工程材料與熱處理 課件 23化學(xué)熱處理探究

化學(xué)熱處理探究目錄化學(xué)熱處理概述01化學(xué)熱處理分類02滲碳工藝03氮化工藝04碳氮共滲工藝05匯報(bào)展示準(zhǔn)備0601化學(xué)熱處理概述與常規(guī)熱處理的區(qū)別化學(xué)熱處理的定義化學(xué)熱處理是一種利用化學(xué)反應(yīng)改變鋼件表層化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)的金屬熱處理工藝，通過(guò)這種方式可以得到比均質(zhì)材料更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益?；瘜W(xué)熱處理通過(guò)改變零件表面的化學(xué)成分，并輔助以常規(guī)熱處理改變表面組織來(lái)改變表面的性能，而其他熱處理不改變材料的化學(xué)成分，只改變組織來(lái)改變性能?；瘜W(xué)熱處理的目的化學(xué)熱處理的目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗蝕性等性能，以滿足不同工作場(chǎng)合對(duì)零件表面性能的需求。與常規(guī)熱處理的本質(zhì)區(qū)別基本過(guò)程性能提升表面硬度提升化學(xué)熱處理通過(guò)在鋼件表層形成壓應(yīng)力層，有效提高了零件的疲勞強(qiáng)度，使其在承受循環(huán)載荷時(shí)具有更好的耐久性。疲勞強(qiáng)度增強(qiáng)化學(xué)熱處理不僅提升了鋼件的機(jī)械性能，還通過(guò)形成穩(wěn)定的化合物層，增強(qiáng)了零件在惡劣環(huán)境下的耐腐蝕性，適用于多種工作環(huán)境。耐腐蝕性改善通過(guò)化學(xué)熱處理，如滲碳和氮化工藝，鋼件的表面硬度顯著提高，從而增強(qiáng)了零件的耐磨性和抗疲勞性能，延長(zhǎng)了使用壽命。02化學(xué)熱處理分類化學(xué)熱處理方法繁多，多以滲入元素或形成的化合物來(lái)命名，例如滲碳、滲氮、滲硼、滲硫、滲鋁、滲鉻、滲硅、碳氮共滲、氧氮化、硫氰共滲和碳、氮、硫、氧、硼五元共滲，及碳（氮）化鈦覆蓋等。03滲碳工藝滲碳滲碳工藝操作滲碳工藝通過(guò)將低碳鋼零件加熱至900～950℃，并滴入煤油或通入煤氣等有機(jī)液體，產(chǎn)生活性碳原子，從而增加零件表層的含碳量。滲碳后的組織變化滲碳后的鋼件表面獲得高濃度碳，形成由緩冷平衡組織可知的碳分布，心部保持原始成分，表層則滲入了合金元素，提高了硬度和耐磨性。滲碳工藝的應(yīng)用滲碳工藝常用于制造齒輪、軸、銷等零件，利用其提高的表面硬度和耐磨性，滿足高強(qiáng)度和耐久性的要求。滲碳后組織變化01滲碳層形成滲碳過(guò)程中，鋼件表面通過(guò)吸收活性碳原子形成高濃度的滲碳層，這一層的碳含量顯著高于心部，從而在表層與心部之間形成明顯的碳濃度梯度。02組織變化特征滲碳后，鋼件表層的組織由原來(lái)的鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體，這種轉(zhuǎn)變提高了表層的硬度和耐磨性，同時(shí)保持了心部的韌性和強(qiáng)度。03性能提升效果滲碳不僅改變了鋼件的微觀組織結(jié)構(gòu)，還顯著提升了其機(jī)械性能，如提高表面硬度、增強(qiáng)耐磨性和疲勞強(qiáng)度，使得零件更加適用于高負(fù)荷工作環(huán)境。04氮化工藝氮化01氮化工藝操作氮化前需進(jìn)行預(yù)處理，如調(diào)質(zhì)處理和消除內(nèi)應(yīng)力退火，以確保零件在氮化過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械性能。氣體氮化是常用的方法，通過(guò)氨氣分解產(chǎn)生氮原子滲入鋼件表面。03氮化工藝的應(yīng)用氮化工藝廣泛應(yīng)用于需要高耐磨性和抗蝕性的場(chǎng)合，如絲杠、鏜床主軸等，其形成的表面壓應(yīng)力和化學(xué)穩(wěn)定性高的ε相層顯著提高了零件的使用壽命和可靠性。氮化后組織變化氮化后的鋼件外層形成白色ε或γ′相的氮化物薄層，中間為暗黑色含氮共析體層，心部保持原始回火索氏體組織，這種結(jié)構(gòu)賦予零件表面優(yōu)異的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持良好的韌性和耐蝕性。02氮化后組織特性氮化后外層組織特性氮化后的中間層是暗黑色的含氮共析體（α＋γ′）層，這一層的存在顯著提高了零件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，是氮化處理的關(guān)鍵效果之一。氮化后中間層組織特性氮化處理后的心部保持原始的回火索氏體組織，這種結(jié)構(gòu)保證了零件心部的強(qiáng)度和韌性，使得零件在使用過(guò)程中能夠承受較大的力而不發(fā)生斷裂。氮化后心部組織特性氮化后的外層由白色ε或γ′相的氮化物薄層組成，這層非常脆，通常需要通過(guò)精磨去除，以改善零件的表面性能和減少脆性。05碳氮共滲工藝碳氮共滲010203高溫碳氮共滲工藝操作高溫碳氮共滲通過(guò)在830℃～850℃下滴入煤油并通入氨氣，實(shí)現(xiàn)零件表面同時(shí)滲入碳和氮，保溫時(shí)間1～2小時(shí)，形成0.2mm～0.5mm厚的共滲層。碳氮共滲后的性能提升碳氮共滲后的零件表面形成含氮馬氏體，耐磨性優(yōu)于單純滲碳，共滲層具有更高的壓應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度，且耐蝕性顯著提高。碳氮共滲的實(shí)際應(yīng)用碳氮共滲廣泛應(yīng)用于齒輪、凸輪軸等零件，通過(guò)共滲并淬火及低溫回火處理，顯著提升零件的機(jī)械性能和使用壽命。共滲層性能優(yōu)勢(shì)耐磨性增強(qiáng)共滲層通過(guò)同時(shí)滲入碳和氮，形成含氮馬氏體，顯著提高了材料的耐磨性，使其在高負(fù)荷和摩擦環(huán)境下保持較長(zhǎng)的使用壽命。疲勞強(qiáng)度提升共滲層的壓應(yīng)力效應(yīng)顯著增強(qiáng)了零件的疲勞強(qiáng)度，特別是