機(jī)械工程材料-第三章ppt課件

1、華僑大學(xué)機(jī)電及自動化學(xué)院華僑大學(xué)機(jī)電及自動化學(xué)院沈劍云沈劍云機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n鋼的熱處置：是將金屬資料在固態(tài)下加熱鋼的熱處置：是將金屬資料在固態(tài)下加熱,保溫保溫暖冷卻，從而獲得所需性能的一種工藝方法。暖冷卻，從而獲得所需性能的一種工藝方法。n改善鋼的性能的途徑：改善鋼的性能的途徑：合金化、熱處置，壓力加工。合金化、熱處置，壓力加工。n熱處置的運用：熱處置的運用：n 機(jī)床、汽車零件機(jī)床、汽車零件60-80%經(jīng)過熱處置。經(jīng)過熱處置。n 模具、滾動軸承模具、滾動軸承100%需熱處置。需熱處置。n熱處置特點：熱處置特點：n 只改動工件的組織和性能，不改動其外形。只改動工件的組織和性能，不改動其

2、外形。n 壓力加工等工藝那么改動外形。壓力加工等工藝那么改動外形。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n普通零件消費的工藝道路普通零件消費的工藝道路:毛坯消費毛坯消費預(yù)備熱處置預(yù)備熱處置機(jī)械加工機(jī)械加工最終熱處置最終熱處置機(jī)械精加工機(jī)械精加工根椐熱處置目的不同，可將熱處置分為兩大類：根椐熱處置目的不同，可將熱處置分為兩大類：預(yù)備熱處置：是指消除前道工序產(chǎn)生的某些缺陷，改預(yù)備熱處置：是指消除前道工序產(chǎn)生的某些缺陷，改 善鋼材的工藝性能，確保后續(xù)加工順利善鋼材的工藝性能，確保后續(xù)加工順利 進(jìn)展的熱處置進(jìn)展的熱處置最終熱處置：是指滿足運用性能要求的熱處置。最終熱處置：是指滿足運用性能要求的熱處置。機(jī)械工程材料機(jī)

3、械工程材料n普通熱處置的作用普通熱處置的作用n改善資料的切削加工性能；改善資料的切削加工性能；n提高資料的力學(xué)性能，保證零件平安運轉(zhuǎn)。提高資料的力學(xué)性能，保證零件平安運轉(zhuǎn)。n熱處置工藝：熱處置工藝：n加熱、冷卻速度，及溫度、時間等參數(shù)。加熱、冷卻速度，及溫度、時間等參數(shù)。n普通熱處置：退火、正火、淬火、回火。普通熱處置：退火、正火、淬火、回火。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n退火：是將鋼加熱到適當(dāng)溫度，堅持一定時間，退火：是將鋼加熱到適當(dāng)溫度，堅持一定時間，然后緩慢冷卻以獲得接近平衡形狀組織的熱處然后緩慢冷卻以獲得接近平衡形狀組織的熱處置工藝。置工藝。n最常用的退火工藝：最常用的退火工藝：n完全退火

4、、等溫退火完全退火、等溫退火n球化退火球化退火n去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火n再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n完全退火：把鋼加熱到完全退火：把鋼加熱到Ac3以上以上3050，保溫一定，保溫一定時間，隨爐冷卻至?xí)r間，隨爐冷卻至600以下，出爐空冷。緩冷以下，出爐空冷。緩冷 F + Pn目的：細(xì)化晶粒，消除過熱組織，消除剩余應(yīng)力，降低目的：細(xì)化晶粒，消除過熱組織，消除剩余應(yīng)力，降低硬度和改善切削加工性能。硬度和改善切削加工性能。 n運用：運用： 用于亞共析鋼的鑄、鍛件，焊接構(gòu)造件。用于亞共析鋼的鑄、鍛件，焊接構(gòu)造件。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n等溫退火：將鋼奧氏體化后，以較快速度冷卻到等溫退火

5、：將鋼奧氏體化后，以較快速度冷卻到Ar1以以下某一溫度，等溫一定時間使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，下某一溫度，等溫一定時間使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，然后空冷。然后空冷。n采用等溫退火可縮短退火時間。采用等溫退火可縮短退火時間。等溫退火與普通退火的比較等溫退火與普通退火的比較機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n球化退火：將鋼加熱至Ac1以上約2040，保溫后，隨爐冷卻。在Ac1+ 2040等溫， 使Fe3C球化，再緩冷 球狀PF+球狀Fe3Cn運用：主要用于共析和過共析鋼預(yù)先熱處置。n目的：使鋼中的滲碳體球化。硬度,切削性,韌性機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n去應(yīng)力退火：又稱低溫去應(yīng)力退火：又稱低溫退火，是將鋼加熱

