热处理中使用哪种化学品？掌握淬火和渗碳以获得优质金属

热处理中

最常见的化学品是用于快速冷却的液体，如水和油，以及炉内用于有意改变金属表面化学成分的特定气体。虽然“化学品”一词可能暗示着复杂的添加剂，但它通常指的是用于淬火或创建受控气氛的这些基本剂。

需要理解的核心原则是，化学品在热处理中发挥着两个不同的作用：它们要么作为控制冷却速率的介质（淬火），要么作为改变材料本身表面性能的活性剂。

热处理中化学品的两个作用

要了解使用哪种化学品，您必须首先明确您的目标。您是想通过快速冷却使整个零件硬化，还是想创建一个坚硬、耐磨的表面层？

作用1：用于快速冷却的淬火介质

淬火是快速冷却热金属零件的过程，以锁定特定的晶体结构，通常是为了增加其硬度。

这里的“化学品”是液体浴，称为淬火剂。

• 水：提供极快的冷却速率。它便宜且有效，但会引起显著的内应力，导致复杂零件变形甚至开裂。
• 油：冷却速度比水慢得多，更温和。这降低了翘曲和开裂的风险，使其成为许多合金钢的常见选择。
• 盐水（Brine）：冷却速度甚至比普通水更快。盐有助于防止金属表面形成绝缘蒸汽气泡，确保更均匀和强烈的淬火。
• 聚合物：与水混合的聚合物溶液可以设计成提供各种冷却速率，介于水和油之间。

作用2：用于表面改性的受控气氛

这被称为化学热处理或表面硬化。在这里，化学品是一种气体，它改变金属表面的化学成分。

目标是制造一个具有坚硬、耐磨外壳（表层）和较软、较韧内芯的零件。

• 渗碳：此过程向低碳钢表面添加碳。零件在富含一氧化碳 (CO) 或富碳气体（如甲烷或丙烷）的密封气氛中加热。
• 渗氮：此过程向钢表面添加氮。零件在含有富氮气体（最常见的是氨 (NH3)）的气氛中加热，氨在金属表面分解。
• 碳氮共渗：顾名思义，此过程向表面添加碳和氮，结合了上述两种工艺的特点，以获得独特的表面性能。

这些气氛处理可防止不良反应，例如碳损失（脱碳）或氧化皮形成（氧化），这些都会削弱零件。

理解权衡

化学品的选择绝非没有后果。每个选项都在所需性能和潜在风险之间取得平衡。

淬火风险：硬度与完整性

水或盐水等更具侵略性的淬火剂会产生更高的硬度。然而，这种快速的温度变化会产生巨大的内应力。

这种应力会导致零件翘曲、变形，甚至开裂，特别是当它具有尖角或不同厚度时。选择较慢的淬火剂（如油）是一种有意的策略，以牺牲一些潜在硬度为代价来保护零件的完整性。

气氛控制：复杂性和成本

虽然化学热处理提供卓越的表面性能，但它们需要复杂的设备。

密封炉、精确的温度调节和对气体流量的仔细管理至关重要。与简单的加热和淬火操作相比，这增加了复杂性和成本。

为您的目标做出正确选择

您的最终决定必须以组件的预期应用为指导。

• 如果您的主要重点是在简单形状上实现最大硬度：快速水淬或盐水淬火通常是最直接的方法。
• 如果您的主要重点是平衡硬度与尺寸稳定性：对于大多数合金钢零件，在油中进行较慢、较温和的淬火是标准做法。
• 如果您的主要重点是创建高度耐磨的表面：渗碳或渗氮等化学热处理工艺对于从根本上改变表面化学成分是必要的。

最终，选择正确的化学品在于确定您是需要通过冷却来管理热能，还是需要修改材料的表面成分。

总结表：

作用	主要化学品	主要目的
淬火介质	水、油、盐水、聚合物	控制冷却速率以获得硬度
气氛气体	甲烷、氨、一氧化碳	改变表面化学成分以提高耐磨性

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