钢的化学热处理

钢的化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗人到它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。这种热处理与表面淬火相比，其特点是表层不仅有组织的变化，而且还有化学成分的变化。

化学热处理方法很多，通常以渗入元素来命名，如渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等。由于渗人元素的不同，工件表面处理后获得的性能也不相同。渗碳、渗氮、碳氮共渗是以提高工件表面硬度和耐磨性为主，渗金属的主要目的是提高耐腐蚀性和抗氧化性等。

化学热处理由分解、吸收和扩散三个基本过程所组成：即渗入介质在高温下通过化学反应进行分解，形成渗人元素的活性原子；渗入元素的活性原子被钢的表面吸附；被吸附的活性原子由钢的表层逐渐向内扩散，形成一定深度的扩散层。目前在机械制造业中，最常用的化学热处理是渗碳、渗氮和碳氦共渗。

一、渗碳工艺

为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。渗碳所用钢种一般是碳的质量分数为0.10%~0.25％的低碳1-钢和低碳合金钢，如15、20、20r、20CrMnTi等钢。渗碳后的工件都要进行淬火和低温回火，使工件表面获得高的硬度（56~64HRC)、耐磨性和疲劳强度，而心部仍保持一定的强度和良好的韧性。

渗碳被广泛应用于要求表面硬而心部韧的工件上，如齿轮、凸轮轴、活塞销等。根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳，目前气体渗碳应用最广泛。气体渗碳是工件在气体渗碳介质中进行的渗碳工艺，它是将工件放入密封的加热炉中（如图6-13中的井式气体渗碳炉），通入气体渗碳剂进行的渗碳。

二、渗氮工艺

在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺，称为渗氮（又叫氮化）。渗氮的目的是为了提高工件表层的硬度、耐磨性、热硬性、耐腐蚀性和疲劳强度。渗氮处理广泛应用于各种高速转动的精密齿轮、高精度机床主轴、交变循环载荷作用下要求疲劳强度高的零件（如高速柴油机曲轴）以及要求变形小和具有一定耐热、抗腐蚀能力的耐磨零件（如阀门）等。

但是渗氮层薄而脆，不能承受冲击和振动，而且渗氮处理生产周期长，生产成本较高。钢件渗氮后不需淬火就可达到68~72HRC的硬度，目前常用的渗氮方法有气体渗氮和离子渗氮两种。零件不需要渗氮的部分应镀锡或镀铜保护，也可留1mm的余量，在渗氮后磨去。

三、碳氮共渗

在奥氏体状态下同时将碳、氮揶渗入工件表层。并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮共渗。根据共渗温度不同，可分为低温（520－580度）、中温（760－880度）、和高温（900－950度）碳氮共渗，其目的主要是提高工件表层的硬度和耐磨性。