金属热处理工艺1-3

,*,1,*,材料科,学,学与工,程,程基础,钢的热,处,处理工,艺,艺,3,钢的表,面,面热处,理,理,钢的表,面,面热处,理,理工艺,表面淬,火,火,化学热,处,处理,工艺的,核,核心,:,使零件,具,具有“,表,表硬里,韧,韧”,的力学,性,性能。,表面淬火齿轮,1.,表面淬,火,火,定义,:,是一种,不,不改变,钢,钢表层,化,化学成,分,但改变表,层,层组织的局部,热,热,处理工,艺,艺。,工艺特,征,征,:,通过快,速,速加热,使,使钢的表,层奥氏,体,体化,然后急,冷,冷,使表层,形成马氏体,组,组织,而心部,仍,仍保,持原有,组,组织不,变,变。,表面,淬,淬火用,钢,钢,:,选用中碳或中碳低,合,合金钢。,40,、,45,、,40Cr,、,40MnB,等。,表面,淬,淬火加,工,工的方,法,法,:,感应加,热,热,(,高、中,、,、工频,),、火,焰加热,、,、激光,加,加热、,电,电子束,加,加热法,等,等。,1.,感应加,热,热表面,淬,淬火,1),感应加,热,热的基,本,本原理,:,电子感,应,应,-,感应电,流,流,-,涡流,工件表,面,面产生,密,密度很,高,高的感,应,应电流,，,，使之,迅,迅速加,热,热,到奥氏体状态，,随,随后快,速,速冷却,获,获得马,氏,氏体组,织,织的淬,火,火方法,。,。,感应加热表面淬火示意图,集肤效应示意图,集肤效,应,应,电流透,入,入深度,(,),与电流,频,频率,(,f,),的关系,:,=500/,f,（,mm,）,高频,801000kHz0.52mm,中频,25008000Hz,36mm,工频,50Hz1015mm,2),工艺要,求,求,:,*,表面淬,火,火前,必须对,零,零件进,行,行正火,或调质,处,处理,以保证,零,零件有,良,良好的,基体,。,。,*,表,表面,淬,淬火,后,后,必须,对,对零,件,件进,行,行低温,回火,处,处理,以降,低,低淬,火,火应,力,力和,脆,脆性,。,。,3),生产,特,特点,:,淬火,件,件的,质,质量,好,好,;,工件,变,变,形小,;,不易,氧,氧化,及,及脱,碳,碳,;,淬火,层,层容,易,易,控制,;,生产,率,率高,。,。设,备,备投,资,资大,不适,于复,杂,杂形,状,状零,件,件和,小,小批,量,量生,产,产。,2.,火焰,加,加热,表,表面,淬,淬火,1),火焰,加,加热,表,表面,淬,淬火,的,的基,本,本方,法,法,2),火焰,加,加热,表,表面,淬,淬火,的,的特,点,点,:,设备,简,简单,操作,方,方便,成本,低,低。,淬火,质,质量,不,不稳,定,定。,适于,单,单件,、,、小,批,批量,及,及大,型,型零,件,件的,生,生产,。,。,化学,热,热处,理,理,定义,:,将零,件,件置,于,于一,定,定的,化,化学,介,介质,中,通过,加,加热,、,、保,温,温,使介,质,质,中一,种,种或,几,几种,元,元素,原,原子,渗,渗入,工件,表,表层,以改,变,变钢,表,表层,的,的化,学成,分,分和,组,组织,的,的热,处,处理,工,工艺,。,。,1.,化学,热,热处,理,理的,基,基本,过,过程,:,2),吸收,:,活性,原,原子,被,被零,件,件表,面,面吸,收,收和,溶,溶,解。,3),扩散,:,活性,原,原子,由,由零,件,件表,面,面向,内,内部,扩,扩,散,形成,一,一定,的,的扩,散,散层,。,。,1),分解,:,化学,介,介质,在,在高,温,温下,释,释放,出,出待,渗,渗,的活,性,性原,子,子。,2COCO2+,C,2.,化学,热,热处,理,理进,行,行的,条,条件,:,1),渗入,元,元素,的,的原,子,子必,须,须是活性,原,原子,而,且具,有,有较,大,大的,扩,扩散,能,能力,。,。,2),零件,本,本身,具,具有,吸,吸收,渗,渗入,原,原子,的,的能,力,力,即对,渗,渗入,原,原子,有,有一,定,定的,溶,溶解,度,度或,能,能,与之,化,化合,形成,化,化合,物,物。