热处理之金属化学热处理.doc

。金属的化学热处理的目的是通过改变金属表面的化学成分及热处理的方法获得单一材料难以获得性能或进一步提高金属制件的使用性能。化学热处理能有效地提高钢件表层的硬度、耐磨性、耐蚀性、抗氧化性能以及疲劳强度而心部则保持良好的塑性和韧性。根据不同元素在金属的作用金属表面渗入不同元素后可以获得不同的性能。金属化学热处理的命名常以渗入的元素来命名。常见的化学热处理方法及其应用见表9-1。表9-1常用化学热处理方法及其作用名称渗入元素适用范围渗碳及碳氮共渗C或C、N提高耐磨性、硬度及疲劳强度渗氮及氮碳共渗N或N、C提高表面硬度、那你磨性、抗咬合能力及耐蚀性渗硫S提高减摩性及抗咬合能力碳氮及硫氮碳共渗C、N或S、N、C提高耐磨性、减摩性及抗疲劳抗咬合能力渗硼B提高表面硬度、耐磨能力及红硬性渗硅Si提高表面硬度、耐蚀、抗氧化能力渗锌Zn提高抗大气的腐蚀能力渗铝Al提高抗高温氧化能力及含硫介质中的腐蚀能力渗铬Cr提高抗高温氧化能力、耐磨及耐蚀性渗钒V提高表面硬度、耐磨及抗咬合能力硼铝共渗B、Al提高耐磨、耐蚀剂抗高温氧化能力表面脆性及抗剥落能力由于渗硼铬铝共渗Cr、Al具有比单一渗铬或渗铝更优的耐热性能铬铝硅共渗Cr、Al、、化学热处理的基本过程化学热处理过程是一个比较复杂的过程但一般可概括为三个相互衔接而又同时进行的阶段即分解、吸收和扩散。这些过程是交叉进行其中相界面反应与被渗元素在金属中的扩散是主要的过程。1、渗剂的分解分解是指在一定温度下加热时从零件周围介质中分解出渗入元素的活性原子。活性原子——即从某种化合物中刚分解出来的新生原子态未结合成分子的原子。介质中存在被渗元素是进行化学热处理的前提这些活性原子大多数源于渗剂的分解。如渗碳时的相界面上的反应CH42H2C反应产生活性碳原子是渗碳的碳原子来源。又如气体渗氮时通入的氨气与钢表面产生相界面反应2NH33H22N反应产生的活性氮原子扩散入钢件表面实现渗氮。渗剂的分解反应能否进行由该反应的热力学条件决定即需该反应的标准自由焓变化?Gθ?0。在化学热处理过程所处的体系中发生的化学反应是非常复杂的除了渗剂的分解外还存在其它元素的相互作用推动或制约主要反应的进行。特别是多元共渗时既要考虑共渗介质内各扩散物质之间的相互作用还必须注意每种扩散物质与被渗金属的反应即参与扩散层形成的各种元素的化学亲和力都会影响共渗的效果。渗剂分解时的影响因素很多其中包括温度、化学介质的性质、反应物的浓度、压强、工件表面状况及催化剂等。这些都影响着反应的动力学过程。催化剂在化学热处理过程中起到了非常重要的作用一些过程没有催化剂时是很难或无法进行。如在600?以下若没有催化剂的条件下甲烷分解不出炭黑约在600?时才有。又如氨气的分解必须是在Fe、Ni等金属的作用下才会分解出足够的活性氮原子。2、活性原子在工件表面上的吸收过程表面吸收是指活性原子由金属表面进入金属晶格的过程。吸收的先决条件是活性原子能溶于表层金属的晶格中。如碳不能溶于铜中因此表面镀铜