6、到退火，是將鋼加熱到Ac1以下某一溫度普以下某一溫度普通約為通約為500600，保溫一定時間，然后隨保溫一定時間，然后隨爐冷卻。爐冷卻。 n目的：消除鑄、鍛、焊目的：消除鑄、鍛、焊件和冷沖壓件的剩余應(yīng)件和冷沖壓件的剩余應(yīng)力。力。 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n正火：將鋼加熱到正火：將鋼加熱到Ac3 或或Accm以上以上3050，保溫適，保溫適當(dāng)時間后，在空氣中冷卻的熱處置工藝稱為正火。當(dāng)時間后，在空氣中冷卻的熱處置工藝稱為正火。 亞、過共析鋼過冷奧氏體延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變亞、過共析鋼過冷奧氏體延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n正火工藝正火工藝n加熱溫度加熱溫度n Ac3 ( Accm ) + 3050

7、n空冷空冷 S溫溫 度度 ()名名 稱稱Ac3 + 3050亞共析鋼亞共析鋼Ac1 + 3050共析鋼共析鋼Accm + 3050過共析鋼過共析鋼機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n運用：運用：n可作為滿足運用性能要求的最終熱處置。可作為滿足運用性能要求的最終熱處置。n對于過共析鋼可抑制二次滲碳體網(wǎng)構(gòu)成，為球?qū)τ谶^共析鋼可抑制二次滲碳體網(wǎng)構(gòu)成，為球化退火作預(yù)備?；嘶鹱黝A(yù)備。n對于低碳鋼，可以提高硬度，改善切削加工性對于低碳鋼，可以提高硬度，改善切削加工性能，是必需采用的預(yù)先熱處置。能，是必需采用的預(yù)先熱處置。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n退火和正火的選擇退火和正火的選擇n從切削加工

8、性上思索從切削加工性上思索n切削加工性又包括硬度，切削脆性，外表粗切削加工性又包括硬度，切削脆性，外表粗糙度及對刀具的磨損等。糙度及對刀具的磨損等。n對于低、中碳構(gòu)造鋼以正火作為預(yù)先熱處置對于低、中碳構(gòu)造鋼以正火作為預(yù)先熱處置比較適宜，高碳構(gòu)造鋼和工具鋼那么以退火為宜。比較適宜，高碳構(gòu)造鋼和工具鋼那么以退火為宜。至于合金鋼，由于合金元素的參與，使鋼的硬度至于合金鋼，由于合金元素的參與，使鋼的硬度有所提高，故中碳以上合金鋼普通都采用退火以有所提高，故中碳以上合金鋼普通都采用退火以改善切削性。改善切削性。n從運用性能上思索從運用性能上思索n如工件性能要求不太高，隨后不再進(jìn)展淬火如工件性能要求不太高

9、，隨后不再進(jìn)展淬火和回火，那么往往用正火來提高其機(jī)械性能，但和回火，那么往往用正火來提高其機(jī)械性能，但假設(shè)零件的外形比較復(fù)雜，正火的冷卻速度有構(gòu)假設(shè)零件的外形比較復(fù)雜，正火的冷卻速度有構(gòu)成裂紋的危險，應(yīng)采用退火。成裂紋的危險，應(yīng)采用退火。n從經(jīng)濟(jì)上思索從經(jīng)濟(jì)上思索n正火比退火的消費周期短，耗能少，且操作正火比退火的消費周期短，耗能少，且操作簡便，故在能夠的條件下，應(yīng)優(yōu)先思索以正火替簡便，故在能夠的條件下，應(yīng)優(yōu)先思索以正火替代退火。代退火。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n淬火蘸火：將鋼加熱淬火蘸火：將鋼加熱到相變溫度以上，保溫一到相變溫度以上，保溫一定時間，后快速冷卻，以定時間，后快速冷卻，以獲得馬氏

10、體或貝氏體組織獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處置工藝。的熱處置工藝。nA A化后，快冷化后，快冷 M M 。n目的：為了獲得馬氏體組目的：為了獲得馬氏體組織織, ,提高鋼的硬度和耐磨提高鋼的硬度和耐磨性。性。 n淬火溫度淬火溫度n1) 亞共析鋼亞共析鋼:Ac3 + 3050 n2) 共析和過共析鋼共析和過共析鋼:Ac1 + 3050 ， 細(xì)細(xì)M + 粒狀粒狀Fe3CII ，硬度大。，硬度大。 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)n冷卻速度：冷卻速度：n鹽水水鹽浴鹽水水鹽浴油油n淬火方法淬火方法n單介質(zhì)淬火：水、油單介質(zhì)淬火：水、油冷冷n雙介質(zhì)淬火：水冷雙介質(zhì)淬火：水冷 + 油冷油冷n分級淬火

