第3章表面熱處理

1、3.6 3.6 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理3.6.1 3.6.1 鋼的表面淬火鋼的表面淬火 將金屬零件表層快速加熱到奧氏體化溫度，而心部沒將金屬零件表層快速加熱到奧氏體化溫度，而心部沒有相變，然后快速冷卻，有相變，然后快速冷卻，表層獲得馬氏體表層獲得馬氏體，而，而心部仍心部仍保持原始組織保持原始組織，達(dá)到達(dá)到“外硬內(nèi)韌外硬內(nèi)韌”的工藝的工藝。感應(yīng)加熱淬火感應(yīng)加熱淬火 1 1 感應(yīng)加熱淬火感應(yīng)加熱淬火（1 1）基本原理）基本原理 常用頻率：常用頻率：高頻高頻：200200300kHz300kHz；淬；淬硬深度硬深度0.50.52mm2mm。適用于。適用于小、薄零件小、薄零件中頻中頻： 2.52

2、.58kHz8kHz；淬；淬硬深度硬深度2 2 10mm10mm。用于一。用于一般工件般工件工頻工頻：50Hz50Hz；淬硬深度；淬硬深度101020mm20mm。用于大型零件。用于大型零件。 感應(yīng)加熱淬感應(yīng)加熱淬硬硬層層 （mmmm）與）與電流頻率電流頻率f f（HzHz）的關(guān)系：）的關(guān)系： = =（500500600)600) 可見可見電流頻率越高，淬電流頻率越高，淬火后工件硬化層越薄火后工件硬化層越薄。感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖截面圖f（2 2）組織與性能）組織與性能 表層表層 淬火馬氏體淬火馬氏體-高耐磨性高耐磨性 心部心部 原始組織原始組織（回火索氏體）（回火

3、索氏體） -保持高韌性保持高韌性 整體性能整體性能 外硬內(nèi)韌外硬內(nèi)韌 （3 3）應(yīng)用）應(yīng)用：齒輪和軸類零件齒輪和軸類零件機(jī)床導(dǎo)軌機(jī)床導(dǎo)軌表面淬火齒輪表面淬火齒輪2 2 火焰加熱火焰加熱 表面淬火表面淬火 利用利用乙炔乙炔氧氧等形成的高溫火焰等形成的高溫火焰對零件表層快速加對零件表層快速加熱隨后立即噴水淬熱隨后立即噴水淬火冷卻的工藝?；鹄鋮s的工藝。3 3 激光熱處理激光熱處理4 4 表面淬火零件的加工工藝路線表面淬火零件的加工工藝路線 45鋼凸輪軸例鋼凸輪軸例 下料下料鍛造鍛造正火正火機(jī)加工機(jī)加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 精加工精加工表面淬火表面淬火+ +低低溫回火溫回火檢驗(yàn)檢驗(yàn) 正火正火- 消除應(yīng)力、細(xì)化晶粒

4、、改善切消除應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善切削性能；削性能； 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)-提高凸輪軸的綜合力學(xué)性能；提高凸輪軸的綜合力學(xué)性能； 表面淬火表面淬火-提高凸輪表層的硬度和耐提高凸輪表層的硬度和耐磨性磨性 低溫回火低溫回火-消除淬火應(yīng)力消除淬火應(yīng)力中頻感應(yīng)加熱表面中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸輪軸淬火的機(jī)車凸輪軸3.6.2. 3.6.2. 化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理 ( Chemical Heat Treatment ) 將工件置于特定的化學(xué)介質(zhì)或氣氛將工件置于特定的化學(xué)介質(zhì)或氣氛中加熱、保溫，使某些所需的元素?cái)U(kuò)散中加熱、保溫，使某些所需的元素?cái)U(kuò)散到工件表層里，以改變其化學(xué)成分的熱到工件表層里，以改變其化學(xué)成分的熱處理

