[精选]第2章钢的热处理工艺.pptx

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1、金属材料及热处理第二章钢的热处理工艺钢的热处理工艺通过加热、保温和冷却的方法改变钢的组织结构以获得工件所要求性能的一种热加工技术。热处理设备分类普通热处理退火、正火、淬火、回火外表热处理外表淬火、化学热处理形变热处理一、退火什么是退火？将钢加热到相变温度Ac1以上或以下，保温以后缓慢冷却一般随炉冷却以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。目的：均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢，改善钢 的成形和切削加工性能，的成形和切削加工性能，为淬火做好组织准备。1按加热温度分为临界温度以上或以下按加热温度分为临界温度以上或以下临界温度以上

2、完全退火扩散退火不完全退火球化退火临界温度以下再结晶退火去应力退火2按冷却方式按冷却方式等温退火连续冷却退火分类分类加热温度范围1.完全退火概念概念将钢件或钢材加热到Ac3以上2030，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。A AC3C3+30+30 50 50 炉冷炉冷A AC3C3500 500，空冷，空冷目的目的 均匀组织，细化晶粒均匀组织，细化晶粒 降低硬度，消除内应力降低硬度，消除内应力 改善钢的切削加工性能改善钢的切削加工性能实际生产中，实际生产中，600出炉空冷出炉空冷。适用钢材适用钢材:中碳钢消除魏氏组织、晶粒粗大、带状组织等A AC3C3+30+3

3、0 50 50 中碳钢：珠光体中碳钢：珠光体+铁素体铁素体 等温退火等温退火将奥氏体化后的钢较快地冷却到稍低于Ar1温度等温，使奥氏体转变为珠光体，再空冷到室温的热处理工艺。缩短退火时间适用于高碳钢、合金工具钢和高合金钢。1概念2目的3适用钢种2.不完全退火概念将钢加热到Ac1Ac3亚共析钢或Ac1Accm过共析钢之间的双相区，保温后缓慢冷却的热处理工艺。对亚共析钢，可代替完全退火。对过共析钢，即为球化退火。3.球化退火概念概念钢随炉升温加热到钢随炉升温加热到Ac1Accm以下的双相区，保温后以下的双相区，保温后缓慢冷却的热处理工艺。缓慢冷却的热处理工艺。目的目的:让其中的碳化物球化粒化和消除

4、网让其中的碳化物球化粒化和消除网状的二次渗碳体。因此叫做球化退火。状的二次渗碳体。因此叫做球化退火。主要适用于共析或过共析的工模具钢主要适用于共析或过共析的工模具钢适用钢种适用钢种T10钢球化退火组织(化染)500 4.扩散退火均匀化退火概念概念将工件加热到略低于固相线的温度亚共析钢通常为将工件加热到略低于固相线的温度亚共析钢通常为10501150，长时间一般，长时间一般1020h保温，然后随保温，然后随炉缓慢冷却到室温的热处理工艺。炉缓慢冷却到室温的热处理工艺。也叫均匀化退火。目的目的均匀钢内部的化学成分，消除偏析。均匀钢内部的化学成分，消除偏析。主要于铸造后的高合金钢。主要于铸造后的高合金

5、钢。适用情况适用情况 扩散退火扩散退火 去应力退火去应力退火退火5.去应力退火概念概念为了消除由于变形加工以及铸造、焊接过程引起的剩余为了消除由于变形加工以及铸造、焊接过程引起的剩余内应力而进行的退火称为去应力退火。内应力而进行的退火称为去应力退火。退火温度退火温度不超过不超过Ac1，一般，一般500650。6.再结晶退火概念把冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶而消除加工硬化的热处理工艺。二、正火概念概念将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷的热将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷的热处理工艺。处理工艺。亚共析钢的加热温度为Ac33050

6、过共析钢的加热温度为Accm3050。索氏体正火与退火的主要区别正火与退火的主要区别 冷却速度不同，正火冷却速度较大，得到的珠光体组冷却速度不同，正火冷却速度较大，得到的珠光体组织很细，因而强度和硬度也较高。织很细，因而强度和硬度也较高。应用应用1消除网状二次渗碳体消除网状二次渗碳体2作为最终热处理，提高工件的力学性能作为最终热处理，提高工件的力学性能3改善切削加工性能改善切削加工性能4消除热加工缺陷。消除热加工缺陷。三、退火和正火的选用含碳量0.75钢，选用球化退火中碳钢、合金钢正火硬度高不易切削，选用完全退火在要求不高时，尽量选用正火。2.1.3淬火概念概念 淬火是指将钢加热到临界温度淬火

