第五章-鋼的熱處理(10新)表面化學(小)課件

第五章鋼鐵熱處理§5-7鋼的表面淬火●表面淬火——不改變表層化學成分，只改變表層組織結構。即：利用快速加熱將表層A化后進行淬火?！衲康摹岣弑砻鎻?、硬度，耐磨性及疲勞極限，保持心部良好的塑韌性。第五章鋼鐵熱處理1一、感應加熱表面淬火

1．原理:

交變磁場→感應電流→工件電阻

→加熱，集膚效應→表面加熱

→快速冷卻一、感應加熱表面淬火2第五章-鋼的熱處理(10新)表面化學(小)ppt課件3感應淬火頻率的選用電流頻率越高，感應電流透入深度越淺，加熱層也越薄。因此，通過頻率的選用可以得到不同工件所要求的淬硬層深度。根據(jù)零件表面有效淬硬層深度選擇合適的頻率，分高頻、中頻和工頻。

感應加熱的工藝參數(shù)根據(jù)組織性能的要求，需控制其加熱溫度、加熱速度和淬硬層深度，而這三個熱參數(shù)有需通過控制設備的電參數(shù)（電流頻率、單位表面功率）和加熱時間來保證。感應淬火頻率的選用42．分類——高頻、

中頻

、

工頻

等。

2．分類——高頻、中頻、工頻等。5感應加熱分為：①高頻感應加熱頻率為250-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm傳動軸連續(xù)淬火感應器感應加熱表面淬火齒輪的截面圖感應加熱分為：傳動軸連續(xù)淬火感應器感應加熱表面淬火齒輪的截面6②中頻感應加熱頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm。各種感應器中頻感應加熱表面淬火的機車凸輪軸②中頻感應加熱各種感應器中頻感應加熱表面淬火的機車凸輪軸7③工頻感應加熱頻率為50Hz,淬硬層深度10-15mm各種感應器感應穿透加熱③工頻感應加熱頻率為50Hz,淬硬層深度10-15mm各83．特點

●加熱速度快：幾秒～幾十秒。●加熱時實際晶粒度小，淬火得到極細馬氏體，硬度↑脆性↓●加熱層深度易控制，可實現(xiàn)自動化批量生產(chǎn)?！癫灰籽趸?、脫碳、變形小?！窆に囈卓刂?，但設備成本高。

3．特點9第五章-鋼的熱處理(10新)表面化學(小)ppt課件10汽車曲軸汽車曲軸114．工藝路線

（用料

0.4-0.5%c的中碳鋼、中碳低合金鋼,如：45、40Cr等）●鍛造→退火或正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火→低溫回火（→粗磨→時效→精磨）

感應加熱表面淬火對工件的原始組織有一定的要求。一般鑄鐵件的組織應是珠光體基體和細小均勻分布的石墨；鋼件應預先進行正火或調(diào)質(zhì)處理。4．工藝路線12二、火焰加熱

火焰加熱淬火是利用氧—乙炔或煤氣—氧等）火焰直接加熱工件表面，然后立即噴水冷卻。淬硬層深度一般為2～6mm。二、火焰加熱13火焰淬火特點優(yōu)點：操作簡便，設備簡單，成本低，靈活性大；缺點：加熱溫度不易控制，工件表面易過熱，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定?；鹧娲慊疬m用范圍單件、小批生產(chǎn)以及大型零件（如大模數(shù)齒輪、大型軸類等）的表面淬火?；鹧娲慊鹛攸c14火焰加熱:利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。激光熱處理:利用高能量密度的激光對工件表面進行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好?；鹧婕訜岜砻娲慊鹗疽鈭D激光表面熱處理火焰加熱表面淬火火焰加熱:利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)15激光表面淬火利用高能量密度（104～108W/cm2）的激光對工件表面進行加熱的方法。激光加熱時，因其過程極短，無需考慮大氣介質(zhì)的影響，沒有氧化脫碳現(xiàn)象，淬火表面光亮潔凈；又由于加熱層是靠自急冷淬火，無需特殊的冷卻設備；加熱快、區(qū)域小，因而工件的變形極小。激光加熱導光系統(tǒng)原理示意圖激光表面淬火激光加熱導光系統(tǒng)原理示意圖161.工藝參數(shù)：光斑尺寸、掃描速度、激光功率等。2.激光淬火淬硬深度0.3～0.5mm，硬度比普通淬火硬度高15%～20%。3.激光淬火后，表面具有4000MPa的殘余壓應力，有利于疲勞強度提高。4.激光淬火精確的局部加熱，可以解決工件拐角、溝槽、盲孔、深孔內(nèi)壁等其他熱處理方法很難解決的強化問題。5.激光淬火前，需對淬火表面進行黑化處理，即在被加熱的表面涂一層吸光涂層，以提高激光的吸收率。6.已廣泛用于發(fā)動機缸套、滾動軸承圈、機床導軌、冷作模具等。激光表面淬火的特點：1.工藝參數(shù)：光斑尺寸、掃描速度、激光功率等。激光表面淬火的17§5-8鋼的化學熱處理●化學熱處理

