钢表面淬火和化学热处理70页PPT

的频率，与材料的淬透性无关。
其它表面淬火方法
1.火焰加热表面淬火
淬硬深度：2～6mm。 特点：方便，成本低，但效果
差
2.激光加热表面淬火
特点： 淬硬深度：0.3～0.5mm。 特点：不需要冷却液，可对深
孔，盲空，沟槽进行淬火。
3.太阳能加热表面淬火
同激光，但受自然条件限制
钢的化学热处理
为什么亚共析钢要进行完全淬火
完全淬火—— 得到完全马 氏体。
不完全淬 火——马氏体 组织中有铁 素体出现。
为什么过共析钢只能进行不完全
淬火
完全淬火：马氏体 含碳量过高，易开 裂和形成大量残余 奥氏体；
不完全淬火：有细 小弥散渗碳体残余， 奥氏体含碳量低， 因而淬火时不易开 裂，且残余渗碳体 量少。
适用材料：低碳钢。 常用工艺：
气体渗碳 固体渗碳 特点：温度高，周期长， 渗碳后必须进行淬火。
渗碳件的淬火
直接淬火
优点：工艺简单， 降低成本
缺点：工件晶粒 粗大，易开裂。
一次淬火
优点：晶粒细化， 不易开裂
缺点：增加成本。
钢的气体氮化
原理：以氨气分解产生活性氮原子，渗入钢
表面后形成高硬度的弥散分布的氮化物。 优点：由于渗氮温度只有550～570℃，且渗后
目的：满足工件不 同部位的性能要求。
冷处理
目的：消除残余 奥氏体。
工艺：先进行普 通淬火，然后将 工件淬入低温溶 液中
常用冷处理液
冰水； 干冰+酒精； 液氮。
钢的淬透性
基本概念
淬透性：钢获得马 氏体的能力。
淬硬性：钢的硬化 能力
淬透层深度：从淬 火件表面至半马氏 体区的距离
时间/s 图2-68 T10钢过冷A等温转变曲线

转变特点 马氏体的组织类型 马氏体性能
• M体转变特点：
• ①无扩散型转变 • ②降温形成:连续冷却完成 • ③瞬时性 • ④转变的不完全性
Fe-1.8CF，e-1冷.8至C，-10冷0℃至-60℃
M形成时体积↑，造成很大 内应力。
• 冷处理：P42
1)无扩散 Fe 和 C 原子都不进展扩散，M是C过饱 和的体心立方的F体，固溶强化显著。
↓ • 总结：A体晶粒越粗大，那么晶界越少，
形核几率越小，那么A体越稳定，C曲线 右移。淬透性越好
• 三、钢的淬透性
• 〔三〕淬透性的测 定
四、钢的回火〔P127〕
1．概念(Conception)
将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度， 保温后冷却下来的一种热处理工艺。
2.目的(purpose) 〔1〕稳定工件组织、性能和尺寸 〔2〕减小或消除剩余应力，防止工件的 变形和开裂 〔3〕降低工件的强度、硬度，提高其塑 性和韧性，以满足不同工件的性能要求
C %↑→ M 硬度↑， 片状M 硬度高，塑韧性差。板条M 强度高，塑韧性较好
二、共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变
共
析
碳
钢
连
续
冷
却
水淬
无
M+AR
B
体
转变终止线
P 退火
T
S 正火
T+ 油淬 M
亚共析钢连续冷却转变 过共析钢连续冷却转变
炉冷→ F + P 空冷→ F(少量) + S 油冷→ T + M+AR 水冷→ M +AR
(三〕淬透性的测定
〔一〕钢的淬透性与淬硬性的概念
• 淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是 钢材本身固有的属性，主要取决于M体的临界冷 却速度

度高、保温时间长, 晶粒粗大.
⑵加热速度: 加热速度越快,过热 度越大, 形核率越高, 晶粒越细.
⑶合金元素：
Nb/%
Nb、Ti对奥氏体晶粒的影响
阻碍奥氏体晶粒长大的元素:
Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、
Mo、Cr、Al等碳化物和氮 化物形成元素。
析出颗粒 对黄铜晶 界的钉扎
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促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 ⑷ 原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的
由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册
中的数据是以30-50℃/h 的速度加热或冷却时测得的.
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第二节 钢在加热时的转变
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在
A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加 热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
一、奥氏体的形成过程
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10
℃
第四步 奥氏体成分均匀 共析钢奥氏体化曲线（875℃退火）
化：Fe3C溶解后，其所 温 度
在部位碳含量仍很高， ，
通过长时间保温使奥氏
体成分趋于均匀。
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共析钢奥氏体化过程
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本 相同。但由于先共析 或 二次Fe3C的存在，要获得 全部奥氏体组织，必须相 应加热到Ac3或Accm以上.
常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均 匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。
真空热处理炉
箱式可控气氛多用炉
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第三节 钢在冷却时的转变
冷却是热处理更重要的工序。 一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程

