空气动力学与飞行原理课件 16-钢的表面热处理

4.5钢的表面热处理课前回顾任务实施1.淬火的目的是什么？理想冷却曲线对冷却速度有什么要求？2.有哪些淬火方法？对应的冷却方式和应用范围是什么？3.衡量淬火工艺的指标有哪些？有什么相同点和区别？4.淬火中常见的缺陷有哪些？如何防止陷的产生？5.回火的目的是什么？回火有哪些种类？获得组织的性能如何？新课导入：齿轮的失效新课导入：齿轮的失效新课导入：齿轮的失效安全责任意识知识目标1.熟悉表面淬火的工艺流程和特点；2.熟悉化学热处理的工艺流程和特点；3.了解表面淬火和化学热处理的区别。能力目标会根据零件性能要求选择合适的热处理工艺。教学目标素质目标1.具有中国工匠精神；2.具有中华民族自豪感。钢的表面热处理对轴、齿轮、凸轮的机械性能要求表面：硬，耐磨，耐疲劳M心部：塑，韧，耐冲击F，P化学热处理表面淬火解决思路：选材低（或高）淬透性材料、低（或高）碳钢工艺只改变表层组织同时改变表层组织、成分表面热处理课堂思考（1）为了获得高的硬度和韧性，应该选择怎样成分的钢？硬度：高碳高韧性：低碳（2）为了获得高的硬度和韧性，应该选择哪种热处理工艺？高硬度：淬火高韧性：正火或调质处理一、钢的表面淬火1、基本原理表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化，当热量还未传至内层时，就进行淬火以强化零件表面的热处理方法。2、适用范围承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。中碳钢（0.4-0.5%C）或铸铁含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。含碳量过高,心部韧性下降。一般用正火或调质作为预备热处理。机床导轨一、钢的表面淬火3、常用加热方法感应加热（最为常用）利用交变电流的集肤效应在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热。一、钢的表面淬火3、常用加热方法感应加热（最为常用）一、钢的表面淬火3、常用加热方法感应加热（最为常用）：感应器的结构和种类一、钢的表面淬火3、常用加热方法感应加热（最为常用）：感应加热的分类一、钢的表面淬火3、常用加热方法感应加热（最为常用）高频感应加热（频率为250-300KHz，淬硬层深度0.5-2mm）中频感应加热（频率为2.5-8KHz，淬硬层深度2-10mm）工频感应加热（频率为50Hz，淬硬层深度10-15mm）一、钢的表面淬火3、常用加热方法感应加热（最为常用）：感应淬火的操作一、钢的表面淬火3、常用加热方法感应加热表面热处理的组织淬火后：表面：马氏体，心部：组织不变。低温（180-200℃）回火后：表面：M回火，降低淬火应力，保持高硬度和高耐磨性。心部：S回火，保证强韧性。感应加热表面热处理的工程应用用于中碳钢和中碳低合金钢,如45、40Cr、40MnB等用于齿轮、主轴、曲轴等零件表面硬化，提高耐磨性一、钢的表面淬火3、常用加热方法火焰加热利用乙炔火焰直接加热工件表面，使表层迅速达到淬火温度，喷水冷却。一、钢的表面淬火3、常用加热方法火焰加热一、钢的表面淬火3、常用加热方法激光加热淬火一、钢的表面淬火3、常用加热方法激光加热淬火利用高能量密度的激光对工件表面进行加热。一、钢的表面淬火3、常用加热方法课上练习：试比较几种不同表面淬火方法的优缺点。感应加热：加热速度快、时间短、表面氧化脱碳较小，生产率较高，便于机械化生产和自动化生产，但设备比较昂贵，零件形状复杂时感应器制造困难，不适于单件小批量生产。火焰加热：简单、方便、廉价，特别是大型工件，但质量的控制完全决定于操作者。激光加热淬火：效率高，质量好。适合批量化生产。二、钢的化学热处理1、定义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。与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。二、钢的化学热处理2、基本过程在较高的温度下：（1）一定介质(渗剂)的分解：

