機(jī)械工程材料成型及工藝13

1、重點(diǎn)重點(diǎn)(zhngdin)回顧回顧 鋼淬火和回火的概念、目的和一般鋼淬火和回火的概念、目的和一般應(yīng)用；淬火溫度的選擇理由應(yīng)用；淬火溫度的選擇理由(lyu)(lyu)；淬；淬透性和淬硬性的區(qū)別，影響淬透性和淬透性和淬硬性的區(qū)別，影響淬透性和淬硬性的因素，回火的分類和一般應(yīng)用；硬性的因素，回火的分類和一般應(yīng)用；回火脆性的概念和分類和防止?；鼗鸫嘈缘母拍詈头诸惡头乐?。精品資料本次本次(bn c)課的內(nèi)容課的內(nèi)容鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理常見熱處理缺陷常見熱處理缺陷(quxin)及防止及防止小結(jié)小結(jié)精品資料一、鋼的表面一、鋼的表面(biomin)熱處理熱處理概念：指僅對(duì)工件表層進(jìn)行熱處理以改變其組概

2、念：指僅對(duì)工件表層進(jìn)行熱處理以改變其組織織(zzh)(zzh)和性能的工藝；和性能的工藝；分類：表面淬火和化學(xué)熱處理；分類：表面淬火和化學(xué)熱處理；應(yīng)用范圍：主要是某些在沖擊載荷、交變載荷應(yīng)用范圍：主要是某些在沖擊載荷、交變載荷及摩擦條件下工作的機(jī)械零件，如曲軸、凸輪及摩擦條件下工作的機(jī)械零件，如曲軸、凸輪軸、齒輪等；軸、齒輪等；工藝的核心工藝的核心: :使零件具有使零件具有“表硬里韌表硬里韌”的力學(xué)性的力學(xué)性能。能。精品資料n 表面淬火表面淬火1. 1. 定義定義: :是一種不改變鋼表層化學(xué)成分是一種不改變鋼表層化學(xué)成分, ,但改變表但改變表層組織層組織(zzh)(zzh)的局部熱處理工藝，即

3、通過快速加的局部熱處理工藝，即通過快速加熱使鋼的表層奧氏體化熱使鋼的表層奧氏體化, ,然后急冷然后急冷, ,使表層形成馬使表層形成馬氏體組織氏體組織(zzh),(zzh),而心部仍保持不變。而心部仍保持不變。2. 2. 目的目的: :獲得獲得(hud)(hud)高硬度的表面層，以提高工件高硬度的表面層，以提高工件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。精品資料3.3.表面淬火用鋼表面淬火用鋼: : 選用選用(xunyng)(xunyng)中碳或中碳低合金鋼。中碳或中碳低合金鋼。4040、4545、40Cr40Cr、40MnB40MnB等。等。4.4.表面淬火加熱表面淬火加熱(ji r)(ji

4、r)的方法的方法: : 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱(ji r)( (ji r)( 高、中、工頻高、中、工頻 ) )、火焰加熱火焰加熱(ji r)(ji r)、激光加熱、激光加熱(ji r)(ji r)等。等。精品資料n 感應(yīng)感應(yīng)(gnyng)(gnyng)加熱表面淬火加熱表面淬火1)1)感應(yīng)感應(yīng)(gnyng)(gnyng)加熱的基本原理加熱的基本原理: :* 感應(yīng)電流感應(yīng)電流 - 渦流渦流* 集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)*淬火層深度淬火層深度()與電流頻率與電流頻率( f )的關(guān)系的關(guān)系: = 500 / f （mm） 精品資料感應(yīng)感應(yīng)(gnyng)加熱表面淬火示意圖加熱表面淬火示意圖集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)(xioyng

5、)示意圖示意圖精品資料2)工藝要求工藝要求: * 表面淬火前表面淬火前,必須對(duì)零件進(jìn)行正火或調(diào)必須對(duì)零件進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理質(zhì)處理,以保證零件有良好的基體以保證零件有良好的基體(j t)。 * 表面淬火后表面淬火后,必須對(duì)零件進(jìn)行低溫回火處必須對(duì)零件進(jìn)行低溫回火處理理,以降低淬火應(yīng)力和脆性。以降低淬火應(yīng)力和脆性。3)生產(chǎn)特點(diǎn)生產(chǎn)特點(diǎn): 淬火件的質(zhì)量好淬火件的質(zhì)量好; 工件變形小工件變形小;不易氧化及不易氧化及脫碳脫碳;淬火層容易控制淬火層容易控制;生產(chǎn)率高。設(shè)備投資大生產(chǎn)率高。設(shè)備投資大,不適于復(fù)雜形狀不適于復(fù)雜形狀(xngzhun)零件和小批量生產(chǎn)。零件和小批量生產(chǎn)。精品資料n 火焰火焰(hu

