汽车零件的表面强化工艺培训课件

汽车制造工艺汽车制造工艺第八章第八章 零件的表面强化工艺零件的表面强化工艺主要内容主要内容 第一节第一节 零件表面机械强化处理零件表面机械强化处理 第二节第二节 化学处理化学处理 第三节第三节 表面淬火处理表面淬火处理 第四节第四节 激光热处理技术激光热处理技术 第五节第五节 其他热处理工艺简介其他热处理工艺简介第一节第一节 零件表面机械强化处理零件表面机械强化处理 表面机械强化处理是利用机械能使工件表面产生塑表面机械强化处理是利用机械能使工件表面产生塑性变形，引起表面形变强化的方法，亦称为表面形性变形，引起表面形变强化的方法，亦称为表面形变强化。有喷丸、喷砂、滚压和孔挤压等工艺。变强化。有喷丸、喷砂、滚压和孔挤压等工艺。腐蚀、磨损、断裂是机器零部件的三大失效模式，腐蚀、磨损、断裂是机器零部件的三大失效模式，其中以断裂失效带来的灾难与损失最大。而断裂失其中以断裂失效带来的灾难与损失最大。而断裂失效中疲劳断裂所占比例最高。汽车中的一些重要零效中疲劳断裂所占比例最高。汽车中的一些重要零部件，如弹簧、轴、齿轮、连杆、车轮等承受循环部件，如弹簧、轴、齿轮、连杆、车轮等承受循环交变载荷，有时发生疲劳断裂失效。而表面机械强交变载荷，有时发生疲劳断裂失效。而表面机械强化处理是提高机器零部件疲劳寿命最为有效的手段。化处理是提高机器零部件疲劳寿命最为有效的手段。第一节第一节 零件表面机械强化处理零件表面机械强化处理一、机械表面处理的强化原理一、机械表面处理的强化原理1.表面形变强化表面形变强化 图图8-1 喷丸形变硬化层结构和残余应力分布示意图喷丸形变硬化层结构和残余应力分布示意图 图图8-2 喷丸强化后硬度分布喷丸强化后硬度分布 一、机械表面处理的强化原理一、机械表面处理的强化原理2.形成表面残余应力形成表面残余应力 一、机械表面处理的强化原理一、机械表面处理的强化原理3.表面形貌变化表面形貌变化 工件疲劳断裂大多从表面开始工件疲劳断裂大多从表面开始,疲劳源发生在工件疲劳源发生在工件表面。工件表面缺陷表面。工件表面缺陷,如机械加工的刀痕、细裂纹及如机械加工的刀痕、细裂纹及锈蚀有时就是裂纹源的滋生地。工件上存在倒角、凹锈蚀有时就是裂纹源的滋生地。工件上存在倒角、凹槽等应力集中的位置槽等应力集中的位置,有时也是疲劳断裂开始的位置。有时也是疲劳断裂开始的位置。表面强化可以消除或降低应力集中表面强化可以消除或降低应力集中,特别是滚压和孔特别是滚压和孔挤压还能提高表面粗糙度挤压还能提高表面粗糙度,因而可以显著提高工件疲因而可以显著提高工件疲劳强度劳强度,降低工件对缺陷的敏感性。降低工件对缺陷的敏感性。第一节第一节 零件表面机械强化处理零件表面机械强化处理二、表面喷丸处理二、表面喷丸处理 表面喷丸处理，也称喷丸强化，是将高速弹丸流表面喷丸处理，也称喷丸强化，是将高速弹丸流喷射到零件表面，使表层发生塑性变形，而形成一定喷射到零件表面，使表层发生塑性变形，而形成一定厚度的强化层，强化层内形成较高的残余压应力，从厚度的强化层，强化层内形成较高的残余压应力，从而提高零件的疲劳强度和使用寿命。而提高零件的疲劳强度和使用寿命。1.喷丸强化设备及弹丸喷丸强化设备及弹丸 喷丸强化用的设备主要有两种结构形式喷丸强化用的设备主要有两种结构形式:气动式与气动式与机械离心式。机械离心式。1.喷丸强化设备及弹丸喷丸强化设备及弹丸 气动式喷丸机气动式喷丸机吸入式喷丸机吸入式喷丸机 1.喷丸强化设备及弹丸喷丸强化设备及弹丸 气动式喷丸机气动式喷丸机重力式喷丸机重力式喷丸机 1.喷丸强化设备及弹丸喷丸强化设备及弹丸 气动式喷丸机气动式喷丸机直接加压式气动喷丸机直接加压式气动喷丸机 1.喷丸强化设备及弹丸喷丸强化设备及弹丸 机械离心式抛丸机机械离心式抛丸机 1.喷丸强化设备及弹丸喷丸强化设备及弹丸 内孔喷丸机内孔喷丸机 1.喷丸强化设备及弹丸喷丸强化设备及弹丸 旋片旋片(旋板旋板)喷丸器喷丸器 1.喷丸强化设备及弹丸喷丸强化设备及弹丸 喷丸喷丸常用的弹丸可分为铸铁弹丸、铸钢弹丸、不锈钢弹丸、常用的弹丸可分为铸铁弹丸、铸钢弹丸、不锈钢弹丸、钢丝切割弹九、玻璃弹丸、陶瓷弹丸及其它非金属弹丸钢丝切割弹九、玻璃弹丸、陶瓷弹丸及其它非金属弹丸等。目前已有多种合成材料和矿物性材料可供选用，应等。目前已有多种合成材料和矿物性材料可供选用，应用较多的是刚玉弹丸。用较多的是刚玉弹丸。喷丸介质的力学性能指标主要是冲击韧度和硬度。由于喷丸介质的力学性能指标主要是冲击韧度和硬度。由于喷丸时弹丸高速撞击工件，弹丸必须具有较高的冲击韧喷丸时弹丸高速撞击工件，弹丸必须具有较高的冲击韧度，才能避免大量破碎。显然。钢丸的冲击韧度高于铸度，才能避免大量破碎。显然。钢丸的冲击韧度高于铸铁丸，其中尤其以钢丝切割丸最好。弹丸的硬度与喷丸铁丸，其中尤其以钢丝切割丸最好。弹丸的硬度与喷丸强度密切相关，它直接影响到喷丸效果。一般应在保证强度密切相关，它直接影响到喷丸效果。一般应在保证弹丸具有足够冲击韧度的条件下。尽量提高硬度。弹丸具有足够冲击韧度的条件下。尽量提高硬度。弹丸的大小相差也很大，可以从几微米到几毫米，应根弹丸的大小相差也很大，可以从几微米到几毫米，应根据喷丸目的和工艺条件，按照国家标准选用。据喷丸目的和工艺条件，按照国家标准选用。二、表面喷丸处理二、表面喷丸处理2.喷丸工艺喷丸工艺 喷丸后残余压应力的蜂值和延续深度体现了喷丸的喷丸后残余压应力的蜂值和延续深度体现了喷丸的效应。它与工件的材料和状态。以及喷丸时的多个效应。它与工件的材料和状态。以及喷丸时的多个工艺参数有关。工艺参数有关。喷丸的工艺参数包括：弹丸特性、弹丸流的速度和喷丸的工艺参数包括：弹丸特性、弹丸流的速度和流量、喷丸时间、弹丸流对受喷面的相对位置等。流量、喷丸时间、弹丸流对受喷面的相对位置等。生产实际中并不单独测量上述各个工艺参数，而是生产实际中并不单独测量上述各个工艺参数，而是测定综合性的喷丸强度和表面覆盖率。目前各国均测定综合性的喷丸强度和表面覆盖率。