金属工艺：常用的化学热处理方法

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入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺称为化学热处理。

化学热处理的基本过程: 活性介质在一定温度下通过化学反应进行分解，形成渗入元素的活性原子； 活性原子被工件表面吸收，即活性原子溶入铁的晶格形成固溶体或与钢中某种元素形成化合物； 被吸收的活性原子由工件表面逐渐向内部扩散，形成一定深度的渗层。

化学热处理的种类很多，根据渗入元素的不同，化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼和渗金属等。

1.钢的渗碳

钢的渗碳是指将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺，其目的是提高钢件表面层的含碳量。渗碳后，零件表面形成具有一定深度(为0.5～2 mm)的高碳(含碳量为0.85%～1.05%)的表面层。渗碳应安排在机械加工以后进行，渗碳件的加工工艺路线一般为锻造→正火→机械加工→渗碳→淬火＋低温回火，主要用于低碳钢或低碳合金钢。

渗碳方法主要有固体渗碳、盐浴渗碳及气体渗碳三种，应用最广泛的是气体渗碳。如图4-15 所示，将工件置于密封加热炉中，加热到900 ℃～950 ℃，滴入煤油、丙酮、甲醇等渗碳剂，渗碳剂在高温下分解，产生活性碳原子，被工件的表面吸收而溶入高温奥氏体中，并向其内部扩散，而形成具有一定深度的渗碳层。渗碳层深度主要取决于保温时间，一般可按每小时渗入0.2～0.25 mm 的速度进行估算。(www.xing528.com)

2.钢的渗氮

渗氮(又称为氮化)是向钢的表面渗入氮原子的化学热处理工艺。渗氮的目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。工件在气体介质中进行渗氮称为气体渗氮，它是将工件放入密闭的炉内，加热到500 ℃～600 ℃，通入氨气(NH3)，氨气分解出活性氮原子被工件表面吸收，与钢中的合金元素Al、Cr、Mo 形成氮化物，并向芯部扩散，形成具有一定深度的渗层。

渗氮主要用于合金钢。与渗碳相比，渗氮后工件无须淬火便具有高的硬度、耐磨性和红硬性，且具有良好的抗蚀性和高的疲劳强度，同时由于渗氮温度低，故工件的变形小。但渗氮生产周期长，一般要得到0.3～0.5 mm 的渗氮层，气体渗氮时间需30～50 h，成本较高；渗氮层薄而脆，不能承受冲击。因此，渗氮主要用于要求表面高硬度及耐磨、耐蚀、耐高温的精密零件，如精密机床主轴、丝杆、撞杆、阀门等。

图4-15　气体渗碳示意图

1—风扇电动机； 2—废气火焰； 3—炉盖；4—电阻丝； 5—耐热罐； 6—工件； 7—炉体