《机械制造基础课件及视频作者徐年富 项目六 钢的热处理3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造基础课件及视频作者徐年富 项目六 钢的热处理3（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、任务三 了解钢的表面热处理 n对工件表面进行强化的金属热处理工艺 它不改变零件心部的组织和性能 广 泛用于既要求表层具有高的耐磨性 抗 疲劳强度和较大的冲击载荷 又要求整 体具有良好的塑性和韧性的零件 如曲 轴 凸轮轴 传动齿轮等 表面热处理 分为表面淬火和化学热处理两大类 一 钢的表面淬火 n仅对钢的表面加热 冷却而不改变其 成分的热处理工艺称为表面淬火 表 面淬火使工件表层得到高硬度的淬火 马氏体 而心部仍然保持原有的韧性 其主要种类有 n感应加热淬火和火焰加热淬火两类 1 感应加热表面热处理 n如图所示将工件放 在通有高频 中频 工频 电流的线圈中 利用感应电流通 过工件产生热效应 集肤
2、效应 使 工件表层 或局部 迅速加热并进行快 速冷却的淬火工艺 叫感应加热表面 淬火 感应加热的基本原理 n感应线圈中通以交流电时 即在其内部和周围 产生一与电流相同频率的交变磁场 若把工件 置于磁场中 则在工件内部产生感应电流 并 由于电阻的作用而被加热 由于交流电的集肤 效应 靠近工件表面的电流密度大 而中心几 乎为零 工件表面温度快速升高到相变点以上 而心部温度仍在相变点以下 感应加热后 采用水 乳化液或聚乙烯醇水溶液喷射淬火 淬火后进行180 200 低温回火 以降低淬火 应力 并保持高硬度和高耐磨性 感应加热表面淬火示意图 集肤效应示意图 n表面淬火一般用于中碳钢和中碳低合金钢 如
3、45 40Cr 40MnB钢等 用于齿轮 轴类零 件的表面硬化 提高耐磨性 感应加热表面热处理的特点 n 1 高频感应加热时 钢的奥氏体化是在较大的过热 度 Ac3以上80 150 进行的 因此晶核多 且不 易长大 n 2 表面层淬得马氏体后 由于体积膨胀在工件表面层 造成较大的残余压应力 显著提高工件的疲劳强度 n 3 因加热速度快 没有保温时间 工件的氧化脱碳 少 另外 由于内部未加热 工件的淬火变形也小 n 4 加热温度和淬硬层厚度 从表面到半马氏体区的 距离 容易控制 便于实现机械化和自动化 感应加热设备 n主要是感应加热频率的选择 根据热处理及加 热深度的要求选择频率 频率越高加热的
4、深度 越浅 n高频 10KHZ以上 加热的深度为0 5 2 5mm 一般用于中小型零件的加热 如小模数齿轮及 中小轴类零件等 n中频 1 10KHZ 加热深度为2 10mm 一般用 于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热 n工频 50HZ 加热淬硬层深度为10 20mm 一 般用于较大尺寸零件的透热 大直径零件 直 径300mm以上 如轧辊等 的表面淬火 2 火焰加热表面淬火 n火焰加热表面淬火是用乙炔 氧或煤气 氧等 火焰加热工件表面 进行淬火 n火焰加热表面淬火和高频感应加热表面淬火相 比 具有设备简单 成本低等优点 但生产率 低 零件表面存在不同程度的过热 质量控制 也比较困难 因此主要适用
5、于单件 小批量生 产及大型零件 如大型齿轮 轴 轧辊等 的 表面淬火 火焰加热表面淬火示意图 火焰淬火方法 二 钢的化学热处理 n化学热处理是将钢件置于一定温度的活性 介质中保温 使一种或几种元素渗入它的 表面 改变其化学成分和组织 达到改进 表面性能 满足技术要求的热处理过程 n化学热处理的种类 有渗碳 渗氮 碳氮 共渗 氮碳共渗及渗金属等 n化学热处理三个基本过程 n分解 吸收 扩散 1 渗碳 n 1 概述 n概念 增加钢件表面含碳量和一定的碳浓 度梯度 将钢件在渗碳介质中加热并使碳 原子渗入表层的化学热处理工艺 n目的 使钢件在热处理后获得高的表面硬 度 耐磨性及高的疲劳强度和弯曲疲劳强