5、工藝。處理工藝。1 1） 化學(xué)介質(zhì)的化學(xué)介質(zhì)的分解分解 如如 2CO 2 C 2CO 2 C O2 O2 2NH3 2 N 2NH3 2 N 3H23H2 由化學(xué)介質(zhì)分解產(chǎn)生的活由化學(xué)介質(zhì)分解產(chǎn)生的活性原子，性原子， 如如 C C 、 N N 才能滲入才能滲入工件表層里。工件表層里。 2 2）工件）工件吸收吸收活性原子活性原子 3 3）活性原子向心部方向）活性原子向心部方向擴(kuò)散擴(kuò)散氮化擴(kuò)散層氮化擴(kuò)散層化學(xué)熱處理的基本過程化學(xué)熱處理的基本過程1.1. 滲碳滲碳 （CarburizingCarburizing） 1 1）氣體氣體滲碳滲碳 把工件裝入滲碳爐密閉把工件裝入滲碳爐密閉 通入滲碳劑通入滲碳

6、劑（氣、液體有機(jī)物）（氣、液體有機(jī)物）, , 加熱至加熱至 900900 950 950保溫，保溫， 爐內(nèi)發(fā)生爐內(nèi)發(fā)生 CnHCnH2 2nnCnnCCOCO2 2 CO COH H2 2CCH H2 2O O 2）固體）固體滲碳滲碳將工件和固體滲碳劑裝入滲碳箱中，用蓋子和耐火泥封將工件和固體滲碳劑裝入滲碳箱中，用蓋子和耐火泥封好，然后放在爐中加熱至好，然后放在爐中加熱至900-950900-950，保溫足夠長時(shí)，保溫足夠長時(shí)間，得到一定厚度的滲碳層。間，得到一定厚度的滲碳層。 零件零件滲碳劑滲碳劑試棒試棒蓋蓋泥封泥封滲碳箱滲碳箱3)3) 滲碳后熱處理滲碳后熱處理 直接淬火法直接淬火法 適用于

7、合金滲碳鋼適用于合金滲碳鋼 一次淬火法一次淬火法 此法適用于碳鋼。此法適用于碳鋼。 滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回火滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回火滲碳零件的工藝路線滲碳零件的工藝路線 鍛造鍛造正火正火機(jī)加工機(jī)加工滲碳滲碳淬火低溫回火淬火低溫回火（噴丸）（噴丸）精磨精磨 經(jīng)滲碳的機(jī)車從動齒經(jīng)滲碳的機(jī)車從動齒輪輪4 4）應(yīng)用應(yīng)用耐沖擊和耐磨都要耐沖擊和耐磨都要求很高的零件，如求很高的零件，如汽車變速齒輪，活汽車變速齒輪，活塞銷。塞銷。適合適合低碳低碳鋼，鋼，低碳低碳合金鋼合金鋼等材料。等材料。 2 2 氮化（氮化（NitridingNitriding） 1 1）工藝）工藝 500 500 600

8、600加熱，通入加熱，通入氨氣氨氣加熱加熱 2NH33H2+ N 2NH33H2+ N 分解出分解出 N N 滲入工件表層滲入工件表層, ,保溫保溫20205050小時(shí)。小時(shí)。 溶入溶入F F中固溶強(qiáng)化中固溶強(qiáng)化, , N N 的作用的作用 形成形成ALN.CrNALN.CrN等氮化物，等氮化物， 形成氮化白層形成氮化白層 Fe2N Fe2N Fe4N.Fe4N. 經(jīng)氮化的機(jī)車曲軸經(jīng)氮化的機(jī)車曲軸滲氮處理后的組織滲氮處理后的組織 表層表層 : Fe4N: Fe4N、Fe2NFe2N、AlNAlN、CrNCrN、 MoNMoN、TiNTiN、VNVN。 心部心部 : : 回火索氏體回火索氏體常用

