钢的表面热处理

第二节 钢的表面热处理


二、感应加热淬火 利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面受 到局部加热，并进行快速冷却的淬火工艺称为感应加热淬火。 原理：将工件放入空心钢管绕成的感应器中，通入一定 频率的交流电，以1产生交变磁场。于是，工件内部就会产 生频率相同，方向相反的2感应电流(涡流)。由于涡流的趋 肤效应，使涡流在工件截面上的分布是不均匀的。表面电流 密度大，内部电流密度小，感应器中的电流频率越高，3涡 流越集中于工件的表层。由于工件4表面涡流产生的热量， 使5工件层迅速加热到淬火温度(内部仍接近室温)随即6快速 冷却从而达到表面淬火的目的。为了得到不同的淬硬层深度， 可采用不同频率的电流进行加热。
第二节 钢的表面热处理



在动载荷及摩擦条件下工作的齿轮，曲轴等零件，要求 表面具有高硬度和耐磨性，而心部具有足够的塑性和韧性。 如汽车、拖拉机的传动齿轮，为了保证具有高的耐磨性，一 般要求表面硬度为58～64 HRC；为了使心部有足够的塑性 的和韧性，则一般要求硬度为40 HRC左右。 要达到上述要求，如果仅从选材方面去解决是困难的。 若采用高碳钢，硬度虽高，但心部韧性不足；若用低碳钢则 心部韧性虽好，但表面硬度低，不耐磨。因此，工业上广泛 采用表面热处理。 表面热处理是仅对工件表层进行热处理，以改变其组织 和性能的工艺。表面淬火是最常用的表面热处理。
回顾与小结
31、什么是渗氮？目的是什么？
32、渗碳后要经过哪些处理才能有？ 34、渗氮的适用范围？ 35、什么是碳氮共渗？常用的是哪种工艺? 36、碳氮共渗与渗碳相比有哪些优点？

第三节 钢的化学热处理

渗碳后需进行淬火及低温回火处理，才 能有效发挥渗碳层的作用，达到工件所需性 能要求。渗碳零件经淬火及低温回火后，表 层显微组织为针状马氏体和均匀分布的细粒 状渗碳体，硬度高达5 8～64 HRC，心部因 是低碳钢，其显微组织仍为铁素体和珠光体 (某些低碳合金钢，其心部组织为低碳马氏体 及铁素体)，所以心部具有较高韧性和适当的 强度。
第二节 钢的表面热处理





表面淬火：仅对工件表层进行淬火的工艺称为表面淬火。 分类：根据淬火加热方法的不同，常用的有火焰加热淬 火和感应加热淬火两种。 一、火焰淬火 应用氧一乙炔(或其他可燃气体)火焰对零件表面进行加 热，随之快速冷却的工艺称为火焰淬火。 火焰淬火的淬硬层深度一般为2～6 mm。这种方法的特 点是： 加热温度及淬硬层深度不易控制，淬火质量不稳定，但 不需要特殊设备，故适于单件或小批量生产，适用于中碳钢、 中碳合金钢制造的大型工件。
第二节 钢的表面热处理
感应加热表面淬火的特点： (1)加热速度快，零件由室温加热到淬火温度仅 需几S到几十S时间，与一般淬火相比，加热温度高 几十℃。 (2)加热时间短，淬火质量好。由于加热迅速， 奥氏体晶粒不易长大，淬火后表层可获细针马氏体， 使表层硬度比一般淬火硬度高2～3 HRC，而且工 件基本无氧化和脱碳现象，且变形小。 (3)淬硬层深度易控制，淬火操作易实现机械化 和自动化，但设备较复杂，维修调试比较困难，故 适用于大批量生产。
回顾与小结


