热处理工艺22-2014PPT文档格式.ppt

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一、特点：

定义定义：

在一定：

在一定T下，使活性下，使活性N原子渗入工件表面原子渗入工件表面目的目的：

高高表表面面硬硬度度、高高耐耐磨磨性性（HV9501200，HRC6572左左右右）高疲劳强度（高疲劳强度（30%300%）红硬性红硬性：

可保持到可保持到500（长期），（长期），600（短期）（短期）高耐蚀性高耐蚀性（能耐水、大气、蒸汽、碱等腐蚀，（能耐水、大气、蒸汽、碱等腐蚀，不耐酸不耐酸）变形小变形小（渗（渗N温度很低（温度很低（500570）5-4钢的渗钢的渗N不足不足：

（：

（1）N化层薄，化层薄，不能承受冲击载荷不能承受冲击载荷与重载荷与重载荷。

不能受太大接触应力。

（2）工艺周期较长。

）工艺周期较长。

应用应用：

l各种各种精密精密齿轮，齿轮，l高精度高精度机床（如磨床）主轴，机床（如磨床）主轴，l要求要求高疲劳强度和高耐磨高疲劳强度和高耐磨的零件（如高速柴油的零件（如高速柴油机曲轴）机曲轴）l要求要求变形小变形小，并要求一定，并要求一定耐热、耐蚀、耐磨耐热、耐蚀、耐磨的的零件，如阀门零件，如阀门二、渗氮原理二、渗氮原理1相图分析相图分析Fe、N在不同条件下可形成五个相：

在不同条件下可形成五个相：

相相:

N+-Fe间隙固溶体（最大溶间隙固溶体（最大溶解度解度0.1%,590）相相:

N在在-Fe中间隙固溶体，中间隙固溶体，590以上存在。

以上存在。

间隙间隙化合物化合物，N含量在含量在5.76.1%间间相相:

可变成分可变成分N化物化物，含，含N:

4.5511.0%相相:

以以Fe2N为基为基的间隙固溶体，的间隙固溶体，wN：

11.011.35%之间之间,脆性相脆性相铁氮相图铁氮相图5-4钢的渗钢的渗N2、渗、渗N过程：

过程：

（气体渗气体渗N，介质：

氨气，介质：

氨气）

（1）渗剂中扩散渗剂中扩散

（2）界面反应）界面反应NH3FeN+3/2H2固溶体中固溶体中N的活度的活度氮势：

氮势：

控制表面含氮量及氮化相控制表面含氮量及氮化相（3）反应扩散反应扩散渗层组织：

渗层组织：

530N化时化时表表心心相相相相心原始组织心原始组织渗渗N后，缓冷后，缓冷表表心心：

+心心原原5-4钢的渗钢的渗N白亮层白亮层渗渗N层组织层组织一般视为由两层组成一般视为由两层组成外层外层相与相与+相相，不易腐蚀，为，不易腐蚀，为白亮层白亮层内层内层为腐蚀为腐蚀颜色较深颜色较深的的+相和高度弥散的合金氮相和高度弥散的合金氮化物（化物（AlN、VN、Mo2N、CrN等）。

等）。

5-4钢的渗钢的渗N三、三、渗渗N用钢用钢l要求高硬、耐磨、高要求高硬、耐磨、高-1的钢，多数采用的钢，多数采用中中C合金钢合金钢，以便以便调质调质后可获较好综合机械性能后可获较好综合机械性能。

如。

如:

40Cr40Cr、40CrMo40CrMo、38CrMoAll重载机器零件：

重载机器零件：

18Cr2Ni4WA，38CrNi3MoA，30Cr3Mo等无等无Al渗氮钢渗氮钢l目的为目的为抗蚀性，各种钢、铸铁都可以抗蚀性，各种钢、铸铁都可以5-4钢的渗钢的渗N四、渗四、渗N工艺工艺一般渗氮工序安排一般渗氮工序安排下料下料锻造锻造正火或退火正火或退火机加工机加工调质调质渗氮渗氮磨削磨削5-4钢的渗钢的渗N1.工艺过程工艺过程

（1）渗渗N前前需进行需进行调质或正火调质或正火等预备热处理，等预备热处理，必要时还应进行去应力退火必要时还应进行去应力退火

（2）渗氮介质：

）渗氮介质：

氨气氨气T：

500570时间时间：

0.30.5mm厚渗层，约需厚渗层，约需2080h渗渗N层深层深一般一般0.20.7mm渗渗N后的冷却需在少量后的冷却需在少量NH3的保护下进行，以免工件氧化的保护下进行，以免工件氧化（3）渗渗N后后工件表面就可以获得高硬度工件表面就可以获得高硬度无需进行任何处理无需进行任何处理。

