08第六章第三节 金属表面化学热处理

第六章钢的热处理1、什么是钢的热处理？钢的热处理的特点和目的是什么？答：钢的热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却,以获得所需的组织结构和性能的工艺。

钢的热处理的特点是在固态下，通过加热、保温和冷却，来改变零件或毛坯的内部组织,而不改变其形状和尺寸的热加工工艺.钢的热处理的目的是改善零件或毛坯的使用性能及工艺性能.2、从相图上看，怎样的合金才能通过热处理强化?答：通过热处理能强化的材料必须是加热和冷却过程中组织结构能够发生变化的材料，通常是指:（1)有固态相变的材料;(2）经受冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态的材料；(3）表面能被活性介质的原子渗入.从而改变表面化学成分的材料.3、什么是退火？其目的是什么？答：退火是将金属或合金加热到适当温度,保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

其目的可概括为“四化”,即软化(降低硬度适应切削加工和冷冲压要求）；均匀化(消除偏析使成分和组织均匀化)；稳定化（消除内应力、稳定组织保证零件的形状和尺寸）；细化（细化晶粒、提高力学性能）。

4、亚共析钢热处理时,快速加热可显著提高屈服强度和冲击韧性，为什么？答:快速加热可获得较大的过热度，使奥氏体形核率增加,得到细小的奥氏体晶粒，冷却后的组织晶粒也细小。

细晶粒组织可显著提高钢的屈服强度和韧性。

5、热轧空冷的45钢在正常加热超过临界点A c3后再冷却下来,组织为什么能细化？答:热轧空冷的45钢室温组织为F+P，碳化物弥散度较大,重新加热超过临界点A c3后,奥氏体形核率大,起始晶粒细小，冷却后的组织可获得细化。

7、确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织。

（1）经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度；(2）ZG35的铸造齿轮；（3)改善T12钢的切削加工性能; (4）锻造过热的60钢坯.答:（1)再结晶退火,消除加工硬化及内应力，退火组织为P+F.（2)去应力退火，消除铸造内应力，组织为P+F。

化学热处理渗碳：为了获得高硬度、高耐磨的表面及强韧的心部，渗碳后必须进行淬火加低温回火处理。

按渗碳介质可分为：气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳。

渗氮：①渗氮层具有高硬度、高耐磨性；②渗氮层比热容打，在钢件表面形成压应力层可显著提高耐疲劳性能，渗氮层的耐疲劳性优于渗碳层；③渗氮层表面有化学稳定性高的ε相，能显著提高耐腐蚀性。

渗氮能形成性能优越的渗氮层，但由于工艺时间太长，使得生产率太低，成本高，应尽量少采用。

渗氮一般用在强烈磨损、耐疲劳性要求非常高的零件，有的场合是除要求机械性能外还要求耐腐蚀的零件。

碳氮共渗（俗称“氰化”）：按工艺温度分：低温碳氮共渗（520-580℃），工艺温度低，共渗过程是以氮原子为主、碳原子为辅的渗入过程，俗称“软氮化”；中温碳氮共渗（780-880℃）；高温碳氮共渗（880-930℃）。

优点：①与渗碳相比处理温度低，渗后可直接淬火，工艺简单，晶粒不易长大，变形裂倾向小，能源消耗少，共渗层的疲劳性和抗回火稳定性好；②与渗氮相比，生产周期大大缩短，对材料适用广。

氮碳共渗：氮碳共渗起源于西德，是在液体渗氮基础上发展起来的。

早期氮碳共渗是在含氰化物的盐浴中进行的。

由于处理温度低，一般在500-600℃，过程以渗氮为主，渗碳为辅，所以又称为“软氮化”。

氮碳共渗工艺的优点如下：①氮碳共渗有优良的性能：渗层硬度高，碳钢氮碳共渗处理后渗层硬度可达HV570-680；渗氮钢、高速钢、模具钢共渗后硬度可达HV850-1200；脆性低，有优良的耐磨性、耐疲劳性、抗咬合性和耐腐蚀性。

②工艺温度低，且不淬火，工件变形小。

③处理时间短，经济性好。

④设备简单，工艺易掌握。

存在问题是：渗层浅，承受重载荷零件不宜采用。

渗硼：渗硼是一种有效地表面硬化工艺。

将工件置于能产生活性硼的介质中，经过加热、保温，使硼原子渗入工件表面形成硼化物层的过程称为渗硼。

金属零件渗硼后，表面形成的硼化物（FeB、Fe2B、TiB2、ZrB2、VB2、CrB2）及碳化硼等化合物的硬度极高，热稳定性。

简述金属材料表面主要的处理方法金属材料表面的处理方法主要有物理处理和化学处理两种，具体如下：一、物理处理方法1.机械加工机械加工是一种常用的金属表面处理方法，它可以去除金属表面的毛刺、氧化物、氧化层等杂质，使表面变得光滑并达到可加工的状态。