分解的同时释放出活性原子。渗碳：CH4→2H2+[C]渗氮：2NH3→3H2+2[N]（2）工件表面的吸收：活性原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。（3）原子向内部扩散。二、钢的化学热处理3、主要类型（1）渗碳；（2）渗氮；（3）碳氮共渗；（4）渗硫；（5）渗硼；（6）渗铬。主要介绍：渗碳，渗氮和碳氮共渗经渗碳的机车从动齿轮二、钢的化学热处理炼制钢针明朝宋应星著《天工开物》卷十《锤锻》中明确记载了渗碳炼制钢针的方法，把冷加工制成的针放入锅中“慢火炒熬”，随后用泥粉、松木炭和豆豉三种东西掩盖，密封后加热，然后开封淬火，钢针制成。问题：（1）中国古代工匠炼制钢针的过程中使用到了哪几种热处理工艺？（2）这几种热处理工艺的特点是什么？集体意识二、钢的化学热处理（1）渗碳3、主要类型气体渗碳装置示意图渗碳原理：钢的渗碳——向钢的表面渗入碳原子的工艺目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度。同时保持心部良好的韧性。渗碳用钢含0.1-0.25%C的低碳钢或低碳合金钢。如20，20Cr，20CrMnTi等二、钢的化学热处理（1）渗碳3、主要类型二、钢的化学热处理（1）渗碳3、主要类型渗碳方法：气体渗碳将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。渗剂为气体(煤气、液化气等)或有机液体(煤油、甲醇等)。优点:质量好,效率高。缺点:渗层成分与深度不易控制。二、钢的化学热处理（1）渗碳3、主要类型渗碳方法：气体渗碳设备二、钢的化学热处理（1）渗碳3、主要类型渗碳工艺过程：二、钢的化学热处理（1）渗碳3、主要类型渗碳方法：固体渗碳将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。渗剂：木炭。优点：操作简单；缺点：渗速慢，劳动条件差。二、钢的化学热处理（1）渗碳3、主要类型渗碳方法：真空渗碳法将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳。优点:表面质量好,渗碳速度快。真空渗碳炉渗碳工艺：渗碳温度：900-950℃。渗碳层厚度（由表面到过渡层一半处的厚度）：一般为0.5-2mm。渗碳层表面含碳量：以0.85-1.05%为最好。渗碳缓冷后组织：表层：P+网状Fe3CⅡ中间：过渡区心部：F+P

二、钢的化学热处理3、主要类型（1）渗碳渗碳后的热处理若要使表层具有高硬度、高耐磨性，心部具有良好的韧性，应进行渗碳后淬火和低温回火(160℃~180℃)处理，以消除淬火应力和提高韧性。渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的心部组织回火M和细粒CmF和P二、钢的化学热处理3、主要类型（1）渗碳渗碳后的热处理一次淬火+低温回火——渗碳缓冷后，重新加热到临界温度以上保温后淬火，然后低温回火。二、钢的化学热处理3、主要类型（1）渗碳（1）渗碳渗碳后的热处理A：预冷直接淬火+低温回火——渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火，然后低温回火。组织较粗大，预冷可减少渗碳层残余A，但心部有F组织：表面：高碳M回+碳化物+残余A

心部：F+低碳M回二、钢的化学热处理3、主要类型（1）渗碳渗碳后的热处理一次淬火+低温回火受载不大但表面性能要求较高的零件,淬火温度Ac1以上30-50℃，使表层晶粒细化。组织：表面：高碳M回+碳化物+残余A（少量）

心部：F+低碳M回心部组织要求高时，淬火加热温度略高于Ac3。组织：表面：高碳M回+残余A（较多）

心部：低碳M回二、钢的化学热处理3、主要类型（1）渗碳渗碳后的热处理二、钢的化学热处理3、主要类型二次淬火+低温回火——渗碳缓冷后，第一次加热为Ac3+30-50℃，细化心部。第二次表面加热为Ac1+30-50℃，细化表层。组织：表面：高碳M回+碳化物+残余A（少量）心部：低碳M回二、钢的化学热处理（1）渗碳3、主要类型渗碳后的性能表面硬度高：表面硬度58-64HRC以上，耐磨性好；

心部硬度30-45HRC，心部强韧。疲劳强度高。

二、钢的化学热处理（2）渗氮3、主要类型钢的渗氮——向钢的表面渗入氮原子的工艺目的更大地提高钢件表面的硬度和耐磨性，提高疲劳强度和抗蚀性。氮化用钢含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢。常用钢种：35CrAlA，38CrMoAlA，38CrWVAlA等氮化工艺：氮化前预处理：调质处理，获得回火索氏体组织。氮化温度：500-600℃。氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。38CrMoAl钢氮化工艺曲线图二、钢的化学热处理3、主要类型（2）渗氮二、钢的化学热处理（2）渗氮3、主要类型常用氮化方法：气体氮化法：与气体渗碳法类似，渗剂为氨。离子氮化法：在电场作用下，使电离的氮离子高速冲击作为阴极的工件。与气体氮化相比，氮化时间短，氮化层脆性小。离子氮化炉二、钢的化学热处理（2）渗氮3、主要类型氮化的特点：氮化件表面硬度高(HV1000-2000)，耐磨性高。疲劳强度高

。由于表面存在压应力。工件变形小。因氮化温度低，氮化后不需热处理。耐蚀性好。因表层形成的氮化物化学稳定性高。氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄。实际应用：用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。如丝杆、镗床主轴、机车曲轴等。二、钢的化学热处理（2）渗氮3、主要类型离子氮化法：二、钢的化学热处理（2）渗氮3、主要类型离子氮化过程：二、钢的化学热处理（2）渗氮3、主要类型离子氮化法的效果：请根据已学知识找出渗碳和渗氮工艺的异同点渗碳渗氮共同点请根据已学知识找出渗碳和渗氮工艺的异同点渗碳渗氮共同点表面渗入其他化学元素，增强表面硬度和耐磨性。温度900-95