钢表面热处理工艺简介优秀PPT.ppt

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1、钢的表面热处理钢的表面热处理4/3/202311、钢的一般热处理包括哪些工艺、钢的一般热处理包括哪些工艺?正火、退火、淬火和回火，统称正火、退火、淬火和回火，统称“四把火四把火”。2、什么是调质？调质处理后钢的组织和性能怎样？、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。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。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？、什么是钢的淬透性？钢在淬火条件下得到钢在淬火条件下得到M组织或淬透层深度的实力，是钢的固有属性。组织或淬透层深度的实力，是钢的固有属性。温故知

2、新4/3/20232设计零件结构时应遵循的原则设计零件结构时应遵循的原则 避开尖角和棱角。避开尖角和棱角。避开厚薄悬殊，必要时可增加工艺孔。避开厚薄悬殊，必要时可增加工艺孔。4/3/20233 接受对称结构，以减小热处理时的变形。接受对称结构，以减小热处理时的变形。某些易变形的零件可接受封闭结构，如图所某些易变形的零件可接受封闭结构，如图所示为弹簧夹头，示为弹簧夹头，其槽口在热处理之后再切开。其槽口在热处理之后再切开。必要时可将整体件改成组必要时可将整体件改成组装件，如图零件的镶拼结构。装件，如图零件的镶拼结构。设计零件结构时应遵循的原则设计零件结构时应遵循的原则4/3/20234 在这种状况

3、下，单从材料选择入手或接受一般热处理方法，不能满足其要求。一般热处理的适用状况（性能）：一般热处理的适用状况（性能）：低碳钢低碳钢：可满足心部要求，：可满足心部要求，表面要求不能满足；表面要求不能满足；高碳钢：高碳钢：可满足表面要求，可满足表面要求，心部要求不能满足；心部要求不能满足；解决这一问题的方法是表解决这一问题的方法是表面热处理和化学热处理面热处理和化学热处理4/3/20235钢的表面热处理钢的表面热处理一、表面淬火一、表面淬火表面淬火概念：利用快速加热将表面淬火概念：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。强化零件表面的热处理方

4、法。(变变更钢表层组织的局部热处理工艺更钢表层组织的局部热处理工艺)4/3/20236钢的表面淬火钢的表面淬火 表面淬火用材料表面淬火用材料 含碳量为含碳量为0.40.5%的中碳钢及铸铁。的中碳钢及铸铁。表面淬火后的组织表面淬火后的组织 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）。（调质）或铁素体加索氏体（正火）。4/3/20237表面淬火表面淬火依据实现方式，表面淬火可分为：依据实现方式，表面淬火可分为：感应加热表面淬火感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火 激光加热表面淬火激光加热表面淬火4/3/202

5、38 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火：用氧用氧乙炔火焰喷射到工件表面，使其乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快速加热到淬火温度，并马上喷水冷却被快速加热到淬火温度，并马上喷水冷却的操作方法。的操作方法。适用于含适用于含C 0.35%0.7%的中碳钢和中碳的中碳钢和中碳合金钢，如合金钢，如45，40Cr。感应加热表面淬火感应加热表面淬火：用确定频率的感应电流使工件表面被快用确定频率的感应电流使工件表面被快速加热到淬火温度，并马上喷水冷却的操速加热到淬火温度，并马上喷水冷却的操作方法。作方法。适用于含适用于含C 0.4%0.5%的中碳钢和中碳合的中碳钢和中碳合金钢，如金钢，如40，40Cr。表面淬火

6、表面淬火4/3/20239两类表面淬火的比较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，具有设备简洁，成本低等面淬火相比，具有设备简洁，成本低等优点。但生产率低，零件表面存在不同优点。但生产率低，零件表面存在不同程度的过热，质量限制也比较困难。程度的过热，质量限制也比较困难。主要适用于单件、小批量生产及大型零主要适用于单件、小批量生产及大型零件（如大型齿轮、轴、轧辊等）的表面件（如大型齿轮、轴、轧辊等）的表面淬火。淬火。4/3/202310火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图特点及应用：特点及应用：设备简洁、成本低、敏捷性大，但设备简

7、洁、成本低、敏捷性大，但淬火质量较难限制。淬火质量较难限制。4/3/202311感应加热表面淬火感应加热表面淬火4/3/202312感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应加热的基本原理感应加热的基本原理 感应加热表面淬火的装置如图所示。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交变磁场使工件内部感生出巨大的 涡流涡流 电流频率越高，感应电流透入深度电流频率越高，感应电流透入深度 越浅越浅4/3/202313感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点 加热温度高；加热温度高；工件表层硬度高，脆性较低；工件表层硬度高，脆性较低；工件表面质量好；工件表面质量好；生产效率高。生产效