7、是指将钢加热到临界温度Ac3或或Ac1以上以上3050，保温后以大于临界冷却速度的冷速冷，保温后以大于临界冷却速度的冷速冷却，得到马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。却，得到马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。目的目的 获得马氏体，并与适当的回火工艺相配合，提高钢的力获得马氏体，并与适当的回火工艺相配合，提高钢的力学性能。学性能。组织：组织：淬火组织在大多数情况下为马氏体，有时也可能得到淬火组织在大多数情况下为马氏体，有时也可能得到贝氏体或者马氏体与贝氏体的混合组织。此外还有少量剩余贝氏体或者马氏体与贝氏体的混合组织。此外还有少量剩余奥氏体与未溶第二相。奥氏体与未溶第二相。1.淬火条件及分类淬火条件及

8、分类 条件：条件：合金能否淬火主要主要表达在合金在相图上有没有多合金能否淬火主要主要表达在合金在相图上有没有多型性改变或固溶度改变。型性改变或固溶度改变。分类：分类：分为无多型性转变的合金淬火和有多型性转变合金的淬火。分为无多型性转变的合金淬火和有多型性转变合金的淬火。无多型性转变合金的淬火，又称为固溶处理无多型性转变合金的淬火，又称为固溶处理 以铝合金为代表有多型性转变合金的淬火，简称淬火有多型性转变合金的淬火，简称淬火 以钢为代表2.淬火工艺参数的选择淬火工艺参数的选择淬火加热温度、保温时间和冷却方式淬火加热温度、保温时间和冷却方式过共析钢淬火温度：一般为Ac1以上3050图6-14是碳钢

9、的淬火温度范围。亚共析钢的淬火温度：一般为Ac3以上3050，淬火后获得均匀细小的马氏体组织。钢的化学成分对加热温度的影响钢的化学成分对加热温度的影响工件尺寸及形状的影响工件尺寸及形状的影响小工件采用较低的淬火温度。反之，采用高的淬火温度。小工件加热快，温度高可能引起棱、角处过热和增大变形，故淬火温度取下限。大工件加热慢，温度低容易造成加热缺乏及延长工时，故应适当提高淬火温度。对形状复杂，容易变形和开裂的工件，应在保证性能要求的前提下，尽量采用较低的淬火温度。淬火介质和淬火方法的影响淬火介质和淬火方法的影响采用冷却能力很强的淬火剂时，为减少应力，可适当降低淬火温度。采用等温淬火或分级淬火时，因

10、所用热浴的冷却能力差，故应当适当提高淬火温度，以保证工件淬硬。奥氏体晶粒长大倾向的影响奥氏体晶粒长大倾向的影响对本质细晶粒钢，其淬火加热温度范围较宽，所以为了提高加热速度，缩短整个处理周期，可适当提高淬火温度。2加热时间保温时间指工件装炉后，从炉温上升到淬火温度时起，保温时间指工件装炉后，从炉温上升到淬火温度时起，至出炉止所需时间。至出炉止所需时间。保温时间包括两段时间：保温时间包括两段时间：一段是整个工件温度到达淬火温度所需要的时间，称为一段是整个工件温度到达淬火温度所需要的时间，称为工件透热时间；工件透热时间；另一段为整个工件组织完全转变所需要的时间，称为组另一段为整个工件组织完全转变所需

11、要的时间，称为组织转变所需时间。织转变所需时间。保温时间为工件透热时间与组织转变所需时间之和。保温时间为工件透热时间与组织转变所需时间之和。保温时间按照零件最大厚度或条件厚度来确定。保温时间按照零件最大厚度或条件厚度来确定。最大厚度指零件最厚截面处的尺寸或叠放零件的总厚度。最大厚度指零件最厚截面处的尺寸或叠放零件的总厚度。条件厚度指零件实际厚度壁厚乘以形状系数。条件厚度指零件实际厚度壁厚乘以形状系数。球形、正方形零件的形状系数为0.75；棒状零件的形状系数为1.0。保温时间的影响因素保温时间的影响因素钢的化学成分的影响钢中碳及合金元素含量越高，合金的导热性下降，保温时间适当延长。高碳钢的保温时

12、间大于低碳钢，合金钢的保温时间大于碳素钢，高合金钢的保温时间大于低合金钢。工件的形状与尺寸的影响工件的形状与尺寸的影响 当加热条件相同时，保温时间随其有效厚度的增大当加热条件相同时，保温时间随其有效厚度的增大而延长。而延长。有效厚度指工件在受热条件下在最快传热方向上的有效厚度指工件在受热条件下在最快传热方向上的截面厚度。截面厚度。加热炉类型的影响加热炉类型不同，加热速度不同，保温时间也不同。铅浴炉、盐浴炉、空气电阻炉加热速度依次降低，当其它条件相同时，三者的保温时间之比大致为2:3:6。计算保温时间的经验公式为：装炉情况的影响 工件的保温时间与工件在炉中的放置及排列情况有较大关系。一般在保温时