——將工件置于特定的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，從而通過改變表層的化學成分和組織來改變其性能。

●分類

——滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁等。

§5-8鋼的化學熱處理18一、鋼的滲碳

（包括：氣體、固體滲碳）●滲碳

——低碳鋼在高碳介質(zhì)中加熱、保溫，以獲得高碳表層的熱處理工藝。

●目的

——提高表面硬度，耐磨性，心部保持一定的強度和良好的塑韌性。如齒輪、軸類、鏈條、套筒、活塞銷。一、鋼的滲碳191．滲碳工藝

●鋼種——0.1-0.25%c的低碳鋼和低碳合金鋼。如：15、20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18CrMnTi?！窦訜釡囟取狝c3以上，一般為900～950℃?！窦訜釙r間——根據(jù)所需滲層厚度決定。（一般經(jīng)現(xiàn)場試驗測定）滲層厚度（Dp）：軸類：Dp=(0.1～0.2)R齒輪：Dp=(0.1～0.2)m薄片：Dp=(0.1～0.2)t(R、m、t分別代表軸半徑、齒輪模數(shù)、零件厚度）

1．滲碳工藝20常用鋼號及用途低淬透性鋼：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪軸等。柴油機凸輪軸20Cr活塞銷常用鋼號及用途柴油機凸輪軸20Cr活塞銷21中淬透性鋼：20CrMnTi用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。增壓柴油機曲軸汽車變速箱齒輪中淬透性鋼：20CrMnTi增壓柴油機曲軸汽車變速箱齒輪22固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱2.滲碳方法：固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳。固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥23氣體滲碳法示意圖氣體滲碳法示意圖24可控氣氛滲碳爐滲碳爐可控氣氛滲碳爐滲碳爐253.滲碳件的技術條件：

●滲碳層的表面含碳量最好在0.85-1.05%c◆含碳量太低：得不到高碳馬氏體，硬度低、耐磨性差?！艉剂刻撸簼B碳層會出現(xiàn)大量塊狀或網(wǎng)狀滲碳體，滲層變脆，易剝落。第五章-鋼的熱處理(10新)表面化學(小)ppt課件264．滲碳后的淬火

●直接淬火——奧氏體晶粒大，馬氏體粗，殘余A多，耐磨性低，變形大。(如：圖a、圖b)

◆只適用于細晶鋼或耐磨性要求低和承載低的零件?！褚淮未慊稹訜釡囟華c3以上（心部性能好）或Ac1以上（表面性能好）●二次淬火——Ac3以上（改善心部性能）+Ac1以上（改善表面性能）4．滲碳后的淬火27第五章-鋼的熱處理(10新)表面化學(小)ppt課件285.滲碳的特點

生產(chǎn)效率高、質(zhì)量易控制、可實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。工業(yè)生產(chǎn)應用極為廣泛。6．加工工藝路線

●鍛造→正火→切削加工→滲碳→淬火→低溫回火→精磨。

經(jīng)滲碳的機車從動齒輪5.滲碳的特點經(jīng)滲碳的機車從動齒輪297.滲碳后的組織

●

外層過共析層、中間共析層、心部是原始組織。●滲碳層深度確定：從表面到含碳量為0.4%c處。測定時按50%F+50%P量時確定。退火態(tài)：7.滲碳后的組織3020鋼滲碳緩冷組織(化染)580表層珠光體+網(wǎng)狀滲碳體;中層珠光體;內(nèi)層鐵素體+珠光體20鋼滲碳緩冷組織(化染)3120CrMnTi鋼滲碳層組織(化染)320滲碳體(白色塊狀)+高碳M(蘭色針狀)+殘余A(棕黃色)20CrMnTi鋼滲碳層組織(化染)328.滲碳熱處理后的常見缺陷滲碳件的質(zhì)量檢查項目滲碳鋼原材料檢查、滲層質(zhì)量檢查（滲層深度、滲層碳濃度、碳化物、殘余奧氏體及馬氏體級別等)、滲碳件心部鐵素體級別的評定、滲層和心部硬度的檢查、滲碳件變形量的檢查。滲碳件的常見缺陷滲層厚度不合要求（太淺或太厚、滲層薄厚不均、過共析與共析層厚度過大或過小）、滲層組織不合要求（碳化物過多呈大塊狀或網(wǎng)狀分布、殘余奧氏體量過多、內(nèi)氧化、脫碳、表層出現(xiàn)鐵素體）、硬度超差（表層硬度偏低或不均、心部硬度偏低或偏高）、變形過量。8.滲碳熱處理后的常見缺陷33心部組織心部組織34真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳氣體加熱滲碳。優(yōu)點：表面質(zhì)量好,滲碳速度快。真空滲碳爐真空滲碳法真空滲碳爐35越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器,出土于湖北江陵楚墓。長55.7厘米，劍鍔鋒芒犀利，鋒能割斷頭發(fā)。越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器,36二、氮化