11、：分級淬火： Ms鹽鹽浴中保溫空冷浴中保溫空冷n等溫淬火：在鹽、等溫淬火：在鹽、堿浴中堿浴中 下下B 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n淬火加熱時間淬火加熱時間 淬火加熱時間包括升溫暖保溫時間。加熱時間受工件淬火加熱時間包括升溫暖保溫時間。加熱時間受工件外形尺寸、裝爐方式、裝爐量、加熱爐類型、爐溫暖加熱外形尺寸、裝爐方式、裝爐量、加熱爐類型、爐溫暖加熱介質(zhì)等影響。普通用下述閱歷公式確定：介質(zhì)等影響。普通用下述閱歷公式確定：t = D式中式中: t 加熱時間，加熱時間，min； 加熱系數(shù)，加熱系數(shù)，min mm ； D 工件有效厚度，工件有效厚度，mm。和和D的數(shù)值可查閱有關(guān)資料確定。的數(shù)值可查閱有關(guān)資

12、料確定。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n熱處置后的組織熱處置后的組織 M+Fe3C+A殘殘 Ac1+3050過共析鋼過共析鋼 M + A殘殘 Ac1+3050 共析鋼共析鋼 M + A殘殘 Ac3+3050亞共析鋼亞共析鋼Wc0.5% M Ac3+3050亞共析鋼亞共析鋼Wc0.5% 最終組織最終組織淬火溫度淬火溫度() 鋼種鋼種機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n鋼的淬硬性鋼的淬硬性 ( Hardening of steel )n定義：是指鋼在淬火后所能到達(dá)的最高硬度。定義：是指鋼在淬火后所能到達(dá)的最高硬度。n影響鋼的淬硬性的要素：主要取決于馬氏體的影響鋼的淬硬性的要素：主要取決于馬氏體的含碳量。含碳量。n

13、鋼的淬透性鋼的淬透性 ( Hardenability of steel )n定義：是指鋼在淬火時所能得到的淬硬層定義：是指鋼在淬火時所能得到的淬硬層 (馬氏馬氏體組織占體組織占50%處處) 的深度。的深度。n影響鋼的淬透性的要素：主要是臨界淬火冷卻影響鋼的淬透性的要素：主要是臨界淬火冷卻速度速度VK的大小，的大小，VK越大，鋼的淬透性越小。越大，鋼的淬透性越小。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料距水冷端距離? 25? 25水100淬透性曲線硬度HRCn鋼的淬透性曲線鋼的淬透性曲線 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n淬硬性與淬透性之間的

14、關(guān)系淬硬性與淬透性之間的關(guān)系淬透性淬透性淬硬性淬硬性鋼鋼 種種小小低低碳素構(gòu)造鋼碳素構(gòu)造鋼 ( 20 )小小高高碳素工具鋼碳素工具鋼( T10A )大大低低低碳合金構(gòu)造鋼低碳合金構(gòu)造鋼( 18Cr2Ni4WA )大大高高高碳高合金工具鋼高碳高合金工具鋼( Cr12MoV )機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后機(jī)械性能淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后機(jī)械性能 未淬透鋼未淬透鋼淬透鋼淬透鋼機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n留意：留意： 淬透性與實踐工件淬硬層深度的區(qū)別：淬透性與實踐工件淬硬層深度的區(qū)別：淬透性是鋼本身所固有的屬性。而實踐工件的淬硬層淬透性是鋼本身所固有的屬性。而實踐工件的淬硬層深度除了取決于

15、鋼的淬透性外，還與工件的外形、尺寸及深度除了取決于鋼的淬透性外，還與工件的外形、尺寸及采用的冷卻介質(zhì)等外界要素有關(guān)。采用的冷卻介質(zhì)等外界要素有關(guān)。 鋼的淬透性與淬硬性的區(qū)別：鋼的淬透性與淬硬性的區(qū)別：淬硬性是指鋼淬火后能到達(dá)的最高硬度，它主要取決淬硬性是指鋼淬火后能到達(dá)的最高硬度，它主要取決于馬氏體的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，馬氏體的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，于馬氏體的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，馬氏體的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，鋼的淬硬性越好。鋼的淬硬性越好。鋼的淬透性指在規(guī)定的淬火條件下所獲得的淬硬深度，鋼的淬透性指在規(guī)定的淬火條件下所獲得的淬硬深度，主要取決于鋼中合金元素多少，鋼中合金元素越多，鋼的主要取決于鋼中合金元素多少，鋼

