热处理与表层改性工艺对零件性能的影响

1 序言45钢是应用最广泛的钢种之一，几乎所有的热处理工作者都和它打过交道，大多数同仁认为45钢是很难缠的“对手”，水淬易裂，油淬不硬。

该钢主要用于制造各种锻件，大锻件在正火状态下使用，也可调质；小锻件基本施以调质。

根据需要，淬火后也可低温或中温回火。

随着国民经济的发展和外向型经济的需求，45钢不仅用来制造工程上的各种构件，而且可以制造低档模具，以及慢速切削丝锥、板牙等刀具，还可以用来制造钢丝钳、扳手、起子、榔头等各种五金工具，以及各种园林工具和农机工具。

以下简介45钢热处理工艺及表层改性方面的工艺，供业界同仁参考。

2 45钢的化学成分、热处理临界点及通用工艺45钢的化学成分见表1，热处理临界点见表2。

表1 45钢的化学成分（质量分数）（%）C Si Mn S P Cr Ni Cu0.42~0.500.17~0.370.50~0.80≤0.035≤0.035≤0.25≤0.30≤0.25表2 45钢的热处理临界点（℃）Ac1Ac3Ar1Ms72478075130045钢的通用热处理工艺如下：1）毛坯软化处理：740~760℃×4~6h，以50~100℃/h的冷却速度，炉冷至600℃出炉空冷。

2）正火：850~870℃加热，出炉后空冷。

3）调质：840~860℃加热淬火，450~550℃回火。

4）淬火+回火：820~840℃加热淬火，根据实际情况，选择合适的冷却剂；回火工艺根据工件要求的力学性能而定。

3 45钢的沸水淬火45钢的淬透性较差，自来水冷却时的临界淬火直径为10~15mm，盐水冷却时也不超过25mm。

工件尺寸若超过临界淬火直径，则调质效果差，尺寸越大效果越差。

因此，45钢的大截面工件调质处理，沿截面不会得到均匀的组织，达不到调质的效果。

为了改善这一状况，一般采用提高加热温度或选用剧烈的冷却介质，前者会引起氧化脱碳，且能耗大，后者易引起变形开裂。

因此，对于超过临界直径淬火的工件，往往采用正火作为最终处理，但正火除冷却速度较慢外，冷却速度还要受到环境、气温、温度的影响，使硬度无法控制，正火的质量难以保证。

1。

3.3表面改性技术1.喷丸强化：它是在受喷材料的再结晶温度下进行的一种冷加工方法，加工过程由弹丸在很高速度下撞击受喷工件表面而完成。

喷丸可应用于表面清理、光整加工、喷丸校形、喷丸强化等。

其中喷丸强化不同于一般的喷丸工艺,它要求喷丸过程中严格控制工艺参数,使工件在受喷后具有预期的表面形貌、表层组织结构和残余应力,从而大幅度地提高疲劳强度和抗应力腐蚀能力。

2.表面热处理：它是指仅对工件表层进行热处理，以改变其组织和性能的工艺。

主要方法有感应加热淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热淬火、电解液淬火、脉冲加热淬火、激光热处理和电子束加热处理等。

3。

化学热处理：它是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。

按渗入的元素可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等等。

渗入元素介质可以是固体、液体和气体，但都要经过介质中化学反应、外扩散、相界面化学反应（或表面反应)和工件中扩散四个过程，具体方法有许多种。

4。

等离子扩渗处理（PDT）：又称离子轰击热处理，是指在通常大气压力下的特定气氛中利用工件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电进行热处理的工艺。

常见的有离子渗氮、离子渗碳、离子碳氮共渗等,尤以离子渗氮最普遍。

等离子扩渗的优点是渗剂简单，无公害，渗层较深，脆性较小，工件变形小,对钢铁材料适用面广，工作周期短.5。

激光表面处理：它是主要利用激光的高亮度、高方向性和高单色性的三大特点,对材料表面进行各种处理，显著改善其组织结构和性能。

设备一般由激光器、功率计、导光聚焦系统、工作台、数控系统、软件编程系统等构成。

主要工艺有激光相变非晶化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化、激光冲击硬化。

6。

电子束表面处理：通常由电子枪阴极灯丝加热后发射带负电的高能电子流,通过一个环状的阳极，经加速射向工件表面使其产生相变硬化，熔覆和合金化等作用，淬火后可获细晶组织等。

