鋼熱處理新表面化學

1、關于鋼的熱處理新表面化學第一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月一、感應加熱表面淬火 1原理: 交變磁場 感應電流 工件電阻 加熱，集膚效應 表面加熱 快速冷卻第二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月感應淬火頻率的選用電流頻率越高，感應電流透入深度越淺，加熱層也越薄。因此，通過頻率的選用可以得到不同工件所要求的淬硬層深度。根據(jù)零件表面有效淬硬層深度選擇合適的頻率，分高頻、中頻和工頻。 感應加熱的工藝參數(shù)根據(jù)組織性能的要求，需控制其加熱溫度、加熱速度和淬硬層深度，而這三個熱參數(shù)有需通過控制設備的電參數(shù)（電流頻率、單位表面功率）和加熱時間來

2、保證。第四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2分類 高頻、 中頻 、 工頻 等。 第五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月感應加熱分為： 高頻感應加熱 頻率為250-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm傳動軸連續(xù)淬火感應器感應加熱表面淬火齒輪的截面圖第六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 中頻感應加熱 頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm。各種感應器中頻感應加熱表面淬火的機車凸輪軸第七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 工頻感應加熱頻率為50Hz,淬硬層深度10-15 mm各種感應器感應穿透加熱第八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 3特

3、 點 加熱速度快： 幾秒幾十秒。 加熱時實際晶粒度小，淬火得到極細馬氏體， 硬度脆性 加熱層深度易控制 ，可實現(xiàn)自動化批量生產。 不易氧化、脫碳、變形小。 工藝易控制，但設備成本高。 第九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月汽車曲軸第十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4工藝路線 （用料 0.4 - 0.5%c的中碳鋼、中碳低合金鋼, 如：45、40Cr等） 鍛造 退火 或 正火 粗加工 調質 精加工 表面淬火 低溫回火（ 粗磨 時效 精磨 ） 感應加熱表面淬火對工件的原始組織有一定的要求。一般鑄鐵件的組織應是珠光體基體和細小均勻分

4、布的石墨；鋼件應預先進行正火或調質處理。第十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月二、火焰加熱 火焰加熱淬火是利用氧乙炔或煤氣氧等）火焰直接加熱工件表面，然后立即噴水冷卻。 淬硬層深度一般為26mm。第十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 火焰淬火特點 優(yōu)點：操作簡便，設備簡單，成本低，靈活性大； 缺點：加熱溫度不易控制，工件表面易過熱， 淬火質量不穩(wěn)定。 火焰淬火適用范圍 單件、小批生產以及大型零件（如大模數(shù)齒輪、大型 軸類等）的表面淬火。第十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月火焰加熱: 利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質量不易控制。激光熱處理: 利用

5、高能量密度的激光對工件表面進行加熱的方法。效率高，質量好?；鹧婕訜岜砻娲慊鹗疽鈭D激光表面熱處理火焰加熱表面淬火第十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月激光表面淬火利用高能量密度（104108W/cm2）的激光對工件表面進行加熱的方法。激光加熱時，因其過程極短，無需考慮大氣介質的影響，沒有氧化脫碳現(xiàn)象，淬火表面光亮潔凈；又由于加熱層是靠自急冷淬火，無需特殊的冷卻設備；加熱快、區(qū)域小，因而工件的變形極小。激光加熱導光系統(tǒng)原理示意圖第十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1.工藝參數(shù)：光斑尺寸、掃描速度、激光功率等。2.激光淬火淬硬深度0.30. 5mm，硬度比普通淬火硬度高 15%

6、20%。3.激光淬火后，表面具有4000MPa的殘余壓應力，有利于疲勞 強度提高。4.激光淬火精確的局部加熱，可以解決工件拐角、溝槽、盲孔、 深孔內壁等其他熱處理方法很難解決的強化問題。5.激光淬火前，需對淬火表面進行黑化處理，即在被加熱的表 面涂一層吸光涂層，以提高激光的吸收率。6.已廣泛用于發(fā)動機缸套、滾動軸承圈、機床導軌、冷作模具等。激光表面淬火的特點：第十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5-8 鋼的化學熱處理 化學熱處理 將工件置于特定的介質中加熱和保溫， 使介質中的活性原子滲入工件表層， 從而通過改變表層的化學成分和組織 來改變其性能。 分類 滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、