13、间公式再乘上装炉方式修正系数k。淬火保温时间经验公式为：。淬火冷却的基本原则淬火冷却的基本原则淬入时应保证工件得到最均匀的冷却；应以最小阻力方向淬入；还应考虑工件的重心稳定。淬火要得到马氏体组织，同时又要防止产生变形和开裂淬火要得到马氏体组织，同时又要防止产生变形和开裂在在“鼻尖温度鼻尖温度650以上，以上，在保证不出现珠光体类型组织的前提在保证不出现珠光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷；下，可以尽量缓冷；在在“鼻尖温度附近鼻尖温度附近650-400则必须快冷，以躲开则必须快冷，以躲开“鼻尖，保鼻尖，保证不产生非马氏体相变；证不产生非马氏体相变；在在Ms点附近又可以缓冷，以减轻点附近又可以缓冷

14、，以减轻马氏体转变时的相变应力。马氏体转变时的相变应力。常用的淬火冷却介质是水、盐或碱的水溶液和各种矿物常用的淬火冷却介质是水、盐或碱的水溶液和各种矿物油、油、植物油植物油。3.淬火冷却介质常用的淬火冷却介质：水、油各种矿物油、植物油常用的淬火冷却介质：水、油各种矿物油、植物油盐或碱的水溶液和有机物质的水溶液及乳化液盐或碱的水溶液和有机物质的水溶液及乳化液。实际使用的淬火介质分为两大类。淬火时发生物态变化的淬火介质。这类介质包括水质淬火剂、油质淬火剂和水溶液等淬火时不发生物态变化的淬火介质。这类淬火包括各种熔盐、熔碱、熔融金属等新型淬火介质：有机聚合物淬火剂新型淬火介质：有机聚合物淬火剂、无机

15、物水溶液、无机物水溶液淬火剂、流态床冷却淬火剂、流态床冷却 原则原则：保证在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减保证在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减小淬火应力，减少工件变形和开裂倾向。小淬火应力，减少工件变形和开裂倾向。时间时间温度MsA1单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火4 淬火方法淬火方法1单液淬火单液淬火概念概念 将奥氏体状态的工件放入一种将奥氏体状态的工件放入一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火淬火介质中一直冷却到室温的淬火方法。方法。特点特点 操作简单，容易实现机械化操作简单，容易实现机械化适用范围适用范围 形状简单的碳钢和合金钢工件。形状简

16、单的碳钢和合金钢工件。2双液淬火双液淬火 工件先在较强冷却能力介质中冷却到300左右，再在一种冷却能力较弱的介质中冷却，如先水淬后油淬优点：可有效减少马氏体转变的内应力，减小工件变形开裂的倾向应用：形状复杂、截面不均匀的工件淬火缺点：难以掌握双液转换的时刻，转换过早容易淬不硬，转换过迟又容易淬裂。3分级淬火分级淬火 工件在低温盐浴或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在Ms点附近，停留25min，然后取出空冷目的：A.工件内外温度较为均匀B.进行马氏体转变，以大大减小淬火应力，防止变形开裂4等温淬火等温淬火分为贝氏体等温淬火和马氏体等温淬火1贝氏体等温淬火工件在等温盐浴中淬火，等温停留较长时间，直到

17、贝氏体转变结束，取出空冷.盐浴温度:贝氏体区的下部稍高于Ms目的:获得下贝氏体，以提高强度、硬度、韧性和耐磨性。应用：用于中、高碳钢2马氏体等温淬火工件置于温度稍低于Ms点的淬火介质中保持，发生局部马氏体转变，取出空冷。这种等温淬火相当于低于Ms点的分级淬火特点A.冷却速度大，过冷奥氏体不易分解；B.形成的马氏体在等温过程中转变为回火马氏体，使组织应力下降；C.等温过程工件各局部温度趋于一致，空冷冷速较慢，继续形成马氏体量少，组织应力小，变形开裂倾向小。时间温度/MsA1表面中心空冷5预冷淬火法先将试样空冷一定时间后置于淬火介质中冷却。预冷可减小工件在随后快冷时各处之间的温差，变形开裂倾向减小

18、。时间温度/MsA1表面中心预冷5.钢的淬透性钢的淬透性1淬透性的概念淬透性的概念指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力钢的淬透性大小用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深钢的淬透性大小用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度来表示。度来表示。通常采用从淬火工件外表到半马氏体区距离作为淬透层通常采用从淬火工件外表到半马氏体区距离作为淬透层深度。深度。淬透性是钢的固有属性，其大小主要取决于钢的临界冷却速率淬透性是钢的固有属性，其大小主要取决于钢的临界冷却速率Vc。50%M表面心部淬硬层大尺寸工件的淬透情况示意图2淬透性的测量方法淬透性的测量方法1断口检验法断口检

19、验法 根据淬火后钢材断口组织的粗细来判断淬透深度。根据淬火后钢材断口组织的粗细来判断淬透深度。淬透局部的组织较细，呈绢状断口，未淬透局部的组织较粗。淬透局部的组织较细，呈绢状断口，未淬透局部的组织较粗。该法只适用于非合金钢，特别是碳素工具钢。该法只适用于非合金钢，特别是碳素工具钢。2P-F法法 这是标准化的断口检验法这是标准化的断口检验法.主要适用于工具钢。主要适用于工具钢。P代表淬透深度，代表淬透深度，F表示断口的形貌。表示断口的形貌。F根据瑞典标准采用根据瑞典标准采用断口晶粒度断口晶粒度No.110，10个级别加以评定。个级别加以评定。3热盐水试验法热盐水试验法 把长、宽各把长、宽各25.