5
（二）喷丸表面形变强化工艺及应用
1、喷丸材料
铸铁丸、铸钢丸、钢丝切割丸、玻璃丸、陶瓷丸、聚合塑料丸、液 体喷丸介质 黑色金属制件可以用铸铁丸、铸钢丸、钢丝切割丸、玻璃丸和陶瓷 丸 有色金属和不锈钢件需采用不锈钢丸、玻璃丸和陶瓷丸。 模具表面处理常用二氧化硅液态喷丸
2、喷丸强化用的设备
按驱动弹丸的方式可分为机械离心式弹丸机和气动式弹丸机两大类。 （1）机械离心式喷丸机 功率小，生产效率高，喷丸质量稳定，但设备制造成本高。 适用于要求喷丸强度高、品种少批量大、形状简单尺寸较大的零部件。
此涡流能将电能变成热能，使工件加热。涡流在被加热工件中的分布 由表面至心部呈指数规律衰减。因此涡流主要分布在工件表面，工件 内部几乎没有电流通过。这种现象叫做表面效应或集肤效应。
感应加热就是利用集肤效应，依靠电流热效应把工件表面迅速加热到 淬火温度的。当工件表面在感应圈内加热到相变温度时，立即喷水或 浸水冷却，实现表面淬火工艺。
⑥ 生产率高，便于实现机械化和自动化；淬火层深度易于控制，适 于批量生产形状简单的机器零件，因此得到广泛的应用。 缺点：设备费用昂贵，不适用于单件生产。
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2. 感应加热表面淬火原理
图 感应加热表面淬火原理图
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当感应圈中通过一定频率交流电时，在其内外将产生与电流变化频率 相同的交变磁场。将工件放入感应圈内，在交变磁场作用下，工件内 就会产生与感应圈频率相同而方向相反的感应电流。感应电流沿工件 表面形成封闭回路，通常称之为涡流。
得微细的马氏体组织，提高零件的表面硬度和耐磨性，
零件心部未发生相变。
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表面淬火工艺主要有：

感应加热表面淬火、脉冲表面淬火、火焰加热表面 淬火、接触电阻加热表面淬火、浴炉加热表面淬火、 电解液加热表面淬火及表面保护加热处理等。

钢的热处理及其对组织和性能的影响一、实验目的1．熟悉钢的几种基本热处理操作（退火、正火、淬火及回火）；2．研究加热温度、冷却速度及回火温度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响；3．观察和研究碳素钢经不同形式热处理后显微组织的特点；4．了解材料硬度的测定方法，学会正确使用硬度计。

二、实验概述钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。

普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。

加热温度、保温时间和冷却方式是热处理最重要的三个基本工艺因素。

正确合理选择这三者的工艺规范，是热处理质量的基本保证。

1.加热温度选择（1）退火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(20～30)℃（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至A C1＋(20～30)℃（球化退火），目的是得到球化体组织，降低硬度，改善高碳钢的切削性能，同时为最终热处理做好组织准备。

（2）正火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(30～50)℃；过共析钢加热至A Cm＋(30～50)℃，即加热到奥氏体单相区。

退火和正火加热温度范围选择见图3-1。

图1 退火和正火的加热温度范围图2 淬火的加热温度范围（3）淬火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(30～50)℃；共析钢和过共析钢则加热至A C1＋(30～50)℃，加热温度范围选择见图3-2。

