第4.4章鋼的表面熱處理

1、 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué) 主講人： 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué) 4.4.1鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理 4.4.2鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理4.4 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理本節(jié)重點(diǎn)：本節(jié)重點(diǎn)：表面熱處理表面熱處理本節(jié)難點(diǎn)：本節(jié)難點(diǎn)：表面熱處理工藝表面熱處理工藝 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)鋼的表面熱處理 工藝（概念）：對零件進(jìn)行快速加熱，使表面迅速達(dá)到淬火溫度，而心部來不及被加熱的情況下立即冷卻，使表面得到高硬度的馬氏體，而心部仍保持原來組織的一種熱處理工藝。2.應(yīng)用：表面淬火一般適用于中碳鋼（WC=0.40.5%）和中碳低合金鋼（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具鋼，低合金工具鋼（如

2、T8、9Mn2V、GCr15等）。以及球墨鑄鐵等。目前應(yīng)用最多的是感應(yīng)加熱和火焰加熱表面淬火。 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)感應(yīng)加熱表面淬火（1）工作原理 如圖4-13所示，在一個(gè)線圈中通過一定頻率的交流電時(shí)，在它周圍便產(chǎn)生交變磁場。若把工件放入線圈中，工件中就會(huì)產(chǎn)生與線圈頻率相同而方向相反的感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流在工件中的分布是不均勻的，主要集中在表面層，愈靠近表面，電流密度愈大；頻率愈高，電流集中的表面層愈薄。這種現(xiàn)象稱為“集膚效應(yīng)”，它是感應(yīng)電流能使工件表面層加熱的基本依據(jù)。?圖4-13?感應(yīng)加熱表面淬火示意圖 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)感應(yīng)加熱的分類和特點(diǎn)感應(yīng)加熱的分類 根據(jù)電流頻率的不同，感應(yīng)加熱

3、可分為：高頻感應(yīng)加熱（50300kHz），適用于中小型零件，如小模數(shù)齒輪；中頻感應(yīng)加熱（2.510kHz），適用于大中型零件，如直徑較大的軸和大中型模數(shù)的齒輪；工頻感應(yīng)加熱（50Hz），適用于大型零件，如直徑大于300mm的軋輥及軸類零件等。感應(yīng)加熱的特點(diǎn) 加熱速度快、生產(chǎn)率高；淬火后表面組織細(xì)、硬度高（比普通淬火高HRC23）；加熱時(shí)間短，氧化脫碳少；淬硬層深易控制，變形小、產(chǎn)品質(zhì)量好；生產(chǎn)過程易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，其缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴、維修、調(diào)整困難、形狀復(fù)雜的感應(yīng)圈不易制造，不適于單件生產(chǎn)。另外，工件在感應(yīng)加熱前需要進(jìn)行預(yù)先熱處理，一般為調(diào)質(zhì)或正火，以保證工件表面在淬火后得到均勻細(xì)小的馬氏體和改善工

4、件心部硬度、強(qiáng)度和韌性以及切削加工性，并減少淬火變形。工件在感應(yīng)表面淬火后需要進(jìn)行低溫回火（180200）以降低內(nèi)應(yīng)力和脆性，獲得回火馬氏體組織。 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)火焰加熱表面淬火概念: 火焰加熱表面淬火是用乙炔氧或煤氣氧的混合氣體燃燒的火焰，噴射至零件表面上，使它快速加熱，當(dāng)達(dá)到淬火溫度時(shí)立即噴水冷卻，從而獲得預(yù)期的硬度和淬硬層深度的一種表面淬火方法。火焰加熱常用的裝置如圖4-14所示。應(yīng)用:火焰表面淬火零件的選材，常用中碳鋼如35、45鋼的以及中碳合金結(jié)構(gòu)鋼如40Cr、65Mn等，如果含碳量太低，則淬火后硬度較低；碳和合金元素含量過高，則易淬裂?；鹧姹砻娲慊鸱ㄟ€可用于對鑄鐵件如灰鑄件、

5、合金鑄鐵進(jìn)行表面淬火。火焰表面淬火的淬硬層深度一般為2-6mm，若要獲得更深的淬硬層，往往會(huì)引起零件表面嚴(yán)重的過熱，且易產(chǎn)生淬火裂紋。特點(diǎn):火焰表面淬火方法簡便，無需特殊設(shè)備，可適用于單件或小批生產(chǎn)的大型零件和需要局部淬火的工具和零件，如大型軸類、大模數(shù)齒輪、錘子等。?圖4-14?火焰表面淬火示意圖 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)4.2.2化學(xué)熱處理工藝（概念）：將零件放入一定的活性介質(zhì)中，經(jīng)加熱、保溫，使介質(zhì)的活性原子滲入零件表層中，從而改變表層化學(xué)成分、組織和性能的工藝方法。 分類： （1）滲碳：氣體滲碳、固體滲碳 （2）滲氮：氣體氮化、離子氮化 （3）碳氮共滲 （4）其它滲入法化學(xué)熱處理的基本過程