16、中合金元素越多，鋼的淬透性越好。淬透性好的鋼其淬硬性不一定高。淬透性越好。淬透性好的鋼其淬硬性不一定高。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n普通規(guī)律：普通規(guī)律：1外表和心部力學(xué)性能一致的零件，即要求外表和心部組外表和心部力學(xué)性能一致的零件，即要求外表和心部組織一致；如螺栓、連桿、鍛模、錘桿接受拉壓載荷織一致；如螺栓、連桿、鍛模、錘桿接受拉壓載荷 選用淬透性高的鋼；選用淬透性高的鋼； 2外表心部力學(xué)性能不一致外表強(qiáng)度硬度要求高一些，外表心部力學(xué)性能不一致外表強(qiáng)度硬度要求高一些，心部塑性韌性要求高，組織可以不一致。如軸類零件，心部塑性韌性要求高，組織可以不一致。如軸類零件，冷鐓模具、齒輪。冷鐓模具、齒輪。

17、選用淬透性低的鋼。選用淬透性低的鋼。3焊接件：選用淬透性低的鋼。焊接件：選用淬透性低的鋼。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n淬透性的運用淬透性的運用n按負(fù)載，選擇不同淬透性按負(fù)載，選擇不同淬透性的資料：的資料：n螺栓、連桿、模具等，截螺栓、連桿、模具等，截面承載均勻，要全部淬透。面承載均勻，要全部淬透。n軸類、齒輪等，接受彎曲、軸類、齒輪等，接受彎曲、改動載荷，不用淬透。改動載荷，不用淬透。高強(qiáng)螺栓高強(qiáng)螺栓柴油機(jī)連桿柴油機(jī)連桿齒輪齒輪機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n回火：是將淬火鋼加熱到回火：是將淬火鋼加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻至室溫的熱處置工藝。時間，然后冷卻至

18、室溫的熱處置工藝。n回火的目的：回火的目的：n改動強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性差的淬火組織。改動強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性差的淬火組織。n使不穩(wěn)定的淬火組織使不穩(wěn)定的淬火組織M和剩余和剩余A轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定組織，保證轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定組織，保證工件不再發(fā)生外形和尺寸的改動。工件不再發(fā)生外形和尺寸的改動。n消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止進(jìn)一步變形、開裂。消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止進(jìn)一步變形、開裂。n 鋼淬火后普通都必需進(jìn)展回火處置，回火決議鋼淬火后普通都必需進(jìn)展回火處置，回火決議了鋼在運用形狀的組織和壽命。了鋼在運用形狀的組織和壽命。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n回火組織變化回火組織變化n80200：馬氏體分解：馬氏體分解n中析出細(xì)小

19、薄片狀中析出細(xì)小薄片狀碳化物碳化物Fe2.4Cn依然過飽和，但開場依然過飽和，但開場，過飽和，過飽和F+碳化碳化物物回火馬氏體回火馬氏體n畸變畸變內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力 脆性脆性硬度根本不變硬度根本不變n200300：剩余奧氏體分解：剩余奧氏體分解n剩余奧氏體剩余奧氏體分解分解過飽和過飽和F+細(xì)小碳化物細(xì)小碳化物回火馬氏體回火馬氏體n繼續(xù)分解繼續(xù)分解內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力 硬度根本不變硬度根本不變n250400：M分解完全，碳化物轉(zhuǎn)變分解完全，碳化物轉(zhuǎn)變n F溶解度正常，溶解度正常， 碳化物碳化物顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物回火托氏體回火托氏體n內(nèi)應(yīng)力完全消除，硬度內(nèi)應(yīng)力完全消除，硬度，回火托氏體，回火托氏體強(qiáng)強(qiáng)度度

20、塑、韌性塑、韌性n400以上：發(fā)生再結(jié)晶以上：發(fā)生再結(jié)晶nF發(fā)生再結(jié)晶發(fā)生再結(jié)晶針狀甚至等軸狀，碳化物長針狀甚至等軸狀，碳化物長大大球狀球狀回火索氏體回火索氏體n內(nèi)應(yīng)力完全消除，硬度內(nèi)應(yīng)力完全消除，硬度機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n低溫回火低溫回火n回火溫度回火溫度150250 回火回火M ( 過飽和過飽和F +薄片狀薄片狀Fe2.4C )n淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力 ，韌性，韌性 ，堅持淬火后的高硬度。，堅持淬火后的高硬度。回火回火M 400 M低倍低倍 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n中溫回火中溫回火n回火溫度回火溫度350500 回火回火T (F +細(xì)粒狀細(xì)粒狀Fe3C ) n彈性極限和屈服強(qiáng)度彈性極限和屈