淬火按加热温度可分为两种：加热温度高于A C3时的淬火为完全淬火；加热温度在A C1和A C3（亚共析钢）或A C1和A CCm（过共析钢）之间是不完全淬火。

在完全淬火时，钢的淬火组织主要是由马氏体组成；在不完全淬火时亚共析钢得到马氏体和铁素体组成的组织，过共析钢得到马氏体和渗碳体的组织。

亚共析钢用不完全淬火是不正常的，因为这样不能达到最高硬度。

而过共析钢采用不完全淬火则是正常的，这样可使钢获得最高的硬度和耐磨性。

在适宜的加热温度下，淬火后得到的马氏体呈细小的针状；若加热温度过高，其形成粗针状马氏体，使材料变脆甚至可能在钢中出现裂纹。

40℃下使用14h就发生应力腐蚀破坏；容器内表面经玻璃珠喷 丸强化后，在同样条件下试验30天还没有产生破坏。
二、 表面热处理强化
表面热处理:
指仅对零部件表层加热、冷却，从而改变 表层组织和性能而不改变成分的一种工艺，
是最基本、应用最广泛的材料表面改性技术之一。（包括表 面化学热处理是一个专业——热处理）
集肤效应：零件表面的电流密度最大，电阻的热效应使工件表面被迅速
加热。并，频率f越大，被加热的表面厚度越小。
二、 表面热处理强化
2、 感应加热方式 方式：同时加热和连续加热方式。
同时加热方式淬火时，零件需要淬火 的区域整个被感应器包围，通电加热到淬 火温度后迅速冷却淬火。此法适用于大批 量生产。 连续加热方式淬火时，零件与感应器 相对移动，使加热和冷却连续进行。适用 于淬硬区较长，设备功率又达不到同时加 热要求的情况。
四、三束表面改性处理
金属表面非晶态处理 纺纱机钢令跑道表面硬度低，易生锈，造成钢令使用 寿命低，纺纱断头率高。用激光非晶化处理后，钢令 跑道表面的硬度提高至1000HV以上，耐磨性提高1.3倍， 纺纱断头率下降75％，经济效益显著。 汽车凸轮轴和柴油机铸钢套外壁经激光表面非晶态 处理后，强度和耐腐蚀性均明显提高。 在真空中采用连续气相沉积激光技术, 在软的基材表 面获得硬度达2000~4500HV的非晶BN薄层。
二 、 表面热处理强化
强化基本思想:
当工件表面层快速加热时，工件截面上 的温度分布是不均匀的，工件表层温度高 且由表及里逐渐降低。 如果表面的温度超过相变点以上达到奥 氏体状态时，随后的快冷可获得马氏体组 织，而心部仍保留原组织状态。
结果: 得到硬化的表面层，即通过表面层
的相变达到强化工件表面的目的。

调质
淬火+回火
获得一定的强度和韧性
表面热处理和化学热处理
一、表面淬火
表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺。
目的：为了获得高硬度的表面层和有利的残余应力分布，提高工件的硬度和耐磨性。
表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、电接触加热、激光加热等。
二、化学热处理
化学热处理是将金属和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。
B.屈服极限 : 材料产生屈服现象时的应力称为屈服极限或屈服強度,符号σS。
C.抗拉強度: 材料在拉断前所能承受的最大应力为抗拉強度 或強度极限，符号σb。
2.
金属材料在断裂前发生塑性变形的能力称为塑性。延伸率 (δ)和断面收缩率(ψ)是衡量金属材料塑性的指标。
3.
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，称为冲击韧性。
根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳，其中气体渗碳应用最广泛。
【气体渗碳工艺】
采用液体或气体碳氢化合物作为渗碳剂，如：煤油、甲苯或含碳的气体。
渗碳温度T=900~950℃。
保温时间—取决于要求的渗碳层深度，从几小时到十几小时不等。
零件表面含碳量Wc=0.8~1.1%
渗层深度：0.5~2mm
4.
回火是把淬火后的金属制件重新加热到某一温度，保温一段时间，然后置于空气或油中冷却的热处理工艺。
回火的目的：为了消除淬火时因冷却过快而产生的内应力，降低金属材料的淬性，使它具有一定的韧性。
根据加热温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。
（1）低温回火：回火温度为150～250℃。低温回火能消除一定的内应力，适当地降低钢的脆性，提高韧性，同时工件仍保持高硬度、高耐磨性，应用于各种量具和刃具。

