表面热处理及化学热处理
钢的表面热处理
第八章钢的表面热处理知识要点：表面热处理的目的、分类；常用的表面热处理工艺（感应加热表面淬火和渗碳）；了解表面热处理的典型零件。
一、表面热处理的目的1．提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度。
→保证高精度2．使零件心部具有足够高的塑性和韧性。
→防止脆性断裂。
“表硬心韧”二、表面热处理的分类及工艺特点主要有两大类：表面淬火和化学热处理。
（一）表面淬火1．工艺：将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。
工艺特点：（1）不改变工件表面化学成分，只改变表面组织和性能；（2）表面与心部的成分一致，组织不同。
2．所用材料一般多用中碳钢、中碳合金钢，也有用工具钢、球墨铸铁等。
典型零件:如用40、45钢制作的机床齿轮齿面的强化、主轴轴颈处的硬化等。
3．常用表面淬火方法主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火。
（1）感应加热表面淬火原理：通以一定频率交变电流的感应线圈，产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流（涡流），利用工件的电阻而将工件加热；由于感应电流的集肤效应，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层。
感应线圈→交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→表层加热，快冷→淬硬层。
工件淬硬层的深度与频率有关：A. 0.2～2mm，高频感应加热（100—500KHz），适用于中小型齿轮、轴等零件；B．2～10mm，中频感应加热（0.5—10KHz），大中型齿轮、轴；C．〉10—15mm，工频感应加热（50Hz），用于大型轴、轧辊等零件。
特点：淬火质量好，表层组织细密、硬度高、脆性小、疲劳强度高；生产频率高、便于自动化，但设备较贵，不适于单件和小批量生产。
应用：主要零件类型是轴类、齿轮类、工模具，最常见的有：齿轮，如机床和精密机械上的中、小模数传动齿轮，蒸汽机车、内燃机车、冶金、矿山机械等上的大模数齿轮。
模具表面的化学热处理技术
甲醇＋丙酮
风扇电动机 废气火焰 炉盖 砂封 电阻丝 耐热罐 工件 炉体
图 4-2 滴注式气体渗碳炉工作示意图
4．2．1．3 真空渗碳 真空渗碳是一个不平衡的增碳扩散型渗碳工艺，被处 理的工件在真空中加热到奥氏体化，并在渗碳气氛中渗碳， 然后扩散、淬火。由于渗碳前是在真空状态下加热，钢的 表面很干净，非常有利于碳原子的吸附和扩散。与气体渗 碳相比，真空渗碳的温度高，渗碳时间可明显缩短。
渗碳工艺应用于模具表面强化，主要体现在两个方面。 一方面用于低、中碳钢的渗碳。例如，塑料制品模具的形 状复杂，表面粗糙度要求高，常用冷挤压反印法来制造模 具的型腔。因此，可采用碳含量较低、塑性变形性能好的 塑料模具钢，如20、20Cr、12CrNi3A钢以及美国的P2、 P3、P4、P5钢等。先将退火状态的模具钢冷挤压反印法 成形，再进行渗碳或碳氮共渗处理。
4．2 模具表面的化学热处理技术 化学热处理是指将钢件置于特定的活性介质中加 热和保温，使一种或几种元素渗入工件表面，以改变 表层的化学成分、组织，使表层具有与心部不同的力 学性能或特殊的物理、化学性能的热处理工艺。化学 热处理的种类很多，一般都以渗入的元素来命名，常 用的化学热处理方法有渗碳、渗氮、碳氮共渗／氮碳 共渗、渗硼、渗金属等。
4．2．1．4 CD渗碳 CD渗碳是20世纪80年代后期出现的渗碳方法。CD渗 碳法采用含有大量强碳化物形成元素（如Cr、Ti、Mo、V） 的模具钢在渗碳气氛中加热，在碳原子自表面向内部扩散 的同时，渗层中沉淀出大量弥散合金碳化物，弥散碳化物 含量达50％以上，呈细小均匀分布，淬火、回火后可获得 很高的硬度和耐磨性。 经CD渗碳的模具心部没有像Cr12型模具钢和高速钢中 出现粗大共晶碳化物和严重的碳化物偏析，因而其心部韧 性比Cr12MoV钢提高3～5倍。实践表明，CD渗碳模具的使 用寿命大大超过Cr12型冷作模具钢和高速钢。
常用表面处理工艺及热处理工艺
正火：又称常化，是将工件加热至Ac3或Acm以上40~60℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。
运用范围：①用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。
②用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。
③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。
④用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。
⑤用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。