气体渗氮是将工件放入密闭的炉内加热到 500~600℃，通入氨气（NH3），氨气分 解出活性氮原子，活性氮原子被零件表面吸收并向内层扩散，与钢中的 Al、Cr、Mo 形成氮化物。
3.钢的碳氮共渗 碳氮共渗又叫氰化，是在奥氏体状态下同时将碳、氮渗入工件表层，并以渗碳为 主的化学热处理工艺。 常用的气体碳氮共渗法，即在气体渗碳的基础上，同时向炉内 送入定量的氨气， 使它们分解为活性碳原子和氮原子。共渗温度 820~870℃，共渗层表面 wc 约 0.7％~1.0%, wN 约 0.15％~0.50%。
生一个频率相同的交变磁场。将工件放入线圈内，在工件内部产生同频率的感应电流 （涡流）。由于感应电流的集肤效应（电流集中分布在工件表面）和热效应，使工件表 层迅速加热到淬火温度，而心部则仍处于相变点温度以下，随即快速冷却，从而达到 表面淬火的目的。
钢的表面淬火和化学热处理
1.1钢的表面淬火
图 2-38 感应加热表面淬火示意图
钢的表面淬火和化学热处理
1.1钢2）的感表应面加淬热表火面淬火的特点
与普通加热淬火相比，感应加热表面淬火具有如下特点： ①加热速度快，只需几秒至几十秒就可将工件表层一定深度加热至淬火温度，使 表层获得晶粒细小的奥氏体组织，淬火后表层组织为细隐晶马氏体，表面硬度比普通 淬火高 2~3HRC，且脆性较小。 ②因加热时间短，减少了氧化脱碳工件。 ③因工件内部并未加热，淬火变形小。 ④易于控制淬硬层深度，可满足各种工件对淬硬层深度的不同要求。 ⑤便于机械化和自动化生产，生产率高，适于大批量生产。 但感应加热表面淬火设备比较昂贵，零件形状复杂时感应器制造困难，因而不适 于单件小批生产。
钢的表面淬火和化学热处理
1.1钢2.的火焰表加面热淬表面火淬火
火焰淬火是应用氧乙炔（或其他可燃气体）火焰对零件表面进行快速加热，随之 快速冷却的工艺，如图 2-39 所示。

２）钢的渗氮（氮化） 渗氮是在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热 处理工艺，又称氮化。 渗氮能使零件获得比渗碳更高的表面硬度、耐磨性以及提 高其耐腐蚀性和疲劳强度。 （１）气体氮化 目前应用最广的是气体渗氮。气体渗氮是将工件置于通有 氨气（NH3）的密闭炉内，加热到500～560℃，氨分解产生的 活性氮离子[N]被工件表面吸收，并逐渐向心部扩散，从而形成 渗氮层。渗氮层的深度一般为0.1～0.6mm。 C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\热处理 录像4（钢的表面热处理与化学热处理）\氮化.rm
名称频率淬硬深度mm适用零件高频感应加热100500khz0525淬硬层较薄的中小型零件如小模数齿轮小的轴感应加热表面淬火种类及应用中频感应加热110khz310承受较大载荷和磨损零件如大模数齿轮较大凸轮等工频感应加热50hz1020要求硬层深的大型零件和钢材的穿透加热如轧辊火车车轮等感应加热速度极快时间很短仅为几秒钟加热淬火有如下特点
解的有机液体（如煤油、丙酮等），保温一段时间，渗碳气体 或有机液体在高温下分解产生活性碳原子，活性碳原子逐渐滲 入工件表面，并向心部扩散，形成一定深度的渗碳层。渗碳层 深度可通过控制保温时间来达到，一般为0.5～2.5mm。
井式渗碳炉
第1章 机械工程材料
工件渗碳后必须进行淬火和低温回火，最终表层为细小片 状的回火高碳马氏体及少量的渗碳体，这样表面可获得高的硬 度（60～64HRC）、耐磨性及疲劳强度；而心部组织取决于 钢的淬透性，一般低碳钢心部组织为铁素体和珠光体，硬度为 110～150HBS，低合金钢（20CrMnTi钢）通常心部组织为回 火低碳马氏体和少量铁素体，硬度为35～45HRC，具有较高 的强韧性和塑性。 气体渗碳的渗碳层质量高，渗碳过程易于控制，生产率 高，劳动条件好，易于实现机械化和自动化，适于成批或大量 生产。主要用于受磨损和较大冲击载荷的零件，如齿轮、活塞 销、凸轮、轴类等。