热处理工艺对材料性能的影响分析引言：材料工程领域中，热处理工艺在提高材料性能方面发挥着至关重要的作用。

通过对材料进行加热和冷却等操作，可以改变材料的晶体结构和力学性能。

本文将探讨热处理工艺对材料性能的影响，并分析常见的几种热处理工艺以及其对材料性能的影响。

第一部分：退火工艺退火是最常见的热处理工艺之一。

通过高温短时间的加热和缓慢冷却，可以消除材料内部的应力，降低硬度并改善可加工性。

退火后的材料晶体结构更加均匀，晶界有序性提高，从而增强了材料的韧性和延展性。

此外，退火还可以减少材料的内含气体和夹杂物，提高材料的强度和耐腐蚀性。

有些材料在退火过程中还能实现晶粒的再长大，进一步优化性能。

第二部分：淬火工艺淬火是以快速冷却来提高材料硬度和强度的热处理工艺。

在加热至临界温度以上的情况下，通过迅速浸入冷却介质中，材料的晶体结构在极短的时间内发生相变，由高温下的面心立方结构转变为金属冷却时的马氏体结构。

这种相变会导致材料表面和内部产生残留应力，从而提高硬度。

淬火还能增加材料的强度，但与此同时也减少了材料的韧性和可塑性。

第三部分：渗碳处理工艺渗碳处理是将含有一定碳含量的介质浸入材料表面，通过加热和冷却使碳原子在材料中扩散，从而改变材料的表层组织结构。

渗碳处理可以增加材料的表面硬度和耐磨性，形成一定深度的碳化层。

这种处理方法常用于制造机械零部件，如齿轮和轴承，以提高它们的耐用性和使用寿命。

第四部分：时效处理工艺时效处理是将材料加热至较低的温度下保温一段时间后再冷却，用以改变材料组织结构和性能。

时效处理通常用于合金材料，可以提高材料的强度和硬度。

在时效过程中，合金中的固溶体相长大和析出相的形成可以显著改善材料的耐热性和耐腐蚀性能。

此外，时效处理还能减少合金材料的塑性变形和变形硬化，提高其可塑性。

结论：热处理工艺在材料工程领域中拥有广泛的应用，并且对材料性能的影响不可忽视。

不同的热处理工艺可以通过改变材料的晶体结构和组织性能来实现对材料性能的优化。

表面改性技术班级：材料092姓名：朱光辉学号：109012042 课程: 现代表面技术表面改性技术概述：表面技术是指采用某种工艺手段使材料表面获得与其基体材料的组织结构、性能不同的一种技术。

材料经表面改性处理后，既能发挥基体材料的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊性能（如耐磨，耐高温，合适的射线吸收、辐射和反射能力，超导性能，润滑，绝缘，储氢等）表面改性技术可以掩盖基体材料表面的缺陷，延长材料和构件的使用寿命，节约稀、贵材料，节约能源，改善环境，并对各种高薪技术的发展具有重要作用。

表面改性技术的研究和应用已有多年。

70年代中期以来，国际上出现了表面改性热，表面改性技术越来越受到人们的重视。

表面改性的特点是：（1）不必整体改善材料，只需进行表面改性或强化，可以节约材料。

（2）可以获得特殊的表面层，如果超细晶粒、非晶态、过饱和固溶体，多层结构层等，其性能远非一般整体材料可比。

（3）表面层很薄，涂层用料少，为了保证涂层的性能、质量，可以采用贵重稀缺元素而不会显著增加成本。

（4）不但可以制造性能优异的零部件产品，而且可以用于修复已经损坏、失效的零件。

表面改性技术应用：表面改性技术广泛应用于机械工业、国防工业及航空航天领域，通过表面改性可以使材料性能提高，产品质量提高，降低企业成本。

表面技术的应用，在提高零部件的使用寿命和可靠性，提高产品质量，增加产品的竞争力，以及节约材料，节约能源，促进高科技技术的发展等方面都有着十分重要的意义。

表面改性技术方法：1、金属表面形变强化方法及其应用常用的金属材料表面形变强化方法主要有喷九、滚压和内孔挤压等强化工艺。

喷丸强化是当前国内外广泛应用的一种表面强化方法，即利用高速弹丸强烈冲击零件表面，使之产生形变硬化层并引进残余压应力。

已广泛用于弹簧、齿轮、链条、铀、叶片、火车轮等零部件，可显著提高金属的抗疲劳，抗应力腐蚀破裂、抗腐蚀疲劳、抗微动磨损、耐点蚀等的能力。

喷丸强化原理：（1）形成形变硬化层，在此层内产生两种变化：一是亚晶粒极大的细化，位错密度增高，晶格畸变增大；二是形成了高的宏观残余压应力。

热处理工艺对于提高金属零件制造水平的意义分析作者：侯维彬来源：《科技创新与应用》2013年第25期摘要：随着科学技术的发展和社会的不断进步，在现代化工业生产过程中，对金属零件的制造过程的研究不仅十分重要，而且相当关键，如何实现金属零件制造水平的有效提高已经成为相关领域的关注热点。

热处理工艺可在确保金属零件原形状及整体成分不变的基础上对零件内部较为特别的结构进行改造，从而实现金属零件使用性能的进一步完善。

鉴于此，本文对热处理工艺进行了分析，并重点就其提高金属零件制造水平的作用及意义进行了分析。

关键词：热处理工艺；金属零件；制造水平一直以来，用于加工的金属在现代化工业生产中得到了广泛的应用，例如铁、铝、铅、锌、铜、镍、铬等。

但是，使用更多的为合金，无论是金属，还是合金，其内部结构均包括如下两个方面：一方面是金属原子间结合的方式；另一方面即空间中原子的排列方式。

对于金属而言，其性能同空间中原子排列及其配置情况密切相关，若原子的排列方式存在差异，将会导致金属性能出现差别。

因此，为了进一步完善金属的性能，使其能够有效满足制造及其使用过程中的相关要求，应将金属零件置于某介质中进行加热，待温度适宜后保持一定时间，并在不同介质中按不同速度进行冷却，以便借助于金属材料表面及其内部显微组织结构的改变来实现对其性能进行改变，这就是金属零件的热处理过程。