⑥用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。
目的：使晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力，降低材料的硬度。
退火：将金属构件加热到高于或低于临界点，保持一定时间，随后缓慢冷却，从而获得接近平衡状态的组织与性能的金属热处理工艺。
目的：降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
退火工艺随目的之不同而有多种，如等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。
注: 正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。
故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。
大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。
一般合金钢坯料常采用退火，若用正火，由于冷却速度较快，使其正火后硬度较高，不利于切削加工。
淬火：将钢件加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。
通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。
表面淬火和化学热处理
时效1、概念：金属材料经过冷加工、热加工或固溶处理后，在室温下放置或适当升温加热时，发生的力学和物理性能能随着时间而变化的现象，称为时效。
2、机械制造过程中常用的时效方法主要有自然时效、热时效、变形时效、振动时效和沉淀时效等。
3、自然时效在室温下发生性能随着时间而变化的现象。
利用自然时效可以部分消除工件内的部分残余应力，稳定工件的形状和尺寸。
，但工件的内部残余应力不能完全消除。
4、热时效是指随着温度的不同，a—Fe中碳的溶解度发生变化，从而使钢的性能发生改变的过程。
5、变形时效是指钢在冷变形后进行的时效。
6、振动时效是指通过机械振动的方式来消除、降低或均匀工件内残余应力的工艺。
（抗疲劳性能）表面热处理与化学热处理需要考虑对零件进行表面热处理或化学热处理，以满足上述“表里不一”的性能要求。
一、表面热处理1、概念：是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
表面淬火是最常用的表面热处理工艺之一。
2、分类：按加热放法的不同：表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液加热表面淬火等。
目前生产中最多的是感应加热表面淬火。
表面淬火不改变工件表面的化学成分。
3、根据交流电流频率不同，感应加热表面淬火可分为三类：高频感应加热表面淬火应用范围：中小型轴、销、套等圆柱形零件，小模数齿轮。
●中频感应加热表面淬火应用范围：尺寸较大的轴类零件，大、中模数齿轮。
●工频感应加热表面淬火应用范围：大型零件表面淬火或棒料穿透加热。
三、化学热处理1、概念：式将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入到它表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
2、特点：化学热处理与表面淬火相比，其特点是表层不仅有组织的变化，而且还有化学成分的变化。
3、自身特点：由于渗入元素的不同，工件表面处理后获得的性能也不相同。
渗碳、渗氮、碳氮工渗的主要目的是提高工件表面的硬度和耐磨性；渗金属的主要目的是提高工件表面的耐腐蚀性和抗氧化性等。
金属材料加工工艺
三、表面热处理
钢的化学热处理： 定义：把工件置于一定活性的介质中加热、保温，使介质分解 出活性元素渗入工件的表层，以改变表层的化学成分，从而使 表层与心部具有不同成分与组织性能的工艺方法，称为表面化 学热处理。 作用：a.强化表面，提高零件的某些机械性能， 如：表面硬度、耐磨性等； b.保护零件表面，提高某些零件的物理化学性能, 如：耐高温、耐腐蚀等。 分类：一般以渗入的元素来命名， 如：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硫、渗硼以及多元 共渗等；实际生产中常见：渗C、渗N、C-N共渗三种 基本原理： 分解→吸收→扩散 三个基本过程组成。
钢的表面热处理： 主要指钢的表面淬火。是通过对钢表面进行快速加热后，使 表层获得奥氏体组织，然后迅速冷却，使表层获得马氏体组织 而心部仍保持淬火前组织状态的一种热处理工艺方法。 常用方法： 感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬 火、电解加热表面淬火。生产中广泛应用的是感应加热表面淬 火和火焰加热表面淬火。 新发展起来的激光淬火、电子束淬火等。
2.4.1 概述
2.4.1 概述
钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。根据现行标准，各质量 等级钢的磷、硫含量如下：
