热处理的基本知识讲稿.ppt

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1、关于热处理的基本知识第一页，讲稿共九十七页哦钢钢的的热热处处理理1 钢的热处理概述钢的热处理概述2 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变3 钢的整体热处理工艺钢的整体热处理工艺4 钢的表面热处理工艺钢的表面热处理工艺5 热处理新技术简介热处理新技术简介第二页，讲稿共九十七页哦热处理的定义:时间温度临界温度 热加保温冷 却3-1 钢的热处理概述第三页，讲稿共九十七页哦热处理的主要目的:改变钢的性能。热处理的应用范围:整个制造业。热处理的分类热处理整 体热处理表 面热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火 化 学 热处理感应淬火火焰淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;3-1 钢的热处理概述第四页，讲稿

2、共九十七页哦箱式电阻炉3-1 钢的热处理概述第五页，讲稿共九十七页哦台车式电阻炉3-1 钢的热处理概述第六页，讲稿共九十七页哦连续式热处理炉3-1 钢的热处理概述第七页，讲稿共九十七页哦 钢的临界点：平衡临界点：加热临界点：冷却临界点：A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm3-1 钢的热处理概述第八页，讲稿共九十七页哦 钢在加热时奥氏体的形成过程又称为奥氏体化。以共析钢的奥氏体形成过程为例。2 钢在加热和冷却时的转变1、奥氏体的形成、奥氏体的形成(PA)一、钢在加热时的转变第九页，讲稿共九十七页哦 奥氏体形核与晶核长大 奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面上形成。

3、奥氏体晶核形成以后，依靠铁、碳原子的扩散，使铁素体不断向奥氏体转变和渗碳体不断溶入到奥氏体中去而进行的。残留渗碳体的溶解 铁素体全部消失以后，仍有部分剩余渗碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消失。奥氏体均匀化 渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的成分是不均匀的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散才能获得均匀化的奥氏体。亚共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：AAFPFACAC31ACFeACFePcmACAC 3312 钢在加热和冷却时的转变第十页，讲稿共九十七页哦 奥氏体晶粒度的概念 晶粒度：表示晶粒大小的尺度。钢进行加热时，当珠光体刚刚全部转变为奥氏体时，

4、在一般情况下，奥氏体晶粒是比较细小而均匀的，此时的晶粒大小称为奥氏体的起始晶粒度。在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小称为实际晶粒度。用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为本质晶粒度。通常采用标准试验方法，即将钢加热到93010，保温38h后测定奥氏体晶粒大小，如晶粒大小级别在14级，称为本质粗晶粒钢；如晶粒大小在58级，则称为本质细晶粒钢。2、奥氏体晶粒的长大、奥氏体晶粒的长大2 钢在加热和冷却时的转变第十一页，讲稿共九十七页哦晶粒度的测定方法：93010保温38小时(100)本质粗本质细2 钢在加热和冷却时的转变第十二页，讲稿共九十七页哦v晶粒度的控制Al脱氧(本质细)Si/Mn脱

5、氧(本质粗)2 钢在加热和冷却时的转变第十三页，讲稿共九十七页哦3.影响奥氏体晶粒长大的因素1.加热温度 加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒也越粗大，热处理时必须规定合适的加热温度范围。2.保温时间 随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保温时间的延长，晶粒长大速度越来越慢，且不会无限制地长大下去。2 钢在加热和冷却时的转变第十四页，讲稿共九十七页哦影响奥氏体晶粒长大的因素3.加热速度 加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。生产中常用快速加热和短时保温的方法来细化晶粒。4.冶炼和脱氧条件 冶炼时用铝脱氧，或加入Nb、Zr、V、Ti等强碳化物

6、形成元素，形成难溶的碳化物颗粒,阻止奥氏体晶粒长大，在一定温度下晶粒不易长大。2 钢在加热和冷却时的转变第十五页，讲稿共九十七页哦影响奥氏体晶粒长大的因素5.含碳量的影响(有临界值)随着奥氏体含碳量的增加，Fe、C原子的扩散速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了残余渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大倾向减小。2 钢在加热和冷却时的转变第十六页，讲稿共九十七页哦 热加保温时间温度临界温度A1连续冷却等温冷却把加热到奥氏体状态的钢，快速冷却到低于A1的某一温度，并等温停留一段时间，使奥氏体发生转变，然后再冷却到室温。把加热到奥氏体状态的钢，以不同的冷却速度连续

