表面热处理及化学热处理.ppt

2.4.4 钢的表面热处理 2.4.5 钢的化学热处理 2.4.4 钢的表面热处理工艺 感应加热 火焰加热 电接触加热 电解加热 工艺的核心:使零件具有“表硬里韧” 的力学性能。 一.表面淬火( Surface Hardening ) 一) 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。 二) 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 持不变。 三)表面淬火用钢: 选用中碳或中碳低合金钢。40 、45、40Cr、40MnB等。 四)表面淬火加工的方法: 感应加热( 高、中、工频 )、火 焰加热、电接触加热法等。 1.感应加热表面淬火 1)感应加热的基本原理: * 感应电流 - 涡流 * 集肤效应 *淬火层深度()与电电流频频率( f )的关系: = 500 / f （mm） 2)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 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。 2.4.5 化学热处理 ( Chemical Heat Treatment ) 一)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。 二) 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。 2CO CO2 +C 三) 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 与之化合, 形成化合物。 四) 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 ( Carburize of steel ) 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、液体渗碳。 5)工艺: 加热温度为900950; 渗碳时间一般 为39小时; 6)渗碳后的组织: 20CrMnTi 1%C P+Fe3C 0.2%C F + P少 表面中心 零 件 PP+F 7) 渗碳后的热处理工艺 时间 温度 930 850 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+Cm+A残低碳 合金钢 低碳M回+ FM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。 2.钢的渗氮 ( Nitridation of steel ) 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500600; 保温时间0.30.5mm/2050h。 6)热处理特点: 渗氮前需调质处理; 渗氮后不需热处理。 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 : 35 CrMo、18CrNiW、 38 CrMoAlA ( 氮化王牌钢 ) 等。 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39900950渗碳 不需要2050500600渗氮 3.钢的碳氮共渗-氰化处理 ( Carbonitriding of steel ) 1)定义:向钢的表面同时渗入碳和氮原 子的过程。 2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。 3)方法: 固体碳氮共渗 气体碳氮共渗 液体碳氮共渗 高温 中温 低温 4)工艺: 合金结构钢 HRC5360 中温气体碳 氮共渗 800860 18 以渗碳为主 0.50.8mm 淬火+低温回火 合金工具钢 HRC5463 低温气体碳 氮共渗 500600 16 以渗氮为主 0.10.4mm 不需要 材料 性能 名称 温度 () 时间(h) 作用 渗层 热处理 4.钢铁的氧化和磷化 1）钢铁的氧化 钢铁的氧化处理又称发蓝、发黑，指将钢铁件放入 苛性钠、亚硝酸钠的溶液中处理，使其表面生成一层氧 化膜，膜层一般呈蓝黑色或深黑色。含硅量较高的呈灰 褐色和黑褐色。为提高氧化膜的耐蚀性，可在发蓝后浸 油或经磷酸盐或重铬酸盐处理。 2）钢铁的磷化 钢铁的磷化是指钢铁在某些酸性磷酸盐为主的溶液中 处理，使其表面沉积形成一层不溶于水的磷酸盐转化膜 的过程。磷化层呈灰色和暗灰色的结晶状态，厚度为 150微米。耐蚀能力为发蓝的210倍。 ENDEND！ 感应加热表面淬火示意图 集肤效应示意图 20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 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 ) 38 CrMoAl 气体渗氮层组织 ( 化染 ) 650 黄色区 : ( Fe2-3N ) + ( Fe4N ) ; 红色区 : ( Fe4N ) ; 蓝绿色区:含氮索氏体 + 脉状氮化物; 绿黄色区:索氏体基体。 20 CrMnTi 钢碳氮共渗层组织 ( 化染 ) 100 针