金属表面处理工艺及技术——【热处理及表面处理工艺】
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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。
轴 的 感 应 加 热 表 面 淬 火
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• 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
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表面淬火齿轮
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• 与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改 变其化学成分。
• 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 • 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元
共渗、渗其他元素等。
渗 碳 回 火 炉
可控气氛渗碳炉
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源自文库
常用的化学热处理：
渗碳、渗氮（俗称氮化）、碳氮共渗（俗称氰
轮
碳高则心部韧性降低。
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• ③渗碳方法 • ⑴ 气体渗碳法 • 将工件放入密封炉内，在高温
渗碳气氛中渗碳。 • 渗剂为气体 (煤气、液化气等)
或有机液体(煤油、甲醇等)。 • 优点: 质量好, 效率高； • 缺点: 渗层成分与深度不易控
制
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气体渗碳 法示意图
• ⑵ 固体渗碳法 • 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。 • 渗剂为木炭。 • 优点：操作简单； • 缺点：渗速慢，劳动条件差。
• ⑵工件表面的吸收: 活性原子向固 溶体溶解或与钢中某些元素形成 化合物。
• ⑶原子向内部扩散。
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氮化扩散层
②钢的渗碳 是指向钢的表面渗入碳原子的过程。
• ⑴渗碳目的
经
• 提高工件表面硬度、耐
渗 碳
磨性及疲劳强度，同时
的
机
保持心部良好的韧性。
车
从
• ⑵渗碳用钢
动 齿
• 为含0.1-0.25%C的低碳钢。
续 淬
感应加热表面淬火齿轮的截面图
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• 中频感应加热
• 频率为2500-8000Hz， 淬 硬 层 深 度 2-10mm 。
中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴
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各种感应器
• 工频感应加热 • 频率为50Hz,淬硬层深
度10-15 mm
感应穿透加热
各种感应器
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• ⑵ 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加热 工件表面的方法。成本低，但质量 不易控制。
• 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
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火焰加热表面淬火示意图
二、化学表面热处理
• 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。
碳钢。 常用钢号为38CrMoAl。 ⑵氮化温度为500-570℃ 氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。
井式气体氮化炉
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• ⑶常用氮化方法 • 气体氮化法与离子氮化法。 • 气体氮化法与气体渗碳法类似，
渗剂为氨。 • 离子氮化法是在电场作用下，
使电离的氮离子高速冲击作为 阴极的工件。与气体氮化相比， 氮化时间短，氮化层脆性小。
• 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 通件。 • ⑵目的: • 为表面淬火作组织准备； • 获得最终心部组织。
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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)。
渗碳缓冷后组织：表层 为P+网状Fe3CⅡ; 心部 为F+P; 中间为过渡区。
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低碳钢渗碳缓冷后的组织
• ⑤渗碳后的热处理 • 淬火+低温回火, 回火温度为160-180℃。淬火方法有： • ⑴ 预冷淬火法 • 渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。
渗碳后的热处理示意图
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• ⑵一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。 • ⑶ 二次淬火法： • 即渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac3+30-50℃，细化心部；第
二次加热为Ac1+30-50℃，细化表层。
渗碳后的热处理示意图
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• 常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50℃淬火+低温 回火。此时组织为：
• 表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量) • 心部：M回+F（淬透时）
M+F
渗碳淬火后的表层组织
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⑥钢的氮化 • 氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。 • ⑴氮化用钢 为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中
化和软氮化）等本。节 内 容 结 束
渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。发兰、磷 化可以归为表面处理，不属于化学热处理。
化学热处理过程包括分解、吸收、扩散三个基 本过程。
①化学热处理的基本过程
• ⑴介质(渗剂)的分解: 分解的同时 释放出活性原子。
• 如：渗碳 CH4→2H2+[C]
•
氮化 2NH3→3H2+2[N]
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离子氮化炉
• ⑷氮化的特点及应用 • 氮化件表面硬度高（69~72HRC），耐磨性高。 • 疲劳强度高。由于表面存在压应力。
氮 化 层 组 织
⑶ 真空渗碳法 将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后
通入渗碳气体加热渗碳。 优点: 表面质量好, 渗碳速度快。
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真空渗碳炉
本节内容结束
• ④渗碳温度：为900-950℃。 • 渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）： • 一般为0.5-2mm。
渗碳层表面含碳量：以 0.85-1. 05为最好。
感应加热表面淬火 感应淬火机床
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• 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
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• 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
金属表面处理工艺
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一、表面热处理 1、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
