表面热处理及化学热处理.ppt

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1、2.4.4 钢的表面热处理钢的表面热处理2.4.5 钢的化学热处理钢的化学热处理 2.4.4 钢的表面热处理工艺钢的表面热处理工艺感应加热感应加热火焰加热火焰加热电接触加热电接触加热电解加热电解加热工艺的核心工艺的核心:使零件具有使零件具有“表硬里韧表硬里韧”的力学性能。的力学性能。一一.表面淬火表面淬火(Surface Hardening)一一)定义定义:是一种不改变钢表层化学成是一种不改变钢表层化学成 分分,但改变表层组织的局部热但改变表层组织的局部热 处理工艺。处理工艺。二二)工艺特征工艺特征:通过快速加热使钢的表通过快速加热使钢的表 层奥氏体化层奥氏体化,然后急冷然后急冷,使表层使表层

2、 形成马氏体组织形成马氏体组织,而心部仍保而心部仍保 持不变。持不变。三三)表面淬火用钢表面淬火用钢:选用选用中碳中碳或或中碳低合金钢中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。等。四四)表面淬火加工的方法表面淬火加工的方法:感应加热感应加热(高、中、工频高、中、工频)、火火 焰加热焰加热、电接触加热法等。、电接触加热法等。1.感应加热表面淬火感应加热表面淬火1)感应加热的基本原理感应加热的基本原理:*感应电流感应电流-涡流涡流*集肤效应集肤效应*淬火层深度淬火层深度()与与电电流流频频率率(f)的关系的关系:=500/f （mm）2)工艺要求工艺要求:*表面淬火前表面淬火前,必须对零件

3、进行必须对零件进行正火正火 或调质处理或调质处理,以保证零件有良好的以保证零件有良好的 基体。基体。*表面淬火后表面淬火后,必须对零件进行必须对零件进行低温低温 回火处理回火处理,以降低淬火应力和脆性。以降低淬火应力和脆性。3)生产特点生产特点:淬火件的质量好淬火件的质量好;工件变工件变 形小形小;不易氧化及脱碳不易氧化及脱碳;淬火层容易淬火层容易 控制控制;生产率高。设备投资大生产率高。设备投资大,不适不适 于复杂形状零件和小批量生产。于复杂形状零件和小批量生产。2.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火的基本方法火焰加热表面淬火的基本方法2)火焰加热表面淬火的特点火焰加热表面

4、淬火的特点:*设备简单设备简单,操作方便操作方便,成本低。成本低。*淬火质量不稳定。淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。适于单件、小批量及大型零件的生产。2.4.5 化学热处理化学热处理 (Chemical Heat Treatment)一一)定义定义:将零件置于一定的化学介质将零件置于一定的化学介质 中中,通过加热、保温通过加热、保温,使介质使介质 中一种或几种元素原子渗入中一种或几种元素原子渗入 工件表层工件表层,以改变钢表层的化以改变钢表层的化 学成分和组织的热处理工艺。学成分和组织的热处理工艺。二二)化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程:2.吸收吸收:活性原子被活性

5、原子被零件表面吸收和溶零件表面吸收和溶 解。解。3.扩散扩散:活性原子由零件表面向内部扩活性原子由零件表面向内部扩 散散,形成一定的扩散层形成一定的扩散层。1.分解分解:化学介质在高温下释放出待渗化学介质在高温下释放出待渗 的的活性原子活性原子。2CO CO2 +C三三)化学热处理进行的条件化学热处理进行的条件:1.渗入元素的原子渗入元素的原子必须是活性原子必须是活性原子,而而 且且具有较大的扩散能力具有较大的扩散能力。2.零件本身具有零件本身具有吸收渗入原子的能力吸收渗入原子的能力,即对渗入原子有一定的即对渗入原子有一定的溶解度溶解度或能或能 与之化合与之化合,形成化合物形成化合物。四四)化

6、学热处理的种类化学热处理的种类:渗碳渗碳;渗氮渗氮;碳氮碳氮 共渗共渗;渗硼渗硼;渗铝渗铝;渗硫渗硫;渗硅渗硅;渗铬等。渗铬等。1.钢的渗碳钢的渗碳(Carburize of steel)1)定义定义:向钢的向钢的表面渗入碳原子表面渗入碳原子的过程。的过程。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧性能的零件。性能的零件。3)用钢用钢:低碳钢低碳钢和和低碳合金钢。低碳合金钢。4)方法方法:固体固体、气体气体、液体渗碳。液体渗碳。5)工艺工艺:加热温度加热温度为为900950;渗碳时间渗碳时间一般一般为为39小时小时;6)渗碳后的组织渗碳后的组织:20CrMnTi 1%CP+Fe3C0.2%

