钢的表面热处理

钢的表面热处理钢的表面热处理表面淬火：仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。表面淬火：仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。原理：通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在热量尚未充分原理：通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在热量尚未充分传到零件中心时就立即予以冷却淬火，得到马氏体组织。传到零件中心时就立即予以冷却淬火，得到马氏体组织。目的：使工件表面获得高硬度和高耐磨性，而心部保持较好的目的：使工件表面获得高硬度和高耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性，以提高其在扭转、弯曲、循环应力或在摩擦、冲塑性和韧性，以提高其在扭转、弯曲、循环应力或在摩擦、冲击、接触应力等工作条件下的使用寿命。击、接触应力等工作条件下的使用寿命。一、表面淬火一、表面淬火适用：中碳钢、中碳合金钢。适用：中碳钢、中碳合金钢。方法：火焰加热表面淬火、感应加热表面淬、电接触加热表方法：火焰加热表面淬火、感应加热表面淬、电接触加热表面淬火、激光加热表面淬火。面淬火、激光加热表面淬火。（1 1）感应加热表面淬火）感应加热表面淬火1 1）感应加热基本原理感应加热基本原理利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面受到利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面受到局部加热，并进行快速冷却的淬火工艺。局部加热，并进行快速冷却的淬火工艺。特点：特点：加热速度快。加热速度快。淬火质量好。淬火质量好。淬硬层深度易于控制，易实现机械化淬硬层深度易于控制，易实现机械化 和自动化，适用于大批量生产。和自动化，适用于大批量生产。2 2）感应加热表面淬火类型）感应加热表面淬火类型高频感应高频感应加热表面淬火加热表面淬火常用频率为常用频率为200200300 kHz300 kHz，淬硬层深度为，淬硬层深度为0.50.52 mm2 mm。用于淬硬层较薄的中、小模数齿轮和中、小尺寸轴类零件用于淬硬层较薄的中、小模数齿轮和中、小尺寸轴类零件等。等。中频感应加热中频感应加热表面淬火表面淬火常用频率为常用频率为250025008000 Hz8000 Hz，淬硬层深度为，淬硬层深度为2 210 mm10 mm。主要用于大、中模数齿轮和较大直径轴类零件等。主要用于大、中模数齿轮和较大直径轴类零件等。工频感应加热工频感应加热表面淬火表面淬火电流频率为电流频率为50Hz50Hz，淬硬层深度为，淬硬层深度为lOlO20 mm20 mm。用于大直径零件（如轧辊、火车车轮等）的表面淬火和大用于大直径零件（如轧辊、火车车轮等）的表面淬火和大直径钢件的穿透加热。直径钢件的穿透加热。二、表面化学热处理二、表面化学热处理化学热处理化学热处理将工件置于一定温度的将工件置于一定温度的活性介质活性介质中保温，使中保温，使一种或几种元素渗入它的表层一种或几种元素渗入它的表层，以，以改变其化学成分、组织和改变其化学成分、组织和性能性能的热处理工艺。的热处理工艺。不仅改变了钢表面的组织，而且表面层的化学成分也发生了不仅改变了钢表面的组织，而且表面层的化学成分也发生了变化，因而能更有效地改变零件表层的性能。变化，因而能更有效地改变零件表层的性能。根据渗入元素分类：根据渗入元素分类：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等。等。化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程分解分解 吸收吸收 扩散扩散 （1 1）钢的渗碳及其应用）钢的渗碳及其应用渗碳渗碳将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺。