第六节 钢的形变热处理课件

钢的表面热处理

钢的表面淬火工艺的核心：使零件具有“表硬心韧”的力学性能。第六节钢的形变热处理表面淬火一、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。第六节钢的形变热处理三、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:1、感应加热(高、中、工频)表面淬火。

2、火焰加热表面淬火。

3、激光加热表面淬火等。第六节钢的形变热处理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(δ)与电流频率(f)的关系:δ=500/√f（mm）第六节钢的形变热处理集肤效应示意图感应加热表面淬火示意图rclx_感应加热.mpg第六节钢的形变热处理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。第六节钢的形变热处理(1)高频加热

常用频率为（200～300）KHZ，淬硬层深度为（0.5～2.5）mm，适用于中、小型零件，如小模数齿轮、轴类等。

(2)中频加热

常用频率为（2500～8000）HZ，淬硬层深度为（2～10）mm，适用于直径较大的轴类和大、中模数齿轮以及钢轨、机床导轨等。

(3)工频加热电流频率为50HZ，不需要频设备，城市用交流电即可，适用于淬硬层深度为（10～20）mm以上的大型工件或用于穿透加热。如火车车轮等的表面淬火。第六节钢的形变热处理优缺点：感应加热表面淬火加热速度快，生产率高，加热温度和淬硬层深度容易控制，工件表面氧化和脱碳少，工件变形小，可以使全部淬火过程实现机械化、自动化。其缺点是设备较昂贵，形状复杂的零件感应圈不易制造，且仅适用于大批量生产。适用过程：调质处理---表面淬火---低温回火。第六节钢的形变热处理2.火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火的基本方法火焰加热.wmv第六节钢的形变热处理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。第六节钢的形变热处理3、激光加热表面淬火

用激光束扫描工件表面，使表面迅速加热到钢的临界点以上，当激光束离开工件表面时，由于基体金属的大量吸热，使表面获得急速冷却，无需冷却介质。rclx_激光淬火.avi

激光淬火后表层获得极细的马氏体组织，硬度高，耐磨性好。能对形状复杂的工件，如工件的拐角、沟槽、盲孔底部或深孔的侧壁进行处理。第六节钢的形变热处理钢的化学热处理

(ChemicalHeatTreatment)一、定义

将零件置于一定的化学介中,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。

第六节钢的形变热处理二、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。

2COCO2+〔C〕第六节钢的形变热处理三、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。第六节钢的形变热处理（一）.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、液体渗碳。第六节钢的形变热处理1）固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱第六节钢的形变热处理2）气体渗碳.wmv第六节钢的形变热处理

固体渗碳设备简单，适用大小不同的零件，单件小批量生产，在一些中、小型工厂中仍有采用。但其生产率低，劳动条件差，质量不易控制。目前大量生产中广泛采用的是气体渗碳法。渗碳后的钢件常采用淬火加低温回火，其目的是使表层具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定强度和较高的韧性。一些承受冲击的耐磨零件，如轴、齿轮、凸轮、活塞销等大都进行渗碳，但在高温下工作的耐磨件不宜用渗碳处理。3）渗碳特点及适用范围第六节钢的形变热处理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%C

F+P少表面中心零件PP+F第六节钢的形变热处理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+珠光体第六节钢的形变热处理7、渗碳后的热处理工艺时间温度930℃850℃方案1方案2渗碳淬火加热第六节钢的形变热处理7、渗碳后的热处理工艺第六节钢的形变热处理不同钢种热处理后的组织低碳M回+FM回+Cm+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4)常用的钢种:

15、20、20Cr、20Mn2、

20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。第六节钢的形变热处理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)第六节钢的形变热处理（二）.钢的渗氮(Nitridationofsteel)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，离子渗氮，碳氮共渗。氮化.wmv第六节钢的形变热处理优缺点：渗氮后不需淬火，因此变形很小。是氮化生产周期长、工艺复杂，而且要用合金钢使钢种受限制，因此氮化零件的成本较高，它多用于要求耐磨、耐疲劳、耐蚀的工件上，精密机床的主轴、丝杆、高速精密齿轮、镗床镗杆、磨床主轴，汽轮机的阀门、阀杆等。

第六节钢的形变热处理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。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。第六节钢的形变热处理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。第六节钢的形变热处理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渗氮第六节钢的形变热处理（三）.钢的碳氮共渗---氰化处理

(Carbonitridingofsteel)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