7、 滲鉻、滲鋁等。 第十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月一、鋼的滲碳 （包括： 氣體、固體滲碳） 滲碳 低碳鋼在高碳介質中加熱、保溫，以獲得高碳表層的熱處理工藝。 目的 提高表面硬度，耐磨性，心部保持一定的強度和良好的塑韌性。 如齒輪、軸類、鏈條、套筒、活塞銷。第十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 1滲碳工藝 鋼 種 0.1- 0.25%c的低碳鋼和低碳合金鋼。 如：15、 20、 20Cr、 20CrMnTi、 20CrMnMo 、 18CrMnTi 。 加熱溫度 Ac3 以上，一般為900950 。 加熱時間 根據(jù)所需滲層厚度決定。 （一般經現(xiàn)場試驗測定） 滲層厚度（

8、Dp）：軸類： Dp = (0.1 0.2)R 齒輪： Dp = (0.1 0.2)m 薄片： Dp = (0.1 0.2)t (R、m、t分別代表軸半徑、齒輪模數(shù)、零件厚度） 第二十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月常用鋼號及用途低淬透性鋼：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪軸等。柴油機凸輪軸20Cr活塞銷第二十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月中淬透性鋼：20CrMnTi 用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA 用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。 增壓柴油機曲軸汽車變速箱齒輪第二十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022

9、年6月 固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱2. 滲碳方法：固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳。第二十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 氣體滲碳法示意圖第二十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月可控氣氛滲碳爐滲碳爐第二十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 滲碳件的技術條件： 滲碳層的表面含碳量最好在 0.85 - 1.05 %c 含碳量太低：得不到高碳馬氏體，硬度低、 耐磨性差。 含碳量太高：滲碳層會出現(xiàn)大量塊狀或網狀 滲碳體，滲層變脆，易剝落。第二十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4滲碳后的淬火 直接淬火 奧氏體晶粒大，馬氏體粗，殘余A多，耐磨性

10、低，變形大。(如：圖a 、圖b ) 只適用于細晶鋼或耐磨性要求低和承載低的零件。 一次淬火 加熱溫度Ac3以上（心部性能好） 或 Ac1以上（表面性能好） 二次淬火 Ac3以上（改善心部性能）+ Ac1以上 （改善表面性能）第二十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 滲碳的特點 生產效率高、質量易 控制、可實現(xiàn)生產自 動化。工業(yè)生產應用 極為廣泛。 6加工工藝路線 鍛造 正火 切削加工 滲碳 淬火 低溫回火 精磨。 經滲碳的機車從動齒輪第二十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月7. 滲碳后的組織 外層過共析層、中間共析層、心

11、部是原始組織。 滲碳層深度確定：從表面到含碳量為0.4%c處。測定 時按50%F + 50%P 量時確定。 退火態(tài)：第三十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月20鋼滲碳緩冷組織 ( 化染 ) 580 表層珠光體 + 網狀滲碳體; 中層珠光體; 內層鐵素體 + 珠光體第三十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月20CrMnTi 鋼滲碳層組織 ( 化染 ) 320 滲碳體( 白色塊狀 ) + 高碳M( 蘭色針狀 ) + 殘余A( 棕黃色 )第三十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月8.滲碳熱處理后的常見缺陷滲碳件的質量檢查項目 滲碳鋼原材料檢查、滲層質量檢查（滲層深度、滲層碳濃

12、度、碳化物、殘余奧氏體及馬氏體級別等)、滲碳件心部鐵素體級別的評定、滲層和心部硬度的檢查、滲碳件變形量的檢查。滲碳件的常見缺陷 滲層厚度不合要求（太淺或太厚、滲層薄厚不均、過共析與共析層厚度過大或過?。?、滲層組織不合要求（碳化物過多呈大塊狀或網狀分布、殘余奧氏體量過多、內氧化、脫碳、表層出現(xiàn)鐵素體）、硬度超差（表層硬度偏低或不均、心部硬度偏低或偏高）、變形過量。第三十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月心部組織第三十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳氣體加熱滲碳。優(yōu)點： 表面質量好, 滲碳速度快。真空滲碳爐第三十五張，PPT共

13、五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器,出土于湖北江陵楚墓。 長55.7厘米， 劍鍔鋒芒犀利，鋒能割斷頭發(fā)。 第三十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月二、氮化 工件表面滲入氮原子，以提高硬度、耐磨性， 疲勞強度和耐蝕性。 特點 ： 1.表面硬度高（可達10002000 Hv 即 69HRC以上 ） 2.高的熱硬性（在550600 時仍保持很高的硬度） 3.氮化溫度低、工件變形極小。 4.氮化前調質處理、保證心部的強度。氮化后無須淬火 5.工藝時間長且滲層?。ㄒ话銥?.3 0.5mm）。第三十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月氮化的特點及應用氮化件表面硬