,3.,化学,热,热处,理,理的,种,种类,:,渗碳,;,渗氮,;,碳氮,共渗,;,渗硼,;,渗铝,;,渗硫,;,渗硅,;,渗铬,等,等。,1),钢的,渗,渗碳,(Carburizeofsteel),定义,:,向钢,的,的表,面,面渗,入,入碳原,子,子的过,程,程。,目的,:,获得,具,具有表硬,里,里韧性能,的,的零,件,件。,用钢,:,低碳,钢,钢和,低,低碳,合,合金,钢,钢。,方法,:,固体,、,、气,体,体、,离,离子,渗,渗碳,。,。,固体,渗,渗碳,法,法示,意,意图,零件,渗碳剂,试棒,盖,泥封,渗碳箱,气体,渗,渗碳,法,法示,意,意图,工,艺,艺,:,加热,温,温度,为,为,900,950;,渗碳,时,时间,一,一般,为,为,3,9,小时,;,渗,碳,碳后,的,的组,织,织,:,1%C,P+Fe3C,0.2%C,F+P,少,表面,中心,零 件,P,P+F,20,钢渗,碳,碳缓,冷,冷组,织,织,(,化染,)580,表层,珠,珠光,体,体,+,网状,渗,渗碳,体,体,;,中层,珠,珠光,体,体,;,内层,铁,铁素,体,体,+,珠光,体,体,渗碳,后,后的,热,热处,理,理工,艺,艺,时间,温度,930,850,方案,1,方案,2,渗 碳,淬火,加热,渗碳,后,后的,热,热处,理,理工,艺,艺,热处,理,理后,的,的组,织,织,低碳,M,回,+F,M,回,+Fe,3,C+A,残,低碳,合金,钢,钢,F+P,M,回,+Fe,3,C+A,残,低碳,钢,钢,心部组织,表层组织,钢种,常用,的,的钢,种,种,:15,、,20,、,20Cr,、,20Mn2,、,20CrMnTi,、,18Cr2Ni4WA,等。,20CrMnTi,钢渗,碳,碳层,组,组织,(,化染,)320,渗碳,体,体,(,白色,块,块状,)+,高碳,M(,兰色,针,针状,)+,残余,A(,棕黄,色,色,),2),钢的,渗,渗氮,定义,:,向钢,的,的表,面,面渗,入,入氮,原,原子,的,的过,程,程。,目的,:,获得,具,具有,表,表硬,里,里韧,及,及抗,蚀,蚀性,能,能,的零,件,件。,用钢,:,中碳,合,合金,钢,钢。,方法,:,气体,渗,渗氮,。,。,工,艺,艺,:,加热,温,温度,500,600;,保温,时,时间,0.3,0.5mm/20,50h,。,热,处,处理,特,特点,:,渗氮,前,前需,调,调质,处,处理,;,渗氮,后,后不,需,需热,处,处理,。,。,渗氮,处,处理,后,后的,组,组织,表层,:Fe4N,、,Fe2N,、,AlN,、,CrN,、,MoN,、,TiN,、,VN,。,心部,:S,回,。,常用,的,的钢,种,种,:35CrMo,、,18CrNiW,、,38CrMoAlA(,氮,化,化,王,王,牌,牌,钢,钢,),等,。,。,38CrMoAl,气,体,体,渗,渗,氮,氮,层,层,组,组,织,织,(,化,染,染,)650,黄,色,色,区,区,:,(Fe,2,-,3,N)+,(Fe,4,N);,红,色,色,区,区,:,(Fe,4,N);,蓝,绿,绿,色,色,区,区,:,含,氮,氮,索,索,氏,氏,体,体,+,脉,状,状,氮,氮,化,化,物,物,;,绿,黄,黄,色,色,区,区,:,索,氏,氏,体,体,基,基,体,体,。,。,渗,碳,碳,与,与,渗,渗,氮,氮,的,的,工,工,艺,艺,特,特,点,点,处理后是否需要热处理,处理时间,(h),处理温度,(),名称,需要,3,9,900,950,渗碳,不需要,20,50,500,600,渗氮,热,处,处,理,理,新,新,技,技,术,术,可,控,控,气,气,氛,氛,热,热,处,处,理,理,真,空,空,热,热,处,处,理,理,形,变,变,热,热,处,处,理,理,化,学,学,热,热,处,处,理,理,电,子,子,束,束,表,表,面,面,淬,淬,火,火,激,光,光,热,热,处,处,理,理,热,处,处,理,理,新,新,技,技,术,术,热,处,处,理,理,新,新,技,技,术,术,简,简,介,介,1.,可控气氛热,处,处理,在炉气成分,可,可控的热处,理,理炉内进行,的,的热处理称,为,为可控气氛,热,热处理。