机械加工的方法包括抛光、喷砂、磨削、焊接等。

2.电化学加工电化学加工是利用电能来加工金属表面的方法，根据需求可以进行降解、沉积、氧化、还原等操作，达到改变金属表面性质的目的。

电化学加工的方法包括电解抛光、电解抛锈、电镀、阳极氧化等。

3.热处理热处理是将金属材料置于高温环境下，使其晶体结构发生变化，从而改变材料的性质和结构。

常用的热处理方法有淬火、退火、正火等。

1.酸洗酸洗是通过酸性溶液进行化学反应，去除金属表面的氧化铁、锈层等脏污，并让金属表面变得更加光滑。

酸洗可以使用稀盐酸、盐酸、硫酸等。

2.碱洗碱洗利用碱性溶液反应的原理，去除金属表面的油污、脂肪、氧化铁等物质，使其表面变得干净、平整。

常见的碱洗液有氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙等。

3.电解抛光电解抛光是将金属材料置于电解液中，通过电化学反应，去除表面毛刺和氧化物，使表面平整而亮。

电解抛光的电解液有硝酸、磷酸等。

4.阳极氧化阳极氧化是将金属材料置于电解液中，通过电接触，形成一层硬质的氧化层，从而保护金属表面。

阳极氧化的电解液有硫酸、氧化铝溶液等。

综上所述，金属材料表面的处理方法主要包括机械加工、电化学加工、热处理、酸洗、碱洗、电解抛光和阳极氧化等方面。

这些处理方法既能够使金属表面变得漂亮、光滑，也能够改变其各项物理和化学性质，提高金属的质量和使用寿命。

⾦属学及热处理课后习题答案解析第六章第六章⾦属及合⾦的塑性变形和断裂2）求出屈服载荷下的取向因⼦，作出取向因⼦和屈服应⼒的关系曲线，说明取向因⼦对屈服应⼒的影响。

答：1）需临界临界分切应⼒的计算公式：τk=σs cosφcosλ，σs为屈服强度=屈服载荷/截⾯积需要注意的是：在拉伸试验时，滑移⾯受⼤⼩相等，⽅向相反的⼀对轴向⼒的作⽤。

当载荷与法线夹⾓φ为钝⾓时，则按φ的补⾓做余弦计算。

2）c osφcosλ称作取向因⼦，由表中σs和cosφcosλ的数值可以看出，随着取向因⼦的增⼤，屈服应⼒逐渐减⼩。

cosφcosλ的最⼤值是φ、λ均为45度时，数值为0.5，此时σs为最⼩值，⾦属最易发⽣滑移，这种取向称为软取向。

当外⼒与滑移⾯平⾏（φ=90°）或垂直（λ=90°）时，cosφcosλ为0，则⽆论τk数值如何，σs均为⽆穷⼤，表⽰晶体在此情况下根本⽆法滑移，这种取向称为硬取向。

6-2 画出铜晶体的⼀个晶胞，在晶胞上指出：1）发⽣滑移的⼀个滑移⾯2）在这⼀晶⾯上发⽣滑移的⼀个⽅向3）滑移⾯上的原⼦密度与{001}等其他晶⾯相⽐有何差别4）沿滑移⽅向的原⼦间距与其他⽅向有何差别。

答：解答此题⾸先要知道铜在室温时的晶体结构是⾯⼼⽴⽅。

1）发⽣滑移的滑移⾯通常是晶体的密排⾯，也就是原⼦密度最⼤的晶⾯。

在⾯⼼⽴⽅晶格中的密排⾯是{111}晶⾯。

2）发⽣滑移的滑移⽅向通常是晶体的密排⽅向，也就是原⼦密度最⼤的晶向，在{111}晶⾯中的密排⽅向<110>晶向。

3）{111}晶⾯的原⼦密度为原⼦密度最⼤的晶⾯，其值为2.3/a2，{001}晶⾯的原⼦密度为1.5/a24）滑移⽅向通常是晶体的密排⽅向，也就是原⼦密度⾼于其他晶向，原⼦排列紧密，原⼦间距⼩于其他晶向，其值为1.414/a。