目前各国均采用喷丸强度和表面覆盖率来控制和检验喷丸强化采用喷丸强度和表面覆盖率来控制和检验喷丸强化的质量。的质量。第一节第一节 零件表面机械强化处理零件表面机械强化处理三、表面喷砂处理三、表面喷砂处理 1.喷砂原理及应用范围喷砂原理及应用范围原理原理：喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料：喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到工件表面，由于磨料冲击和切削作用，使工件的表高速喷射到工件表面，由于磨料冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性。得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性。应用范围应用范围：1）工件涂镀、工件粘接前处理）工件涂镀、工件粘接前处理2）铸件、热处理后工件的表面清理）铸件、热处理后工件的表面清理3）机加工件飞边清理）机加工件飞边清理4）改善零件的力学性能）改善零件的力学性能 5）光饰作用）光饰作用三、表面喷砂处理三、表面喷砂处理2.喷砂机的分类喷砂机的分类1）吸入式干喷砂机）吸入式干喷砂机 一个完整的吸入式干喷砂机一般由六个系统组成，即结构一个完整的吸入式干喷砂机一般由六个系统组成，即结构系统、介质动力系统、管路系统、除尘系统、控制系统和辅助系统、介质动力系统、管路系统、除尘系统、控制系统和辅助系统。吸入式干喷砂机是以压缩空气为动力，通过气流的高速系统。吸入式干喷砂机是以压缩空气为动力，通过气流的高速运动在喷枪内形成的负压，将磨料通过输砂管。吸入喷枪并经运动在喷枪内形成的负压，将磨料通过输砂管。吸入喷枪并经喷嘴射出，喷射到被加工表面，达到预期的加工目。喷嘴射出，喷射到被加工表面，达到预期的加工目。2）压入式干喷砂机）压入式干喷砂机 一个完整的压入式干喷砂机工作单元一般由四个系统组成，一个完整的压入式干喷砂机工作单元一般由四个系统组成，即压力罐、介质动力系统、管路系统、控制系统。压入式干喷即压力罐、介质动力系统、管路系统、控制系统。压入式干喷砂机是以压缩空气为动力，通过压缩空气在压力罐内建立的工砂机是以压缩空气为动力，通过压缩空气在压力罐内建立的工作压力，将磨料通过出砂阀。压入输砂管并经喷嘴射出，喷射作压力，将磨料通过出砂阀。压入输砂管并经喷嘴射出，喷射到被加工表面达到预期的加工目。到被加工表面达到预期的加工目。第二节第二节 化学处理化学处理一、化学热处理的基本原理一、化学热处理的基本原理1.分解分解分解是指渗剂中生成能渗入钢表面的活性原子的化学分解是指渗剂中生成能渗入钢表面的活性原子的化学反应。它可能通过三种反应生成反应。它可能通过三种反应生成:分解反应分解反应如如2NH32N+3H2 置换反应置换反应如如SiCl4+2Fe2FeCl2+Si 还原反应还原反应如如2BF2BF4+B化学反应速度除取决于反应物的本性外化学反应速度除取决于反应物的本性外,还与温度、压还与温度、压力、浓度、催化剂有关。力、浓度、催化剂有关。一、化学热处理的基本原理一、化学热处理的基本原理2.吸附吸附 吸附是活性原子吸附是活性原子(或离子或离子)与金属原子产生键合而进入其表层与金属原子产生键合而进入其表层的过程。的过程。固体表面的吸附作用，按其作用力性质可分为物理吸附与化固体表面的吸附作用，按其作用力性质可分为物理吸附与化学吸附。物理吸附与化学吸附常常是相伴发生的学吸附。物理吸附与化学吸附常常是相伴发生的,如金属钨吸附如金属钨吸附氧氧,既存在化学吸附的原子状态氧既存在化学吸附的原子状态氧,也存在物理吸附的分子状态也存在物理吸附的分子状态氧。表面吸附作用与催化作用是密切不可分的氧。表面吸附作用与催化作用是密切不可分的,吸附作用可能促吸附作用可能促进分解过程。进分解过程。如用如用CO为气体渗碳剂时为气体渗碳剂时,CO分解生成活性碳原子分解生成活性碳原子,反应式为反应式为:2COCO2+C Fe先吸附先吸附CO中中C,使使C与与O原子间距离增大原子间距离增大,减弱减弱C与与O原子间结原子间结合力合力,使这个使这个O原子就很容易与原子就很容易与CO反应生成反应生成CO2。而。而C则被则被Fe吸吸附后附后,提高钢表面的碳浓度提高钢表面的碳浓度,为碳向内部扩散提供了浓度梯度条为碳向内部扩散提供了浓度梯度条件。由此可见件。由此可见,钢表面吸附钢表面吸附CO,对渗剂中对渗剂中CO的分解和碳原子的被的分解和碳原子的被吸附起着极其重要的作用。吸附起着极其重要的作用。一、化学热处理的基本原理一、化学热处理的基本原理3.扩散扩散 扩散就是工件表面吸附的活性原子扩散就是工件表面吸附的活性原子(或离子或离子)后后,其其表面浓度提高表面浓度提高,形成浓度梯度形成浓度梯度,创造了扩散条件创造了扩散条件,使渗入使渗入元素向其内部迁移形成一定厚度扩散层的过程。元素向其内部迁移形成一定厚度扩散层的过程。晶体结构对扩散系数影响较大晶体结构对扩散系数影响较大,碳在奥氏体中扩散碳在奥氏体中扩散激活能比在铁素体中要大激活能比在铁素体中要大,这与面心立方结构奥氏体的这与面心立方结构奥氏体的致密度大有关。致密度大有关。第二节第二节 化学处理化学处理二、化学热处理分类二、化学热处理分类 根据介质的物理形态，可分为：根据介质的物理形态，可分为：固体法、液体法、气体法、等离子法。固体法、液体法、气体法、等离子法。