鋼表面熱處理工藝簡介

鋼的表面熱處理2/5/202311、鋼的普通熱處理包括哪些工藝?正火、退火、淬火和回火，統(tǒng)稱“四把火”。2、什么是調(diào)質(zhì)？調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織和性能怎樣？淬火后高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)后的組織為回火索氏體，具有綜合力學(xué)性能。3、什么是鋼的淬透性？

鋼在淬火條件下得到M組織或淬透層深度的能力，是鋼的固有屬性。溫故知新2/5/20232設(shè)計零件結(jié)構(gòu)時應(yīng)遵循的原則

①避免尖角和棱角。②避免厚薄懸殊，必要時可增加工藝孔。2/5/20233③采用對稱結(jié)構(gòu)，以減小熱處理時的變形。④某些易變形的零件可采用封閉結(jié)構(gòu)，如圖所示為彈簧夾頭，其槽口在熱處理之后再切開。⑤必要時可將整體件改成組裝件，如圖零件的鑲拼結(jié)構(gòu)。設(shè)計零件結(jié)構(gòu)時應(yīng)遵循的原則2/5/20234

在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱處理方法，不能滿足其要求。普通熱處理的適用情況（性能）：低碳鋼：可滿足心部要求，表面要求不能滿足；高碳鋼：可滿足表面要求，心部要求不能滿足；解決這一問題的方法是表面熱處理和化學(xué)熱處理

2/5/20235鋼的表面熱處理一、表面淬火表面淬火概念：利用快速加熱將表面層奧氏體化后進行淬火，以強化零件表面的熱處理方法。(改變鋼表層組織的局部熱處理工藝)

2/5/20236鋼的表面淬火①表面淬火用材料含碳量為0.4～0.5%的中碳鋼及鑄鐵。②表面淬火后的組織表層組織為回火馬氏體，心部組織為回火索氏體

（調(diào)質(zhì)）或鐵素體加索氏體（正火）。2/5/20237表面淬火按照實現(xiàn)方式，表面淬火可分為：

感應(yīng)加熱表面淬火火焰加熱表面淬火

激光加熱表面淬火2/5/20238

火焰加熱表面淬火：

用氧—乙炔火焰噴射到工件表面，使其被快速加熱到淬火溫度，并立即噴水冷卻的操作方法。

適用于含C0.35%~0.7%的中碳鋼和中碳合金鋼，如45，40Cr。

感應(yīng)加熱表面淬火：

用一定頻率的感應(yīng)電流使工件表面被快速加熱到淬火溫度，并立即噴水冷卻的操作方法。

適用于含C0.4%~0.5%的中碳鋼和中碳合金鋼，如40，40Cr。表面淬火2/5/20239兩類表面淬火的比較

火焰加熱表面淬火和高頻感應(yīng)加熱表面淬火相比，具有設(shè)備簡單，成本低等優(yōu)點。但生產(chǎn)率低，零件表面存在不同程度的過熱，質(zhì)量控制也比較困難。主要適用于單件、小批量生產(chǎn)及大型零件（如大型齒輪、軸、軋輥等）的表面淬火。2/5/202310火焰加熱表面淬火示意圖特點及應(yīng)用：

設(shè)備簡單、成本低、靈活性大，但淬火質(zhì)量較難控制。2/5/202311感應(yīng)加熱表面淬火2/5/202312感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱的基本原理

感應(yīng)加熱表面淬火的裝置如圖所示。①交變磁場使工件內(nèi)部感生出巨大的

渦流②電流頻率越高，感應(yīng)電流透入深度

越淺2/5/202313感應(yīng)加熱表面淬火的特點①加熱溫度高；②工件表層硬度高，脆性較低；③工件表面質(zhì)量好；④生產(chǎn)效率高。2/5/202314感應(yīng)加熱的分類