热处理工艺可以有效完善金属零件的使用及工艺性能，也是提高金属零件制造水平的主要途径之一。

1 热处理工艺的主要类型分析通常而言，热处理工艺包括四种工艺类型，即退火、淬火、正火以及回火。

1.1 对于退火而言，其主要是为了增强可塑性，并降低硬度为了对高碳钢切削性能进行改变也会采用退火工艺，以减少其应力，并对晶粒进行细化，以便提高材料整体结构的均匀性。

当退火完全时，可有效降低普通低碳钢的硬度与强度，从而减少切削过程的阻力。

多数高碳钢及合金钢切削及加工性能可以采用退火工艺来进行改变，因为过高硬度及强度不适宜进行加工。

热处理工艺对金属材料性能的影响一、前言金属材料在制造和加工过程中会遭受各种不同程度的变形和应力，从而导致它们的性能发生变化。

为了保持金属材料的稳定性并提高其性能，需要采取热处理工艺来改变其晶体结构和组织状态。

在本文中，我们将对热处理工艺对金属材料性能的影响进行详细介绍。

二、热处理工艺的定义热处理工艺是通过对金属材料进行高温处理或加热冷却处理的技术，以改变其组织结构和化学性质的方法。

常用的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等方法。

三、热处理工艺对性能的影响1.组织结构金属材料的晶体结构直接影响其性能，如硬度、强度和韧性等。

通过热处理工艺可以改变金属材料的晶体结构，进而影响其性能。

例如，经过正火处理的金属材料晶体结构更加凝练，从而增强了其硬度和强度；而经过退火处理的金属材料则相对更加柔软，但韧性更高。

2.性能指标通过热处理工艺可以改变金属材料的性能指标，如硬度、强度、韧性和延展性等。

淬火可以提高金属材料的硬度和韧性，但会对其延展性和韧性造成一定的影响；而回火可以使金属材料的硬度趋于稳定，从而提高其韧性和延展性。

3.其他性能除了上述常规性能指标外，热处理工艺还可以对金属材料的其他性能产生影响。

例如，经过淬火处理的钢铁表面可能形成极硬的表层，从而提高抗磨损性能；而通过回火处理可以使钢铁具有更好的耐腐蚀性能。

四、热处理工艺的应用范围热处理工艺广泛应用于钢铁、铜、铝、镁等各种金属材料的制造和加工过程中。

其中，热处理工艺对钢铁材料的影响最为显著。

钢铁经过淬火和回火处理后，其性能指标可以大幅提升，从而能够满足各种不同的工业应用需求。

五、结论通过本文的介绍可以看出，热处理工艺对金属材料的性能有着重要的影响。

正确选择和应用热处理工艺可以改善金属材料的性能，并提高其在各种工业领域中的应用价值。

因此，对于从事金属材料加工和制造的企业和个人而言，认真掌握和应用热处理工艺，是提高金属材料质量和提高生产效率的必要手段之一。

2
2． 1
关键构件是指决定机械装备主要功能， 体现机械 装备寿命与可靠性， 失效酿成灾难性后果， 主要失效部 件是疲劳的主承力构件。 关键构件有三大类： ① 转动 构件， 如叶片、 轮盘、 轴； ②传动构件， 如齿轮、 轴承； ③主 承力构件， 如飞机起落架、 对接螺栓、 承力接头、 承力弹 。 ： ！ 簧等 关键构件的共同特点之一是 动 它们都在动 态下服役， 承受动载荷导致其疲劳失效。 共同特点之 二是： 极端环境！ 因为关键构件设计的宗旨是重量轻 、 体积小、 长寿命、 高可靠， 将选用材料的性能都用到了 极限。极端环境下动态服役导致关键构件经常提前疲 劳失效。所以， 长期以来中国关键构件存在寿命短 、 可 靠性差和结构重等三大问题。 例如， 军用航空发动机 主轴承寿命仅约 300 h， 国外已达到 3000 h。军用直升 机主减速器传动齿轮大修期（ TBO） 仅约 800 ～ 1200 h； 国外达到 6000 h， 民用直升机达到 8000 ～ 10 000 h。 变速箱是风电机组的核心部件， 国外风电机组变速箱寿 命 20 年以上， 否则不能收回成本。而且维修困难、 耗费 巨大， 欧洲两家整机厂商曾因齿轮故障维修而倒闭。中 国制造的风电机组变速箱仅保修 2 年， 而且齿轮重量高 出原机 20% ～ 25% ， 还常出问题。据统计， 某发动机一 级压气机叶片寿命多为 100 h， 短则 20 多小时； 涡轮导 向器叶片台架试车时仅 48 h 就出现裂纹， 低则甚至 5 h 出现裂纹； 涡轮叶片甚至很少进行试验。关键构件“三 大问题” 严重制约高端机械装备发展和安全服役。 2． 2 关键构件的主要失效模式是疲劳 疲劳是一种在循环应力和应变的重复作用下 ， 构 件一处或几处发生的开裂或断裂的失效形式 。疲劳是 一个机械损伤累积、 延时失效的过程。 疲劳包括裂纹 萌生和裂纹扩展两个过程， 在低于材料的屈服强度下 发生， 在无明显变形下突然失效。所以， 与其它失效相 比， 疲劳是一类最危险的失效形式。通常， 叶片为振动

