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渗碳与渗氮的工艺特点
名称
渗碳 渗氮
处理温度 (℃)
920～930
500～600
处理时间 处理后是否需要热
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5.2 钢的渗碳
三、渗碳后的热处理 钢铁经过渗碳处理后，表面碳含量虽然很高，但其
硬度不高，只有经过热处理后，使其转变成马氏体，才 能获得较高的硬度和耐磨性能。
淬火+低温回火。
直接淬火+低温回火 一次淬火+低温回火 二次淬火+低温回火 分级淬火+低温回火
难点：淬火温度的选择，需同时满足表面和心部要求 12
20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA
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5.2 钢的渗碳 二、渗碳主要工艺参数 （1）渗碳温度确定
在奥氏体化温度范围内，920—930℃（促进扩散）， 小零件温度低些。 （2）渗碳时间 渗层深度δ=(802.6*t1/2) /10(3720/T) （3）渗碳前处理 非渗碳表面——预保护（涂料、镀铜，加大加工余量） 渗碳表面——清洁，不能有裂纹等
要加快分解反应：应升高温度，加大反应物浓度，加入催渗剂。
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化学热处理基本过程
2、吸收 活性原子克服表面能垒进入金属表面，形成固溶体或化合物。
F[ e C ]吸溶 附 解 FC e溶 Fe [C ]吸 化合附 F3C e
吸收能力与钢的表面活性有关，表面缺陷多（位错、 晶界露头），粗糙，干净无污染则表面活性高，吸附 力强，可促进化学热处理。
淬火+低温回火。
（1）直接淬火法
T℃ 820 〜 850℃
预冷作用：减少变形 降低A中含碳量
930℃渗碳 3 〜 9h 预冷
加热
淬火
180 〜 200℃ 回火
0 直接淬火工艺
t(h)13
14
淬火+低温回火。 （2）一次淬火法
渗碳缓冷后重新加热淬火
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5.2 钢的渗碳
四、渗层组织
表 面 1%C
优点:高硬度，耐磨性 高红硬性 高抗咬和性 高疲劳强度 高抗蚀性 工件变形小
缺点:生产周期长 成本高 渗层薄 不能承受高的接触应力 和冲击载荷
常用工艺：气体渗氮、液体氮化、 软氮化（氮碳共渗） 离子氮化
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5.3 钢的氮化
氮化层强化机理
氮化强化与渗碳强化区别
渗碳强化:先渗碳后淬火获得相变高碳马氏体强化相
渗碳时组织：
零
件
A
中 0.2%C 心
缓冷后组织： 过共析 P+Fe3CⅡ
共析 P
亚共析 P+F
心部 F + P少
淬火后组织： 高碳M + Fe3 C +Ar
低碳M +F（少量）
硬度：
高
低
理想渗层组织：隐针M + 弥散细小Fe3 C +少量均匀Ar 16
表面
1%C P+Fe3C
零件
P
P+F
中心
0.2%C F + P少
能有效改善钢表面的成分、组织和性能 不受工件形状限制
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第十章 钢的化学热处理
化学热处理基本过程 三个过程：
渗剂的分解 零件表面对活性原子的吸收 活性原子从零件表面向内部扩散
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化学热处理基本过程
1、分解 渗剂分解，析出活性渗入原子。 如：
2CO
CO2 + [C]
CH4
[C] + 2H2
2NH3
2[N] + 3H2
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化学热处理基本过程
3、扩散
活性原子被吸收后，造成表面－内部的浓度差，
引起渗入原子向内扩散。
整个化学热处理速度取决于扩散速度
(1)活性原子扩散宏观规律
服从 Fick第一定律
J －Dddxc
Fick第二定律
C
2C
t D x2
Q DD0exp(RT)
扩散层厚度δ与温度关系： Aea/T
扩散层厚度δ与时间关系： K t
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渗层厚度：一般0.5～2mm 质量检查：渗层深度 硬度 金相组织
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5.2 钢的渗碳
五、常见渗碳方法 气体渗碳 液体渗碳 固体渗碳 高频渗碳 真空渗碳 电解渗碳 流态床渗碳
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气体渗碳法示意图
20
泥封 渗碳箱
固体渗碳法示意图
盖
试棒
零件 渗碳剂
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5.3 其硬度、耐磨性 和疲劳强度的一种化学热处理方法。
5.2 钢的渗碳 基本思路：
在Fe—C相图中，α- Fe中碳的最大溶解度 0.02%，而 γ- Fe中碳的最大溶解度达到2.11 %，相差100倍，希望在高温下渗碳，低温淬 火，以期获得最高强度和最大表面硬度。
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5.2 钢的渗碳
一、渗碳用钢
低碳钢和低碳合金钢（碳含量0.1%～0.25%) 低淬透性、低强度 15、20、25 中等强度，淬透性 20Cr、20Mn2、20MnV 高强度，淬透性 20CrMnTi、 20CrMnMo等。 超高强度
温度的影响远大于时间
A，a—实验系数
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化学热处理基本过程
（2）扩散层形成规律（渗剂B向金属A扩散为例）
T/℃
AnBm
Cmax
α
AnBm′
Cmin
T1 Cm Cmin Cmax A
Cm
123 4
AnBm
表面 α
由表至里距离
A
T1温度下扩散层组织变化过程 AnBm′ α
AnBmAnBm′ α
A 7A
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氮化强化:合金氮化物的时效强化，氮化后无须热处 理
N化强化机理
1）N和Me元素原子的偏聚形成G-P区，引起强烈畸 变。
2）过渡型氮化物的析出；
3）稳定的合金氮化物具有弥散强化效果。
强化效果与合金元素有很大关系，形成的合金氮化 物越稳定，其强化效果越好，Al、Cr、Mo能强烈提 高氮化层的硬度，氮化王牌钢38CrMoAlA
第五章 钢的化学热处理
5.1 概述
何为化学热处理？
将零件放在特定的介质中加热、保温、以改 变其表层化学成分和组织，从而获得所需力学 或化学性能的工艺总称。
工业上有哪些应用？
表面和心部性能要求不同的零件
它解决哪些问题？
强化表面, 保护零件表面
1
第十章 钢的化学热处理
10.1 概述 化学热处理的优点？
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5.3 钢的氮化
氮化层组织 从表面至心部的金相组织为：
表面: 回火索氏体 + ε氮化物（一般要磨削去除、脆性 大、不可用）
氮化层: 回火索氏体 + α、γ’氮化物 （工作层） 心部: 回火索氏体
注：钢的氮化热处理可以有和马氏体一样的转变，但一 般不这么用。
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38CrMoAl氮化层硬度
氮 化 层 组 织
氮化与渗碳如何保证零件心部韧性？
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渗碳：心部低碳＋渗后热处理
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5.3 钢的氮化
氮化工艺
氮化钢主要为中碳调质钢,有38CrMoAlA,40Cr等. 氮化前热处理 进行调质处理,使心部获得回火索氏体组织。 非氮化面的防护 镀锡、涂料（水玻璃+石墨） 氮化温度和时间确定 氮化温度一般在480—570℃左右。