
【化】 chemical heat treatment
chemistry
【化】 chemistry
【医】 chemistry; chemo-; spagyric medicine
heat treatment
【化】 heat treating; heat treatment; thermal treatment
化学热处理(Chemical Heat Treatment)是指通过改变金属材料表层的化学成分,并配合后续的热处理工艺,从而显著提升其表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性或疲劳强度等性能的一种综合性表面改性技术。其核心在于利用高温下活性原子的扩散作用,将碳、氮、硼、铬等特定元素渗入工件表层,形成具有优异性能的合金化层。
元素扩散与合金化:在特定温度(通常在500°C至950°C范围内)和介质环境下,工件表面与周围介质发生化学反应或物理吸附,产生活性原子(如碳原子[C]、氮原子[N])。这些活性原子被工件表面吸收,并在浓度梯度的驱动下向内部扩散,形成一定深度的合金化扩散层。其扩散深度(δ)与时间(t)、温度(T)及扩散系数(D)的关系可近似表示为: $$ delta propto sqrt{Dt} $$ 其中扩散系数D遵循阿伦尼乌斯方程:$D = D_0 exp(-Q/RT)$($D_0$为频率因子,$Q$为扩散激活能,$R$为气体常数,$T$为绝对温度)。
后续热处理强化:渗入元素后,通常需进行淬火、回火等热处理,使扩散层发生相变(如形成高硬度的马氏体),或使化合物层(如氮化物、碳化物)进一步强化,最终获得所需性能。
化学热处理能针对性地提升零件关键表面的性能,延长其使用寿命,同时保持基体材料的韧性和强度。在汽车制造(如变速箱齿轮渗碳)、航空航天(涡轮轴渗氮)、工具模具(冲头渗硼)等领域不可或缺,是实现材料“表硬里韧”的关键技术。
化学热处理是一种通过改变金属工件表层化学成分、组织和性能来提升材料性能的热处理工艺。其核心原理是将工件置于活性介质中加热并保温,使活性原子通过吸附和扩散渗入表层,形成具有特殊性能的表面层(如高硬度或耐腐蚀性),同时保持心部原有的韧性。
成分改变机制
与仅改变表层组织的表面热处理不同,化学热处理通过渗入碳、氮、硼、铬等元素(),形成合金化表层。例如渗碳可获得高碳马氏体硬化层(硬度达HRC58-62),渗氮可形成氮化物强化层(硬度HV800-1200)。
实施方法
主要分为三类:
复合结构优势
处理后工件形成"表层合金层+心部基材"的复合结构,结合强度远高于电镀等表面技术,兼具表层高耐磨性和心部抗冲击能力。
该技术广泛用于提高机械零件的耐磨性(如齿轮渗碳)、抗疲劳性(如轴承渗氮)、耐腐蚀性(如渗铬处理)以及特殊工况下的抗氧化性能。典型的后处理工艺包括渗碳后淬火+回火,以优化综合力学性能。
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