钢表面热处理工艺简介

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1、2018/9/25,1,钢的表面热处理,2018/9/25,2,1、钢的普通热处理包括哪些工艺?正火、退火、淬火和回火，统称“四把火”。 2、什么是调质？调质处理后钢的组织和性能怎样？淬火后高温回火的复合热处理工艺称调质。调质后的组织为回火索氏体，具有综合力学性能。 3、什么是钢的淬透性？钢在淬火条件下得到M组织或淬透层深度的能力，是钢的固有属性。,温故知新,2018/9/25,3,设计零件结构时应遵循的原则, 避免尖角和棱角。, 避免厚薄悬殊，必要时可增加工艺孔。,2018/9/25,4, 采用对称结构，以减小热处理时的变形。, 某些易变形的零件可采用封闭结构，如图所示为弹簧夹头， 其槽口在

2、热处理之后再切开。, 必要时可将整体件改成组装件，如图零件的镶拼结构。,设计零件结构时应遵循的原则,2018/9/25,5,在这种情况下，单从材料选择入手或采用普通热处理方法，不能满足其要求。,普通热处理的适用情况（性能）： 低碳钢 ：可满足心部要求，表面要求不能满足； 高碳钢： 可满足表面要求，心部要求不能满足；,解决这一问题的方法是表面热处理和化学热处理,2018/9/25,6,钢的表面热处理,一、表面淬火,表面淬火概念：利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面的热处理方法。(改变钢表层组织的局部热处理工艺),2018/9/25,7,钢的表面淬火, 表面淬火用材料含碳量为0.

3、40.5%的中碳钢及铸铁。 表面淬火后的组织表层组织为回火马氏体，心部组织为回火索氏体 （调质）或铁素体加索氏体（正火）。,2018/9/25,8,表面淬火,按照实现方式，表面淬火可分为：感应加热表面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火,2018/9/25,9,火焰加热表面淬火 ：用氧乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含C 0.35%0.7%的中碳钢和中碳合金钢，如45，40Cr。感应加热表面淬火 ：用一定频率的感应电流使工件表面被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含C 0.4%0.5%的中碳钢和中碳合金钢，如40，40Cr。,

4、表面淬火,2018/9/25,10,两类表面淬火的比较,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。 主要适用于单件、小批量生产及大型零件（如大型齿轮、轴、轧辊等）的表面淬火。,2018/9/25,11,火焰加热表面淬火示意图,特点及应用：设备简单、成本低、灵活性大，但淬火质量较难控制。,2018/9/25,12,感应加热表面淬火,2018/9/25,13,感应加热表面淬火,感应加热的基本原理感应加热表面淬火的装置如图所示。, 交变磁场使工件内部感生出巨大的 涡流 电流频率越高，感应电流透入深度 越浅,20

5、18/9/25,14,感应加热表面淬火的特点, 加热温度高； 工件表层硬度高，脆性较低； 工件表面质量好； 生产效率高。,2018/9/25,15,感应加热的分类, 高频感应加热电流频率范围250300kHz，淬硬层深度为0.5 2.0mm，适用于中小模的齿轮及中小尺寸的轴类零件。 中频感应加热电流频率范围50250Hz，淬硬层深度210mm， 适用于较大的轴和大中模数齿轮。 工频感应加热电流频率50Hz，淬硬层深度可达1015mm，适用 于较大直径零件的穿透加热及大直径零件如轧辊、火车 车轮的表面淬火。,感应加热表面淬火后的回火一般只进行低温回火，回火温度一般不高于200。,2018/9/2

6、5,16,电流频率与淬硬深度的关系,在淬火温度状态下，电流透入的深度与感应电流的频率有关。,2018/9/25,17,感应加热淬火零件的加工工艺路线,下料-锻造-调质或正火-切削加工-感应加热淬火+低温回火-精加工-检验,2018/9/25,18,钢的化学热处理,将钢放入一定的活性介质中加热和保温，使 介质中的活性原子渗入工件表面，以改变表 面化学成分、组织和性能的热处理工艺。,分类：渗碳、渗氮、 碳氮共渗、渗硼、渗铬、渗铝,2018/9/25,19,钢的化学热处理的过程,1. 分解： 由介质中分解出所渗元素的活性原子,2. 吸收： 工件表面对活性原子进行吸收，形成固熔体或形成化合物。,3.

7、扩散： 在一定温度下，所吸附原子由表层往里迁移，形成一定厚度的渗层。,2018/9/25,20,钢的渗碳,概念：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。,目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的强度和良好的韧性配合。,渗碳方法：渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和真空渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。,渗碳用钢：含碳量为0.1%0.25%的低碳钢和低碳合 金钢。,2018/9/25,21,一汽渗碳生产线,2018/9/25,22,气体渗碳法,此法是使工件在高温（900 950）的渗碳气氛进行渗碳。,2018/9/2