根据钢铁基体材料在进行化学热处理时的组织状态，可分为根据钢铁基体材料在进行化学热处理时的组织状态，可分为奥奥氏氏体体状状态态渗碳渗碳碳氮共渗碳氮共渗渗硼及硼铝共渗、硼硅共渗、硼锆共渗、硼碳复合渗、渗硼及硼铝共渗、硼硅共渗、硼锆共渗、硼碳复合渗、硼碳氮复合渗硼碳氮复合渗渗铬及铬铝共渗、铬硅共渗、铬钛共渗、铬氮共渗渗铬及铬铝共渗、铬硅共渗、铬钛共渗、铬氮共渗渗铝及铝稀土共渗、铝镍共渗渗铝及铝稀土共渗、铝镍共渗渗硅渗硅渗钒、渗铌、渗钛渗钒、渗铌、渗钛铁铁素素体体状状态态渗氮渗氮氮碳共渗氮碳共渗氧氮共渗及氧氮碳共渗氧氮共渗及氧氮碳共渗渗硫渗硫硫氮共渗及硫氮碳共渗硫氮共渗及硫氮碳共渗渗锌渗锌常用化学热处理方法及其作用常用化学热处理方法及其作用 处理方法处理方法渗入元素渗入元素作用作用渗碳渗碳C提高工件的耐磨性、硬度及疲劳强度提高工件的耐磨性、硬度及疲劳强度碳氮共渗碳氮共渗C、N氮碳共渗氮碳共渗提高工件的表面硬度、耐磨性、抗咬合能力及耐蚀性提高工件的表面硬度、耐磨性、抗咬合能力及耐蚀性渗氮渗氮N渗硫渗硫S提高工件的减摩性及抗咬合能力提高工件的减摩性及抗咬合能力硫氮硫氮S、N提高工件的耐磨性、减摩性及抗疲劳、抗咬合能力提高工件的耐磨性、减摩性及抗疲劳、抗咬合能力硫氮碳共渗硫氮碳共渗S、N、C渗硼渗硼B提高工件的表面硬度、提高耐磨能力及红硬性提高工件的表面硬度、提高耐磨能力及红硬性渗硅渗硅Si提高表面硬度，提高耐蚀、抗氧化能力提高表面硬度，提高耐蚀、抗氧化能力渗锌渗锌Zn提高工件抗大气腐蚀能力提高工件抗大气腐蚀能力渗铝渗铝Al提高工件抗高温氧化及含硫介质中的腐蚀能力提高工件抗高温氧化及含硫介质中的腐蚀能力渗铬渗铬Cr提高工件抗高温氧化能力，提高耐磨及耐蚀性提高工件抗高温氧化能力，提高耐磨及耐蚀性渗钒渗钒V提高工件表面硬度，提高耐磨及抗咬合能力提高工件表面硬度，提高耐磨及抗咬合能力硼铝共渗硼铝共渗B、Al提高工件耐磨、耐蚀及抗高温氧化能力，表面脆性及抗剥落能力提高工件耐磨、耐蚀及抗高温氧化能力，表面脆性及抗剥落能力优于渗硼优于渗硼铬铝共渗铬铝共渗Cr、Al具有比单一渗铬或渗铝更优的耐热性能具有比单一渗铬或渗铝更优的耐热性能铬铝硅共渗铬铝硅共渗Cr、Al、Si 提高工件的高温性能提高工件的高温性能二、化学热处理分类二、化学热处理分类1.渗碳渗碳 渗碳是在增碳活性介质中将低碳钢或低碳合金钢加热并保渗碳是在增碳活性介质中将低碳钢或低碳合金钢加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。其目的是增加工件温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。其目的是增加工件表层的碳含量，获得一定的碳浓度梯度。渗碳是最古老、应用表层的碳含量，获得一定的碳浓度梯度。渗碳是最古老、应用最广泛的化学热处理工艺。与其他化学热处理一样，渗碳处理最广泛的化学热处理工艺。与其他化学热处理一样，渗碳处理包括碳原子的分解、吸收和扩散三个基本过程。在渗碳温度下包括碳原子的分解、吸收和扩散三个基本过程。在渗碳温度下渗碳剂将发生分解，产生活性高、渗入能力很强的活性碳原子渗碳剂将发生分解，产生活性高、渗入能力很强的活性碳原子C；活性碳原子在工件表面被吸收，形成固溶体或化合物；活性碳原子在工件表面被吸收，形成固溶体或化合物；当工件表面的碳浓度达到一定值后，碳原子从表面的高浓度区当工件表面的碳浓度达到一定值后，碳原子从表面的高浓度区向里层的低浓度区扩散。向里层的低浓度区扩散。根据渗碳剂形态不同，渗碳工艺可分为固体渗碳、气体渗根据渗碳剂形态不同，渗碳工艺可分为固体渗碳、气体渗碳及液体渗碳三种类型。碳及液体渗碳三种类型。1.渗碳渗碳（1）渗碳工艺）渗碳工艺 渗碳的目的是在工件表面获得一定的表面碳浓度、一定的渗碳的目的是在工件表面获得一定的表面碳浓度、一定的碳浓度梯度及一定的渗层深度。选择渗碳工艺的原则是如何以碳浓度梯度及一定的渗层深度。选择渗碳工艺的原则是如何以最快的速度，最经济的效果获得合乎要求的渗碳层。最快的速度，最经济的效果获得合乎要求的渗碳层。1）渗碳温度）渗碳温度 温度是影响扩散系数最突出的因素，增加温度，温度是影响扩散系数最突出的因素，增加温度，可以急剧地提高扩散系数。而且随着温度升高，碳在奥氏体中可以急剧地提高扩散系数。而且随着温度升高，碳在奥氏体中的溶解度增大。渗层随着温度升高而加深，碳浓度梯度也趋于的溶解度增大。渗层随着温度升高而加深，碳浓度梯度也趋于平缓。但是，过高的温度将缩短设备的使用寿命，增加工件的平缓。但是，过高的温度将缩短设备的使用寿命，增加工件的变形，奥氏体晶粒也易粗大。变形，奥氏体晶粒也易粗大。2）渗碳保温时间）渗碳保温时间 在正常渗碳情况下，随着渗碳时间的延长，在正常渗碳情况下，随着渗碳时间的延长，渗层浓度梯度变小，渗速降低。渗碳保温时间主要取决于要求渗层浓度梯度变小，渗速降低。渗碳保温时间主要取决于要求获得的渗层厚度。获得的渗层厚度。3）碳势的影响）碳势的影响 碳势是表征含碳气氛在一定温度下与钢件表面碳势是表征含碳气氛在一定温度下与钢件表面处于平衡时可使钢表面达到的碳含量。介质碳势越高，渗碳速处于平衡时可使钢表面达到的碳含量。介质碳势越高，渗碳速度越快，但渗层碳浓度梯度越陡。碳势过高，还会在工件表面度越快，但渗层碳浓度梯度越陡。碳势过高，还会在工件表面积碳。积碳。1.渗碳渗碳（2）渗碳前处理工艺渗碳前处理工艺工件渗碳前进行适当的预先热处理，可提高渗碳处理工件渗碳前进行适当的预先热处理，可提高渗碳处理的质量，为渗碳处理做好组织准备，可以根据相关手的质量，为渗碳处理做好组织准备，可以根据相关手册预备热处理工艺。册预备热处理工艺。工件在进入渗碳炉前应清除表面污垢、铁锈及油脂等。工件在进入渗碳炉前应清除表面污垢、铁锈及油脂等。当清洗尚不能保证表面质量时，可采用喷砂处理。当清洗尚不能保证表面质量时，可采用喷砂处理。凡工件表面不允许渗碳的部位（如螺纹、软花键轴孔凡工件表面不允许渗碳的部位（如螺纹、软花键轴孔等）应进行防渗处理。等）应进行防渗处理。此外，还可采用预留加工量，渗碳缓冷后用机械加工此外，还可采用预留加工量，渗碳缓冷后用机械加工方法切除渗层，或者用紧密固定的钢套及轴环保护不方法切除渗层，或者用紧密固定的钢套及轴环保护不欲渗碳的部位。欲渗碳的部位。1.渗碳渗碳（3）气体渗碳）气体渗碳 气体渗碳工艺具有生产率高，操作方便，渗碳层气体渗碳工艺具有生产率高，操作方便，渗碳层容易控制以及渗碳后可以直接淬火等一系列优点，是容易控制以及渗碳后可以直接淬火等一系列优点，是目前用得最多的渗碳方法。