鋼表面熱處理工藝簡介

1、2021-10-191鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理2021-10-1921、鋼的普通熱處理包括哪些工藝鋼的普通熱處理包括哪些工藝? 正火、退火、淬火和回火，統(tǒng)稱正火、退火、淬火和回火，統(tǒng)稱“四把火四把火”。2、什么是調(diào)質(zhì)？調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織和性能怎樣？、什么是調(diào)質(zhì)？調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織和性能怎樣？ 淬火后高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱調(diào)質(zhì)。淬火后高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱調(diào)質(zhì)。 調(diào)質(zhì)后的組織為回火索氏體，具有綜合力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)后的組織為回火索氏體，具有綜合力學(xué)性能。3、什么是鋼的淬透性？、什么是鋼的淬透性？ 鋼在淬火條件下得到鋼在淬火條件下得到M M組織或淬透層深度的能力，是鋼組織或淬透層深度的能力

2、，是鋼的固有屬性。的固有屬性。溫故知新2021-10-193設(shè)計零件結(jié)構(gòu)時應(yīng)遵循的原則設(shè)計零件結(jié)構(gòu)時應(yīng)遵循的原則 避免尖角和棱角。避免尖角和棱角。 避免厚薄懸殊，必要時可增加工藝孔。避免厚薄懸殊，必要時可增加工藝孔。2021-10-194 采用對稱結(jié)構(gòu)，以減小熱處理時的變形。采用對稱結(jié)構(gòu)，以減小熱處理時的變形。 某些易變形的零件可采用封閉結(jié)構(gòu)，如圖所某些易變形的零件可采用封閉結(jié)構(gòu)，如圖所示為彈簧夾頭，示為彈簧夾頭， 其槽口在熱處理之后再切開。其槽口在熱處理之后再切開。 必要時可將整體件改成組必要時可將整體件改成組裝件，如圖零件的鑲拼結(jié)構(gòu)。裝件，如圖零件的鑲拼結(jié)構(gòu)。設(shè)計零件結(jié)構(gòu)時應(yīng)遵循的原則設(shè)計

3、零件結(jié)構(gòu)時應(yīng)遵循的原則2021-10-195 在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱處理方法，不能滿足其要求。處理方法，不能滿足其要求。 普通熱處理的適用情況（性能）：普通熱處理的適用情況（性能）： 低碳鋼低碳鋼 ：可滿足心部要求，：可滿足心部要求， 表面要求不能滿足；表面要求不能滿足； 高碳鋼：高碳鋼： 可滿足表面要求，可滿足表面要求， 心部要求不能滿足；心部要求不能滿足；解決這一問題的方法是表解決這一問題的方法是表面熱處理和化學(xué)熱處理面熱處理和化學(xué)熱處理2021-10-196鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理一、表面淬火一、表面淬火表面淬火概念：表面

4、淬火概念：利用快速加熱將表面層利用快速加熱將表面層奧氏體化后進(jìn)行淬火，以強(qiáng)化零件表面的熱奧氏體化后進(jìn)行淬火，以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。處理方法。(改變鋼表層組織的局部改變鋼表層組織的局部熱處理工藝熱處理工藝) ) 2021-10-197鋼的表面淬火鋼的表面淬火 表面淬火用材料表面淬火用材料 含碳量為含碳量為0.40.5%的中碳鋼及鑄鐵。的中碳鋼及鑄鐵。 表面淬火后的組織表面淬火后的組織 表層組織為回火馬氏體，心部組織為回火索氏體表層組織為回火馬氏體，心部組織為回火索氏體 （調(diào)質(zhì)）或鐵素體加索氏體（正火）。（調(diào)質(zhì)）或鐵素體加索氏體（正火）。2021-10-198表面淬火表面淬火 按照實現(xiàn)方式，

5、表面淬火可分為：按照實現(xiàn)方式，表面淬火可分為： 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火 火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火 激光加熱表面淬火激光加熱表面淬火2021-10-199 火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火 ： 用氧用氧乙炔火焰噴射到工件表面，使其被快速乙炔火焰噴射到工件表面，使其被快速加熱到淬火溫度，并立即噴水冷卻的操作方法。加熱到淬火溫度，并立即噴水冷卻的操作方法。 適用于含適用于含C 0.35%0.7%C 0.35%0.7%的中碳鋼和中碳合金的中碳鋼和中碳合金鋼，如鋼，如4545，40Cr40Cr。 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火 ： 用一定頻率的感應(yīng)電流使工件表面被快速加熱用一定頻率的