14、度高（HV1000-2000），耐磨性高。疲勞強度高。由于表面存在壓應力。氮化層組織38CrMoAl氮化層硬度第三十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進行熱處理。 耐蝕性好。因為表層形成的氮化物化學穩(wěn)定性高。氮化的缺點：工藝復雜，成本高，氮化層薄。用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨及耐蝕件。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等。 縫紉機用氮化件經離子氮化的機車曲軸第三十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 材料： 含Cr、 Mo、 Al等合金元素 的中碳合金鋼。 常用：38CrMoAlA 應用： 廣泛用于高速傳動的精密齒輪； 高精

15、度機床主軸；以及要求變 形小且具有抗蝕能力的零件：閥門。井式氣體氮化爐第四十張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月38 CrMoAl 氣體滲氮層組織 ( 化染 ) 650 黃色區(qū) : ( Fe2-3N ) + ( Fe4N ) ; 紅色區(qū) : ( Fe4N ) ;藍綠色區(qū):含氮索氏體 + 脈狀氮化物; 綠黃色區(qū):索氏體基體。第四十一張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 38CrMoAl氮化層38CrMoAl氮化層硬度第四十二張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 氮化件加工工藝： 鍛造 退火 粗加工 調質處理 半精加工 去應力退火 粗磨 氮化 精磨。 目前現(xiàn)代工業(yè)生產中較多采用離

16、子氮化（即在一定真空度下， 用工件和陽極之間產生的輝光放電現(xiàn)象進行的。所以也稱為 輝光”離子氮化）。 其特點：滲氮速度快、生產周期短，38CrMoAlA為例：滲層要 求0.5mm，氣體滲氮50h 以上，離子氮化1520h； 對材料的適應性強：滲碳用鋼、合金鋼、鑄鐵都可以。第四十三張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。離子氮化法是在電場作用下，使電離的氮離子高速沖擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時間短，氮化層脆性小。離子氮化爐第四十四張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 滲碳與滲氮的工藝特點處理后是否需要熱處理處理時間 ( h )處理溫度(

17、)名稱需要39900950滲碳不需要2050500600滲氮第四十五張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月三. 碳氮共滲 同時向鋼件表面滲入碳和氮原子的化學 熱處理工藝，也稱為氰化。 中溫氣體碳氮共滲：（滲碳為主） 常用溫度：820 860 時 間： 根據(jù)要求2 8h 滲 層： 0.3 0.8 mm 材 料：低碳、中碳鋼和中碳合金鋼。 應用：用于提高結構件（如：齒輪、蝸輪、蝸桿、軸類件） 的硬度、耐磨性和抗疲勞性。第四十六張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 低溫氣體碳氮共滲：（即：軟氮化） （滲氮為主） 常用溫度：560 570 時 間：2 3h 滲 層：0.01 0.02 mm

18、材料：不限制鋼種：碳鋼、合金鋼、工具鋼、不銹鋼、鑄鐵 應用：目前軟氮化由于滲層脆性小，不易剝落，已廣泛應用 于模具、量具、高速鋼刀具、曲軸、齒輪、氣缸套等 耐磨件的處理。但由于滲層較薄，僅有0.010.02mm， 不宜用于重載工作的工件。第四十七張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月在氣體介質中對工件同時滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學熱處理工藝稱為氣體氮碳共滲。與滲氮相比，滲層硬度較低，脆性較小，故稱軟氮化。氮碳共滲溫度530570，應比回火溫度低510 ，或與之相同。滲劑：通氨滴醇、尿素分解等。井式滲碳爐第四十八張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月三、三束表面改性技術 三束表面改性技術是指將激光束、電子束和離子束(合稱“三束”)等具有高能量密度的能源(一般大于103W/cm2)施加到材料表面，使之發(fā)生物理、化學變化，以獲得特殊表面性能的技術。激光束加工電子束加工等離子束加工第四十九張，PPT共五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5-9 熱處理與機械零件設計制造的關系一、熱處理對零件結構形狀的要求 1. 避免尖角、棱角 2. 避免零件截面尺寸相差懸殊 3. 采用對稱、封閉結構 4. 采用組合結構二、熱處理對切削加工工藝的要求 1. 合理安排冷熱加工工序 2. 預留加工余量 3. 減小加工表面粗糙度三、熱