化学热处理3种形式及热处理淬火

发布时间:2012-8-8 16:27:02
1、渗氮(氮化) 化学热处理淬火之渗氮的主要目的是提高零件表层含氮量以更大地增强表面硬度和耐磨性、提高疲劳强度,同时还能提高工件的耐蚀性。飞机上的一些表面需要具有极大硬度的霉件,如活塞式发动机的气缸筒内壁,喷气式发动机的涡轮轴球形球头部分,以及一些齿轮等都是经过渗氮处理的。 目前常用的热处理淬火之渗氮方法有气体渗氮和离子渗氮等。气体渗氮是工件在气体介质中进行渗氮,工艺过程是将工件放人密闭的炉内,加热到500-600℃通人氨气(NH3),氨气在高温下分解出活性氮原子,被零件表面所吸收,然后向内扩散,形成氮化层。 由于氨气的分解在200℃以上就开始,同时铁素体对氮原子有一定溶解能力,所以渗氮的温度较低,一般为500-600℃。渗氮层一般深度为0.1-0. 6mm。 热处理淬火之渗氮用钢是含有Al、Cr、Mo等合金元素的钢,因为这些元素与氮所形成的氮化物颗粒很细,硬度很高,均匀分布在钢的基体中,对提高氮化层的性能起决定性的作用。常用的渗氮用钢有35CrAIA、38CrMoAIA、38CrWVAIA等。 渗氮具有表面硬度比渗碳还高(850-1100HV)、渗氮温度低、零件变形小的特点,故主要适合于要求处理精度高、冲击载荷小、抗磨损能力强的零件,如精密机床的主轴等。但由于氮化层很薄而且很脆,渗氮的生产周期长,一般为20-50h,必须用特殊的合金钢等,使热处理淬火之渗氮的应用受到很大的限制。 由于渗氮后零件表层硬度很高,不需再进行其他热处理淬火。但为使氮化的零件心部获得良好的机械性能,渗氮前必须进行调质处理。形状复杂或精度要求高的零件,渗氮前精加工后要进行消除内应力的退火,以减少渗氮时的变形。 2、碳-氮共渗 碳-氮共渗是指同时向零件表面渗入碳和氮的方法,这种方法兼有渗碳和渗氮的优点:加热温度不太高(820-870℃),生产周期短(一般为1-3h),可直接热处理淬火,所用的钢种不受限制,且渗层具有较高的硬度、耐磨性和疲劳强度,目前工厂里常用来处理汽车和机床上蜗杆和轴类等零件。 以渗氮为主的液体碳氮共渗,也称为“软氮化”。常用的共渗介质是尿素,热处理淬火温度一般不超过570℃,处理时间仅为1-3h。与一般渗氮相比,渗层硬度较低,脆性较小,软氮化常用来处理模具、量具等。 3、渗金属 钢的表层吸收金属原子的过程称为渗金属,其实质上是使钢的表层合金化,从而具有特殊性能(如耐热、耐磨、耐蚀等),生产上常用的渗金属法有渗铝、渗硼、渗铬等。渗铝可提高零件的抗高温氧化性,渗硼可提高零件的耐磨性、耐腐蚀性和硬度,渗铬可提高零件的耐腐蚀、抗高温氧化及耐磨性。 在约900℃左右采用固体或液体方式向钢渗入硼元素,钢表面形成几百微米厚以上的Fe2B或FeB化合物层与热处理淬火液,其硬度较氮化的还要高,一般为1300HV以上,有的高达1800HV,抗磨损能力很高。渗铬、渗钒后,钢表层一般形成一层碳的金属化合物,如Cr7C3、V4C3等,硬度很高,如渗钒后硬度可高达1800-2000HV,适合于模具增强抗磨损能力。由于金属原子的直径比碳、氮原子的大得多,其扩散、迁移较困难,故渗金属加热温度较高,时间更长,成本也高。 本文参考《金属工艺基础与实践》一书。
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