第三章钢的热处理表面热处理精选PPT.ppt

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1、第三章钢的热处理表面热处理第1页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇一一.表面淬火表面淬火一一)定义定义:指将工件表面快速加热到淬火温度，指将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却，使工件表面得到一定深度的淬硬迅速冷却，使工件表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持未淬火状态组织的热处理层，而心部仍保持未淬火状态组织的热处理工艺工艺三三)工艺特征工艺特征:通过快速加热使钢的表层奥氏通过快速加热使钢的表层奥氏体化体化,然后急冷然后急冷,使表层形成马氏体组织使表层形成马氏体组织,而心部而心部仍保持不变。仍保持不变。四四)工艺要求工艺要求:淬火前淬火前工件应正火或调质工件应正火或调质 淬火后淬火后

2、应低温回火应低温回火 目的目的二二)性质性质:是一种不改变钢表层分是一种不改变钢表层分,但改变但改变 表表层组织的局部热处理工艺。层组织的局部热处理工艺。第2页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇五五)表面淬火用钢表面淬火用钢:选用选用中碳中碳或或中碳低合金钢中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。等。六六)表面淬火加工的方法表面淬火加工的方法:感应加热感应加热(高、中、工频高、中、工频)、火火 焰加热焰加热、电接触加热法等。、电接触加热法等。第3页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇1.感应加热表面淬火感应加热表面淬火1)感应加热的基本原理感应加热的基本原理:*感应电流

3、感应电流-涡流涡流*集肤效应集肤效应*淬火层深度淬火层深度()与与电电流流频频率率(f)的关系的关系:=500/f （mm）第4页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图集肤效应示意图第5页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇2)工艺要求工艺要求:*表面淬火前表面淬火前,必须对零件进行必须对零件进行正火或调质处理正火或调质处理,以保证零件有良好的基体。以保证零件有良好的基体。*表面淬火后表面淬火后,必须对零件进行必须对零件进行低温低温 回火处理回火处理,以降低淬火应力和脆性。以降低淬火应力和脆性。3)生产特点生产特点:a.加热速

4、度极快，温度稍高加热速度极快，温度稍高b.工件表层为细小马氏体组织，故硬度稍高工件表层为细小马氏体组织，故硬度稍高c.淬火件的质量好淬火件的质量好;工件变形小工件变形小;不易氧化及脱不易氧化及脱碳碳;淬火层容易淬火层容易 控制控制;d.生产率高。生产率高。e.设备投资大设备投资大,不适于复杂形状零件和小批不适于复杂形状零件和小批量生产。量生产。第6页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇2.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火定义：火焰加热表面淬火定义：2）原理如下图：）原理如下图：第7页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇3)火焰加热表面淬火的特点火焰加热表面淬火的

5、特点:*设备简单设备简单,操作方便操作方便,成本低。成本低。*淬火质量不稳定。淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。适于单件、小批量及大型零件的生产。第8页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇二二.化学热处理化学热处理 (Chemical Heat Treatment)一一)定义定义:将零件置于一定的化学介质将零件置于一定的化学介质 中中,通过加热、保温通过加热、保温,使介质使介质 中一种或几种元素原子渗入中一种或几种元素原子渗入 工件表层工件表层,以改变钢表层一定以改变钢表层一定 深度的化学成分、组织和性深度的化学成分、组织和性 能能 的热处理工艺。的热处理工艺。第9页，

6、本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇二二)化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程:2.吸收吸收:活性原子被活性原子被零件表面吸收和溶零件表面吸收和溶 溶解。溶解。3.扩散扩散:活性原子由零件表面向内部扩活性原子由零件表面向内部扩 散散,形成一定的扩散层形成一定的扩散层。1.分解分解:化学介质在高温下释放出待渗化学介质在高温下释放出待渗 的活性原子。的活性原子。2CO CO2 +C第10页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇三三)化学热处理进行的条件化学热处理进行的条件:1.渗入元素的原子渗入元素的原子必须是活性原子必须是活性原子,而而 且且具有较大的扩散能力具有较大的扩散能力。2.

