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鍛件的化學(xué)熱處理

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鍛件的化學(xué)熱處理是將鍛件置于適當的活性介質(zhì)中加熱、保溫,使一種或幾種元素滲入到鋼的表層,以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝?;瘜W(xué)熱處理的主要特點(diǎn)是:表層不僅有組織的變化,而且有成分的變化,故性能改變的幅度大。其主要作用是強化和保護金屬表面。最常用的化學(xué)熱處理方法是滲碳、滲氮和碳氮共滲。

(1)鍛件的滲碳

將鍛件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原子滲人表層的化學(xué)熱處理工藝。目的是使低碳鋼件表面得到高碳,經(jīng)適當的熱處理(淬火+低溫回火)后獲得表面高硬度、高耐磨性,而心部仍保持一定強度及較高的塑性、韌性。適用于同時(shí)受磨損和較大沖擊載荷的低碳、低碳合金鋼鍛件,如齒輪、活塞銷(xiāo)、套筒等。

目前廣泛應用的是滲碳熱處理。即將鍛件置于密閉的加熱爐中,可直接通入滲碳氣氛,如煤氣、液化石油氣;也可滴入有機物,如煤油、甲醇等,在高溫下裂解為含碳氣氛。含碳氣氛在鋼表面發(fā)生氣相反應,生成活性碳原子,被鋼表面吸收而溶入奧氏體中,并向內部擴散而形成一定深度的滲碳層。

(2)鍛件的滲氮

鋼的滲氮俗稱(chēng)氮化,使活性氮原子滲入鍛件件表面,在鍛件表面獲得一定深度的富氮硬化層的熱處理工藝。目的是提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強度、熱硬性和耐蝕性等。適用于交變載荷下工作并要求耐磨的重要結構零件,如高速傳動(dòng)的精密齒輪、高速柴油機曲軸、高精度機床主軸及在高溫下工作的耐熱、耐蝕、耐磨零件如齒輪套、閥門(mén)、排氣閥等。

常用的氮化方法有氣體氮化、離子氮化、氮碳共滲(軟氮化)等,生產(chǎn)中應用較多的是氣體氮化。

1)氣體氮化。在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮的工藝。氮化用鋼需選用含有與氮親和力大的Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的合金鋼。氮化前需調質(zhì)處理,目的是改善機加工性能并獲得均勻的回火索氏體組織,保證心部具有較高的強度和韌性。

2)離子氮化。在低于一個(gè)大氣壓的滲氮氣氛中,利用鍛件(陰極)和陽(yáng)極之間產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行氮化的工藝。離子氮化相對于氣體氮化速度快、周期短; 滲層質(zhì)量高,明顯提高滲氮層的韌性和疲勞強度;工件變形小,適用于處理精密零件和復雜零件;材料的適應性強,滲氮用鋼、碳鋼、合金鋼和鑄鐵都能進(jìn)行離子滲氮,但專(zhuān)用滲氮鋼效果最佳。缺點(diǎn)是投資高,溫度分布不均,測溫困難和操作要求嚴格等。

3)鋼的氮碳共滲。也稱(chēng)氣體軟氮化,是在一定溫度下,向鍛件表層滲入氮和碳,并以滲氮為主的化學(xué)熱處理工藝。加熱后分解出活性碳、氮原子,被鍛件表面吸收,經(jīng)擴散獲得滲層。其目的是提高鍛件表面硬度、耐磨性和疲勞強度。廣泛應用于模具、高速鋼刀具、曲軸、齒輪、氣缸套等耐磨件的處理。

氮碳共滲的特點(diǎn)是滲層硬而不脆,具有高的耐磨性、抗咬合性、抗擦傷的能力;處理時(shí)間短,一般1?3h,滲后不再進(jìn)行其他處理;且不受鋼種的限制。缺點(diǎn)是表層碳氮化合物層太薄,不宜用于重載條件下。

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