6、yn)(huyn)加熱表面淬火加熱表面淬火1) 1) 火焰加熱火焰加熱(ji r)(ji r)表面淬火的基本方法表面淬火的基本方法精品資料2 2）火焰）火焰(huyn)(huyn)加熱表面淬火的特點(diǎn)加熱表面淬火的特點(diǎn): :* * 設(shè)備簡單設(shè)備簡單, , 操作方便操作方便, , 成本低；成本低；* * 淬火質(zhì)量不穩(wěn)定；淬火質(zhì)量不穩(wěn)定；* * 適于單件、小批量及大型零件適于單件、小批量及大型零件(ln jin)(ln jin)的生產(chǎn)。的生產(chǎn)。精品資料二二. .化學(xué)化學(xué)(huxu)(huxu)熱處理熱處理 ( Chemical Heat Treatment )( Chemical Heat Trea

7、tment )一一) )定義定義: :將零件將零件(ln jin)(ln jin)置于一定的化學(xué)介質(zhì)置于一定的化學(xué)介質(zhì)中中 , , 通過加熱、保溫通過加熱、保溫, ,使介質(zhì)中一種或幾種元素使介質(zhì)中一種或幾種元素原子滲入工件表層原子滲入工件表層, ,以改變鋼表層的化學(xué)成分和組以改變鋼表層的化學(xué)成分和組織的熱處理工藝。織的熱處理工藝。 精品資料二二) ) 化學(xué)熱處理的基本化學(xué)熱處理的基本(jbn)(jbn)過程過程: :2.2.吸收吸收: : 活性原子活性原子(yunz)(yunz)被零件表面吸收和被零件表面吸收和溶解。溶解。3.3.擴(kuò)散擴(kuò)散: : 活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散活性原子由零件表面向

8、內(nèi)部擴(kuò)散, , 形形成一定的擴(kuò)散層成一定的擴(kuò)散層。1.1.分解分解: : 化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子活性原子。 2CO CO2CO CO2 2 + +C C精品資料三三) ) 化學(xué)熱處理進(jìn)行化學(xué)熱處理進(jìn)行(jnxng)(jnxng)的條件的條件: :1. 1. 滲入元素的原子必須是活性原子滲入元素的原子必須是活性原子, , 而而 且具有較大的擴(kuò)散且具有較大的擴(kuò)散(kusn)(kusn)能力。能力。2. 2. 零件本身具有零件本身具有吸收滲入原子的能力吸收滲入原子的能力, , 即對(duì)滲入原子有一定的即對(duì)滲入原子有一定的溶解度溶解度或能或能 與之化合與之化合,

9、, 形成化合物形成化合物。四四) ) 化學(xué)熱處理的種類化學(xué)熱處理的種類: : 滲碳滲碳; ; 滲氮滲氮; ; 碳氮共滲碳氮共滲; ; 滲硼滲硼; ; 滲鋁滲鋁; ; 滲滲 硫硫; ; 滲鉻等。滲鉻等。精品資料1.1.鋼的滲碳鋼的滲碳(shn tn) ( Carburize of (shn tn) ( Carburize of steel )steel )1)1)定義定義: : 向鋼的表面滲入向鋼的表面滲入(shnr)(shnr)碳原子的過程。碳原子的過程。2)2)目的目的: : 獲得具有獲得具有表硬里韌表硬里韌性能的零件。性能的零件。3)3)用鋼用鋼: :低碳鋼低碳鋼和和低碳合金鋼。低碳合金鋼

10、。4)4)方法方法: : 固體、氣體、固體、氣體、液體滲碳。液體滲碳。精品資料 固體(gt)滲碳法示意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精品資料 氣體(qt)滲碳法示意圖精品資料5)5)工藝工藝: : 加熱溫度為加熱溫度為900900950;950; 滲碳時(shí)間滲碳時(shí)間(shjin)(shjin)一般為一般為3 39 9小時(shí)小時(shí); ;6)6)滲碳滲碳(shn tn)(shn tn)后的組織后的組織: : 1%CP+Fe3C0.2%C F + P少少表面表面中心中心零零 件件PP+F精品資料20鋼滲碳緩冷組織鋼滲碳緩冷組織 580 表層珠光體表層珠光體 + 網(wǎng)狀滲碳體網(wǎng)狀滲碳體