2.4.1 概述
2.4.2 钢材的分类
工程中使用的钢铁材料，绝大多数都是经过轧制而得到的各 种形状和尺寸的 钢材。因为使用目的不同，钢材的种类很多， 一般按其外形分为型材、板材、管材、钢丝四大类。为了便于 生产、管理、订货和经销工作的进行，目前我国将上述四大类 钢材又具体分为十五大品种，详细说明见下表所列。
金属材料表面处理与装饰技术一般具有双重作用和功效。金 属材料表面处理及装饰的功效一方面是保护产品，即保护材质 表面所具有的光泽、色彩和肌理等而呈现出的外观美，并延长 产品的使用寿命，有效地利用材料资源；另一方面起到美化、 装饰产品的作用，使产品高雅含蓄，表面有更丰富的色彩、光 泽变化，更有节奏感和时代特征，从而有利于提高产品的商品 价值和竞争力。
钢的表面淬火和化学热处理
２）钢的渗氮（氮化） 渗氮是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，又称氮化。 渗氮能使零件获得比渗碳更高的表面硬度、耐磨性以及提 高其耐腐蚀性和疲劳强度。 （１）气体氮化 目前应用最广的是气体渗氮。气体渗氮是将工件置于通有 氨气（NH3）的密闭炉内，加热到500～560℃，氨分解产生的 活性氮离子[N]被工件表面吸收，并逐渐向心部扩散，从而形成 渗氮层。渗氮层的深度一般为0.1～0.6mm。 C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\热处理 录像4（钢的表面热处理与化学热处理）\氮化.rm
名称频率淬硬深度mm适用零件高频感应加热100500khz0525淬硬层较薄的中小型零件如小模数齿轮小的轴感应加热表面淬火种类及应用中频感应加热110khz310承受较大载荷和磨损零件如大模数齿轮较大凸轮等工频感应加热50hz1020要求硬层深的大型零件和钢材的穿透加热如轧辊火车车轮等感应加热速度极快时间很短仅为几秒钟加热淬火有如下特点
解的有机液体（如煤油、丙酮等），保温一段时间，渗碳气体 或有机液体在高温下分解产生活性碳原子，活性碳原子逐渐滲 入工件表面，并向心部扩散，形成一定深度的渗碳层。渗碳层 深度可通过控制保温时间来达到，一般为0.5～2.5mm。
井式渗碳炉
第1章 机械工程材料
工件渗碳后必须进行淬火和低温回火，最终表层为细小片 状的回火高碳马氏体及少量的渗碳体，这样表面可获得高的硬 度（60～64HRC）、耐磨性及疲劳强度；而心部组织取决于 钢的淬透性，一般低碳钢心部组织为铁素体和珠光体，硬度为 110～150HBS，低合金钢（20CrMnTi钢）通常心部组织为回 火低碳马氏体和少量铁素体，硬度为35～45HRC，具有较高 的强韧性和塑性。 气体渗碳的渗碳层质量高，渗碳过程易于控制，生产率 高，劳动条件好，易于实现机械化和自动化，适于成批或大量 生产。主要用于受磨损和较大冲击载荷的零件，如齿轮、活塞 销、凸轮、轴类等。
热处理知识及工艺介绍
1. 正火normalizing：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2. 退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺 3. 淬火quenching：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺 4. 回火tempering：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺
相区
（1）单相区 简化的Fe- Fe3C相图中有F、A、L和Fe3C 四个单相区。 （2）两相区 简化的Fe- Fe3C相图中有五个两相区，即 L+A两相区、L+Fe3C两相区、A+Fe3C两相区、A+F两相 区和F+ Fe3C两相区。 每个两相区都与相应的两个单相区相邻；两条三相共存线， 即共晶线ECF，L、A和Fe3C三相共存，共析线PSK，A、F 和Fe3C三相共存。
4）合金工具钢
（1）低合金刃具钢 车、铣、铰刀等 性能要求： 回火稳定性 a) 硬度和耐磨性；b)强度和韧性；c）红硬性 ；d)工艺性 （2）高速钢 淬透性好，红硬性高，小截面刀具空气中能淬透 典型牌号： W18Cr4V （3）模具钢 a)冷作模具钢 b)热作模具钢 P70性能 （4）量具钢 多选用碳素工具钢、低合金工具钢（9SiCr、CrMn）、轴承钢（GCr15）制作
3、奥氏体的形成速度
43
(1)温度：加热温度越高，晶粒越大； (2)合金成分： ① 碳含量增高，晶粒长大倾向增大，残余渗碳体增加，则倾向减小； ② 形成碳化物、氮化物、氧化物的元素增加，则阻碍晶粒长大； ③ 锰、磷元素增加，晶粒增大。
金属表面化学热处理
第三节金属表面化学热处理1、什么叫金属表面化学热处理？表面热处理是指仅对零部件表层加热、冷却，从而改变表层组织和性能而不改变成分的一种工艺，是最基本、应用最广泛的材料表面改性技术之一。
金属表面化学热处理是利用元素扩散性能，使合金元素渗入金属表层的一种热处理工艺。