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• 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
轴 的 感 应 加 热 表 面 淬 火
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• 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
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表面淬火齿轮
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• 与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改 变其化学成分。
• 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 • 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元
共渗、渗其他元素等。
渗 碳 回 火 炉
可控气氛渗碳炉
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源自文库
常用的化学热处理：
渗碳、渗氮（俗称氮化）、碳氮共渗（俗称氰
轮
碳高则心部韧性降低。
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• ③渗碳方法 • ⑴ 气体渗碳法 • 将工件放入密封炉内，在高温
渗碳气氛中渗碳。 • 渗剂为气体 (煤气、液化气等)
或有机液体(煤油、甲醇等)。 • 优点: 质量好, 效率高； • 缺点: 渗层成分与深度不易控
制
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气体渗碳 法示意图
• ⑵ 固体渗碳法 • 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。 • 渗剂为木炭。 • 优点：操作简单； • 缺点：渗速慢，劳动条件差。
• ⑵工件表面的吸收: 活性原子向固 溶体溶解或与钢中某些元素形成 化合物。
• ⑶原子向内部扩散。
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氮化扩散层
②钢的渗碳 是指向钢的表面渗入碳原子的过程。
• ⑴渗碳目的
经
• 提高工件表面硬度、耐
渗 碳
磨性及疲劳强度，同时
的
机
保持心部良好的韧性。
车
从
• ⑵渗碳用钢
动 齿
• 为含0.1-0.25%C的低碳钢。
续 淬
感应加热表面淬火齿轮的截面图
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• 中频感应加热
• 频率为2500-8000Hz， 淬 硬 层 深 度 2-10mm 。
中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴
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各种感应器
• 工频感应加热 • 频率为50Hz,淬硬层深
度10-15 mm
感应穿透加热
各种感应器
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• ⑵ 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加热 工件表面的方法。成本低，但质量 不易控制。
• 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
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火焰加热表面淬火示意图
二、化学表面热处理
• 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。
碳钢。 常用钢号为38CrMoAl。 ⑵氮化温度为500-570℃ 氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。
井式气体氮化炉
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• ⑶常用氮化方法 • 气体氮化法与离子氮化法。 • 气体氮化法与气体渗碳法类似，
渗剂为氨。 • 离子氮化法是在电场作用下，
使电离的氮离子高速冲击作为 阴极的工件。与气体氮化相比， 氮化时间短，氮化层脆性小。
• 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 通件。 • ⑵目的: • 为表面淬火作组织准备； • 获得最终心部组织。
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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)。
渗碳缓冷后组织：表层 为P+网状Fe3CⅡ; 心部 为F+P; 中间为过渡区。
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低碳钢渗碳缓冷后的组织
• ⑤渗碳后的热处理 • 淬火+低温回火, 回火温度为160-180℃。淬火方法有： • ⑴ 预冷淬火法 • 渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。
渗碳后的热处理示意图
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• ⑵一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。 • ⑶ 二次淬火法： • 即渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac3+30-50℃，细化心部；第
二次加热为Ac1+30-50℃，细化表层。
渗碳后的热处理示意图
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• 常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50℃淬火+低温 回火。此时组织为：
• 表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量) • 心部：M回+F（淬透时）
M+F
渗碳淬火后的表层组织
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⑥钢的氮化 • 氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。 • ⑴氮化用钢 为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中
化和软氮化）等本。节 内 容 结 束
渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。发兰、磷 化可以归为表面处理，不属于化学热处理。
化学热处理过程包括分解、吸收、扩散三个基 本过程。
①化学热处理的基本过程
• ⑴介质(渗剂)的分解: 分解的同时 释放出活性原子。
• 如：渗碳 CH4→2H2+[C]
•
氮化 2NH3→3H2+2[N]
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离子氮化炉
• ⑷氮化的特点及应用 • 氮化件表面硬度高（69~72HRC），耐磨性高。 • 疲劳强度高。由于表面存在压应力。
氮 化 层 组 织
⑶ 真空渗碳法 将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后
通入渗碳气体加热渗碳。 优点: 表面质量好, 渗碳速度快。
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真空渗碳炉
本节内容结束
• ④渗碳温度：为900-950℃。 • 渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）： • 一般为0.5-2mm。
渗碳层表面含碳量：以 0.85-1. 05为最好。
感应加热表面淬火 感应淬火机床
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• 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
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• 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
金属表面处理工艺
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一、表面热处理 1、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
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• 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