气体渗碳是目前生产中应目前用得最多的渗碳方法。气体渗碳是目前生产中应用最为广泛的一种渗碳方法，它是在含碳的气体介质用最为广泛的一种渗碳方法，它是在含碳的气体介质中通过调节气体渗碳气氛来实现渗碳的。中通过调节气体渗碳气氛来实现渗碳的。根据所用渗碳气体的产生方法及种类，可分为滴根据所用渗碳气体的产生方法及种类，可分为滴注式气体渗碳、吸热式气氛渗碳和氮基气氛渗碳。按注式气体渗碳、吸热式气氛渗碳和氮基气氛渗碳。按设备类型不同又可以分井式炉气体渗碳、密封箱式炉设备类型不同又可以分井式炉气体渗碳、密封箱式炉气体渗碳及连续式炉气体渗碳。气体渗碳及连续式炉气体渗碳。（3）气体渗碳）气体渗碳1）滴注式气体渗碳）滴注式气体渗碳 滴注式气体渗碳一般是把含碳有机液体滴入或注入气体渗碳炉炉罐内，滴注式气体渗碳一般是把含碳有机液体滴入或注入气体渗碳炉炉罐内，使之受热裂解，产生渗碳气氛，从而实现对工件的渗碳。使之受热裂解，产生渗碳气氛，从而实现对工件的渗碳。（3）气体渗碳）气体渗碳2）吸热式气氛渗碳）吸热式气氛渗碳 以吸热式气氛为载气，添加富化气甲烷以吸热式气氛为载气，添加富化气甲烷(CH4)、丙烷、丙烷(C3 H8)等进行渗碳过程称为吸热式气氛渗碳。吸热式气氛是原料气与等进行渗碳过程称为吸热式气氛渗碳。吸热式气氛是原料气与空气混合，在吸热式发生器内通过不完全燃烧，形成的渗碳能空气混合，在吸热式发生器内通过不完全燃烧，形成的渗碳能力较弱气体。其主要成分为力较弱气体。其主要成分为CO、H2、N2及微量及微量H2O、CO2、CH4、O2等。原料气一般用天然气、甲烷或丙烷。等。原料气一般用天然气、甲烷或丙烷。3）氮基气氛渗碳）氮基气氛渗碳 氮基气氛渗碳是一种以纯氮为载气、添加碳氢化合物进行氮基气氛渗碳是一种以纯氮为载气、添加碳氢化合物进行气体渗碳的工艺方法。直接在工作炉内制取渗碳气体。也有把气体渗碳的工艺方法。直接在工作炉内制取渗碳气体。也有把这种碳氢化物、氮气、空气等在炉中就地形成的气氛称为直接这种碳氢化物、氮气、空气等在炉中就地形成的气氛称为直接气氛。使用这种气氛可节省气氛。使用这种气氛可节省20%25%的天然气；在扫气方面的天然气；在扫气方面改用氮基气氛可以节省保护气氛的用量；另外，氮气能使炉子改用氮基气氛可以节省保护气氛的用量；另外，氮气能使炉子耐热层具有更好的绝热性能，可节约耐热层具有更好的绝热性能，可节约10%的加热用的天然气。的加热用的天然气。因而渗碳能力弱的载气已在一定程度上被氮和氮与甲醇的混合因而渗碳能力弱的载气已在一定程度上被氮和氮与甲醇的混合气取代。而所需的碳则由添加的碳氢化合物提供。气取代。而所需的碳则由添加的碳氢化合物提供。1.渗碳渗碳（4）固体渗碳）固体渗碳 固体渗碳是把装有工件及固体渗碳剂的渗碳箱放在炉中加固体渗碳是把装有工件及固体渗碳剂的渗碳箱放在炉中加热进行，主要用于单件生产、局部渗碳或返修使用。它的缺点热进行，主要用于单件生产、局部渗碳或返修使用。它的缺点是由于固体渗碳剂导热性较差，因而渗碳所需加热时间较长，是由于固体渗碳剂导热性较差，因而渗碳所需加热时间较长，且劳动强度较大，表面碳浓度及渗碳层深度不易控制。且劳动强度较大，表面碳浓度及渗碳层深度不易控制。固体渗碳剂应具备活性高、强度高、体积收缩小、导热性固体渗碳剂应具备活性高、强度高、体积收缩小、导热性好、密度小、灰分和有害杂质低、使用寿命长、经济性好及材好、密度小、灰分和有害杂质低、使用寿命长、经济性好及材料来源充分等特性。固体渗碳剂由供碳剂（木炭、焦炭、骨料来源充分等特性。固体渗碳剂由供碳剂（木炭、焦炭、骨炭炭)、催渗剂（碱金属或碱土金属的碳酸盐）、填充剂及枯结、催渗剂（碱金属或碱土金属的碳酸盐）、填充剂及枯结剂所组成。剂所组成。为了提高渗碳速度而引进了快速加热渗碳法、真空、离子为了提高渗碳速度而引进了快速加热渗碳法、真空、离子束、流态层渗碳等先进的工艺方法，它们均能提高渗碳速度和束、流态层渗碳等先进的工艺方法，它们均能提高渗碳速度和渗碳质量。渗碳质量。1.渗碳渗碳（5）液体渗碳液体渗碳 液体渗碳，也叫盐浴渗碳，是将被处理的零件浸入盐浴渗液体渗碳，也叫盐浴渗碳，是将被处理的零件浸入盐浴渗碳剂中，通过加热使渗碳剂分解出活性的碳原子来进行渗碳。碳剂中，通过加热使渗碳剂分解出活性的碳原子来进行渗碳。液体渗碳工艺操作简单，加热速度快，渗碳速度快，渗碳液体渗碳工艺操作简单，加热速度快，渗碳速度快，渗碳时间短，灵活性大，并可直接淬火，适合处理小批量或局部渗时间短，灵活性大，并可直接淬火，适合处理小批量或局部渗碳的工件，但目前液体渗碳盐浴多数有公害，工件表面易因残碳的工件，但目前液体渗碳盐浴多数有公害，工件表面易因残盐较难彻底清除而产生腐蚀。盐较难彻底清除而产生腐蚀。盐浴渗碳之盐浴由渗碳剂和中性盐组成。前者主要起渗碳盐浴渗碳之盐浴由渗碳剂和中性盐组成。前者主要起渗碳作用，后者起调整盐浴密度、熔点和流动性的作用。作用，后者起调整盐浴密度、熔点和流动性的作用。1.渗碳渗碳（6）渗碳后的热处理渗碳后的热处理 工件渗碳后，提供了表层高碳，心部低碳这样一种含碳量的工件。为了工件渗碳后，提供了表层高碳，心部低碳这样一种含碳量的工件。为了得到合乎理想的性能，尚需进行适当的热处理。得到合乎理想的性能，尚需进行适当的热处理。热处理热处理工艺工艺特点及应用特点及应用直接淬直接淬火火在工件渗碳后，预冷到一在工件渗碳后，预冷到一定温度，然后立即进行淬定温度，然后立即进行淬火冷却。火冷却。适用干气体渗碳或液体渗碳，特点是减少加热、冷却次适用干气体渗碳或液体渗碳，特点是减少加热、冷却次数，简化操作，减少变形及氧化脱碳，由于渗碳时在较数，简化操作，减少变形及氧化脱碳，由于渗碳时在较高的渗碳温度停留较长的时间，容易发生舆氏体晶粒长高的渗碳温度停留较长的时间，容易发生舆氏体晶粒长大。直接淬火，虽经预冷也不能改变奥氏体晶粒度，因大。直接淬火，虽经预冷也不能改变奥氏体晶粒度，因而可能在淬火后机械性能降低而可能在淬火后机械性能降低一次加一次加热淬火热淬火渗碳后缓冷，再次加热淬渗碳后缓冷，再次加热淬火。