21、服強(qiáng)度，韌性和硬度中等。，韌性和硬度中等?；鼗鸹鼗餞 7500T 1000 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n高溫回火高溫回火n回火溫度回火溫度500650 回火回火S (等軸狀等軸狀F +粒狀粒狀Fe3C ) n綜合機(jī)械性能最好綜合機(jī)械性能最好, 即強(qiáng)度、塑性和韌性都較好。即強(qiáng)度、塑性和韌性都較好。n調(diào)質(zhì)處置調(diào)質(zhì)處置 淬火淬火 + 高溫回火高溫回火回火回火S 7500S 1000 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n回火時性能的變化回火時性能的變化 n回火溫度回火溫度 硬度、強(qiáng)度硬度、強(qiáng)度 ， 塑性塑性 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n回火的運用回火的運用n低溫回火：主要用于各種工具、滾動軸承、滲低溫回火：主要用于

22、各種工具、滾動軸承、滲碳件和外表淬火件。共析鋼低溫回火后硬度可碳件和外表淬火件。共析鋼低溫回火后硬度可達(dá)達(dá)5862HRC。n中溫回火：主要用于各種彈簧和熱作模具等。中溫回火：主要用于各種彈簧和熱作模具等。共析鋼中溫回火后硬度可達(dá)共析鋼中溫回火后硬度可達(dá)4050HRC。n高溫回火：主要用于汽車、遷延機(jī)、機(jī)床等機(jī)高溫回火：主要用于汽車、遷延機(jī)、機(jī)床等機(jī)械中的重要構(gòu)造件，如軸、齒輪、連桿等。械中的重要構(gòu)造件，如軸、齒輪、連桿等。n淬火淬火+高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處置，硬度通常為高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處置，硬度通常為2535HRC。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n低溫回火低溫回火刀具刀具回火馬氏體回火馬氏體淬火馬氏體淬

23、火馬氏體機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n中溫回火中溫回火彈簧彈簧 熱鍛模熱鍛?；鼗鹜惺象w回火托氏體托氏體托氏體機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n高溫回火高溫回火回火索氏體回火索氏體索氏體索氏體凸輪軸凸輪軸變速箱變速箱機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n回火脆性回火脆性 回火過程中，有些鋼在某一溫度范圍內(nèi)回火時，其沖擊回火過程中，有些鋼在某一溫度范圍內(nèi)回火時，其沖擊韌度比在較低溫度回火時反而顯著下降，這種脆化景象稱為韌度比在較低溫度回火時反而顯著下降，這種脆化景象稱為回火脆性?；鼗鸫嘈?。 在在250350的脆性稱為的脆性稱為第一類回火脆性。無法消除。第一類回火脆性。無法消除。 在在500650的脆性稱為的脆性稱為第二類

24、回火脆性。參與第二類回火脆性。參與Mo、W或回火后快冷可防止這類回火或回火后快冷可防止這類回火脆性產(chǎn)生。脆性產(chǎn)生。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料某些在沖擊載荷、交變載荷及摩擦條件下任務(wù)某些在沖擊載荷、交變載荷及摩擦條件下任務(wù)的機(jī)械零件，如曲軸、凸輪軸、齒輪、主軸等，其的機(jī)械零件，如曲軸、凸輪軸、齒輪、主軸等，其表層接受較高的應(yīng)力。因此，要求工件表層具有高表層接受較高的應(yīng)力。因此，要求工件表層具有高強(qiáng)度、硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，而心部要具有足強(qiáng)度、硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，而心部要具有足夠的塑性和韌性。夠的塑性和韌性。 目的：使零件具有目的：使零件具有“表硬心韌表硬心韌 的性能特點。的性能特點。分類分類

25、外表淬火外表淬火外表化學(xué)熱處置外表化學(xué)熱處置機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n外表淬火：將工件外表快速加熱到奧氏體區(qū)，在熱量尚外表淬火：將工件外表快速加熱到奧氏體區(qū)，在熱量尚未到達(dá)心部時立刻迅速冷卻，使外表得到一定深度的淬未到達(dá)心部時立刻迅速冷卻，使外表得到一定深度的淬硬層，而心部仍堅持原始組織的一種部分淬火方法。硬層，而心部仍堅持原始組織的一種部分淬火方法。n目的：提高外表強(qiáng)、硬度，堅持心部良好的塑、韌性。目的：提高外表強(qiáng)、硬度，堅持心部良好的塑、韌性。n資料及典型零件：中碳鋼資料及典型零件：中碳鋼Wc0.4-0.5%, 如如40、45鋼機(jī)床齒輪、軸等零件。鋼機(jī)床齒輪、軸等零件。n預(yù)處置：調(diào)質(zhì)或正火