6、 度 n方法 固体渗碳 液体渗碳和气体渗碳 n渗碳用钢 15 20钢等低碳钢 气体渗碳工艺 将工件装在密封的 渗碳炉中 加热到 900 950 向炉内滴入煤油 苯 甲醇等有机液 体 或直接通入煤 气 石油液化气等 气体 通过化学反 应产生活性碳原子 使钢件表面渗碳 渗碳使低碳 0 15 0 30 钢件表面 获得高碳浓度 约 1 0 渗碳工艺曲线 分为升温排气 强渗 扩散及降温冷却四个阶段 2 渗碳后的热处理 n 直接淬火 渗碳后直接淬火 由于渗碳温度高 奥氏体晶 粒长大 淬火后马氏体较粗 残余奥氏体也较多 所以耐磨 性较低 变形较大 为了减少淬火时的变形 渗碳后常将工 件预冷到830 850
7、后淬火 n 一次淬火 是在渗碳缓慢冷却之后 重新加热到临界温度 以上保温后淬火 心部组织要求高时 一次淬火的加热温 度略高于Ac3 对于受载不大但表面性能要求较高的零件 淬火温度应选用Ac1以上30 50 使表层晶粒细化 而 心部组织无大的改善 性能略差一些 n 二次淬火 对于力学性能要求很高或本质粗晶粒钢 应采 用二次淬火 第一次淬火是为了改善心部组织 加热温度 为Ac3以上30 50 第二次淬火是为细化表层组织 获 得细马氏体和均匀分布的粒状二次渗碳体 加热温度为Ac1 以上30 50 n 渗碳 淬火后进行低温 150 200 回火 以消除淬 火应力和提高韧性 3 钢渗碳 淬火 回火后的性
8、能 n 表面硬度高 达58HRC 64HRC 以上 耐磨性较好 心部韧性较好 硬 度较低 可达30 45HRC n 疲劳强度高 表层体积膨胀大 心部体积膨胀小 结果在表层中造成 压应力 使零件的疲劳强度提高 气体渗碳炉 2 渗氮 n概念 渗氮就是向钢件表面渗入氮原 子的工艺 n目的 在于更大地提高钢件表面的硬 度和耐磨性 提高疲劳强度和抗蚀性 n常用的渗氮用钢 有35CrAlA 38CrMoAlA 38CrWVAlA等 1 工艺 n目前广泛应用的是气体渗氮 氨被加热分解出活性氮 原子 2NH3 3H2 2 N 氮原子被钢吸收并溶入表面 在保温过程中向内扩散 形成渗氮层 n 氮化温度 一般为50
9、0 600 氮化时间长 一般为20h 50h n 渗氮前零件须经调质处理 目的是改善机加工性能 和获得均匀的回火索氏体组织 保证较高的强度和韧 性 对于形状复杂或精度要求高的零件 在渗氮前精 加工后还要进行消除内应力的退火 以减少渗氮时的 变形 2 组织和性能 n 钢件氮化后具有很高的硬度 1000HV 1100HV 且在600 650 下保持不下降 所以具有很高的耐 磨性和热硬性 氮化后 工件的最外层为一白色 或 相的氮化物薄层 很脆 常用精磨磨去 中间是暗黑 色含氮共析体 层 心部为原始回火索氏体组 织 n 钢氮化后 渗层体积增大 造成表面压应力 使疲劳 强度大大提高 n 氮化温度低 零件
10、变形小 n 氮化后表面形成致密的化学稳定性较高的 相层 所 以耐蚀性好 在水中 过热蒸气和碱性溶液中均很稳 定 38CrMoAl钢的渗氮工艺曲线 3 碳氮共渗 n概念 在一定的温度下同时将碳 氮 渗入工件表层奥氏体中并以渗碳为主 的化学热处理工艺称为碳氮共渗 n目的 提高钢的硬度 耐磨性和疲劳 强度 特点 n渗层表面具有比渗碳更高的硬度 耐 磨性和疲劳强度 且工件不易过热 能直接淬火 淬火变形小 n共渗层淬透性较高 且共渗速度较快 n共渗层一般都较浅 约为0 2 0 8mm 因而工件承载能力较低 工艺 n将工件放入密封炉内 加热到共渗温度 830 850 向炉内滴入煤油 同 时通以氨气 经保温
11、1h 2h后 共渗 层可达0 2mm 0 5mm 高温碳氮共渗 主要是渗碳 但氮的渗入使碳浓度很快 提高 从而使共渗温度降低和时间缩短 碳氮共渗后淬火 再低温回火 4 氮碳共渗 n概念 氮碳共渗又称软氮化 实质上 是以渗氮为主的低温氮碳共渗 氮原 子渗入钢件表面的同时 还有少量的 碳原子渗入 其处理结果与一般气体 渗氮相比 其渗层硬度较低 脆性较 小 n目的 提高钢的耐磨性和抗咬合性 特点 n氮碳共渗处理的工艺时间短 一般为1 4小时 而气体渗氮长达几十小时 n氮碳共渗一般脆性小 n抗磨渗氮只适用于特殊的渗氮钢 而软氮化不受 被处理材料的限制 可广泛用于钢铁材料及粉末 冶金材料 n设备简单 操
