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1、第八章 钢的表面热处理,主要内容： 钢的表面淬火-感应加热表面淬火 钢的化学热处理-渗碳、渗氮,知识要点： 1.表面热处理的目的、分类； 2.感应加热表面淬火和渗碳热处理工艺； 3.了解表面热处理的典型零件。,第一节 钢的表面淬火,应用：适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件，例如： 齿轮、凸轮、曲轴、轧辊等 只需表面淬硬的工件 机床导轨等大型复杂工件 只能表面淬硬的工件,表面淬火用钢：多用中碳碳钢、中碳合金钢,常用方法：感应加热、火焰加热、激光加热表面淬火,工艺特点：工件表面化学成分不变，只改变表面组织和性能； 表面与心部的成分一致，但组织不同。,工艺：,一、感应加热表面淬火,感应加热表面淬
2、火齿轮的截面图,感应加热表面淬火的一般工艺路线：,二、火焰加热表面淬火,工作原理 淬硬层深度 =28mm 特点 简单、方便、成本低 不易控制质量 应用：单件、小批量生产,火焰加热表面淬火示意图,第二节 化学热处理,定义： 分类：按渗入元素种类分为 渗C、N、CN、 B、S、Si、Cr、Al、 CrAl 、V、Ti、Nb、 目的：强化表面，并使工件表面具有某种特殊性能。如耐磨、耐腐蚀等。 特点： 可按零件心部要求选择材料，同时满足了表面和心部不同的性能要求； 零件外形不受限制； 生产周期长，工艺复杂，成本高。 基本过程： 分解：分解出渗入元素的活性原子； 吸收：活性原子被工件表面吸附； 扩散：渗
3、入原子由工件表层向内扩散，形成具有一定深度渗层。,例如：渗碳 CH42H2+C 氮化 2NH33H2+2N,定义：钢件 A化 碳原子渗入钢件表层的过程。 目的：表面WC 硬度、耐磨性、疲劳强度 心部具有一定的强度以及较高的塑韧性 用途：表面受严重磨损，并承受较大冲击载荷的零件。 要求表面硬度、耐磨性、疲劳强度高，心部良好的塑性、韧性 渗碳用钢：低碳成分的普通碳素钢、优质碳素结构钢、合金结构钢， 如15、20、20Cr、20CrMnTi、20MnVB （一般 0.15 0.30%C，渗碳后的表面达0.81.05C ） 渗碳方法（按渗剂的状态分）： 气体渗碳、固体渗碳、液体渗碳、电解液渗碳、离子渗
4、碳等。,钢的渗碳,表硬里韧,气体渗碳,工艺参数的选择 渗碳温度：900930（Ac35080） 渗碳时间：取决于渗碳层的深度 （表8-1） 渗层表面含碳量 ：wc 0.8%1.05%,渗碳缓冷后组织（低碳钢）：,气体渗碳设备 井式渗碳炉（录像）,气体渗碳基本过程（视频）,常用渗碳剂：煤油、苯、甲醇、丙酮、醋酸乙酯、天然气、煤气等,气体渗碳（续）,举例：低碳低合金钢工件的气体渗碳工艺曲线，如图所示：,赶气：使炉内气氛恢复 到工艺要求 保温：使工件温度均匀， 40min1h 温度：一般900940 时间：根据渗层厚度确定 渗剂：煤油、甲烷或丙酮,气体渗碳（续）,一般渗碳零件的工艺路线： 锻造正火切
5、削加工渗碳淬火+低温回火精加工,渗碳零件的特点： 表层硬（HRC 5862）、耐磨，心部韧性好； 渗层均匀； 渗碳温度高、晶粒粗大，必须进行渗后处理； 时间长，工艺复杂。,渗碳层深度：一般，=0.52.5mm,钢的渗氮（氮化）,氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。 1. 氮化用钢： 含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢。 常用钢种：38CrMoAl 2. 氮化温度： 500570；氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。,3. 常用氮化方法 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。,井式气体氮
6、化炉,离子氮化炉（视频）,4.渗氮的特点及应用 优点： 氮化件表面硬度高（1000-2000HV），耐磨性好。比渗碳高 疲劳强度高。由于表面为压应力状态。 工件变形小。原因：氮化温度低，氮化后不需进行热处理。 耐蚀性好。因为表层形成的氮化物化学稳定性高。 缺点： 工艺复杂，成本高，氮化层薄。 应用： 用于要求冲击载荷小、耐磨性 和精度都很高的零件。如：一 些精密机床的主轴和丝杠、精 密齿轮、精密模具、仪表小轴、轻载齿轮、重要曲轴等。,知识扩展-表面处理新技术,一、热喷涂技术 将热喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为热喷涂。 利用热喷涂技术可改善材
7、料的耐磨性、耐蚀性、耐热性及绝缘性等。 广泛用于包括航空航天、原子能、电子等尖端技术在内的几乎所有领域。,热喷涂的方法 火焰喷涂 电弧喷涂 等离子喷涂 热喷涂的特点及应用 工艺灵活：热喷涂的对象小到10mm的内孔, 大到铁塔、桥梁,可整体喷涂，也可局部喷涂 基体及喷涂材料广泛：基体可以是金属和非金属，涂层材料可以是金属、合金及塑料、陶瓷等 涂层可控: 从几十m到几mm 生产效率高 工件变形小：基体材料温度不超过250(冷工艺),二、气相沉积技术,气相沉积技术是指将含有沉积元素的气相物质，通过物理或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技术。 根据沉积过程的原理不同，气相沉积技术可分为两
8、大类: 物理气相沉积( PVD ) 化学气相沉积( CVD ),1、物理气相沉积（PVD） 指在真空条件下，用物理的方法，使材料汽化成原子、分子或电离成离子，并通过气相过程，在材料表面沉积一层薄膜的技术。 主要方法: 真空蒸镀、溅射镀、离子镀 广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等领域制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、磁性、压电、滑润、超导等薄膜,2、化学气相沉积(CVD) 化学气相沉积是指在一定温度下，混合气体与基体表面相互作用而在基体表面形成金属或化合物薄膜的方法。 例如，气态的TiCl4与N2和H2在受热钢的表面反应生成TiN，并沉积在钢的表面形成耐磨抗蚀的沉积层。 化学气相沉积膜层具有良好的耐磨性、耐蚀性、耐热性及电学、光学等特殊性能，已被广泛用于机械制造、航空航天、交通运输、煤化工等工业领域。,三、三束表面改性技术,指将激光束、电子束和离子束 ( 合称“三束” ) 等具有高能量密度的能源(一般大于103W/cm2)施加到材料表面，使之发生物理、化学变化，以获得特殊表面性能的技术。 由于这些束流具有极高的能量密度，可对材料表面进行快速加热和快速冷却，使表层的结构和成分发生大幅度改变（如形成微晶、纳米晶、非晶、亚稳成分固溶体和化合物等），从而获得所需要的特殊性能。 束流技术还具有能量利用率高、工件变形小、生产效率高等特点。,