26、，保證心部最終組織。預(yù)處置：調(diào)質(zhì)或正火，保證心部最終組織。分類分類 火焰加熱外表淬火火焰加熱外表淬火感應(yīng)加熱外表淬火感應(yīng)加熱外表淬火激光加熱外表淬火激光加熱外表淬火 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n火焰加熱外表淬火火焰加熱外表淬火 n淬硬層深度：淬硬層深度：2-6mmn優(yōu)點：方法簡便；無需特殊設(shè)備；適用于單件、優(yōu)點：方法簡便；無需特殊設(shè)備；適用于單件、小批量消費零件；小批量消費零件；n缺陷：需求操作熟練，否那么呵斥質(zhì)量不穩(wěn)定；缺陷：需求操作熟練，否那么呵斥質(zhì)量不穩(wěn)定；n運用：運用： 軋鋼機(jī)齒輪、軋輥；礦山機(jī)械齒輪、軸；軋鋼機(jī)齒輪、軋輥；礦山機(jī)械齒輪、軸；機(jī)床導(dǎo)軌、齒輪；機(jī)床導(dǎo)軌、齒輪；機(jī)械工程材料機(jī)

27、械工程材料n感應(yīng)加熱外表淬火n根本原理：在感應(yīng)線圈內(nèi)通以交流電，電磁感應(yīng)的作用，在工件中產(chǎn)生了自成回路的感應(yīng)電流。由于集膚效應(yīng)，感應(yīng)電流主要集中在工件表層，使工件表層迅速加熱到淬火溫度，隨即噴水冷卻，使工件表層淬硬。n淬火層深度()與電流頻率( f )的關(guān)系：)(500mmf機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n感應(yīng)加熱分類感應(yīng)加熱分類n高頻高頻(100 kHz1000kHz)加熱加熱淬硬層淬硬層0.2-2mm 中中小尺寸件小尺寸件n中頻中頻(0.5 kHz10kHz)加熱加熱淬硬層淬硬層2-mm 大中型大中型件件n工頻工頻(50Hz)加熱加熱淬硬層淬硬層10-15mm 大型件大型件n感應(yīng)電流頻率越高，電

28、流集中的表層越薄，加熱層也越感應(yīng)電流頻率越高，電流集中的表層越薄，加熱層也越薄，淬硬層深度越小。薄，淬硬層深度越小。 n感應(yīng)加熱特點感應(yīng)加熱特點n外表不易氧化、脫碳；變形?。煌獗聿灰籽趸?、脫碳；變形??；n淬硬層深度易于控制；外表硬度比普通淬火高淬硬層深度易于控制；外表硬度比普通淬火高23 HRC。n消費效率高；易于實現(xiàn)消費機(jī)械化。消費效率高；易于實現(xiàn)消費機(jī)械化。n感應(yīng)加熱運用感應(yīng)加熱運用n感應(yīng)加熱外表淬火零件宜選用中碳鋼。運用最廣泛的是感應(yīng)加熱外表淬火零件宜選用中碳鋼。運用最廣泛的是汽車、遷延機(jī)、機(jī)床和工程機(jī)械中的齒輪、軸類等，也汽車、遷延機(jī)、機(jī)床和工程機(jī)械中的齒輪、軸類等，也可運用于高碳鋼制

29、造的工具和量具，以及鑄鐵冷軋輥等，可運用于高碳鋼制造的工具和量具，以及鑄鐵冷軋輥等，大批量消費外形較簡單的零件。大批量消費外形較簡單的零件。 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n工藝道路工藝道路鍛造鍛造退火或正火退火或正火粗加工粗加工外表淬火外表淬火調(diào)質(zhì)或正火調(diào)質(zhì)或正火精加工精加工低溫回火低溫回火精磨精磨時效處置時效處置精磨精磨廢品廢品n組織：組織：n外表淬火外表淬火+低溫回火低溫回火回火回火(降低內(nèi)應(yīng)力和脆降低內(nèi)應(yīng)力和脆性性)，n也可也可“自回火自回火機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n激光加熱外表淬火激光加熱外表淬火n工藝：工藝： 將高功率密度的激光束照射到工件外表，將高功率密度的激光束照射到工件外表，使外表

30、快速加熱到奧氏體區(qū)，依托工件本身熱使外表快速加熱到奧氏體區(qū)，依托工件本身熱傳導(dǎo)迅速自冷而獲得一定淬硬層的工藝操作。傳導(dǎo)迅速自冷而獲得一定淬硬層的工藝操作。n硬化層：硬化層：1-2mmn運用：汽車、遷延機(jī)汽缸套、汽缸、活塞環(huán)、運用：汽車、遷延機(jī)汽缸套、汽缸、活塞環(huán)、凸輪軸等零件；凸輪軸等零件；n特點：淬火質(zhì)量好，組織超細(xì)化，硬度高、脆特點：淬火質(zhì)量好，組織超細(xì)化，硬度高、脆性極小、工件變形小、不需求回火、節(jié)約能源、性極小、工件變形小、不需求回火、節(jié)約能源、無污染、效率高、便于自動化，但是設(shè)備昂貴無污染、效率高、便于自動化，但是設(shè)備昂貴 。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n工藝工藝: 將工件置于某種化學(xué)介

