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1、前言,热处理的概念 通过对材料进行加热、保温、冷却的操作 方法使钢的组织结构发生变化，以获得所需性 能的一种工艺。,1,行业学习,普通热处理：退火、正火、淬火、回火 热处理 表面淬火：火焰加热、 感应加热、电接触加热、 表面热处理 激光加热、等离子体加热 化学热处理：渗碳、氮化、 渗V、渗B、渗Nb,热处理的分类,2,行业学习,第二节 表面热处理,承受交变载荷、冲击载荷的零件，表面比心 部承受较高的应力，且表面由于受到磨损、腐蚀 等，故零件表面失效较快，需进行表面强化，使 零件表面具有较高的强度、硬度、耐磨性、疲劳 极限、耐腐蚀性；而心部仍保持足够的塑性、韧 性，防止脆断，即具有“外硬内韧”组
2、织。,3,行业学习,一、表面淬火的概念,表面淬火是通过对钢件表面快速加热与立 即冷却相结合，在零件表面获得淬火马氏体层 的热处理方法。,表面淬火用钢的含碳量以 0.40%-0.50%为宜(中碳钢),4,行业学习,二、表面淬火的分类 根据加热方式的不同，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 激光加热表面淬火 等离子体加热表面淬火 工业上使用最多的是 ,5,行业学习,1 感应加热表面淬火 通过使零件表面产生一定频率的感 应电流，将零件表面迅速加热到淬火温 度，然后迅速喷水冷却的一种表面淬火 方法。,6,行业学习,（1） 感应加热的原理 零件放在感应器（空心铜管绕
3、成）中，感应 器中通以中频或高频交流电（500-300000Hz） 以产生交变磁场，于是零件表面就有感应产生同 频率的感应电流。 这种感应电流在零件表层电流密度很大，离 开表层则很快衰减，零件内部感应电流几乎为零 集肤效应，且频率越高，电流集中层越浅。,7,行业学习,由于零件本身存在电阻，因此集中于表层 的电流，可使零件表层迅速被加热，在几秒钟 内升温到 800-1000，而心部温度接近室温， 经迅速喷水淬火冷却，使零件表层淬硬，心部 仍保持较好的塑性、韧性。,8,行业学习,（2）感应加热频率的选用 感应电流集中层的厚度取决于电流频率，频率越高，集中层越薄，即淬透层越薄，因此可通过控制电流频率
4、来控制淬硬层深度，非常方便。 高频加热： 100-500KHz，常用200-300KHz 中频加热： 500-10000Hz, 常用2500-8000Hz 工频加热： 50Hz,9,行业学习,（3）感应加热的方式 同时加热：将欲淬硬的工件表面同时感应加热到奥氏体状态，然后冷却淬火。同时加热法生产效率高，设备功率足够大时应尽量采用。 连续加热：采用感应器与工件作相对运动，使工件表面逐次得到加热，随后逐次冷却淬火。连续加热淬火后，硬化层分布均匀，感应器通用性大，大多采用连续加热法。,10,行业学习,（4）感应加热表面淬火的特点 优点： 加热速度极大，使珠光体转变为奥氏体的转变温 度升高，转变时间极
5、短（不需保温），转变速度 极快。 淬火后，可使零件表层获得极细的“隐晶马氏体” 组织，零件表层具有比普通淬火稍高的硬度（高 2-3HRC），较低的脆性，较高的疲劳强度。 零件不易氧化、脱碳，且变形小。 零件淬硬层深度易于控制，操作易实现自动化，生 产率高。,11,行业学习,缺点： 设备投资大，只适用于外形简单的零件， 形状复杂的零件，感应器不易制造。,（5）表面淬火的预热处理 为了保证淬火质量，改善零件心部机械性能， 表面淬火前，可进行正火或调质预热处理。,12,行业学习,2 火焰加热表面淬火,用氧-乙炔、氧-煤气混合气体燃烧产生的火 焰，喷射在零件表面，使之快速升温，当温度达 到淬火温度时，
6、迅速喷水冷却，从而获得表面淬 硬层的淬火方法。 火焰加热表面淬火的淬硬层一般为26mm， 若要获得更深的淬硬层，则会引起零件表面过热， 且易淬裂。,13,行业学习,优点：简单，不需特殊设备，操作灵活，尤适合 局部表面淬火。 缺点：生产效率低，淬火质量不稳定，表面易过 热。,14,行业学习,3盐炉加热表面淬火,将工件放入温度较高的盐浴中进行加热，以较快的速度，在较短时间内使其表面层温度超过高的临界点，然后冷却淬火的工艺，称为盐浴加热表面淬火。 盐浴快速加热常用KCl+NaCl混合盐。盐浴的加热速度要比高频感应加热和火焰加热缓慢得多，所以淬硬层较深。并且由于常用浸液冷却，没有喷射冷却强烈，故淬火工
