加速化学热处理的途径

化学热处理是一个消耗能源较多的工艺，加速化学热处理过程，对提高生产率、降低能耗和生产成本具有重要意义。因此，针对提高化学热处理速度这一课题，国内外技术工作者进行了大量研究和开发T.作，取得了许多具有实用价值的成果。加速化学热处理的途径可归纳为开发新材料、改变工艺过程及采用催渗技术三个方面。

1.开发新材料

通过对化学热处理中有利于渗入元素原子扩散过程的新材料的开发，以加速化学热处理过程，是一条有效的途径。

由于钢中加入钛可提高Fe-N系中的共析转变温度,以使渗氮过程可以在较高的温度下进行，提高氮在α -Fe中的扩散系数。含钛渗氮钢的化学成分(质量分数)为0.2%C、2%Cr、2%Ti。此钢在550~650℃进行4~9h 的气体渗氮，可获得0.4~0.8mm的渗层，表面硬度高达1000~1200HV。

由于稀土元素具有原子半径大、电负性低等独特性质，近些年来，在加速化学热处理过程中，常遇到稀土元素。在35CrMo钢中加入0.05%~0.1%(质量分数）的稀土元素制成的稀土钢用于离子渗氮处理,其渗速比未加稀土者提高了50%左右，表面硬度约提高10OHV。

其他快速渗氮钢种有25CrMoV、30Cr3NiVNbAl、25CrNi-MoVZrAl等，这些钢可提高渗氮速度30%左右。

快速渗碳钢成分（质量分数)为0.27%C、0.6%Mn、0.6%Cr、0.15%~0.25%Mo，可缩短渗碳时间20%左右。

2.改变工艺过程

在钢的化学热处理生产中，采用分段控制法来加速过程的进行。例如气体渗碳和气体渗氮工艺中的两段法或三段法。首段以提高浓度梯度为主要目的，第二段以加快扩散为主要目的。渗氮时，还要有退氮阶段，以降低表面氮浓度，达到降低渗层脆性的目的。

采用碳氮共渗、碳氨硼共渗、硫氮碳共渗等多元共渗工艺会引起钢的结构变化，改变渗入元素在钢中的吸收和扩散机制及速度，从而促进整个过程的加速。

近些年来，一些企业采用预氧化法来加快渗速和改善渗层质量。例如在气体渗氮、真空脉冲渗氮、气体氮碳共渗、气体渗碳、气体碳氮共渗时，当炉温升至400~500℃时恒温一段时间，向炉内通人氧气或空气，有意使工件表面氧化，形成Fe;O4膜，这种性质的氧化膜对渗氮、渗碳有较强的催渗作用，同时使渗层均匀性和浓度梯度也得到了明显的改善。

3.采用催渗技术

物理催渗技术包括以下几个方面。

( 1 ）等离子场技术。是利用等离子体高速轰击工件表面而加速化学热处理过程的方法，如离子渗氮、离子氮碳共渗、离子渗碳、离子碳氮共渗、离子渗硼、离子渗硫、离子渗金属、离子多元共渗等，这些方法效果比较明显，例如离子渗氮比气体渗氨速度可提高50%左右。

( 2）电解法催渗技术。目前用于生产的有电解渗碳、低温电解渗硫，低温电解渗硼、电解渗金属等。如电解渗硫可在180~190℃的低温下进行，比普通盐浴渗硫周期缩短。

( 3）真空化学热处理技术。在真空（低压真空)条件下进行化学热处理，可使工件表面非常洁净，渗速加快，工件畸变小。如真空渗碳可在1030~1050℃的高温下进行，渗碳时间缩短到普通气体渗碳的1/5左右，且渗层质量高。

( 4）流态床技术。在沸腾的流态床中进行化学热处理、可明显地加快渗扩速度。如2OCrMnTi钢在950℃的流态床中渗碳2h，可获得1~2mm厚的渗碳层，比普通气体渗碳 3~5倍。

( 5）机械能助渗技术。机械能助渗是运用运动的粉末粒子冲击被加热的工件表面，将机械能巧妙地与热能相结合、大幅度降低了扩渗温度,增加了扩渗速度,在500~600℃铁素体状态下，就可实现渗铝、渗硅、渗铜、渗锰及铝锌共渗，称为机械能助渗。钢的机械能助渗铝，将渗铝温度由900~1050℃奥氏体状态降低到400~600℃铁素体状态。20钢经440℃x 4h的处理，可得到10~15 um的渗铝层，580℃ x 4h可得到90~100 um的渗铝层。又如助渗硅，将渗硅温度由950~1050℃奥氏体状态降低到480~540℃铁素体状态，20钢520℃x 4h处理可获得60~70 um渗硅层。

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