鋼的化學熱處理

鋼的化學熱處理是將工件置于適當的活性介質中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲人到它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。這種熱處理與表面淬火相比，其特點是表層不僅有組織的變化，而且還有化學成分的變化。

化學熱處理方法很多，通常以滲入元素來命名，如滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲硅、滲金屬等。由于滲人元素的不同，工件表面處理后獲得的性能也不相同。滲碳、滲氮、碳氮共滲是以提高工件表面硬度和耐磨性為主，滲金屬的主要目的是提高耐腐蝕性和抗氧化性等。

化學熱處理由分解、吸收和擴散三個基本過程所組成：即滲入介質在高溫下通過化學反應進行分解，形成滲人元素的活性原子；滲入元素的活性原子被鋼的表面吸附；被吸附的活性原子由鋼的表層逐漸向內擴散，形成一定深度的擴散層。目前在機械制造業中，最常用的化學熱處理是滲碳、滲氮和碳氦共滲。

一、滲碳工藝

為提高工件表層碳的質量分數并在其中形成一定的碳含量梯度，將工件在滲碳介質中加熱、保溫，使碳原子滲入的化學熱處理工藝稱為滲碳。滲碳所用鋼種一般是碳的質量分數為0.10%~0.25％的低碳1-鋼和低碳合金鋼，如15、20、20r、20CrMnTi等鋼。滲碳后的工件都要進行淬火和低溫回火，使工件表面獲得高的硬度（56~64HRC)、耐磨性和疲勞強度，而心部仍保持一定的強度和良好的韌性。

滲碳被廣泛應用于要求表面硬而心部韌的工件上，如齒輪、凸輪軸、活塞銷等。根據滲碳時介質的物理狀態不同，滲碳可分為氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳，目前氣體滲碳應用最廣泛。氣體滲碳是工件在氣體滲碳介質中進行的滲碳工藝，它是將工件放入密封的加熱爐中（如圖6-13中的井式氣體滲碳爐），通入氣體滲碳劑進行的滲碳。

二、滲氮工藝

在一定溫度下于一定介質中，使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝，稱為滲氮（又叫氮化）。滲氮的目的是為了提高工件表層的硬度、耐磨性、熱硬性、耐腐蝕性和疲勞強度。滲氮處理廣泛應用于各種高速轉動的精密齒輪、高精度機床主軸、交變循環載荷作用下要求疲勞強度高的零件（如高速柴油機曲軸）以及要求變形小和具有一定耐熱、抗腐蝕能力的耐磨零件（如閥門）等。

但是滲氮層薄而脆，不能承受沖擊和振動，而且滲氮處理生產周期長，生產成本較高。鋼件滲氮后不需淬火就可達到68~72HRC的硬度，目前常用的滲氮方法有氣體滲氮和離子滲氮兩種。零件不需要滲氮的部分應鍍錫或鍍銅保護，也可留1mm的余量，在滲氮后磨去。

三、碳氮共滲

在奧氏體狀態下同時將碳、氮揶滲入工件表層。并以滲碳為主的化學熱處理工藝稱為碳氮共滲。根據共滲溫度不同，可分為低溫（520－580度）、中溫（760－880度）、和高溫（900－950度）碳氮共滲，其目的主要是提高工件表層的硬度和耐磨性。