表面热处理与化学热处理.ppt

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1、表面工程第三章表面热处理及化学热处理7/25/20211主要内容3.1表面热处理3.2化学热处理7/25/20212/483.1表面热处理定义：仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺。7/25/202133.1.1表面淬火技术的原理和特点一、表面淬火技术的定义与分类（1）定义：采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）之上，快速冷却，发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺，称表面淬火技术。（2）分类：根据热源不同，可分为：感应加热火焰加热激光加热电子束加热7/25/20214（3）

2、适用范围碳含量在0.35%—1.20%的中、高碳钢；基体相当于中碳钢的普通灰铁、球铁、可锻铸铁、合金铸铁；中碳钢与球铁最适合。7/25/20215中碳钢最适合表面淬火的原因中碳钢经预先热处理（正火或调质）后进行表面淬火，不但心部有较高综合力学性能，且表面有较高硬度和耐磨性；高碳钢表面淬火后，表面硬度和耐磨性虽高，但心部塑性与韧性较低；低碳钢表面强化效果不显著。7/25/20216二、表面淬火技术与常规淬火技术的区别加热速度高，钢的相变点温度大幅度提高；快速加热，奥氏体晶粒及亚结构显著细化；加热速度很高时，钢产生无扩散奥氏

3、体相变；冷却速度比整体淬火快，硬度比普通淬火高；热源能量密度越高，加热速度越快，硬度越高。快速加热，渗碳体难以充分溶解，奥氏体成分不均匀，显微硬度不均匀；常需预先热处理，使碳化物或自由铁素体均匀、细小分布。7/25/20217三、表面淬火层的组织与性能1、组织沿试样横截面分三个区：淬硬区、过渡区、心部（1）淬硬区：全部马氏体（2）过渡区：马氏体+自由铁素体（3）心部：原始组织7/25/202182、表面淬火层的性能硬度比普通淬火工艺高2-5HRC；耐磨性比普通淬火好；提高轴类零件的疲劳强度；缺口敏感性下降。7/25/20

4、219（1）原理：工件放在有足够功律的输出的感应线圈中，在高频交流磁场作用下，产生很大感应电流，由于集肤效应而集中分布于工件表面，使受热区迅速加热到钢的相变临界温度之上，然后在冷却介质中快速冷却，使工件表层获得马氏体。3.1.1感应加热表面热处理7/25/202110高频(200~300KHz),δ=0.5~2mm中频(2500~8000Hz),δ=2~5mm工频(50Hz),δ=10~15mm碳钢：钢中电流透入深度的计算简化公式：式中，f为电流频率。7/25/202111①过热度大②细小隐晶M组织，高2～3HRC③表

5、层存在很大的残余压应力④无氧化、脱碳，工件变形很小⑤易于实现机械化与自动化(2)适用的钢种中碳钢和中碳低合金钢，例：45、40Cr、40MnB先正火或调质→心部综合性能好，表面硬（＞50HRC）(3)特点最大尺寸的马氏体片小到光学显微镜无法分辨时，称为隐晶马氏体。7/25/202112缺点：①设备较贵；②易产生尖角效应——尖角棱边过热；③形状复杂零件处理困难。7/25/202113感应加热表面淬火实物及示意图7/25/2021143.1.2火焰加热表面热处理火焰加热表面淬火示意图原理：将高温火焰或燃烧着的炽热气体喷向工件

6、表面，使其迅速加热到淬火温度，然后在淬火介质中冷却。7/25/202115优点：设备简单，成本低，方法灵活，简便易行。缺点：生产率低，易过热，质量难控制，不均匀。应用：适于单件、小批量及大型零件局部表面淬火。燃料：乙炔-氧或煤气-氧7/25/202116激光器冷水机组数控加工机床总控制台3.1.3激光表面热处理激光加工系统设备组成7/25/202117(1)定义：激光快速扫描工件表面，表面薄层急剧升温到相变点以上，激光移开后，高温薄层在基底冷却下，进行自冷淬火，从而产生相变硬化。7/25/202118（2）影响淬硬层的主

7、要因素材料成分：淬硬性和淬透性——深度、硬度。如：钢—含碳量增加—马氏体含量增加—硬度高。工艺参数：淬火层宽度—光斑直径D淬硬层深度——功率P、光斑直径D、扫描速度V表面预处理状态：a、表面组织准备—细化b、表面黑化处理—通过对激光的吸收率7/25/202119①生产率高②变形很小，局部表面③过热度大(50~200℃)，硬度高④无介质、无污染⑤不接触、光能照到就能淬火⑥易于自动化（3）特点：7/25/2021207/25/2021217/25/202122碳钢：20、35、40、45、T10、T12合金结构钢：40Cr、

8、30CrMnSiA、40CrNiMoA、38CrNi3MoV合金工具钢：GCr15、9SiCr，9CrWMn、CrWMn，4Cr5MoV1Si、W302，W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V、M42、W9Mo3Cr4V、R18、R6M5K5不锈钢：2Cr13铸铁：HT200、HT300、QT400-17、QT600-