7、零件本身具有零件本身具有吸收渗入原子的能力吸收渗入原子的能力,即对渗入原子有一定的即对渗入原子有一定的溶解度溶解度或能或能 与之化合与之化合,形成化合物形成化合物。四四)化学热处理的种类化学热处理的种类:渗碳渗碳;渗氮渗氮;碳氮碳氮 共渗共渗;渗硼渗硼;渗铝渗铝;渗硫渗硫;渗硅渗硅;渗铬等。渗铬等。第11页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇1.钢的渗碳钢的渗碳(Carburize of steel)1)定义定义:向钢的向钢的表面渗入碳原子表面渗入碳原子的过程。的过程。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧性能的零件。性能的零件。3)用钢用钢:低碳钢低碳钢和和低碳合金钢。低碳合金

8、钢。4)方法方法:固体、气体、固体、气体、液体渗碳。液体渗碳。第12页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇 固体渗碳法示意图固体渗碳法示意图零件零件渗碳剂渗碳剂试棒试棒盖盖泥封泥封渗碳箱渗碳箱第13页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇 气体渗碳法示意图气体渗碳法示意图第14页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇5)工艺工艺:加热温度加热温度为为900950;渗碳时间渗碳时间一般为一般为39小时小时;6)渗碳后的组织渗碳后的组织:1%CP+Fe3C0.2%C F+P少少表面表面中心中心零零 件件PP+F第15页，本讲稿共26页7）渗碳层深度）渗碳层深度 a.定义定义 b.取决

9、于取决于 c.取值取值第16页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇8)渗碳后的热处理工艺原理渗碳后的热处理工艺原理时间温度930850方案方案1方案方案2渗渗 碳碳淬淬火火加加热热第17页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇9)渗碳后的热处理工艺方法渗碳后的热处理工艺方法第18页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇10)热处理后的组织热处理后的组织低碳低碳M回回+FM回回+Cm+A残残低碳低碳合金钢合金钢F+PM回回+Fe3C+A残残低碳钢低碳钢心部组织心部组织表层组织表层组织钢种钢种9)常用的钢种常用的钢种:15、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、18Cr2Ni

10、4WA等。等。第19页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇2.钢的渗氮钢的渗氮(Nitridation of steel)1)定义定义:向钢的向钢的表面渗入氮原子表面渗入氮原子的过程。的过程。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧及抗蚀表硬里韧及抗蚀性能性能 的零件。的零件。3)用钢用钢:中碳合金钢。中碳合金钢。4)方法方法:气体渗氮气体渗氮，离子渗氮。离子渗氮。第20页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇5)工艺工艺:加热温度加热温度500600;保温时间保温时间0.30.5mm/2050h。6)热处理特点热处理特点:渗氮前需调质处理渗氮前需调质处理;渗氮后不需热处理。渗氮后不需

11、热处理。7)渗氮处理后的组织渗氮处理后的组织 表层表层:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN。心部心部:S回回。8)常用的钢种常用的钢种:35 CrMo、18CrNiW、38 CrMoAlA(氮化王牌钢氮化王牌钢)等。等。第21页，本讲稿共26页38 CrMoAl 气体渗氮层组织(化染)650 黄色区:(Fe2-3N)+(Fe4N);红色区:(Fe4N);蓝绿色区:含氮索氏体+脉状氮化物;绿黄色区:索氏体基体。第22页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇越王勾践剑越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。出土于湖北江陵楚墓。长长55.7厘

12、米，厘米，剑锷锋芒犀利，剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。锋能割断头发。第23页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇 渗碳与渗氮的工艺特点渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否处理后是否需要热处理需要热处理处理时处理时间间(h)处理温度处理温度()名称名称需要需要39900950渗碳渗碳不需要不需要2050500600渗氮渗氮第24页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇3.钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗-氰化处理氰化处理 (Carbonitriding of steel)1)定义定义:向钢的向钢的表面同时渗入碳和氮原表面同时渗入碳和氮原 子子的过程。的过程。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧性能的零件。性能的零件。3)方法方法:固体碳氮共渗固体碳氮共渗气体碳氮共渗气体碳氮共渗液体碳氮共渗液体碳氮共渗高温高温中温中温低温低温第25页，本讲稿共26页工程材料与热加工基础程晓宇4)工艺工艺:合金结构钢合金结构钢HRC5360中温气体碳氮共中温气体碳氮共渗渗80086018以渗碳为主以渗碳为主0.50.8mm淬火淬火+低温回火低温回火合金工具钢合金工具钢HRC5463低温气体碳氮低温气体碳氮共渗共渗50060016以渗氮为主以渗氮为主0.10.4mm不需要不需要材料材料性能性能名称名称温度温度()时间时间(h)作用作用渗层渗层热处理热处理第26页，本讲稿共26页