鋼的表面熱處理

1、 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理常用表面熱處理的方法有常用表面熱處理的方法有表面淬火和化學(xué)熱處理表面淬火和化學(xué)熱處理兩大類。兩大類。 表面淬火：僅對工件表層進(jìn)行淬火的熱處理工藝。表面淬火：僅對工件表層進(jìn)行淬火的熱處理工藝。 原理：通過快速加熱，使鋼的表層奧氏體化，在熱量尚未充原理：通過快速加熱，使鋼的表層奧氏體化，在熱量尚未充分傳到零件中心時就立即予以冷卻淬火，得到馬氏體組織。分傳到零件中心時就立即予以冷卻淬火，得到馬氏體組織。 目的：使工件表面獲得高硬度和高耐磨性，而心部保持較好目的：使工件表面獲得高硬度和高耐磨性，而心部保持較好的塑性和韌性，以提高其在扭轉(zhuǎn)、彎曲、循環(huán)應(yīng)力或在摩擦的塑性和韌性

2、，以提高其在扭轉(zhuǎn)、彎曲、循環(huán)應(yīng)力或在摩擦、沖擊、接觸應(yīng)力等工作條件下的使用壽命。、沖擊、接觸應(yīng)力等工作條件下的使用壽命。一、表面淬火一、表面淬火 適用：中碳鋼、中碳合金鋼。適用：中碳鋼、中碳合金鋼。 方法：火焰加熱表面淬火、感應(yīng)加熱表面淬、電接觸加熱表方法：火焰加熱表面淬火、感應(yīng)加熱表面淬、電接觸加熱表面淬火、激光加熱表面淬火。面淬火、激光加熱表面淬火。 （1 1）感應(yīng)加熱表面淬火）感應(yīng)加熱表面淬火1 1）感應(yīng)加熱基本原理感應(yīng)加熱基本原理 利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面受到利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面受到局部加熱，并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝。局部加熱，并進(jìn)行快速

3、冷卻的淬火工藝。 特點：特點：加熱速度快。加熱速度快。 淬火質(zhì)量好。淬火質(zhì)量好。 淬硬層深度易于控制，易實現(xiàn)機(jī)械化淬硬層深度易于控制，易實現(xiàn)機(jī)械化 和自動化，適用于大批量生產(chǎn)。和自動化，適用于大批量生產(chǎn)。 2 2）感應(yīng)加熱表面淬火類型）感應(yīng)加熱表面淬火類型高頻感應(yīng)高頻感應(yīng)加熱表面淬火加熱表面淬火 常用頻率為常用頻率為200200300 kHz300 kHz，淬硬層深度為，淬硬層深度為0.50.52 mm2 mm。 用于淬硬層較薄的中、小模數(shù)齒輪和中、小尺寸軸類零件用于淬硬層較薄的中、小模數(shù)齒輪和中、小尺寸軸類零件等。等。中頻感應(yīng)加熱中頻感應(yīng)加熱表面淬火表面淬火 常用頻率為常用頻率為250025

4、008000 Hz8000 Hz，淬硬層深度為，淬硬層深度為2 210 mm10 mm。 主要用于大、中模數(shù)齒輪和較大直徑軸類零件等。主要用于大、中模數(shù)齒輪和較大直徑軸類零件等。工頻感應(yīng)加熱工頻感應(yīng)加熱表面淬火表面淬火 電流頻率為電流頻率為50Hz50Hz，淬硬層深度為，淬硬層深度為lOlO20 mm20 mm。 用于大直徑零件（如軋輥、火車車輪等）的表面淬火和大用于大直徑零件（如軋輥、火車車輪等）的表面淬火和大直徑鋼件的穿透加熱。直徑鋼件的穿透加熱。二、表面化學(xué)熱處理二、表面化學(xué)熱處理 化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理將工件置于一定溫度的將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)活性介質(zhì)中保溫，使中保溫，使一種或幾種

