第5章 热 扩 渗new

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1、第五章热扩渗引言将工件放在特殊介质中加热，使介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层(或掺杂层)的工艺，就称为热扩渗技术，或化学热处理技术。所形成的合金层称为热扩渗层，简称渗层。特点是：渗层与基本金属之间是冶金结合，结合强度很高，渗层不易脱落或者剥落。●通过渗入不同合金元素，或者采用不同渗入工艺，可以使工件表面获得不同组织和性能的扩散层。从而极大提高工件的耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性能等。●能进行热扩渗的元素包括C，N，B，Zr，Al，Cr,V,Nb,Ti,Si,S等和多元共渗。第一节熱扩渗技术的基本

2、原理一、热扩渗层形成的基本条件∵渗入元素的原子存在于扩渗层的形式为二种：固熔体和金属化合物∴1、渗入元素必须能够与基体金属形成固熔体或金属间化合物。原子直径，结构，电负性等必须满足要求。2、欲渗元素与基材之间必须有直接接触；3、被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度；加热第一节熱扩渗技术的基本原理4、对靠化学反应提供活性原子的热扩渗工艺而言，反应必须满足热力学条件。置换反应：A+BCl2(气)ACl+[B]还原反应：BCl2(气)+H2→2HCl(气)+[B]分解反应：BCl2(气)→Cl2(气)+[B]第

3、一节熱扩渗技术的基本原理二、渗层形成机理3个过程：①产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面。热激活能法和化学反应法热激活能法：用于热浸渗(镀)、电镀渗、化学镀渗、喷镀渗和无活化剂的金属粉末的热扩渗；②渗剂元素的活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属所吸收．形成最初的表面固溶体或金属间化合物．建立热扩渗所必须的浓度梯度；③渗剂元素原子向基体金属内部扩散，基体金属原子也同时向渗层中扩散，使渗层增厚。第一节熱扩渗技术的基本原理三、热扩渗速度的影响因素●热扩渗层的形成速度总是由上述三个过程中最慢的一个来制

4、约。初始阶段：受供给渗剂活性原子的化学反应速度控制；反应物浓度；反应温度；活化剂形成渗层后：主要取决于扩散速度：温度；时间；晶体结构；晶体缺陷等。第一节熱扩渗技术的基本原理四、扩渗层的组织特征●纯扩散形成连续固溶体●反应扩散随浓度增加而生成新相。例：渗剂元素B向基体金属A中扩渗并形成渗层的过程第二节热扩渗工艺的分类按温度：高温、中温和低温热扩渗高温：T＞910ºC，渗速快，渗层厚，有相变，变形大；低温：T＜720ºC，渗层薄，无相变，变形小；第二节热扩渗工艺的分类按化学成分：渗入非金属元素渗入金属元素渗入金

5、属-非金属元素扩散消除某元素单元多元单元多元CNSBOSiN+CN+SN+ON+C+SN+C+ON+C+BAlZnCrTiVNbAl+CrAl+ZnAl+TiTi+CTi+NCr+CAl+SiAl+Cr+SiHOC热扩渗技术按渗入元素分类第二节热扩渗工艺的分类按渗剂的状态：气体；固体；液体；等离子体，复合热扩渗5种；热扩渗技术按工艺特点分类第三节气体热扩渗工艺一、气体热扩渗技术的基本工艺特点气体热扩渗是把工件置于含有渗剂原子的气体介质中加热到渗剂原子能在基体中产生显著扩散的温度，使工件表面获得该渗剂元素的工

6、艺过程。常规气体法、低压气体法和流态床法。第三节气体热扩渗工艺工艺特点：1．产生活性原子气体的渗剂可以是气体、液体、固体，但在扩渗炉内都成为气体；2．在气体热扩渗过程中，渗剂可以不断补充更新，使活性原子的供给、吸收和向内部扩散的过程持续维持；3．可以随时调整炉内气氛，实现可控热扩渗。第三节气体热扩渗工艺二、气体渗碳1.基本特点在增碳的活性气氛中，将低碳钢或低碳合金钢加热到高温(一般为900ºC--950ºC)，使活性碳原子进入钢的表面，以获得高碳渗层的工艺方法称为气体渗碳。钢件渗碳后，表面为高碳钢。内部仍保

7、持低碳状态。再通过淬火及低温回火可使渗碳工件具有表面硬度高、耐磨损，心部硬度低、塑性和韧性好的特点，能够满足那些工作时许多易磨损件的工况需求，或者需要同时承受较高的表面接触应力，弯曲力矩及冲击负荷作用的零件的性能要求。与气体渗碳相比,固体渗碳的劳动强度差,生产效率低;液体渗碳稳定性差,工件质量波动大;等离子渗碳设备造价高,而且不够完善。900-950C，根据扩散方程可精确算出扩渗的深度。第三节气体热扩渗工艺2.影响气体渗碳工艺的主要因素①温度和时间浅层渗碳2-3h;常规渗碳5-8h；深层渗碳16-30h②

8、渗碳气氛碳势③钢的化学成分C的扩散影响CrMoNiTi第三节气体热扩渗工艺3.气体渗碳的主要方式①滴注式气体渗碳煤油②吸热式气氛渗碳富碳气+吸热气体CO，H2③氮基气氛渗碳第三节气体热扩渗工艺气体渗碳的组织特性和基本性能表面硬度、渗碳层深度、心部硬度表面碳的质量分数为0.8-1.1%为最好；C＜0.8%，耐磨性和强度不足；C＞1．1%，淬火后表面碳化物及残余奥氏体的增加，损坏性能；第三节气体热扩渗工艺碳含量从表向