钢的热处理工艺课件

渗碳与渗氮的工艺特点
名称 处理温度 处理时 处理后是否 ( ℃ ) 间 ( h ) 需要热处理
渗碳 900～950 3～9 需要 渗氮 500～600 20～50 不需要
热处理新技术简介
可控气 氛热处
理电子束 表面淬火 Nhomakorabea真空热处 理
激光热处 理
形变热处 理
化学热处 理
1.可控气氛热处理
在炉气成分可控的热处理炉内进行的热处理称为可控 气氛热处理。在热处理时实现无氧化加热是减少金属氧 化损耗，保证制件表面质量的必备条件。
3)生产特点: 淬火件的质量好; 工件变 形小;不易氧化及脱碳;淬火层容易 控制;生产率高。设备投资大,不适 于复杂形状零件和小批量生产。
2.火焰加热表面淬火
1)火焰加热表面淬火的基本方法
2)火焰加热表面淬火的特点:
•设备简单, 操作方便, 成本低。 •淬火质量不稳定。 •适于单件、小批量及大型零件的生产。
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.12. 820.12. 8Tuesd ay , December 08, 2020 天生我材必有用，千金散尽还复来。1 0:36:33 10:36:3 310:36 12/8/20 20 10:36:33 AM 安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 12.810:36:3310 :36Dec -208-D ec-20 得道多助失道寡助，掌控人心方位上 。10:36:3310:3 6:3310:36Tues day , December 08, 2020 安全在于心细，事故出在麻痹。20.12. 820.12. 810:36:3310:3 6:33De cember 8, 2020 加强自身建设，增强个人的休养。202 0年12 月8日上 午10时 36分20 .12.820 .12.8 扩展市场，开发未来，实现现在。202 0年12 月8日星 期二上 午10时 36分33 秒10:3 6:3320. 12.8 做专业的企业，做专业的事情，让自 己专业 起来。2 020年1 2月上 午10时3 6分20. 12.810:36December 8, 2020 时间是人类发展的空间。2020年12月8 日星期 二10时 36分33 秒10:3 6:338 December 2020 科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。上午1 0时36 分33秒 上午10 时36分1 0:36:33 20.12.8 每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12. 820.12. 810:36 10:36:3 310:36:33Dec- 20 人生不是自发的自我发展，而是一长 串机缘 。事件 和决定 ，这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。2 020年1 2月8日 星期二 10时36 分33秒 Tuesday , December 08, 2020 感情上的亲密，发展友谊；钱财上的 亲密， 破坏友 谊。20. 12.8202 0年12 月8日星 期二10 时36分 33秒20 .12.8
《材料科学与工程基础》
钢的热处理工艺3
钢的表面热处理
钢的表面热处理工艺 工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”
的力学性能。
表面淬火 化学热处理
表面淬火齿轮
1.表面淬火
①定义:是一种不改变钢表层化学成 分,但改变表层组织的局部热 处理工艺。
②工艺特征:通过快速加热使钢的表 层奥氏体化,然后急冷,使表层 形成马氏体组织,而心部仍保 持原有组织不变。
正确控制热处理炉内的炉气成分，可为某种热处理 过程提供元素的来源，金属零件和炉气通过界面反应， 其表面可以获得或失去某种元素。也可以对加热过程的 工件提供保护。
如可使零件不被氧化，不脱碳或不增碳，保证零件 表面耐磨性和抗疲劳性。从而也可以减少零件热处理后 的机加工余量及表面的清理工作。缩短生产周期，节能 、省时，提高经济效益。可控气氛热处理已成为最成熟 的，在大批量生产条件下应用最普遍的热处理技术之一 。
⑧常用的钢种 : 35 CrMo、18CrNiW、 38 CrMoAlA ( 氮化王牌钢 ) 等。
38 CrMoAl 气体渗氮层组织 ( 化染 )
650
黄色区 : ε ( Fe2-3N ) + γ’ ( Fe4N ) ; 红色区 : γ’ ( Fe4N ) ;
蓝绿色区:含氮索氏体 + 脉状氮化物; 绿黄色区:索氏体基体。
③表面淬火用钢: 选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、
40MnB等。
④表面淬火加工的方法: 感应加热( 高、中、工频 )、火
焰加热、激光加热、电子束加热法等。
1.感应加热表面淬火
1)感应加热的基本原理: 电子感应--感应电流 --- 涡流 工件表面产生密度很高的感应电流，使之 迅速加热到奥氏体状态，随后快速冷却获 得马氏体组织的淬火方法。
3)扩散: 活性原子由零件表面向内部扩 散, 形成一定的扩散层。