在,热,热处理时实,现,现无氧化加,热,热是减少金,属,属氧化损耗,，,，保证制件,表,表面质量的,必,必备条件。,正确控制热,处,处理炉内的,炉,炉气成分，,可,可为某种热,处,处理过程提,供,供元素的来,源,源，金属零,件,件和炉气通,过,过界面反应,，,，其表面可,以,以获得或失,去,去某种元素,。,。也可以对,加,加热过程的,工,工件提供保,护,护。,如可使零件,不,不被氧化，,不,不脱碳或不,增,增碳，保证,零,零件表面耐,磨,磨性和抗疲,劳,劳性。从而,也,也可以减少,零,零件热处理,后,后的机加工,余,余量及表面,的,的清理工作,。,。缩短生产,周,周期，节能,、,、省时，提,高,高经济效益,。,。可控气氛,热,热处理已成,为,为最成熟的,，,，在大批量,生,生产条件下,应,应用最普遍,的,的热处理技,术,术之一。,2.,真空热处理,真空热处理,是,是在,0.0133Pa,1.33Pa,真空度的真,空,空介质中对,工,工件进行热,处,处理的工艺,。,。真空热处,理,理具有无氧,化,化、无脱碳,、,、无元素贫,化,化的特点，,可,可以实现光,亮,亮热处理，,可,可以使零件,脱,脱脂、脱气,，,，避免表面,污,污染和氢脆,；,；同时可以,实,实现控制加,热,热和冷却，,减,减少热处理,变,变形。提高,材,材料性能；,还,还具有便于,自,自动化、柔,性,性化和清洁,热,热处理等优,点,点。近年已,被,被广泛采用,，,，并获得迅,速,速发展。,几乎全部热,处,处理工艺均,可,可以进行真,空,空热处理，,如,如退火、淬,火,火、回火、,渗,渗碳、氮化,、,、渗金属等,。,。而且淬火,介,介质也由最,初,初仅能气淬,，,，发展到现,在,在的油淬、,水,水淬、硝盐,淬,淬火等。,3.,离子渗扩热,处,处理,离子渗扩热,处,处理是利用阴极,(,工件,),和阳极间的,辉,辉光放电产,生,生的等离子,体,体轰击工件,，,，使工件表,层,层的成分、,组,组织及性能,发,发生变化的热处理工,艺,艺。离子渗,碳,碳的硬度、,疲,疲劳强度、,耐,耐磨性等力,学,学性能比传,统,统渗碳方法,都,都高，而且,渗,渗碳速度快,，,，特别是对,狭,狭小缝隙和,小,小孔能进行,均,均匀的渗碳,，,，渗碳层表,面,面碳浓度和,渗,渗层深度容,易,易控制，工,件,件不易产生,氧,氧化；表面,洁,洁净，耗电,省,省和无污染,。,。根据同样,的,的原理，离,子,子轰击热处,理,理还可以进,行,行离子碳氮,共,共渗、离子,硫,硫氮共渗、,离,离子渗,金属等，所,以,以在国内外,具,具有很大的,发,发展前途。,缝纫机用氮化件,经氮化的机车曲轴,激光束能量,密,密度高，加,热,热,/,冷却快，加,工,工时间短；,精确可控，,可,可以实现对,复,复杂形状合,金,金部件的加,工,工处理；,无污染，安,全,全可靠，操,作,作简单，效,率,率高。,4.,激光加热表,面,面淬火,5.,形变热处理,形变热处理,是,是将形变强化,与,与相变强化,综,综合起来的,一,一种复合强,韧,韧化处理方法。,从,从广义上来,说,说，凡是将,零,零件的成形,工,工序与组织,改,改善有效结,合,合起来的工,艺,艺都叫形变,热,热处理。,形变热处理,的,的强化机理,是,是：奥氏体,形,形变使位错,密,密度升高，,由,由于动态回,复,复形成稳定,的,的亚结构，,淬,淬火后获得,细,细小的马氏,体,体，板条马氏体,数,数量增加，,板,板条内位错,密,密度升高，使马氏体,强,强化。此外,，,，奥氏体形变,后,后位错密度,增,增加，为碳,氮,氮化物弥散,析,析出提供了条件,，,，获得弥散,强,强化效果。,弥,弥散析出的,