钢的表面淬火(借鉴材料)
精选表面工程学三表面淬火
表面淬火中的软带问题
特大轴承表面淬火的软带问题
利用高能束（激光束、电子束、等离子束）在被处理工件表面的能量转换加热工件，使其快速加热到Ac3或Acm相变温度以上，然后利用自身快速冷却，在材料表面获得硬化层。
第四节 高能束表面淬火技术
第七章 气相沉积技术
5.4.1 高能束表面改性
图4－3 钢的磁导率、电阻率与加热温度的关系
感应加热淬火技术的基本原理（3）
以齿轮加工为例锻打毛坯→正火处理(~220HB)→粗加工→调质处理（~250HB）→精加工（滚齿）→感应加热淬火→回火（~55HRC）→磨削
二、 感应加热表面淬火工艺流程
齿轮高频淬火
热效率高、加热时间短； 工件表面氧化、脱碳比较轻，变形小； 比普通热处理具有更优异的机械性能； 设备易于实现机械化自动生产，生产效率高； 零件棱边易过热，形状复杂的零件难以保证温度均匀； 设备投资较大。
(图中所示为一个半导体二极管激光器和五美元钞票大小的对比。)如今，这样的芯片随处可见，比如说CD播放器、蓝光播放器、红色激光笔并构成了全球电信网络的骨干。
在工业上，激光被用作永远不会变钝的锯和钻头。最初人们使用激光来加工硬度很高的材料，如钻石，或非常柔软的材料，例如婴儿奶瓶的奶嘴。 低功率激光可以切割和焊接塑料；高功率激光可以切割和焊接金属。早期的工业激光器，必须要有非常庞大的体形，才能产生足够的能量，但新型固态激光器却非常小巧，给人印象深刻：如今一段细光纤或几分之一毫米厚、扑克大小的盘片就能产生千瓦级的能量，足以切开几厘米厚的金属片。
硬化层的厚度可用金相法和硬度法测定。
表面淬火层的组织和硬度分布
硬度法测定硬化层的厚度
金相法测定硬化层的厚度
（1） 表面硬度：经高频加热淬火的工件其表面硬度比普通淬火高2～5个HRC。这是由于表面淬火晶粒细化和高的残余压应力。
实验指导书(表面工程)
表面工程学实验指导书青岛科技大学金属材料及材料成型教研室钢表面淬火硬化处理一、实验目的1了解高频感应表面淬火工艺、操作方法。
2认识45钢经高频感应淬火后的显微组织特征。
3观察45钢经高频感应淬火后的显微组织。
4测试45钢经高频感应淬火后表面与心部的硬度。
二、概述表面淬火技术是用特殊的加热方式将钢铁表面快速加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上，随后快速冷却，使其发生马氏体相变，生成表面硬化层。
表面淬火适合含碳量在0.35～1.2%的中高碳钢和铸铁材料，尤其是中碳调质钢和球墨铸铁。
调质后的中碳钢有优良的综合机械性能，在此基础上表面淬火后，表面硬度可超过HRC50，具有优良的耐磨性。
在铸铁材料中，球墨铸铁具有较好的机械性能，表面淬火硬化可提高其表面的耐磨性。
表面淬火与常规淬火的区别是：1快速加热使奥氏体晶粒显著细化，硬度提高。
2快速加热将使Ac3与A cm线上移。
3快速加热使奥氏体成分不均匀。
表面淬火分为火焰表面淬火、高频感应表面淬火、电阻表面淬火、等离子弧表面淬火、激光表面淬火等。
表1是几种典型表面淬火工艺的特点和比较。
表1 各种表面淬火工艺的特点比较三、表面淬火层的组织和性能1 表面淬火层的组织和硬度分布图1是45钢在表面淬火后的组织和硬度分布。
表面淬火层分为：（1）淬硬区（相变区）：加热温度高于Ac3，淬火后的组织全部为马氏体，硬度最高。
（2）过渡区（部分相变区）：加热温度介于Ac3和Ac1之间，淬火组织为马氏体和铁素体。
（3）心部区（无相变区）：加热温度低于Ac1，为原始组织。
2 表面淬火层的性能（1）表面硬度比普通淬火高2～5个洛氏硬度单位(图2)，这种硬度增高现象与快速加热和冷却使奥氏体晶粒细化以及淬火表层有高的残余压应力等有关。
（2） 表面淬火后工件的耐磨性比普通淬火要高（图3）。
主要是由于淬硬层中马氏体晶体极为细小，碳化物弥散度较高，硬度提高，以及表层高的压应力等综合影响的结果。
钢的表面淬火
“一位数字＋元素符号＋数字” 一位数字＋元素符号＋数字” 一位数字