8、5,23,气体渗碳法,渗碳气氛有两种供给方式，一种是将富碳气体直接通入炉内； 另一种是将已分解的有机物液体滴入炉内。气体渗碳法优点是生产率高，质量好，但渗碳层深度不易控 制。,2018/9/25,24,此法是将工件埋在固体渗碳剂中，装箱密封， 加热到渗碳温度保温以使工件表层增碳的工艺。,A、 固体渗碳法特点是生产率低，设备 简单，成本低，目前一些小厂仍广 泛使用。B、 固体渗碳剂一般由主渗剂（木炭粒） 和催渗剂组成的混合物。,固体渗碳法,2018/9/25,25,将零件放入特制的真空渗碳炉中，先抽真空，然 后升温至渗碳温度，再通入一定量的渗碳气体进行渗碳的一种热处理工艺。,真空渗碳,2018/

9、9/25,26,渗碳层的成分和厚度, 工件渗碳后表面含碳量可达过共析钢的成分，由表向里碳浓 度逐渐降低，如图所示。, 机器零件渗碳层的厚度通常为0.52mm。,2018/9/25,27,渗碳后的热处理方法有三种，如图所示。, 直接淬火法：零件渗碳出炉后冷至约830，直接放入冷却 介质中淬火，然后进行低温回火。 一次淬火法：渗碳零件出炉缓冷后，再加热到淬火温度进行 淬火和回火。 两次淬火法：将工件渗碳后缓冷再进行两次淬火。,渗碳后的热处理,2018/9/25,28,喷丸,2018/9/25,29,钢的渗氮,概念：渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的热处理工艺。,2018/9/

10、25,30,钢的渗氮,目的：提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。,渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是气体渗氮。,渗氮用钢：优质碳素结构钢，如20，40等；一般合金结构钢，如40Cr等；渗氮专用钢，如38CrMoAl。,2018/9/25,31,氮化工艺, 离子渗氮在低真空度容器内，稀薄的氨气在高电压作用下，迫 使电离后的氨离子高速冲击工件，使其渗入工件表面。离 子氮化的优点是氮化时间短，变形小。, 气体氮化在专门设备中通入氨气NH3 并加热至560570。氮化时 间约2050h，氮化层深度一 般0.10.6mm。,2018/9/25,32,氮化用钢及氮化处理技

11、术条件, 氮化用钢通常是含有Al、Cr、Mo、V等合金钢。应用 最广泛的是38CrMoAl。 选择氮化层厚度不超过0.60.7mm。 工件在氮化前进行调质处理，氮化后不进行热处理。,2018/9/25,33, 氮化后工件表面硬度高、耐磨性高和热硬性高。 氮化后工件的疲劳强度显著提高。 氮化工件变形小；耐腐蚀能力高。 氮化工艺复杂，成本高。 目前氮化工艺主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件,氮化特点及应用,2018/9/25,34,钢的氰化,氰化是使工件表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺，也称作碳氮共渗。常用的氰化方法有：1）低温气体碳氮共渗共渗介质有尿素、甲酰氨和三乙醇氨等，处理温度不 超过5

12、70，处理时间13h，硬度可达5067HRC。现普遍用于模具、刃具、量具及耐磨零件的处理。2）中温气体碳氮共渗滴入煤油并通入氨气，加热温度830850。保温3 4h时，氰化层厚度可达0.50.6mm。目前主要用于形状复杂、要求变形小、受力不大的小型零件的处理。,2018/9/25,35,其它化学热处理方法,渗铬：有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。,渗硼：十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的能力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗层，但不耐大气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模具和工件夹具。,2018/9/25,36,钢的热处理新技术,

13、一、可控气氛热处理,二、真空热处理,三、形变热处理,四、表面处理和技术,2018/9/25,37,保护气氛热处理,保护气氛热处理是采用无氧化加热，或采用控制气 氛来防止热处理过程中的氧化和脱碳的一种工艺。1采用无氧化加热在炉内通入高纯度中性气体N和氩等 进行加热，以防氧化和脱碳。2可控气氛法一般利用含碳的液体（甲醇、乙醇、丙酮等），分解 和裂化成一定的碳势的控制气氛，引入热处理炉内。所谓碳势，是指加热时控制气氛的脱碳作用和渗碳作 用保持平衡时钢的含碳量。如某一控制气氛在一定温度下 如果具有0.4%碳势，则含碳为0.4%的钢在此气氛中加热 不会脱碳和氧化。,2018/9/25,38,真空炉,20

14、18/9/25,39,真空热处理,真空热处理是在1.330.0133Pa真空度的真空介质中加热的热处理工艺。特点及应用： 真空热处理可使零件表面无氧化、不脱碳、变形小。 真空热处理广泛用于化学热处理中，如真空渗碳、真空渗铬等。,2018/9/25,40,激光热处理是利用激光加热工件，依靠工件本身的传热来实现冷却淬火的工艺。特点： 可在0.3s达到最高温度，1s内冷却到Ms点，可在表面层获得全部马氏体组织。 激光热处理不受钢种的限制，与钢的淬透性无关。,激光热处理,2018/9/25,41,气相沉积,气相沉积法有化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD）。,1化学气相沉积在真空反应室内，加热到9001100进行。将挥发性氯化钛（如TiCl4）与气态碳氢化合物（如CH4）一道通入容器，使工件表面发生化学反应生成TiC，并沉积成68m的覆盖层。2物理气相沉积是借助一种惰性气体（如氩气）的辉光放电，使金属 （如Ti）蒸发离子化，同时引进CO2等反应气体，便可使工 件表面获得碳化物（如TiC）。,