7、冷却到室温。二、钢在冷却时的转变2 钢在加热和冷却时的转变第十七页，讲稿共九十七页哦1、过冷奥氏体、过冷奥氏体的等温转变的等温转变2 钢在加热和冷却时的转变共析钢的等温转变图第十八页，讲稿共九十七页哦稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线 A+产 物 区产物区A1550;高温转变区;扩散型转变;P 转变区.550Ms(230);中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区.Ms Mf(-50);低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区.时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf2 钢在加热和冷却

8、时的转变第十九页，讲稿共九十七页哦珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变(A1550,AP（F+Fe3C）)1）在A1650形成的珠光体，因为过冷度小，片间距较大(0.4m)，在500以上的光学显微镜下，能分辨其片层状形态；即为粗珠光体，习惯上称为珠光体（P）。2 钢在加热和冷却时的转变第二十页，讲稿共九十七页哦2）在650600形成片间距较小的珠光体(0.20.4m)，在光学显微镜8001500能分辨出其为铁素体薄层和碳化物（渗碳体）薄层交替重叠的复相组织称为细珠光体或索氏体，用字母S表示（以英国冶金学家HCSorby的名字命名）。珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变(A1550,AP

9、（F+Fe3C）)2 钢在加热和冷却时的转变第二十一页，讲稿共九十七页哦3）在600550形成片层间距极小的珠光体(0.2m)，在光学显微镜下高倍放大已无法分辨出其内部构造，在电子显微镜下可观测到很薄的铁素体层和碳化物（渗碳体）层交替重叠的复相组织，称为极细珠光体或托氏体，用字母T表示（以法国金相学家LTroost的名字命名）。珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变(A1550,AP（F+Fe3C）)2 钢在加热和冷却时的转变第二十二页，讲稿共九十七页哦珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变(A1550,AP（F+Fe3C）)a)光学显微组织（500）b)电子显微组织（8000）图6-7

10、珠光体组织2 钢在加热和冷却时的转变第二十三页，讲稿共九十七页哦贝氏体转变：半扩散相变（贝氏体转变：半扩散相变（C）550Ms,AB)上贝氏体：550350，过饱和片状F渗碳体 下贝氏体：350Ms，过饱和针状F弥散-Fe2.4C2 钢在加热和冷却时的转变第二十四页，讲稿共九十七页哦贝氏体转变：半扩散相变（贝氏体转变：半扩散相变（C）550Ms,AB)上贝氏体：过饱和片状F渗碳体，性脆无实用价值 下贝氏体：过饱和针状F弥散-Fe2.4C，综合性能好2 钢在加热和冷却时的转变第二十五页，讲稿共九十七页哦马氏体转变：非扩散相变，马氏体转变：非扩散相变，Ms以下以下,AMc/a1 称为马氏体的正方度

11、含碳量高，正方度大2 钢在加热和冷却时的转变第二十六页，讲稿共九十七页哦低碳低碳(1.0%)马氏体：片状马氏体：片状_硬而脆硬而脆2 钢在加热和冷却时的转变第二十八页，讲稿共九十七页哦第二十九页，讲稿共九十七页哦2、过冷奥氏体的连续冷却转变、过冷奥氏体的连续冷却转变只有P、M转变vk为临界冷却速度2 钢在加热和冷却时的转变第三十页，讲稿共九十七页哦过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线在连续冷却中的应用在连续冷却中的应用v1-炉冷APv2-空冷ASv3-油冷AT+Mv4-水冷AM A/vk-临界冷却速度vkPSMT2 钢在加热和冷却时的转变第三十一页，讲稿共九十七页哦一、钢的退火一、钢的

12、退火(降低硬度、消除应力，细化晶粒降低硬度、消除应力，细化晶粒)完全退火：亚共析钢完全退火：亚共析钢Ac3+3050，缓冷到，缓冷到 600 600时空冷，得到时空冷，得到 F+P F+P；等温退火：同完全退火，可节省时间；等温退火：同完全退火，可节省时间；球化退火：过球化退火：过共析钢共析钢Ac1+2030，消除网状，消除网状 碳化物，使之成为球状；碳化物，使之成为球状；去应力退火：去应力退火：500-650500-650炉冷至炉冷至200200后空冷，后空冷，消除应力。消除应力。4 钢的退火与正火第三十二页，讲稿共九十七页哦过共析钢的退火组织过共析钢的退火组织4 钢的退火与正火第三十三页，