入工件表层的化学热处理工艺。目的：提高钢件表层的含碳量，淬火与回火后表面硬、心目的：提高钢件表层的含碳量，淬火与回火后表面硬、心部韧。部韧。材料：低碳钢、低碳合金钢。材料：低碳钢、低碳合金钢。渗碳后处理：淬火及低温回火。渗碳后处理：淬火及低温回火。工艺路线：工艺路线：锻造锻造正火正火机械加工机械加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火。低温回火。渗碳方法：固体渗碳法、液体渗碳法和气体渗碳法三种。渗碳方法：固体渗碳法、液体渗碳法和气体渗碳法三种。渗碳后的组织及热处理渗碳后的组织及热处理 低碳钢件渗碳后表层含碳量低碳钢件渗碳后表层含碳量0.850.851.051.05为最佳。表层为为最佳。表层为过共析组织过共析组织（珠光体和网状二次渗碳体），与其相邻为（珠光体和网状二次渗碳体），与其相邻为共析共析组织组织（珠光体），再向里为（珠光体），再向里为亚共析组织亚共析组织的过渡层（珠光体和的过渡层（珠光体和铁素体），心部为原铁素体），心部为原低碳钢组织低碳钢组织（铁素体和少量珠光体）（铁素体和少量珠光体）工件的渗碳层深度取决于工件尺寸和工作条件，一般为工件的渗碳层深度取决于工件尺寸和工作条件，一般为0.50.52.5 mm2.5 mm。为使工件表面具有高硬度、高耐磨性，必须对渗碳工件进行为使工件表面具有高硬度、高耐磨性，必须对渗碳工件进行淬火和低温回火。淬火和低温回火。渗碳后常用的淬火方法渗碳后常用的淬火方法1 1）直接淬火）直接淬火工件从渗碳温度预冷到略高于心部工件从渗碳温度预冷到略高于心部ArAr3 3的某一温度，立即放入的某一温度，立即放入水或油中。预冷是为了减少淬火应力和变形。水或油中。预冷是为了减少淬火应力和变形。2 2）一次淬火）一次淬火第一次淬火是为了改善心部组织和消除表面网状二次渗碳体，第一次淬火是为了改善心部组织和消除表面网状二次渗碳体，加热温度为加热温度为AcAc3 3以上以上30305050。3 3）二次淬火）二次淬火第二次淬火是为细化工件表层组织，获得细马氏体和均匀分第二次淬火是为细化工件表层组织，获得细马氏体和均匀分布的粒状二次渗碳体，加热温度为布的粒状二次渗碳体，加热温度为AcAc1 1以上以上30305050，二次淬，二次淬火法工艺复杂，生产周期长，成本高，变形大，只适用于表火法工艺复杂，生产周期长，成本高，变形大，只适用于表面耐磨性和心部韧性要求高的零件。面耐磨性和心部韧性要求高的零件。（2 2）钢的渗氮（氮化）钢的渗氮（氮化）渗氮渗氮：在一定温度，一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热：在一定温度，一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。处理工艺。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性。l l）渗氮用钢）渗氮用钢渗氮用钢一般是含有渗氮用钢一般是含有AlAl、CrCr、MoMo、TiTi、V V等合金元素的钢，这等合金元素的钢，这些元素能与些元素能与N N形成颗粒细小、分布均匀、硬度高的各种氮化物形成颗粒细小、分布均匀、硬度高的各种氮化物（CrNCrN、MoNMoN、AlNAlN），渗氮后工件表面有很高的硬度（），渗氮后工件表面有很高的硬度（100010001200HV1200HV，相当于，相当于72HRC72HRC）和耐磨性，因此渗氮后不需再进行淬）和耐磨性，因此渗氮后不需再进行淬火。火。2 2）常用渗氮方法）常用渗氮方法 气体渗氮：在有活性氮原子的气体中进行渗氮。气体渗氮：在有活性氮原子的气体中进行渗氮。离子渗氮离子渗氮：在低于：在低于1101105 5PaPa的渗氮气氛中，利用工件（阴极）的渗氮气氛中，利用工件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的工艺。