①高頻感應(yīng)加熱電流頻率范圍250～300kHz，淬硬層深度為0.5～

2.0mm，適用于中小模的齒輪及中小尺寸的軸類零件。②中頻感應(yīng)加熱電流頻率范圍50～250Hz，淬硬層深度2～10mm，適用于較大的軸和大中模數(shù)齒輪。

③工頻感應(yīng)加熱電流頻率50Hz，淬硬層深度可達10～15mm，適用

于較大直徑零件的穿透加熱及大直徑零件如軋輥、火車

車輪的表面淬火。感應(yīng)加熱表面淬火后的回火一般只進行低溫回火，回火溫度一般不高于200℃。2/5/202315電流頻率與淬硬深度的關(guān)系在淬火溫度狀態(tài)下，電流透入的深度與感應(yīng)電流的頻率有關(guān)。

2/5/202316感應(yīng)加熱淬火零件的加工工藝路線

下料-----鍛造-----調(diào)質(zhì)或正火------切削加工-----感應(yīng)加熱淬火+低溫回火-----精加工-----檢驗2/5/202317鋼的化學(xué)熱處理將鋼放入一定的活性介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表面，以改變表面化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。分類：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁2/5/202318鋼的化學(xué)熱處理的過程1.分解：由介質(zhì)中分解出所滲元素的活性原子2.吸收：工件表面對活性原子進行吸收，形成固熔體或形成化合物。3.擴散：在一定溫度下，所吸附原子由表層往里遷移，形成一定厚度的滲層。2/5/202319鋼的滲碳

概念：將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。

目的：通過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲勞性能，而心部具有一定的強度和良好的韌性配合。

滲碳方法：滲碳方法有氣體滲碳、固體滲碳和真空滲碳。目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。

滲碳用鋼：含碳量為0.1%—0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼。

2/5/202320一汽滲碳生產(chǎn)線2/5/202321

氣體滲碳法此法是使工件在高溫（900～950℃）的滲碳氣氛進行滲碳。2/5/202322氣體滲碳法滲碳氣氛有兩種供給方式，一種是將富碳氣體直接通入爐內(nèi)；

另一種是將已分解的有機物液體滴入爐內(nèi)。氣體滲碳法優(yōu)點是生產(chǎn)率高，質(zhì)量好，但滲碳層深度不易控

制。2/5/202323此法是將工件埋在固體滲碳劑中，裝箱密封，

加熱到滲碳溫度保溫以使工件表層增碳的工藝。A、固體滲碳法特點是生產(chǎn)率低，設(shè)備

簡單，成本低，目前一些小廠仍廣

泛使用。B、固體滲碳劑一般由主滲劑（木炭粒）

和催滲劑組成的混合物。固體滲碳法2/5/202324將零件放入特制的真空滲碳爐中，先抽真空，然

后升溫至滲碳溫度，再通入一定量的滲碳氣體進行滲碳的一種熱處理工藝。真空滲碳2/5/202325滲碳層的成分和厚度①工件滲碳后表面含碳量可達過共析鋼的成分，由表向里碳濃

度逐漸降低，如圖所示。②機器零件滲碳層的厚度通常為0.5～2mm。2/5/202326

滲碳后的熱處理方法有三種，如圖所示。①直接淬火法：零件滲碳出爐后冷至約830℃，直接放入冷卻

介質(zhì)中淬火，然后進行低溫回火。②一次淬火法：滲碳零件出爐緩冷后，再加熱到淬火溫度進行

淬火和回火。③兩次淬火法：將工件滲碳后緩冷再進行兩次淬火。滲碳后的熱處理2/5/202327噴丸2/5/202328鋼的滲氮

概念：滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的熱處理工藝。

2/5/202329鋼的滲氮

目的：提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強度、熱硬性和耐蝕性等。滲氮方法：氣體滲氮、離子滲氮等。生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣體滲氮。滲氮用鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如20，40等；一般合金結(jié)構(gòu)鋼，如40Cr等；滲氮專用鋼，如38CrMoAl。2/5/202330氮化工藝②離子滲氮在低真空度容器內(nèi)，稀薄的氨氣在高電壓作用下，迫

