表面热处理与化学热处理课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（2）分类：根据热源不同，可分为： 感应加热
火焰加热
激光加热
电子束加热
2020/5/25
4/48
（3）适用范围
1. 碳含量在0.35%—1.20%的中、高碳钢； 2. 基体相当于中碳钢的普通灰铁、球铁、可锻铸
铁、合金铸铁；
3. 中碳钢与球铁最适合。
2020/5/25
5/48
中碳钢最适合表面淬火的原因
2020/5/25
18/48
（2）影响淬硬层的主要因素
材料成分：淬硬性和淬透性——深度、硬度。 如：钢—含碳量增加—马氏体含量增加—硬度高。
工艺参数： 淬火层宽度—光斑直径D 淬硬层深度——功率P、光斑直径D 、扫描速度V
表面预处理状态： a、表面组织准备—细化 b、表面黑化处理—通过对激光的吸收率
2、表面淬火层的性能 硬度比普通淬火工艺高2-5HRC； 耐磨性比普通淬火好； 提高轴类零件的疲劳强度； 缺口敏感性下降。
2020/5/25
9/48
3.1.1 感应加热表面热处理
（1）原理：工件放在有 足够功律的输出的感应线 圈中，在高频交流磁场作 用下，产生很大感应电流， 由于集肤效应而集中分布 于工件表面，使受热区迅 速加热到钢的相变临界温 度之上，然后在冷却介质 中快速冷却，使工件表层 获得马氏体。
硬质合金：YG8、YG20
钛合金：TC4，铝合金：
2020/5/25
23/48
（4）激光相变硬化应用 火车缸套
2020/5/25
轧辊
24/48
激光相变硬化应用
柴油机缸套淬火
2020/5/25
25/48
激光相变硬化应用 抽油泵筒
2020/5/25
26/48
2020/5/25
激光硬化区的表面形貌
27/48
激光硬化区的横截面及深度
2020/5/25
28/48
2020/5/25
激光相变区的金相组织
29/48
2020/5/25
硬化层的重叠
30/48
2020/5/25
搭接区的金相组织
31/48
3.2 化学热处理
（1）定义：将钢件置于一定温度的活性介质中保温，
均匀，显微硬度不均匀； 7. 常需预先热处理，使碳化物或自由铁素体均匀、
细小分布。
2020/5/25
7/48
三、表面淬火层的组织与性能
1、组织 沿试样横截面分三个区：淬硬区、过渡区、心
部 （1）淬硬区：全部马氏体 （2）过渡区：马氏体+自由铁素体 （3）心部：原始组织
2020/5/25
8/48
(3)特点
① 过热度大 ② 细小隐晶M组织，高2～3HRC ③ 表层存在很大的残余压应力 ④ 无氧化、脱碳，工件变形很小 ⑤ 易于实现机械化与自动化
最大尺寸的马氏体片小到光学显微镜无法分辨时，称为隐
晶马氏体。 2020/5/25
12/48
缺点： ①设备较贵； ②易产生尖角效应——尖角棱边过热； ③形状复杂零件处理困难。
合金结构钢：40Cr、30CrMnSiA、 40CrNiMoA、38CrNi3MoV
合金工具钢：GCr15、9SiCr，9CrWMn、CrWMn，4Cr5MoV1Si、
W302，
W6Mo5Cr4V2、 W18Cr4V、 M42、W9Mo3Cr4V、
R18、R6M5K5
不锈钢：2Cr13
铸铁：HT200、HT300、QT400-17、QT600-2
2020/5/25
10/48
钢中电流透入深度的计算简化公式：
碳钢： 500
f
式中，f为电流频率。
高频(200~300KHz), δ=0.5~2mm
中频(2500~8000Hz), δ=2~5mm
工频(50Hz), δ=10~15mm
2020/5/25
11/48Biblioteka Baidu
(2) 适用的钢种
中碳钢和中碳低合金钢，例：45、40Cr、40MnB 先正火或调质→心部综合性能好，表面硬（＞50HRC）
中碳钢经预先热处理（正火或调质）后进 行表面淬火，不但心部有较高综合力学性 能，且表面有较高硬度和耐磨性；
高碳钢表面淬火后，表面硬度和耐磨性虽 高，但心部塑性与韧性较低；
低碳钢表面强化效果不显著。
2020/5/25
6/48
二、表面淬火技术与常规淬火技术的区别