6、感應(yīng)電流使工件表面被快速加熱到淬火溫度，并立即噴水冷卻的操作方法。到淬火溫度，并立即噴水冷卻的操作方法。 適用于含適用于含C 0.4%0.5%C 0.4%0.5%的中碳鋼和中碳合金鋼，的中碳鋼和中碳合金鋼，如如4040，40Cr40Cr。表面淬火表面淬火2021-10-1910兩類表面淬火的比較兩類表面淬火的比較 火焰加熱表面淬火和高頻感應(yīng)加熱表火焰加熱表面淬火和高頻感應(yīng)加熱表面淬火相比，具有設(shè)備簡單，成本低等面淬火相比，具有設(shè)備簡單，成本低等優(yōu)點。但生產(chǎn)率低，零件表面存在不同優(yōu)點。但生產(chǎn)率低，零件表面存在不同程度的過熱，質(zhì)量控制也比較困難。程度的過熱，質(zhì)量控制也比較困難。 主要適用于單件、小

7、批量生產(chǎn)及大型零主要適用于單件、小批量生產(chǎn)及大型零件（如大型齒輪、軸、軋輥等）的表面件（如大型齒輪、軸、軋輥等）的表面淬火。淬火。2021-10-1911火焰加熱表面淬火示意圖火焰加熱表面淬火示意圖特點及應(yīng)用：特點及應(yīng)用： 設(shè)備簡單、成本低、靈活性大，但設(shè)備簡單、成本低、靈活性大，但淬火質(zhì)量較難控制。淬火質(zhì)量較難控制。2021-10-1912感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火2021-10-1913感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱的基本原理感應(yīng)加熱的基本原理 感應(yīng)加熱表面淬火的裝置如圖所示。感應(yīng)加熱表面淬火的裝置如圖所示。 交變磁場使工件內(nèi)部感生出巨大的交變磁場使工件內(nèi)部感生出巨大的 渦

8、流渦流 電流頻率越高，感應(yīng)電流透入深度電流頻率越高，感應(yīng)電流透入深度 越淺越淺2021-10-1914感應(yīng)加熱表面淬火的特點感應(yīng)加熱表面淬火的特點 加熱溫度高；加熱溫度高； 工件表層硬度高，脆性較低；工件表層硬度高，脆性較低； 工件表面質(zhì)量好；工件表面質(zhì)量好； 生產(chǎn)效率高。生產(chǎn)效率高。2021-10-1915感應(yīng)加熱的分類感應(yīng)加熱的分類 高頻感應(yīng)加熱高頻感應(yīng)加熱 電流頻率范圍電流頻率范圍250300kHz，淬硬層深度為，淬硬層深度為0.5 2.0mm，適用于中小模的齒輪及中小尺寸的軸類零件。，適用于中小模的齒輪及中小尺寸的軸類零件。 中頻感應(yīng)加熱中頻感應(yīng)加熱 電流頻率范圍電流頻率范圍50250

9、Hz，淬硬層深度，淬硬層深度210mm， 適用于較大的軸和大中模數(shù)齒輪。適用于較大的軸和大中模數(shù)齒輪。 工頻感應(yīng)加熱工頻感應(yīng)加熱 電流頻率電流頻率50Hz，淬硬層深度可達(dá)，淬硬層深度可達(dá)1015mm，適用，適用 于較大直徑零件的穿透加熱及大直徑零件如軋輥、火車于較大直徑零件的穿透加熱及大直徑零件如軋輥、火車 車輪的表面淬火。車輪的表面淬火。感應(yīng)加熱表面淬火后的回火感應(yīng)加熱表面淬火后的回火 一般只進(jìn)行低溫回火，回火溫度一般不高于一般只進(jìn)行低溫回火，回火溫度一般不高于200。2021-10-1916電流頻率與淬硬深度的關(guān)系電流頻率與淬硬深度的關(guān)系 在淬火溫度狀態(tài)下，在淬火溫度狀態(tài)下，電流透入的深度