再次加热淬火的温度火。再次加热淬火的温度应根据工件要求而定。应根据工件要求而定。一次加热淬火的方法适用于固体渗碳。当然，液体、气一次加热淬火的方法适用于固体渗碳。当然，液体、气体渗碳的工件，特别是本质粗晶粒钢，或渗碳后不能直体渗碳的工件，特别是本质粗晶粒钢，或渗碳后不能直接淬火的零件也可采用一次加热淬火。接淬火的零件也可采用一次加热淬火。两次淬两次淬火火在渗碳缓冷后进行两次加在渗碳缓冷后进行两次加热淬火。热淬火。第一次淬火是细化心部组织，消除表面网状碳化物。第第一次淬火是细化心部组织，消除表面网状碳化物。第二次淬火是细化渗碳层中马氏体晶粒，获得隐晶马氏体、二次淬火是细化渗碳层中马氏体晶粒，获得隐晶马氏体、残余奥氏体及均匀分布的细粒状碳化物的渗层组织。特残余奥氏体及均匀分布的细粒状碳化物的渗层组织。特点：需要多次加热，不仅生产周期长、成本高，已发生点：需要多次加热，不仅生产周期长、成本高，已发生氧化、脱碳及变形等缺陷。目前两次淬火法在生产上很氧化、脱碳及变形等缺陷。目前两次淬火法在生产上很少应用，仅对性能要求较高的零件才间或采用。少应用，仅对性能要求较高的零件才间或采用。二、化学热处理分类二、化学热处理分类2.渗氮渗氮 渗氮是将工件放在含氮介质中，加热到渗氮是将工件放在含氮介质中，加热到480600低温，低温，使氮原子渗入其表面，形成以氮化物为主的渗层，也称为氮化。使氮原子渗入其表面，形成以氮化物为主的渗层，也称为氮化。（1）渗氮的特点及工艺过程渗氮的特点及工艺过程 渗氮可以获得比渗碳更高的表面硬度和耐磨性，渗氮后的渗氮可以获得比渗碳更高的表面硬度和耐磨性，渗氮后的表面硬度可以高达表面硬度可以高达HV9501200(相当于相当于HRC6572），无需再），无需再进行热处理，而且到进行热处理，而且到600仍可维持相当高的硬度。渗氮还可仍可维持相当高的硬度。渗氮还可获得比渗碳更高的弯曲疲劳被度。此外，由于渗氮温度较低获得比渗碳更高的弯曲疲劳被度。此外，由于渗氮温度较低（500570之间），故变形很小，渗氮也可以提高工件的抗之间），故变形很小，渗氮也可以提高工件的抗腐蚀性能。目前除了钢以外，其它如钛、钼等难熔金属及其合腐蚀性能。目前除了钢以外，其它如钛、钼等难熔金属及其合金也广泛地采用渗氮。但是渗氮工艺过程较长，劳动条件差，金也广泛地采用渗氮。但是渗氮工艺过程较长，劳动条件差，渗层也较薄，不能承受太大的接触应力。渗层也较薄，不能承受太大的接触应力。2.渗氮渗氮（2）渗氮工艺参数控制）渗氮工艺参数控制 一般控制渗氮的工艺参数是加热温度、保温时间一般控制渗氮的工艺参数是加热温度、保温时间及不同加热、保温阶段的罐内氨分解率。及不同加热、保温阶段的罐内氨分解率。渗氮温度渗氮温度 常在常在480560范围内选择。随着渗氮温度范围内选择。随着渗氮温度的提高，渗层深度增加，而硬度却显著降低。的提高，渗层深度增加，而硬度却显著降低。渗氮时间渗氮时间 渗氮层随时间延长而增厚，呈抛物线规律，随渗氮层随时间延长而增厚，呈抛物线规律，随保温时间的延长，硬度下降。渗氮时间根据钢材成分、保温时间的延长，硬度下降。渗氮时间根据钢材成分、渗氮温度与层深要求而定。渗氮温度与层深要求而定。氨分解率氨分解率 对于一定的工艺温度，氨分解率在一个比较适对于一定的工艺温度，氨分解率在一个比较适宜的范围降低时，渗氮层深度及硬度也随之下降，超过宜的范围降低时，渗氮层深度及硬度也随之下降，超过一定界限，就会很快下降。氨分解率的控制是通过调整一定界限，就会很快下降。氨分解率的控制是通过调整氨的流量及炉内压力来实现的。氨的流量及炉内压力来实现的。2.渗氮渗氮（3）渗氮工艺方法）渗氮工艺方法 根据使用介质的不同，渗氮工艺可以分成固体渗根据使用介质的不同，渗氮工艺可以分成固体渗氮、液体渗氮和气体渗氮三种。由于气体渗氮法远优氮、液体渗氮和气体渗氮三种。由于气体渗氮法远优于另外两种，因而气体渗氮法在工业生产中使用最多。于另外两种，因而气体渗氮法在工业生产中使用最多。气体渗氮基本装置气体渗氮基本装置 1-氨瓶氨瓶 2-干燥箱干燥箱 3-氨压力表氨压力表 4-流量计流量计 5-进气管进气管6-热电偶热电偶 7-渗氮罐渗氮罐 8-氨分解测定计氨分解测定计 9-U形压力计形压力计 10-泡泡瓶泡泡瓶二、化学热处理分类二、化学热处理分类3.碳氮共渗碳氮共渗 碳氮共渗是在一定温度下，同时将碳、氮碳氮共渗是在一定温度下，同时将碳、氮渗入工件表面奥氏体中，并以渗碳为主的化学渗入工件表面奥氏体中，并以渗碳为主的化学热处理工艺。碳氮共渗层比渗碳有更高的耐磨热处理工艺。碳氮共渗层比渗碳有更高的耐磨性、疲劳强度和耐蚀性；比渗氮有较高的抗压性、疲劳强度和耐蚀性；比渗氮有较高的抗压强度和较低的表面脆性。而且生产周期短，渗强度和较低的表面脆性。而且生产周期短，渗速快，所用材料广泛。速快，所用材料广泛。3.碳氮共渗碳氮共渗（1）碳氮共渗分类及特点碳氮共渗分类及特点分类：分类：按所使用介质的不同可分为固体碳氮共渗、液体碳氮共渗和气体碳按所使用介质的不同可分为固体碳氮共渗、液体碳氮共渗和气体碳氮共渗。其中气体碳氮共渗表面质量容易控制，操作简便，生产过氮共渗。其中气体碳氮共渗表面质量容易控制，操作简便，生产过程易于实现机械化与自动化，应用广泛。程易于实现机械化与自动化，应用广泛。按渗层深度分类，可分为薄层碳氮共渗、碳氮共渗和深层碳氮共渗。按渗层深度分类，可分为薄层碳氮共渗、碳氮共渗和深层碳氮共渗。按共渗温度分类，可分为低温碳氮共渗、中温碳氮共渗和高温碳氮按共渗温度分类，可分为低温碳氮共渗、中温碳氮共渗和高温碳氮共渗。共渗。特点：特点：碳氮共渗温度低，共渗后奥氏体晶粒不致长大，可以直接淬火，而碳氮共渗温度低，共渗后奥氏体晶粒不致长大，可以直接淬火，而且变形小；且变形小；由于氮的渗入，提高了渗层中的碳浓度；由于氮的渗入，提高了渗层中的碳浓度；共渗层的淬火组织，一般是由细针状共渗层的淬火组织，一般是由细针状(或隐晶或隐晶)马氏体、适量碳氮化合马氏体、适量碳氮化合物及残余奥氏体组成；物及残余奥氏体组成；具有高耐磨性；具有高耐磨性；碳氮共渗的渗层较薄，在碳氮共渗的渗层较薄，在0.250.6mm范围。