13、讲稿共九十七页哦钢的钢的退火退火加热加热温度温度范围范围4 钢的退火与正火SGP500650第三十四页，讲稿共九十七页哦二、钢的正火二、钢的正火 正火目的：细化晶粒，提高强度正火目的：细化晶粒，提高强度 低碳钢低碳钢-提高硬度提高硬度 高碳钢高碳钢消除网状渗碳体消除网状渗碳体 工艺过程：工艺过程：Ac3、Accm+3050,保温后空冷保温后空冷 优优 点：周期短、能耗少点：周期短、能耗少【视频演示】【视频演示】4 钢的退火与正火第三十五页，讲稿共九十七页哦一、钢的淬火工艺一、钢的淬火工艺加热温度：加热温度：Ac3、Ac1 +3050保温保温碳碳 钢：钢：水冷，得细小水冷，得细小M+AM+A/合

14、金钢：合金钢：油或空冷，得油或空冷，得M+FeM+Fe3 3C+C+A A/5 钢的淬火第三十六页，讲稿共九十七页哦钢的钢的理想理想淬火淬火工艺工艺5 钢的淬火第三十七页，讲稿共九十七页哦二、淬火方法二、淬火方法 单液淬火：直冷，简单易操作单液淬火：直冷，简单易操作 双液淬火：先快后慢，降低应力双液淬火：先快后慢，降低应力 分级淬火：快分级淬火：快-恒恒-快，应力极低快，应力极低 等温淬火：得到等温淬火：得到B B下下工模具、弹簧工模具、弹簧 局部淬火：量具等的局部区域局部淬火：量具等的局部区域 冷冷 处处 理：理：-70-70-80-80，降低，降低A A残残%，稳定尺寸，稳定尺寸5 钢的淬

15、火第三十八页，讲稿共九十七页哦淬火工艺曲线5 钢的淬火a)单液淬火b)双液淬火c)分级淬火d)等温淬火第三十九页，讲稿共九十七页哦局部淬火方法局部淬火方法5 钢的淬火第四十页，讲稿共九十七页哦三、钢的淬透性三、钢的淬透性(钢在淬火时获得马氏体的能力钢在淬火时获得马氏体的能力)5 钢的淬火第四十一页，讲稿共九十七页哦1.淬透性的概念淬透性的概念(钢在淬火时获得马氏体的能力钢在淬火时获得马氏体的能力)5 钢的淬火表层与心部淬透性的差别半马氏体区合金元素对淬透性的影响淬透性与淬硬性的区别第四十二页，讲稿共九十七页哦合金元素使C曲线右移，降低vk，提高钢的淬透性。是影响淬透性的最主要因素。含碳量碳钢中

16、的含碳量愈接近共析成分，其C曲线愈靠右。vk愈小，淬透性越好。奥氏体化温度提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大，成分均匀化，从而减少珠光体的形核率，降低钢的vk，增大其淬透性。钢中未溶第二相碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，可成为奥氏体分解的非自发核心，使vk增大，降低淬透性。影响淬透性的因素影响淬透性的因素(vK)5 钢的淬火第四十三页，讲稿共九十七页哦影响淬透性的因素影响淬透性的因素(vK)5 钢的淬火第四十四页，讲稿共九十七页哦2.淬透性的测定淬透性的测定(末端淬火法及临界直径测定法末端淬火法及临界直径测定法)5 钢的淬火末端淬火法:用标准尺寸的端淬试样(25100mm)，经奥氏体化后，

17、对其端面喷水冷却。冷却后沿轴线方向测出硬度-距水冷端距离的关系曲线，即淬透性曲线。根据淬透性曲线可以对不同钢种的淬透性大小进行比较、推算出钢的临界淬火直径，确定钢件截面上的硬度分布情况等。第四十五页，讲稿共九十七页哦 末端淬透性:J_末端淬透性，d_至末端距离，HRC_该处测得的硬度5 钢的淬火dHRCJ第四十六页，讲稿共九十七页哦2.淬透性的测定淬透性的测定(临界直径测定法及端淬试验法临界直径测定法及端淬试验法)5 钢的淬火临界直径测定法:钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体或50%马氏体组织时的最大直径称为临界直径，以D0表示。临界直径测定法就是制作一系列直径不同的圆棒，淬火后分别测

