钢的表面热处理

钢的表面热处理钢的表面热处理教学重点与难点：表面热处理的方法及应用教学过程：

课型：新课

教学目的与要求：

1、掌握钢的表面热处理概念、两种方法；

2、掌握钢的渗碳的原理及热处理方法；

3、掌握钢的渗氮和碳氮共渗的原理及方法1、钢的普通热处理包括哪些工艺?正火、退火、淬火和回火，统称“四把火”。温故知新2、什么是调质？调质处理后钢的组织和性能怎样？淬火后高温回火的复合热处理工艺称调质。调质后的组织为回火索氏体，具有综合力学性能。3、什么是钢的淬透性？钢在淬火条件下得到M组织或淬透层深度的能力，是钢的固有属性。

截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、锻模、锤杆等工件，要求截面机械性能均匀，应选用淬透性好的钢。心部：硬度低，韧性高在生产中，有很多零件要求表面和心部具有不同的性能，一般是表面硬度高，有较高的耐磨性和疲劳强度；而心部要求有较好的塑性和韧性。表面：硬度高，耐磨表面和心部性能要求不同的零件实例

在这种情况下，单从材料选择入手或采用普通热处理方法，都有不能满足其要求。低碳钢：可满足心部要求，表面要求不能满足；高碳钢：可满足表面要求，心部要求不能满足；解决这一问题的方法是表面热处理和化学热处理

仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺称为表面热处理,也叫表面淬火。

化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。

让我们首先学习一下表面热处理吧。。。。。。表面淬火按照实现方式，表面淬火可分为：

火焰加热表面淬火感应加热表面淬火激光加热表面淬火

火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是用乙炔－氧或煤气－氧等火焰加热工件表面，进行淬火。

火焰加热表面淬火和高频感应加热表面淬火相比，具有设备简单，成本低等优点。但生产率低，零件表面存在不同程度的过热，质量控制也比较困难。因此主要适用于单件、小批量生产及大型零件（如大型齿轮、轴、轧辊等）的表面淬火。火焰加热表面淬火示意图感应加热表面淬火原理分类应用特点感应加热表面淬火原理感应线圈中通以交流电时，即在其内部和周围产生一与电流相同频率的交变磁场。若把工件置于磁场中，则在工件内部产生感应电流，并由于电阻的作用而被加热。由于交流电的集肤效应，靠近工件表面的电流密度大，而中心几乎为零。工件表面温度快速升高到相变点以上，而心部温度仍在相变点以下。感应加热后，采用水、乳化液或聚乙烯醇水溶液喷射淬火，淬火后进行180-200℃低温回火，以降低淬火应力，并保持高硬度和高耐磨性。

感应加热表面淬火示意图电流频率与淬硬深度的关系在淬火温度状态下，电流透入的深度与感应电流的频率有关，电流频率越高，电流透入深度越薄，淬火后硬化层也就越薄。

感应加热表面淬火分类名称频率（HZ）淬硬深度（mm)适用零件高频感应加热100~1000K0.2~2中小型，如小模数齿轮，直径较小的圆柱型零件中频感应加热500~100002~8中大型，如直径较大的轴，大中等模数的齿轮工频感应加热5010~15以上大型零件，如直径大于300mm的轧辊及轴类零件感应加热表面淬火应用范围

一般用于中碳钢和中碳低合金钢,如45、40Cr、40MnB钢等。用于齿轮、轴类零件的表面硬化，提高耐磨性。

为零件心部的性能，感应加热淬火的预备热处理常采用正火或调质。

感应加热淬火零件的加工工艺路线为：下料-----锻造-----调质或正火------切削加工-----感应加热淬火+低温回火-----精加工-----检验感应加热表面淬火特点高频感应加热时，钢的奥氏体化是在较大的过热度（Ac3以上80℃～150℃)进行的,因此晶核多,且不易长大，组织细小。表面层淬得马氏体后,由于体积膨胀在工件表面层造成较大的残余压应力,显著提高工件的疲劳强度。因加热速度快，没有保温时间，工件的氧化脱碳少。另外，由于内部未加热，工件的淬火变形也小。加热温度和淬硬层厚度（从表面到半马氏体区的距离）容易控制，便于实现机械化和自动化。工艺设备较贵，维修调整困难，对于形状复杂的零件的感应器不易制造。化学热处理将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学热处理化学热处理的作用主要有以下两个方面，一方面是提高工件表层的某些力学性能，如表层硬度、耐磨性、疲劳极限等。另一方面是保护工件表面，提高工件表层的物理、化学性能，如耐高温、耐腐蚀等。按渗入的元素不同，化学热处理可分为：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等。渗入元素介质可以是固体、液体和气体。化学热处理

基本过程：活性介质分解，表面吸收，向内部扩散。渗碳钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入到钢表层的化学热处理工艺叫渗碳。目的：提高表层的硬度的耐磨性，并保持心部良好的韧性。渗碳渗碳适用于含碳量为0.10-0.25%的低碳钢或低碳合金钢，经渗碳和淬火、低温回火后，可在零件的表层和心部分别获得高碳和低碳组织，使高碳钢和低碳钢的不同性能结合在一个零件上，从而满足了零件的使用性能要求。渗碳根据渗碳剂的不同，渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。气体渗碳法的生产率高，渗碳过程容易控制，渗碳层质量好，且易实现机械化与自动化，故应用最广。本节将介绍国内应用较广的气体渗碳法。气体渗碳滴注法气体渗碳法是把工件置于密封的井式气体渗碳炉中，通入渗碳剂，并加热到渗碳温度900-950℃（常用930℃），使工件在高温的气氛中进行渗碳。炉内的渗碳气氛主要由滴入炉内的煤油、丙酮、甲苯及甲醇等有机液体在高温下分解而成，主要由CO、CO2、H2和CH4等组成。

激光热处理技术简介

激光表面处理技术是近二十年来发展起来的一种新兴材料表面处理技术，尤其是进入八十年代以来，大功率工业激光器和辅助设备的制造技术日益提高，各种激光表面处理技术日益成熟，使得激光表面处理技术的工业应用和深入研究异常活跃，在欧美和日本，大功率激光器商业化程度很高，发展非常迅速，是工业发达国光家非常瞩目的一项新技术。

激表面处理技术可以解决其他表面处理方法无法解决或不好的材料强化问题。激光表面处理技术是利用激光束对金属表面进行瞬间淬头处理，经激光处理后，铸铁表层强度可达到HRC60度以上，中碳及高碳的碳钢，合金钢

的表层硬度可达HRC70度以上，从而提高其抗磨损，抗疲劳、耐腐蚀、防氧化等性能，延长其使用寿命。激光热处理技术与其他热处理如高频感淬头，渗碳、渗氮等传统工艺相比，具有以下特点：

无需使用外加材料，仅改变被处理材料表面层的组织结构。处理后的改性层具有足够的厚度，可根据需要调整深浅一般可达0.1-0.8mm。

处理层和基体结合强度高。激光表面处理的改性层和基体材料之间是致密的冶金结合，而且处理层本身是致密的冶金组织，具有较高的硬度和耐磨性。

3.

被处理件变形极小，由于激光功率密度高，与零件的作用时间很短（10-2-10秒），故零件的热影响区和整体变化都很小。故适合于高精度零件处理，作为材料和零件的最后处理工序。4.

加工柔性好，适用面广。利用灵活的导光系统可随意将激光导向处理部位，从而可方便地处理深孔、内孔、盲孔和凹槽等，可进行选择性的局部处理。

工艺简单优越。激