第十章熱擴滲技術(shù)

1、第十章 熱擴滲技術(shù) 采用加熱擴散的方法使預(yù)滲金屬或非金屬元素滲入金屬工件的表面，形成表面合金層的工藝，叫做熱擴滲技術(shù)，又稱化學(xué)熱處理技術(shù)。所形成的合金層叫做擴滲層。 熱擴滲技術(shù)最突出的特點是擴滲層與基體金屬之間是冶金結(jié)合，結(jié)合強度很高，擴滲層不易脫落。10.1 熱擴滲的基本原理及分類 10.1.1 熱擴滲的基本原理 1、擴滲層形成的基本條件 1）滲入元素必須能夠與基體金屬形成固溶體或金屬間化合物。 2）滲入元素與基體金屬之間必須直接接觸，一般通過創(chuàng)造各種工藝條件來實現(xiàn)。 3）被滲元素在基體金屬中要有一定的滲入速度，以滿足實際應(yīng)用要求。 4）對于依賴化學(xué)反應(yīng)提供活性原子的熱擴滲工藝，該反應(yīng)必須滿

2、足熱力學(xué)條件。 2、擴滲層形成機理 1）介質(zhì)分解出活性原子：即從化學(xué)介質(zhì)中 分解出含有被滲元素的活性原子的過程。只有這種初生態(tài)的活性原子才能被金屬吸收。 2）活性原子的吸收：即活性原子吸附在基體金屬表面上，隨后被基體金屬吸收，形成最初的表面固溶體或金屬化合物。 3）活性原子的擴散：即活性原子在高溫下向基體金屬內(nèi)部擴散，基體金屬原子也同時相滲層中擴散，使擴滲層增厚，即擴滲層的成長過程。擴滲的機理主要有三種：間隙式擴散機理、置換式擴散機理和空位式擴散機理。1、熱擴滲的基本條件：（1） 滲劑生成活性原子的化學(xué)反應(yīng)必須滿足G 900），碳原子吸附在工件表面并滲入鋼的內(nèi)部，然后經(jīng)淬火+低溫回火使工件表面

3、具有高硬度和高耐磨性，而心部仍保持較較好的塑性和韌性。 工藝成熟，是一種最常用的滲碳方法； 被處理的材料是價格低廉的低碳鋼，處理成本低； 滲碳后的零件性能合理； 應(yīng)用面廣，如齒輪、軸類等。2 工藝特點工藝特點（1） 滲碳?xì)夥?液態(tài)滲碳介質(zhì)（如煤油、丙酮等）或氣態(tài)滲碳介質(zhì)（如甲烷、城市煤氣等）在滲碳爐內(nèi)高溫分解，析出活性碳原子 CH4 2H2 + C 18.1 kcal 2CO CO2 + C + 41.2 kcal CH4滲碳能力很強，在900為了使鋼表面達到1.1的含碳量，CO需95，而CH4 只要1.5就夠了。 CO2、H2O或O2等是脫碳?xì)怏w，它們在滲碳?xì)夥罩械暮勘仨毧刂圃?.5%以下

4、。 3 影響氣體滲碳的工藝因素影響氣體滲碳的工藝因素 滲碳溫度越高，滲碳層越深 式中X滲層深度（mm)；時間（h)；T溫度(K) 提高滲碳溫度可顯著加速滲碳過程。但過高的溫度將導(dǎo)致晶粒粗化，表層高的碳濃度易形成網(wǎng)狀碳化物，增加淬火變形開裂傾向。一般滲碳溫度為910930。)3720(10/6 .802TX（2） 滲碳溫度滲碳溫度 隨著滲碳時間的延長，滲碳層的厚度呈非線性增加，一般滲碳時間為230小時。（3） 滲碳時間滲碳時間 合金元素對碳在奧氏體中的擴散有顯著的影響。碳化物形成元素（Cr、W、Mo等）能降低碳的擴散系數(shù)，增大碳的濃度梯度。而非碳化物形成元素（Si、Co、Ni等）則提高碳的擴散系

5、數(shù)。Mn對碳的擴散系數(shù)幾乎沒有影響。 鋼的化學(xué)成分對鋼的淬透性和限制晶粒長大的能力有著重要的影響，是滲碳鋼的兩項重要指標(biāo)。 滲碳鋼中加入合金元素的目的是提高鋼的心部強度、提高鋼的淬透性（Si、Mn、Cr、Ni、Mo等）和細(xì)化晶粒（Ti、V、Mo等）。如20Cr、20CrMnTi等（4） 鋼的化學(xué)成分對滲碳層的影響鋼的化學(xué)成分對滲碳層的影響 按滲碳層厚度分為 淺層（ 1.5 mm）滲碳。3 氣體滲碳的主要方式氣體滲碳的主要方式10.3.2 滲氮 1、滲氮的應(yīng)用 滲氮也稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。 滲氮在機械工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用，主要用于耐磨性和精度都要求較高

6、的零件，或要求耐熱、抗蝕的耐磨件。 用氨（NH3）作為滲氮氣體，氨在金屬表面（催化）分解形成的原子氮被鋼件表面吸附，并擴散到鋼件內(nèi)部。 氮與金屬之間的吸附是化學(xué)吸附，氮原子和金屬原子組成共價鍵和離子鍵MN (M指金屬)。2、滲氮工藝氣體滲氮過程氣體滲氮過程（2）（1） 氨分子吸附在金屬表面；（2） 氨分子在界面上分解成氮原子和氫原子；（6） 最終的氮化層為相和 相。滲氮過程滲氮過程（3）（3） 吸附在金屬表面的活性氮原子溶解于-Fe中，從外向內(nèi)擴散形成一定的濃度梯度；（4） 當(dāng)-Fe中氮的濃度超過一定值后生成氮化物；（5） 氮化物沿金屬表面的垂直方向和平行方向長大增厚；(1) 滲氮溫度：一般在480570左右。溫度越高滲氮層越厚。溫度過高使氮化物聚集長大，降低滲氮層的硬度。(2) 滲氮時間：滲氮層厚度的增長是先快后慢。主要滲氮工藝參數(shù)主要滲氮工藝參數(shù)（1）(3) 氨分解率：某一溫度下氨分解出的氮、氫混合氣體占整個爐氣的體積百分