7、C F+P少少表面表面中心中心零零 件件PP+F7)渗碳后的热处理工艺渗碳后的热处理工艺时间温度930850方案方案1方案方案2渗渗 碳碳淬淬火火加加热热7)渗碳后的热处理工艺渗碳后的热处理工艺8)热处理后的组织热处理后的组织低碳低碳M回回+FM回回+Cm+A残残低碳低碳合金钢合金钢低碳低碳M回回+FM回回+Fe3C+A残残低碳钢低碳钢心部组织心部组织表层组织表层组织钢种钢种9)常用的钢种常用的钢种:15、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。等。2.钢的渗氮钢的渗氮(Nitridation of steel)1)定义定义:向钢的向钢的表面渗入氮原子表面渗入氮原

8、子的过程。的过程。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧及抗蚀表硬里韧及抗蚀性能性能 的零件。的零件。3)用钢用钢:中碳合金钢。中碳合金钢。4)方法方法:气体气体渗氮。渗氮。5)工艺工艺:加热温度加热温度500600;保温时间保温时间0.30.5mm/2050h。6)热处理特点热处理特点:渗氮前需调质处理渗氮前需调质处理;渗氮后不需热处理。渗氮后不需热处理。7)渗氮处理后的组织渗氮处理后的组织 表层表层:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN。心部心部:S回回。8)常用的钢种常用的钢种:35 CrMo、18CrNiW、38 CrMoAlA(氮化王牌钢氮化王牌钢)等。等。渗碳与

9、渗氮的工艺特点渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否处理后是否需要热处理需要热处理处理时处理时间间(h)处理温度处理温度()名称名称需要需要39900950渗碳渗碳不需要不需要2050500600渗氮渗氮3.钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗-氰化处理氰化处理 (Carbonitriding of steel)1)定义定义:向钢的向钢的表面同时渗入碳和氮原表面同时渗入碳和氮原 子子的过程。的过程。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧性能的零件。性能的零件。3)方法方法:固体碳氮共渗固体碳氮共渗气体碳氮共渗气体碳氮共渗液体碳氮共渗液体碳氮共渗高温高温中温中温低温低温4)工艺工艺:合金结构钢合金结构钢HR

10、C5360中温气体碳中温气体碳氮共渗氮共渗80086018以渗碳为主以渗碳为主0.50.8mm淬火淬火+低温回火低温回火合金工具钢合金工具钢HRC5463低温气体碳低温气体碳氮共渗氮共渗50060016以渗氮为主以渗氮为主0.10.4mm不需要不需要材料材料性能性能名称名称温度温度()时间时间(h)作用作用渗层渗层热处理热处理4.4.钢铁的氧化和磷化钢铁的氧化和磷化1）钢铁的氧化）钢铁的氧化 钢铁的氧化处理又称钢铁的氧化处理又称发蓝、发黑发蓝、发黑，指将钢铁件放入，指将钢铁件放入苛性钠、亚硝酸钠的溶液中处理，使其表面生成一层氧苛性钠、亚硝酸钠的溶液中处理，使其表面生成一层氧化膜，膜层一般呈蓝黑

11、色或深黑色。含硅量较高的呈灰化膜，膜层一般呈蓝黑色或深黑色。含硅量较高的呈灰褐色和黑褐色。为提高氧化膜的耐蚀性，可在发蓝后浸褐色和黑褐色。为提高氧化膜的耐蚀性，可在发蓝后浸油或经磷酸盐或重铬酸盐处理。油或经磷酸盐或重铬酸盐处理。2）钢铁的磷化）钢铁的磷化 钢铁的磷化是指钢铁在某些酸性磷酸盐为主的溶液中钢铁的磷化是指钢铁在某些酸性磷酸盐为主的溶液中处理，使其表面沉积形成一层不溶于水的磷酸盐转化膜处理，使其表面沉积形成一层不溶于水的磷酸盐转化膜的过程。磷化层呈灰色和暗灰色的结晶状态，厚度为的过程。磷化层呈灰色和暗灰色的结晶状态，厚度为150微米。耐蚀能力为发蓝的微米。耐蚀能力为发蓝的210倍。倍。

12、END！感感应应加加热热表表面面淬淬火火示示意意图图集肤效应示意图集肤效应示意图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)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。20 CrMnTi 钢碳氮共渗层组织(化染)100 针状M+残余A;混合M+残余A;板条M+针状M20 CrMnTi 钢碳氮共渗层组织钢碳氮共渗层组织1.针状M+残余A;2.混合M+残余A;3.板条M+针状M123 固体渗碳法示意图固体渗碳法示意图零件零件渗碳剂渗碳剂试棒试棒盖盖泥封泥封渗碳箱渗碳箱 气体渗碳法示意图气体渗碳法示意图