常规金属表面处理工艺及技术

金属表面处理工艺

一、表面热处理
1、表面淬火 n 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情
况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以 强化零件表面的热处理方法。
感
火焰加热 应
加 热

n 表面淬火目的： n ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; n ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的
塑性和韧性。即表硬里韧。 n 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。
轴 的 感 应 加加 热 表 面 淬淬 火

n ①表面淬火用材料 n ⑴ 0.4-0.5%C的中碳钢。 n 含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。 n 含碳量过高，心部韧性下降； n ⑵ 铸铁 提高其表面耐磨性。
机床导轨
表面淬火齿轮

n ②预备热处理 n ⑴工艺： n 对于结构钢为调质或正火。 n 前者性能高，用于要求高的重
要件，后者用于要求不高的普 通件。 n ⑵目的: n 为表面淬火作组织准备； n 获得最终心部组织。
回火索氏体 索氏体

n ③表面淬火后的回火 n 采用低温回火，温度不高于200℃。 n 回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。 n ④表面淬火+低温回火后的组织 n 表层组织为M回；心部组织为S回(调质)或F+S(正火)。
感应加热表面淬火 感应淬火机床

n ⑤表面淬火常用加热方法 n ⑴ 感应加热: 利用交变电流
在工件表面感应巨大涡流， 使工件表面迅速加热的方法。
感应加热 表面淬火
示意图

n 感应加热分为： n 高频感应加热
频率为250-300KHz，淬 硬层深度0.5-2mm
火传 感动 应轴 器连
续 淬
感应加热表面淬火齿轮的截面图

n 中频感应加热 频 率 为 25008000Hz ， 淬 硬 层 深度2-10mm。
中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴
各种感应器

n 工频感应加热 n 频率为50Hz,淬硬
层深度10-15 mm
感应穿透加热
各种感应器

n ⑵ 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加 热工件表面的方法。成本低，但质 量不易控制。
n ⑶ 激光热处理: 利用高能量密度的 激光对工件表面进行加热的方法。 效率高，质量好。
火焰加热表面淬火
激光表面热处理
火焰加热表面淬火示意图

二、化学表面热处理
n 化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使 介质中活性原子 渗入工件表层从 而改变工件表层 化学成分和组织, 进而改变其性能 的热处理工艺。

n 与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改 变其化学成分。
n 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 n 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元
共渗、渗其他元素等。
渗 碳 回 火 炉
可控气氛渗碳炉

常用的化学热处理：
渗碳、渗氮（俗称氮化）、碳氮共渗（俗称氰 化和软氮化）等。
渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。发兰、磷 化可以归为表面处理，不属于化学热处理。
化学热处理过程包括分解、吸收、扩散三个基 本过程。

①化学热处理的基本过程
n ⑴介质(渗剂)的分解: 分解的同 时释放出活性原子。
n 如：渗碳 CH4→2H2+[C] 氮化
2NH3→3H2+2[N] n ⑵工件表面的吸收: 活性原子向
固溶体溶解或与钢中某些元素形 成化合物。
n ⑶原子向内部扩散。
氮化扩散层

②钢的渗碳 是指向钢的表面渗入碳原子的过程。
n ⑴渗碳目的
经
渗
n 提高工件表面硬度、耐
碳 的
磨性及疲劳强度，同时
机 车
保持心部良好的韧性。
从 动
n ⑵渗碳用钢
齿 轮
l 为含0.1-0.25%C的低碳 钢。碳高则心部韧性降
低。

n ③渗碳方法 n ⑴ 气体渗碳法
n 将工件放入密封炉内，在高 温渗碳气氛中渗碳。
n 渗剂为气体 (煤气、液化气 等)或有机液体(煤油、甲醇 等)。
n 优点: 质量好, 效率高； n 缺点: 渗层成分与深度不易
控制
气体渗碳 法示意图

n ⑵ 固体渗碳法 n 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。 n 渗剂为木炭。 n 优点：操作简单； n 缺点：渗速慢，劳动条件差。
l ⑶ 真空渗碳法 l 将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后
通入渗碳气体加热渗碳。 l 优点: 表面质量好, 渗碳速度快。
真空渗碳炉

n ④渗碳温度：为900-950℃。 n 渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）：
一般为0.5-2mm。
l 渗碳层表面含碳量：以 0.85-1. 05为最好。
l 渗碳缓冷后组织：表层 为P+网状Fe3CⅡ; 心部为 F+P; 中间为过渡区。
低碳钢渗碳缓冷后的组织

n

⑤渗碳后的热处理⑤渗碳后的热处n

淬火+低温回火,回火温度为160-180℃。淬火方法有：n

⑴预冷淬火法n Ar 温度直接淬火。

渗碳后预冷到略高于1温度直接淬火渗碳后的热处理示意图

⑵次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。

n⑵一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。

n⑶二次淬火法：

n即渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac3+30-50℃，细化心部；第二次加热为Ac+30-50℃。

，细化表层

次加热为

1

渗碳后的热处理示意图