6、1）化學(xué)滲劑在溫度（加熱）及催化劑作用下分解出能滲入工件表面的活性元素。2）活性原子被工件表面吸附。3）在一定溫度下工件表面的活性原子向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層。 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)滲碳滲碳 滲碳是向鋼的表面滲入碳原子，使其表面達(dá)到高碳鋼的含碳量，增加耐磨性。 1）氣體滲碳工藝及組織 氣體滲碳是采用液體或氣體碳?xì)浠衔镒鳛闈B碳劑，（如：煤油、甲苯或含碳的氣體）。 滲碳溫度是900950。時(shí)間取決于要求的滲碳層深度，從幾小時(shí)到十幾小時(shí)不等。 滲碳以后，零件表面含碳量約為0.81.0%，由表面到中心含碳量逐漸降低。2）滲碳后的熱處理 為使?jié)B碳件具有高的力學(xué)性能，滲碳后須進(jìn)行淬火及回火處理。

7、滲碳層的組織為細(xì)小針狀馬氏體和粒狀分布的滲碳體組織。 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)滲氮 3、滲氮（氮化） 滲氮是將氮原子滲入鋼件表面，形成以氮化物為主的滲氮層，以提高滲層的硬度、耐磨、耐蝕和耐疲勞強(qiáng)度等多種性能。1）滲氮工藝特點(diǎn) 滲氮?jiǎng)榘睔?，氨氣?80600 分解出具有活性的氮原子滲入工件中，形成富氮層而完成氮化。 滲氮溫度600 ，此時(shí)鐵具有最好的吸氮能力。2）組織和性能 氮與鐵等金屬形成氮化物可顯著地強(qiáng)化滲氮層。 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)碳氮共滲碳氮共滲又稱氰化:鋼件表面同時(shí)滲入碳原子和氮原子，形成碳氮共滲層，以提高工件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度的處理方法。1）高溫（820920 ）碳氮共滲，以滲碳為主，

8、氣氛中含有一定氮時(shí)，碳的滲入速度比相同溫度下單獨(dú)滲碳的速度要高，厚度更深。2）低溫（520580 ）碳氮共滲，以滲氮為主，共滲后表面形成白亮層，可大大提高工件的耐磨性和抗咬卡、抗擦傷的性能。 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)思考題 1. 正火與退火的主要區(qū)別是什么？生產(chǎn)中應(yīng)如何選擇正火及退火？2. 淬火的目的是什么？亞共析碳鋼及過共析碳鋼淬火加熱溫度應(yīng)如何選擇？試從獲得的組織及性能等方面加以說明。 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)練習(xí)題1、機(jī)床齒輪采用45制造，要求表面硬度5055HRC，心部有良好的綜合力學(xué)性能，加工工藝路線為：下料鍛造熱處理1粗加工熱處理2精加工熱處理3-磨削加工（1）工序中熱處理方法及其作用（2

9、）如果用20CrMnTi代替45鋼，熱處理工藝應(yīng)如何變化2、說明下列零件的淬火及回火溫度，并說明回火后的組織和硬度。1） 45小軸2) 60鋼彈簧3) T12銼刀: 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)3、選擇題、選擇題1、金屬隨溫度改變，由一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的過程，稱為（ ）轉(zhuǎn)變。、物理、化學(xué)、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2、純鐵在室溫時(shí)的組織為（ ）。、面心立方、體心立方、密排六方3、45鋼加熱后，鍛造時(shí)呈塊狀碎裂，喪失了可鍛性。這是由（ B ）引起的。、過熱、過燒、熱應(yīng)力、氧化和脫碳4、金屬晶格中，位錯(cuò)是一種（ ）缺陷。、點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷5、磷是鋼中的有害元素，它會(huì)使鋼出現(xiàn)（）現(xiàn)象。、熱脆、冷脆、氫

10、脆6、精加工后可安排的熱處理有（ ）。、整體淬火、退火處理、調(diào)質(zhì)處理 、氮化處理7、下列哪種材料適合滲碳表面處理（ ）。A、20Cr B、45 C、60Si2Mn D、HT2008、化學(xué)熱處理與其他熱處理方法的基本區(qū)別是（ ）A 加熱溫度 B 組織變化 C 改變表面化學(xué)成分9、拖拉機(jī)履帶、挖掘機(jī)的鏟齒一般采用（）制作。、Cr12MoV、9SiCr、ZGMn1310、引起鍛件晶粒粗大的主要原因之一是( )。A.過熱 B. 塑性差 C.變形抗力大 D.脫碳11、高碳鋼為了便于機(jī)械加工，可預(yù)先進(jìn)行（ ）、淬火、回火、球化退火12、晶粒越細(xì)，則金屬的強(qiáng)度硬度增加，塑性和韌性（ ）。、越好、越差、差不多13、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45的鐵碳合金在室溫下的組織為（）。、珠光體鐵素體、百分百的珠光體、珠光體和二次滲碳體 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué)練習(xí)題答案1、答： （1）、 熱處理1：正火，改善材料的切削加工性熱處理2：調(diào)質(zhì)處理，提高材料的綜合力學(xué)性能熱處理3：表面淬火，提高表面的硬度，提高工件的耐磨性能（2）、熱處理1不變，熱處理2去掉，熱處理3：滲碳+淬火+低溫回火 增加工件表面含碳量，提高表面的硬度，提高工件的耐磨