5-4钢的渗钢的渗N2.渗氮工艺方法渗氮工艺方法u抗磨抗磨N化化

（1）气体等温渗气体等温渗NT和氨分解率都不变和氨分解率都不变退氮：

退氮：

脆性，脆性，氨分解率氨分解率（80%以上）以上）38CrMoAlA钢磨床主轴等温渗氮工艺钢磨床主轴等温渗氮工艺退氮退氮氨分解率氨分解率=0.51-0.56mmHV966-1034（VN2+VH2）/（VNH3+VN2+VH2）气体等温渗气体等温渗N特点特点：

T低，工件低，工件变形小变形小渗渗N周期长，成本高周期长，成本高0.61.0mm渗层，需渗层，需50120h渗层浅渗层浅适适用用：

要要求求硬硬度度高高，而而变变形形小小，尺尺寸寸精精密密，渗渗层层浅浅的的工件工件5-4钢的渗钢的渗N5-4钢的渗钢的渗N38CrMoAlA钢两段渗氮工艺钢两段渗氮工艺

（2）气体二段渗气体二段渗N特特点点：

可可缩缩短短工工期期（85%）表表硬硬略略低低、变变形形略略大大一些一些，但，但渗速快渗速快。

适用适用：

要求渗层较深，：

要求渗层较深，批量较大的零件。

批量较大的零件。

形成弥散度大形成弥散度大而硬度高的合而硬度高的合金氮化物金氮化物加速氮在钢中的加速氮在钢中的扩散，缩短总的扩散，缩短总的渗氮时间。

硬度渗氮时间。

硬度略有降低略有降低：

0.49-0.53mmHV856-10255-4钢的渗钢的渗N（3）气体三段渗气体三段渗N特点：

特点：

渗速更高渗速更高，约为，约为等温渗等温渗N的的50%，但硬，但硬度、变形都比等温渗度、变形都比等温渗N差差，脆性大脆性大38CrMoAlA钢三段渗氮工艺钢三段渗氮工艺形成形成弥散弥散N化化物物升温、升温、增加氨增加氨分解率分解率降低氨降低氨分解率，分解率，使表硬使表硬又获提又获提高高5-4钢的渗钢的渗N

（二）

（二）抗蚀抗蚀N化化使零件表面形成使零件表面形成0.010.06mm厚厚相相层。

层。

材料：

08400840钢、钢、40Cr40Cr等等5-4钢的渗钢的渗Nu先进渗氮方法：

先进渗氮方法：

离子离子N化化（plasmnitriding）离子离子N化：

辉光放电化：

辉光放电渗渗N介质：

等离子体。

介质：

1932德德我国我国60年代开始研究，年代开始研究，70年代实际使年代实际使用。

用。

5-4钢的渗N工件工件炉体炉体抽真空抽真空充入少量充入少量NH3气气400800V辉光辉光NH3被电被电离离1.离子离子N化化原理原理5-4钢的渗钢的渗N离子具有的动能作用：

离子具有的动能作用：

一部分转化为热能，使工件一部分转化为热能，使工件T升高；

升高；

一部分使离子直接渗入工件；

还有一部分将原子态还有一部分将原子态Fe击出，并击出，并Fe+N+FeNFe23N+N。

2、优点：

、优点：

N化速度快化速度快原因：

原因：

1）加速加速等离子等离子N的电离的电离离子化离子化。

2）离离子子轰轰击击使使表表面面畸畸变变度度，位位错错密密度度，并并在在表表面造成面造成凹凸凹凸，有利于，有利于N的吸附和扩散。

的吸附和扩散。

3）净净化化：

由由于于阴阴极极溅溅射射，使使表表面面非非金金属属元元素素O、N脱离表面，减少脱离表面，减少N化阻力。

化阻力。

5-4钢的渗钢的渗N5-4钢的渗钢的渗N良好的节能状态良好的节能状态可控制表面相结构和性能可控制表面相结构和性能N化物低，变形小化物低，变形小表面光亮，不需其它处理。