常用表面热处理方法获得的性能与效果椐统计～机械产品中80%以上零件的报废是由于表面失效造成的～而真正因材料整体强度不足产生断裂或变形的零件失效所占的比例很小,事实上～许多零件发生破裂～其裂纹也首先是从表面产生的,。

因此～提高材料表面耐磨性、耐蚀性、抗疲劳性能及强度～是延长零部件使用寿命、合理配置性能、保证系统稳定性的关键。

因此～表面热处理技术～得到了人们的极大关注～发展很快～对各类构件的性能的提高发挥着越来越重要的作用。

现就常用表面热处理方法的性能与效果～简要介绍如下～仅供参考。

一、渗碳淬火渗层深度一般为0.1~1.5mm～属中等深度～主要用于表面硬化。

表层组织为,马氏体+碳化物+残留奥氏体,～表层应力状态为高残余压应力。

经淬火后～表面硬度可达58~65HRC～心部硬度一般为30HRC左右～具有良好的耐磨性～有好的接触疲劳强度、弯曲疲劳强度、抗粘着咬合能力及较高冲击韧性。

热处理变形倾向较大～但不易开裂。

本工艺适用钢材为低碳钢和低碳合金钢～如15、20、12CeNi3、20Cr2Ni4、20Cr、15CrMo、20CrMo、20CrMnTi等及铁基粉末冶金材料～主要用于表面要求耐磨、耐疲劳～而心部韧性好的重载荷零件。

本工艺所用钢材成本较低或中等～设备投资较高。

二、碳氮共渗本工艺渗层较浅～一般为0.1~1.0mm～大多用于表面硬化。

表层组织为,碳氮化合物+含氮马氏体+残留奥氏体,～表层为高残余压应力状态。

淬火后～表面硬度达60~65HRC～耐磨性较高～有良好的接触疲劳强度和良好的弯曲疲劳强度及好的抗咬合能力和好的冲击韧性。

热处理变形倾向及开裂倾向同渗碳淬火工艺。

本工艺适用钢材为低碳钢、低碳合金钢、中碳合金钢及铁基粉末冶金材料～如中碳合金钢40Cr、35CrMo、42CrMo等～低碳钢、低碳合金钢及铁基粉末冶金材料同渗碳淬火。

主要用于表面要求耐磨、耐疲劳～而心部韧性好的中载荷零件。

本工艺用材成本较低或中等～设备投资中等。

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b. 火焰加热法
用于处理大型、异型 或特大型工件，淬透层厚 度一般为3～6毫米，
所用设备简单，但加 热温度不易控制，容易过 热，淬火效果不稳定。
材料改性方法和表面的热处理方法
(2) 化学热处理
化学热处理是将钢件放入一定的化学介质 中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件 表层，使表面化学成份发生变化，从而改变金 属的表面组织和性能的工艺过程
材料改性方法和表面的热处理方法
c. 获得复合组织 在钢的淬火组织中若存在一定量的细小
铁素体或残余奥氏体晶粒，可在不降低强度 的情况下显著提高钢的韧性。
材料改性方法和表面的热处理方法
d. 形变热处理 形变热处理是把淬火和变形强化相结合，
以提高钢的强韧性的工艺。
T℃ A
高温形变热处理可以
700
正 常
大大提高钢的韧性，同时 600
钢的强度和疲劳强度也有 500
明显提高。
400 A过冷
低温形变热处理可大 300
大提高钢的强度和耐磨性。 200 M+A残
氮化、离子氮化等。
气体渗氮剂：氨 渗 氮 温 度：500～560℃
材料改性方法和表面的热处理方法
2. 渗氮(氮化)
性 能 特 点：
井式氮化炉
硬度、耐磨性较高 HRC≈70，化学稳定性抗 蚀性高，硬度可以维持 到500℃（渗碳层硬度 HRC≈60，在200℃以上 明显下降）。引起的变 形很小。
材料改性方法和表面的热处理方法
材料改性方法和表面的热处理方法
3. 碳氮共渗(氰化) 钢件表面同时渗入碳和氮原子，形成碳氮共
渗层，以提高工件的硬度，耐磨性和疲劳强度的 处理方法。