组织：球化珠光体（球粒状渗碳体 +铁素体）。
球 化 退 火
目的：消除应力，使钢的渗碳体球状化， 以降低硬度，改善切削加工性，并为以后 的热处理工序作好组织准备。 应用：主要用于共析碳钢、过共析碳钢 和合金工具钢。
加热温度：再结晶温度以上（一般为650 ～700℃
再 结 晶 退 火
目的：消除加工硬化，恢复塑性。
热处理 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ类
整体热处理：退火、正火、淬火、回火 感应加热 表面淬火 火焰加热 电接触加热 激光加热 表面热处理 渗碳 渗氮 化学热处理 碳氮共渗 渗金属等
热处理工艺曲线
热处理的基本过程都是由加热、保温和冷却三个 阶段组成的，其工艺过程用温度-时间坐标系中的 曲线图表示，这种曲线称为热处理工艺曲线。
应用：主要用于经冷塑性加工，如冷轧、 冷冲、冷拔而发生加工硬化的钢件。
去 应 力 退 火
加热温度：Ac1以下某一温度（一般为 500～650℃）
目的：消除由于塑性变形、焊接、切 削加工、铸造等形成的残余应力。
工艺方法：将工件加热到高温（1050～ 1150℃），并长时间保温，然后缓慢冷却 的退火工艺。
第 3章
一、概述
钢的热处理
二、钢在加热时的组织 三、钢在冷却时的组织 四、钢的退火与正火 五、钢的淬火 六、钢的回火
七、钢的表面热处理
八、热处理工艺的应用
概述
热处理的概念 将固态金属采用适当的方式进行加热、保温 和冷却以获得所需组织与性能的工艺。 热处理的目的
（1）提高钢的力学性能；
（2）改善钢的工艺性能。 热处理的理论依据：铁碳合金相图
温 度 加热 保 温 冷却
0
热处理工艺曲线
时间
一、钢在加热时的组织转变

• 碳素工具钢、渗碳钢、轴承钢、高速工具钢、铸铁、硬质合 金等材料均可进行气相沉积。
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（2）物理气相沉积（PVD）
• 通过蒸发或辉光放电、弧光放电、溅射等物理方法提供原 子、离子，使之在工件表面沉积形成薄膜的工艺。
• 方法：蒸镀、溅射沉积、磁控溅射、离子束沉积等。
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• 渗氮前零件须经调质处理，获得回火索氏体组织，以提高 心部的性能。渗氮后不需再热处理。
• 渗氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交变载荷 以及要求耐热、耐蚀、耐磨的零件的重要零件。
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（3）碳氮共渗技术
• 两种方法：一种是以渗碳为主碳氮共渗，另一种是以渗氮为 主的软氮化。
1）以渗碳为主的碳氮共渗 • 目的：提高工件表面的硬度和耐磨性。 • 碳氮共渗后要进行淬火、低温回火。共渗层表面组织为回火
马氏体、粒状碳氮化合物。渗层深度0.3～0.8 mm。
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碳氮共渗用钢：低碳或中碳钢、低合金钢及合金钢。
• 特点：具有温度低、时间短、变形小、硬度高、耐磨性好 、生产率高等优点。用于机床和汽车上的各种齿轮、蜗轮 、蜗杆和轴类等零件。
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（4）渗铝、渗铬、渗硼化学热处理
热处理工艺的应用
热处理技术条件是指对零件采用的热处理方法以及所应达到的
性能要求的技术性的文件。具体应根据零件性能要求，在零件 图样上标出，内容包括最终热处理方法（如调质、淬火、回火、 渗碳等）以及应达到的力学性能判据等，作为热处理生产及检 验时的依据。力学性能通常只标出硬度值，且有一定误差范围， 如弹簧淬火回火硬度45～50HRC。
• 不仅改变了钢表面的组织，而且表面层的化学成分也发生 了变化，因而能更有效地改变零件表层的性能。