使電離后的氨離子高速沖擊工件，使其滲入工件表面。離

子氮化的優(yōu)點是氮化時間短，變形小。

①氣體氮化在專門設(shè)備中通入氨氣NH3

并加熱至560～570℃。氮化時

間約20～50h，氮化層深度一

般0.1～0.6mm。2/5/202331氮化用鋼及氮化處理技術(shù)條件①氮化用鋼通常是含有Al、Cr、Mo、V等合金鋼。應(yīng)用最廣泛的是38CrMoAl。②選擇氮化層厚度不超過0.6～0.7mm。

③工件在氮化前進行調(diào)質(zhì)處理，氮化后不進行熱處理。2/5/202332

①氮化后工件表面硬度高、耐磨性高和熱硬性高。

②氮化后工件的疲勞強度顯著提高。

③氮化工件變形?。荒透g能力高。

④氮化工藝復(fù)雜，成本高。⑤目前氮化工藝主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件氮化特點及應(yīng)用2/5/202333鋼的氰化

氰化是使工件表面同時滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝，也稱作碳氮共滲。常用的氰化方法有：1）低溫氣體碳氮共滲

共滲介質(zhì)有尿素、甲酰氨和三乙醇氨等，處理溫度不

超過570℃，處理時間1～3h，硬度可達50～67HRC。現(xiàn)普遍用于模具、刃具、量具及耐磨零件的處理。2）中溫氣體碳氮共滲

滴入煤油并通入氨氣，加熱溫度830～850℃。保溫3～

4h時，氰化層厚度可達0.5～0.6mm。目前主要用于形狀復(fù)雜、要求變形小、受力不大的小型零件的處理。2/5/202334其它化學(xué)熱處理方法滲鉻：有較好的耐蝕性和優(yōu)良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不銹鋼和耐熱鋼用于機械和工具制造。

滲硼：十分優(yōu)秀的耐磨性、耐腐蝕磨損和泥漿磨損的能力，耐磨性明顯優(yōu)于滲氮、碳和碳氮共滲層，但不耐大氣和水的腐蝕。主要用于泥漿泵零部件、熱作模具和工件夾具。2/5/202335鋼的熱處理新技術(shù)一、可控氣氛熱處理二、真空熱處理三、形變熱處理四、表面處理和技術(shù)2/5/202336保護氣氛熱處理

保護氣氛熱處理是采用無氧化加熱，或采用控制氣

氛來防止熱處理過程中的氧化和脫碳的一種工藝。1．采用無氧化加熱在爐內(nèi)通入高純度中性氣體N和氬等進行加熱，以防氧化和脫碳。2．可控氣氛法一般利用含碳的液體（甲醇、乙醇、丙酮等），分解

和裂化成一定的碳勢的控制氣氛，引入熱處理爐內(nèi)。

所謂碳勢，是指加熱時控制氣氛的脫碳作用和滲碳作

用保持平衡時鋼的含碳量。如某一控制氣氛在一定溫度下

如果具有0.4%碳勢，則含碳為0.4%的鋼在此氣氛中加熱

不會脫碳和氧化。2/5/202337真空爐2/5/202338真空熱處理

真空熱處理是在1.33～0.0133Pa真空度的真空介質(zhì)中加熱的熱處理工藝。

特點及應(yīng)用：①真空熱處理可使零件表面無氧化、不脫碳、變形小。②真空熱處理廣泛用于化學(xué)熱處理中，如真空滲碳、真空滲鉻等。2/5/202339

激光熱處理是利用激光加熱工件，依靠工件本身的傳熱來實現(xiàn)冷卻淬火的工藝。特點：①可在0.3s達到最高溫度，1s內(nèi)冷卻到Ms點，可在表面層獲得全部馬氏體組織。②激光熱處理不受鋼種的限制，與鋼的淬透性無關(guān)。激光熱處理2/5/202340氣相沉積

氣相沉積法有化學(xué)氣相