熱處理和表面

三，熱處理和表面處理金屬材料的熱處理是指將固態(tài)鋼通過不同的加熱，保溫，冷卻方式，改變其表面或內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的一種工藝方法。1.熱處理的定義:時(shí)間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能。3.熱處理的應(yīng)用范圍:整個(gè)制造業(yè)。4.熱處理的分類表1-3-7熱處理普通熱處理表面熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;鋼的普通熱處理工藝毛坯生產(chǎn)預(yù)備熱處理機(jī)械加工最終熱處理機(jī)械精加工預(yù)備熱處理:退火;正火最終熱處理:

淬火;回火一般零件生產(chǎn)的工藝路線:1，普通熱處理（1）鋼的退火和正火<1>退火：退火是將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后隨爐冷或埋入導(dǎo)熱性差的介質(zhì)中緩慢冷卻的一種工藝方法。<2>正火：正火是將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后從爐中取出，在空氣中冷卻的一種工藝方法。同退火相比，正火的冷卻速度快，所以，獲得的組織比退火的較細(xì)，其強(qiáng)度，硬度較高，而塑性，韌性略有下降。工藝參數(shù):溫度(°C)名稱Ac3

+30～50完全退火Ac1+30～50球化退火500～600去應(yīng)力退火Ac3

+150～250擴(kuò)散退火鋼在加熱時(shí)轉(zhuǎn)變溫度

(transformationtemperature)金相圖片之鐵碳合金

奧氏體

奧氏體

奧氏體鐵素體（2）退火與正火可用作毛坯零件的處理其目的在于：退火與正火的目的是不一樣的，退火可以讓金屬或者合金的化學(xué)成分更加均勻，改善它們的的使用性能，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，而正火的目的就是獲得一定的硬度，獲得成分很均勻的組織和很好的性能。（3）鋼的淬火與回火淬火：淬火是將鋼或合金加熱到臨界溫度以后，保溫一定時(shí)間，然后用較快的速度冷卻，以得到高硬度組織的一種工藝方法。<1>淬火溫度的選擇一般情況下，碳鋼的加熱溫度取決于鋼中含碳量。<2>保溫時(shí)間的確定淬火保溫時(shí)間主要根據(jù)工件的有效厚度來確定。<3>淬火介質(zhì)淬火常用的冷卻介質(zhì)有水，鹽水，堿液和油<4>淬火方法單液淬火將鋼加熱到淬火溫度后，有一種淬火介質(zhì)中冷卻的淬火稱為單液淬火。雙液淬火將鋼加熱到淬火溫度后，先在冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，待其冷卻到300℃~400℃時(shí)，立即轉(zhuǎn)入另一種冷卻較慢的淬火介質(zhì)中進(jìn)行冷卻的淬火稱為雙液淬火。停留時(shí)間水聲法水聲哧哧停止時(shí)出水。

振動(dòng)法手感震動(dòng)減弱時(shí)出水

回火經(jīng)過淬火的鋼雖然有很高的硬度，但韌性，塑性較差，組織不穩(wěn)定，同時(shí)有較大的內(nèi)應(yīng)力，為了減少淬火后的脆性，消除內(nèi)應(yīng)力和獲得所需要的組織及綜合機(jī)械性能，所以淬火后都需要進(jìn)行回火處理?；鼗鹗谴慊鸷蟊夭豢缮俚墓ば蚧鼗鸬募訜釡囟鹊母叩?，回火可分為以下三種（一）低溫回火（150－250度）

其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用時(shí)崩裂或過早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具，量具，冷沖模具，滾動(dòng)軸承以及滲碳件等，回火后硬度一般為HRC58－64。（二）中溫回火（350－500度）

其目的是獲得高的屈服強(qiáng)度，彈性極限和較高的韌性。因此，它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度一般為HRC35－50。

（三）高溫回火（500－650度）

習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強(qiáng)度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機(jī)械性能。因此，廣泛用于汽車，拖拉機(jī)，機(jī)床等的重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類?；鼗鸷笥捕纫话銥镠B200－330。