含C量，千分之几 合金元素符号，百分之几 2、CrMn 1%,不标 不标。 含C≥1%,不标。 特例（ (合金元素含量低 两位数， 合金元素含量低， 表示） 特例（1）Cr06 (合金元素含量低，两位数，千分之几 表示） 量为0.7%~0.8%,不标) （2）W18Cr4V（含C量为0.7%~0.8%,不标) ） （ 量为0.7%~0.8%,不标 3.滚动轴承 3.滚动轴承 Cr很低，千分之几 表示，1.5% 很低， GCr15 很低
4.加工路线： 4.加工路线： 加工路线
渗碳 淬火 + 下料 锻造 正火 机加工 低温回火 精加工 成品 5.渗碳后的热处理方式 渗碳后的热处理方式： 5.渗碳后的热处理方式： 直接淬火：渗碳温度→ 预冷)A 温度(心部） 淬火→ A、直接淬火：渗碳温度→(预冷)Ar3温度(心部）→淬火→(160~180℃) 低温回火 优点：不需重新加热，减少热处理变形，省时； 优点：不需重新加热，减少热处理变形，省时； 缺点： 晶粒粗大 晶粒粗大， 残多 残多(T高 长 ，性能下降。 缺点：A晶粒粗大，A残多 高，t长)，性能下降。 应用： 应用：本质细晶粒钢 组织：表层： 组织：表层：M回＋Fe3CII＋A残 心部：淬透时M 心部：淬透时M回(低C) 未淬透 F＋S 一次淬火：渗碳工件缓冷(正火)→(升温)加热→ )→(升温 一次淬火：渗碳工件缓冷(正火)→(升温)加热→淬火 心部要求高时，温度（心部）＞Ac3，晶粒细化， 心部要求高时，温度（心部） 晶粒细化， 组织：心部： 低 ，表层： 组织：心部：M(低C)，表层：M回＋A残 表层要求高时， 表层要求高时，温度（表层） Ac1~Ac3， （表层） 组织： 组织： 表层M回＋Fe3C(粒)＋A残 ，心部：M回＋F
表面淬火
轴 的 感 应 加 热 表 面 淬 火
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• ①表面淬火用材料 • ⑴ 0.4-0.5%C的中碳钢。
• 含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。
• 含碳量过高，心部韧性下降； • ⑵ 铸铁 提高其表面耐磨性。
机床导轨
表面淬火齿轮
• ②预备热处理
• ⑴工艺： • 对于结构钢为调质或正火。 • 前者性能高，用于要求高的重 要件，后者用于要求不高的普
感应淬火机床
• ⑤表面淬火常用加热方法 • ⑴ 感应加热: 利用交变电流 在工件表面感应巨大涡流，
使工件表面迅速加热的方法。
感应加热 表面淬火 示意图
• 感应加热分为： • 高频感应加热 频 率 为 250-300KHz ， 淬 硬层深度0.5-2mm
火传 感动 应轴 器连 续 淬
感应加热表面淬火齿轮的截面图
表面淬火
• 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情
况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以
强化零件表面的热处理方法。
火焰加热
感 应 加 热
• 表面淬火目的： • ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; • ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的 塑性和韧性。即表硬里韧。 • 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。
通件。
• ⑵目的: • 为表面淬火作组织准备； • 获得最终心部组织。
回火索氏体
索氏体
• ③表面淬火后的回火 • 采用低温回火，温度不高于200℃。 • 回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。 • ④表面淬火+低温回火后的组织 • 表层组织为M回；心部组织为S回(调质)或F+S(正火)。
感应加热表面淬火
第十一章 钢的表面淬火