18、定各试样截面上沿直径分布的硬度U曲线，从中找出中心恰为半马氏体组织的圆棒，该圆棒直径即为临界直径。临界直径越大，表明钢的淬透性越高。第四十七页，讲稿共九十七页哦5 钢的淬火部分常用钢材的临界淬透直径第四十八页，讲稿共九十七页哦5 钢的淬火3.淬透性的应用：受力情况：轴向拉压、弯曲与扭转重要与否：重要的轴、齿轮、连杆弹 簧：要求大的屈强比(s/b)阶 梯 轴：可初车后淬火焊 接 件：不宜选择淬透性高的钢材第四十九页，讲稿共九十七页哦5 钢的淬火淬透性的应用：第五十页，讲稿共九十七页哦5 钢的淬火淬透性的应用：第五十一页，讲稿共九十七页哦钢经过淬火后必须回火！钢经过淬火后必须回火！回火目的：消除应

19、力，防止工件开裂回火目的：消除应力，防止工件开裂 回火工艺：回火工艺：Ac1以下保温后缓冷以下保温后缓冷6 钢的回火第五十二页，讲稿共九十七页哦一、淬火钢的回火转变一、淬火钢的回火转变 马氏体分解（马氏体分解（100350）回火回火M(低过饱和低过饱和-Fe2.4C)Fig 6-35 残余奥氏体的分解（残余奥氏体的分解（200300）B下下 碳化物的转变（碳化物的转变（250400）-Fe2.4C转变为转变为Fe3C 渗碳体的聚集长大和渗碳体的聚集长大和相再结晶（相再结晶（400）成为粒状成为粒状Fe3C，600后粗化后粗化6 钢的回火第五十三页，讲稿共九十七页哦回火钢的组织和性能转变回火钢的

20、组织和性能转变6 钢的回火第五十四页，讲稿共九十七页哦二、回火的分类及应用二、回火的分类及应用 低温回火（低温回火（150250）回火回火M(低过饱和低过饱和F针针-Fe2.4C)保证高硬度，用于保证高硬度，用于工模具等工模具等 HRC5862 中温回火（中温回火（350500）回火屈氏体，回火屈氏体，F针针Fe3C极细粒状极细粒状 HRC3545，用于各，用于各种弹性元件种弹性元件 高温回火（高温回火（500650）回火索氏体，回火索氏体，F多边形多边形Fe3C细粒状细粒状 HRC2535淬火淬火+高温回火高温回火调质调质【视频演示视频演示】6 钢的回火第五十五页，讲稿共九十七页哦二、回火的

21、分类及应用二、回火的分类及应用6 钢的回火不同含碳量碳钢的回火温度与硬度的关系第五十六页，讲稿共九十七页哦一种淬火方式：形变强化一种淬火方式：形变强化+热处理强化热处理强化 分类：分类：7 钢的形变热处理第五十七页，讲稿共九十七页哦1、低温形变热处理、低温形变热处理 Ar1以下（以下（500600）变形量变形量6090%抗拉强度可达抗拉强度可达3300MPa 超高强度钢的热处理超高强度钢的热处理 飞机起落架、模具、冲飞机起落架、模具、冲头、板簧头、板簧7 钢的形变热处理第五十八页，讲稿共九十七页哦2、高温形变热处理、高温形变热处理 Ac1以上变形以上变形 强化程度有限强化程度有限 强度提高，韧

22、塑性强度提高，韧塑性大大提高大大提高 锻件、曲轴、连杆、锻件、曲轴、连杆、叶片、弹簧叶片、弹簧7 钢的形变热处理第五十九页，讲稿共九十七页哦概概 述述 有需求：有需求：如汽车、拖拉机上的传动齿轮，其表面硬度要求为如汽车、拖拉机上的传动齿轮，其表面硬度要求为5862HRC，而心部硬度则要求为，而心部硬度则要求为3338HRC；精密镗床主轴，；精密镗床主轴，要求其与滑动轴承配合的表面硬度不低于要求其与滑动轴承配合的表面硬度不低于900HV，而心部，而心部硬度为硬度为248286HBS。成本低：成本低：方法简单：方法简单：通过快速加热与立即淬火冷却相结合的方法来实现通过快速加热与立即淬火冷却相结合的

23、方法来实现表硬、心韧表硬、心韧8 钢的表面淬火第六十页，讲稿共九十七页哦一、感应加热表面淬火一、感应加热表面淬火 600/f600/f1/2 1/2 式中：式中：为电流透入的为电流透入的 深度，深度，mmmm；f f为电流频率，为电流频率，HzHz 【集肤效应】【集肤效应】8 钢的表面淬火硬度分布第六十一页，讲稿共九十七页哦感应加热表面淬火的分类感应加热表面淬火的分类 高频高频701000KHz，常用，常用200300KHz，淬硬深度为，淬硬深度为0.52mm。中小模数齿轮、轴类零件等。中小模数齿轮、轴类零件等。中频中频50010000Hz，常用，常用25008000Hz，淬硬深度，淬硬深度2

