(gas carburizing) 将工件装在密封的渗碳炉中， 渗碳(Carburizing 加热到900~950℃(A3线以上)，向 炉内滴入易分解的有机液体（如煤 (2)方法 油等)，或直接通入渗碳气体（如 (3)工艺 煤气等)，使钢件表面渗碳。 Figure 13-25 Carburizing of a low-carbon steel to High produce a high-carbon,wear-resistant surface. Low C
（3）工艺 2.4 钢的热处理(heat treatment of steels) （2）方法 表 面 ： 过 共 析 组 织 心 部 ： 亚 共 析 组 织 渗碳温度：一般为900～950C。 渗碳时间：决定于渗碳层厚度,几小时 低碳钢渗碳后缓冷下来的显微组织： 2.4.5 钢的化学热处理(thermo 气体-渗碳chemical treatment) (gas carburizing) 将工件装在密封的渗碳炉中， 加热到900～950℃ (A3线以上) ，向 炉内滴入易分解的有机液体（如煤 油等），或直接通入渗碳气体（如 煤气等），使钢件表面渗碳。 1、渗碳(Carburizing)
2.4钢的热处理(heat treatment of steels) Accm (a) (b) (c) (d) 2.4.5钢的化学热处理(ther1 830850 Ac 1 渗碳(Carburizing》 160℃1800 4) 渗碳后的热处理 时间 (a)、(b)直接淬火：(c)一次淬火；(d)二次淬火 ①直接淬火：渗碳后直接淬火，或冷却到830~850°C后淬火。 ·优点：工艺简单，效率高，节约能源，成本低，脱碳少 缺点：A晶粒大，淬火后M较粗，A残也较多，所以 耐磨性较低，变形较大(b可以减轻热应力变形) 一次淬火：渗碳缓冷后，重新加热到临界温度以上保温后淬火 ®二次淬火：第一次淬火加热温度为AC3线上30~50℃，改善心 部组织；第二次淬火加热温度为AC1线上30~50℃，细化表层组 织，获得细M和粒状二次渗碳体
2.4.5 钢的化学热处理(thermo-chemical treatment) （4）渗碳后的热处理 直接淬火：渗碳后直接淬火，或冷却到830~850C后淬火。 • 优点：工艺简单，效率高，节约能源，成本低，脱碳少 • 缺点：A晶粒大，淬火后M较粗，A残也较多，所以 耐磨性较低，变形较大（b可以减轻热应力变形） 一次淬火：渗碳缓冷后，重新加热到临界温度以上保温后淬火 830~850C 二次淬火：第一次淬火加热温度为 AC3线上 30～50℃，改善心 部组织；第二次淬火加热温度为AC1线上 30～50℃ ，细化表层组 织，获得细M和粒状二次渗碳体。 2.4 钢的热处理(heat treatment of steels) 1、渗碳(Carburizing)
2.4钢的热处理(heat treatment of steels) 2.4.5钢的化学热处理(thermo-chemical treatment) 渗碳(Carburizing) 5) 钢渗碳、淬火、回火后的组织和性能 组织（渗碳、淬火后一般低温回火） 表层：高碳回火马氏体+碳化物+残余奥氏体； 心部：低碳回火马氏体（或含铁素体、屈氏体）。 2 性能： ·表面硬度高，耐磨性较好，心部韧性较好； ·在表层中造成压应力，零件的疲劳强度提高
（5）钢渗碳、淬火、回火后的组织和性能 组织（渗碳、淬火后一般低温回火） • 表层：高碳回火马氏体 + 碳化物 + 残余奥氏体； • 心部：低碳回火马氏体（或含铁素体、屈氏体）。 性能： • 表面硬度高，耐磨性较好，心部韧性较好； • 在表层中造成压应力，零件的疲劳强度提高。 2.4 钢的热处理(heat treatment of steels) 2.4.5 钢的化学热处理(thermo-chemical treatment) 1、渗碳(Carburizing)
2.4钢的热处理(heat treatment of steels) 2.4.5钢的化学热处理(ther 在一定温度下使活性氮原子渗入 工件表面的化学热处理工艺。 2、氮化(Nitriding) ● 氨化前零件须经调质处理，对 (1) 氮化工艺的特点 于高精度零件，氮化前精加工 后还要进行消除内应力的退火。 ● 2NH3→3H,+2[N] 氮化温度低，约500℃600℃。 氮化时间长，约20h~50h。 ● 氮化层厚度小，约0.3~0.5mm。 930C-970C Ac3 获得一定厚 600CC-650 500C-520℃ 6o度的氨蝎c 油 8h12h 6h~10h 盟 冷 油 使表层氮含量提高 油 冷 或冷 淬火 高温回火 一段氮化 时间 图2-97 38 CrMoAl钢愿化工艺曲线国
2、氮化（Nitriding） （1）氮化工艺的特点 2NH3 → 3H2+2［N] • 氮化前零件须经调质处理，对 于高精度零件，氮化前精加工 后还要进行消除内应力的退火。 • 氮化温度低，约500℃～600℃。 • 氮化时间长，约20h～50h。 • 氮化层厚度小，约0.3～0.5mm。 使表层氮含量提高 获得一定厚 度的氮化层 2.4 钢的热处理(heat treatment of steels) 2.4.5 钢的化学热处理(thermo在一定温度下使活性氮原子渗入 -chemical treatment) 工件表面的化学热处理工艺
