鋼的表面化學(xué)熱處理將金屬工件放入含有某種活性原子的化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱使介質(zhì)中的原子擴(kuò)散滲入工件一定深度的表層，改變其化學(xué)成分和組織并獲得與心部不同性能的熱處理工藝叫做化學(xué)熱處理。和表面淬火不同，化學(xué)熱處理后的工件表面不僅有組織的變化，而且也有化學(xué)成分的變化。可以說，鋼的化學(xué)熱處理即是改變鋼的表層化學(xué)成分和性能的一種熱處理工藝。 化 學(xué)熱處理后的鋼件表面可以獲得比表面淬火所具有的更高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度； 心部在具有良好的塑性和韌性的同時(shí)，還可獲得較高的強(qiáng)度。 通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)熱處理還可使鋼件表層具有減摩、耐腐蝕等特殊性能。 滲層的組織類型有固溶體、化合物。

（一）化學(xué)熱處理種類

化學(xué)熱處理種類很多，根據(jù)滲入元素的不同，可分為滲碳、滲氮（氮化）、碳、氮共滲、多元共滲、滲硼、滲金屬（如鋁）等等。

化學(xué)熱處理方法：

氣體法：應(yīng)用最廣

液體法：熔融液體，熱浸鋅

固體法：粉末、膏劑，滲硼

等離子法：低真空中輝光放電產(chǎn)生的離子轟擊表面

化學(xué)熱處理三個(gè)基本過程：

①介質(zhì)的分解：形成活性原子；

②表面吸收和溶解：形成固溶體或化合物；

③原子擴(kuò)散：形成一定的擴(kuò)散層。

（二）鋼的滲碳

將低碳鋼件放入滲碳介質(zhì)中，在900～950℃加熱保溫，使活性碳原子滲入鋼件表面并獲得高碳滲層的工藝方法叫做滲碳。齒輪、凸輪、活塞、軸類等許多重要的機(jī)器零件經(jīng)過滲碳及隨后的淬火并低溫回火后，可以獲 得很高的表面硬度、耐磨性以及高的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。而心部仍保持低碳，具有良好的塑性和韌性。因此，滲碳可使同一材料制作的機(jī)器零件兼有高碳鋼 和低碳鋼的性能。從而使這些零件既能承受磨損和較高的表面接觸應(yīng)力，同時(shí)又能承受彎曲應(yīng)力及沖擊負(fù)荷的作用。它增加鋼件表層的含碳量和形成一定的碳濃度梯度，將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原子滲入表層。

目的：增加表面C含量，淬火＋低溫回火，表面硬，心部韌

滲碳方法：氣體、固體和液體滲碳， 適合的鋼種：低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr、20CrMnTi等

滲碳層厚度：從表面到過渡層的一半處，0.5~2.5mm

熱處理：淬火（直接、一次和二次）＋低溫回火

組織與性能:  表層：高碳回火M＋碳化物＋A’；心部：低碳回火M或F、T；性能：表面硬度高，58HRC~64HRC；

低碳鋼緩冷后的顯微組織

（三）鋼的滲氮

向鋼件表面滲入氮元素，形成富氮硬化層的化學(xué)熱處理稱為滲氮，通常也稱為氮化。和滲碳相比，鋼件滲氮后具有更高的表面硬度和耐磨性。氮化后鋼件的表面硬度高達(dá)950～1200HV，相當(dāng)于HRC65～72。這種高硬度和高耐磨性可保持到560～600℃而不降低，故氮化鋼件具有很好的熱穩(wěn)定性。由于氮化層體積脹大，在表層形成較大的殘余壓應(yīng)力，因此可以獲得比滲碳更高的疲勞強(qiáng)度、抗咬合性能和低的缺口敏感性。滲氮后由于鋼件表面形成致密的氮化物薄膜，因而具有良好的抗腐蝕性能。此外，滲氮溫度低（500～600℃），氮化后鋼件不需熱處理，因此滲氮件變形很小。由于上述性能特點(diǎn)，滲氮在機(jī)械工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用，特別適宜許多精密零件的最終熱處理。例如磨床主軸、鏜床鏜桿、精密機(jī)床絲杠、內(nèi)燃機(jī)曲軸以及各種精密齒輪和量具等。

滲氮特點(diǎn)：

①  氮化溫度低   500~600℃

②  時(shí)間長(zhǎng)    20~50h，厚度  0.3~0.5mm， 催化劑（苯、苯胺、氯化胺等）↑0.3~3倍

③  氮化前鋼件須調(diào)質(zhì)處理

（5）組織

①表層為白色ε（Fe2N）或γ’（Fe4N）相

②中間為暗黑色含氮共析體（α+γ’）

③  心部為回火S

38CrMoAl鋼氮化工藝曲線圖

鋼件滲氮后一般不進(jìn)行熱處理。為了提高鋼件心部的強(qiáng)韌性，滲氮前必須進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。滲氮的主要缺點(diǎn)是周期太長(zhǎng)。為了縮短滲氮周期，目前出現(xiàn)的快速滲氮方法有輝光離子滲氮、鹵化物催化滲氮以及高頻感應(yīng)加熱滲氮等。離子滲氮等工藝不僅可以大大縮短滲氮時(shí)間，而且降低了滲氮層的脆性，顯著提高了鋼的韌性和疲勞強(qiáng)度。