11、; 中層中層(zhngcng)珠光體珠光體; 內(nèi)層鐵素體內(nèi)層鐵素體 + 珠光體珠光體精品資料7) 7) 滲碳滲碳(shn tn)(shn tn)后的熱處理工藝后的熱處理工藝時(shí)間時(shí)間溫度溫度930850方案方案1方案方案2滲滲 碳碳淬火淬火(cu hu)加熱加熱精品資料7) 7) 滲碳滲碳(shn tn)(shn tn)后的熱處理工藝后的熱處理工藝精品資料8) 8) 熱處理后的組織熱處理后的組織(zzh)(zzh)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9)9)常用常用(chn yn)(chn y

12、n)的鋼種的鋼種: 15: 15、2020、20Cr20Cr、20Mn220Mn2、 20CrMnTi20CrMnTi、18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA等。等。精品資料20CrMnTi 鋼滲碳層組織鋼滲碳層組織 ( 化染化染 ) 320 滲碳體滲碳體( 白色白色(bis)塊狀塊狀 ) + 高碳高碳M( 蘭色針狀蘭色針狀 ) + 殘余殘余A( 棕黃色棕黃色 )精品資料2.2.鋼的滲氮鋼的滲氮 ( Nitridation of steel )( Nitridation of steel )1)1)定義定義: :向鋼的表面向鋼的表面(biomin)(biomin)滲入氮原子的過程。滲入氮原子

13、的過程。2)2)目的目的: :獲得獲得(hud)(hud)具有表硬里韌及抗蝕具有表硬里韌及抗蝕性能性能 的零件。的零件。3)用鋼用鋼:中碳合金鋼。中碳合金鋼。4)4)方法方法: :氣體氣體滲氮。滲氮。精品資料5)5)工藝工藝: :加熱加熱(ji r)(ji r)溫度溫度500500600;600; 保溫時(shí)間保溫時(shí)間0.30.30.5mm/200.5mm/2050h50h。6)6)熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)(tdin): (tdin): 滲氮前需調(diào)質(zhì)處理滲氮前需調(diào)質(zhì)處理; ; 滲氮后不需熱處理。滲氮后不需熱處理。7)7)滲氮處理后的組織滲氮處理后的組織 表層表層 : : FeFe4 4N N、FeFe

14、2 2N N、AlNAlN、CrNCrN、 MoNMoN、TiNTiN、VNVN。 心部心部 : : S S回回。8)8)常用的鋼種常用的鋼種 : : 35 CrMo35 CrMo、18CrNiW18CrNiW、 38 CrMoAlA38 CrMoAlA 等。等。精品資料38 CrMoAl 氣體滲氮層組織(zzh) ( 化染 ) 650 黃色區(qū) : ( Fe2-3N ) + ( Fe4N ) ; 紅色區(qū) : ( Fe4N ) ;藍(lán)綠色區(qū):含氮索氏體 + 脈狀氮化物; 綠黃色區(qū):索氏體基體。精品資料 滲碳(shn tn)與滲氮的工藝特點(diǎn)處理后是否需處理后是否需要熱處理要熱處理處理時(shí)間處理時(shí)間 (

15、 h )處理溫度處理溫度( )名稱名稱需要需要39900950滲碳滲碳不需要不需要2050500600滲氮滲氮精品資料3.3.鋼的碳氮共滲鋼的碳氮共滲-氰化處理氰化處理(chl)(chl) ( Carbonitriding of steel ) ( Carbonitriding of steel )1)1)定義定義: :向鋼的表面同時(shí)滲入向鋼的表面同時(shí)滲入(shnr)(shnr)碳和氮原碳和氮原子的過子的過 程。程。2)2)目的目的: :獲得具有獲得具有表硬里韌表硬里韌性能的零件。性能的零件。3)3)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

16、中溫中溫低溫低溫精品資料4)4)工藝工藝(gngy):(gngy):合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼HRC5360中溫氣體碳氮共滲中溫氣體碳氮共滲80086018以滲碳為主以滲碳為主0.50.8mm淬火淬火+低溫回火低溫回火合金工具鋼合金工具鋼HRC5463低溫氣體碳氮共低溫氣體碳氮共滲滲50060016以滲氮為主以滲氮為主0.10.4mm不需要不需要材料材料性能性能名稱名稱溫度溫度()時(shí)間時(shí)間(h)作用作用滲層滲層熱處理熱處理精品資料二、常見熱處理缺陷二、常見熱處理缺陷(quxin)及其防止及其防止加熱時(shí)出現(xiàn)的缺陷：欠熱（退火和正火矯正）、過加熱時(shí)出現(xiàn)的缺陷：欠熱（退火和正火矯正）、過熱（不嚴(yán)重的可以用