24、10mm，直径较大的轴类和较大模数的齿轮等。，直径较大的轴类和较大模数的齿轮等。工频工频50Hz，淬硬深度达，淬硬深度达1015mm。直径大于。直径大于300mm的轧的轧辊及轴类零件等。辊及轴类零件等。超音频超音频202040KHz40KHz，(音频音频20KHz)20KHz)，淬硬深度在，淬硬深度在2mm2mm以上，以上，适用于模数为适用于模数为3 36 6的齿轮及链轮、花键轴、凸轮等。的齿轮及链轮、花键轴、凸轮等。8 钢的表面淬火第六十二页，讲稿共九十七页哦感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点 淬火温度高：淬火温度高：(Ac3+80150)表面硬、脆性低表面硬、脆性低：高：高23H

25、RC，低的脆性。，低的脆性。疲劳强度高：疲劳强度高：表面产生体积膨胀而形成压应力。表面产生体积膨胀而形成压应力。表面质量好、变形小：不易氧化、脱碳，变形小。表面质量好、变形小：不易氧化、脱碳，变形小。生产过程易于控制：适用于大批量生产。生产过程易于控制：适用于大批量生产。不不 足：设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。足：设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。8 钢的表面淬火第六十三页，讲稿共九十七页哦二、火焰加热表面淬火二、火焰加热表面淬火 常用氧常用氧-乙炔火焰对零件表面进行加热乙炔火焰对零件表面进行加热 常用材料为中碳钢和中碳合金钢，如常用材料为中碳钢和中碳合金钢，如35、45、40Cr、6

26、5Mn等；还可用于灰铸铁、合金铸铁等铸铁件。等；还可用于灰铸铁、合金铸铁等铸铁件。淬硬深度一般为淬硬深度一般为26mm。主要适用于单件或小批量生产的大。主要适用于单件或小批量生产的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。型零件和需要局部淬火的工具及零件等。缺点是加热不均，易造成工件表面过热，淬火质量不稳定。缺点是加热不均，易造成工件表面过热，淬火质量不稳定。8 钢的表面淬火第六十四页，讲稿共九十七页哦火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图8 钢的表面淬火第六十五页，讲稿共九十七页哦三、激光加热表面淬火三、激光加热表面淬火 能量密度能量密度10104 410108 8W/cmW/cm2 2

27、淬硬深度淬硬深度0.30.5mm 形状复杂、盲孔等均可形状复杂、盲孔等均可8 钢的表面淬火第六十六页，讲稿共九十七页哦概述（概述（1）化学热处理：化学热处理：将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，将金属或合金工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层，以改变其表面化学成分、使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表面化学成分、组织和性能的热处理工艺。组织和性能的热处理工艺。化学热处理的主要特点是：化学热处理的主要特点是：表层不仅有组织的变化，而且有成分的变化，故性能改表层不仅有组织的变化，而且有成分的变化，故性能改变的幅度大。其主要作用是强化和保护金属表面。变的幅度大

28、。其主要作用是强化和保护金属表面。9 钢的化学热处理第六十七页，讲稿共九十七页哦概述（概述（2）化学热处理的基本过程为：化学热处理的基本过程为：加热加热将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗入元将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗入元素活性原子；素活性原子；分解分解由化合物分解或离子转变而得到渗由化合物分解或离子转变而得到渗入元素活性原子；入元素活性原子；吸收吸收活性原子被吸附并溶入工件表活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶体或化合物；面形成固溶体或化合物；扩散扩散渗入原子在一定温度下，渗入原子在一定温度下，由表层向内部扩散形成一定深度的扩散层。由表层向内部扩散形成一定深度的扩散层。9 钢的化学

29、热处理第六十八页，讲稿共九十七页哦概述（概述（3）化学热处理方法：化学热处理方法：渗碳、碳氮共渗可提高钢的硬度、耐磨性及疲劳性质；渗碳、碳氮共渗可提高钢的硬度、耐磨性及疲劳性质；渗氮、渗硼、渗铬使工件表面特别硬，可显著提高耐磨性和耐蚀渗氮、渗硼、渗铬使工件表面特别硬，可显著提高耐磨性和耐蚀性；性；渗铝可提高耐热抗氧化性；渗铝可提高耐热抗氧化性；渗硫可提高减摩性；渗硫可提高减摩性；渗硅可提高耐酸性等。渗硅可提高耐酸性等。最常用：最常用：渗碳、渗氮和碳氮共渗及氮碳共渗渗碳、渗氮和碳氮共渗及氮碳共渗。9 钢的化学热处理第六十九页，讲稿共九十七页哦一、钢的渗碳一、钢的渗碳 将钢件在将钢件在渗碳渗碳介质