20、4mm，厚，厚2.5mm的试样在的试样在6090的的10盐水中淬火后，在规定的位置测量其硬度盐水中淬火后，在规定的位置测量其硬度HRC。该方法用于测量低淬透性钢的淬透性。该方法用于测量低淬透性钢的淬透性。4临界直径法。临界直径法。对不同直径的一组圆柱体试样淬火，找出截面中心恰好是含对不同直径的一组圆柱体试样淬火，找出截面中心恰好是含50%马氏体的试样，其直径大小规定为临界淬透直径马氏体的试样，其直径大小规定为临界淬透直径D0。在相同的冷却条件下，在相同的冷却条件下，D0越大，则钢的淬透性也越大。越大，则钢的淬透性也越大。冷却介质的冷速不同，临界淬透直径冷却介质的冷速不同，临界淬透直径D0也不同

21、。也不同。钢材在冷却强度无限大的冷却介质中淬火，试样能够淬透的最大直径，称为理想临界直径Di。Di是排除淬火介质的影响而反映钢固有的淬透性的判据。试验时，先将标准试样加热至奥氏体化状态，然后迅速放在端淬试验台上喷水冷却。5末端淬火法，简称端淬法末端淬火法，简称端淬法试样冷却完毕后，沿其轴线方向相对的两侧各磨去0.40.5mm，在此平面上从试样末端开始，测量1.5mm、3mm、5mm、7mm、9mm、11mm、13mm、15mm前8个测量点和以后每隔5mm的硬度值，绘出硬度与至末端距离的关系曲线，称为端淬曲线。由于同一种钢号的化学成分允许在一定范围内波动，因而相关手册中给出的不是一条曲线，而是一

22、条带，称之为淬透性带钢的淬透性值通常用J-d 表示。J表示末端淬透性，d 表示从测量点到淬火端面的距离单位为mm，表示该处的硬度值或为HRC，或为HV30。J35-15，表示距淬火端15mm处的硬度值为35HRC；JHV450-10表示距淬火端10mm处的硬度值为450HV30。主要因素是化学成分主要因素是化学成分 B.合金元素合金元素 除除Co以外，所有溶于奥氏体中的合金元素都提高淬以外，所有溶于奥氏体中的合金元素都提高淬透性。透性。未溶入奥氏体中的元素，形成碳化物、氮化物及其未溶入奥氏体中的元素，形成碳化物、氮化物及其他非金属夹杂物，使临界冷却速度增大，降低淬透性。他非金属夹杂物，使临界冷

23、却速度增大，降低淬透性。奥氏体温度、塑性变形及外加应力都会影响淬透性。奥氏体温度、塑性变形及外加应力都会影响淬透性。4影响淬透性的因素影响淬透性的因素A.含碳量。共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随含碳量增加，淬透性提高；过共析钢随含碳量增加，淬透性降低。7.冷处理冷处理将淬火后已冷到室温的工件继续深冷至零下温度，使将淬火后已冷到室温的工件继续深冷至零下温度，使淬火后保存下来的剩余奥氏体继续向马氏体转变，到达减淬火后保存下来的剩余奥氏体继续向马氏体转变，到达减少或消除剩余奥氏体的目的。少或消除剩余奥氏体的目的。工件经冷处理后，其硬度和耐磨性得到较大提高，由于剩余奥氏体减小或者消除，尺寸

24、稳定性增加。应用：高碳合金工具钢、经渗碳或碳氮共渗的结构钢零件液氮淬火法是常用冷处理方法。四、钢的回火什么是什么是回火回火？将淬火后的零件加热到低于将淬火后的零件加热到低于Ac1的某一温度的某一温度并保温，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。并保温，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。一般是紧接淬火以后的热处理工艺。一般是紧接淬火以后的热处理工艺。淬火后回火目的淬火后回火目的 降低或消除内应力，以防止工件开裂和变形；降低或消除内应力，以防止工件开裂和变形；减少或消除剩余奥氏体，以稳定工件尺寸；减少或消除剩余奥氏体，以稳定工件尺寸；调整工件的内部组织和性能，以满足工件的调整工件的内部组织和性能，

25、以满足工件的 使用要求。使用要求。低温回火低温回火 150250 特别适合刀具、量具、滚动轴承和高频外表淬火工件。大局部材特别适合刀具、量具、滚动轴承和高频外表淬火工件。大局部材料是淬火高碳钢和高碳合金钢料是淬火高碳钢和高碳合金钢中温回火中温回火 350500 主要用于各种弹簧零件和热锻磨具。主要用于各种弹簧零件和热锻磨具。高温回火高温回火 500650 主要适用于中碳结构钢和低合金结构钢，用来制作曲轴、连杆、主要适用于中碳结构钢和低合金结构钢，用来制作曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车半轴、机场主轴、齿轮等连杆螺栓、汽车半轴、机场主轴、齿轮等钢件淬火后进行高温回火的热处理工艺又称调质处理回火工艺回火