第一节 感应加热表面淬火 (1)第二节 火焰加热表面淬火 (2)第三节 激光热处理 (3)第十一章 钢的表面淬火概念：表面淬火是采用快速加热的方法使工件表面奥氏体化，然后快冷获得表层淬火组织的一种热处理工艺。
关键：使零件表面迅速加热到淬火温度，当热量尚未充分传到工件内部时就急冷，使表面获得高硬度高耐磨性的马氏体组织，而心部仍是塑性韧性较好的调质或正火的原始组织。
预先热处理：工件表面淬火前要进行预先热处理(调质或正火)，以保证心部的性能要求和为表面淬火作好组织准备。
出现原因：很多承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件，其表面要比心部承受更高的应力。
因此，要求零件表面应具有高的强度、硬度和耐磨性，而心部在保持一定强度、硬度的条件下，应具有足够的塑性和韧性。
显然，采用表面淬火的热处理工艺，能使工件达到这种表硬心韧的性能要求。
种类：表面淬火是表面强化的方法之一，由于其具有工艺简单、生产率高、热处理缺陷少等优点，因而在工业生产中获得了广泛的应用。
根据加热方法的不同，表面淬火可分为感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火及激光加热表面淬火等。
其中应用最广泛的是感应加热与火焰加热表面淬火方法。
与化学热处理区别：钢的表面淬火是仅对钢件表层进行热处理以改变其组织和性能的工艺，不改变表面的化学成分，而是依靠表面加热淬火达到表面强化的目的。
第一节 感应加热表面淬火一、感应加热的基本原理利用电磁感应，使工件表面产生很高的感应电流，将工件表层迅速加热。
图11-1是感应加热表面淬火示意图。
将工件放入(用铜管制成的)感应圈内，向感应圈中通以一定频率的交流电，其周围即产生交变磁场，则工件(导体)会感应产生同频率的感应电流。
由于感应电流沿工件表面形成封闭回路，故通常称为涡流。
这是感应加热的主要热源。
涡流在工件中的分布是不均匀的，由表面到心部呈指数规律衰减。
因此，涡流主要集中在工件表层，内部电流密度几乎为零，这种现象称为集肤效应。
钢的淬火知识
将钢加热到临界点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化，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。
也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
钢件在有物态变化的淬火介质中冷却时，其冷却过出一般分为以下三个阶段： 蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段。
淬硬性和淬透性是表征钢材接受淬火能力大小的两项性能指标，它们也是选材、用材的重要依据。
1.淬硬性与淬透性的概念淬硬性是钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。
决定钢淬硬性高低的主要因索是钢的含碳量，更确切地说是淬火加热时固溶在奥氏体中的含碳量，含碳量越离，钢的淬硬性也就越高。
而钢中合金元素对淬硬性的影响不大，但对钢的淬透性却有重大影响。
淬透性是指在規定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。
即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它是钢材固有的一种属性。
淬透性实际上反映了钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的容易程度。
它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关，或者说与钢的临界淬火冷却速度有关。
还应指出：必须把钢的淬透性和钢件在具体淬火条件下的有效淬硬深度区分开来。
钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关；而钢的有效淬硬深度除取决于钢材的淬透性外，还与所采用的冷却介质、工件尺寸等外部因索有关，例如在同样奥氏体化的条件下，同一种钢的淬透性是相同的，但是水淬比油淬的有效淬硬深度大，小件比大件的有效淬硬深度大，这决不能说水淬比油淬的淬透性髙。
也不能说小件比大件的淬透性高。
可见评价钢的淬透性，必须排除工件形状、尺寸大小、冷却介质等外部因素的影响。
钢的表面淬火
热传导
热量从系统的 一部分传到另一部 分或由一个系统传 到另一个系统的现 象叫热传导
第六节 钢的表面淬火
一、表面淬火以后的工件能不能直接应用？
不能，需及时回火
二、表面淬火以后应该进行何种类型的回火处理？
低温回火处理
三、如对心部有一定的机械性能要求，如何处理？
先进行整体热处理
第六节 钢的表面淬火 二、感应加热表面淬火 （2）感应加热表面淬火的常用工艺路线
淬火后的回火： 低温回火 材料的选用： ωc=0.4-0.5% 预备热处理： 调质或正火
常用工艺路线：锻造-退火或正火——粗机械加工——正火或调质——半 精机械加工——感应加热淬火——低温回火——磨削。
（1）表面淬火的目的 （2）感应加热表面淬火的基本原理 （3）感应加热淬火件的常用工艺路线
思考与练习
第六节 钢的表面淬火
第六节 钢的表面淬火 上节回顾
退火
备热处理 最终热处理
引入：车床传动齿轮的性能要求分析 齿轮传动受力分析
引入：车床传动齿轮的性能要求分析
引入:车床传动齿轮的性能要求分析
表面硬度:58-62HRC 心部硬度:33-38HRC
引入:车床传动齿轮的性能要求分析
第六节 钢的表面淬火 二、感应加热表面淬火 （1）感应加热表面淬火的原理
集肤效应
当交变电流通过导体 时，电流将集中在导体表 面流过，这种现象叫集肤 效应。是电流或电压以频 率较高的电子在导体中传 导时，会聚集于总导体表 层，而非平均分布于整个 导体的截面积中。
第六节 钢的表面淬火 二、感应加热表面淬火 （1）感应加热表面淬火的原理
1、调质处理后的40钢齿轮，经高频加热后的温度分布如图所示，试分析高 频水淬后，轮齿由表面到中心各区(1，Ⅱ，Ⅲ)的组织变化。
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。
45钢表面淬火工艺
45钢表面淬火工艺45钢是一种低碳合金结构钢，在工业生产中广泛应用于制造机械零部件和汽车零配件等高强度要求的产品。
为了提高45钢的硬度和耐磨性，常常采用表面淬火工艺进行处理。
表面淬火是一种通过加热和冷却的方式，使钢材表面处于高温和低温的循环过程中，达到提高材料硬度和耐磨性的目的。
对于45钢来说，表面淬火工艺可以大大提高其使用寿命和耐久性。
表面淬火工艺是一个复杂的工艺过程，包括预热、加热、保温、冷却等多个步骤。
首先是预热，通过将钢材加热到一定温度，使其达到适合淬火的状态。
然后，将钢材放入淬火介质中进行加热处理，使其达到一定的温度。
在此过程中，钢材的表面会发生相变，形成马氏体，从而提高材料的硬度和耐磨性。
在保温过程中，钢材需要在一定的温度下停留一段时间，使得马氏体的转变尽可能充分。
这样可以确保淬火工艺的效果，提高材料的硬度。
最后是冷却过程，钢材从高温状态转变为低温状态。
冷却介质的选择对于淬火效果至关重要。
一般来说，水作为淬火介质能够快速冷却钢材，提高材料的硬度和耐磨性。
但同时，也容易产生内应力。
因此，需要根据具体情况选择合适的冷却介质，以保证表面淬火过程的效果。
在实际应用中，表面淬火工艺需要严格控制加热和冷却的温度、时间等参数，以确保所需的淬火效果。
在45钢的表面淬火过程中，加热温度通常控制在800℃左右，保温时间大约为15-30分钟。
冷却介质一般选择水，冷却速度应根据钢材规格和要求进行调整。
通过表面淬火工艺，可以显著提高45钢的硬度和耐磨性，从而延长其使用寿命。
这对于一些高强度要求的零部件和配件来说，具有非常重要的意义。
表面淬火工艺的应用广泛，不仅可以用于45钢，也可适用于其他合金结构钢。
总结来说，表面淬火是一种通过加热和冷却的方式，提高钢材硬度和耐磨性的工艺。
45钢作为一种低碳合金结构钢，在工业生产中常常采用表面淬火工艺进行处理，以提高其使用寿命和耐久性。
