材料的強化和材料的表面處理方法

1、材料的強化和材料的表面處理方法 Content 金屬材料的熱處理 工程材料的表面處理方法 熱處理：將固態(tài)金屬或合金加熱、保溫、 冷卻， 改變其內(nèi)部組織，從而獲得所要求的 性能的工藝臨界點溫度溫度時間加熱保溫冷卻熱處理工藝曲線金屬材料的熱處理 熱處理普通熱處理：退火、正火、淬火、回火表面熱處理：表面淬火、 化學熱處理一、轉(zhuǎn)變溫度加熱目的-獲得細小奧氏體鋼的奧氏體化：鋼中奧氏體的形成過程 2.1.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變 加熱時 Ac1、Ac3、Accm1加熱溫度的確定 Ac1AccmAc3冷卻時 Ar1、Ar3、ArcmAr1ArcmAr32、奧氏體化過程奧氏體的冷卻方式： 1、等溫冷卻 2、連續(xù)冷

2、卻奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變1、奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立（金相硬度法） 1）制試樣 2）將試樣奧氏體化 3）將試樣分成幾組，每組投入不同溫度的 鹽浴中等溫4）每隔一定時間，從每組中取一試塊投入 水中，測硬度，觀察組織，即知道轉(zhuǎn)變 開始時間和轉(zhuǎn)變終了時間6）將意義相同的點連接成線5）將各轉(zhuǎn)變開始點和轉(zhuǎn)變終了點標在溫度時 間坐標圖中 A1-650C, A粗珠光體P 650C-600C, A索氏體S 600C-550C, A屈氏體T(1) A1550C,過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織 溫度時間A1MsMf 奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 (2) 550CMs,過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w（B）組織 溫度時間A

3、1MsMf貝氏體(B): 含碳量過飽和鐵素體和極為分散的滲碳體的 機械混合物 bainite550C-350C, A上貝氏體 350C-Ms, A下貝氏體影響C曲線的因素 亞共析鋼：CC曲線右移 過共析鋼：CC曲線左移2）合金元素 除Co以外，其他合金元素溶入奧氏體中均使C曲線右移1）含碳量2、奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變PsPfPs： AP開始線 Pf： AP終了線（1）連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線溫度時間A1MsMfV1V2 若以V1速度冷卻得到珠光體；以V2速度冷卻得到細珠光體和極細珠光體；以V3、V4速度冷卻均得到馬氏體。其中V3與Ps線相切，是奧氏體全部過冷到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的最小冷卻速度，稱為臨界

4、冷卻速度 （2）用C曲線近似分析連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 V1相當于隨爐冷卻（退火），它與C曲線交于700650C溫度范圍，估計過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織；V2相當于空冷（正火），它與C曲線交于650600C，估計過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧氈楣怏w；V3得到的組織是極細珠光體；V4先與珠光體轉(zhuǎn)變開始線相割，隨后又與Ms相交，冷卻到室溫得到的組織是極細珠光體、馬氏體、殘余奧氏體；V5不與C曲線相交，奧氏體直接過冷到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；Vcr為將奧氏體全部過冷到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的最小冷卻速度，為臨界冷卻速度 晶體結(jié)構(gòu)：C 0.25%,體心正方晶格 形態(tài):板條狀馬氏體（低碳馬氏體） 片狀馬氏體（高碳馬氏體）（3）過

5、冷奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變馬氏體碳在-Fe中的過飽和固溶體 性能： 低碳馬氏體：良好綜合力學性能 高碳馬氏體：硬度、強度高、脆性大熱處理工藝預(yù)備熱處理（退火、正火）：消除熱加工缺陷，為以后的冷加工和最終熱處理作準備最終熱處理（淬火、回火）：使工件獲得使用性能的熱處理2.1.3 鋼的普通熱處理 退火：把鋼件加熱到略高于或略低于臨界點（ Ac1、Ac3 ）某一溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻），這一工藝過程叫退火 退火的目的：1、細化晶粒，提高力學性能 2、消除缺陷和內(nèi)應(yīng)力，防止工件 的變形和開裂 3、降低硬度，改善切削加工性退火方法： 1鋼的退火和正火（1）退火 工藝：Ac3+30-5

6、0C，保溫，爐冷 （1）完全退火Ac1Ac3組織：F+P目的： 1）細化晶粒 2）消除內(nèi)應(yīng)力 3）降低硬度，改善切削加工性 工藝：加熱至Ac1+30-50C，保溫，爐冷至室溫 或 加熱保溫后冷至 Ar1以下20 C左右等溫 而后空冷至室溫 （2）球化退火Ac1組織：球狀珠光體（球狀滲碳體分布在鐵素體 基體上）目的：降低硬度，改善切削加工性（3）去應(yīng)力退火（低溫退火）工藝：加熱至500-600C，保溫，爐冷目的：消除內(nèi)應(yīng)力組織：原有組織（2）正火正火：將工件加熱至Ac3或Accm以上3050C，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻的一種熱處理工藝 Ac1AccmAc3 目的：細化晶粒，提高力學性能； 消