氮化用鋼一般有35CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等。

（四）鋼的碳、氮共滲

向鋼件表層同時(shí)滲入碳和氮的過程稱為碳氮共滲，也叫做氰化。碳、氮共滲方法有液體和氣體碳、氮共滲兩種。液體碳、氮共滲使用的介質(zhì)氰鹽是劇毒物質(zhì)，污染環(huán)境，故逐漸為氣體碳、氮共滲所替代。根據(jù)共滲溫度不同，碳氮共滲可分為高溫（900～950℃）、中溫（700～880℃）及低溫（500～570℃）三種。目前工業(yè)上廣泛應(yīng)用的是中溫和低溫氣體碳、氮共滲。其中低溫氣體碳、碳共滲主要是提高耐磨性及疲勞強(qiáng)度，而硬度提高不多，故又稱為軟氮化，多用于工模具。中溫氣體碳、氮共滲多用于結(jié)構(gòu)零件。

中溫氣體碳、氮共滲是將鋼件放入密封爐內(nèi)，加熱到820～860℃，并向爐內(nèi)通入煤油或滲碳?xì)怏w，同時(shí)通入氨氣。在高溫下共滲劑分解形成活性碳原子［C］和氮原子［N］被工件表面吸收并向內(nèi)層擴(kuò)散，形成一定深度的碳氮共滲層。在一定的共滲溫度下，保溫時(shí)間主要取決于要求的滲層深度。一般零件的滲層深度為0.5～0.8mm，共滲保溫時(shí)間約為4～6h。由于氮的滲入，提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，所以鋼件碳、氮共滲后可直接油淬，滲層組織為細(xì)針狀馬氏體加碳、氮化合物和少量殘余奧氏體。淬火后鋼件應(yīng)進(jìn)行低溫回火。鋼件碳、氮共滲后可同時(shí)兼有滲碳和滲氮的優(yōu)點(diǎn)。

低溫氣體碳、氮共滲是以滲氮為主的碳、氮共滲過程。當(dāng)?shù)吞荚油瑫r(shí)滲入鋼中時(shí)，很快在表面形成很多細(xì)小的含氮滲碳體Fe3CN，這些碳、氮化合物就是鐵的氮化物的形成核心，從而加快了滲氮過程，縮短了軟氮化的時(shí)間。低溫碳、氮共滲所用的滲劑一般采用吸熱式氣氛和氨氣混合氣，也有用尿素、甲酰胺、三乙醇胺以及醇類加氨氣。共滲層的表面硬度比純氣體滲氮稍低，但仍具有較高的硬度、耐磨性和高的疲勞強(qiáng)度。低溫碳氮共滲加熱溫度低、處理時(shí)間短、鋼件變形小，又不受鋼種限制，適用于碳鋼、合金鋼和鑄鐵材料。可用于處理各種工模具以及一些軸類零件。

（五）鋼的滲硼

用活性硼原子滲入鋼件表層并形成鐵的硼化物的化學(xué)熱處理工藝稱為滲硼。滲硼能顯著提高鋼件的表面硬度（1300～2000HV）和耐磨性，同時(shí)具有良好的耐熱性和抗蝕性。

根據(jù)使用的滲硼介質(zhì)，滲硼方法有固體滲硼、液體滲硼和氣體滲硼。目前用得最多的是液體滲硼。液體滲硼就是鹽浴滲硼，最常用的鹽浴滲硼劑是由無(wú)水硼砂加碳化硼、硼鐵或碳化硅組成。鹽浴滲硼層的組織由化合物層和擴(kuò)散層組成。常見的化合物層表面是FeB，次層是Fe2B，或者是單相Fe2B。由于硼化物層具有很高的硬度，并且淬火、回火之后也不發(fā)生變化，因此鋼件滲硼后，其耐磨性比滲碳和碳、氮共滲都高，尤其在高溫下的耐磨性顯得更為優(yōu)越。滲硼層在800℃以下仍保持很高的硬度和抗氧化性，并且在硫酸、鹽酸及堿中具有良好的抗蝕性（但不耐硝酸腐蝕）。因此，滲硼處理廣泛用于在高溫下工作的工模具及結(jié)構(gòu)零件，使其使用壽命能成倍地增加。