31、質(zhì)中，經(jīng)過加熱、保溫暖將工件置于某種化學(xué)介質(zhì)中，經(jīng)過加熱、保溫暖冷卻使介質(zhì)中的某些元素滲入工件表層以改動工件表層冷卻使介質(zhì)中的某些元素滲入工件表層以改動工件表層的化學(xué)成分和組織，從而到達(dá)的化學(xué)成分和組織，從而到達(dá)“表硬心韌的性能特點。表硬心韌的性能特點。n目的：強(qiáng)化工件外表和改善工件外表的性能。如提高工目的：強(qiáng)化工件外表和改善工件外表的性能。如提高工件的外表硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐腐蝕性件的外表硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐腐蝕性等。等。 n可滲的元素：可滲的元素：n 滲碳、氮、碳氮共滲滲碳、氮、碳氮共滲C、N、CNn 滲硼滲硼 、鉻、鉻 B、Cr n 滲鋁、硅滲鋁、硅 Al 、

32、Sin 滲硫滲硫S機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n化學(xué)熱處置的根本過程化學(xué)熱處置的根本過程n分解：化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原分解：化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。子。n 如：如：2CO CO2 +Cn吸收：活性原子被零件外表吸收和溶解。吸收：活性原子被零件外表吸收和溶解。n分散：活性原子由零件外表向內(nèi)部分散分散：活性原子由零件外表向內(nèi)部分散, 構(gòu)成一構(gòu)成一定的分散層。定的分散層。n化學(xué)熱處置進(jìn)展的條件化學(xué)熱處置進(jìn)展的條件n滲入元素的原子必需是活性原子，而且具有較滲入元素的原子必需是活性原子，而且具有較大的分散才干。大的分散才干。n零件本身具有吸收滲入原子的才干，即對滲入零件本身具有吸收

33、滲入原子的才干，即對滲入原子有一定的溶解度或能與之化合，構(gòu)成化合原子有一定的溶解度或能與之化合，構(gòu)成化合物。物。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n鋼的滲碳鋼的滲碳 ( Carburize of steel )n滲碳：將工件置于富碳的介質(zhì)中，加熱到高溫滲碳：將工件置于富碳的介質(zhì)中，加熱到高溫(900950)，使碳原子滲入表層的過程。，使碳原子滲入表層的過程。n目的：使增碳的外表層經(jīng)淬火和低溫回火后，目的：使增碳的外表層經(jīng)淬火和低溫回火后，獲得高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。獲得高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。 n運用：適用于低碳鋼，常用于汽車齒輪、活塞運用：適用于低碳鋼，常用于汽車齒輪、活塞銷、套筒等零件。銷、

34、套筒等零件。 n分類：氣體滲碳、液體滲碳和固體滲碳。最常分類：氣體滲碳、液體滲碳和固體滲碳。最常用的是氣體滲碳。用的是氣體滲碳。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n固體滲碳法表示圖固體滲碳法表示圖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機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n氣體滲碳法n加熱溫度為900950；滲碳時間普通為39小時；n滲碳后緩冷表層組織： P+Fe3C，該組織并不耐磨，必需進(jìn)展淬火+低溫回火處置。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n滲碳后的組織滲碳后的組織 1%CP+Fe3C0.2%CF + P少少外表外表中心中心零零 件件PP+F機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n20鋼滲碳緩冷組織鋼滲碳緩冷組織 機(jī)械工

35、程材料機(jī)械工程材料n滲碳后的熱處置工藝：滲碳后的熱處置工藝：滲碳淬火工藝：滲碳淬火工藝： 直接淬火法直接淬火法 一次淬火法一次淬火法 兩次淬火法兩次淬火法 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n滲碳淬火工藝：滲碳淬火工藝： n 直接淬火法：適于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼直接淬火法：適于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼n 一次淬火法：適于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼一次淬火法：適于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼n加熱到加熱到Ac3以上保證芯部性能以上保證芯部性能n加熱到加熱到Ac1以上適于芯部性已保證以上適于芯部性已保證n 兩次淬火法：適于本質(zhì)粗晶粒鋼兩次淬火法：適于本質(zhì)粗晶粒鋼n一次：保證芯部性能一次：保證芯部性能n二次：保證表層性能二次：保證表層性能n表層和芯部性能要求