5、元素滲入它的表層一種或幾種元素滲入它的表層，以，以改變其化學(xué)成分、組織和改變其化學(xué)成分、組織和性能性能的熱處理工藝。的熱處理工藝。 不僅改變了鋼表面的組織，而且表面層的化學(xué)成分也發(fā)生了不僅改變了鋼表面的組織，而且表面層的化學(xué)成分也發(fā)生了變化，因而能更有效地改變零件表層的性能。變化，因而能更有效地改變零件表層的性能。 根據(jù)滲入元素分類：根據(jù)滲入元素分類：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等。等。 化學(xué)熱處理的基本過程化學(xué)熱處理的基本過程分解分解 吸收吸收 擴(kuò)散擴(kuò)散 （1 1）鋼的滲碳及其應(yīng)用）鋼的滲碳及其應(yīng)用 滲碳滲碳將鋼件置于滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲將

6、鋼件置于滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。 目的：提高鋼件表層的含碳量，淬火與回火后表面硬、心目的：提高鋼件表層的含碳量，淬火與回火后表面硬、心部韌。部韌。 材料：低碳鋼、低碳合金鋼。材料：低碳鋼、低碳合金鋼。 滲碳后處理：淬火及低溫回火。滲碳后處理：淬火及低溫回火。 工藝路線：工藝路線： 鍛造鍛造正火正火機(jī)械加工機(jī)械加工滲碳滲碳淬火淬火+ +低溫回火。低溫回火。 滲碳方法：固體滲碳法、液體滲碳法和氣體滲碳法三種。滲碳方法：固體滲碳法、液體滲碳法和氣體滲碳法三種。 滲碳后的組織及熱處理滲碳后的組織及熱處理 低碳鋼件滲碳后表層含碳量低碳鋼件滲

7、碳后表層含碳量0.850.851.051.05為最佳。表層為最佳。表層為為過共析組織過共析組織（珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體），與其相鄰為（珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體），與其相鄰為共共析組織析組織（珠光體），再向里為（珠光體），再向里為亞共析組織亞共析組織的過渡層（珠光體的過渡層（珠光體和鐵素體），心部為原和鐵素體），心部為原低碳鋼組織低碳鋼組織（鐵素體和少量珠光體）（鐵素體和少量珠光體） 工件的滲碳層深度取決于工件尺寸和工作條件，一般為工件的滲碳層深度取決于工件尺寸和工作條件，一般為0.50.52.5 mm2.5 mm。 為使工件表面具有高硬度、高耐磨性，必須對滲碳工件進(jìn)行為使工件表面具有高硬度、高耐

8、磨性，必須對滲碳工件進(jìn)行淬火和低溫回火。淬火和低溫回火。 滲碳后常用的淬火方法滲碳后常用的淬火方法1 1）直接淬火）直接淬火 工件從滲碳溫度預(yù)冷到略高于心部工件從滲碳溫度預(yù)冷到略高于心部ArAr3 3的某一溫度，立即放入的某一溫度，立即放入水或油中。預(yù)冷是為了減少淬火應(yīng)力和變形。水或油中。預(yù)冷是為了減少淬火應(yīng)力和變形。2 2）一次淬火）一次淬火 第一次淬火是為了改善心部組織和消除表面網(wǎng)狀二次滲碳體第一次淬火是為了改善心部組織和消除表面網(wǎng)狀二次滲碳體，加熱溫度為，加熱溫度為AcAc3 3以上以上30305050。3 3）二次淬火）二次淬火 第二次淬火是為細(xì)化工件表層組織，獲得細(xì)馬氏體和均勻分第二

9、次淬火是為細(xì)化工件表層組織，獲得細(xì)馬氏體和均勻分布的粒狀二次滲碳體，加熱溫度為布的粒狀二次滲碳體，加熱溫度為AcAc1 1以上以上30305050，二次，二次淬火法工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，成本高，變形大，只適用于淬火法工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，成本高，變形大，只適用于表面耐磨性和心部韌性要求高的零件。表面耐磨性和心部韌性要求高的零件。（2 2）鋼的滲氮（氮化）鋼的滲氮（氮化）滲氮滲氮：在一定溫度，一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱：在一定溫度，一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。處理工藝。 目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐蝕性。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐

10、蝕性。l l）滲氮用鋼）滲氮用鋼 滲氮用鋼一般是含有滲氮用鋼一般是含有AlAl、CrCr、MoMo、TiTi、V V等合金元素的鋼，這等合金元素的鋼，這些元素能與些元素能與N N形成顆粒細(xì)小、分布均勻、硬度高的各種氮化物形成顆粒細(xì)小、分布均勻、硬度高的各種氮化物（CrNCrN、MoNMoN、AlNAlN），滲氮后工件表面有很高的硬度（），滲氮后工件表面有很高的硬度（100010001200HV1200HV，相當(dāng)于，相當(dāng)于72HRC72HRC）和耐磨性，因此滲氮后不需再）和耐磨性，因此滲氮后不需再進(jìn)行淬火。進(jìn)行淬火。2 2）常用滲氮方法）常用滲氮方法 氣體滲氮：在有活性氮原子的氣體中進(jìn)行滲氮。氣

11、體滲氮：在有活性氮原子的氣體中進(jìn)行滲氮。 離子滲氮離子滲氮：在低于：在低于1 110105 5PaPa的滲氮氣氛中，利用工件（陰極的滲氮氣氛中，利用工件（陰極）和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行滲氮的工藝。）和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行滲氮的工藝。3 3）滲氮和滲碳相比有何特點？）滲氮和滲碳相比有何特點？ 氮原子的滲入使?jié)B氮層內(nèi)形成殘留壓應(yīng)力，可提高疲勞強(qiáng)氮原子的滲入使?jié)B氮層內(nèi)形成殘留壓應(yīng)力，可提高疲勞強(qiáng)度（度（25253535）；滲氮層表面由致密的、連續(xù)的氮化物）；滲氮層表面由致密的、連續(xù)的氮化物組成，使工件具有很高的耐蝕性；滲氮溫度低，工件變形組成，使工件具有很高的耐蝕性；滲氮溫度低，工件變形小

12、；滲氮層很?。ㄐ?；滲氮層很?。?.60.60.70mm0.70mm），滲氮后只能精磨），滲氮后只能精磨、研磨或拋光。滲氮層較脆，不能承受沖擊力，生產(chǎn)周期、研磨或拋光。滲氮層較脆，不能承受沖擊力，生產(chǎn)周期長（例如長（例如0.30.30.5mm0.5mm的滲層，需要的滲層，需要303050h50h），成本高），成本高。 滲氮前零件須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，獲得回火索氏體組織，以提高滲氮前零件須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，獲得回火索氏體組織，以提高心部的性能。滲氮后不需再熱處理。心部的性能。滲氮后不需再熱處理。 滲氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交變載荷滲氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交變載荷以及要求耐熱、耐

13、蝕、耐磨的零件的重要零件。以及要求耐熱、耐蝕、耐磨的零件的重要零件。（3 3）碳氮共滲技術(shù)）碳氮共滲技術(shù) 兩種方法：一種是以滲碳為主碳氮共滲兩種方法：一種是以滲碳為主碳氮共滲，另一種是以滲氮為，另一種是以滲氮為主的軟氮化。主的軟氮化。1 1）以滲碳為主的碳氮共滲）以滲碳為主的碳氮共滲 目的：提高工件表面的硬度和耐磨性。目的：提高工件表面的硬度和耐磨性。 碳氮共滲后要進(jìn)行淬火、低溫回火。共滲層表面組織為回火碳氮共滲后要進(jìn)行淬火、低溫回火。共滲層表面組織為回火馬氏體、粒狀碳氮化合物。滲層深度馬氏體、粒狀碳氮化合物。滲層深度0.30.30.8 mm0.8 mm。l 碳氮共滲用鋼：低碳或中碳鋼、低合金