7、除熱加工組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力； 調(diào)整硬度，改善切削加工性。 淬火： 將鋼加熱到Ac3或Ac1以上3050C，保溫后快速冷卻的一種熱處理工藝 2鋼的淬火與回火（1）淬火 目的：獲得馬氏體，提高鋼的力學性能 Ac1Ac3 淬火溫度的選擇過共析鋼: Ac1+30-50C亞共析鋼: Ac3+30-50C共析鋼: Ac1+30-50C淬火時的內(nèi)應(yīng)力 熱應(yīng)力組織應(yīng)力單液淬火：將鋼奧氏體化后放在一種 介質(zhì) 中冷卻到室溫常用淬火方法特點：操作簡單； 易產(chǎn)生淬火缺陷 應(yīng)用：碳鋼用水淬 合金鋼油淬雙液淬火：將鋼奧氏體化后先放在一種冷卻 能力較強的介質(zhì)中冷至接近Ms 然后立即轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較 弱的介質(zhì)中冷至室溫特點

8、：操作復(fù)雜； 降低了淬火應(yīng)力應(yīng)用：形狀復(fù)雜的碳鋼件， 如工具、模具分級淬火法：將鋼奧氏體化后，迅速置于溫 度稍高于Ms的鹽浴或堿浴中， 并稍加停留，使鋼件內(nèi)外溫度 一致，再取出空冷，使過冷奧 氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體特點：進一步減小了內(nèi)應(yīng)力，減小了變形 應(yīng)用：形狀復(fù)雜的小工件，如刀具 等溫淬火：將鋼奧氏體化后先放入溫度接近Ms的鹽 浴或堿浴中等溫足夠長時間，使過冷奧氏 體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w然后再空冷至室溫特點：明顯降低了內(nèi)應(yīng)力，減 小了變形；不必再進行 回火；時間長，效率低應(yīng)用：形狀復(fù)雜、尺寸精確的 小工件，如彈簧、小齒 輪、工具、模具鋼的淬透性：鋼在一定條件下淬火時，獲得 淬硬層深度的能力 鋼的淬透性影

9、響淬透性的因素：2）合金元素：除Co以外，其他合金元素溶入 奧氏體中均使鋼的淬透性提高1）含碳量：含碳量越接近共析成分，淬透性 越好回火目的： （2）回火回火temper ：將淬火鋼加熱到A1以下某一溫 度，保溫一定時間，空冷或油冷 到室溫3）穩(wěn)定工件尺寸2）消除淬火應(yīng)力，防止工件的變形、開裂1）降低脆性，提高塑性 1）低溫回火（150-250C） 回火的分類：應(yīng)用：工具、模具、滾動軸承目的：降低內(nèi)應(yīng)力和脆性，保留高的強度、硬 度、耐磨性 2）中溫回火（350-500C）目的：提高鋼的彈性、韌性，消除內(nèi)應(yīng)力和 脆性應(yīng)用：彈簧、高強度件3）高溫回火（500-650C） 調(diào)質(zhì)處理：淬火+高溫回火應(yīng)

10、用：重要零件如軸、齒輪目的：獲得良好的綜合力學性能表面熱處理 僅對鋼的表面加熱和冷卻而不改變鋼表層化學成分的熱處理工藝稱為表面淬火 1、表面淬火特點：只有表層得到了馬氏體，心部組織不變 表層具有高的強度、硬度、耐磨性，心 部具有好的塑性、韌性加熱方法：1、火焰加熱（淬硬層2-8mm）2、感應(yīng)加熱（淬硬層）高頻感應(yīng)加熱（200-300kHz）：中頻感應(yīng)加熱(2500-3000 Hz)：工頻感應(yīng)加熱(50kHz)： 2、化學熱處理化學熱處理：將鋼件置于一定介質(zhì)中加熱和保溫， 使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層， 改變表層的化學成分和組織，從而 使工件表層具有某些特殊的力學或 物理、化學性能的一種熱處理

11、工藝特點：改變表層化學成分和組織，心部不變； 使表層具有高的硬度、耐磨性、耐蝕性 等特殊性能，心部具有足夠的強度和韌性化學熱處理滲碳、滲氮（氮化）、 碳氮共滲等目的：使工件表層具有高的硬度、耐磨性，心部保 持一定的強度和韌性 材料：低碳鋼、低碳合金鋼后續(xù)熱處理：淬火+低溫回火滲層厚度：應(yīng)用：承受沖擊載荷、交變載荷及嚴重磨損的 零件，如傳動齒輪、套筒、活塞銷滲 碳目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和耐 蝕性等 材料：中碳合金鋼 35CrAlA, 38CrMoAlA, 38CrWVAlA 滲層厚度：應(yīng)用：耐磨性、精度均要求很高的零件，如精密 傳動齒輪、鏜床主軸、活塞銷；交變載荷 下的零件，