6-3 假定有⼀铜单晶体，其表⾯恰好平⾏于晶体的（001）晶⾯，若在[001]晶向施加应⼒，使该晶体在所有可能的滑移⾯上滑移，并在上述晶⾯上产⽣相应的滑移线，试预计在表⾯上可能看到的滑移线形貌。

金属表面处理工艺是利用现代物理、化学、金属学和热处理等学科的技术来改变零件表面的状况和性质，使之与心部材料作优化组合，以达到预定性能要求的工艺方法。

具体有以下几种处理工艺：
一、QPQ工艺处理
它是一种先进的表面处理工艺。

具有良好的耐磨性、良好的耐腐蚀性、良好的耐疲劳性、极小的变形、低碳环保、可替代多道工序，降低时间成本。

二、表面淬火
是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。

三、化学表面热处理
表面合金化技术的典型工艺就是化学表面热处理。

是将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织，进而改变其性能的热处理工艺。

四、喷丸
是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面上，犹如无数个小锤锤击金属表面，使零件表层和次表层发生一定的塑性变形而实现强化的一种技术。

焦作汇鑫恒机械制造有限公司成立于2011年，公司采用新的工艺和新的环保设备，对现有的金属表面梳理材料进行研发、改进，是表面加硬处理的专业性技术公司，主要采用QPQ处理工艺。

第三节金属表面化学热处理1、什么叫金属表面化学热处理？表面热处理是指仅对零部件表层加热、冷却，从而改变表层组织和性能而不改变成分的一种工艺，是最基本、应用最广泛的材料表面改性技术之一。

金属表面化学热处理是利用元素扩散性能，使合金元素渗入金属表层的一种热处理工艺。

2、工艺过程首先将工件置于含有渗入元素的活性介质中加热到一定温度，使活性介质通过分解并释放出欲渗入元素的活性原子、活性原子被表面吸附并溶入表面、溶入表面的原子向金属表层扩散渗入形成一定厚度的扩散层，从而改变表层的成分、组织和性能。

3、化学热处理的基本过程化学热处理包括三个基本过程，即①化学渗剂分解为活性原子或离子的分解过程；②活性原子或离子被钢件表面吸收和固溶的吸收过程；③被渗元素原子不断向内部扩散的扩散过程。

4、金属表面化学热处理的特点？和表面淬火不同，化学热处理后的工件表面不仅有组织的变化，而且也有化学成分的变化。

5、金属表面化学热处理的目的？一、提高金属表面的强度、硬度和耐磨性。

如渗氮、渗硼等. 渗氮硬度可达950HV~~1200HV,渗硼硬度可达1400HV~~2000HV.常用的硬度单位有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等.什么叫渗氮？渗氮，就是把工件置于含有氮原子的介质中加热到一定温度，保温一段时间后，在工件表面形成一层坚硬的渗氮层。

说白了就是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层。

二、提高材料疲劳强度。

如渗氮、渗硼、渗铬。

三、使金属表面具有良好的抗粘着、抗咬合的能力和降低摩擦系数。

如渗硫等。

四、提高金属表面的耐蚀性。

如渗氮、渗铝等。

5、金属表面化学热处理的性能？化学热处理后的钢件表面可以获得比表面淬火所具有的更高的硬度、耐磨性和疲劳强度；心部在具有塑性和韧性的同时，还可获得较高的强度。

6、化学热处理的种类i.固体法。

（粉末填充法、膏剂涂覆法、电热旋流法、覆盖层扩散法）ii.液体法（包括盐浴法、电解盐浴法、水溶液电解法等）iii.气体法（固体气体法、间接气体法、流动粒子炉法）iv.等离子法。

金属表面氮化处理工艺
金属表面氮化处理是一种化学热处理工艺，它通过在金属表面渗入氮原子，形成一层氮化物膜，以提高金属表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度等性能。

以下是金属表面氮化处理的一般工艺流程：
1. 清洗：对金属表面进行清洗，去除表面的油污、锈蚀等杂质。

2. 预热：将金属放入炉中进行预热，以去除表面水分和油污，并提高氮化层的结合力。

3. 氮化：将氮气通入炉中，使其与金属表面接触，发生氮化反应，形成氮化物膜。

4. 冷却：氮化处理后，将金属从炉中取出，进行自然冷却或淬火冷却。

5. 后处理：对氮化处理后的金属表面进行清洗、抛光等后处理，以获得更好的表面质量。

需要注意的是，不同的金属材料和氮化工艺参数会对氮化层的性能产生影响，因此在实际应用中需要根据具体情况进行选择和调整。