8、率高。4/3/202314感应加热的分类感应加热的分类 高频感应加热高频感应加热 电流频率范围电流频率范围250300kHz，淬硬层深度为，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。，适用于中小模的齿轮及中小尺寸的轴类零件。中频感应加热中频感应加热 电流频率范围电流频率范围50250Hz，淬硬层深度，淬硬层深度210mm，适用于较大的轴和大中模数齿轮。适用于较大的轴和大中模数齿轮。工频感应加热工频感应加热 电流频率电流频率50Hz，淬硬层深度可达，淬硬层深度可达1015mm，适用，适用 于较大直径零件的穿透加热及大直径零件如轧辊、火车于较大直径零件的穿透加热及大直

9、径零件如轧辊、火车 车轮的表面淬火。车轮的表面淬火。感应加热表面淬火后的回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一般只进行低温回火，回火温度一般不高于200。4/3/202315电流频率与淬硬深度的关系电流频率与淬硬深度的关系在淬火温度状态下，在淬火温度状态下，电流透入的深度与感电流透入的深度与感应电流的频率有关。应电流的频率有关。4/3/202316感应加热淬火零件的加工工艺路途感应加热淬火零件的加工工艺路途 下料下料-锻造锻造-调质或正火调质或正火-切切削加工削加工-感应加热淬火感应加热淬火+低温回火低温回火-精加工精加工-检验检验4/3/202317钢的化学热

10、处理钢的化学热处理将钢放入确定的活性介质中加热和保温，使将钢放入确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，以变更表介质中的活性原子渗入工件表面，以变更表面化学成分、组织和性能的热处理工艺。面化学成分、组织和性能的热处理工艺。分类：渗碳、渗氮、分类：渗碳、渗氮、碳氮共渗碳氮共渗、渗硼、渗硼、渗铬渗铬、渗铝、渗铝4/3/202318钢的化学热处理的过程钢的化学热处理的过程1.分解：分解：由介质中分解出所渗元素的活性原子由介质中分解出所渗元素的活性原子2.吸取：吸取：工件表面对活性原子进行吸取，形成固工件表面对活性原子进行吸取，形成固熔体或形成化合物。熔体或形成化合物。3.扩散：扩

11、散：在确定温度下，所吸附原子由表层往里在确定温度下，所吸附原子由表层往里迁移，形成确定厚度的渗层。迁移，形成确定厚度的渗层。4/3/202319钢的渗碳钢的渗碳 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。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、耐磨性和抗疲惫性能，而心部具有确定的强度和良好的韧性协作。渗碳方法：渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和真空渗碳方法：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。目前广泛应用的是气体渗碳法。渗碳用钢：

12、含碳量为渗碳用钢：含碳量为0.1%0.25%0.1%0.25%的低碳钢和低碳合的低碳钢和低碳合 金钢。金钢。4/3/202320一汽渗碳生产线一汽渗碳生产线4/3/202321 气体渗碳法气体渗碳法此法是使工件在高温（此法是使工件在高温（900 950）的渗碳气氛进行渗碳。）的渗碳气氛进行渗碳。4/3/202322气体渗碳法气体渗碳法 渗碳气氛有两种供应方式，一种是将富碳气体干脆通入炉内；渗碳气氛有两种供应方式，一种是将富碳气体干脆通入炉内；另一种是将已分解的有机物液体滴入炉内。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气体渗碳法优点是生产率高，

13、质量好，但渗碳层深度不易控 制。制。4/3/202323此法是将工件埋在固体渗碳剂中，装箱密封，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。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，设备固体渗碳法特点是生产率低，设备 简洁，成本低，目前一些小厂仍广简洁，成本低，目前一些小厂仍广 泛运用。泛运用。B、固体渗碳剂一般由主渗剂（木炭粒）固体渗碳剂一般由主渗剂（木炭粒）和催渗剂组成的混合物。和催渗剂组成的混合物。固体渗碳法固体渗碳法4/3/202324将零件放入特制的真空渗碳炉中，先抽真空，然将零件放入特制的真空渗碳炉中，先抽真空，然

14、 后升温至渗碳温度，再通入确定量的渗碳气后升温至渗碳温度，再通入确定量的渗碳气体进行渗碳的一种热处理工艺。体进行渗碳的一种热处理工艺。真空渗碳真空渗碳4/3/202325渗碳层的成分和厚度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 度渐渐降低，如图所示。度渐渐降低，如图所示。机器零件渗碳层的厚度通常为机器零件渗碳层的厚度通常为0.52mm。4/3/202326 渗碳后的热处理方法渗碳后的热处理方法有三种，如图所示。有三种，如图所示。干脆淬火法：零件渗碳出炉后冷至约干脆淬火法：零件渗碳出炉后冷至约830，干脆放入冷