12、如高速柴油機曲軸；變形小、 耐蝕的耐磨件，如閥門、熱作模具滲 氮目的：提高工件表層的硬度、耐磨性及疲勞強度等 應(yīng)用：汽車和機床齒輪、蝸輪、蝸桿、軸 碳氮共滲熱處理新技術(shù)簡介1真空熱處理2可控氣氛熱處理3激光熱處理和電子束表面淬火4形變熱處理熱處理工藝的應(yīng)用1熱處理技術(shù)條件的標注 設(shè)計者應(yīng)根據(jù)零件的工作條件、所選用的材料及性能要求提出熱處理技術(shù)條件，并標注于零件圖上。其內(nèi)容包括熱處理的方法及熱處理后應(yīng)達到的力學性能。一般零件需標出硬度值，重要的零件還應(yīng)標出強度、塑性、韌性指標或金相組織要求。對于化學熱處理零件，還應(yīng)標出滲層部位和滲層深度要求。 在圖樣上標注熱處理技術(shù)條件時，可用文字對熱處理技術(shù)條

13、件加以扼要說明（一般可注在零件圖樣標題欄的上方）。也可采用GB/T12603-1990規(guī)定的熱處理工藝代號及技術(shù)條件來標注。工藝總稱代號工藝類型代號工藝名稱代號加熱方法代號熱處理5整體熱處理1退火1加熱爐感應(yīng)火焰電阻激光電子束等離子體其他12345678正火2淬火3淬火回火4調(diào)質(zhì)5穩(wěn)定化處理6固溶化處理7固溶化處理和時效8表面熱處理2表面淬火和回火1物理氣相沉積2化學氣相沉積3等離子化學氣相沉積4化學熱處理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溶滲8表2-1 熱處理工藝分類代號表2-2 加熱介質(zhì)代號加熱介質(zhì)固體液體氣體真空保護氣體可控氣體流態(tài)床代號SLGVPCF表2

14、-3 退火工藝及代號退火工藝去硬力退火均勻化退火再結(jié)晶退火石墨化退火去氫退火球化退火等溫退火代號odrghsn（1）預(yù)備熱處理的工序位置 退火、正火 毛坯生產(chǎn)（鑄、鍛、焊、沖壓等） 退火或正火切削加工調(diào)質(zhì) 下料鍛造退火或正火粗切削加工 （留余量） 調(diào)質(zhì)精切削加工 2熱處理工序位置的安排（2）最終熱處理的工序位置 淬火 （1）整體淬火下料鍛造退火（正火）粗、半精切削加工 （留磨量） 淬火、回火（低、中溫）磨削（2）感應(yīng)加熱表面淬火下料鍛造退火（正火）粗切削加工調(diào)質(zhì)半精切削加工（留磨量） 感應(yīng)加熱表面淬火、低溫回火磨削滲碳 整體滲碳下料鍛造正火粗、半精切削加工（留磨量） 滲碳淬火、低溫回火精切削加

15、工（磨削）局部滲碳下料鍛造正火粗、半精切削加工（留磨量，局部不滲碳部位留防滲余量） 滲碳去碳層切削加工淬火、低溫回火精切削加工（磨削）氮化 下料鍛造退火粗切削加工 調(diào)質(zhì)精切削加工去應(yīng)力退火粗磨氮化精磨或研磨工程材料的表面處理方法 氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學過程在工件表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層，使工件表面性能優(yōu)化的一種新技術(shù)。按照過程的本質(zhì)，可將氣相沉積分為兩大類：一類是化學氣相沉積，簡稱CVD法；另一類是物理氣相沉積，簡稱PVD法。 1化學氣相沉積 化學氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)在固態(tài)工件表面進行化學反應(yīng)，生成固態(tài)沉積物的過程。 常見的碳化鈦沉積的化學反應(yīng)為： TiCl+ CHTiC+4HCl TiCl+CTiC+2Cl2物理氣相沉積 物理氣相沉積是用物理方法將源物質(zhì)轉(zhuǎn)移到氣相中，在基體上形成覆蓋層的方法。 物理氣相沉積主要有真空濺射、離子鍍和離子濺射三種方法 圖為離子鍍原理示意圖 化學轉(zhuǎn)化膜技術(shù)就是通過化學或電化學處理，使金屬表面形成穩(wěn)定的化合物膜層，以達到防腐或兼有裝飾目的的工藝方法。常用化學轉(zhuǎn)化膜主要包括氧化膜、磷酸鹽膜、鉻酸鹽膜、陽極氧化