钢的热处理新表面化学.ppt
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1、关于钢的热处理新表面化学现在学习的是第1页,共53页l一、感应加热表面淬火一、感应加热表面淬火 l1原理原理:交变磁场交变磁场 感应电流感应电流 工件电阻工件电阻 加热,集肤效应加热,集肤效应 表面加热表面加热 快速冷却快速冷却现在学习的是第2页,共53页现在学习的是第3页,共53页n感应淬火频率的选用感应淬火频率的选用电流频率越高,感应电流透入深度越浅,加热层也越薄。因此,电流频率越高,感应电流透入深度越浅,加热层也越薄。因此,通过频率的选用可以得到不同工件所要求的淬硬层深度。根据通过频率的选用可以得到不同工件所要求的淬硬层深度。根据零件表面有效淬硬层深度选择合适的频率,分零件表面有效淬硬层
2、深度选择合适的频率,分高频、中频和工频。高频、中频和工频。n 感应加热的工艺参数感应加热的工艺参数根据组织性能的要求,需控制其根据组织性能的要求,需控制其加热温度、加热速度和淬硬层深度加热温度、加热速度和淬硬层深度,而这三个热参数有需通过控制设备的而这三个热参数有需通过控制设备的电参数(电流频率、单位表电参数(电流频率、单位表面功率)和加热时间面功率)和加热时间来保证。来保证。现在学习的是第4页,共53页l2分类分类 高频、高频、中频中频、工频工频 等等。现在学习的是第5页,共53页l感应加热分为:感应加热分为:l 高频感应加热高频感应加热 频频率率为为250-300KHz,淬淬硬层深度硬层深
3、度0.5-2mm传传动动轴轴连连续续淬淬火火感感应应器器感应加热表面淬火齿轮的截面图感应加热表面淬火齿轮的截面图现在学习的是第6页,共53页l 中频感应加热中频感应加热 频频率率为为2500-8000Hz,淬淬 硬硬 层层深度深度2-10mm。各种感应器各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴现在学习的是第7页,共53页l 工频感应加热工频感应加热频率为频率为50Hz,淬硬淬硬层深度层深度10-15 mm各种感应器各种感应器感应穿透加热感应穿透加热现在学习的是第8页,共53页 3 3特特 点点 加热速度快:加热速度快:几秒几十秒。几秒几十秒。加热时实际晶粒度小
4、,淬火得到极细马氏体,加热时实际晶粒度小,淬火得到极细马氏体,硬度硬度脆性脆性 加热层深度易控制加热层深度易控制 ,可实现自动化批量生产。,可实现自动化批量生产。不易氧化、脱碳、变形小。不易氧化、脱碳、变形小。工艺易控制,但设备成本高。工艺易控制,但设备成本高。l 现在学习的是第9页,共53页现在学习的是第10页,共53页汽车曲轴汽车曲轴现在学习的是第11页,共53页4 4工艺路线工艺路线 (用用料料 0.4-0.5%0.4-0.5%c c的中碳钢、中碳低合金钢的中碳钢、中碳低合金钢,如如:4545、40Cr40Cr等等)锻造锻造 退火退火 或或 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 精加工精加工
5、 表面淬火表面淬火 低温回火(低温回火(粗磨粗磨 时效时效 精磨精磨 )l 感应加热表面淬火对工件的原始组织有一定的要求。一感应加热表面淬火对工件的原始组织有一定的要求。一般铸铁件的组织应是珠光体基体和细小均匀分布的石墨;钢般铸铁件的组织应是珠光体基体和细小均匀分布的石墨;钢件应预先进行正火或调质处理。件应预先进行正火或调质处理。现在学习的是第12页,共53页l二、火焰加热二、火焰加热 l火焰加热淬火是利用氧火焰加热淬火是利用氧乙炔或煤气乙炔或煤气氧等)火焰直接加热工件表面,氧等)火焰直接加热工件表面,然后立即喷水冷却。然后立即喷水冷却。淬硬层深度一般为淬硬层深度一般为2 26mm6mm。现在