30、中加热并保温使碳原子渗入表层的化介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。学热处理工艺。目的目的是使低碳是使低碳(w wc c=0.10=0.100.25%)0.25%)钢件表面钢件表面得到高碳得到高碳(w wc c=1.0=1.01.2%)1.2%)，经适当的热处理，经适当的热处理(淬火淬火+低温回火低温回火)后获得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定强度及较后获得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定强度及较高的塑性、韧性，高的塑性、韧性，适用于适用于同时受磨损和较大冲击载荷的低同时受磨损和较大冲击载荷的低碳、低合金钢零件，如齿轮、活塞销、套筒及要求很高的碳、低合金钢零件，如齿轮

31、、活塞销、套筒及要求很高的喷油嘴偶件等。喷油嘴偶件等。9 钢的化学热处理第七十页，讲稿共九十七页哦钢的渗碳原理示意图钢的渗碳原理示意图9 钢的化学热处理第七十一页，讲稿共九十七页哦1、气体渗碳（、气体渗碳（1）方法：方法：滴注式渗碳滴注式渗碳 介质：介质：苯、醇、煤油等液体苯、醇、煤油等液体 工艺：工艺：将工件装在密封的渗碳炉中，加热到将工件装在密封的渗碳炉中，加热到900900950(950(常用常用930)930)，向炉内滴入煤油、苯、甲醇、，向炉内滴入煤油、苯、甲醇、丙酮等有机液体，在高温下分解成丙酮等有机液体，在高温下分解成COCO、COCO2 2、H H2 2及及CHCH4 4等气体

32、组成的渗碳气氛，在高温下与工件接触时等气体组成的渗碳气氛，在高温下与工件接触时便在工件表面进行下列反应，生成活性碳原子。便在工件表面进行下列反应，生成活性碳原子。9 钢的化学热处理第七十二页，讲稿共九十七页哦1、气体渗碳（、气体渗碳（2）生成活性碳原子：生成活性碳原子：2COC+CO2COC+CO2 2 CHCH4 4C+2HC+2H2 2 CO+HCO+H2 2C+HC+H2 2O O 随后活性碳原子被钢表面吸收而溶入奥氏体中，随后活性碳原子被钢表面吸收而溶入奥氏体中，并向内部扩散而形成一定深度的渗碳层。并向内部扩散而形成一定深度的渗碳层。气体渗碳的优点是：气体渗碳的优点是：生产率高，劳动条

33、件好，渗碳过程容易控制，容易生产率高，劳动条件好，渗碳过程容易控制，容易实现机械化、自动化，适用于大批量生产。实现机械化、自动化，适用于大批量生产。9 钢的化学热处理第七十三页，讲稿共九十七页哦2、固体渗碳、固体渗碳渗碳渗碳 工艺：工艺：工件工件+渗碳剂密封装入渗碳箱中，渗碳剂密封装入渗碳箱中，加热至加热至900950保温。保温。固体渗碳剂：固体渗碳剂：碳粉和碳酸盐碳粉和碳酸盐(BaCO3或或Na2CO3)的混合物。的混合物。化学化学 反应：反应：C+O22CO BaCO3或或Na2CO3BaO（或（或Na2O）+CO2 CO2+C 2CO 2COC+CO29 钢的化学热处理第七十四页，讲稿共

34、九十七页哦3、渗碳层的组织及热处理、渗碳层的组织及热处理表面的含碳量最高：表面的含碳量最高：wc=1.0%左右，由表及里，左右，由表及里，含碳量逐渐降低，直至原始含碳量。含碳量逐渐降低，直至原始含碳量。组织由表及里为：组织由表及里为：(P+Fe3C)(P)(P+F)(F+P)渗碳层的深度：渗碳层的深度：碳钢碳钢从表面到过渡区亚共析组织一半处的深度从表面到过渡区亚共析组织一半处的深度为渗碳层的深度；为渗碳层的深度；合金钢合金钢从表面到过渡区亚共析组织终止处的从表面到过渡区亚共析组织终止处的深度作为渗碳层的深度。深度作为渗碳层的深度。9 钢的化学热处理第七十五页，讲稿共九十七页哦渗渗碳碳层层的的组

