表面热处理与化学热处理3.29(VIP)

1、2022-5-71授课：大山时间：3.292022-5-721 1 表面热处理表面热处理2 2 化学热处理化学热处理2022-5-731 1 表面热处理表面热处理l定义：仅对钢的表面加热、冷却而不定义：仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺。改变其成分的热处理工艺。2022-5-742022-5-752022-5-762022-5-772022-5-782022-5-792022-5-710（1 1）原理：工件放在有）原理：工件放在有足够功律的输出的感应线足够功律的输出的感应线圈中，在圈中，在高频交流磁场高频交流磁场作作用下，产生很大用下，产生很大感应电流感应电流，由于由于集肤效应集

2、肤效应而集中分布而集中分布于工件表面，使受热区于工件表面，使受热区迅迅速加热速加热到钢的相变临界温到钢的相变临界温度之上，然后在冷却介质度之上，然后在冷却介质中中快速冷却快速冷却，使工件表层，使工件表层获得马氏体。获得马氏体。 1 1 感应加热表面热处理感应加热表面热处理2022-5-711高频高频(200300KHz), (200300KHz), =0.52mm =0.52mm 中频中频(25008000Hz), (25008000Hz), =25mm=25mm工频工频(50Hz), =1015mm(50Hz), =1015mmf500碳钢：碳钢：钢中电流透入深度钢中电流透入深度 的计算简化

3、公式：的计算简化公式：式中，式中，f为电流频率。为电流频率。2022-5-712 过热度大过热度大 细小隐晶细小隐晶M M组织，高组织，高2 23HRC3HRC 表层存在很大的残余压应力表层存在很大的残余压应力 无氧化、脱碳，工件变形很小无氧化、脱碳，工件变形很小 易于实现机械化与自动化易于实现机械化与自动化(2) (2) 适用的钢种适用的钢种中碳钢和中碳低合金钢，例：中碳钢和中碳低合金钢，例：4545、40Cr40Cr、40MnB40MnB先正火或调质先正火或调质心部综合性能好，表面硬（心部综合性能好，表面硬（50HRC50HRC）(3)(3)特点特点最大尺寸的马氏体片小到光学显微镜无法分辨

4、时，称为隐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。晶马氏体。2022-5-7132022-5-714感应加热表面淬火实物及示意图感应加热表面淬火实物及示意图2022-5-7152 2 火焰加热表面热处理火焰加热表面热处理火焰加热表面淬火示意图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原理：将高温火焰或燃烧着的炽热气体喷向工件表面，使其迅速加热到淬火温喷向工件表面，使其迅速加热到淬火温度，然后在淬火介质中冷却。度，然后在淬火介质中冷却。2022-5-716l优点：优点： 设备简单，成本低，方法灵活，简便易行。设备简单，成本低，方法灵活，简便易行。l缺点：缺点：

5、生产率低，易过热，质量难控制，不均匀。生产率低，易过热，质量难控制，不均匀。l应用：应用： 适于单件、小批量及大型零件局部表面淬适于单件、小批量及大型零件局部表面淬火。火。 燃料：乙炔燃料：乙炔- -氧或煤气氧或煤气- -氧氧2022-5-717激光器激光器冷水机组冷水机组数控加工数控加工机床机床总控制台总控制台3 3 激光表面热处理激光表面热处理激光加工系统设备组成激光加工系统设备组成2022-5-718(1)(1)定义：定义：激光快速扫描工件表面，表面薄层急剧升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，温到相变点以上，激光移开后，高温薄层在基底冷

6、却下，进行进行自冷淬火自冷淬火，从而产生相变硬化。，从而产生相变硬化。 2022-5-7192022-5-720 生产率高生产率高 变形很小，局部表面变形很小，局部表面 过热度大过热度大(50200)(50200)，硬度高，硬度高 无介质、无污染无介质、无污染 不接触、光能照到就能淬火不接触、光能照到就能淬火 易于自动化易于自动化（3 3）特点：）特点：2022-5-7212022-5-7222022-5-723碳钢：碳钢：2020、3535、4040、4545、T10T10、T12T12合金结构钢：合金结构钢：40Cr40Cr、30CrMnSiA30CrMnSiA、 40CrNiMoA40C

7、rNiMoA、38CrNi3MoV38CrNi3MoV合金工具钢合金工具钢：GCr15GCr15、9SiCr9SiCr，9CrWMn9CrWMn、CrWMnCrWMn，4Cr5MoV1Si4Cr5MoV1Si、 W302W302， W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2、 W18Cr4VW18Cr4V、 M42M42、W9Mo3Cr4VW9Mo3Cr4V、R18R18、R6M5K5R6M5K5不锈钢：不锈钢：2Cr132Cr13铸铁：铸铁：HT200HT200、HT300HT300、QT400-17QT400-17、QT600-2QT600-2硬质合金：硬质合金：YG8YG8、YG20YG2