和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的工艺。3 3）渗氮和渗碳相比有何特点？）渗氮和渗碳相比有何特点？氮原子的渗入使渗氮层内形成残留压应力，可提高疲劳强氮原子的渗入使渗氮层内形成残留压应力，可提高疲劳强度（度（25253535）；渗氮层表面由致密的、连续的氮化物）；渗氮层表面由致密的、连续的氮化物组成，使工件具有很高的耐蚀性；渗氮温度低，工件变形组成，使工件具有很高的耐蚀性；渗氮温度低，工件变形小；渗氮层很薄（小；渗氮层很薄（0.60.60.70mm0.70mm），渗氮后只能精磨、研），渗氮后只能精磨、研磨或抛光。渗氮层较脆，不能承受冲击力，生产周期长磨或抛光。渗氮层较脆，不能承受冲击力，生产周期长（例如（例如0.30.30.5mm0.5mm的渗层，需要的渗层，需要303050h50h），成本高。），成本高。渗氮前零件须经调质处理，获得回火索氏体组织，以提高渗氮前零件须经调质处理，获得回火索氏体组织，以提高心部的性能。渗氮后不需再热处理。心部的性能。渗氮后不需再热处理。渗氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交变载荷渗氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交变载荷以及要求耐热、耐蚀、耐磨的零件的重要零件。以及要求耐热、耐蚀、耐磨的零件的重要零件。（3 3）碳氮共渗技术）碳氮共渗技术两种方法：一种是以渗碳为主碳氮共渗两种方法：一种是以渗碳为主碳氮共渗，另一种是以渗氮为，另一种是以渗氮为主的软氮化。主的软氮化。1 1）以渗碳为主的碳氮共渗）以渗碳为主的碳氮共渗目的：提高工件表面的硬度和耐磨性。目的：提高工件表面的硬度和耐磨性。碳氮共渗后要进行淬火、低温回火。共渗层表面组织为回火碳氮共渗后要进行淬火、低温回火。共渗层表面组织为回火马氏体、粒状碳氮化合物。渗层深度马氏体、粒状碳氮化合物。渗层深度0.30.30.8 mm0.8 mm。l碳氮共渗用钢：低碳或中碳钢、低合金钢及合金钢。碳氮共渗用钢：低碳或中碳钢、低合金钢及合金钢。特点：具有温度低、时间短、变形小、硬度高、耐磨性好、特点：具有温度低、时间短、变形小、硬度高、耐磨性好、生产率高等优点。用于机床和汽车上的各种齿轮、蜗轮、生产率高等优点。用于机床和汽车上的各种齿轮、蜗轮、蜗杆和轴类等零件。蜗杆和轴类等零件。（4 4）渗铝、渗铬、渗硼化学热处理）渗铝、渗铬、渗硼化学热处理1 1）渗铝渗铝：向工件表面渗入铝原子的过程。适用于石油、化工、：向工件表面渗入铝原子的过程。适用于石油、化工、冶金等方面的管道和容器。冶金等方面的管道和容器。2 2）渗铬渗铬：向工件表面渗入铬原子的过程。渗铬工件具有耐蚀、：向工件表面渗入铬原子的过程。渗铬工件具有耐蚀、抗氧化、耐磨和较好的抗疲劳性能，兼有渗碳、渗氮、渗铝抗氧化、耐磨和较好的抗疲劳性能，兼有渗碳、渗氮、渗铝的优点。的优点。3 3）渗硼）渗硼:向工件表面渗入硼原子的过程。渗硼工件具有高硬度、向工件表面渗入硼原子的过程。渗硼工件具有高硬度、高耐磨性和好的热硬性（可达高耐磨性和好的热硬性（可达800800）。）。三三.表面气相沉积表面气相沉积分为化学气相沉积（分为化学气相沉积（CVDCVD）和物理气相沉积（）和物理气相沉积（PVDPVD）两类）两类（1 1）化学气相沉积）化学气相沉积（CVDCVD）化学气相沉积化学气相沉积：将工件置于炉内加热到高温后，向炉内通人将工件置于炉内加热到高温后，向炉内通人反应气（低温下可汽化的金属盐），使其在炉内发生分解或反应气（低温下可汽化的金属盐），使其在炉内发生分解或化学反应，并在工件上沉积成一层所要求的金属或金属化合化学反应，并在工件上沉积成一层所要求的金属或金属化合物薄膜的方法。物薄膜的方法。