14、鋼及合金鋼。碳氮共滲用鋼：低碳或中碳鋼、低合金鋼及合金鋼。 特點：具有溫度低、時間短、變形小、硬度高、耐磨性好特點：具有溫度低、時間短、變形小、硬度高、耐磨性好、生產(chǎn)率高等優(yōu)點。用于機(jī)床和汽車上的各種齒輪、蝸輪、生產(chǎn)率高等優(yōu)點。用于機(jī)床和汽車上的各種齒輪、蝸輪、蝸桿和軸類等零件。、蝸桿和軸類等零件。（4 4）滲鋁、滲鉻、滲硼化學(xué)熱處理）滲鋁、滲鉻、滲硼化學(xué)熱處理1 1）滲鋁滲鋁：向工件表面滲入鋁原子的過程。適用于石油、化工：向工件表面滲入鋁原子的過程。適用于石油、化工、冶金等方面的管道和容器。、冶金等方面的管道和容器。2 2）滲鉻滲鉻：向工件表面滲入鉻原子的過程。滲鉻工件具有耐蝕：向工件表面滲

15、入鉻原子的過程。滲鉻工件具有耐蝕、抗氧化、耐磨和較好的抗疲勞性能，兼有滲碳、滲氮、滲、抗氧化、耐磨和較好的抗疲勞性能，兼有滲碳、滲氮、滲鋁的優(yōu)點。鋁的優(yōu)點。3 3）滲硼）滲硼: :向工件表面滲入硼原子的過程。滲硼工件具有高硬度向工件表面滲入硼原子的過程。滲硼工件具有高硬度、高耐磨性和好的熱硬性（可達(dá)、高耐磨性和好的熱硬性（可達(dá)800800）。）。 三三. .表面氣相沉積表面氣相沉積 分為化學(xué)氣相沉積（分為化學(xué)氣相沉積（CVDCVD）和物理氣相沉積（）和物理氣相沉積（PVDPVD）兩類）兩類（1 1）化學(xué)氣相沉積）化學(xué)氣相沉積（CVDCVD） 化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積：將工件置于爐內(nèi)加熱到高溫后

16、，向爐內(nèi)通人將工件置于爐內(nèi)加熱到高溫后，向爐內(nèi)通人反應(yīng)氣（低溫下可汽化的金屬鹽），使其在爐內(nèi)發(fā)生分解或反應(yīng)氣（低溫下可汽化的金屬鹽），使其在爐內(nèi)發(fā)生分解或化學(xué)反應(yīng)，并在工件上沉積成一層所要求的金屬或金屬化合化學(xué)反應(yīng)，并在工件上沉積成一層所要求的金屬或金屬化合物薄膜的方法。物薄膜的方法。 碳素工具鋼、滲碳鋼、軸承鋼、高速工具鋼、鑄鐵、硬質(zhì)合碳素工具鋼、滲碳鋼、軸承鋼、高速工具鋼、鑄鐵、硬質(zhì)合金等材料均可進(jìn)行氣相沉積。金等材料均可進(jìn)行氣相沉積。（2 2）物理氣相沉積（）物理氣相沉積（PVDPVD） 通過蒸發(fā)或輝光放電、弧光放電、濺射等物理方法提供原通過蒸發(fā)或輝光放電、弧光放電、濺射等物理方法提供原

17、子、離子，使之在工件表面沉積形成薄膜的工藝。子、離子，使之在工件表面沉積形成薄膜的工藝。 方法：蒸鍍、濺射沉積、磁控濺射、離子束沉積等。方法：蒸鍍、濺射沉積、磁控濺射、離子束沉積等。熱處理工藝的應(yīng)用熱處理工藝的應(yīng)用熱處理技術(shù)條件是指對零件采用的熱處理方法以及所應(yīng)達(dá)到的熱處理技術(shù)條件是指對零件采用的熱處理方法以及所應(yīng)達(dá)到的性能要求的技術(shù)性的文件。具體應(yīng)根據(jù)零件性能要求，在零件性能要求的技術(shù)性的文件。具體應(yīng)根據(jù)零件性能要求，在零件圖樣上標(biāo)出，內(nèi)容包括最終熱處理方法（如調(diào)質(zhì)、淬火、回火、圖樣上標(biāo)出，內(nèi)容包括最終熱處理方法（如調(diào)質(zhì)、淬火、回火、滲碳等）以及應(yīng)達(dá)到的力學(xué)性能判據(jù)等，作為熱處理生產(chǎn)及檢滲碳