范围。3.碳氮共渗碳氮共渗（2）碳氮共渗后的热处理）碳氮共渗后的热处理 碳氮共渗因温度较低，一般不会发生晶粒长大，故碳氮共渗因温度较低，一般不会发生晶粒长大，故在共渗后大都可以进行直接淬火，使得渗层转变为含在共渗后大都可以进行直接淬火，使得渗层转变为含碳、氮的马氏体，心部为马氏体、贝氏体或珠光体组碳、氮的马氏体，心部为马氏体、贝氏体或珠光体组织，通过低温回火，适当提高钢的韧性。织，通过低温回火，适当提高钢的韧性。3.碳氮共渗碳氮共渗（3）气体碳氮共渗气体碳氮共渗 气体碳氮共渗与气体渗碳差不多，仅需将渗碳设备略加改装，气体碳氮共渗与气体渗碳差不多，仅需将渗碳设备略加改装，增添供氨系统即可。增添供氨系统即可。对碳氮共渗介质的基本要求：碳氮共渗介质在加热时应能同对碳氮共渗介质的基本要求：碳氮共渗介质在加热时应能同时产生碳、氮活性原子，碳、氮含量成一定比例时产生碳、氮活性原子，碳、氮含量成一定比例 共渗温度的选择应同时考虑工艺性和工件的使用性能，如共共渗温度的选择应同时考虑工艺性和工件的使用性能，如共渗速度、工件变形、渗层组织及性能等。温度愈高，为达到一渗速度、工件变形、渗层组织及性能等。温度愈高，为达到一定厚度渗层所需时间愈短，但工件变形增大，而且渗层中氮含定厚度渗层所需时间愈短，但工件变形增大，而且渗层中氮含量急剧下降。温度过低，不仅渗速减慢，而且在渗层表面易形量急剧下降。温度过低，不仅渗速减慢，而且在渗层表面易形成脆性的高氮化合物，心部组织淬火后硬度较低，性能变差。成脆性的高氮化合物，心部组织淬火后硬度较低，性能变差。共渗温度一经确定，则保温时间主要取决于渗层深度要求，共渗温度一经确定，则保温时间主要取决于渗层深度要求，随着时间延长，渗层内碳、氮浓度梯度变得较为平缓，有利于随着时间延长，渗层内碳、氮浓度梯度变得较为平缓，有利于提高工件表面的承载能力。但时间过长，易使表面碳、氮浓度提高工件表面的承载能力。但时间过长，易使表面碳、氮浓度过高，引起表面脆性或淬火后残余奥氏体过多。如出现这种情过高，引起表面脆性或淬火后残余奥氏体过多。如出现这种情况，应该降低共渗后期的渗剂供应量，或适当提高处理温度。况，应该降低共渗后期的渗剂供应量，或适当提高处理温度。第三节第三节 表面淬火处理表面淬火处理 利用快速加热将钢件表面加热到其共析温度以上转变为奥氏利用快速加热将钢件表面加热到其共析温度以上转变为奥氏体，然后快冷，形成马氏体组织的硬化层，而心部仍保持其体，然后快冷，形成马氏体组织的硬化层，而心部仍保持其原始组织原始组织珠光体、索氏体，硬化层与基体之间一般都珠光体、索氏体，硬化层与基体之间一般都存在有不完全淬火的过渡层，这种工艺常称为表面淬火。存在有不完全淬火的过渡层，这种工艺常称为表面淬火。表面淬火方法很多，根据加热时所用的功率密度大小可分为：表面淬火方法很多，根据加热时所用的功率密度大小可分为：较高能率密度加热和高能率密度加热。根据加热方法的不同较高能率密度加热和高能率密度加热。根据加热方法的不同可分为：感应加热、火焰加热、激光加热、电子束加热等。可分为：感应加热、火焰加热、激光加热、电子束加热等。根据加热的能量来源的不同又可分为：内热源加热和外热源根据加热的能量来源的不同又可分为：内热源加热和外热源加热。加热。表面淬火极大地提高了生产率，节省能源，所以是发展相当表面淬火极大地提高了生产率，节省能源，所以是发展相当迅速的热处理工艺。原始组织对快速加热固态相变影响很大。迅速的热处理工艺。原始组织对快速加热固态相变影响很大。原始组织细、均匀时，可在较低温度和较短的保温时间内完原始组织细、均匀时，可在较低温度和较短的保温时间内完成组织转变，淬火后得到细的或隐晶马氏体，硬度高，疲劳成组织转变，淬火后得到细的或隐晶马氏体，硬度高，疲劳强度高，耐磨性好。为此，表面淬火前一般需要进行预处理，强度高，耐磨性好。为此，表面淬火前一般需要进行预处理，中碳结构钢常采调质或正火处理。中碳结构钢常采调质或正火处理。第三节第三节 表面淬火处理表面淬火处理一、感应淬火一、感应淬火1.特点特点热能集中工件表面层，加热速度快，热能集中工件表面层，加热速度快，生产率高；生产率高；加热时间短，没有保温时间，表面氧加热时间短，没有保温时间，表面氧化、脱碳轻微，表面局部加热，使淬化、脱碳轻微，表面局部加热，使淬火变形小；火变形小；表面硬度高，耐磨性好；表面硬度高，耐磨性好；因马氏体转变时体积膨胀，使工件表因马氏体转变时体积膨胀，使工件表层存在压应力，从而提高了疲劳极限；层存在压应力，从而提高了疲劳极限；淬火时工件内部未被加热，故淬火变淬火时工件内部未被加热，故淬火变形小；形小；感应加热淬火设备可安置在生产线上，感应加热淬火设备可安置在生产线上，进行程序自动控制；进行程序自动控制；设备昂贵，维修调整技术要求高，不设备昂贵，维修调整技术要求高，不适宜单件及小批量生产。适宜单件及小批量生产。第三节第三节 表面淬火处理表面淬火处理2.感应淬火工艺感应淬火工艺淬火后的回火淬火后的回火（低温回火（低温回火）获得的组织与性能获得的组织与性能（马氏体，高疲劳强（马氏体，高疲劳强度、低疲劳缺口敏感性度、低疲劳缺口敏感性）感应淬火感应淬火（同时加热或连续加热（同时加热或连续加热）淬火冷却淬火冷却（喷液冷却或浸液冷却（喷液冷却或浸液冷却）第三节第三节 表面淬火处理表面淬火处理二、火焰淬火二、火焰淬火 火焰淬火是外热源加热淬火的一种，其特点：火焰淬火是外热源加热淬火的一种，其特点：操作方便，成本较低，灵活较大，对单件、小操作方便，成本较低，灵活较大，对单件、小批量生产的异形大型件及淬火面积大的工件等较为适批量生产的异形大型件及淬火面积大的工件等较为适用；用；加热的功率密度不太大，淬硬层较深，可在较加热的功率密度不太大，淬硬层较深，可在较宽范围内调节，一般为宽范围内调节，一般为28mm，加热速度较快，过，加热速度较快，过渡层的硬度梯度较为平缓；渡层的硬度梯度较为平缓；影响工件质量的工艺因素较多，工件表面容易影响工件质量的工艺因素较多，工件表面容易过热，淬硬层深度不易控制。