1. 加热速度高，钢的相变点温度大幅度提高； 2. 快速加热，奥氏体晶粒及亚结构显著细化； 3. 加热速度很高时，钢产生无扩散奥氏体相变； 4. 冷却速度比整体淬火快，硬度比普通淬火高； 5. 热源能量密度越高，加热速度越快，硬度越高。 6. 快速加热，渗碳体难以充分溶解，奥氏体成分不
表面热处理与化学热处理
2020/5/25
1/48
主要内容
3.1 表面热处理 3.2 化学热处理
2020/5/25
2/48
3.1 表面热处理
定义：仅对钢的表面加热、冷却而不 改变其成分的热处理工艺。
2020/5/25
3/48
3.1.1 表面淬火技术的原理和特点
一、表面淬火技术的定义与分类
（1）定义：采用特定热源将钢铁材料表面快速 加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）之 上，快速冷却，发生马氏体相变，形成表面强化 层的工艺，称表面淬火技术。
2020/5/25
13/48
感应加热表面淬火实物及示意图
2020/5/25
14/48
3.1.2 火焰加热表面热处理
原理：将高温火焰或燃烧着的炽热气体 喷向工件表面，使其迅速加热到淬火温 度，然后在淬火介质中冷却。
火焰加热表面淬火示意图
2020/5/25
15/48
燃料：乙炔-氧或煤气-氧
优点： 设备简单，成本低，方法灵活，简便易行。
2020/5/25
19/48
（3）特点：
① 生产率高 ② 变形很小，局部表面 ③ 过热度大(50~200℃)，硬度高 ④ 无介质、无污染 ⑤ 不接触、光能照到就能淬火 ⑥ 易于自动化
2020/5/25
20/48
2020/5/25
21/48
2020/5/25
22/48
激光相变硬化已研究的材料
碳钢：20、35、40、45、T10、T12
缺点： 生产率低，易过热，质量难控制，不均匀。
应用： 适于单件、小批量及大型零件局部表面淬火。
2020/5/25
16/48
3.1.3 激光表面热处理
冷水机组
数控加工 机床
激光器
总控制台
2020/5/25
激光加工系统设备组成
17/48
(1)定义：激光快速扫描工件表面，表面薄层急剧升温
到相变点以上，激光移开后，高温薄层在基底冷却下， 进行自冷淬火，从而产生相变硬化。
火焰加热
激光加热
电子束加热
2020/5/25
4/48
（3）适用范围
1. 碳含量在0.35%—1.20%的中、高碳钢； 2. 基体相当于中碳钢的普通灰铁、球铁、可锻铸
铁、合金铸铁；
3. 中碳钢与球铁最适合。
2020/5/25
5/48
中碳钢最适合表面淬火的原因
2020/5/25
18/48
（2）影响淬硬层的主要因素
材料成分：淬硬性和淬透性——深度、硬度。 如：钢—含碳量增加—马氏体含量增加—硬度高。
工艺参数： 淬火层宽度—光斑直径D 淬硬层深度——功率P、光斑直径D 、扫描速度V
表面预处理状态： a、表面组织准备—细化 b、表面黑化处理—通过对激光的吸收率
2、表面淬火层的性能 硬度比普通淬火工艺高2-5HRC； 耐磨性比普通淬火好； 提高轴类零件的疲劳强度； 缺口敏感性下降。
2020/5/25
9/48
3.1.1 感应加热表面热处理
（1）原理：工件放在有 足够功律的输出的感应线 圈中，在高频交流磁场作 用下，产生很大感应电流， 由于集肤效应而集中分布 于工件表面，使受热区迅 速加热到钢的相变临界温 度之上，然后在冷却介质 中快速冷却，使工件表层 获得马氏体。
硬质合金：YG8、YG20
钛合金：TC4，铝合金：
2020/5/25
23/48
（4）激光相变硬化应用 火车缸套
2020/5/25
轧辊
24/48
激光相变硬化应用
柴油机缸套淬火
2020/5/25
25/48
激光相变硬化应用 抽油泵筒
2020/5/25
26/48
2020/5/25
激光硬化区的表面形貌
27/48
激光硬化区的横截面及深度
2020/5/25
28/48
2020/5/25
激光相变区的金相组织
29/48
2020/5/25
硬化层的重叠
30/48
2020/5/25
搭接区的金相组织
31/48
3.2 化学热处理
（1）定义：将钢件置于一定温度的活性介质中保温，
均匀，显微硬度不均匀； 7. 常需预先热处理，使碳化物或自由铁素体均匀、