2.化学热处理进行的条件:
1)渗入元素的原子必须是活性原子, 而 且具有较大的扩散能力。
2)零件本身具有吸收渗入原子的能力, 即对渗入原子有一定的溶解度或能 与之化合, 形成化合物。
3. 化学热处理的种类: 渗碳; 渗氮; 碳氮 共渗; 渗硼; 渗铝; 渗硫; 渗硅; 渗铬等。
形变热处理的强化机理是：奥氏体形变使位错密 度升高，由于动态回复形成稳定的亚结构，淬火后获 得细小的马氏体，板条马氏体数量增加，板条内位错 密度升高，使马氏体强化。此外，奥氏体形变后位错 密度增加，为碳氮化物弥散析出提供了条件，获得弥 散强化效果。弥散析出的碳氮化物阻止奥氏体长大， 转变后的马氏体板条更加细化，产生细晶强化。马氏 体板条的细化及其数量的增加，碳氮化物的弥散析出 ，都能使钢在强化的同时得到韧化。
钢种 表层组织 心部组织
低碳钢 M回+Fe3C+A残 F+P 低碳 M回+Fe3C+A残 低碳M回+F 合金钢
⑨常用的钢种: 15、20、20Cr、20Mn2、
20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。
20CrMnTi 钢渗碳层组织 ( 化染 )
320
渗碳体( 白色块状 ) + 高碳M( 兰色针状 ) + 残余A( 棕黄色 )
集肤效应示意图
感应加热表面淬火示意图
集肤效应
电流透入深度(δ)与电流频率( f )的关系: δ = 500 / √ f （mm）
高频 中频 工频
80~1000kHz 2500~8000Hz 50Hz
0.5~2mm 3~6mm 10~15mm
2)工艺要求: * 表面淬火前,必须对零件进行正火 或调质处理,以保证零件有良好的 基体。 * 表面淬火后,必须对零件进行低温 回火处理,以降低淬火应力和脆性。
2)钢的渗氮
①定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。 ②目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能
的零件。 ③用钢: 中碳合金钢。 ④方法:气体渗氮。
⑤工艺:加热温度500～600℃; 保温时间0.3～0.5mm/20～50h。
⑥热处理特点: 渗氮前需调质处理; 渗氮后不需热处理。
⑦渗氮处理后的组织 表层 : Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、 MoN、TiN、VN。 心部 : S回。
⑥渗碳后的组织:
表面
中心
零
件
1%C P+Fe3CⅡ P P+F
0.2%C F + P少
20钢渗碳缓冷组织 ( 化染 )
580
表层珠光体 + 网状渗碳体; 中层珠光体; 内层铁素体 + 珠光体
⑦渗碳后的热处理工艺
温度
930℃ 850℃
渗碳
加热
淬火
方案1
方案2
时间
⑦渗碳后的热处理工艺
⑧热处理后的组织
化学热处理
定义:将零件置于一定的化学介质 中 , 通过加热、保温,使介质 中一种或几种元素原子渗入 工件表层,以改变钢表层的化 学成分和组织的热处理工艺。
1. 化学热处理的基本过程:
1)分解: 化学介质在高温下释放出待渗
的活性原子。
2CO
CO2 +〔C〕
2)吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶 解。
几乎全部热处理工艺均可以进行真空热处理，如退火、淬 火、回火、渗碳、氮化、渗金属等。而且淬火介质也由最初仅 能气淬，发展到现在的油淬、水淬、硝盐淬火等。
3.离子渗扩热处理
离子渗扩热处理是利用阴极(工件)和阳极间的辉光 放电产生的等离子体轰击工件，使工件表层的成分、组织 及性能发生变化的热处理工艺。离子渗碳的硬度、疲劳强 度、耐磨性等力学性能比传统渗碳方法都高，而且渗碳速 度快，特别是对狭小缝隙和小孔能进行均匀的渗碳，渗碳 层表面碳浓度和渗层深度容易控制，工件不易产生氧化； 表面洁净，耗电省和无污染。根据同样的原理，离子轰击 热处理还可以进行离子碳氮共渗、离子硫氮共渗、离子渗
金属等，所以在国内外具有很大的发展前途。
缝纫机用氮化件
经氮化的机车曲轴
4.激光加热表面淬火
激光束能量密度高，加热/冷却快，加工时间短； 精确可控，可以实现对复杂形状合金部件的加工处理； 无污染，安全可靠，操作简单，效率高。
5.形变热处理
形变热处理是将形变强化与相变强化综合起来
的一种复合强韧化处理方法。从广义上来说，凡是将 零件的成形工序与组织改善有效结合起来的工艺都叫 形变热处理。
1)钢的渗碳 ( Carburize of steel )
①定义: 向钢的表面渗入碳原子的过程。 ②目的: 获得具有表硬里韧性能的零件。 ③用钢: 低碳钢和低碳合金钢。 ④方法: 固体、气体、离子渗碳。
固体渗碳法示意图
泥封
盖
渗碳箱
试棒
零件 渗碳剂
气体渗碳法示意图
⑤工艺: 加热温度为900～950℃; 渗碳时间一般为3～9小时;
2.真空热处理
真空热处理是在0.0133Pa～1.33Pa真空度的真空介质中对 工件进行热处理的工艺。真空热处理具有无氧化、无脱碳、无 元素贫化的特点，可以实现光亮热处理，可以使零件脱脂、脱 气，避免表面污染和氢脆；同时可以实现控制加热和冷却，减 少热处理变形。提高材料性能；还具有便于自动化、柔性化和 清洁热处理等优点。近年已被广泛采用，并获得迅速发展。
谢谢大家！