35、组织织9 钢的化学热处理过共析组织(P+Fe3C)共析组织(P)过渡区亚共析组织(P+F)原始亚共析组织(F+P)第七十六页，讲稿共九十七页哦渗碳层的热处理（渗碳层的热处理（1）9 钢的化学热处理直接淬火法 预冷至850880后直接淬入油中或水中，180200进行低温回火。预冷目的：减少淬火变形及开裂，使表层析出碳化物，降低奥氏体的含碳量，从而降低淬火后的残余奥氏体量，提高表层硬度。特 点：操作简单、成本低，生产率高，但在高温下长期保温，奥氏体晶粒易长大，影响淬火后工件的性能，故只适用于渗碳件的心部和表层都不过热的情况下；此外预冷过程中，二次渗碳体沿奥氏体晶界呈网状析出，对工件淬火后的性能不利

36、。用途：大批量生产的汽车、拖拉机齿轮常用此法。第七十七页，讲稿共九十七页哦渗碳层的热处理（渗碳层的热处理（2）9 钢的化学热处理一次淬火法：工件经渗碳空冷后，再重新加热至淬火温度（如830860）进行淬火，然后在180200回火。这种方法在工件重新加热时奥氏体晶粒得到细化，使钢的性能得到提高。用途 适用于比较重要的零件，如高速柴油机齿轮等。第七十八页，讲稿共九十七页哦渗碳层的热处理（渗碳层的热处理（3）9 钢的化学热处理二次淬火法 渗碳空冷后，先加热到Ac3以上(一般为850900)油淬，使心部组织细化，消除表层网状渗碳体；然后再加热到Ac1以上(一般为750800)油淬，最后在180200进

37、行回火。二次淬火法使工件表层和心部组织被细化，从而获得较好的力学性能。但工艺复杂，成本高；工件经反复加热冷却后易产生变形和开裂。所以只适用于少数对性能要求特别高的工件。第七十九页，讲稿共九十七页哦渗碳工件的一般工艺路线渗碳工件的一般工艺路线9 钢的化学热处理 锻造（问题）正火（目的）机械加工【可否与渗碳工艺倒置】渗碳（组织）淬火+低温回火精加工第八十页，讲稿共九十七页哦渗碳工件的最终组织渗碳工件的最终组织9 钢的化学热处理淬火+低温回火：针状回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体 硬度为5864HRC，而心部则随钢的淬透性而定。对于低碳钢如15、20钢，其心部组织为铁素体+珠光体，硬度相当于101

38、5HRC；对于低碳合金钢如20CrMnTi，心部组织为回火低碳马氏体+铁素体，硬度为3545HRC。第八十一页，讲稿共九十七页哦渗碳工件的实际应用渗碳工件的实际应用9 钢的化学热处理 设计技术条件：渗碳层深度、表面硬度、心部硬度及不允许渗碳的部位等，不允许渗碳的部位：可采用镀铜的方法来防止渗碳或多留加工余量。第八十二页，讲稿共九十七页哦二、钢的氮化（渗氮）二、钢的氮化（渗氮）9 钢的化学热处理渗氮一般在Ac1温度以下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。目的提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳性质、耐蚀性及热硬性。分类气体渗氮和离子渗氮。第八十三页，讲稿共九十七页哦1 1、气体氮化（、气体氮化（

39、1 1）9 钢的化学热处理气体渗氮 在气体介质中进行渗氮的工艺称为气体渗氮。工艺过程 在渗氮炉内通入氨气，在380以上氨分解出活性氮原子:2NH33H2+2N活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保温过程中向里扩散，形成渗氮层。第八十四页，讲稿共九十七页哦1 1、气体氮化（、气体氮化（2 2）9 钢的化学热处理工艺特点：温度低：500600常用550570，远低于渗碳温度。由于氮在铁素体中有一定的溶解能力，无需加热到高温。时间长：2050h，氮化层厚度为0.40.6mm。需调质预处理：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。第八十五页，讲稿共九十七页哦1 1、气体氮化（

40、、气体氮化（3 3）9 钢的化学热处理渗氮件的性能表面强化和表面保护高硬度、高耐磨性合金氮化物层，10001100HV，而且在600650下保持不下降；疲劳极限高渗氮层的体积增大产生残余压应力，疲劳极限提高达15%35%；高的耐蚀性能致密的耐蚀的氮化物，使工件在水、过热的蒸气和碱性溶液中都很稳定；变形很小这是由于渗氮温度低。第八十六页，讲稿共九十七页哦1 1、气体氮化（、气体氮化（4 4）9 钢的化学热处理应 用：交变载荷下工作并要求耐磨的重要结构零件，如高速传动的精密齿轮、高速柴油机曲轴、高精度机床主轴及在高温下工作的耐热、耐蚀、耐磨零件如齿轮套、阀门、排气阀等。技术要求：需选用含与N亲合力