11、淬火缺陷有哪几种？ 12、什么叫钢的回火？ 13、淬火钢为什么必须经过回火处理才能使用? 14、什么是脱碳？有什么害处？ 15、淬火钢回火有什么目的？ 16、什么是过热？什么是过烧？一旦发生过热或过烧怎么处 理？ 17、回火方法有哪几种？ 18、什么是淬火冷却变形和冷却开裂？ 19、低温回火得到什么组织？主要适用那些钢件？ 20、什么是硬度不足和软点？其原因是什么？
补充知识
淬火？
关于淬火:一般选择中碳钢比较适宜,低碳不容 易有硬度,高碳则容易出问题。 关于渗碳:一般选择低碳钢。 关于渗氮:一般选择易氮化的中碳合金钢,普通 碳素钢属不易氮化的材质。
补充知识

1、材料能否淬火与含碳量有关，含碳量高的 可以直接淬火，含碳量低的需要进行渗碳处理以提 高需淬火层的含碳量才可以进行淬火处理。注意： 淬火只可以进行一次！！因为淬火后材料组织结构 会发生变化，形成稳定的结构。再遇到高温会使材 料的内应力导致材料碎裂。 2、渗氮主要用于粉末冶金或是轴承钢等特殊 材料的表面处理，以增加材料的表面硬度，但硬度 比不上淬火的硬度。然而由于氮的元素稳定性，所 以对于材料的表面要求高而硬度要求一般的情况下 通常采用渗氮处理。
补充二： 1、淬火多数针对整体材料 2、整体淬火后仍然可能中心最里面材料组织结构不好， 比如硬脆等，因此采用低碳钢表面渗碳渗氮。 3、渗碳渗氮除了增加材料的表面硬度外，耐磨性提高 很多。 4、镀铬有亮铬和硬铬2种，除了防锈和增加美观外， 可以用来修补材料的磨损等。
补充知识

补充三： 镀铬有两种的，一种是装饰铬，一种是硬铬，其实镀硬铬是比 较好的一种增加表面硬度的方法，但是它的优缺点很多，所以好多 情况下都没采用。 优点一，表面光洁度好。 优点二，不会生锈，一点锈斑都不会有； 优点三，镀的过程中原零件变形小。 优点四，如果零件尺寸不到位，可以通过加几丝铬来达到尺寸 （修补，当然了，这是优点，也是个缺点，所以要镀铬的零件都要 放余量了）。 优点五，表面比较美观。等等
补充知识

3、镀铬用于一般的材料表面处理，用途为防 锈和增加美观。
4、35、45材料由于含碳量已经足够了不需要 进行渗碳处理，可以直接进行淬火处理。35材料的 淬火硬度最高可以到50HRC左右，45材料可以到 55HRC以上。 相同材料淬火的硬度主要决定于淬火后回火的 时间和回火温度。回火时间越短，回火温度越低， 淬火后的硬度越高。但淬火的硬度越高材料越脆， 韧性越低。所以硬度的选择是足够就好。如果需要 高硬度可以采用65、70材料这些含碳量高的材料或 是采用含Cr的材料，如40Cr、20CrMnTi等
第三节 钢的化学热处理
渗氮虽然具有上述特点，但它的生产 周期长，成本高，渗氮层薄而脆，不宜 承受冲击和震动，使其应用受到一定的 限制，在生产中渗氮主要用来处理重要 的和复杂的精密零件，如精密丝杆、排 气阀、精密机床的主轴等。 渗氮用钢是含有Al、Cr、M0等合金 元素的钢，通常是38CrMoAl，其次是 35CrM0、18CrNiW等。
第三节 钢的化学热处理



二、渗氮 在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学 热处理工艺称为渗氮。其目的是提高零件表面的硬度、 耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。 渗氮的特点是： ①渗氮层具有很高硬度的耐磨性，钢件渗氮后不 需淬火就可得到高硬度。如38CrMoAl钢渗氮层硬度高 达l 000 HV(相当于69-72 HRC)。而且这些性能在 600—650 0C时仍能维持。 ②渗氮温度低，工件变形小。 由于渗氮温度低(一般加热500～600 ℃)，而且渗氮后 不需淬火，工件心部没有发生组织变化，所以渗氮后引 起的变形小。 ③具有较高的疲劳强度和很好的耐蚀性， 可防止水、气、碱性溶液的腐蚀。