26、工艺按照回火后性能要求，淬火以后的回火有低温回火，中温回火、高温回火。按照回火温度和工件所要求的性能，一般将回火分为三类钢的回火回火索氏体回火索氏体 回火屈氏体回火屈氏体 回火马氏体回火马氏体 回火马氏体回火马氏体 回火后钢的的组织回火后钢的的组织马氏体马氏体2.回火时间确实定回火时间确实定列经验公式计算：3.回火后冷却回火后冷却一般钢种回火保温后，大都在空气中冷却。重要零件为了防止产生内应力，采用缓慢冷却。回火脆性较明显的合金钢Cr钢、Cr-Mn钢、Si-Mn钢，为了防止回火脆性的产生，在450650回火后，需油冷、水冷。2.2钢的外表热处理什么是外表热处理？仅对钢的外表快速加热、冷却，把表

27、层淬成马氏体，使外表获得高硬度和耐磨性，而心部仍保持原来良好的韧性和塑性的热处理方法，称为外表热处理。注意：外表热处理不改变钢的成分。按加热方式可分为感应加热火焰加热电接触加热激光加热加热器通入电流，工件外表在几秒钟之内迅速加热到远高于Ac3以上的温度，接着迅速冷却工件例如向加热了的工件喷水冷却外表，在零件外表获得一定深度的硬化层。2.2.1 感应加热外表热处理感应加热外表热处理1.感应加热感应加热感应线圈通以交流电时，就会在它的内部和周围产生与交流频率相同的交变磁场。假设把工件置于感应磁场中，则其内部将产生感应电流并由于电阻的作用被加热。感应电流在工件表层密度最大，而心部几乎为零，这种现象称

28、为集肤效应。电流透入工件表层的深度主要与电流频率关系：通过频率的选用可以得到不同工件所要求的淬硬层深度。电流频率越高，感应电流透入深度越浅，加热层也越薄。第一类：超高频感应加热淬火电流频率：27MHz淬硬层深度：0.15mm应用：圆盘锯等形状复杂工件第二类高频感应加热淬火常用电流频率：200300kHz淬硬层深度：0.52.0mm应用：适用于中小模数的齿轮及中小尺寸的轴类零件等。第二类中频感应加热淬火常用电流频率：25008000Hz淬硬层深度：26mm应用：适用于较大尺寸的轴和大中模数的齿轮等。第三类工频感应加热淬火电流频率：50赫兹淬硬层深度：可达1015mm应用：大直径零件如轧辊、火车车

29、轮等的外表淬火。感应加热外表淬火的分类感应加热外表淬火的分类据电流频率的不同，分为四类：感应加热适用的材料中碳钢和中碳低合金钢，如45、40Cr、40MnB等。这些钢经预先热处理正火或调质处理后再外表淬火，心部有较高的综合机械性能，外表也有较高的硬度和耐磨性。铸铁也是适合于外表淬火的材料组织组织A.亚共析钢亚共析钢图2.18 45钢高频感应淬火后的组织和硬度整个加热层分为三个区。1区：加热温度超过Ac3，淬火得到完全马氏体组织。越靠近外表，马氏体组织越粗大，越靠近里面，马氏体则较细，带有隐针状特征。2区：温度Ac1Ac3之间，淬火得到马氏体和铁素体混合组织。越远离外表，温度越低，铁素体量越大。

30、该层为过渡层。3区：温度低于Ac1，不会发生马氏体相变，仍保存原始组织。B.过共析钢表层组织为马氏体+碳化物+剩余奥氏体，过渡层为马氏体+碳化物+少量屈氏体，心部组织为珠光体+碳化物。感应加热外表淬火的特点由于感应加热速度极快，过热度增大，使钢的临界点升高，故感应加热淬火温度工件外表温度高于一般淬火温度。由于感应加热速度快，奥氏体晶粒不易长大，淬火后获得非常细小的隐晶马氏体组织，使工件表层硬度比普通淬火高2HRC3HRC，耐磨性也有较大提高。外表淬火后，淬硬层中马氏体的比体积较原始组织大，因此表层存在很大的剩余压应力，能显著提高零件的弯曲、抗扭疲劳强度。小尺寸零件可提高23倍，大尺寸零件可提高