12、作方便 n目前存在的问题是渗层较薄 不宜用于重载条件 下工作的零件 在共渗过程中 炉内会产生HCN这 种剧毒气体 必须注意炉子密封 以免泄露污染 环境 任务四 了解热处理新技术 n为了提高零件机械性能和表面质量 节 约能源 降低成本 提高经济效益 以 及减少或防止环境污染等 发展了许多 热处理新技术 新工艺 1 氮基可控气氛热处理 n氮基气氛是上世纪70年代应付国际能 源危机发展起来的新型热处理炉气氛 氮基气氛的含义很广 这里仅以氮 为主体 添加很少有机物或氧化介质 组合而成的热处理炉气氛 氮基气氛 在热处理生产中应用发展很快 应用 n 1 用于光亮淬火 使用碳分子筛制取的氮经 净化获得99
13、999 高纯氮气氛 用于高碳钢 合金钢等光亮淬火 如T10钢卷笔刀片光亮淬 火所使用的氮基气氛是用氮气加乙醇制备 n 2 用于渗碳 氮基渗碳气氛目前已进入商品 化阶段 有许多应用实例都说明氮基气氛代替 Rx气氛进行低碳钢渗碳 不但在技术上可行 而且在经济上合理 n 3 用于碳氮共渗 在煤油与甲醇滴注入炉的 同时 通入氨与空气的燃烧气加氨气 实现纺 织机零件氮基气氛碳氮共渗的 2 真空热处理 n将金属工件在1个大气压以下 即负压下 加热的金属热 处理工艺称为真空热处理 n真空热处理是随着航天技术的发展而迅速发展起来的 新技术 它具有无污染 无氧化脱碳 质量高 节约 能源 变形小等一系列优点 由于
14、在真空中加热 零 件中存在的有害物质 气体等均可除去 提高了性能 和使用寿命 如AISI430不锈钢螺栓 真空加热比氢 气保护下加热强度提高25 模具的寿命可提高40 真空渗碳温度可达1000 其扩散期只需一般气体 渗碳的1 5 所以整个渗碳时间可以显著缩短 渗层均 匀 有效层厚 并可节约大量宝贵的能源 另外由于 真空热处理加热均匀 升温缓慢 其加工余量减小 变形仅为盐浴加热的1 5 1 10 3 激光热处理 n激光是20世纪60年代出现的重大科学技术成就 之一 激光是用相同频率的光诱发而产生的 由于激光具有高亮度 高方向性和高单色性等 很有价值的特殊性能 一经问世就引起了各方 面的重视 70
15、年代制造出大功率的激光器以后 相继出现了一些激光处理的表面强化新技术 目前 已有激光淬火 激光合金化 激光涂 层以及激光冲击硬化等 其它热处理新技术 n气相沉积 n太阳能热处理 n形变热处理 n电子束热处理 n离子注入 任务五 认识热处理工 n职业名称 热处理工 n职业定义 操作金属热处理设备 对金属工件 进行金相组织或表层化学成分与组织 消除应 力以改善金属工件性能的人员 n职业等级 五个等级 初级 国家职业五级 中级 国家职业四级 高级 国家职业 三级 技师 国家职业二级 高级技师 国家职业一级 n职业能力 具有一般的计算能力和空间感 形 体知觉 手指 手臂灵活 动作协调 一 热处理工基本
16、要求 n职业道德 不仅是从业人员在职业活动中的行 为标准和要求 而且是本行业对社会所承担的 道德责任和义务 社会主义职业道德的核心是 为人民服务 n文明作业 良好的生产秩序 整洁的工作环境 融洽的人际关系 是保证生产活动顺利进行 的前提 也是文明生产的三个重要环节 定置管理 n定置实施必须做到 有图必有物 有物必有区 有区必挂牌 有牌必分类 按图定置 按类 存放 帐 图 物一致 n热处理生产现场的定置管理应设置以下四个区 域 待热处理工件存放区 正在进行热处理的 工件存放区 工件热处理后的存放区及热处理 不良品存放区 各个区域的设置要充分考虑设 备的配置 物流的方向 方便现场操作和管理 尽量减少工件的逆向或往返流动 6S管理 n整理SEIRI 随时将现场物品分成有用和无用两类 及时将无 用的物品清除现场 n整顿SEITION 将有用的物品分类定置摆放 保持数量 质量 清晰 井然有序 取放方便 n清扫SEISO 自觉地把生产 工作的责任区域 设备 工装 工位器具清扫干净 保持整洁 明快 舒畅的生产 工作环境 n清洁SEIKETSU 认真维护生产 工作现场 确保清洁生产 杜绝职业危害 防止