表面淬火工艺包括预热、加热、保温、冷却等多个步骤，需要严格控制各个参数以确保淬火效果。
钢的表面淬火
一、火焰加热表面淬火
加热源：氧－乙炔或 氧－煤气的混合气体 特 点：
①操作简单，无需特殊设备 ②淬硬层一般为2-6mm ③淬火质量
利用电流的表面效应来实现的。
高频淬火工艺 水或聚乙烯醇水溶液冷却 （油易燃） ； 160-200℃低温回火，提 高韧性，降低淬火残余应力。 自身回火淬火法 高频淬火优缺点 三、高能密束表面淬火
of
3.7 & Chapter 3
第七节
钢的表面淬火
仅把零件需耐磨的表层淬硬，而中心仍保持未淬
火的高韧性状态 。 （只改变表层组织而不改变化学 成分） 表面淬火零件所用的材料一般是中碳钢，如 40、 45钢及中碳合金结构钢如40Cr、40MnB等。 表面淬火必须用高速加热法使零件表面层很快地达 到淬火温度，而不等其热量传至内部，立即迅速冷却 使表面层淬硬。
《钢的表面淬火》PPT课件
由于低碳区的存在，使Ms升高，淬火钢中的 板条M量增多。在快速加热淬火时，可以获得两 种不同形态的马氏体及未溶碳化物的复合组织。
§3高频感应淬火的组织和性能 一、高频淬火后的组织 第1层 淬硬层
温度＞Ac3 组织：M+AR 第2层 过渡层 温度在Ac1~Ac3之间， 组织：M+AR+F 第3层 心部原始组织。 温度：<Ac1
η感─感应器的效率(≈0.8)
P总─设备的最大输出功率(kW)
Po─另件加热所需的单位功率(kW/cm2)
设备允许的最大加热面积
设备型号
DGF-C-108 DGF-200/2.5 GP60-CR13-1 GP100-C2
设备功率
(kW)
100 200 60 100
最大加热面积(cm2)
一次加热 连续加热
2、疲劳强度
高频淬火后，表面处于压应力状态，提高了 另件的疲劳强度。
疲劳强度和淬硬层深度有一定的关系。 3、耐磨性
高频淬火后工件的耐磨性比普通淬火高。这 主要是由于淬硬层中马氏体极为细小，碳化物 弥散度高，以及硬度较高，且表面的压应力状 态综合作用的结果。 4、多冲抗力
随淬硬层深度的增加而增加，但有一极限值。
➢快速加热时的相变特点
★
➢高频感应淬火的组织和性能 ★
➢高频感应加热淬火工艺
➢高频淬火后的回火
➢高频感应淬火的应用
➢其它表面淬火方法
§1感应加热的基本原理
1、电磁感应产生感应电流
2、感应电流的表面效应
距表面X厘米处的感应电流 强度为：
Ix=Io×exp(-X/△)安培
当X=0时，Ix=Io
工艺第4章 钢的表面淬火1
第二节 表面淬火工艺原理
一,钢非平衡加热时的相变特点 1,一定的加热速度范围内,临界点随加热速度的 一定的加热速度范围内, 增加而提高; 极限1130℃) 增加而提高;(Ac3和Accm极限1130℃) 2,奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增 大; 3,提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒; 提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒; 4,加快加热对过冷奥氏体转变及马氏体回火有明 显影响. 显影响.
二,表面淬火的组织与性能
1,表面淬火的金相组织 其金相组织与钢种, 其金相组织与钢种,淬火前的原始组织及淬火加热 实验截面温度分布有关. 实验截面温度分布有关. 淬火前为退火状态的共析钢 表面淬火后的组织: 表面淬火后的组织: 表层:马氏体M 表层:马氏体M; 向内:珠光体P 马氏体M 向内:珠光体P+马氏体M; 心部:原始组织珠光体. 心部:
根据交流电源的频 率不同,可以分为 三类: 高频感应加热表面 淬火; 中频感应加热表面 淬火; 工频感应火焰加热表面淬火
应用 用于中碳调质钢或球铁制零件; 用于中碳调质钢或球铁制零件; 低碳钢因效果不显著,很少应用; 低碳钢因效果不显著,很少应用; 高碳钢因为脆性大, 高碳钢因为脆性大,只在工具或高冷硬 轧辊上. 轧辊上.
