1、热处理原理、工艺及设备热处理原理、工艺及设备化学热处理组织观察化学热处理组织观察一、实验目的一、实验目的1、观察钢的渗碳、渗氮、渗硼试样金相形貌，认识渗层组织形貌与特性；2、了解钢的渗碳、渗氮、渗硼热处理工艺及渗层性能。二、实验内容二、实验内容化学热处理：化学热处理： 将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表面化学，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表面化学成分、组织和性能的热处理工艺。成分、组织和性能的热处理工艺。 主要特点：主要特点： 表层不仅有组织的变化，而且有成分的变化，故表层不仅有组织的变化
2、，而且有成分的变化，故性能改变的幅度大。性能改变的幅度大。 主要作用：强化和保护金属表面。主要作用：强化和保护金属表面。化学热处理的基本过程为：化学热处理的基本过程为：加热加热将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗入元素活性原子；入元素活性原子；分解分解由化合物分解或离子转变而得到渗入元素由化合物分解或离子转变而得到渗入元素活性原子；活性原子；吸收吸收活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶体或化合物；体或化合物；扩散扩散渗入原子在一定温度下，由表层向内部扩渗入原子在一定温度下，由表层向内部扩散形成一定深度的扩散层。散形成一定深
3、度的扩散层。 1、钢的渗碳、钢的渗碳 渗碳是将低碳钢件置于具有足够碳势的介质中，加热到奥氏体状态并保温，渗碳是将低碳钢件置于具有足够碳势的介质中，加热到奥氏体状态并保温，使其表层形成富碳层的热处理工艺，是目前机械制造业中应用最广的化学热处理使其表层形成富碳层的热处理工艺，是目前机械制造业中应用最广的化学热处理工艺。工艺。齿轮用渗碳钢：齿轮用渗碳钢：20Cr、20CrMnTi、20CrMo、20CrMnMo、20MnCr5轴承用渗碳钢：轴承用渗碳钢： SAE8620、SAE4320 硬度：硬度：HRC5863层深：层深：12mm井式渗碳炉井式渗碳炉金相显微组织观察金相显微组织观察(20CrMnT
4、i)1. 低碳合金钢等温退火或渗碳后缓冷后观察低碳合金钢等温退火或渗碳后缓冷后观察 渗层总层深渗层总层深 = 过共析过共析+共析共析+亚共析（测至心部组织不变处）亚共析（测至心部组织不变处）过共析过共析PFe3C共析（共析（P）亚共析（亚共析（PF）心部心部磨抛后用磨抛后用4%硝酸酒精浸蚀硝酸酒精浸蚀金相显微组织观察金相显微组织观察2. 低碳合金钢渗碳淬火试样（渗碳淬火后观察）低碳合金钢渗碳淬火试样（渗碳淬火后观察）材料：材料：20CrMnTi，表层渗碳量，表层渗碳量0.8-1.0wt%。硬度：表面硬度：表面58-62HRC，心部，心部35-45HRC。组织：组织： 渗层：针状渗层：针状M+A
5、+碳化物；心部：板条状碳化物；心部：板条状M2、钢的渗氮（、钢的渗氮（38CrMoAl） 渗氮（又称氮化）是将氮渗入钢件表面，以提高其硬度、耐磨渗氮（又称氮化）是将氮渗入钢件表面，以提高其硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性的一种化学热处理方法。性、疲劳强度和耐蚀性的一种化学热处理方法。渗氮包括普通渗氮和离子渗氮两大类。渗氮包括普通渗氮和离子渗氮两大类。(1)普通渗氮（气体渗氮）普通渗氮（气体渗氮）渗氮气体：渗氮气体： NH3N2；NH3+H2+O2渗氮温度：渗氮温度：500600渗氮时间：渗氮时间：10100小时小时渗层厚度：渗层厚度：0.150.7毫米毫米渗氮层硬度：渗氮层硬度：HV950120
6、0(HRC6572)第一层为第一层为相相(Fe，Me)2N；第二层为扩散层，碳氮化合物及脉络状第二层为扩散层，碳氮化合物及脉络状过渡层；过渡层；心部组织为心部组织为F+P。38CrMoAl钢渗氮层组织钢渗氮层组织(2) 离子离子 渗氮渗氮 离子渗氮又称辉光离子渗氮或等离子渗氮。是利用辉光放电现象，离子渗氮又称辉光离子渗氮或等离子渗氮。是利用辉光放电现象，将含氮气体介质电离进行渗氮的工艺。将含氮气体介质电离进行渗氮的工艺。优点：优点：速度快，时间短，节约电能和气体；速度快，时间短，节约电能和气体；表面形成表面形成的白层很薄；的白层很薄；变形小；变形小；适用各种材料。适用各种材料。 在气体介质中对
7、工件同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工在气体介质中对工件同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺称为气体氮碳共渗。共渗后进行淬火和低温回火。艺称为气体氮碳共渗。共渗后进行淬火和低温回火。 广泛应用于模具、量具、高速钢刀具、曲轴、齿轮、气缸套等耐磨件广泛应用于模具、量具、高速钢刀具、曲轴、齿轮、气缸套等耐磨件的处理，但由于表层碳氮化合物层太薄，仅有的处理，但由于表层碳氮化合物层太薄，仅有0.010.010.02mm0.02mm，不宜用于重载，不宜用于重载条件下。条件下。C、N共渗淬火态金相组织（共渗淬火态金相组织（860，2-5h）：）：表层：针状马氏体表层：针状马氏体+残余奥氏体残
8、余奥氏体+ 弥散分布的碳氮化物；弥散分布的碳氮化物；过渡层：混合马氏体过渡层：混合马氏体+残余奥氏体；残余奥氏体；心部：板条马氏体心部：板条马氏体+残余奥氏体残余奥氏体 3、气体氮碳共渗（、气体氮碳共渗（20Cr）4、钢表面渗硼、钢表面渗硼 渗硼工件组织由表及里为渗硼工件组织由表及里为FeBFe2B基体。基体。 渗入钢件表面的硼，形成白色渗入钢件表面的硼，形成白色Fe2B 、 FeB 化合物，化合物，呈指状或齿状楔入基呈指状或齿状楔入基体。体。 Fe2B脆性小，硬度高（脆性小，硬度高（1290-1680HV）、耐蚀、耐磨、红硬性高。）、耐蚀、耐磨、红硬性高。 FeB硬度更高（可达硬度更高（可达2300HV），脆性大，高耐磨。），脆性大，高耐磨。2020钢渗硼钢渗硼 T8T8钢渗硼钢渗硼 三、实验报告要求：三、实验报告要求：1 1、简述实验目的与实验过程；、简述实验目的与实验过程；2 2、画出渗碳、渗氮、渗硼试样的由表至基体的组织形貌；、画出渗碳、渗氮、渗硼试样的由表至基体的组织形貌；3 3、简述零件渗碳、渗氮、渗硼的渗层性能及用途。、简述零件渗碳、渗氮、渗硼的渗层性能及用途。