10、與感電流透入的深度與感應(yīng)電流的頻率有關(guān)。應(yīng)電流的頻率有關(guān)。 2021-10-1917感應(yīng)加熱淬火零件的加工工藝路線感應(yīng)加熱淬火零件的加工工藝路線 下料下料-鍛造鍛造-調(diào)質(zhì)或正火調(diào)質(zhì)或正火-切削加切削加工工-感應(yīng)加熱淬火感應(yīng)加熱淬火+低溫回火低溫回火-精加精加工工-檢驗檢驗2021-10-1918鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理將鋼放入一定的活性介質(zhì)中加熱和保溫，使將鋼放入一定的活性介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表面，以改變表介質(zhì)中的活性原子滲入工件表面，以改變表面化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。面化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。分類：滲碳、滲氮、分類：滲碳、滲氮、 碳氮共滲碳氮共

11、滲、滲硼、滲硼、滲鉻滲鉻、滲鋁、滲鋁2021-10-1919鋼的化學(xué)熱處理的過程鋼的化學(xué)熱處理的過程1. 分解：分解： 由介質(zhì)中分解出所滲元素的活性原子由介質(zhì)中分解出所滲元素的活性原子2. 吸收：吸收： 工件表面對活性原子進(jìn)行吸收，形成固工件表面對活性原子進(jìn)行吸收，形成固熔體或形成化合物。熔體或形成化合物。3. 擴(kuò)散：擴(kuò)散： 在一定溫度下，所吸附原子由表層往里在一定溫度下，所吸附原子由表層往里遷移，形成一定厚度的滲層。遷移，形成一定厚度的滲層。2021-10-1920鋼的滲碳鋼的滲碳 概念：將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳概念：將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的

12、工藝稱為滲碳。原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。 目的：通過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，使表面目的：通過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲勞性能，而心部具有一定具有高的硬度、耐磨性和抗疲勞性能，而心部具有一定的強(qiáng)度和良好的韌性配合的強(qiáng)度和良好的韌性配合。 滲碳方法：滲碳方法有氣體滲碳、固體滲碳和真空滲碳方法：滲碳方法有氣體滲碳、固體滲碳和真空滲碳。目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。滲碳。目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。 滲碳用鋼：含碳量為滲碳用鋼：含碳量為0.1%0.25%0.1%0.25%的低碳鋼和低碳合的低碳鋼和低碳合 金鋼。金鋼。 2021-10-1921一汽滲碳生產(chǎn)線一汽

13、滲碳生產(chǎn)線2021-10-1922 氣體滲碳法氣體滲碳法此法是使工件在高溫（此法是使工件在高溫（900 950）的滲碳?xì)夥者M(jìn)行滲碳。）的滲碳?xì)夥者M(jìn)行滲碳。2021-10-1923氣體滲碳法氣體滲碳法 滲碳?xì)夥沼袃煞N供給方式，一種是將富碳?xì)怏w直接通入爐內(nèi)；滲碳?xì)夥沼袃煞N供給方式，一種是將富碳?xì)怏w直接通入爐內(nèi)； 另一種是將已分解的有機(jī)物液體滴入爐內(nèi)。另一種是將已分解的有機(jī)物液體滴入爐內(nèi)。氣體滲碳法優(yōu)點是生產(chǎn)率高，質(zhì)量好，但滲碳層深度不易控氣體滲碳法優(yōu)點是生產(chǎn)率高，質(zhì)量好，但滲碳層深度不易控 制。制。2021-10-1924此法是將工件埋在固體滲碳劑中，裝箱密封，此法是將工件埋在固體滲碳劑中，裝箱密

14、封， 加熱到滲碳溫度保溫以使工件表層增碳的工藝。加熱到滲碳溫度保溫以使工件表層增碳的工藝。A、 固體滲碳法特點是生產(chǎn)率低，設(shè)備固體滲碳法特點是生產(chǎn)率低，設(shè)備 簡單，成本低，目前一些小廠仍廣簡單，成本低，目前一些小廠仍廣 泛使用。泛使用。B、 固體滲碳劑一般由主滲劑（木炭粒）固體滲碳劑一般由主滲劑（木炭粒） 和催滲劑組成的混合物。和催滲劑組成的混合物。固體滲碳法固體滲碳法2021-10-1925將零件放入特制的真空滲碳爐中，先抽真空，然將零件放入特制的真空滲碳爐中，先抽真空，然 后升溫至滲碳溫度，再通入一定量的滲碳?xì)夂笊郎刂翝B碳溫度，再通入一定量的滲碳?xì)怏w進(jìn)行滲碳的一種熱處理工藝。體進(jìn)行滲碳的一