18、等）以及應(yīng)達(dá)到的力學(xué)性能判據(jù)等，作為熱處理生產(chǎn)及檢驗時的依據(jù)。力學(xué)性能通常只標(biāo)出硬度值，且有一定誤差范圍，驗時的依據(jù)。力學(xué)性能通常只標(biāo)出硬度值，且有一定誤差范圍，如彈簧淬火回火硬度如彈簧淬火回火硬度454550HRC50HRC。1 1. . 熱處理工藝代號熱處理工藝代號熱處理工藝代號由基礎(chǔ)分類工藝代號和附加分類工藝代號組成。熱處理工藝代號由基礎(chǔ)分類工藝代號和附加分類工藝代號組成?；A(chǔ)分類工藝代號根據(jù)工藝總稱、工藝類型、工藝名稱（按獲基礎(chǔ)分類工藝代號根據(jù)工藝總稱、工藝類型、工藝名稱（按獲得的組織狀態(tài)或滲人元素進(jìn)行分類），將熱處理工藝按三個層得的組織狀態(tài)或滲人元素進(jìn)行分類），將熱處理工藝按三個層次

19、進(jìn)行分類，均有相應(yīng)的代號。次進(jìn)行分類，均有相應(yīng)的代號。表表4 46 6 熱處理工藝分類及代號熱處理工藝分類及代號工藝總稱總稱代號工藝類型類型代號工藝名稱名稱代號熱處理5整體熱處理1退火1正火2淬火3淬火和回火4調(diào)質(zhì)5穩(wěn)定化處理6固溶處理，水韌處理7固溶處理時效8表面熱處理2表面淬火和回火1物理氣相沉積2化學(xué)氣相沉積3等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積4離子注人5化學(xué)熱處理3滲碳1碳氮共滲2滲氮3氮碳共滲4滲其他非金屬5滲金屬6多元共滲7表表4 47 7 加熱方式及代號加熱方式及代號加熱加熱方式方式可控氣可控氣氛（氣氛（氣體）體）真真空空鹽浴鹽?。ㄒ海ㄒ后w）體）感感應(yīng)應(yīng)火火焰焰激激光光電子電子束束等離等離

20、子體子體固體固體裝箱裝箱液態(tài)液態(tài)床床電接電接觸觸代號代號01010 02 2030304040505060607070808090910101111表表4 48 8 退火工藝及代號退火工藝及代號退火退火工藝工藝去應(yīng)去應(yīng)力退力退火火均勻均勻化退化退火火再結(jié)再結(jié)晶退晶退火火石墨石墨化退化退火火脫氫脫氫退火退火球化球化退火退火等溫等溫退火退火完全完全退火退火不完不完全退全退火火代號代號StStH HR RG GD DSpSpI IF FP P表表4-9 4-9 淬火冷卻介質(zhì)和冷卻方法及代號淬火冷卻介質(zhì)和冷卻方法及代號冷卻介冷卻介質(zhì)質(zhì)和方法和方法空空氣氣油油 水水鹽鹽水水有機(jī)聚有機(jī)聚合物水合物水溶液溶液熱熱浴浴加加壓壓淬淬火火雙介雙介質(zhì)淬質(zhì)淬火火分分級級淬淬火火等等溫溫淬淬火火變變形形淬淬火火氣氣冷冷淬淬火火冷冷處處理理代號代號A AO OW WB BPoPoH HPrPrI IM MAtAtAfAfG GC C2. 2. 熱處理工序位置安排熱處理工序位置安排（1 1）預(yù)先熱處理工序位置（退火、正火、調(diào)質(zhì)）預(yù)先熱處理工序位置（退火、正火、調(diào)質(zhì)） 安排在毛坯生產(chǎn)之后、切削加工之前，或粗加工之后、半精加安排在毛坯生產(chǎn)之后、