9、的鋼種常用的鋼種 :38 CrMoAl:38 CrMoAl 38 CrMoAl 38 CrMoAl 氣體滲氮層組織氣體滲氮層組織 ( ( 化染，化染， 650 650 ) )黃色區(qū)黃色區(qū) : ( Fe: ( Fe2 2- -3 3N ) + ( FeN ) + ( Fe4 4N ) ; N ) ; 紅色區(qū)紅色區(qū) : : ( Fe( Fe4 4N ) ;N ) ;藍(lán)綠色區(qū)藍(lán)綠色區(qū): :含氮索氏體含氮索氏體 + + 脈狀氮化物脈狀氮化物; ; 綠黃色區(qū)綠黃色區(qū): :索氏體基體。索氏體基體。2)2) 特點(diǎn)特點(diǎn) 1) 1) 滲層高硬度，耐磨，耐蝕，耐高溫（工作溫度可達(dá)滲層高硬度，耐磨，耐蝕，耐高溫（工

10、作溫度可達(dá)600600650650）, ,處理不變形。處理不變形。 2) 2) 滲層?。▋H滲層?。▋H0.3-0.5mm0.3-0.5mm）不耐沖擊，生產(chǎn)周期）不耐沖擊，生產(chǎn)周期 長（最長達(dá)長（最長達(dá) 8080小時(shí)）。小時(shí)）。3)3)應(yīng)用應(yīng)用 精密機(jī)床、化工、食品機(jī)械的精密機(jī)床、化工、食品機(jī)械的中碳合金鋼中碳合金鋼 （ 38CrMoAL,35CrMo)38CrMoAL,35CrMo)的軸、齒輪、閥門等。的軸、齒輪、閥門等。 氮化齒輪的加工路線：氮化齒輪的加工路線： 鍛造鍛造-退火退火-機(jī)加工機(jī)加工-調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)-精加工精加工-氮化氮化（最終熱（最終熱處理）處理）-3 3、碳氮共滲、碳氮共滲 （ Ni

11、trocarburizingNitrocarburizing） 1 1） 中溫中溫C CN N共滲共滲 a.a. 工藝：工藝： 加熱加熱 850850870870，通入，通入煤油分解煤油分解 C C ，氨氣分解氨氣分解 N N ， 保溫保溫3 34 4小時(shí)，滲層小時(shí)，滲層 0.1 0.1 0.15mm0.15mm小時(shí)小時(shí)。 出爐可直接淬火，然后在出爐可直接淬火，然后在 180180200200回火?；鼗?。 b.b.滲層組織與性能滲層組織與性能 滲層（滲層（0.40.40.6mm0.6mm） 比滲碳薄，比滲碳薄， 硬度和耐磨性比滲碳高硬度和耐磨性比滲碳高 c.c.應(yīng)用與工藝路線應(yīng)用與工藝路線 同

12、滲碳。同滲碳。 2 2）低溫氮碳共滲）低溫氮碳共滲（氣體軟氮化）氣體軟氮化） 利用尿素分解利用尿素分解 C C 和和 N N （NHNH2 2) )3 3CO 2 N + 2HCO 2 N + 2H2 2 + CO + CO 2 CO CO2 CO CO2 2 + C + C 加熱溫度加熱溫度為為 500500570570，處理時(shí)間，處理時(shí)間 1 13 3小時(shí)。小時(shí)。 滲層滲層為為 0.010.010.02mm0.02mm氮化物白層氮化物白層 + 0.1 + 0.1 0.4 mm0.4 mm擴(kuò)散層擴(kuò)散層。 應(yīng)用應(yīng)用：性能低于氮化，但生產(chǎn)周期短性能低于氮化，但生產(chǎn)周期短， 常用于各種中、高碳鋼零件，常用于各種中、高碳鋼零件， 也可用于刀具、模具等，以及鑄鐵件，如也可用于刀具、模具等，以及鑄鐵件，如 氣缸套等。氣缸套等。