2、工艺过程首先将工件置于含有渗入元素的活性介质中加热到一定温度，使活性介质通过分解并释放出欲渗入元素的活性原子、活性原子被表面吸附并溶入表面、溶入表面的原子向金属表层扩散渗入形成一定厚度的扩散层，从而改变表层的成分、组织和性能。
3、化学热处理的基本过程化学热处理包括三个基本过程，即①化学渗剂分解为活性原子或离子的分解过程；②活性原子或离子被钢件表面吸收和固溶的吸收过程；③被渗元素原子不断向内部扩散的扩散过程。
4、金属表面化学热处理的特点？和表面淬火不同，化学热处理后的工件表面不仅有组织的变化，而且也有化学成分的变化。
5、金属表面化学热处理的目的？一、提高金属表面的强度、硬度和耐磨性。
如渗氮、渗硼等. 渗氮硬度可达950HV~~1200HV,渗硼硬度可达1400HV~~2000HV.常用的硬度单位有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等.什么叫渗氮？渗氮，就是把工件置于含有氮原子的介质中加热到一定温度，保温一段时间后，在工件表面形成一层坚硬的渗氮层。
说白了就是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层。
二、提高材料疲劳强度。
如渗氮、渗硼、渗铬。
三、使金属表面具有良好的抗粘着、抗咬合的能力和降低摩擦系数。
如渗硫等。
四、提高金属表面的耐蚀性。
如渗氮、渗铝等。
5、金属表面化学热处理的性能？化学热处理后的钢件表面可以获得比表面淬火所具有的更高的硬度、耐磨性和疲劳强度；心部在具有塑性和韧性的同时，还可获得较高的强度。
6、化学热处理的种类i.固体法。
（粉末填充法、膏剂涂覆法、电热旋流法、覆盖层扩散法）ii.液体法（包括盐浴法、电解盐浴法、水溶液电解法等）iii.气体法（固体气体法、间接气体法、流动粒子炉法）iv.等离子法。
常用金属表面处理工艺及技术
③ 工件应力变形小。基体可保持较低的温度，工件产生的应力 变形很小。
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 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。
离子氮化炉
n ⑷氮化的特点及应用 n 氮化件表面硬度高（69~72HRC），耐磨性高。 n 疲劳强度高。由于表面存在压应力。
氮 化 层 组 织
38CrMoAl氮化层硬度
n ⑶工件变形小。原因是氮化温度低，氮化后不需进行热处理。 n ⑷ 耐蚀性好。因为表层形成的氮化物化学稳定性高。 n 氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄。 n 用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。如
无数个小锤锤击金属表面，使零件表层和次表层发生一定的 塑性变形而实现强化的一种技术。 n 应用：形状较复杂的零件 n 在磨削、电镀等工序后进行
2、滚压处理 n 利用自由旋转的淬火钢滚子对钢件的已加工表面进行滚压，
使之产生塑性变形，压平钢件表面的粗糙凸峰，形成有利的 残余压应力，从而提高工件的耐磨性和抗疲劳能力。 n 应用：圆柱面、锥面、平面等形状比较简单的零件
热处理简介
高温形变热处理
高温形变热处理：高温形变热处理是将钢 加热至Ac3以上，在稳定的奥氏体温度范 围内进行变形，然后进行淬火，使之发生 马氏体转变并回火至需要的性能。由于形 变温度远高于钢的再结晶温度，故应严格 控制变形后至淬火前（900 ℃ ）的停留 时间，形变后要立即进行淬火冷却。
低温形变热处理
低温形变热处理：低温形变热处理是将钢 加热至奥氏体状态，迅速冷却至Ac1点以 下，Ms点以上过冷奥氏体亚稳定温度范围 内进行大量塑性变形，然后立即淬火并回 火至所需要的性能。低温形变热处理比高 温形变热处理具有更高的强化效果，而塑 性并不降低。
高温回火：回火温度约为500~650 ℃ ， 回火组织为回火索氏体，淬火和随后的 高温回火叫调质处理。经过调质处理后， 钢具有优良的综合机械性能。
热处理工艺方法---表面淬火
表面淬火:将工件快速加热到淬火温度,然 后迅速冷却,仅使表面层获得淬火组织的 热处理方法。
表面淬火分类:根据工件表面加热热源的 不同，表面淬火分为感应加热，火焰加 热，电接触加热，电解液加热以及激光 加热等。
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化学热处理分类:根据渗入元素的不同， 可分为渗碳，渗氮，碳氮共渗，多元共 渗，渗硼，渗金属等等。 化学热处理作用:化学热处理后的钢件表 面可以获得比表面淬火所具有的更高的 硬度，耐磨性和疲劳强度，心部在具有 良好的塑性和韧性的同时，还可获得较 高的强度。
热处理工艺方法---形变热处理
形变热处理：形变热处理是将塑性变形和 热处理有机结合在一起的一种复合工艺。 形变热处理分类：形变热处理种类很多， 常用的主要有高温形变热处理和低温形变 热处理。
热处理工艺方法---回火
热处理的分类
热处理的分类
热处理分类如下：
1、整体热处理：
整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，获得需要的金相组织，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。
