机械工程材料及成型工艺第五章(4)
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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。 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:
分类：表面淬火和化学热处理； 应用范围：主要是某些在冲击载荷、交变载荷
及摩擦条件下工作的机械零件，如曲轴、凸轮 轴、齿轮等；
工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学
性能。
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，即通过快速加热 使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马
重点回顾
钢淬火和回火的概念、目的和一般
应用；淬火温度的选择理由；淬透性和
淬硬性的区别，影响淬透性和淬硬性的 因素，回火的分类和一般应用；回火脆 性的概念和分类和防止。
本次课的内容
钢的表面热处理
常见热处理缺陷及防止 小结
一、钢的表面热处理
概念：指仅对工件表层进行热处理以改变其组
织和性能的工艺；
的结构设计、选择或制定合理的淬火工艺。
小结
重点要求
钢的表面热处理的分类；表面淬火的概念、
目的；常见热处理缺陷。
一般要求
化学热处理；常见热处理缺陷的防止措施。
《铁碳合金平衡组织的观察》实验报ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ要求
实验内容：
实验目的： 实验设备和样品： 实验结果： 思考题： 1）2#、3#、4#试样组织的异同点？ 2）根据所观察的组织，说明含碳量对铁碳合金 的组织和性能影响的大致规律？
* 集肤效应
*淬火层深度(δ)与电流频率( f )的关系: δ = 500 / √ f （mm）
感应加热表面淬火示意图 集肤效应示意图
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。
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〕
处理后的硬度为43~48HRC）混入少量20钢
和T12钢，若按45钢工艺进行淬火、回火 处理，试问能否达到要求？分别说明为什 么？
例题三
现有三个形状、尺寸、材质（低碳
钢）完全相同的齿轮，分别进行普通整
体淬火、渗碳淬火和高频感应淬火，试
用最简单的办法将它们区分开。
例题四
用45钢制车床主轴，要求轴颈部位硬度为 56~58HRC，其余地方为20~24HRC，其加工工艺路 线为：锻造→正火→机械加工→轴颈表面淬火→ 低温回火→磨削加工。请说明以下问题： ①正火的目的及大致热处理工艺参数； ②表面淬火及低温回火的目的； ③使用状态下轴颈及其他部位的组织。
渗碳; 渗氮; 碳氮共渗; 渗硼; 渗铝; 渗 硫; 渗铬等。
二、常见热处理缺陷及其防止
加热时出现的缺陷：欠热（退火和正火矫正）、
过热（不严重的可以用退火和正火矫正）、过 烧、氧化和脱碳（盐浴中加热或保护气氛或真
空加热或表面涂层)。
在冷却（淬火）时出现的缺陷：淬火变形、淬
火裂纹。防止办法：正确选材、合理进行零件
例题一
现需要制造一汽车、拖拉机传动齿轮，
要求表面具有高的硬度、耐磨性和高的 接触疲劳强度，心部具有良好的韧性， 应采用如下哪种材料及热处理工艺：① T10钢经淬火+低温回火； ②45钢经调质 处理；③低碳合金钢20CrMnTi经渗碳+淬 火+低温回火。说明其理由。
例题二
在一批45钢制的螺栓中（要求头部热
氏体组织,而心部仍保持不变。 2. 目的:获得高硬度的表面层，以提高工件的
耐磨性和疲劳强度。
3.表面淬火用钢:
选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、 40MnB等。
4.表面淬火加热的方法:
感应加热( 高、中、工频 )、火焰加热、
激光加热等。
感应加热表面淬火
1)感应加热的基本原理:
* 感应电流 --- 涡流
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。 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:
分类：表面淬火和化学热处理； 应用范围：主要是某些在冲击载荷、交变载荷
及摩擦条件下工作的机械零件，如曲轴、凸轮 轴、齿轮等；
工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学
性能。
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，即通过快速加热 使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马
重点回顾
钢淬火和回火的概念、目的和一般
应用；淬火温度的选择理由；淬透性和
淬硬性的区别，影响淬透性和淬硬性的 因素，回火的分类和一般应用；回火脆 性的概念和分类和防止。
本次课的内容
钢的表面热处理
常见热处理缺陷及防止 小结
一、钢的表面热处理
概念：指仅对工件表层进行热处理以改变其组
织和性能的工艺；
的结构设计、选择或制定合理的淬火工艺。
小结
重点要求
钢的表面热处理的分类；表面淬火的概念、
目的；常见热处理缺陷。
一般要求
化学热处理；常见热处理缺陷的防止措施。
《铁碳合金平衡组织的观察》实验报ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ要求
实验内容：
实验目的： 实验设备和样品： 实验结果： 思考题： 1）2#、3#、4#试样组织的异同点？ 2）根据所观察的组织，说明含碳量对铁碳合金 的组织和性能影响的大致规律？
* 集肤效应
*淬火层深度(δ)与电流频率( f )的关系: δ = 500 / √ f （mm）
感应加热表面淬火示意图 集肤效应示意图
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。
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〕
处理后的硬度为43~48HRC）混入少量20钢
和T12钢，若按45钢工艺进行淬火、回火 处理，试问能否达到要求？分别说明为什 么？
例题三
现有三个形状、尺寸、材质（低碳
钢）完全相同的齿轮，分别进行普通整
体淬火、渗碳淬火和高频感应淬火，试
用最简单的办法将它们区分开。
例题四
用45钢制车床主轴，要求轴颈部位硬度为 56~58HRC，其余地方为20~24HRC，其加工工艺路 线为：锻造→正火→机械加工→轴颈表面淬火→ 低温回火→磨削加工。请说明以下问题： ①正火的目的及大致热处理工艺参数； ②表面淬火及低温回火的目的； ③使用状态下轴颈及其他部位的组织。
渗碳; 渗氮; 碳氮共渗; 渗硼; 渗铝; 渗 硫; 渗铬等。
二、常见热处理缺陷及其防止
加热时出现的缺陷：欠热（退火和正火矫正）、
过热（不严重的可以用退火和正火矫正）、过 烧、氧化和脱碳（盐浴中加热或保护气氛或真
空加热或表面涂层)。
在冷却（淬火）时出现的缺陷：淬火变形、淬
火裂纹。防止办法：正确选材、合理进行零件
例题一
现需要制造一汽车、拖拉机传动齿轮，
要求表面具有高的硬度、耐磨性和高的 接触疲劳强度，心部具有良好的韧性， 应采用如下哪种材料及热处理工艺：① T10钢经淬火+低温回火； ②45钢经调质 处理；③低碳合金钢20CrMnTi经渗碳+淬 火+低温回火。说明其理由。
例题二
在一批45钢制的螺栓中（要求头部热
氏体组织,而心部仍保持不变。 2. 目的:获得高硬度的表面层，以提高工件的
耐磨性和疲劳强度。
3.表面淬火用钢:
选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、 40MnB等。
4.表面淬火加热的方法:
感应加热( 高、中、工频 )、火焰加热、
激光加热等。
感应加热表面淬火
1)感应加热的基本原理:
* 感应电流 --- 涡流