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1、钢的表面热处理钢的表面淬火,工艺的核心：使零件具有“表硬心韧” 的力学性能。,表面淬火,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。,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: 1、感应加热( 高、中、工频 )表面淬火。 2、火焰加热表面淬火。 3、激光加热表面淬火等。,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,感应加热表面淬火示意图,rclx_感应加热.mpg,2
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。,(1)高频加热 常用频率为（200300）KHZ，淬硬层深度为（0.52.5）mm， 适用于中、小型零件，如小模数齿轮、轴类等。 (2)中频加热 常用频率为（25008000）HZ，淬硬层深度为（210）mm， 适用于直径较大的轴类和大、中模数齿轮以及钢轨、机床导轨等。 (3)工频加热 电流频率为50HZ，
3、不需要频设备，城市用交流电即可，适用于淬硬层深度为（1020）mm以上的大型工件或用于穿透加热。如火车车轮等的表面淬火。,优缺点：感应加热表面淬火加热速度快，生产率高，加热温度和淬硬层深度容易控制，工件表面氧化和脱碳少，工件变形小，可以使全部淬火过程实现机械化、自动化。其缺点是设备较昂贵，形状复杂的零件感应圈不易制造，且仅适用于大批量生产。 适用过程：调质处理-表面淬火-低温回火。,2.火焰加热表面淬火,1)火焰加热表面淬火的基本方法 火焰加热.wmv,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。,3、激光加热表面淬
4、火,用激光束扫描工件表面，使表面迅速加热到钢的临界点以上，当激光束离开工件表面时，由于基体金属的大量吸热，使表面获得急速冷却，无需冷却介质。 rclx_激光淬火.avi 激光淬火后表层获得极细的马氏体组织，硬度高，耐磨性好。 能对形状复杂的工件，如工件的拐角、沟槽、盲孔底部或深孔的侧壁进行处理。,钢的化学热处理 ( Chemical Heat Treatment ),一、定义 将零件置于一定的化学介中 , 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。,二、化学热处理的基本过程:,2.吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶解。,3.扩散: 活性原
5、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。,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。,（一）.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。,1）固体渗碳法示意图,2）气体渗碳.wmv,固体渗碳
6、设备简单，适用大小不同的零件，单件小批量生产，在一些中、小型工厂中仍有采用。 但其生产率低，劳动条件差，质量不易控制。目前大量生产中广泛采用的是气体渗碳法。 渗碳后的钢件常采用淬火加低温回火，其目的是使表层具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定强度和较高的韧性。 一些承受冲击的耐磨零件，如轴、齿轮、凸轮、活塞销等大都进行渗碳，但在高温下工作的耐磨件不宜用渗碳处理。,3）渗碳特点及适用范围,5、工艺: 加热温度为900950; 渗碳时间一般为39小时;,6、渗碳后的组织:,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,7、 渗碳后的
7、热处理工艺,淬火,7、 渗碳后的热处理工艺,不同钢种热处理后的组织,低碳M回+F,M回+Cm+A残,低碳 合金钢,F+P,M回+Fe3C+A残,低碳钢,4)常用的钢种: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。,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 ),（二）.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。,4)方法：气体渗氮，离子渗氮，碳氮共
8、渗。,氮化.wmv,优缺点：渗氮后不需淬火，因此变形很小。 是氮化生产周期长、工艺复杂，而且要用合金钢使钢种受限制，因此氮化零件的成本较高， 它多用于要求耐磨、耐疲劳、耐蚀的工件上，精密机床的主轴、丝杆、高速精密齿轮、镗床镗杆、磨床主轴，汽轮机的阀门、阀杆等。,5)工艺:加热温度500600; 保温时间0.30.5mm/2050h。,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。,38 CrMoAl 气体渗氮层组织 ( 化染 ) 650 黄色区 : ( Fe2-3N ) + ( Fe4N ) ; 红色区 : ( Fe4N ) ; 蓝绿色区:含氮索氏体 + 脉状氮化物; 绿黄色区:索氏体基体。,渗碳与渗氮的工艺特点,（三）.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)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。,3)方法:,固体碳氮共渗,气体碳氮共渗,液体碳氮共渗,高温,中温,低温,4)工艺:,