7、件的表面硬度较低。,15,行业学习,4电解液加热表面淬火,16,行业学习,第三节 化学热处理,表面淬火，钢材的合适含C量为0.40.5%。 由于表层性能与心部性能矛盾“外硬内韧”， 只能选用中碳钢来制作，虽然既照顾了“外硬”， 又兼顾了“内韧”，但“外硬”与“内韧”的水平都不高。,17,行业学习,要解决这一问题，可以采用化学热处理的 方法。 化学热处理与物理热处理最大的区别是前 者改变了钢的化学成分。,一、化学热处理及分类,18,行业学习,1、化学热处理,将零件置于一定介质中加热、保温，使介 质中的活性原子渗入零件表层，以改变表层的 化学成分和组织，从而使零件表层具有所需的 特殊性能。,19,
8、行业学习,2、分类 按渗入元素的不同，化学热处理分为： 渗碳、氮化、碳氮共渗、渗金属（钒、铌）。,3、化学热处理进行的必要条件,a、材料本身对欲渗的活性原子具有一定的溶解 度，或具有与活性原子形成化合物的能力。 b、渗入的原子必须具有化学活性和较大的扩散 能力。,20,行业学习,4、化学热处理的基本过程 a、将钢材和介质加热到高温，以提高对活性 原子的溶解度，提高活性原子扩散能力； 同时介质在高温下分解，产生活性原子。 b、活性原子被钢吸收，并由表及里扩散，在 表层（扩散层）形成固溶体或化合物,21,行业学习,二、钢的渗碳,1、渗碳：是向钢表层渗入碳原子的过程。,2、渗碳目的： 提高钢表层的含
9、碳量，经热处理后， 使表层具有高硬度，高耐磨性，而心部 仍保持一定的强度，较高的塑、韧性。,22,行业学习,3、渗碳钢材： 采用低碳钢，低碳合金钢 （零件心部塑、韧性很好） 如：15、20、20Cr、20CrMnTi,4、渗碳工艺的分类 按所用渗碳介质的不同，分为：气体渗 碳、固体渗碳、液体渗碳、等离子体渗碳。,23,行业学习,5、气体渗碳,a、原理： 900950 CH4 C+2H2 2CO C+CO2 CO+H2 C+H2O 活性C溶入高温奥氏体（面心立方）， 然后向内部扩散。,24,行业学习,井式气体渗碳电阻炉结构示意图 1-风扇 2-废气出口 3-炉盖 4-砂封 5-电阻元件 6-耐热
10、罐 7-工件 8-炉体 9-渗剂入口,25,行业学习,b、影响渗碳过程的因素, 加热温度 加热温度越高，渗碳速度越大，扩散层 厚度越大；但温度过高，会引起晶粒长大， 零件变形严重。一般为Ac3+5080，即： 900950。,26,行业学习, 保温时间 保温时间越长，获得的渗碳层厚度越大， 但达到一定厚度后，渗碳层的厚度随时间的延 长变化不大。,c、渗碳后的热处理,零件渗碳后，应进行热处理“淬火+低温回火”,27,行业学习,6、固体渗碳,采用固体渗碳剂：碳粒+碳酸盐,原理： 900950 BaCO3 BaO+CO2 C（碳粒）+CO2 2CO 2CO C+CO2,28,行业学习,与气体渗碳相比
11、，固体渗碳速度慢、生产 率低，且质量不易控制；但设备简单，适用于 小型零件。,29,行业学习,三、钢的氮化（渗氮）,1、氮化是向钢的表层渗入氮原子的过程。 2、氮化的目的：提高钢的表面硬度、耐磨性、 疲劳强度、耐腐蚀性。 3、氮化用钢：含有Al、Mo、V、Ti 等合金元素 的钢。 最典型的: 38 CrMoAl ，35 CrMo ，18 CrNiW 4、氮化组织：钢件表面形成一层陶瓷层 AlN、 MoN 、VN、 TiN 。,30,行业学习,5、气体氮化,原理： 400600 2NH3 3H2+ 2N 活性N原子被钢吸收后，在表层形成氮化物。,31,行业学习, 氮化处理的特点 a、氮化处理前零
12、件先调质，保证心部具有良好 的综合机械性能。氮化层很薄，氮化常作为 零件加工的最后一道工序。 b、零件氮化后，无需进行淬火，表层便具有很 高的硬度和耐磨性。因为表层形成一层坚硬 的氮化物（氮化物颗粒很细、均匀分布）。,32,行业学习,c、零件氮化后，可显著提高疲劳强度。因为氮化 层产生了较大的残余压应力，可显著降低疲劳 载荷下产生的拉应力水平。 d、氮化后零件具有较高的热硬性（600650仍 有较高的硬度） e、氮化后零件具有良好的耐腐蚀性，因为表层形 成了一层致密的氮化物（陶瓷） f、氮化处理，温度低，零件变形小。,33,行业学习,四、钢的碳氮共渗,向零件表面同时渗入C、N 原子的过程。,原理：NH3+COHCN+H2O NH3+CH4HCN+3H2 2HCNH2+C+N,34,行业学习,常用中温气体碳氮共渗： 提高钢的硬度、耐磨性、耐疲劳性。 低温气体碳氮共渗： 提高钢的耐磨、耐疲劳、抗咬合性。 （气体软氮化）,35,行业学习,36,行业学习,