淬火前为正火状态的45钢 淬火前为正火状态的45钢 45 表面淬火后的组织: 表面淬火后的组织: 表层:马氏体M 表层:马氏体M; 向内:铁素体F 向内:铁素体F+马氏 体M ; 再向内:铁素体F 再向内:铁素体F+珠 光体P 马氏体M 光体P+马氏体M; 心部:原始组织铁素体 心部:原始组织铁素体 F+珠光体 . +珠光体P
�
思考: 45钢表面淬火前为调质状 思考:若45钢表面淬火前为调质状 态,其表面淬火后的组织如何? 其表面淬火后的组织如何?
钢的表面淬火,化学热处理特点
钢的表面淬火,化学热处理特点
钢的表面淬火是对钢材表面进行加热，然后快速冷却，以达到增加钢材硬度的目的。
淬火的化学热处理特点主要体现在以下几个方面：
首先，淬火可以改变钢材的组织结构，使其成为马氏体。
在钢材变为马氏体的金相组织中，分散着碳化物和/或含硫化物。
这些碳化物/含硫化物的分散可以提高
钢材的硬度和耐磨性。
其次，淬火可以提高钢材的强度。
热处理的目的之一是增强材料的强度。
在淬火过程中，钢材的晶粒细化，强度得到提高。
此外，淬火还可以改善钢材的韧性。
虽然淬火可以显著提高钢材的硬度和强度，但热处理过程中，钢材的韧性相对较差。
因此，通过淬火以后的回火或其他处理，可以提高钢材的韧性，保持高强度的同时，不牺牲钢材的韧性。
综上所述，钢的表面淬火是一种重要的化学热处理方式，它可以改善钢材的硬度、耐磨性、强度和韧性。
通过对不同工况下的钢材进行淬火处理和回火等后续
处理，可以满足不同用途的需求。
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1、概念：将钢置于一定温度的活性介质
中保温，使一种或几种元素渗入其表层， 以改变其化学成分、组织和性能的热处理 工艺。
化学热处理的三个基本过程：分解 吸收 扩散
2、分类：渗碳、渗氮、 碳氮共渗
高级教育
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一、钢的渗碳
概念：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳 原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。
高级教育
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• 6.11 热处理零件结构的工艺性 • 常见的热处理缺陷 • (1)过热与过烧 • (2)氧化与脱碳 • (3)变形与开裂 • 一、热处理对零件结构设计的技术要求
高级教育
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图7.27 热处理结构工艺性示意图
高级教育
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• (1)避免尖角与棱角 • (2)避免厚薄悬殊的截面 • (3)采用对称，封闭结构 • (4)采用组合结构 • 二、零件热处理技术条件的标准 • 热处理工艺代号标注方法如下：
高级教育
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的强化有着重要意义。并以此为依据，可确 定在实际生产中实施的普通热处理(退火、 正火、淬火、回火，俗称“四火”)以及表 面热处理、化学热处理等各种热处理工艺的 目的、特点和适用范围。
• 钢的淬透性是一重要的热处理工艺性能，是 生产中制订热处理工艺和选材的依据。表面 处理技术是材料进行表面强化、表面保护、 表面改性的非常有用的、廉价的、重要的手 段。
图7.29 热处理工艺应用举例
高级教育
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• 本章小结
• 提高机械工程材料使用性能，改善其工艺 性能，最根本的途径是对材料实施强韧化 处理。本章概括性地论述了机械工程材料 强韧化途径及表面改性技术。钢铁材料最 基本的强韧化途径——热处理是本课程学 习的一个重点内容。利用铁碳相图和钢的 过冷奥氏体连续冷却转变曲线(过冷奥氏体 等温冷却转变曲线)，可以分析判断钢在不 同冷却条件下得到的转变产物的组织特征 与性能特点，其中马氏体相变是钢中最重 要的固态相变，马氏体这种坚硬的相对钢
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• 感应加热表面淬火的原理
图6.39 感应加热表面淬火原理示意图
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• 与普通加热淬火相比，感应加热表面淬火 有以下特点：
• ◆加热速度快 • ◆淬火质量好
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• ◆淬硬层深度易于控制，淬火操作也易实 现机械化和自动化，但设备较昂贵，主要 用于大批量生产。
• 感应加热淬火工件的常用工艺路线为：锻 造→退火或正火→粗加工→调质或正火→ 精加工→感应加热淬火→低温回火→磨削。
醇、丙酮等有机液体，这些物质在高温下 分解形成渗碳气氛。
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图4.29 滴注式气体渗碳示意图
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• ②固体渗碳 • 2）渗碳零件的表面含碳量和渗碳层深度 • 3）渗碳零件的热处理和性能
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图4.30 固体渗碳法