（二）中、高频感应加热表面热处理

是一种用途极广的热处理加热方法，可用于退火、
正火、淬火、各种温度范围的回火以及各种化学热
处理。

加热方式有同时加热和连续加热。 用同时加热方式淬火时，零件需要淬火的区域整个 被感应器包围，冷却淬火时可直接从感应器的喷水 孔中喷水冷却，也可将工件移出感应器迅速浸入淬 火槽中冷却。
高碳钢的表面硬度和耐磨性。
1、气体渗钛
（1）气相渗钛

工业纯铁在TiCl4蒸气和纯氩气中发生置换反应，产 生活性钛原子，高温下向工件表面吸附与扩散：
却速度。
（四）双频感应加热淬火和超音频感应加热淬火
1、双频感应加热淬火

对于凹凸不平的工件如齿轮等，当间距较小时，无
论用什么形状的感应器，都不能保持工件与感应器 的施感导体之间的间隙一致，因而难获得均匀的硬 化层。 双频感应加热淬火就是采用两种频率交替加热，较 高频率加热时，凸出部温度较高；较低频率加热时， 则低凹处温度较高。

优点。
（一）渗金属方法 1、气相渗金属法
（ 1 ）在适当温度下，从可挥发的金属化合物中析出
活性原子，并沉积在金属表面上与碳形成化合物。

一般使用金属卤化物作为活性原子的来源。
工艺过程：将工件置于含有渗入金属卤化物的容器 中，通入 H 2 或 Cl 2 进行置换还原反应，使之析出活 性原子，然后进行渗金属操作。

2、超音频感应加热淬火

频率大于20KHz的波称为超音频波。
对于低淬透性钢，高、中频淬火都难以获得凹
凸零部件均匀分布的硬化层。 采用的20KHz~50KHz频率可实现中小模数齿轮 表面的均匀硬化层。

