工件渗铬处理及热处理控制方法

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：不同钢种的工件经渗铬处理后能获得各种优良性能，以满足不同用途的需要。渗铬后的热处理视基体材料而定，可以不考虑渗铬层，因为热处理对渗铬层组织影响不大。装箱后控制升温至1050～1100℃渗铬，保温到所需的渗层厚度后，炉冷至600～700℃，再在空气中冷却至室温。真空渗铬通常在0.133Pa的真空度下进行，常用温度为1100～1150℃，保温时间根据要求渗铬层的厚度而定。

渗铬就是将工件放在渗铬介质中加热，使介质中析出活性的原子铬为工件所吸收，在工件表面形成一层与基体不可分割的铬、铁、碳合金层。

随着生产与科学技术的发展，渗铬处理的应用也日益广泛。渗铬材料有各种合金钢、非合金钢、铸铁、高温合金、钨、钼和钛等金属材料。不同钢种的工件经渗铬处理后能获得各种优良性能，以满足不同用途的需要。如低碳钢渗铬后能获得耐酸、耐蚀、耐热等性能，可用于油泵、化学泵上的零件，化工器械零件，各种阀门以及其他要求耐蚀、耐热的元件。

1.渗铬层组织与性能特点

中碳钢和高碳钢渗铬层表层为铬的碳化物。渗铬钢的碳含量越高，铬的碳化物层的厚度越厚。渗层外表面的碳化物通常为Cr23C6，其下层为Cr7C3，再下层为α固溶体。在渗铬层和基体之间存在一个明显的贫碳过渡区，这是由于铬是碳化物形成元素，渗铬过程中基体内部的碳向表层扩散。贫碳区的出现会影响基体的淬火硬度，削弱对渗铬层的支撑作用，严重时甚至可能使渗铬层在工作时发生破裂。因此，对基体硬度要求高的工件，应采用高碳钢或高碳合金钢。

渗铬层硬度随基体材料碳含量增加而增高：10钢工件渗铬后，表面为α固溶体，硬度为150～200HV；45钢工件渗铬后，由于碳化物增多，硬度可达1350HV左右；T8钢渗铬后，表层碳化物更多，硬度约为1500HV，甚至更高。

除硬度、耐磨性显著提高外，渗铬后还可获得良好的抗高温氧化性和抗多种介质腐蚀的性能。

由于渗铬温度高、时间长，渗铬后工件心部的组织往往比较粗大，因此，对基体强度和韧性要求高的工件，渗铬后必须进行正火或淬火、回火处理，如工模具、排气阀等。若只要求表面耐磨、耐蚀、抗氧化，渗铬后可不进行热处理，如塞规、样板等。渗铬后的热处理视基体材料而定，可以不考虑渗铬层，因为热处理对渗铬层组织影响不大。

2.渗铬工艺方法

目前，生产上应用的渗铬方法有固体法、液体法和气体法，其中以固体渗铬法(又称为粉末渗铬法)应用较广。

1)固体渗铬

固体渗铬的操作与固体渗碳法相似，把工件及渗铬剂放在箱子里，加热到渗铬温度保温较长时间，进行渗铬处理。

常用的渗铬剂一般由铬粉(或铬铁粉)、氧化铝Al2O3及氯化铵NH4Cl组成。其中铬粉或铬铁粉是基本组成物质，依靠它来产生活性铬原子，渗入钢铁表面；Al2O3起稀释填充剩余空间和减少渗铬剂黏结的作用；NH4Cl起促进渗铬反应的作用。

金属铬粉在化学上是比较稳定的，不能直接渗入工件表面。为了渗铬，就必须获得原子状态的铬。在一定温度下，要使金属铬粉转化为铬原子，还需要一个“媒介物”的作用，这就是所谓的催化剂。NH4Cl是进行固体渗铬常用的催化剂。在渗铬过程中，渗铬箱内发生如下的化学反应

反应生成的活性铬原子[Cr]被工件表面吸收，并向工件内扩散，形成渗铬层。

常用的渗铬剂成分(质量)为50%Cr＋48%Al2O3＋2%NH4Cl。装箱后控制升温至1050～1100℃渗铬，保温到所需的渗层厚度后，炉冷至600～700℃，再在空气中冷却至室温。

对基体力学性能要求不高，仅要求提高表面耐蚀性、耐热性的低碳钢件，以及只要求表面高硬度、耐磨的高碳钢量具，渗铬后可不进行热处理。

但是，工件在渗铬过程中由于在高温下长时间保温，基体晶粒发生激烈长大，导致基体塑性与韧性等力学性能降低，这就不能满足某些使用性能的要求。高碳钢工件渗铬层很薄，硬度高且脆，因此要求有强度较高的基体来支持这个渗铬层，否则使用中容易导致渗铬层的破碎剥落。一些中、高碳钢的渗铬件，如拉深模、压铸模、排气阀等，不但要求表面耐蚀耐磨、高硬度，还要求基体有足够的强度和一定的韧性。在这种情况下，渗铬后还必须进行相应的退火、正火或调质处理等。

2)真空渗铬

在真空中进行钢件表面渗铬的工艺方法称为真空渗铬。真空渗铬工件具有很强的耐蚀性和高的硬度(1200～2000HV)。渗铬后需经热处理(如正火、调质)。

真空渗铬通常在0.133Pa的真空度下进行，常用温度为1100～1150℃，保温时间根据要求渗铬层的厚度而定。所用渗剂为：粒度为0.4mm、质量分数为25%的铬铁粉与粒度为0.400～0.071mm、质量分数为75%的氧化铝粉；或质量分数为50%的铬铁粉与质量分数为50%的耐火土粉，再加入总量2%的氯化铵可起到催渗作用，而明显缩短工艺周期。也有用颗粒状铬作为渗剂的，粒度为3～5mm。

真空渗铬具有渗入速度快、工件表面光洁及渗剂利用率高等优点。渗铬层性能及应用范围与一般渗铬相同，适用于一些要求极高耐磨损、耐腐蚀的传动零件的表面强化处理。

工件渗铬处理及热处理控制方法

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