31、20%30%。由于感应加热速度快、时间短，故淬火后无氧化、脱碳现象，且工件变形也很小，易于实现机械化与自动化。2火焰加热外表淬火火焰加热淬火是火焰加热温度很高约火焰加热淬火是火焰加热温度很高约3000以以上，能将工件迅速加热到淬火温度，通过调节烧嘴的上，能将工件迅速加热到淬火温度，通过调节烧嘴的位置和移动速度，可以获得不同厚度的淬硬层。位置和移动速度，可以获得不同厚度的淬硬层。用乙炔氧或煤气氧等火焰直接加热工件外表，然后立即喷水冷却，以获得外表硬化效果的淬火方法。特点概念2.3钢的化学热处理化学热处理是将钢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工件表层，改变其化学成分和组织，到达

32、改进外表性能，满足技术要求的热处理过程。常用的化学热处理有渗碳、渗氮俗称氮化、碳氮共渗俗称氰化和软氮化等。还有渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。发兰、磷化可以归为外表处理，不属于化学热处理。化学热处理过程包括分解、吸收、扩散三个基本过程。2.3.1渗碳渗碳就是将钢件置于具有足够碳势的介质中加热奥氏体化并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺。目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使工件外表具有高的硬度、耐磨性和良好的抗疲劳性能，而心部具有较高的强度和良好的韧性。与外表淬火相比，渗碳主要用于那些对外表有较高耐磨性要求，并承受较大冲击载荷的零件。渗碳用钢为低碳钢及低碳合金钢，如20、20Cr、20Cr

33、MnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。渗碳方法可以分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳1.气体渗碳是将工件置于密封的气体渗碳炉内，加热到完全奥氏体化温度一般900-950，并通入渗碳介质使工件渗碳。介质：A.向炉内滴入易分解的有机液体如煤油、苯、甲醇、醋酸乙酯等B.直接通入气体介质天然气、丙烷气及煤气等通过在钢的外表上发生反响，形成活性碳原子。反响如下：钢的气体渗碳钢的气体渗碳图5-29 气体渗碳炉渗碳过程可分为三个阶段1渗碳介质的分解CnH2n+2n+1H2+nCCnH2nnH2+nC2COCO2+CCO+H2H2O+C2碳原子的吸收。3碳原子的扩散。2.固体渗碳是将工件和固体渗碳剂

34、装入渗碳箱中，用盖子和耐火泥封好，然后放在炉中加热至900950，保温足够长时间，得到一定厚度的渗碳层。固体渗碳剂通常是一定粒度的木炭与15%20%的碳酸盐BaCO3或Na2CO3的混合物。木炭提供渗碳所需要的活性炭原子，碳酸盐起催化作用，反响如下：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3.渗碳工艺及组织渗碳工艺及组织 渗碳处理的工艺参数是渗碳温度和渗碳时间。由于奥氏体的溶碳能力较大，因此渗碳温度必须高于Ac3温度。加热温度越高，则渗碳速度越快，渗碳层越厚，生产率也越高。但为了防止奥氏体晶粒过分长大，所以渗碳温度不能太高，通常为900950。在温度一定的情况下，渗碳时间取决于渗碳

35、层的厚度。渗碳后的组织渗碳后的组织渗碳的钢为低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3等。渗碳后缓冷组织自外表至心部依次为：过共析组织珠光体碳化物、共析组织珠光体、亚共析组织珠光体+铁素体的过渡层，直至心部的原始组织。对于碳钢，渗层深度规定为：从表层到过渡层一半50%P+50%-Fe的厚度。4.渗碳后的热处理渗碳工艺的加热温度高，时间较长，还需淬火才能到达硬度要求，所以钢渗碳以后必须进行热处理才能到达预期目的。如汽车、机车、矿山机械、起重机械等用的大量传动齿轮都采用渗碳热处理工艺提高其耐磨损性能。渗碳件的热处理方法有三种，如图6-21所示。图2.22 渗碳后热处理示

36、意图2.3.2渗氮氮化目的目的:提高零件外表硬度提高零件外表硬度可达可达10001200HV、耐磨性、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。氮化工艺氮化工艺气体氮化气体氮化离子氮化离子氮化包括包括:与气体氮化相比，离子氮化的特点是处理周期短，仅为气体与气体氮化相比，离子氮化的特点是处理周期短，仅为气体氮化的氮化的1/31/4例如例如38CrMoAl钢，氮化层深度假设到达钢，氮化层深度假设到达0.350.7mm，气体氮化一般需，气体氮化一般需70小时，而离子氮化仅需小时，而离子氮化仅需1520小小时，零件的外表不易形成连续的白色脆性层。时，零件的外表不易形成连续的白色脆性

37、层。概念：渗氮是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件外表，概念：渗氮是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件外表，形成含氮硬化层的化学热处理工艺。形成含氮硬化层的化学热处理工艺。渗氮原理渗氮原理应用场合应用场合 要求处理精度高、冲击载荷小、抗磨损能力强的零件，要求处理精度高、冲击载荷小、抗磨损能力强的零件，如一些精密零件、精密齿轮都可用氮化工艺处理。如一些精密零件、精密齿轮都可用氮化工艺处理。供氮介质为无水氨气或氨+氢或氨+氮，渗氮分三个阶段。1氨气分解。NH3=N+3/2 H2，或Fe+NH3=FeN+3/2 H2 2氮原子的吸收。少数被吸收，多数氮原子结合成氮气逸出。外表易生成 化合物，氮原子熔

