低溫化學(xué)熱處理的作用與類型
時間：2025-08-18 07:59:14 點擊次數(shù)：
低溫化學(xué)熱處理是指在200-500℃ 溫度范圍內(nèi)，通過化學(xué)介質(zhì)（氣體、液體、固體）向工件表層滲入一種或多種元素，改變表層化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和性能的工藝。其核心特點是低溫下實現(xiàn)表層強化，同時避免工件整體性能（如心部韌性）因高溫加熱而惡化，廣泛應(yīng)用于精密零件、易變形件及需保持心部性能的工件處理。
提高表層硬度與耐磨性
通過滲入碳、氮、硼等元素，在工件表層形成硬化相（如氮化物、碳氮化合物），硬度可達 50-120HRC，顯著提升耐磨性。例如，軸承滾子經(jīng)低溫滲氮后，表層硬度從 20-30HRC 提升至 70-80HRC，使用壽命延長 3-5 倍。
改善表面耐腐蝕性
滲入鉻、鋁、硅等元素可形成致密氧化膜（如 Cr?O?、Al?O?），阻礙腐蝕介質(zhì)侵入。例如，不銹鋼低溫滲鋁后，在鹽霧環(huán)境中的耐蝕性提升 10 倍以上。
增強抗疲勞性能
表層滲入元素后產(chǎn)生壓應(yīng)力（如滲氮后的殘余壓應(yīng)力可達 500-1000MPa），抵消工件服役時的拉應(yīng)力，延緩疲勞裂紋萌生。汽車變速箱齒輪經(jīng)低溫碳氮共滲后，彎曲疲勞強度提高 20%-30%。
保持工件尺寸精度與心部性能
低溫處理避免了高溫下的晶粒長大、相變膨脹或收縮，工件變形量可控制在 0.01-0.05mm 范圍內(nèi)（適合精密零件，如模具、儀表零件）；同時心部仍保持原始韌性（如低碳鋼心部沖擊韌性≥20J/cm2）。
根據(jù)滲入元素的不同，常見類型及特點如下：
低溫滲氮（350-500℃）
- 原理：將工件置于氨分解氣（N?、H?）或含氮介質(zhì)中，氮原子滲入表層，形成 ε-Fe?-3N、γ’-Fe?N 等氮化物。
- 特點：無白亮層（或極?。?，韌性好，變形極??；適用于高速鋼刀具、精密軸承等。
- 延伸工藝：離子滲氮（利用輝光放電加速氮原子滲入），效率更高，滲層更均勻。
氮碳共滲（軟氮化，500-570℃）
- 原理：同時滲入氮和碳，表層形成氮化物 + 碳氮化合物復(fù)合層，次表層為擴散層。
- 特點：處理時間短（1-4 小時），表層硬度 50-70HRC，兼具耐磨性和抗咬合性；適用于螺栓、齒輪等。
低溫滲碳（450-500℃）
- 原理：在低碳鋼或不銹鋼表層滲入碳，形成過飽和固溶體或碳化物（如 Cr??C?）。
- 特點：避免高溫滲碳導(dǎo)致的晶粒粗大，適合奧氏體不銹鋼（如 304 鋼）表面硬化，解決其耐磨性差的問題。
低溫碳氮共滲（300-450℃）
- 原理：以滲碳為主、滲氮為輔，形成碳氮復(fù)合硬化層。
- 適用于：要求低變形的精密零件（如儀表齒輪），表層硬度可達 60-80HRC。
- 滲硫（200-300℃）：滲入硫元素形成 FeS 潤滑層，降低摩擦系數(shù)，提高抗咬合性，適用于滑動軸承、活塞環(huán)等。
- 氧氮共滲：滲入氧和氮，形成氧化物 + 氮化物層，兼具耐磨性和耐蝕性，適合鋁合金等輕金屬零件。
- 精密機械領(lǐng)域：機床導(dǎo)軌、精密齒輪（控制變形）；
- 汽車工業(yè)：發(fā)動機凸輪軸、變速箱同步器（抗疲勞、耐磨）；
- 模具行業(yè)：冷作模具、塑料模具（提高壽命，避免高溫軟化）；
- 航空航天：渦輪葉片、緊固件（耐高低溫腐蝕、抗疲勞）。
低溫化學(xué)熱處理的核心價值在于 **“表層強化與整體性能兼顧”**，通過精準控制滲入元素和工藝參數(shù)，在幾乎不影響工件尺寸和心部性能的前提下，顯著提升表層的耐磨、耐蝕、抗疲勞等性能。不同類型的工藝可根據(jù)零件材質(zhì)和服役需求靈活選擇，是精密制造領(lǐng)域不可或缺的表面處理技術(shù)。