——工件表面滲入氮原子，以提高硬度、耐磨性，疲勞強度和耐蝕性。

●特點

：1.表面硬度高（可達1000～2000Hv即69HRC以上）2.高的熱硬性（在550～600℃時仍保持很高的硬度）3.氮化溫度低、工件變形極小。4.氮化前調(diào)質(zhì)處理、保證心部的強度。氮化后無須淬火5.工藝時間長且滲層?。ㄒ话銥?.3～0.5mm）。二、氮化37氮化的特點及應用氮化件表面硬度高（HV1000-2000），耐磨性高。疲勞強度高。由于表面存在壓應力。氮化層組織38CrMoAl氮化層硬度氮化的特點及應用氮化層組織38CrMoAl氮化層硬度38工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進行熱處理。耐蝕性好。因為表層形成的氮化物化學穩(wěn)定性高。氮化的缺點：工藝復雜，成本高，氮化層薄。用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨及耐蝕件。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等。

縫紉機用氮化件經(jīng)離子氮化的機車曲軸工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進行熱處理?？p紉機39●材料：

含Cr、Mo、Al等合金元素的中碳合金鋼。常用：38CrMoAlA●應用：

廣泛用于高速傳動的精密齒輪；高精度機床主軸；以及要求變形小且具有抗蝕能力的零件：閥門。井式氣體氮化爐●材料：井式氣體氮化爐4038CrMoAl氣體滲氮層組織(化染)650黃色區(qū):ε(Fe2-3N)+γ’(Fe4N);紅色區(qū):γ’(Fe4N);藍綠色區(qū):含氮索氏體+脈狀氮化物;綠黃色區(qū):索氏體基體。38CrMoAl氣體滲氮層組織(化染)41

38CrMoAl氮化層38CrMoAl氮化層硬度38CrMoAl氮化層38CrMoAl氮化層硬度42●氮化件加工工藝：

鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)處理→半精加工→去應力退火→粗磨→氮化→精磨。●目前現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中較多采用離子氮化（即在一定真空度下，用工件和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電現(xiàn)象進行的。所以也稱為

輝光”離子氮化）。其特點：滲氮速度快、生產(chǎn)周期短，38CrMoAlA為例：滲層要求0.5mm，氣體滲氮50h以上，離子氮化15～20h；對材料的適應性強：滲碳用鋼、合金鋼、鑄鐵都可以。●氮化件加工工藝：43氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。離子氮化法是在電場作用下，使電離的氮離子高速沖擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時間短，氮化層脆性小。離子氮化爐離子氮化爐44滲碳與滲氮的工藝特點處理后是否需要熱處理處理時間(h)處理溫度(℃)名稱需要3～9900～950滲碳不需要20～50500～600滲氮滲碳與滲氮的工藝特點處理后是否需要熱處理處理時間45三.碳氮共滲

——同時向鋼件表面滲入碳和氮原子的化學熱處理工藝，也稱為氰化?！?/p>

中溫氣體碳氮共滲：（滲碳為主）常用溫度：820～860℃時間：根據(jù)要求2～8h滲層：0.3～0.8mm◆

材料：低碳、中碳鋼和中碳合金鋼。

◆應用：用于提高結構件（如：齒輪、蝸輪、蝸桿、軸類件）的硬度、耐磨性和抗疲勞性。三.碳氮共滲46●

低溫氣體碳氮共滲：（即：軟氮化）（滲氮為主）常用溫度：560～570℃

時間：2～3h

滲層：0.01～0.02mm◆

材料：不限制鋼種：碳鋼、合金鋼、工具鋼、不銹鋼、鑄鐵◆應用：目前軟氮化由于滲層脆性小，不易剝落，已廣泛應用于模具、量具、高速鋼刀具、曲軸、齒輪、氣缸套等耐磨件的處理。但由于滲層較薄，僅有0.01~0.02mm，不宜用于重載工作的工件?！竦蜏貧怏w碳氮共滲：（即：軟氮化）（滲氮為主）47在氣體介質(zhì)中對工件同時滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學熱處理工藝稱為氣體氮碳共滲。與滲氮相比，滲層硬度較低，脆性較小，故稱軟氮化。氮碳共滲溫度530～570℃，應比回火溫度低5～10℃，或與之相同。滲劑：通氨滴醇、尿素分解等。井式滲碳爐在氣體介質(zhì)中對工件同時滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學熱處理