36、均高。表層和芯部性能要求均高。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n熱處置后的組織熱處置后的組織低碳低碳M回回+FM回回+Cm+A殘殘低碳低碳合金鋼合金鋼F+PM回回+Fe3C+A殘殘低碳鋼低碳鋼心部組織心部組織表層組織表層組織鋼種鋼種* *芯部組織與淬透性相關(guān)芯部組織與淬透性相關(guān)機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n20CrMnTi 鋼滲碳層組織鋼滲碳層組織 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n滲碳工藝道路滲碳工藝道路鍛造鍛造正火正火機(jī)械加工機(jī)械加工滲碳滲碳淬火低溫回火淬火低溫回火精加工精加工廢品廢品* * 滲碳淬火工藝滲碳淬火工藝機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n鋼的滲氮鋼的滲氮 ( Nitridation of steel )n

37、滲氮：將氮原子滲入工件表層的過程稱滲氮滲氮：將氮原子滲入工件表層的過程稱滲氮(又又稱氮化稱氮化)。n目的：表層獲得細(xì)顆粒、均勻、高硬且穩(wěn)定的目的：表層獲得細(xì)顆粒、均勻、高硬且穩(wěn)定的氮化物。為了提高工件外表硬度，耐磨性、疲氮化物。為了提高工件外表硬度，耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性。勞強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性。 n分類：常用的滲氮方法有氣體滲氮、液體滲氮分類：常用的滲氮方法有氣體滲氮、液體滲氮及離子滲氮等，最常用的是氣體滲氮。及離子滲氮等，最常用的是氣體滲氮。n用鋼：中碳合金鋼用鋼：中碳合金鋼(含含Al,Cr,Mo,V,Ti等合金鋼等合金鋼)。如：如：38CrMoAl, 35CrMo，用于鏜桿，活

38、塞桿等，用于鏜桿，活塞桿等工件。工件。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n氣體滲氮：氣體滲氮是將工件置于通入氨氣的爐中，加熱至氣體滲氮：氣體滲氮是將工件置于通入氨氣的爐中，加熱至500600，使氨分解出活性氮原子，滲入工件表層，并向內(nèi)部分散構(gòu)，使氨分解出活性氮原子，滲入工件表層，并向內(nèi)部分散構(gòu)成氮化層。成氮化層。 n特點：特點：n 外表硬度較高，可達(dá)外表硬度較高，可達(dá)1000 1200HV 69HRCn 滲氮溫度低，工件變形小。滲氮溫度低，工件變形小。n滲氮件普通不再進(jìn)展其他熱處置，為保證滲氮件心部性能和提滲氮件普通不再進(jìn)展其他熱處置，為保證滲氮件心部性能和提高尺寸精度，零件滲氮前先進(jìn)展調(diào)質(zhì)和去應(yīng)力退火

39、處置。高尺寸精度，零件滲氮前先進(jìn)展調(diào)質(zhì)和去應(yīng)力退火處置。n 滲氮后工件的疲勞強(qiáng)度可提高滲氮后工件的疲勞強(qiáng)度可提高15%35%。n 滲氮層具有高耐熱、耐蝕性。滲氮層具有高耐熱、耐蝕性。n滲氮處置后的組織：滲氮處置后的組織：n表層表層 : Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN耐磨耐耐磨耐蝕蝕n過渡層：氮化物和含氮；心部：過渡層：氮化物和含氮；心部： S回。回。n常用的鋼種：常用的鋼種：35CrMo、18CrNiW、38CrMoAlA (氮化王牌鋼氮化王牌鋼) 等。等。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n38CrMoAl 氣體滲氮層組織氣體滲氮層組織 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n滲氮工藝道路

40、滲氮工藝道路鍛造鍛造退火或正火退火或正火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)處置調(diào)質(zhì)處置半精加工半精加工去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火粗磨粗磨滲氮處置滲氮處置精磨去除表層精磨去除表層廢品廢品機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n越王勾踐劍越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器春秋晚期越國青銅兵器,出土于湖北江陵楚墓。出土于湖北江陵楚墓。 長長55.7厘米，厘米， 劍鍔鋒芒犀利，劍鍔鋒芒犀利，鋒能割斷頭發(fā)。鋒能割斷頭發(fā)。 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n滲碳與滲氮的工藝特點滲碳與滲氮的工藝特點處置后能否處置后能否需求熱處置需求熱處置處置時處置時間間 ( h )處置溫度處置溫度( )稱號稱號需求需求39900950滲碳滲碳不需求不需求2050500600滲氮滲氮機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料n鋼的碳氮共滲鋼的碳氮共滲-氰化處置氰化處置n( Carbonitriding of steel )n定義：向鋼的外表同時滲入碳和氮原子的過程。定義：向鋼的外表同時滲入碳和氮原子的過程。n目的：獲得具有表硬里韌性能的零件。目的：獲得具有表硬里韌性能的零件。n方法：方法：固體碳氮共滲固體碳氮共滲氣體碳氮共滲氣體碳氮共滲液體碳氮共滲液體碳氮共滲高溫高溫中溫中