41、大的Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的合金钢，如38CrMoAlA、35CrAlA、38CrMo等。第八十七页，讲稿共九十七页哦1 1、气体氮化（、气体氮化（5 5）9 钢的化学热处理技术要求：应注明氮化层深度、表面硬度、氮化部位、心部硬度等，对于零件上不需渗氮的部位镀锡或镀铜保护，或增加加工余量、氮化后去除。工艺路线：锻造正火粗加工调质 精加工去应力粗磨氮化 精磨或研磨 第八十八页，讲稿共九十七页哦2 2、离子渗氮（、离子渗氮（1 1）9 钢的化学热处理离子渗氮：在低于一个大气压的渗氮气氛中，利用工件(阴极)和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的工艺称为离子渗氮。离子渗氮工艺过程第八十九页，

42、讲稿共九十七页哦2 2、离子渗氮（、离子渗氮（2 2）9 钢的化学热处理工艺过程：真空度10-110-2Torr(1Torr=1mmHg=133.3Pa)的离子渗氮炉中，通入NH3，工件，炉壁，400750V，氨气被电离成氨和氢的正离子和电子，阴极工件表面形成一层紫色辉光，高能量氮离子高速轰击工件表面，动能热能，工件表面温升到450650；同时氮离子在阴极上夺取电子后，还原成氮原子渗入工件表面，形成渗氮层。另外，氮离子轰击工件表面时，还能产生阴极溅射效应而溅射出铁离子，铁离子形成氮化铁(FeN)附着在工件表面并依次分解为Fe2N、Fe3N、Fe4N放出氮原子向工件内部扩散，形成渗氮层。第九十页

43、，讲稿共九十七页哦2 2、离子渗氮（、离子渗氮（3 3）9 钢的化学热处理工艺特点：F速度快、周期短。38CrMoAlA要达到0.530.7mm深的渗层，1520h（气体渗氮法50h）。F质量高。由于阴极溅射有抑制生成脆性层的作用，所以明显提高渗氮层的韧性和疲劳性质。F工件变形小。阴极溅射效应使工件尺寸略有减小，可抵消氮化物形成引起的尺寸增大。适用于处理精密零件和复杂零件，如38CrMoAlA钢制成的长9001000mm、外径27mm的螺杆，渗氮后其弯曲变形小于5m。第九十一页，讲稿共九十七页哦2 2、离子渗氮（、离子渗氮（4 4）9 钢的化学热处理工艺特点：F对材料的适应性强。渗氮用钢、碳钢

44、、合金钢和铸铁都能进行离子渗氮，但专用渗氮钢（如38CrMoAlA）效果最佳。缺点：投资高，温度分布不均，测温困难和操作要求严格等。第九十二页，讲稿共九十七页哦三、气体氮碳共渗（气体软氮化）三、气体氮碳共渗（气体软氮化）9 钢的化学热处理 在气体介质中对工件同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺称为气体氮碳共渗。目前氮碳共渗已广泛应用于模具、量具、高速钢刀具、曲轴、齿轮、气缸套等耐磨件的处理，但由于表层碳氮化合物层太薄，仅有0.010.02mm，不宜用于重载条件下。尿素分解(NH2)2COCO+2H2+2N 2COCO2+C 第九十三页，讲稿共九十七页哦四、四、气体碳氮共渗气体碳氮共渗

45、9 钢的化学热处理 在气体介质中将碳和氮同时渗入工件表层并以渗碳为主的化学热处理工艺称为气体碳氮共渗。提高工件表面硬度、耐磨性和疲劳强度。常用于处理汽车、机床的各种齿轮、蜗轮、蜗杆和轴类零件(20CrMnTi)。CH4+NH3HCN+3H2 CO+NH3HCN+H2O 2HCNH2+2C+2N第九十四页，讲稿共九十七页哦一、一、零件外形要避免尖角或棱角，减少台阶零件外形要避免尖角或棱角，减少台阶 10 钢的热处理对零件结构设计的要求过热、开裂R0.6mm第九十五页，讲稿共九十七页哦二、二、零件外形尽量简单、壁后均匀零件外形尽量简单、壁后均匀 10 钢的热处理对零件结构设计的要求开孔、通孔第九十六页，讲稿共九十七页哦感谢大家观看第九十七页，讲稿共九十七页哦