38、于化合物层，并向内扩散。3氮原子的扩散。氮原子的原子半径比碳原子小，扩散系数比C原子大。渗氮层深度随时间呈抛物线的关系。2.渗氮热处理渗氮热处理渗氮后不需要热处理。这是由于渗氮是通过氮原子和渗氮后不需要热处理。这是由于渗氮是通过氮原子和铁原子或合金元素形成氮化物来强化合金。铁原子或合金元素形成氮化物来强化合金。渗氮钢件的心部性能由渗氮前热处理决定。渗氮钢件的心部性能由渗氮前热处理决定。渗氮前热处理一般为调质处理渗氮前热处理一般为调质处理。淬火温度由钢的淬火温度由钢的Ac3决定；决定；淬火介质取决于钢的淬透性；淬火介质取决于钢的淬透性；回火温度的选择不仅要根据对心部的硬度要求回火温度的选择不仅要

39、根据对心部的硬度要求 3.渗氮工艺渗氮工艺1渗氮温度和时间渗氮温度。渗氮温度影响渗氮层的深度和硬度。渗氮温度越低，外表硬度升高、渗层深度下降。渗氮时间。渗氮时间影响渗层深度和硬度。渗氮时间越长，渗层越大，外表硬度越高。2气体氮势的选择控制氨分解率。选择氨分解率时的基本原则是，欲使气氛氮势高，应选择低分解率；反之，要获得低氮势，则选择高分解率。控制气氛氮势。根据渗氮温度及实验图来确定白层生成门槛值，按照比例配置NH3+H2混合气，控制NH3的流量。5.常用渗氮工艺根据渗氮目的不同，渗氮工艺分为两大类：一类是以提高工件外表硬度、耐磨性及疲劳强度等为主要目的而进行的渗氮，称为强化渗氮；一类是以提高工

40、件外表抗腐蚀性能为目的的渗氮，称为为抗腐蚀渗氮。5.常用渗氮工艺常用渗氮工艺1等温渗氮2多段渗氮工艺3抗腐蚀渗氮渗氮温度较高3碳氮共渗碳氮共渗氰化处理什么是碳氮共渗？什么是碳氮共渗？碳氮共渗是同时向零件渗入碳氮共渗是同时向零件渗入C、N两种元素的化学两种元素的化学热处理工艺。热处理工艺。氰化氰化液体氰化液体氰化气体氰化气体氰化中温氰化中温氰化低温氰化低温氰化液体氰化有毒，污染环境，劳动条件差液体氰化有毒，污染环境，劳动条件差中温气体渗氮工艺以渗碳为主，用于提高结构件中温气体渗氮工艺以渗碳为主，用于提高结构件如齿轮、如齿轮、蜗轮、轴类件蜗轮、轴类件的硬度、耐磨性和疲劳性；的硬度、耐磨性和疲劳性；

41、低气体渗氮工艺以渗氮为主，主要用于提高工模具的外表硬低气体渗氮工艺以渗氮为主，主要用于提高工模具的外表硬度、耐磨性和抗咬合性。度、耐磨性和抗咬合性。碳氮共渗件常选用低碳或中碳钢及中碳合金钢碳氮共渗件常选用低碳或中碳钢及中碳合金钢共渗后可直接淬火和低温回火渗层组织：细片渗层组织：细片针针回火马氏体加少量粒状碳氮化合回火马氏体加少量粒状碳氮化合物和剩余奥氏体，硬度为物和剩余奥氏体，硬度为5863HRC；心部组织与硬度：取决于钢的成分和淬透性。心部组织与硬度：取决于钢的成分和淬透性。催渗技术能缩短化学热处理的工艺过程周期和提高渗层质量。催渗技术能缩短化学热处理的工艺过程周期和提高渗层质量。常用催渗剂

42、为稀土常用催渗剂为稀土2.4 钢的热处理新技术钢的热处理新技术2.4.1 可控气氛热处理可控气氛热处理在炉气成分可控的热处理炉内进行的热处理称为可控气氛热处理。可控气氛则是实现无氧化加热的最主要措施。正确控制热处理炉内的炉气成分，可为某种热处理过程提供元素的来源。A.吸热式气氛:气体反响中需要吸收外热源的能量，才能使反响向正方向发生的热处理气氛。B.放热式气氛:依靠自身的燃烧放热反响而制成的气体,放出大量热量C.滴注式气氛2.4.2 真空热处理真空热处理真空热处理是在0.0133Pa1.33Pa真空度的真空介质中对工件进行热处理的工艺。特点：特点：真空热处理无氧化、无脱碳、无元素贫化，真空热处

