(整理)钢的表面热处理.ppt

• 目的：提高钢件表层的含碳量，淬火与回火后表面硬、心 部韧。
• 材料：低碳钢、低碳合金钢。 • 渗碳后处理：淬火及低温回火。 • 工艺路线：
锻造→正火→机械加工→渗碳→淬火+低温回火。 • 渗碳方法：固体渗碳法、液体渗碳法和气体渗碳法三种。
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★ 渗碳后的组织及热处理
• 低碳钢件渗碳后表层含碳量0.85％～1.05％为最佳。表层 为过共析组织（珠光体和网状二次渗碳体），与其相邻为共 析组织（珠光体），再向里为亚共析组织的过渡层（珠光体 和铁素体），心部为原低碳钢组织（铁素体和少量珠光体）
2）一次淬火 • 第一次淬火是为了改善心部组织和消除表面网状二次渗碳体
，加热温度为Ac3以上30～50℃。
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3）二次淬火
• 第二次淬火是为细化工件表层组织，获得细马氏体和均匀分 布的粒状二次渗碳体，加热温度为Ac1以上30～50℃，二次 淬火法工艺复杂，生产周期长，成本高，变形大，只适用于 表面耐磨性和心部韧性要求高的零件。
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• 适用：中碳钢、中碳合金钢。
• 方法：火焰加热表面淬火、感应加热表面淬、电接触加热表 面淬火、激光加热表面淬火。
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（1）感应加热表面淬火
1）感应加热基本原理 • 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。 • 特点： ①加热速度快。 ②淬火质量好。 ③淬硬层深度易于控制，易实现机械化
• 工件的渗碳层深度取决于工件尺寸和工作条件，一般为0.5 ～2.5 mm。
• 为使工件表面具有高硬度、高耐磨性，必须对渗碳工件进行 淬火和低温回火。
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★渗碳后常用的淬火方法
1）直接淬火 • 工件从渗碳温度预冷到略高于心部Ar3的某一温度，立即放入
水或油中。预冷是为了减少淬火应力和变形。
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和自动化，适用于大批量生产。
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2）感应加热表面淬火类型
①高频感应加热表面淬火 • 常用频率为200～300 kHz，淬硬层深度为0.5～2 mm。 • 用于淬硬层较薄的中、小模数齿轮和中、小尺寸轴类零件
等。
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②中频感应加热表面淬火 • 常用频率为2500～8000 Hz，淬硬层深度为2～10 mm。 • 主要用于大、中模数齿轮和较大直径轴类零件等。
反应气（低温下可汽化的金属盐），使其在炉内发生分解或 化学反应，并在工件上沉积成一层所要求的金属或金属化合 物薄膜的方法。 • 碳素工具钢、渗碳钢、轴承钢、高速工具钢、铸铁、硬质合 金等材料均可进行气相沉积。
③工频感应加热表面淬火 • 电流频率为50Hz，淬硬层深度为lO～20 mm。 • 用于大直径零件（如轧辊、火车车轮等）的表面淬火和大
直径钢件的穿透加热。
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二、表面化学热处理
• 化学热处理——将工件置于一定温度的活性介质中保温，使 一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和 性能的热处理工艺。
• 渗氮前零件须经调质处理，获得回火索氏体组织，以提高 心部的性能。渗氮后不需再热处理。
• 渗氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交变载荷 以及要求耐热、耐蚀、耐磨的零件的重要零件。., Nhomakorabea15
（3）碳氮共渗技术
• 两种方法：一种是以渗碳为主碳氮共渗，另一种是以渗氮为 主的软氮化。
1）以渗碳为主的碳氮共渗 • 目的：提高工件表面的硬度和耐磨性。 • 碳氮共渗后要进行淬火、低温回火。共渗层表面组织为回火
• 不仅改变了钢表面的组织，而且表面层的化学成分也发生了 变化，因而能更有效地改变零件表层的性能。
• 根据渗入元素分类：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属 等。
• 化学热处理的基本过程
分解
吸收
扩散
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（1）钢的渗碳及其应用
• 渗碳——将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗 入工件表层的化学热处理工艺。
马氏体、粒状碳氮化合物。渗层深度0.3～0.8 mm。
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碳氮共渗用钢：低碳或中碳钢、低合金钢及合金钢。
• 特点：具有温度低、时间短、变形小、硬度高、耐磨性好 、生产率高等优点。用于机床和汽车上的各种齿轮、蜗轮 、蜗杆和轴类等零件。
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（4）渗铝、渗铬、渗硼化学热处理
1）渗铝：向工件表面渗入铝原子的过程。适用于石油、化工 、冶金等方面的管道和容器。
2）渗铬：向工件表面渗入铬原子的过程。渗铬工件具有耐蚀 、抗氧化、耐磨和较好的抗疲劳性能，兼有渗碳、渗氮、渗 铝的优点。
3）渗硼:向工件表面渗入硼原子的过程。渗硼工件具有高硬度 、高耐磨性和好的热硬性（可达800℃）。
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三.表面气相沉积
• 分为化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）两类 （1）化学气相沉积（CVD） • 化学气相沉积：将工件置于炉内加热到高温后，向炉内通人
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2）常用渗氮方法
① 气体渗氮：在有活性氮原子的气体中进行渗氮。 ② 离子渗氮：在低于1×105Pa的渗氮气氛中，利用工件（阴极） 和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的工艺。
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3）渗氮和渗碳相比有何特点？
• 氮原子的渗入使渗氮层内形成残留压应力，可提高疲劳强 度（25％～35％）；渗氮层表面由致密的、连续的氮化物 组成，使工件具有很高的耐蚀性；渗氮温度低，工件变形 小；渗氮层很薄（＜0.6～0.70mm），渗氮后只能精磨、 研磨或抛光。渗氮层较脆，不能承受冲击力，生产周期长 （例如0.3～0.5mm的渗层，需要30～50h），成本高。
钢的表面热处理
常用表面热处理的方法有表面淬火和化学热处理两大类。
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一、表面淬火
• 表面淬火：仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。
• 原理：通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在热量尚未充 分传到零件中心时就立即予以冷却淬火，得到马氏体组织。
• 目的：使工件表面获得高硬度和高耐磨性，而心部保持较好 的塑性和韧性，以提高其在扭转、弯曲、循环应力或在摩擦 、冲击、接触应力等工作条件下的使用寿命。
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（2）钢的渗氮（氮化）
渗氮：在一定温度，一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热 处理工艺。
• 目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性。 l）渗氮用钢 • 渗氮用钢一般是含有Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的钢，这
些元素能与N形成颗粒细小、分布均匀、硬度高的各种氮化物 （CrN、MoN、AlN），渗氮后工件表面有很高的硬度（1000 ～1200HV，相当于72HRC）和耐磨性，因此渗氮后不需再 进行淬火。