2.4钢的热处理(heat treatment of steels) 2.4.5钢的化学热处理(the 最外层为白色的氮化物薄 层，很脆，有时精磨磨去； 2、 氮化(Nitriding) 中间暗黑色为含氮共析体； (2)组织 心部为原始回火索氏体组织。 700 600 500 400 42 0 4 6 7 8 9 10 11 w(N)/%(原子) 图2-98FeN相图 钢的氮化层显微组织
（2）组织 Fe4N Fe2N 钢的氮化层显微组织 2.4 钢的热处理(heat treatment of steels) 2.4.5 钢的化学热处理(thermo-chemical treatment) 2、氮化（Nitriding） • 最外层为白色的氮化物薄 层，很脆，有时精磨磨去； • 中间暗黑色为含氮共析体； • 心部为原始回火索氏体组织
2.4钢的热处理(heat treatment of steels) 2.4.5钢的化学热处理(ther ① 钢件氮化后具有很高的硬度 2、 氮化'(Nitriding) (1000HV≈1100HV),在 600~650℃下保持不下降， 3) 氮化用钢 具有很高的耐磨性和热硬性 ② 钢氮化后，渗层体积增大， 4)性能 造成表面压应力，使疲劳强 度大大提高。 碳钢氮化时形成的氮化物 ③1 氮化温度低，零件变形小。 高温下不稳定。氮化钢中常 ④ 氮化后表面形成致密的化学 加入Al、Cr、Mo、W、V等 稳定性较高的ε相层，耐蚀 合金元素，它们的氮化物很 性好，在水中、蒸气和碱性 稳定，使钢的硬度提高，在 溶液中均很稳定。 600~650°C也不降低。 常用的氮化钢有：35 CrAIA,38 CrMoAIA,38 CrWVAIA等
（3）氮化用钢 • 碳钢氮化时形成的氮化物 高温下不稳定。氮化钢中常 加入Al、Cr、MO、W、V等 合金元素，它们的氮化物很 稳定，使钢的硬度提高，在 600～650C 也不降低。 （4）性能 • 常用的氮化钢有：35CrAlA，38CrMoAlA，38CrWVAlA等 2.4 钢的热处理(heat treatment of steels) 2.4.5 钢的化学热处理(thermo-chemical treatment) 2、氮化（Nitriding） ① 钢件氮化后具有很高的硬度 （1000HV～1100HV），在 600～650℃下保持不下降， 具有很高的耐磨性和热硬性 ② 钢氮化后，渗层体积增大， 造成表面压应力，使疲劳强 度大大提高。 ③ 氮化温度低，零件变形小。 ④ 氮化后表面形成致密的化学 稳定性较高的 相层，耐蚀 性好，在水中、蒸气和碱性 溶液中均很稳定
2.4钢的热处理heat treatment of steels) 2.4.5钢的化学热处理(ther 同时向零件表面渗入碳和氮的化 学热处理工艺，也称氰化。 3、 碳氮共渗(Carboridn,Nitrocarburizing) ①共渗及淬火后，得到 的是含氮马氏体，耐 高温碳氮共渗(C进d丁 磨性比渗碳更好 ②共渗层比渗碳层具有 (2) 碳氮共渗后的机械性能 较高的压应力，因而 有更高的疲劳强度， 4 各种表面/化学热处理比较 耐蚀性也较好。 表2-13 几种泰面热处理和化学热处理的比较 处理方法 表面淬火 渗碳 瓠化 碳狐共海 处理工艺 表统火 渗碳，淬火 低温回火 氨化 碳盐突火灯 生产周期 很短·几秒到几分钟 长，约3h一9h 很长，约20h一50h 短，约1h一2h 表层深度/mm 0.5一7 0.52 0.3--0.5 0.20.5 硬度/HRC 5558 60-65 65一70 (1000HV-1100HV) 58-63 耐磨性 校好 良好· 最好 良好 疲劳强斑 良好 较好 最好 良好 耐蚀性 一般 般 最好 较好 热处理后变形 校小 较大 最小 较小 应用举例 机困棉轮 容 精密机床主轴 丝杠
共渗温度：820～860C 渗碳时间：1~2小时 特点：以渗碳为主 3、碳氮共渗(Carbonitriding,Nitrocarburizing) （1）高温碳氮共渗(Carbonitriding)工艺 （2）碳氮共渗后的机械性能 ① 共渗及淬火后，得到 的是含氮马氏体，耐 磨性比渗碳更好 ② 共渗层比渗碳层具有 较高的压应力，因而 有更高的疲劳强度， 4、各种表面/化学热处理比较 耐蚀性也较好。 2.4 钢的热处理(heat treatment of steels) 2.4.5 钢的化学热处理(thermo同时向零件表面渗入碳和氮的化 -chemical treatment) 学热处理工艺，也称氰化
2.4 .4.8 材料： 830-840℃保温后，水淬 S回 综合力学 45钢 580620℃回火后，油冷 性能好 (2) 自行车链条滚轮的热处理 材料： 920-930℃渗碳，水淬 表面：高碳M回+Fe3C!+A 15钢 180～200℃回火 心部：低碳M回 (3) 手锯锯条的热处理 材料： 760~770℃加热，水淬 刃部：180-200℃回火 刃部：高碳M回+Fe3Cl+A T10钢 两端：350-400℃回火 两端：T回+Fe3CI
2.4 钢的热处理(heat treatment of steels) 2.4.8 热处理的工程应用 （1）汽车车轮固定用螺栓的热处理 （2）自行车链条滚轮的热处理 （3）手锯锯条的热处理 材料： 45钢 830~840℃保温后，水淬 580~620℃回火后，油冷 S回 综合力学 性能好 材料： 15钢 920~930℃渗碳，水淬 180~200℃回火 表面:高碳M回+Fe3CⅡ+A’ 心部:低碳M回 材料： T10钢 760~770℃加热，水淬 刃部：180~200℃回火 两端：350~400℃回火 刃部:高碳M回+Fe3CⅡ+A’ 两端:T回+Fe3CⅡ