2、表面热处理：
通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。
表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。
3、化学热处理：
化学热处理是利用化学反应、有时兼用物理方法改变钢件表层化学成分及组织结构，以便得到比均质材料更好的技术经济效益的金属热处理工艺。
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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。
淬火+低温回火
HRC53～60 合金结构钢
4.钢铁的氧化和磷化
1）钢铁的氧化
钢铁的氧化处理又称发蓝、发黑，指将钢铁件放入 苛性钠、亚硝酸钠的溶液中处理，使其表面生成一层氧 化膜，膜层一般呈蓝黑色或深黑色。含硅量较高的呈灰 褐色和黑褐色。为提高氧化膜的耐蚀性，可在发蓝后浸 油或经磷酸盐或重铬酸盐处理。
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 )
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。
2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。 固体碳氮共渗 高温 3)方法:
气体碳氮共渗
液体碳氮共渗
中温 低温
4)工艺: 低温气体碳 氮共渗 温度(℃) 500～600 时间(h) 1～ 6 作用 以渗氮为主 渗层 0.1～0.4mm 热处理 不需要 性能 HRC54～63 材料 合金工具钢 名称 中温气体碳 氮共渗 800～860 1～8 以渗碳为主 0.5～0.8mm
钢种
表层组织
心部组织
低碳钢 M回+Fe3C+A残 低碳M回+ F
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。
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。
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
2）钢铁的磷化
钢铁的磷化是指钢铁在某些酸性磷酸盐为主的溶液中 处理，使其表面沉积形成一层不溶于水的磷酸盐转化膜 的过程。磷化层呈灰色和暗灰色的结晶状态，厚度为 1~50微米。耐蚀能力为发蓝的2~10倍。
END！
感 应 加 热 表 面 淬 火 示 意 图 集肤效应示意图
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
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。 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。
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: 20CrMnTi
表面 中心
零
1%C P+Fe3CⅡ
件
P+F
0.2%C F + P少
P
7) 渗碳后的热处理工艺
温 度 930℃
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
三)表面淬火用钢: 选用中碳或中碳低合金钢。40、 45、40Cr、40MnB等。
四)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: δ = 500 / √ f （mm）
方法:气体渗氮。
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。
2.4.4 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。
感应加热 火焰加热 电接触加热 电解加热
一.表面淬火( Surface Hardening )
一) 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。
二) 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。
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。
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
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.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。
2.4.5 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。