6、学习的是第13页,共53页n 火焰淬火特点火焰淬火特点 优点:操作简便,设备简单,成本低,灵活性大;优点:操作简便,设备简单,成本低,灵活性大;缺点:加热温度不易控制,工件表面易过热,缺点:加热温度不易控制,工件表面易过热,淬火质量不稳定。淬火质量不稳定。n 火焰淬火适用范围火焰淬火适用范围 单件、小批生产以及大型零件(如大模数齿轮、大型单件、小批生产以及大型零件(如大模数齿轮、大型 轴类等)的表面淬火。轴类等)的表面淬火。现在学习的是第14页,共53页l火焰加热火焰加热:利用乙炔火焰直接加热利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。工件表面的方法。成本低,但质成本低,但质量不易控制。量不易控制。l
7、激光热处理激光热处理:利用高能量密度的激利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。光对工件表面进行加热的方法。效效率高,质量好。率高,质量好。火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图激光表面热处理激光表面热处理火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火现在学习的是第15页,共53页激光表面淬火激光表面淬火利用利用高能量密度高能量密度(104108W/cm2)的激光对工件表)的激光对工件表面进行加热的方法。激光加热面进行加热的方法。激光加热时,因其过程极短,无需考虑时,因其过程极短,无需考虑大气介质的影响,没有氧化脱大气介质的影响,没有氧化脱碳现象,淬火表面光亮洁净;碳现象,淬火表面光亮洁净;又由
8、于加热层是靠自急冷淬火,又由于加热层是靠自急冷淬火,无需特殊的冷却设备;加热快、无需特殊的冷却设备;加热快、区域小,因而工件的变形极小。区域小,因而工件的变形极小。激光加热导光系统原理示意图激光加热导光系统原理示意图现在学习的是第16页,共53页1.1.工艺参数:光斑尺寸、扫描速度、激光功率等。工艺参数:光斑尺寸、扫描速度、激光功率等。2.2.激光淬火激光淬火淬硬深度淬硬深度0.30.5mm,硬度比普通淬火硬度高硬度比普通淬火硬度高 15%15%20%20%。3.3.激光淬火后,表面具有激光淬火后,表面具有4000MPa4000MPa的残余压应力,有利于疲劳的残余压应力,有利于疲劳 强度提高。
9、强度提高。4.4.激光淬火精确的局部加热,可以解决工件拐角、沟槽、盲孔、激光淬火精确的局部加热,可以解决工件拐角、沟槽、盲孔、深孔内壁等其他热处理方法很难解决的强化问题。深孔内壁等其他热处理方法很难解决的强化问题。5.5.激光淬火前,需对淬火表面进行黑化处理,即在被加热的表激光淬火前,需对淬火表面进行黑化处理,即在被加热的表 面涂一层吸光涂层,以提高激光的吸收率。面涂一层吸光涂层,以提高激光的吸收率。6.6.已广泛用于发动机缸套、滚动轴承圈、机床导轨、冷作模具等。已广泛用于发动机缸套、滚动轴承圈、机床导轨、冷作模具等。l激光表面淬火的特点:激光表面淬火的特点:现在学习的是第17页,共53页l5
10、-8 5-8 钢的化学热处理钢的化学热处理l 化学热处理化学热处理l 将工件置于特定的介质中加热和保温,将工件置于特定的介质中加热和保温,l 使介质中的活性原子渗入工件表层,使介质中的活性原子渗入工件表层,l 从而通过改变表层的化学成分和组织从而通过改变表层的化学成分和组织l 来改变其性能。来改变其性能。l 分类分类 l 渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、l 渗铬、渗铝等。渗铬、渗铝等。现在学习的是第18页,共53页一、钢的渗碳一、钢的渗碳 (包括:(包括:气体、固体渗碳)气体、固体渗碳)l 渗碳渗碳 l 低碳钢在高碳介质中加热、保温,以获得高碳表低碳钢在高碳介质中加热、