8、0钛合金：钛合金：TC4TC4，铝合金：，铝合金：激光相变硬化已研究的材料激光相变硬化已研究的材料2022-5-724火车缸套火车缸套轧辊轧辊（4 4）激光相变硬化应用）激光相变硬化应用2022-5-725激光相变硬化应用激光相变硬化应用2022-5-726 抽油泵筒抽油泵筒激光相变硬化应用激光相变硬化应用2022-5-727激光硬化区的表面形貌激光硬化区的表面形貌2022-5-728激光硬化区的横截面及深度激光硬化区的横截面及深度2022-5-729激光相变区的金相组织激光相变区的金相组织2022-5-730硬化层的重叠硬化层的重叠2022-5-731搭接区的金相组织搭接区的金相组织2022

9、-5-732（1 1）定义定义：将钢件置于一定温度的活性介质中保温，将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使介质中的一种或几种元素原子使介质中的一种或几种元素原子渗入渗入工件表面，以改变工件表面，以改变钢件表层化学成分和组织的热处理工艺。钢件表层化学成分和组织的热处理工艺。 渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铝渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铝（2 2）目的：）目的：提高耐磨性、耐蚀性、抗氧化性以及疲劳强度等。提高耐磨性、耐蚀性、抗氧化性以及疲劳强度等。渗层的组织类型：固溶体、化合物渗层的组织类型：固溶体、化合物2 2 化学热处理化学热处理2022-5-733（4 4）三个基本过程）三个基本过程介质的

10、分解：形成活性原子；介质的分解：形成活性原子；表面吸收和溶解：形成固溶体或化合物；表面吸收和溶解：形成固溶体或化合物；原子扩散：形成一定的扩散层。原子扩散：形成一定的扩散层。（3 3）方法）方法气体法：应用最广气体法：应用最广液体法：熔融液体，热浸锌液体法：熔融液体，热浸锌固体法：粉末、膏剂，渗硼固体法：粉末、膏剂，渗硼等离子法：低真空中辉光放电产生的离子轰击表面等离子法：低真空中辉光放电产生的离子轰击表面2022-5-734（1 1）渗碳：）渗碳：活性碳原子活性碳原子C C渗入钢的表层。渗入钢的表层。（2 2）目的：）目的：增加表面增加表面C C含量，淬火低温回火，含量，淬火低温回火，表面硬

11、，心部韧表面硬，心部韧 （3 3）渗碳方法：）渗碳方法： 气体气体、固体固体和和液体渗碳液体渗碳（4 4）适合的钢种：）适合的钢种：低碳钢低碳钢和和低碳合金钢低碳合金钢，如，如2020、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等等1 1 渗碳渗碳2022-5-735（5 5）工艺：）工艺： 900950900950，1h, 0.5mm1h, 0.5mm； 4h, 1mm4h, 1mm渗碳层厚度：从表面到过渡层的一半处，渗碳层厚度：从表面到过渡层的一半处，0.52.5mm0.52.5mm（6 6）热处理：）热处理：淬火淬火（直接、一次和二次）（直接、一次和二次）低温回火低温回火（7 7

12、）组织与性能）组织与性能: :表层：高碳回火表层：高碳回火M M碳化物碳化物AA心部：低碳回火心部：低碳回火M M或或F F、T T性能：表面硬度高，性能：表面硬度高，58HRC64HRC58HRC64HRC；耐磨性好；心部；耐磨性好；心部 韧性好，硬度较低，疲劳强度高、表面韧性好，硬度较低，疲劳强度高、表面压应力压应力2022-5-736问题：缓冷组织？问题：缓冷组织？P+P+碳化物、碳化物、P P、P+FP+F，原始组织。，原始组织。渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图 2022-5-737气体渗碳炉气体渗碳炉2022-5-738低碳钢缓冷后的显微组织低碳钢缓冷后的显微组织2022-5

13、-7392022-5-740（3 3）工艺：）工艺：气体渗氮气体渗氮 2NH2NH3 33H3H2 2+2N 200+2N 200以上以上2 2 渗氮渗氮（1 1）氮化：）氮化：在一定温度下使在一定温度下使活性氮原子活性氮原子N N渗入工件表面。渗入工件表面。（2 2）目的：）目的：提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等2022-5-741（4 4）特点：）特点： 氮化温度低氮化温度低 500600500600 时间长时间长 2050h2050h，厚度，厚度 0.30.5mm0.30.5mm 催化剂（苯、苯胺、氯化胺等）催化剂（苯、苯胺

14、、氯化胺等）0.330.33倍倍 氮化前钢件须氮化前钢件须调质处理调质处理（5 5）组织）组织表层为白色表层为白色（FeFe2 2N N）或）或（FeFe4 4N N）相）相中间为暗黑色含氮共析体（中间为暗黑色含氮共析体（+）心部为回火心部为回火S S2022-5-742Fe-NFe-N相图相图 2022-5-74338CrMoAl38CrMoAl钢氮化工艺曲线图钢氮化工艺曲线图 2022-5-744（6 6）性能：）性能：硬度高（硬度高（1000HV1100HV1000HV1100HV），很高的耐磨性和热硬性），很高的耐磨性和热硬性表面压应力，表面压应力，疲劳强度疲劳强度温度低，零件变形小温度低，零件变形小耐蚀性好耐蚀性好（7 7）氮化用钢：）氮化用钢：35CrAlA35CrAlA、38CrMoAlA38CrMoAlA、38CrWVAlA38CrWVAlA等等2022-5-7453 3 碳氮共渗碳氮共渗同时渗入碳氮同时渗入碳氮氰化氰化（1