43、理无氧化、无脱碳、无元素贫化，可以实现光亮热处理，可以实现光亮热处理，可以使零件脱脂、脱气，防止外表污染和氢脆；可以使零件脱脂、脱气，防止外表污染和氢脆；同时可以实现控制加热和冷却，减少热处理变形。同时可以实现控制加热和冷却，减少热处理变形。提高材料性能；提高材料性能；还具有便于自动化、柔性化和清洁热处理等优点。还具有便于自动化、柔性化和清洁热处理等优点。2.4.3 离子渗扩热处理离子渗扩热处理 离子渗扩热处理是利用阴极离子渗扩热处理是利用阴极工件工件和阳极间的辉光放电产和阳极间的辉光放电产生的等离子体轰击工件，使工件表层的成分、组织及性能发生的等离子体轰击工件，使工件表层的成分、组织及性能发

44、生变化的热处理工艺。生变化的热处理工艺。1.离子渗氮离子渗氮在真空室内进行。工件接高压直流电源的负极，真空钟罩接正极。将真空室的真空度抽到一定值后，充入少量氨气或氢气、氮气的混合气体。当电压调整到400V800V时，氨即电离分解成氮离子、氢离子和电子，并在工件外表产生辉光放电现象。正离子受电场作用加速轰击工件外表，使工件升温到渗氮温度，氮离子在钢件外表获得电子，复原成氮原子而渗入钢件外表并向内部扩散，形成渗氮层。2.离子渗碳离子渗碳将工件装入温度在将工件装入温度在900以上的真空炉内，在通入碳氢以上的真空炉内，在通入碳氢化合物化合物CH4或或C3H8的气氛中加热，同时在工件的气氛中加热，同时在

45、工件阴极阴极和阳极之间施加高压直流电，产生辉光放电使活化的碳和阳极之间施加高压直流电，产生辉光放电使活化的碳被离子化，在工件附近加速从而轰击工件外表进行渗碳。被离子化，在工件附近加速从而轰击工件外表进行渗碳。形变淬火回火2.2.4 形变热处理形变热处理高温形变热处理高温形变热处理低温形变热处理低温形变热处理1.高温形变热处理高温形变热处理 将钢加热到将钢加热到Ac3以上，在以上，在稳定的奥氏体温度范围内进稳定的奥氏体温度范围内进行变形，然后立即淬火，使行变形，然后立即淬火，使之发生马氏体转变并回火到之发生马氏体转变并回火到所需要的性能的热处理工艺。所需要的性能的热处理工艺。概念概念 一般碳钢、

46、低合金结构钢一般碳钢、低合金结构钢零件以及机加工量不大的锻件零件以及机加工量不大的锻件或轧材，如连杆、曲轴、弹簧、或轧材，如连杆、曲轴、弹簧、叶片和各种农机具零件。叶片和各种农机具零件。适用范围适用范围形变淬火回火应用应用 可用于结构钢、弹簧钢、可用于结构钢、弹簧钢、轴承钢及工具钢。轴承钢及工具钢。2.低温形变热处理低温形变热处理概念：概念：将钢加热到奥氏体状态，将钢加热到奥氏体状态，迅速冷却至迅速冷却至Ac1点以下、点以下、Ms点点以上过冷奥氏体亚稳温度范围以上过冷奥氏体亚稳温度范围进行大量塑性变形，然后立即进行大量塑性变形，然后立即淬火并回火至所需要的性能。淬火并回火至所需要的性能。2.4

47、.5环保型热处理技术环保型热处理技术1.磨削加热淬火磨削加热淬火钢件在一定范围内磨削，靠磨削把钢件外表加热到适当温度，然后靠未加热局部的热传导冷却使外表金属变成马氏体而强化。此技术可以代替感应和激光淬火，把一项整体热处理过程转化为加工生产线的一道工序。2.Atmopals渗碳工艺渗碳工艺运用Atmopals微波大气等离子技术对工件进行热处理2.4.6激光热处理激光热处理是利用高功率密度的激光束对金属进行外表处理的方法，它可以对材料实现相变硬化或称做外表淬火、外表非晶化、外表重熔粹火、外表合金化等外表改性处理，产生用其它外表淬火达不到的外表成分、组织、性能的改变。基本原理是用高能激光束对工件外表

48、进行扫描，被扫描的局部材料外表急骤升温到相变温度，激光束离开后，被加热的局部又很快通过母体冷却而形成自淬火。淬火局部呈超细化的结构组织，硬度比淬火前提高约2.5倍，并得到0.21mm的淬火层深，从而提高工件的耐磨性能35倍。2.4.7气相沉积1.化学气相沉积法化学气相沉积是在高温下将炉内抽成真空或通入氢气，然后通入反响气体并在炉内产生化学反响，使工件外表形成覆层的方法，简称CVD法。化学气相沉积方法可进行钛、钽、锆、铌等碳化物和氮化物的沉积。2.物理气相沉积法物理气相沉积是把金属蒸气离子化后在高压静电场中使离子加速并直接沉积于金属外表形成覆层的方法，简称PVD法。常用的为真空溅射、真空蒸发、离子镀