细小分布。
2020/5/25
7/48
三、表面淬火层的组织与性能
1、组织 沿试样横截面分三个区：淬硬区、过渡区、心
部 （1）淬硬区：全部马氏体 （2）过渡区：马氏体+自由铁素体 （3）心部：原始组织
2020/5/25
8/48
(3)特点
① 过热度大 ② 细小隐晶M组织，高2～3HRC ③ 表层存在很大的残余压应力 ④ 无氧化、脱碳，工件变形很小 ⑤ 易于实现机械化与自动化
最大尺寸的马氏体片小到光学显微镜无法分辨时，称为隐
晶马氏体。 2020/5/25
12/48
缺点： ①设备较贵； ②易产生尖角效应——尖角棱边过热； ③形状复杂零件处理困难。
合金结构钢：40Cr、30CrMnSiA、 40CrNiMoA、38CrNi3MoV
合金工具钢：GCr15、9SiCr，9CrWMn、CrWMn，4Cr5MoV1Si、
W302，
W6Mo5Cr4V2、 W18Cr4V、 M42、W9Mo3Cr4V、
R18、R6M5K5
不锈钢：2Cr13
铸铁：HT200、HT300、QT400-17、QT600-2
2020/5/25
10/48
钢中电流透入深度的计算简化公式：
碳钢： 500
f
式中，f为电流频率。
高频(200~300KHz), δ=0.5~2mm
中频(2500~8000Hz), δ=2~5mm
工频(50Hz), δ=10~15mm
2020/5/25
11/48Biblioteka Baidu
(2) 适用的钢种
中碳钢和中碳低合金钢，例：45、40Cr、40MnB 先正火或调质→心部综合性能好，表面硬（＞50HRC）
中碳钢经预先热处理（正火或调质）后进 行表面淬火，不但心部有较高综合力学性 能，且表面有较高硬度和耐磨性；
高碳钢表面淬火后，表面硬度和耐磨性虽 高，但心部塑性与韧性较低；
低碳钢表面强化效果不显著。
2020/5/25
6/48
二、表面淬火技术与常规淬火技术的区别
1. 加热速度高，钢的相变点温度大幅度提高； 2. 快速加热，奥氏体晶粒及亚结构显著细化； 3. 加热速度很高时，钢产生无扩散奥氏体相变； 4. 冷却速度比整体淬火快，硬度比普通淬火高； 5. 热源能量密度越高，加热速度越快，硬度越高。 6. 快速加热，渗碳体难以充分溶解，奥氏体成分不
表面热处理与化学热处理
2020/5/25
1/48
主要内容
3.1 表面热处理 3.2 化学热处理
2020/5/25
2/48
3.1 表面热处理
定义：仅对钢的表面加热、冷却而不 改变其成分的热处理工艺。
2020/5/25
3/48
3.1.1 表面淬火技术的原理和特点
一、表面淬火技术的定义与分类
（1）定义：采用特定热源将钢铁材料表面快速 加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）之 上，快速冷却，发生马氏体相变，形成表面强化 层的工艺，称表面淬火技术。
2020/5/25
13/48
感应加热表面淬火实物及示意图
2020/5/25
14/48
3.1.2 火焰加热表面热处理
原理：将高温火焰或燃烧着的炽热气体 喷向工件表面，使其迅速加热到淬火温 度，然后在淬火介质中冷却。
火焰加热表面淬火示意图
2020/5/25
15/48
燃料：乙炔-氧或煤气-氧
优点： 设备简单，成本低，方法灵活，简便易行。
2020/5/25
19/48
（3）特点：
① 生产率高 ② 变形很小，局部表面 ③ 过热度大(50~200℃)，硬度高 ④ 无介质、无污染 ⑤ 不接触、光能照到就能淬火 ⑥ 易于自动化
2020/5/25
20/48
2020/5/25
21/48
2020/5/25
22/48
激光相变硬化已研究的材料
碳钢：20、35、40、45、T10、T12
缺点： 生产率低，易过热，质量难控制，不均匀。
应用： 适于单件、小批量及大型零件局部表面淬火。
2020/5/25
16/48
3.1.3 激光表面热处理
冷水机组
数控加工 机床
激光器
总控制台
2020/5/25
激光加工系统设备组成
17/48
(1)定义：激光快速扫描工件表面，表面薄层急剧升温
到相变点以上，激光移开后，高温薄层在基底冷却下， 进行自冷淬火，从而产生相变硬化。