15、種熱處理工藝。真空滲碳真空滲碳2021-10-1926滲碳層的成分和厚度滲碳層的成分和厚度 工件滲碳后表面含碳量可達(dá)過共析鋼的成分，由表向里碳濃工件滲碳后表面含碳量可達(dá)過共析鋼的成分，由表向里碳濃 度逐漸降低，如圖所示。度逐漸降低，如圖所示。 機(jī)器零件滲碳層的厚度通常為機(jī)器零件滲碳層的厚度通常為0.52mm。2021-10-1927 滲碳后的熱處理方法滲碳后的熱處理方法有三種，如圖所示。有三種，如圖所示。 直接淬火法：零件滲碳出爐后冷至約直接淬火法：零件滲碳出爐后冷至約830，直接放入冷卻，直接放入冷卻 介質(zhì)中淬火，然后進(jìn)行低溫回火。介質(zhì)中淬火，然后進(jìn)行低溫回火。 一次淬火法：滲碳零件出爐緩冷

16、后，再加熱到淬火溫度進(jìn)行一次淬火法：滲碳零件出爐緩冷后，再加熱到淬火溫度進(jìn)行 淬火和回火。淬火和回火。 兩次淬火法：將工件滲碳后緩冷再進(jìn)行兩次淬火。兩次淬火法：將工件滲碳后緩冷再進(jìn)行兩次淬火。滲碳后的熱處理滲碳后的熱處理2021-10-1928噴丸2021-10-1929鋼的滲氮鋼的滲氮 概念：概念：滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的熱處理工藝。子滲入工件表面的熱處理工藝。 2021-10-1930鋼的滲氮鋼的滲氮 目的：提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性目的：提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性等。和耐蝕性等

17、。 滲氮方法滲氮方法：氣體滲氮、離子滲氮等。生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是：氣體滲氮、離子滲氮等。生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣體滲氮。氣體滲氮。 滲氮用鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如滲氮用鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如2020，4040等；一般合金結(jié)構(gòu)等；一般合金結(jié)構(gòu)鋼，如鋼，如40Cr40Cr等；滲等；滲氮氮專用鋼，如專用鋼，如38CrMoAl38CrMoAl。 2021-10-1931氮化工藝氮化工藝 離子滲氮離子滲氮 在低真空度容器內(nèi)，稀薄的氨氣在高電壓作用下，迫在低真空度容器內(nèi)，稀薄的氨氣在高電壓作用下，迫 使電離后的氨離子高速沖擊工件，使其滲入工件表面。離使電離后的氨離子高速沖擊工件，使其滲入工件表面。離 子氮化的優(yōu)點

18、是氮化時間短，變形小。子氮化的優(yōu)點是氮化時間短，變形小。 氣體氮化氣體氮化 在專門設(shè)備中通入氨氣在專門設(shè)備中通入氨氣NH3 并加熱至并加熱至560570。氮化時。氮化時 間約間約2050h，氮化層深度一，氮化層深度一 般般0.10.6mm。2021-10-1932氮化用鋼及氮化處理技術(shù)條件氮化用鋼及氮化處理技術(shù)條件 氮化用鋼通常是含有氮化用鋼通常是含有Al、Cr、Mo、V等等合金鋼。應(yīng)用合金鋼。應(yīng)用 最廣泛的是最廣泛的是38CrMoAl。 選擇氮化層厚度不超過選擇氮化層厚度不超過0.60.7mm。 工件在氮化前進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，氮化后不工件在氮化前進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，氮化后不進(jìn)行熱處理。進(jìn)行熱處理。20

19、21-10-1933 氮化后工件表面硬度高、耐磨性高和熱硬性高。氮化后工件表面硬度高、耐磨性高和熱硬性高。 氮化后工件的疲勞強(qiáng)度顯著提高。氮化后工件的疲勞強(qiáng)度顯著提高。 氮化工件變形?。荒透g能力高。氮化工件變形小；耐腐蝕能力高。 氮化工藝復(fù)雜，成本高。氮化工藝復(fù)雜，成本高。 目前氮化工藝主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件目前氮化工藝主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件氮化特點及應(yīng)用氮化特點及應(yīng)用2021-10-1934鋼的氰化鋼的氰化 氰化是使工件表面同時滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝，氰化是使工件表面同時滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝，也稱作碳氮共滲。常用的氰化方法有：也稱作碳氮共滲。常用的氰化