15、却，干脆放入冷却 介质中淬火，然后进行低温回火。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。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。两次淬火法：将工件渗碳后缓冷再进行两次淬火。渗碳后的热处理渗碳后的热处理4/3/202327喷丸4/3/202328钢的渗氮钢的渗氮 概念：渗氮俗称氮化，是指在确定温度下使活概念：渗氮俗称氮化，是指在确定温度下使活性氮原子渗入工件表面的热处理工艺。性氮原子渗入工件表面的热处理工艺。4/3/202329钢的渗氮钢的渗氮 目的：提高零件表面硬度、耐磨

16、性、疲惫强度、热硬性和耐蚀性等。渗氮方法渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是气体渗氮。气体渗氮。渗氮用钢：优质碳素结构钢，如渗氮用钢：优质碳素结构钢，如2020，4040等；一般合金结构等；一般合金结构钢，如钢，如40Cr40Cr等；渗等；渗氮氮专用钢，如专用钢，如38CrMoAl38CrMoAl。4/3/202330氮化工艺氮化工艺 离子渗氮 在低真空度容器内，淡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。气体氮化气体氮化 在特地设备中通入氨气在特地设备中通入氨气NH

17、3 并加热至并加热至560570。氮化时。氮化时 间约间约2050h，氮化层深度一，氮化层深度一 般般0.10.6mm。4/3/202331氮化用钢及氮化处理技术条件氮化用钢及氮化处理技术条件 氮化用钢通常是含有氮化用钢通常是含有Al、Cr、Mo、V等等合金钢。应用合金钢。应用 最广泛的是最广泛的是38CrMoAl。选择氮化层厚度不超过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，氮化后不工件在氮化前进行调质处理，氮化后不进行热处理。进行热处理。4/3/202332 氮化后工件表面硬度高、耐磨性高和热硬性高。氮化后工件的疲惫强度显著提高。氮化工件变形小；耐腐蚀实力高。氮化工艺

18、困难，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氮化特点及应用4/3/202333钢的氰化钢的氰化 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570，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。目前主要用于形态困难、要求变形小、受力不大的小型零件的处理。4/3/202334其它化学热处理方法其它化学热处理

19、方法渗铬：渗铬：有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，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。可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。渗硼：特别优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨渗硼：特别优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的实力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗损的实力，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。部件、热作模具和工件夹具。4/3/202335钢的热处理新技术钢的热处理新技术一、可控气氛热处理一、可控气氛热处理二、真空热处理二、真

20、空热处理三、形变热处理三、形变热处理四、表面处理和技术四、表面处理和技术4/3/202336爱护气氛热处理爱护气氛热处理 爱护气氛热处理是接受无氧化加热，或接受限制气 氛来防止热处理过程中的氧化和脱碳的一种工艺。1接受无氧化加热 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 和裂化成确定的碳势的限制气氛，引入热处理炉内。所谓碳势，是指加热时限制气氛的脱碳作用和渗碳作 用保持平衡时钢的含碳量。如某一限制气氛在确定温度下 假如具有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。4/3/202337真空炉真

21、空炉4/3/202338真空热处理真空热处理 真空热处理是在真空热处理是在1.330.0133Pa真空度的真空真空度的真空介质中加热的热处理工艺。介质中加热的热处理工艺。特点及应用：特点及应用：真空热处理可使零件表面无氧化、不脱碳、变形真空热处理可使零件表面无氧化、不脱碳、变形小。小。真空热处理广泛用于化学热处理中，如真空渗碳、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。真空渗铬等。4/3/202339 激光热处理是利用激光加热工件，依靠工件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。本身的传热来实现冷却淬火的工艺。特点：特点：可在可在0.3s达到最高温度

22、，达到最高温度，1s内冷却到内冷却到Ms点，点，可在表面层获得全部马氏体组织。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，与钢的淬透激光热处理不受钢种的限制，与钢的淬透性无关。性无关。激光热处理激光热处理4/3/202340气相沉积气相沉积 气相沉积法有化学气相沉积法（气相沉积法有化学气相沉积法（CVD）和物理气相）和物理气相沉积法（沉积法（PVD）。）。1化学气相沉积化学气相沉积 在真空反应室内，加热到在真空反应室内，加热到9001100进行。将挥发性进行。将挥发性氯化钛（如氯化钛（如TiCl4）与气态碳氢化合物（如）与气态碳氢化合物（如CH4）一道通入容器，）一道通入容器，使工件表面发生化学反应生成使工件表面发生化学反应生成TiC，并沉积成，并沉积成68m的覆盖层。的覆盖层。2物理气相沉积物理气相沉积 是借助一种惰性气体（如氩气）的辉光放电，使金属是借助一种惰性气体（如氩气）的辉光放电，使金属 （如（如Ti）蒸发离子化，同时引进）蒸发离子化，同时引进CO2等反应气体，便可使工等反应气体，便可使工 件表面获得碳化物（如件表面获得碳化物（如TiC）。）。4/3/202341