钢的化学热处理工艺设计与操作

钢的化学热处理工艺设计与操作金属材料专业设计型实验实验目的了解化学热处理工艺方法及用途。初步掌握典型的化学热处理工艺过程及主要工艺参数的设定。初步掌握化学热处理的操作方法。实验原理化学热处理是表面合金化与热处理相结合的一项技术。将金属或合金置于具有一定活性的化学介质中加热保温，使介质内各组分之间或某些组分在工件表面发生化学反应，一种或几种元素扩散进入工件表层，使其化学成分得以改变，并配以不同的后续热处理，赋于工件所需性能。化学热处理的优点¾改善工件表面成分、组织和性能¾对工件的形状几乎没有限制¾工件具有变形小、精度高、尺寸稳定性好¾容易实现大规模工业化生产化学热处理的分类ƒ根据介质的元素名称：渗C、渗N、渗S、渗B、渗Si和渗金属(Zn、Al、Cr、V等)碳氮共渗、氮碳共渗碳氮硫共渗、碳氮氧硼共渗、碳氮氧硫硼共渗ƒ根据介质的物理状态：固体法液体法气体法工艺方法特点常用钢种主要用途渗碳处理温度高，渗层深度可大于0.8mm，表面具有较高的硬度和耐磨性，心部具有强而韧的性能，适用于低碳钢和低碳合金钢20Cr20CrMnTi20Cr2Ni420MnMo10或20重载耐磨损零件，如齿轮、凸轮轴、活塞销等碳氮共渗工艺温度低于渗碳，渗层深度低于0.8mm，表层耐磨性、耐蚀性、抗回火稳定性、变形等优于渗碳，但表面残奥多于渗碳，适用于低碳钢和低碳合金钢同上普通齿轮，轴类零件和紧固件，缝纫机、自行车等轻工业零件等渗氮处理温度低、时间长、不需淬火处理。渗层具有高硬度、高耐磨性、高抗咬合性、高疲劳强度和一定的抗蚀性能。适用于含铬钼的氮化钢38CrMoAl35CrMo镗床镗杆主轴、磨床主轴，严格要求变形及表面耐磨、精密传动的齿轮、曲轴等化学热处理工艺参数的制定ƒ工艺参数温度、时间、段数、炉内压力、气氛、出炉方式、后期处理方法等ƒ选择依据零件技术要求、设备、渗剂、工件材质、装炉量、相关资料、经验和试验碳氮共渗温度的选择‰选择原则：尽可能提高渗速尽可能使渗层中保存一定的氮量尽可能使渗层中减少化合物层的出现尽可能使渗层在淬火后残余奥氏体量调整到一定值尽可能减少零件的变形‰综合各种因素，通常碳氮共渗温度在820～870℃之间。碳氮共渗时间的选择τƒ共渗层深度、共渗温度、钢种共渗剂的成分和流量、工件装炉量ƒ共渗层深度与共渗时间的关系:X=K其中:X为共渗层深度（mm）τ为共渗时间（h）K为共渗系数。钢号共渗温度℃K值共渗介质20Cr850～8700.30略20CrMnTi850～8700.3220CrMnTi820～8400.3120MnMo8400.3410或20850～8700.28常用钢种K值表*渗碳工艺时,当温度为900℃时，K＝0.54；当温度为925℃时，K＝0.63碳氮共渗炉内气氛的控制ƒ滴入液体渗碳剂、稀释剂和通入氨气。ƒ滴入碳氮共渗的有机剂(完全滴注式碳氮共渗)ƒ通入渗碳气、氨气和稀释气碳氮共渗强渗期渗剂的计算ƒ已知炉膛尺寸计算出炉膛的容积ƒ已知所采用共渗介质的产气量ƒ换气次数6～10次/h。(炉内气体介质的流量每小时应为炉膛容积的6～10倍)ƒ炉内气氛组成：渗碳气氛:氨裂解气氛:稀释气氛=4:3:3几种常用渗剂的产气量渗剂名称产气量m3/L甲醇1.66苯0.42煤油0.75乙醇1.55丙酮1.23液氨1.4m3/kg→2.8m3(裂解后)化学热处理工艺控制过程ƒ设置工艺参数ƒ空炉升温ƒ装炉与排气ƒ强渗与扩散ƒ出炉和冷却工件出炉„直接淬火„空冷或在缓冷坑缓冷„随炉膛降温冷却后期处理方法„一次加热淬火„二次加热淬火„不处理实验内容„根据零件的技术要求选择合适的材料、加工工艺路线及化学热处理方法，并说明选取的理由。ƒ拖拉机齿轮：硬化层深度1.1～1.3mm，回火后表面硬度58～63HRC，心部硬度33～48HRCƒ自行车前、后轴挡：硬化层深度0.4～0.6mm，回火后表面硬度54～58HRCƒ工业缝纫机齿轮：硬化层深度0.6～0.8mm，回火后表面硬度60～64HRCƒ镗杆：硬化层深度0.5mm，表面硬度65HRC以上，心部硬度29～34HRC，同时要求零件弯曲度跳动量不大于0.12mm实验内容„选择上述的一种零件编制详细的化学热处理工艺，通过查阅有关资料并计算出主要的工艺参数，画出工艺曲线，预测热处理后的组织„选择前述的一种零件，按照编制的工艺进行化学热处理操作„检测化学热处理工艺的结果，并予以分析，提出改进意见实验设备及材料„SQ5-20-10DM井式气体脉冲真空多用炉炉膛尺寸：Φ400×700mm„实验电炉„各种液体渗剂、试剂、试样，镶嵌机„金相显微镜，硬度计实验报告要求„预习报告ƒ实验目的ƒ叙述化学热处理基本原理、特点、种类及用途ƒ叙述典型零件选择的材料、加工工艺路线及热处理方法实验报告要求„实验报告ƒ绘制本次实验的热处理工艺曲线，并计算和标明主要工艺参数ƒ叙述化学热处理的工艺过程及操作要点ƒ检测化学热处理后的组织及性能，并分析实验结果ƒ提出本次实验的体会与建议安全注意事项„电器安全„渗剂安全„高温安全制作：苗润生二○○六年十月再见