（五）表面淬火用材料

金属材料表面改性与性能提升第一章：金属材料表面改性的意义金属材料表面改性是指通过一系列的工艺或处理手段，对金属材料表面进行改变，以达到提升其性能的效果。

金属材料的表面性能直接影响着其在工程实践中的应用范围和效果。

通过表面改性，可以增强金属材料的机械性能、抗腐蚀性能、耐磨性和导热性等重要性能指标，使其更加适应各种复杂环境和特殊工况下的使用要求。

第二章：金属材料表面改性的常见方法金属材料表面改性的方法多种多样，常见的主要包括机械加工、化学处理、电化学处理和热处理等。

机械加工是指通过切削、打磨、抛光等手段对金属材料的表面进行改性。

通过去除材料表面的表层，可以消除表面的瑕疵和缺陷，提高表面质量，同时还可以改变其表面形貌和粗糙度，从而提高金属材料的强度和耐磨性。

化学处理是指利用酸、碱、溶液等进行金属材料表面的化学反应，以改变表面性质。

例如，利用酸洗处理可以去除金属表面的氧化皮和锈蚀物，提高材料的表面光洁度和纯度；采用电镀方法，可以在金属表面镀覆一层保护性的金属薄膜，提高金属的耐蚀性。

电化学处理是指在电解液中利用电流作用于金属材料表面进行改性。

通过电解沉积、阳极氧化等方法，可以在金属材料表面形成氧化层、陶瓷涂层等膜状结构，有效提高金属材料的抗腐蚀性、耐磨性和导热性。

热处理是指将金属材料加热到一定温度，保温一段时间，然后以适当的速度冷却的过程。

通过热处理，可以改变金属材料的组织结构，并调整金属的相含量和晶粒大小，从而达到提高金属材料的硬度、强度和耐蚀性的目的。

第三章：金属材料表面改性常见技术的应用案例金属材料表面改性技术在实际应用中具有广泛的应用前景。

以下是几个常见的应用案例：1. 电镀技术在汽车制造业中的应用：在汽车行业中，为了提高汽车零部件的耐腐蚀性和装饰性，常采用电镀技术。

通过在金属零部件表面镀覆一层具有高耐腐蚀性和装饰性的金属薄膜，如镀铬、镀锌等，可以有效提升其整体质量和使用寿命。

2. 热处理技术在机械制造业中的应用：机械零部件常需要具备一定的硬度和耐磨性，以应对高强度、高速度和重负荷的工作环境。

热处理工艺对H13芯棒钢组织和性能的影响陆明和;胡平【摘要】研究了感应加热淬火温度、回火温度对H13芯棒钢组织和硬度性能的影响规律.研究结果表明,在1 000～1 060℃的温度范围内,随着淬火温度的升高,芯棒钢材料的硬度逐渐上升,1 060℃后芯棒钢的硬度基本维持在一个稳定水平;随着淬火温度的升高,原奥氏体晶粒尺寸长大;相同回火温度下细晶组织易于获得回火索氏体组织,粗晶组织易于获得回火托氏体组织;在580 ～700℃范围内,随着回火温度的升高,芯棒钢材料的硬度呈逐渐降低趋势,这主要与组织中马氏体分解、马氏体碳含量降低、位错密度降低和碳化物粗化有关;芯棒要获得相同的硬度水平,当淬火温度升高时,对应的回火温度也相应升高,呈现“高淬高回”的特点;淬火温度均为1 060℃时,580 ～620℃的范围内回火组织为回火托氏体,660 ～700℃的范围内回火组织为回火索氏体.【期刊名称】《宝钢技术》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】5页(P32-36)【关键词】淬火;回火;组织;硬度;芯棒钢【作者】陆明和;胡平【作者单位】宝山钢铁股份有限公司中央研究院,上海201900;宝山钢铁股份有限公司中央研究院,上海201900【正文语种】中文【中图分类】TG151H13钢具有优良的热强性、热疲劳性能、加工性能和性价比,国内外广泛将其作为热作模具钢使用,其热强性、热稳定性和淬透性好于高韧性热作模具钢5CrNiMo 和5CrMnMo,其塑韧性和抗热冲击性好于高热强性热作模具钢3Cr2W8V,适合制作压铸模、热挤压模、高速锤锻模、连轧芯棒等,一般工作温度<700 ℃。

H13钢从美国引进,对应GB/T 1299—2000中牌号4Cr5MoSiV1,属于中碳合金钢、过共析钢,由于其强碳化物形成元素Cr、Mo、V含量较高,是一种空冷硬化钢,一般通过调质热处理工艺对性能(强度、韧性和硬度)进行调控,以满足使用工况对钢的性能匹配的要求。

热处理对金属材料的影响热处理是借助于一定的热作用（有时兼之机械作用、化学作用或其他作用）来人为的改变金属或合金内部组织和结构的过程，从而获得所需要性能的工艺操作。

金属材料及制品生产过程中之所以需要热处理，其主要作用和目的：1、改善工艺性能，保证工艺顺利进行；2、提高使用性能，充分发挥材料潜力。

一、金属热处理的本质在各种金属材料和制品的生产过程中，为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成型工艺外，热处理是不可缺少的重要环节之一。

为了使金属材料获得所需要的性能，热处理技术发挥着重要作用，广泛应用于现代工艺中。

与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。

其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

金属整个生产过程中均可进行相应的热处理以改善金属材料性能。

金属铸件通常需要进行消除内应力的低温退火，或完全退火，或正火，有的还需要淬火后回火（时效）。

对金属锭的热处理、压力加工过程中的和成品的热处理，在冶金企业和机械工厂内，它是半成品和机器零件制造的主要工序之一。

热处理作为中间工序，能改进共建的某些加工性能（如锻造性、切削性等）；若作为最后操作，它能赋予金属和合金以所需力学、物理和化学等综合性能，保证产品符合规定的质量要求。

在影响金属材料结构变化的深度和多样性方面，热处理较机械加工或其他处理也更为有效。

例如，各种钢材常须进行正火处理，以获得细而均匀的组织和较好的力学性能。

调质钢需进行淬火及高温回火以保证良好的整体力学性能。

此外，有色金属及其合金的半成品和制品的加工流程中，热处理更是重要的组成部分之一。

铝合金一般需经过时效强化来提高强度，以达到所需的力学性能要求。

二金属热处理的工艺热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。

这些过程互相衔接，不可间断。