20、方法有：1）低溫氣體碳氮共滲）低溫氣體碳氮共滲 共滲介質(zhì)有尿素、甲酰氨和三乙醇氨等，處理溫度不共滲介質(zhì)有尿素、甲酰氨和三乙醇氨等，處理溫度不 超過超過570，處理時間，處理時間13h，硬度可達(dá)，硬度可達(dá)5067HRC?，F(xiàn)?，F(xiàn)普遍用于模具、刃具、量具及耐磨零件的處理。普遍用于模具、刃具、量具及耐磨零件的處理。2）中溫氣體碳氮共滲）中溫氣體碳氮共滲 滴入煤油并通入氨氣，加熱溫度滴入煤油并通入氨氣，加熱溫度830850。保溫。保溫3 4h時，氰化層厚度可達(dá)時，氰化層厚度可達(dá)0.50.6mm。目前主要用于形狀。目前主要用于形狀復(fù)雜、要求變形小、受力不大的小型零件的處理。復(fù)雜、要求變形小、受力不大的小型

21、零件的處理。2021-10-1935其它化學(xué)熱處理方法其它化學(xué)熱處理方法滲鉻：滲鉻：有較好的耐蝕性和優(yōu)良的抗氧化性、硬度和耐磨性，有較好的耐蝕性和優(yōu)良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不銹鋼和耐熱鋼用于機(jī)械和工具制造?？纱娌讳P鋼和耐熱鋼用于機(jī)械和工具制造。 滲硼：十分優(yōu)秀的耐磨性、耐腐蝕磨損和泥漿磨滲硼：十分優(yōu)秀的耐磨性、耐腐蝕磨損和泥漿磨損的能力，耐磨性明顯優(yōu)于滲氮、碳和碳氮共滲損的能力，耐磨性明顯優(yōu)于滲氮、碳和碳氮共滲層，但不耐大氣和水的腐蝕。主要用于泥漿泵零層，但不耐大氣和水的腐蝕。主要用于泥漿泵零部件、熱作模具和工件夾具。部件、熱作模具和工件夾具。 2021-10-1936鋼的熱處理新

22、技術(shù)鋼的熱處理新技術(shù)一、可控氣氛熱處理一、可控氣氛熱處理二、真空熱處理二、真空熱處理三、形變熱處理三、形變熱處理四、表面處理和技術(shù)四、表面處理和技術(shù)2021-10-1937保護(hù)氣氛熱處理保護(hù)氣氛熱處理 保護(hù)氣氛熱處理是采用無氧化加熱，或采用控制氣保護(hù)氣氛熱處理是采用無氧化加熱，或采用控制氣 氛來防止熱處理過程中的氧化和脫碳的一種工藝。氛來防止熱處理過程中的氧化和脫碳的一種工藝。1采用無氧化加熱采用無氧化加熱 在爐內(nèi)通入高純度中性氣體在爐內(nèi)通入高純度中性氣體N和氬等和氬等 進(jìn)行加熱，以防氧化進(jìn)行加熱，以防氧化和脫碳。和脫碳。2可控氣氛法可控氣氛法 一般利用含碳的液體（甲醇、乙醇、丙酮等），分解一般利用含碳的液體（甲醇、乙醇、丙酮等），分解 和裂化成一定的碳勢的控制氣氛，引入熱處理爐內(nèi)。和裂化成一定的碳勢的控制氣氛，引入熱處理爐內(nèi)。 所謂碳勢，是指加熱時控制氣氛的脫碳作用和滲碳作所謂碳勢，是指加熱時控制氣氛的脫碳作用和滲碳作 用保持平衡時鋼的含碳量。用保持平衡時鋼的含碳量。如某一控制氣氛在一定溫度下如某一控制氣氛在一定溫度下 如果具有如果具有0.4%碳勢，則含碳為碳勢，則含碳為0.4%的鋼在此氣氛中加熱的鋼在此氣氛中加熱 不會脫碳和氧化。不會脫碳和氧化。2021-10-1938真空爐真空爐2021-10-1939真空熱處理真空熱處理 真空熱處理是在真空熱處理