第三节 钢的化学热处理



钢的化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保 温，使一种或几种元素渗到它的表层，以改变其化学成分、 组织和性能的热处理工艺。化学热处理和其他热处理相比， 其特点是不仅改变了钢的组织，而且表层的化学成分也发生 了变化。 化学热处理的种类很多，通常以渗入元素来命名，根据 渗入元素的不同，常见的化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共 渗、渗金属等。不论哪一种方法，都是通过以下三个基本过 程来完成： (1)分解：介质在一定的温度下，发生化学分解，产生渗 入元素的活性原子。 (2)吸收：活性原子被工件表面吸收。例如活性原子溶人 铁的晶格中形成固溶体，与碳化合形成金属化合物等。 (3)扩散 ：渗入的活性原子，由表面向中心扩散，形成 一定厚度的扩散层(即渗层)。
回顾与小结

1、什么是热处理？ 2、热处理工艺由哪几个阶段组成？ 3、什么叫钢的退火？退火的目的？ 4、常用的退火方法有哪几种？ 5、什么叫钢的正火？正火和退火之间有什么区别？ 6、钢的正火处理主要应用那种场合？ 7、什么叫钢的淬火？淬火的目的是什么？ 8、亚共析钢淬火加热温度范围？共析钢和过共析钢淬火加 热温度范围？ 9、常用的淬火介质有哪些？ 10、常用的淬火方法有哪些？说出这些淬火方法的应用范围？
第三节 钢的化学热处理
一、渗 碳 将钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗 人表层的化学热处理工艺称为渗碳。其目的是提高 钢件表层的含碳量。渗碳后工件经淬火及低温回火， 表面获得高硬度，而其内部又具有高韧性。渗碳用 钢一般是含碳量0.10％～0.25％的低碳钢和低碳合 金钢。如15、20、20Cr， 20CrMnTi等钢。 渗碳广泛应甩于要求表面硬而心部韧的工件上， 如齿轮、凸轮轴、活塞销等。 低碳钢渗碳后，其表层含碳量可达0.85％一 1.05％。含碳量从表层到心部逐渐减少，心部仍保 持原来低碳钢的含量。
缺点一，价格高，不光镀的费用高，而且镀后还要再加工。 缺点二，不适合表面比较复杂的零件， 缺点三，厚度太薄，一般只有0.05-0.15mm左右， 缺点四，对零件表面的光洁度要求比较高。等等





补充知识

淬火属于热处理工艺，提高零件硬度， 一般中碳、高碳钢都采取淬火处理，低碳钢 如20Cr，一般是先进行渗碳，然后在进行淬 火处理，至于渗氮的作用是提高硬度和耐磨 强度，镀铬分为装饰铬和硬铬，前者是为了 美观，抗腐蚀，后者可以提高硬度。

第三节 钢的化学热处理





三、碳氮共渗 在一定温度下，将碳、氮同时渗入工件表层奥氏体中， 并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮共渗。常用的工艺 为气体碳氮共渗。 气体碳氮共渗的温度为820～870 ℃ ，共渗层表面含碳 量为0.7％～0.8％，含氮量为0.1 5％～0.5％，热处理后， 表层组织为含碳、氮的马氏体及呈细小分布的碳氮化合物。 碳氮共渗与渗碳相比，具有很多优点。它不仅加热温度 低、零件变形小、生产周期短，而且渗层具有较高的硬度、 耐磨性和疲劳强度。目前工厂里常用来处理汽车和机床上的 齿轮、蜗杆和轴类等零件。 除上述介绍的以外，根据使用要求的不同，工件还可以 采用其他的化学热处理方法。如渗铝可提高零件的抗高温氧 化及耐磨性等。 目前，钢的化学热处理已从单元素渗入发展到多元素复 合渗入，从而使钢的表面具有了综合的优良性能。