第三章鋼的熱處理表面熱處理

第三章鋼的熱處理表面熱處理第1頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇一.表面淬火一)定義:指將工件表面快速加熱到淬火溫度，迅速冷卻，使工件表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持未淬火狀態(tài)組織的熱處理工藝三)工藝特征:通過(guò)快速加熱使鋼的表層奧氏體化,然后急冷,使表層形成馬氏體組織,而心部仍保持不變。四)工藝要求:淬火前—工件應(yīng)正火或調(diào)質(zhì)淬火后—應(yīng)低溫回火目的二)性質(zhì):是一種不改變鋼表層分,但改變表層組織的局部熱處理工藝。第2頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇五)表面淬火用鋼:

選用中碳或中碳低合金鋼。40、45、40Cr、40MnB等。六)表面淬火加工的方法:

感應(yīng)加熱(高、中、工頻)、火焰加熱、電接觸加熱法等。第3頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇1.感應(yīng)加熱表面淬火1)感應(yīng)加熱的基本原理:*

感應(yīng)電流---渦流*

集膚效應(yīng)*淬火層深度(δ)與電流頻率(f)的關(guān)系:δ=500/√f（mm）

第4頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇感應(yīng)加熱表面淬火示意圖集膚效應(yīng)示意圖第5頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇2)工藝要求:*表面淬火前,必須對(duì)零件進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理,以保證零件有良好的基體。

*表面淬火后,必須對(duì)零件進(jìn)行低溫回火處理,以降低淬火應(yīng)力和脆性。3)生產(chǎn)特點(diǎn):

a.加熱速度極快，溫度稍高b.工件表層為細(xì)小馬氏體組織，故硬度稍高c.淬火件的質(zhì)量好;工件變形小;不易氧化及脫碳;淬火層容易控制;d.生產(chǎn)率高。e.設(shè)備投資大,不適于復(fù)雜形狀零件和小批量生產(chǎn)。第6頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇2.火焰加熱表面淬火1)火焰加熱表面淬火定義：2）原理如下圖：第7頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇3)火焰加熱表面淬火的特點(diǎn):*設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便,成本低。*淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。*適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。第8頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇二.化學(xué)熱處理

(ChemicalHeatTreatment)一)定義:將零件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中,通過(guò)加熱、保溫,使介質(zhì)中一種或幾種元素原子滲入工件表層,以改變鋼表層一定深度的化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。第9頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇二)化學(xué)熱處理的基本過(guò)程:2.吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶溶解。3.擴(kuò)散:

活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散,形成一定的擴(kuò)散層。1.分解:

化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。

2COCO2+〔C〕第10頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇三)化學(xué)熱處理進(jìn)行的條件:1.滲入元素的原子必須是活性原子,而且具有較大的擴(kuò)散能力。2.零件本身具有吸收滲入原子的能力,

即對(duì)滲入原子有一定的溶解度或能與之化合,形成化合物。四)化學(xué)熱處理的種類(lèi):

滲碳;滲氮;碳氮共滲;滲硼;滲鋁;滲硫;滲硅;滲鉻等。第11頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇1.鋼的滲碳(Carburizeofsteel)1)定義:向鋼的表面滲入碳原子的過(guò)程。2)目的:獲得具有表硬里韌性能的零件。3)用鋼:低碳鋼和低碳合金鋼。4)方法:固體、氣體、液體滲碳。第12頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱第13頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇氣體滲碳法示意圖第14頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇5)工藝:

加熱溫度為900～950℃;

滲碳時(shí)間一般為3～9小時(shí);6)滲碳后的組織:1%CP+Fe3CⅡ0.2%C

F+P少表面中心零件PP+F第15頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三7）滲碳層深度

a.定義

b.取決于

c.取值第16頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇8)滲碳后的熱處理工藝原理時(shí)間溫度930℃850℃方案1方案2滲碳淬火加熱第17頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇9)滲碳后的熱處理工藝方法第18頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇10)熱處理后的組織低碳M回+FM回+Cm+A殘低碳合金鋼F+PM回+Fe3C+A殘低碳鋼心部組織表層組織鋼種9)常用的鋼種:

15、20、20Cr、20Mn2、

20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。第19頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇2.鋼的滲氮(Nitridationofsteel)1)定義:向鋼的表面滲入氮原子的過(guò)程。2)目的:獲得具有表硬里韌及抗蝕性能的零件。3)用鋼:中碳合金鋼。4)方法:氣體滲氮，離子滲氮。第20頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇5)工藝:加熱溫度500～600℃;

保溫時(shí)間0.3～0.5mm/20～50h。6)熱處理特點(diǎn):

滲氮前需調(diào)質(zhì)處理;

滲氮后不需熱處理。7)滲氮處理后的組織

表層:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、

MoN、TiN、VN。

心部:S回。8)常用的鋼種:35CrMo、18CrNiW、

38CrMoAlA

(氮化王牌鋼)等。第21頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三38CrMoAl氣體滲氮層組織(化染)650黃色區(qū):ε(Fe2-3N)+γ’(Fe4N);紅色區(qū):γ’(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。第22頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇越王勾踐劍春秋晚期越國(guó)青銅兵器,出土于湖北江陵楚墓。長(zhǎng)55.7厘米，劍鍔鋒芒犀利，鋒能割斷頭發(fā)。第23頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇滲碳與滲氮的工藝特點(diǎn)處理后是否需要熱處理處理時(shí)間(h)處理溫度(℃)名稱(chēng)需要3～9900～950滲碳不需要20～50500～600滲氮第24頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱加工基礎(chǔ)—程曉宇3.鋼的碳氮共滲---氰化處理

(Carbonitridingofsteel)1)定義:向鋼的表面同時(shí)滲入碳和氮原子的過(guò)程。2)目的:獲得具有表硬里韌性能的零件。3)方法:固體碳氮共滲氣體碳氮共滲液體碳氮共滲高溫中溫低溫第25頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期三工程材料與熱