常用熱處理與表面處理方法匯總

名詞		說明		目的		適用范圍
退火		加熱到相變溫度以上，保溫一定的時(shí)間，然后慢慢冷卻		1.   消除在前一工序（鍛造、冷壓等）中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 2.   降低硬度，改善加工性能， 3.   增加塑性和韌性 4.   使材料的成分或組織均勻，為以后的熱處理做準(zhǔn)備		完全退火適用于含碳量 0.8%以下的鑄鍛件、焊件;； 為消除內(nèi)應(yīng)力的退火主要用于鑄件和焊件
正火		加熱到相變溫度以上，保溫一定時(shí)間，再在空氣中冷卻		1.  細(xì)化晶粒 2.  與退火后相比，強(qiáng)度略有增高，并能改善低碳鋼的能力		用于各種鋼與鑄件
淬火		加熱到相變溫度以上，保溫一定的時(shí)間，再在冷卻劑（水、油或鹽水）中急速的冷卻		1．提高硬度及強(qiáng)度 2．提高耐磨性		淬火后鋼件必須回火
回火		經(jīng)淬火后在加熱到相變溫度以下的某一溫度，在該溫度停留一定時(shí)間，然后在水、油或空氣中冷卻		1.  消除淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 2.  增加韌性，降低硬度		高碳鋼制的工具、量具、刃具，用低溫回火； 彈簧中用中溫(350~500)℃回火
調(diào)質(zhì)		淬火后再進(jìn)行高溫回火稱為“調(diào)質(zhì)”		可以完全消除內(nèi)應(yīng)力，并獲得較高的綜合力學(xué)性能		用于重要的軸、齒輪以及絲桿等零件
表面淬火		用火焰或感應(yīng)加熱，將零件表面迅速加熱至相變溫度以上，急速冷卻		使零件表面獲得高硬度，而心部保持一定韌性，使零件既耐磨又能承受沖擊		用于重要的齒輪以及曲軸、活塞銷等
滲碳淬火		在滲碳劑中加熱到900~950°C，停留一定時(shí)間，將碳滲入鋼表面，深度約0.5~2mm，再淬火后回火		增加零件表面硬度及耐磨性，提高材料的疲勞強(qiáng)度		適用于含碳量0.08%~0.25%的低碳鋼及低碳合金鋼
碳氮共滲		使工作表面同時(shí)同時(shí)滲入碳和氮元素		增加表面硬度耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性		適用于碳素鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼
氮化		使工作表面滲入氮元素		增加表面硬度耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性		適用于含：鉻、鉬、錳等的合金鋼，例如要求耐磨的主軸、量規(guī)、樣板等
穩(wěn)定化		1、自然穩(wěn)定化處理：在空氣中存放到半年到一年以上 2、人工穩(wěn)定化處理：加熱到500~600°C，在這個(gè)溫度保持10~20h或者更長(zhǎng)時(shí)間		使鑄件消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件的形狀和尺寸		用于機(jī)床床身等大型鑄件
冷處理		將淬火鋼繼續(xù)冷卻至室溫以下的處理方法		進(jìn)一步提高硬度、耐磨性，并使其尺寸趨于穩(wěn)定		用于軸承的鋼球、量規(guī)等

金屬表面處理工藝

名稱	定義
機(jī)械拋光	機(jī)械拋光是在專用的拋光機(jī)上進(jìn)行拋光，靠極細(xì)的拋光粉和磨面間產(chǎn)生的相對(duì)磨削和滾壓作用來消除磨痕的，分為粗拋光和細(xì)拋光。
化學(xué)拋光	利用金屬材料在電解液中的選擇性自溶解作用，以降低其表面粗糙度的過程 是靠化學(xué)試劑對(duì)樣品表面凹凸不平區(qū)域的選擇性溶解作用消除磨痕、浸蝕整平的一種方法。
磷化涂裝	磷化工藝過程是一種化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)形成磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的過程，所形成的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜稱之為磷化膜。磷化的目的主要是：給基體金屬提供保護(hù)，在一定程度上防止金屬被腐蝕；用于涂漆前打底，提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力；在金屬冷加工工藝中起減摩潤(rùn)滑使用。 涂料對(duì)被涂物件表面的裝飾、保護(hù)以及功能性作用是以其在物件表面所形成的涂膜來體現(xiàn)的。使涂料在被涂物件表面形成所需要的涂膜的過程，通稱涂料施工，也稱涂裝。
噴漆噴塑	噴粉就是噴塑，是指：通過靜電發(fā)生器，把塑粉附著到工件表面，然后高溫固化 共同點(diǎn)防腐，不同點(diǎn)，防腐材質(zhì)不同防腐效果用途不同
著色染色	是金屬通過化學(xué)浸漬、電化學(xué)和熱處理法等在金屬表面形成一層帶有某種顏色，并且具有一定抗蝕能力的化合物。生成的化合物通常為具有相當(dāng)穩(wěn)定的化學(xué)性的。
電鍍電泳	電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程。  電泳:溶液中帶電粒子（離子）在電場(chǎng)中移動(dòng)的現(xiàn)象
氧化發(fā)黑	氧化是一種化學(xué)反應(yīng)，凡是和氧化合的都叫氧化，但發(fā)黑是專指，鐵在堿性溶液里面進(jìn)行氧化，在鐵的表面生成黑色的氧化膜  。
陽(yáng)極氧化	金屬或合金的電化學(xué)氧化。將金屬或合金的制件作為陽(yáng)極，采用電解的方法使其表面形成氧化物薄膜

文章來源鋼鐵裁縫之焊接