表面光亮，不需其它处理。

不足：

设备投资大。

5-4钢的渗钢的渗N3、离子、离子N化工艺化工艺T：

依材料，硬度要求定，一般在依材料，硬度要求定，一般在500540时时间间：

依依渗渗层层深深度度要要求求而而定定，通通常常=0.20.6mm时时。

保温保温820h。

气氛气氛：

通入：

通入纯氨纯氨，热分解氨热分解氨或或N2+H2混合气混合气。

N2+H2混合气易控制混合气易控制N势。

势。

电子参数电子参数：

一般取：

一般取电流密度电流密度13mA/cm25-4钢的渗钢的渗N4、离子、离子N化渗层组织与性能特点化渗层组织与性能特点性能：

性能：

表面硬度：

比气体比气体N化高化高韧性：

与渗层组织有关韧性：

与渗层组织有关只只有有扩扩散散层层无无N化化物物层层的的N化化层层韧韧性性最最好好出出现现单单相相N化物化物只有只有单相单相N化物化物+双相混合层双相混合层。

离子离子N化化可以控制可以控制渗层的组织结构，渗层的组织结构，可以可以N化工件的韧性。

化工件的韧性。

5-4钢的渗钢的渗N耐磨性：

耐磨性：

滑动磨擦：

表面滑动磨擦：

表面N,而而,但若脆性相但若脆性相过多时过多时滚动磨擦：

滚动磨擦：

N化层的白亮层越薄，耐磨越好。

化层的白亮层越薄，耐磨越好。

离子离子N化的白亮层较薄（甚至无白亮层）化的白亮层较薄（甚至无白亮层）耐磨性较好耐磨性较好。

疲劳强度：

缺口缺口-1比气体渗氮好比气体渗氮好。

5-4钢的渗钢的渗N5、应用：

、应用：

离子离子N化化比比气体气体N化化具有更加优良的特性具有更加优良的特性应用范围：

镗床主轴，精密丝杠，磨床主轴，成型应用范围：

镗床主轴，精密丝杠，磨床主轴，成型刀具等等多种场合刀具等等多种场合5-5钢的钢的碳氮碳氮共渗与共渗与氮碳氮碳共渗共渗（CarbonitridingandNitrocabanzing）一、一、C、N同时在钢中扩散同时在钢中扩散特点特点1.共渗温度不同，共渗层中共渗温度不同，共渗层中C、N含量不同含量不同l随随T，渗层中渗层中N含量含量，而而C含量则先含量则先后后随共渗随共渗T，共渗层中主要发生渗共渗层中主要发生渗C过程过程。

2.C对对N、N对对C在钢中在钢中溶解度溶解度及及扩散深度扩散深度的影响的影响lN是是扩扩大大Fe-C合合金金相相区区元元素素，使使AC3,提提高高C的的溶溶解解度度。

有有N时，可在较低时，可在较低T下渗下渗ClNN势较低势较低时，时，C渗速快。

渗速快。

lNN势高势高时时,工件表面形成工件表面形成C、N化合物，阻碍化合物，阻碍C的扩散。

的扩散。

lC降低降低N的扩散的扩散3、C、N共渗过程中共渗过程中C对对N的吸附影响的吸附影响l第一阶段（第一阶段（13h），t，C、N渗入浓度渗入浓度l第二阶段，第二阶段，C浓度仍浓度仍，而部分，而部分N被解析，回到介质被解析，回到介质去。

去。

5-5钢的碳氮共渗与氮碳共渗钢的碳氮共渗与氮碳共渗5-5钢的碳氮共渗与氮碳共渗钢的碳氮共渗与氮碳共渗二二、中温气体、中温气体碳碳氮氮共渗共渗1工艺参数：

工艺参数：

l共渗共渗T：

800880l：

0.54hl=0.0750.75mml气氛：

气氛：

渗渗C气氛气氛+1-10%NH3（体积分数体积分数）。

共渗过程中，控制共渗过程中，控制C势势和和NH3流量流量来控制渗层浓度、深度来控制渗层浓度、深度接近接近AC3点，温度过点，温度过高，高，N含量急剧降低含量急剧降低5-5钢的碳氮共渗与氮碳共渗钢的碳氮共渗与氮碳共渗l共渗时共渗时,除按渗碳、渗氮反应进行渗碳、渗氮外，还除按渗碳、渗氮反应进行渗碳、渗氮外，还有反应有反应:

NHNH3COHCNCOHCNHH2OOHCNHCNHH2C+NC+Nl渗后热处理渗后热处理直接淬火直接淬火,缓和介质冷却缓和介质冷却（N过冷过冷A稳定性稳定性）低温回火低温回火促进渗入过程促进渗入过程5-5钢的碳氮共渗与氮碳共渗钢的碳氮共渗与氮碳共渗2.工艺特点：

工艺特点：

比渗比渗C的的T低低,晶粒不会长大晶