钢的表面热处理工艺

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。
二.化学热处理 ( Chemical Heat Treatment )
一)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。
100
20 CrMnTi 钢碳氮共渗层组织
1
2
3
1.针状M + 残余A ; 2.混合M + 残余A ; 3.板条M + 针状M
20Cr2Ni4A钢高温碳氮共渗淬火组织 ( 化染 )
52
W18Cr4V钢碳氮共渗层组织 ( 化染)
650
隐针马氏体 + 合金碳化物 ; 从左至右含碳量逐步下降
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
一.表面淬火( Surface Hardening )
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 持不变。
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 )
2.钢的渗氮 ( Nitridation of steel )
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。
δ = 500 / √ f （mm）
感
应
加
热
表
面
淬
火
示
意
集肤效应示意图
图
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。
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。
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。
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。
越王勾践剑
春秋晚期越国青铜兵器, 出土于湖北江陵楚墓。 长55.7厘米， 剑锷锋芒犀利， 锋能割断头发。
低温气体碳氮 中温气体碳氮共渗 共渗
Байду номын сангаас
500～600 1～6
以渗氮为主 0.1～0.4mm
不需要 HRC54～63 合金工具钢
800～860 1～8
以渗碳为主 0.5～0.8mm 淬火+低温回火 HRC53～60 合金结构钢
20 CrMnTi 钢碳氮共渗层组织 ( 化染 ) 针状M + 残余A ; 混合M + 残余A ; 板条M + 针状M
3.钢的碳氮共渗---氰化处理 ( Carbonitriding of steel )
1)定义:向钢的表面同时渗入碳和氮原 子的过程。
2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。
3)方法:
固体碳氮共渗 气体碳氮共渗 液体碳氮共渗
高温 中温 低温
4)工艺:
名称
温度(℃) 时间(h)
作用 渗层 热处理 性能 材料
二) 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。
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。
三) 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。
7) 渗碳后的热处理工艺
温 93度0℃
渗碳
850℃ 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
钢种 表层组织
心部组织
低碳钢 M回+Fe3C+A残 F+P
低碳 M回+Cm+A残 低碳M回+F 合金钢
9)常用的钢种: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。
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
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
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。
四) 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。
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、液体渗碳。
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、电接触加热法等。
1.感应加热表面淬火
1)感应加热的基本原理: * 感应电流 --- 涡流 * 集肤效应 *淬火层深度(δ)与电流频率( f )的关系:
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;
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