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二、 钢的渗氮
概念：渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原 子渗入工件表面的热处理工艺。
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• • 1） 强化铁素体和稳定奥氏体 • 2）形成合金碳化物
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图7.1(a) 合金元素对铁素体力学性能的影响
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图7.1 (b) 合金元素对铁素体力学性能的影响
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• 二合金元素对Fe-Fe3C • 1）使奥氏体相区温度范围发生变化
第八节 钢的表面淬火
引言: 为了兼顾零件表面和心部两
种不同性能要求,生产中广泛采用 表面热处理的方法,即表面淬火和 化学热处理.
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一、 感应加热表面淬火 ：
用一定频率的感应电流使工件 表面被快速加热到淬火温度，并 立即喷水冷却的操作方法。
适用于含C 0.4%~0.5%的中碳 钢和中碳合金钢，如40，40Cr。
• 方法：是用激光束扫描工件表面，使工件 表面迅速加热到钢的临界点以上，而当激 光束离开工件表面时，由于基体金属的大 量吸热，使表面急速冷却，而无需冷却介 质。
• 淬硬层深度：0.3—0.5mm • 应用：形状复杂的工件，如工件的拐角、
沟槽、盲孔底部或深孔的侧壁进行处理。
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第九节 钢的化学热处理
目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面 具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定 的强度和良好的韧性配合。
渗碳方法：渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体 渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。
渗碳用钢：含碳量为0.1%—0.25%的低碳钢和低碳合 金钢。
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• 1）常用渗碳方法 • ①气体渗碳：在井式炉中滴入煤油、或甲
目的：是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热 硬性和耐蚀性等。
渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是 气体渗氮。 渗氮用钢：优质碳素结构钢，如20，40等；一般合金结构 钢，如40Cr等；渗氮专用钢，如38CrMoAlA。
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• 1）气体渗氮
• ①气体渗氮件用钢、热处理及其性能 • ②气体渗氮的特点 • 2）离子氮化和软氮化
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表6.3 热处理工艺分类代号
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表 设计图上应注明的热处理要求
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热处理技术条件标注
• 三、热处理工序位置的确定 • (1)预先热处理 • (2)最终热处理 • 7.8.5 热处理工艺在机械制造中的应用举
例
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• （1）压板
• （2）连杆螺栓
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• （3）蜗杆 • （4）锥度塞规
• (2)火焰加热表面淬火
• 火焰加热表面淬火就是利用氧-乙炔(或其他 可燃气)火焰对零件表面进行加热，随之淬 火冷却的工艺。
• 适用于含C 0.35%--0.7%的中碳钢和中碳合 金钢，如45，40Cr。
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• 二、火焰加热表面淬火
图6.40 火焰加热表面淬火示意图
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三、激光加热表面淬火
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• 通过本章的学习，并熟练掌握本章的知识， 将为下一章的学习奠定一个坚实的基础， 同时也是实际生产中用于指导生产必不可 少的理论基础。
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第七章 合金钢
• 7.1 合金元素在钢中的作用 合金钢中常用的合金元素有：锰（Mn)、硅
（Si)、铬（Cr)、钼（Mo)、钨（W）、钒 （V）、钛（Ti)、铌（Nb)、锆（Zr)、镍 （Ni) 稀土(RE)元素. 非碳化物形成元素: Ni Co Cu Si Ai N B 碳化物形成元素:Zr Nb Ti V W Mo Cr Mn Fe