2，表面熱處理對工件表面進(jìn)行強(qiáng)化的金屬熱處理工藝。它不改變零件心部的組織和性能。廣泛用于既要求表層具有高的耐磨性、抗疲勞強(qiáng)度和較大的沖擊載荷，又要求整體具有良好的塑性和韌性的零件，如曲軸、凸輪軸、傳動(dòng)齒輪等。表面熱處理分為表面淬火和化學(xué)熱處理兩大類。（1）表面淬火表面淬火是將工件表面快速加熱到淬火溫度并快速冷卻的一種熱處理工藝。淬火后需進(jìn)行低溫回火，以降低內(nèi)應(yīng)力，提高表面硬化層的韌性及耐磨性。根據(jù)不同的熱源，可分為火焰加熱表面淬火和感應(yīng)加熱表面淬火?；鹧婕訜岜砻娲慊鸹鹧婕訜岜砻娲慊鹗抢醚酢胰矚怏w或其他可燃?xì)怏w(如天然氣、焦?fàn)t煤氣、石油氣等)以一定比例混合進(jìn)行燃燒，形成強(qiáng)烈的高溫火焰，將零件迅速加熱至淬火溫度，然后急速冷卻(冷卻介質(zhì)最常用的是水，也可以用乳化液)，使表面獲得要求的硬度和一定的硬化層深度，而中心保持原有組織的一種表面淬火方法。

火焰加熱表面淬火時(shí)，噴嘴和零件之間必須保持一定距離，一般為10～40mm?；鹧孀罴褷顟B(tài)可通過調(diào)整氧氣和乙炔氣的流量，即兩者的混合比而獲得。中性火焰

當(dāng)氧氣與乙炔的混合比值C(即O2／C2H2的體積比)為1～1．2時(shí)，得到中性焰。中性火焰燃燒后的氣體中既無過剩的氧，又無過剩的乙炔，火焰顏色呈紫色，穩(wěn)定有力。感應(yīng)加熱表面淬火

感應(yīng)加熱表面淬火是利用電磁感應(yīng)的原理，使零件在交變磁場中切割磁力線，在表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，又根據(jù)交流電集膚效應(yīng)，以渦流形式將零件表面快速加熱，而后急冷的淬火方法。它在熱處理領(lǐng)域中占有重要地位，這一技術(shù)已經(jīng)在我國被廣泛應(yīng)用。

高頻感應(yīng)加熱器感應(yīng)加熱是將零件置于感應(yīng)器內(nèi)，當(dāng)有一定的電流頻率的交流電通過感應(yīng)器時(shí)，在零件表面就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，此電流分布在表面，并以渦流的形式出現(xiàn)，迅速加熱表面使其達(dá)到淬火溫度，然后切斷電源，并將零件急速冷卻，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱表面淬火。

（2）化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理：指金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分，組織和性能的熱處理工藝。常見的化學(xué)熱處理工藝有：滲碳，滲氮，碳氮共滲，滲鋁，滲硼等?；瘜W(xué)熱處理的目的：主要是提高鋼件表面的硬度，耐磨性，抗蝕性，抗疲勞強(qiáng)度和抗氧化性等。滲碳是應(yīng)用較為廣泛的一種處理。

滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。

滲碳工藝在中國可以上溯到2000年以前。最早是用固體滲碳介質(zhì)滲碳。液體和氣體滲碳是在20世紀(jì)出現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)用的。美國在20年代開始采用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳。30年代﹐連續(xù)式氣體滲碳爐開始在工業(yè)上應(yīng)用。60年代高溫(960～1100℃)氣體滲碳得到發(fā)展。至70年代﹐出現(xiàn)了真空滲碳和離子滲碳。

原理

滲碳與其他化學(xué)熱處理一樣﹐也包含3個(gè)基本過程。

①分解

滲碳介質(zhì)的分解產(chǎn)生活性碳原子。

②吸附

活性碳原子被鋼件表面吸收后即溶到表層奧氏體中﹐使奧氏體中含碳量增加。

③擴(kuò)散

表面含碳量增加便與心部含碳量出現(xiàn)濃度差﹐表面的碳遂向內(nèi)部擴(kuò)散。碳在鋼中的擴(kuò)散速度主要取決于溫度﹐同時(shí)與工件中被滲元素內(nèi)外濃度差和鋼中合金元素含量有關(guān)。

分類

按含碳介質(zhì)的不同﹐滲碳可分為固體滲碳﹑液體滲碳﹑氣體滲碳和碳氮共滲。這里主要介紹固體滲碳和氣體滲碳。固體滲碳把零件埋在裝滿固體滲碳劑(主要成分是木炭﹐并有碳酸鈉﹑碳