过热，淬硬层深度不易控制。二、火焰淬火二、火焰淬火第四节第四节 激光热处理技术激光热处理技术 激光表面处理技术主要利用激光的高辐射亮度、高激光表面处理技术主要利用激光的高辐射亮度、高方向性和高单色性三大特点。当激光作用在金属表方向性和高单色性三大特点。当激光作用在金属表面时，可以显著改善其表面性能。如可提高金属表面时，可以显著改善其表面性能。如可提高金属表面硬度、强度、耐磨性、耐蚀性和耐高温等性能，面硬度、强度、耐磨性、耐蚀性和耐高温等性能，从而大大提高了产品的质量，成倍地延长产品使用从而大大提高了产品的质量，成倍地延长产品使用寿命和降低成本，可以取得巨大的经济效益。寿命和降低成本，可以取得巨大的经济效益。激光表面处理设备由激光器、功率计、导光聚焦系激光表面处理设备由激光器、功率计、导光聚焦系统、工作台、数控系统、软件编程系统等部件组成。统、工作台、数控系统、软件编程系统等部件组成。激光表面处理工艺包含激光相变硬化、激光熔覆、激光表面处理工艺包含激光相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化和激光冲击硬化等。共同激光合金化、激光非晶化和激光冲击硬化等。共同理论基础是激光与材料相互作用的规律。区别在于理论基础是激光与材料相互作用的规律。区别在于作用在材料表面的激光功率密度、冷却速度不同。作用在材料表面的激光功率密度、冷却速度不同。第四节第四节 激光热处理技术激光热处理技术一、激光表面处理设备一、激光表面处理设备激光器激光器 工作物质、激励源和谐振器三者结合在工作物质、激励源和谐振器三者结合在一起称为激光器。一起称为激光器。外围装置外围装置 外围装置主要包括光学系统、机械系外围装置主要包括光学系统、机械系统和辅助系统等。统和辅助系统等。第四节第四节 激光热处理技术激光热处理技术二、激光表面处理工艺二、激光表面处理工艺 1.激光表面相变硬化激光表面相变硬化 激光相变硬化是在固态下经受激光辐照，其表层被迅速加热到奥氏体温度以上，激光相变硬化是在固态下经受激光辐照，其表层被迅速加热到奥氏体温度以上，并在激光停止辐射后快速自淬火得到马氏体组织的一种工艺方法，所以又叫激光淬并在激光停止辐射后快速自淬火得到马氏体组织的一种工艺方法，所以又叫激光淬火，适用的材料为珠光体灰铸铁、铁素体灰铸铁、球墨铸铁、碳素钢、合金钢和马火，适用的材料为珠光体灰铸铁、铁素体灰铸铁、球墨铸铁、碳素钢、合金钢和马氏体型不锈钢等。此外，还对铝合金等进行了成功的研究和应用。氏体型不锈钢等。此外，还对铝合金等进行了成功的研究和应用。激光相变硬化的主要目的是在工件表面有选择性地局部产生硬化带以提高耐磨激光相变硬化的主要目的是在工件表面有选择性地局部产生硬化带以提高耐磨性，还可以通过在表面产生压应力来提高疲劳强度。激光相变工艺的优点是简便易性，还可以通过在表面产生压应力来提高疲劳强度。激光相变工艺的优点是简便易行，强化后工件表面光滑，变形小，基本上不需经过加工即能直接装配使用。硬化行，强化后工件表面光滑，变形小，基本上不需经过加工即能直接装配使用。硬化层具有很高的硬度，一般不回火即能应用。它特别适合于形状复杂、体积大、精加层具有很高的硬度，一般不回火即能应用。它特别适合于形状复杂、体积大、精加工后不易采用其他方法强化的工件。工后不易采用其他方法强化的工件。2.激光表面熔凝处理激光表面熔凝处理 激光熔凝处理又称上釉，是利用能量密度很高的激光束在金属表面连续扫描，激光熔凝处理又称上釉，是利用能量密度很高的激光束在金属表面连续扫描，使之迅速形成一层非常薄的熔化层，并且利用基体的吸热作用使熔池中的金属液以使之迅速形成一层非常薄的熔化层，并且利用基体的吸热作用使熔池中的金属液以106108K/S的速度冷却、凝固，从而使金属表面产生特殊的微观组织结构的一种的速度冷却、凝固，从而使金属表面产生特殊的微观组织结构的一种表面改性方法。表面改性方法。激光熔凝主要对以下三方面材料处理：铸铁、工具钢和某些能形成非晶态的材激光熔凝主要对以下三方面材料处理：铸铁、工具钢和某些能形成非晶态的材料。前两种材料通过处理以提高硬度，后者具有优良的抗腐蚀性能。根据被处理的料。前两种材料通过处理以提高硬度，后者具有优良的抗腐蚀性能。根据被处理的材料和工艺参数不同，激光熔凝处理后得到的组织有非晶组织、固溶度增大的固溶材料和工艺参数不同，激光熔凝处理后得到的组织有非晶组织、固溶度增大的固溶体、超细共晶组织和细树枝晶组织。体、超细共晶组织和细树枝晶组织。二、激光表面处理工艺二、激光表面处理工艺3.激光表面合金化激光表面合金化 激光合金化是一种既改变表层的物理状态，又改变其化学成分的激光表激光合金化是一种既改变表层的物理状态，又改变其化学成分的激光表面处理技术。它是用激光束将金属表面和外加合金元素一起熔化、混合后，面处理技术。它是用激光束将金属表面和外加合金元素一起熔化、混合后，迅速凝固在金属表面获得物理状态、组织结构和化学成分不同的新的合金迅速凝固在金属表面获得物理状态、组织结构和化学成分不同的新的合金层，从而提高表层的耐磨性、耐蚀性和高温抗氧化性等。层，从而提高表层的耐磨性、耐蚀性和高温抗氧化性等。激光合金化组织结构的主要特征与激光熔凝处理有相似之处，合金化激光合金化组织结构的主要特征与激光熔凝处理有相似之处，合金化区域具有细密的组织，成分近于均匀。激光表面合金化所采用的工艺形式区域具有细密的组织，成分近于均匀。激光表面合金化所采用的工艺形式有预置法、硬质粒子喷射法和气相合金化法。有预置法、硬质粒子喷射法和气相合金化法。4.激光表面熔覆激光表面熔覆 激光表面熔覆是使一种合金熔覆在基体材料表面，要求基体对表层合金激光表面熔覆是使一种合金熔覆在基体材料表面，要求基体对表层合金的稀释度为最小。通常将硬度高、良好抗磨、抗热、抗腐蚀和抗疲劳性能的稀释度为最小。通常将硬度高、良好抗磨、抗热、抗腐蚀和抗疲劳性能的材料选择用作覆层材料。