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钢的化学热处理方式有哪些?各有什么优缺点

发布时间:2023-06-19人气:41

钢的化学热处理

钢的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人到它的表层,以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。这种热处理与表面淬火相比,其特点是表层不仅有组织的变化,而且还有化学成分的变化。

化学热处理方法很多,通常以渗入元素来命名,如渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等。由于渗人元素的不同,工件表面处理后获得的性能也不相同。渗碳、渗氮、碳氮共渗是以提高工件表面硬度和耐磨性为主,渗金属的主要目的是提高耐腐蚀性和抗氧化性等。

钢的化学热处理方式有哪些.jpg

化学热处理由分解、吸收和扩散三个基本过程所组成:即渗入介质在高温下通过化学反应进行分解,形成渗人元素的活性原子;渗入元素的活性原子被钢的表面吸附;被吸附的活性原子由钢的表层逐渐向内扩散,形成一定深度的扩散层。目前在机械制造业中,最常用的化学热处理是渗碳、渗氮和碳氦共渗。

一、渗碳工艺

为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度,将工件在渗碳介质中加热、保温,使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。渗碳所用钢种一般是碳的质量分数为0.10%~0.25%的低碳1-钢和低碳合金钢,如15、20、20r、20CrMnTi等钢。渗碳后的工件都要进行淬火和低温回火,使工件表面获得高的硬度(56~64HRC)、耐磨性和疲劳强度,而心部仍保持一定的强度和良好的韧性。

渗碳被广泛应用于要求表面硬而心部韧的工件上,如齿轮、凸轮轴、活塞销等。根据渗碳时介质的物理状态不同,渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳,目前气体渗碳应用最广泛。气体渗碳是工件在气体渗碳介质中进行的渗碳工艺,它是将工件放入密封的加热炉中(如图6-13中的井式气体渗碳炉),通入气体渗碳剂进行的渗碳。

钢的化学热处理.jpg

二、渗氮工艺

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,称为渗氮(又叫氮化)。渗氮的目的是为了提高工件表层的硬度、耐磨性、热硬性、耐腐蚀性和疲劳强度。渗氮处理广泛应用于各种高速转动的精密齿轮、高精度机床主轴、交变循环载荷作用下要求疲劳强度高的零件(如高速柴油机曲轴)以及要求变形小和具有一定耐热、抗腐蚀能力的耐磨零件(如阀门)等。

但是渗氮层薄而脆,不能承受冲击和振动,而且渗氮处理生产周期长,生产成本较高。钢件渗氮后不需淬火就可达到68~72HRC的硬度,目前常用的渗氮方法有气体渗氮和离子渗氮两种。零件不需要渗氮的部分应镀锡或镀铜保护,也可留1mm的余量,在渗氮后磨去。

三、碳氮共渗

在奥氏体状态下同时将碳、氮揶渗入工件表层。并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮共渗。根据共渗温度不同,可分为低温(520-580度)、中温(760-880度)、和高温(900-950度)碳氮共渗,其目的主要是提高工件表层的硬度和耐磨性。


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