碳素工具钢、渗碳钢、轴承钢、高速工具钢、铸铁、硬质合碳素工具钢、渗碳钢、轴承钢、高速工具钢、铸铁、硬质合金等材料均可进行气相沉积。金等材料均可进行气相沉积。（2 2）物理气相沉积（）物理气相沉积（PVDPVD）通过蒸发或辉光放电、弧光放电、溅射等物理方法提供原通过蒸发或辉光放电、弧光放电、溅射等物理方法提供原子、离子，使之在工件表面沉积形成薄膜的工艺。子、离子，使之在工件表面沉积形成薄膜的工艺。方法：蒸镀、溅射沉积、磁控溅射、离子束沉积等。方法：蒸镀、溅射沉积、磁控溅射、离子束沉积等。热处理工艺的应用热处理工艺的应用热处理技术条件是指对零件采用的热处理方法以及所应达到的热处理技术条件是指对零件采用的热处理方法以及所应达到的性能要求的技术性的文件。具体应根据零件性能要求，在零件性能要求的技术性的文件。具体应根据零件性能要求，在零件图样上标出，内容包括最终热处理方法（如调质、淬火、回火、图样上标出，内容包括最终热处理方法（如调质、淬火、回火、渗碳等）以及应达到的力学性能判据等，作为热处理生产及检渗碳等）以及应达到的力学性能判据等，作为热处理生产及检验时的依据。力学性能通常只标出硬度值，且有一定误差范围，验时的依据。力学性能通常只标出硬度值，且有一定误差范围，如弹簧淬火回火硬度如弹簧淬火回火硬度454550HRC50HRC。1 1.热处理工艺代号热处理工艺代号热处理工艺代号由基础分类工艺代号和附加分类工艺代号组成。热处理工艺代号由基础分类工艺代号和附加分类工艺代号组成。基础分类工艺代号根据工艺总称、工艺类型、工艺名称（按获基础分类工艺代号根据工艺总称、工艺类型、工艺名称（按获得的组织状态或渗人元素进行分类），将热处理工艺按三个层得的组织状态或渗人元素进行分类），将热处理工艺按三个层次进行分类，均有相应的代号。次进行分类，均有相应的代号。表表4 46 6 热处理工艺分类及代号热处理工艺分类及代号表表4 47 7 加热方式及代号加热方式及代号表表4 48 8 退火工艺及代号退火工艺及代号表表4-9 4-9 淬火冷却介质和冷却方法及代号淬火冷却介质和冷却方法及代号2.2.热处理工序位置安排热处理工序位置安排（1 1）预先热处理工序位置（退火、正火、调质）预先热处理工序位置（退火、正火、调质）安排在毛坯生产之后、切削加工之前，或粗加工之后、半精加安排在毛坯生产之后、切削加工之前，或粗加工之后、半精加工之前。工之前。1 1）退火、正火工序位置）退火、正火工序位置 毛坯生产毛坯生产 退火（或正火）退火（或正火）切削加工。切削加工。2 2）调质工序位置）调质工序位置 下料下料 锻造锻造 正火（或退火）正火（或退火）粗加工（留余量）粗加工（留余量）调质调质 半精加工（或精加工）半精加工（或精加工）（2 2）最终热处理工序位置）最终热处理工序位置（淬火、回火、渗碳、渗氮）（淬火、回火、渗碳、渗氮）1 1）淬火工序位置（整体淬火和表面淬火）淬火工序位置（整体淬火和表面淬火）（1 1）整体淬火工序位置）整体淬火工序位置下料下料 锻造锻造 退火（或正火）退火（或正火）粗加工、半精加工粗加工、半精加工（留余量）（留余量）淬火、回火（低、中温）淬火、回火（低、中温）磨削。磨削。2 2）表面淬火工序位置）表面淬火工序位置下料下料 锻造锻造 退火（或正火）退火（或正火）粗加工粗加工 调质调质 半精加工（留余量）半精加工（留余量）表面淬火、低温回火表面淬火、低温回火 磨削。磨削。3 3）渗碳工序位置（整体渗碳和局部渗碳）渗碳工序位置（整体渗碳和局部渗碳）下料下料 锻造锻造 正火正火 粗、半精加工（留防渗余粗、半精加工（留防渗余量或镀铜）量或镀铜）渗碳渗碳 淬火、低温回火淬火、低温回火 磨削磨削 切除防渗余量切除防渗余量4 4）渗氮工序位置）渗氮工序位置下料下料 锻造锻造 退火退火 粗加工粗加工 调质调质 半精加半精加工工 去应力退火（高温回火）去应力退火（高温回火）粗磨粗磨 渗氮渗氮 精磨、研磨或抛光。精磨、研磨或抛光。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！28