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1、《材料科学与工程基础》钢的热处理工艺3钢的表面热处理钢的表面热处理工艺表面淬火化学热处理工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学性能。表面淬火齿轮1.表面淬火①定义:是一种不改变钢表层化学成分,但改变表层组织的局部热处理工艺。②工艺特征:通过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马氏体组织,而心部仍保持原有组织不变。③表面淬火用钢:选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。④表面淬火加工的方法:感应加热(高、中、工频)、火焰加热、激光加热、电子束加热法等。1.感应加热表面淬火1)感应加热的基本原理:电子感应--感应电流---涡流工件表面产生密度很高的感应电流，使
2、之迅速加热到奥氏体状态，随后快速冷却获得马氏体组织的淬火方法。感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图集肤效应电流透入深度(δ)与电流频率(f)的关系:δ=500/√f（mm）高频80~1000kHz0.5~2mm中频2500~8000Hz3~6mm工频50Hz10~15mm2)工艺要求:*表面淬火前,必须对零件进行正火或调质处理,以保证零件有良好的基体。*表面淬火后,必须对零件进行低温回火处理,以降低淬火应力和脆性。3)生产特点:淬火件的质量好;工件变形小;不易氧化及脱碳;淬火层容易控制;生产率高。设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。2.火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火的基本方法
3、2)火焰加热表面淬火的特点:设备简单,操作方便,成本低。淬火质量不稳定。适于单件、小批量及大型零件的生产。化学热处理定义:将零件置于一定的化学介质中,通过加热、保温,使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层,以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。1.化学热处理的基本过程:2)吸收:活性原子被零件表面吸收和溶解。3)扩散:活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定的扩散层。1)分解:化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。2COCO2+〔C〕2.化学热处理进行的条件:1)渗入元素的原子必须是活性原子,而且具有较大的扩散能力。2)零件本身具有吸收渗入原子的能力,即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化
4、合,形成化合物。3.化学热处理的种类:渗碳;渗氮;碳氮共渗;渗硼;渗铝;渗硫;渗硅;渗铬等。1)钢的渗碳(Carburizeofsteel)①定义:向钢的表面渗入碳原子的过程。②目的:获得具有表硬里韧性能的零件。③用钢:低碳钢和低碳合金钢。④方法:固体、气体、离子渗碳。固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱气体渗碳法示意图⑤工艺:加热温度为900～950℃;渗碳时间一般为3～9小时;⑥渗碳后的组织:1%CP+Fe3CⅡ0.2%CF+P少表面中心零件PP+F20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⑦渗碳后的热处理工艺时间温度930℃850℃
5、方案1方案2渗碳淬火加热⑦渗碳后的热处理工艺⑧热处理后的组织低碳M回+FM回+Fe3C+A残低碳合金钢F+PM回+Fe3C+A残低碳钢心部组织表层组织钢种⑨常用的钢种:15、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。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)2)钢的渗氮①定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。②目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能的零件。③用钢:中碳合金钢。④方法:气体渗氮。⑤工艺:加热温度500～600℃;保温时间0.3～0.5mm/20～50h。⑥热处理特点:渗氮前需调质处理;渗氮后不需热处理
6、。⑦渗氮处理后的组织表层:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN。心部:S回。⑧常用的钢种:35CrMo、18CrNiW、38CrMoAlA(氮化王牌钢)等。38CrMoAl气体渗氮层组织(化染)650黄色区:ε(Fe2-3N)+γ’(Fe4N);红色区:γ’(Fe4N);蓝绿色区:含氮索氏体+脉状氮化物;绿黄色区:索氏体基体。渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否需要热处理处理时间(h)处理温度(℃)名称需要3～9900～950渗碳不需要20～50500～600渗氮热处理新技术可控气氛热处理真空热处理形变热处理化学热处理电子束表面淬火激光热处理热处理新技术热处理新技术简介1.
7、可控气氛热处理在炉气成分可控的热处理炉内进行的热处理称为可控气氛热处理。在热处理时实现无氧化加热是减少金属氧化损耗，保证制件表面质量的必备条件。正确控制热处理炉内的炉气成分，可为某种热处理过程提供元素的来源，金属零件和炉气通过界面反应，其表面可以获得或失去某种元素。也可以对加热过程的工件提供保护。如可使零件不被氧化，不脱碳或不增碳，保证零件表面耐磨性和抗疲劳性。从而也可以减少零件热处理后的机加工余量及表面的清理工作。缩短