激光表面熔覆工艺有预置法和气动喷注法。的材料选择用作覆层材料。激光表面熔覆工艺有预置法和气动喷注法。5.激光冲击硬化激光冲击硬化 激光冲击硬化是用功率密度很高的激光束，在极短的脉冲持续时间内照激光冲击硬化是用功率密度很高的激光束，在极短的脉冲持续时间内照射金属表面使其很快气化，在表面原子逸出期间产生动量脉冲而形成冲击射金属表面使其很快气化，在表面原子逸出期间产生动量脉冲而形成冲击波，或应力波作用于金属表面使表层材料显微组织中的位错密度增加，形波，或应力波作用于金属表面使表层材料显微组织中的位错密度增加，形成类似于受到爆炸冲击或高能快速平面冲击后产生的亚结构，从而提高合成类似于受到爆炸冲击或高能快速平面冲击后产生的亚结构，从而提高合金的强度、硬度和疲劳极限。金的强度、硬度和疲劳极限。第五节第五节 其他热处理工艺简介其他热处理工艺简介一、退火处理一、退火处理退火是将钢件加热到高于或低于钢的相变点适当温度，保温一退火是将钢件加热到高于或低于钢的相变点适当温度，保温一定时间。随后在炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，以定时间。随后在炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。1退火的目的退火的目的（1）降低钢件硬度，便于切削加工。）降低钢件硬度，便于切削加工。（2）消除残余应力，防止变形和开裂。）消除残余应力，防止变形和开裂。（3）消除缺陷，改善组织，细化晶粒，提高钢的力学性能。）消除缺陷，改善组织，细化晶粒，提高钢的力学性能。（4）消除前一道工序（铸造、锻造、冷加工等）所产生的内）消除前一道工序（铸造、锻造、冷加工等）所产生的内应力，为下一道工序最终热处理（淬火回火）做好组织准备。应力，为下一道工序最终热处理（淬火回火）做好组织准备。（5）消除冷作硬化，提高塑性以利于继续冷加工。）消除冷作硬化，提高塑性以利于继续冷加工。此外，退火还可以消除铸造偏析。此外，退火还可以消除铸造偏析。一、退火处理一、退火处理2.退火工艺退火工艺 退火工艺是将钢件随炉缓慢加热到退火工艺是将钢件随炉缓慢加热到Acl以下以下100200，保温一定时间后，随炉缓慢冷却至，保温一定时间后，随炉缓慢冷却至200再出再出炉空冷的一种热处理工艺。炉空冷的一种热处理工艺。退火一般在稍高于再结晶温度下进行，钢铁材料一退火一般在稍高于再结晶温度下进行，钢铁材料一般在般在550650，热模具钢及高合金钢可适当升高到，热模具钢及高合金钢可适当升高到650750。退火时间与退火温度有关，研究表明，。退火时间与退火温度有关，研究表明，在在450退火只有退火只有50%应力得到消除，而要使内应力完应力得到消除，而要使内应力完全消除，在全消除，在600需需15h，在，在650只需只需1h。为了不致。为了不致使去应力退火后冷却时再发生附加残留应力。应缓冷使去应力退火后冷却时再发生附加残留应力。应缓冷到到500以下出炉空冷。大截面工件需缓冷到以下出炉空冷。大截面工件需缓冷到300以以下出炉空冷。下出炉空冷。第五节第五节 其他热处理工艺简介其他热处理工艺简介二、回火二、回火 回火是把马氏体组织的淬火钢重新加热到回火是把马氏体组织的淬火钢重新加热到Ac1以下以下一定的温度，经适当的保温后冷却的热处理过程。一定的温度，经适当的保温后冷却的热处理过程。（1）回火的目的）回火的目的获得工件所要求的力学性能获得工件所要求的力学性能稳定工件尺寸稳定工件尺寸降低脆性降低脆性二、回火二、回火2.回火种类与应用回火种类与应用 种类种类工艺工艺获得的组织获得的组织作用作用应用应用低温低温回火回火150250回火马氏体回火马氏体硬度可达硬度可达HRC5562，使，使工件保持高的硬度和耐磨工件保持高的硬度和耐磨性性各类高碳钢的刀各类高碳钢的刀具、模具、量具具、模具、量具和滚动轴承等。和滚动轴承等。中温中温回火回火350500极细的渗碳体极细的渗碳体与铁素体的混与铁素体的混合物合物硬度可达硬度可达HRC3545，有，有较高的弹性和屈服强度较高的弹性和屈服强度各种弹簧以及强各种弹簧以及强度要求较高的零度要求较高的零件，如刀杆、轴件，如刀杆、轴套等。套等。高温高温回火回火500650细粒渗碳体与细粒渗碳体与铁素体的混合铁素体的混合物物硬度可达硬度可达HRC2335，并，并具有适当的强度与较高的具有适当的强度与较高的塑性、韧性相配合的综合塑性、韧性相配合的综合机械性能机械性能受力情况复杂的受力情况复杂的重要零件，如各重要零件，如各种轴类、齿轮、种轴类、齿轮、连杆等连杆等时效时效处理处理低温（低温（100150）长时间（长时间（1050h）保温保温保持淬火后的硬度及尺寸保持淬火后的硬度及尺寸的稳定性的稳定性某些精密的工件某些精密的工件第五节第五节 其他热处理工艺简介其他热处理工艺简介三、调质三、调质 为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。的工艺，称为调质。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。调质处理后得塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。调质处理后得到回火索氏体。回火索氏体是马氏体于回火时形成的，在在光到回火索氏体。回火索氏体是马氏体于回火时形成的，在在光学金相显微镜下放大学金相显微镜下放大500600倍以上才能分辨出来，其为铁素倍以上才能分辨出来，其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织。它也体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织。它也是马氏体的一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物的混合物。是马氏体的一种回火组