11、保温,以获得高碳表层的热处理工艺。层的热处理工艺。l 目的目的 l 提高表面硬度,耐磨性,心部保持一定的强度和提高表面硬度,耐磨性,心部保持一定的强度和良好的塑韧性。良好的塑韧性。如齿轮、轴类、链条、套筒、活塞销。如齿轮、轴类、链条、套筒、活塞销。现在学习的是第19页,共53页 1 1渗碳工艺渗碳工艺 钢钢 种种 0.1-0.25%c0.1-0.25%c的低的低碳碳钢钢和低碳合金钢。和低碳合金钢。如:如:1515、2020、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、20CrMnMo 20CrMnMo、18CrMnTi 18CrMnTi。加热温度加热温度 Ac Ac3 3 以上,一般为
12、以上,一般为900900950 950。加热时间加热时间 根据所需渗层厚度决定。根据所需渗层厚度决定。(一般经现场试验测定一般经现场试验测定)渗层厚度(渗层厚度(D Dp p):轴类:):轴类:D Dp=p=(0.1(0.1 0.2)R0.2)R 齿轮:齿轮:D Dp=p=(0.1(0.1 0.2)m0.2)m 薄片:薄片:D Dp=p=(0.1(0.1 0.2)t0.2)t (R (R、m m、t t分别代表轴半径、齿轮模数、零件厚度)分别代表轴半径、齿轮模数、零件厚度)现在学习的是第20页,共53页n常用钢号及用途常用钢号及用途低淬透性钢:低淬透性钢:20、20Cr。用于受力小的用于受力小
13、的耐磨件,如柴油机的耐磨件,如柴油机的活塞销、凸轮轴等活塞销、凸轮轴等。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴20Cr活塞销活塞销现在学习的是第21页,共53页中淬透性钢:中淬透性钢:20CrMnTi 用于中等载荷的耐磨用于中等载荷的耐磨件,如变速箱齿轮。件,如变速箱齿轮。高淬透性钢:高淬透性钢:18Cr2Ni4WA 用于大载荷的耐磨件,用于大载荷的耐磨件,如柴油机曲轴。如柴油机曲轴。增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴汽车变速箱齿轮汽车变速箱齿轮现在学习的是第22页,共53页 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l2.2.渗碳方法渗碳方法:固体渗碳、液体渗碳固体渗碳
14、、液体渗碳、气体渗碳气体渗碳。现在学习的是第23页,共53页 气体渗碳法示意图气体渗碳法示意图现在学习的是第24页,共53页可控气氛渗碳炉可控气氛渗碳炉渗渗碳碳炉炉现在学习的是第25页,共53页l3.3.渗碳件的技术条件渗碳件的技术条件:l 渗碳层的表面含碳量最好在渗碳层的表面含碳量最好在 0.85-1.05%c0.85-1.05%cl 含碳量太低:得不到高碳马氏体,硬度低、含碳量太低:得不到高碳马氏体,硬度低、l 耐磨性差。耐磨性差。l 含碳量太高:渗碳层会出现大量块状或网状含碳量太高:渗碳层会出现大量块状或网状l 渗碳体,渗层变脆,易剥落。渗碳体,渗层变脆,易剥落。现在学习的是第26页,共
15、53页l4 4渗碳后的淬火渗碳后的淬火 l 直接淬火直接淬火 奥氏体晶粒大,马氏体粗,残余奥氏体晶粒大,马氏体粗,残余A A多,耐多,耐磨性低,变形大。磨性低,变形大。(如:图如:图a a、图、图b)b)l 只适用于细晶钢或耐磨性要求低和承载低的零件。只适用于细晶钢或耐磨性要求低和承载低的零件。l 一次淬火一次淬火 加热温度加热温度AcAc3 3以上(心部性能好)以上(心部性能好)l 或或 AcAc1 1以上(表面性能好)以上(表面性能好)l 二次淬火二次淬火 Ac3以上(改善心部性能)以上(改善心部性能)+Ac1以上以上l (改善表面性能)(改善表面性能)现在学习的是第27页,共53页现在学
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- 热处理 表面 化学
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