17、退火和正火矯正）、過燒、氧熱（不嚴(yán)重的可以用退火和正火矯正）、過燒、氧化和脫碳（鹽浴中加熱或保護(hù)氣氛或真空加熱或表化和脫碳（鹽浴中加熱或保護(hù)氣氛或真空加熱或表面涂層面涂層) )。在冷卻（淬火）時(shí)出現(xiàn)的缺陷：淬火變形、淬火裂在冷卻（淬火）時(shí)出現(xiàn)的缺陷：淬火變形、淬火裂紋。防止辦法：正確選材、合理進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)紋。防止辦法：正確選材、合理進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選擇或制定計(jì)、選擇或制定(zhdng)(zhdng)合理的淬火工藝。合理的淬火工藝。精品資料小結(jié)小結(jié)(xioji)重點(diǎn)重點(diǎn)(zhngdin)(zhngdin)要求要求 鋼的表面熱處理的分類；表面淬火鋼的表面熱處理的分類；表面淬火的概念、目的；

18、常見熱處理缺陷。的概念、目的；常見熱處理缺陷。一般要求一般要求 化學(xué)熱處理；常見熱處理缺陷的防化學(xué)熱處理；常見熱處理缺陷的防止措施。止措施。精品資料精品資料精品資料精品資料鐵碳合金鐵碳合金(hjn)平衡組織的觀察平衡組織的觀察實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shyn)(shyn)內(nèi)容：內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shyn)(shyn)目的：目的：實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shyn)(shyn)設(shè)備和樣品：設(shè)備和樣品：實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shyn)(shyn)結(jié)果：結(jié)果：思考題：思考題： 1 1）2#2#、3#3#、4#4#試樣組織的異同點(diǎn)？試樣組織的異同點(diǎn)？ 2 2）根據(jù)所觀察的組織，說明含碳量對(duì)鐵碳合）根據(jù)所觀察的組織，說明含

19、碳量對(duì)鐵碳合金的組織和性能影響的大致規(guī)律？金的組織和性能影響的大致規(guī)律？精品資料精品資料例題(lt)一 現(xiàn)需要制造一汽車現(xiàn)需要制造一汽車(qch)(qch)、拖拉機(jī)傳動(dòng)、拖拉機(jī)傳動(dòng)齒輪，要求表面具有高的硬度、耐磨性和高的接齒輪，要求表面具有高的硬度、耐磨性和高的接觸疲勞強(qiáng)度，心部具有良好的韌性，應(yīng)采用如下觸疲勞強(qiáng)度，心部具有良好的韌性，應(yīng)采用如下哪種材料及熱處理工藝：哪種材料及熱處理工藝：T10T10鋼經(jīng)淬火鋼經(jīng)淬火+ +低溫回低溫回火；火； 4545鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理；鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理；低碳合金鋼低碳合金鋼20CrMnTi20CrMnTi經(jīng)滲碳經(jīng)滲碳+ +淬火淬火+ +低溫回火。說明其理由。低溫回火。

20、說明其理由。精品資料例題(lt)二 在一批在一批4545鋼制的螺栓中（要求頭部熱鋼制的螺栓中（要求頭部熱處理后的硬度為處理后的硬度為4348HRC4348HRC）混入少量）混入少量(sholing)20(sholing)20鋼和鋼和T12T12鋼，若按鋼，若按4545鋼工鋼工藝進(jìn)行淬火、回火處理，試問能否達(dá)到要藝進(jìn)行淬火、回火處理，試問能否達(dá)到要求？分別說明為什么？求？分別說明為什么？精品資料例題(lt)三 現(xiàn)有三個(gè)形狀、尺寸現(xiàn)有三個(gè)形狀、尺寸(ch cun)(ch cun)、材質(zhì)（低碳鋼）完全相同的齒輪，分別材質(zhì)（低碳鋼）完全相同的齒輪，分別進(jìn)行普通整體淬火、滲碳淬火和高頻感進(jìn)行普通整體淬火、滲碳淬火和高頻感應(yīng)淬火，試用最簡單的辦法將它們區(qū)分應(yīng)淬火，試用最簡單的辦法將它們區(qū)分開。開。精品資料例題(lt)四 用用4545鋼制車床主軸，要求軸頸部位硬度為鋼制車床主軸，要求軸頸部位硬度為5658HRC5658HRC，其余地方為，其余地方為2024