第六节 钢的表面淬火

第六节钢的表面淬火和化学热处理制作李志进教学目标•1：掌握钢的表面淬火和化学热处理的概念。2:熟悉钢表面淬火和渗氮、渗碳的目的。•3：了解钢表面热处理的基本工艺和设备。•4：了解钢表面热处理的应用。第六节钢的表面淬火和化学热处理表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。一、钢的表面淬火第六节钢的表面淬火和化学热处理表面淬火是指在改变不钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。一、钢的表面淬火表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;②心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火机床表面淬火常用加热方法1.感应加热：利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。感应加热分为：①高频感应加热频率为250-300KHz，淬硬层深度0.5-2mm传动轴连续淬火感应器感应加热表面淬火齿轮的截面图②中频感应加热频率为2500-8000Hz淬硬层深度2-10mm齿圈淬火机床各种感应器③工频感应加热频率为50Hz淬硬层深度10-15mm各种感应器感应穿透加热2.火焰加热：利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制。3.激光热处理：利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。效率高，质量好。火焰加热表面淬火示意图激光表面处理二、钢的化学热处理化学热处理是指将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织，进而改变其性能的热处理工艺。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。根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。1.化学热处理的基本过程1）介质(渗剂)的分解：分解的同时释放出活性原子。如：渗碳CH4→2H2+[C]氮化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。氮化扩散层2.钢的渗碳是指向钢的表面渗入碳原子的过程。1）渗碳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。2）渗碳用钢为含0.1-0.25%C的低碳钢。碳高则心部韧性降低。井式气体渗碳炉气体渗碳法示意图3）渗碳方法①气体渗碳法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。②固体渗碳法将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。渗剂为木炭。优点：操作简单；缺点：渗速慢，劳动条件差。③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4）渗碳温度900-950℃。渗碳层厚度(由表面到过度层一半处的厚度)：一般为0.5-2mm。低碳钢渗碳缓冷后的组织渗碳层表面含碳量：以0.85-1.05为最好。渗碳缓冷后的组织:表层为P+网状Fe3CⅡ；心部为F+P；中间为过渡区。5）渗碳后的热处理淬火+低温回火。回火温度为160-180℃。淬火方法有：①预冷淬火法渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。渗碳后的热处理示意图②一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。③二次淬火法：即渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac3+30-50℃，细化心部；第二次加热为Ac1+30-50℃，细化表层。渗碳后的热处理示意图常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50℃淬火+低温回火。此时组织为：表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)心部：M回+F（淬透时）渗碳淬火后的表层组织M+F3.钢的氮化氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。1）氮化用钢井式气体氮化炉为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢。常用钢号为38CrMoAl。2）氮化温度：500-570℃。氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。3）常用氮化方法气体氮化法与离子氮化法。气体氮化法与气体渗碳法类似，渗剂为氨。离子氮化法是在电场作用下，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4、氮化的特点及应用⑴氮化件表面硬度高（HV1000-2000），耐磨性高。⑵疲劳强度高。由于表面存在压应力。氮化层组织38CrMoAl氮化层硬度作业与练习•1钢的表面热处理工艺有哪些？•2低碳钢齿轮的轮齿应如何热处理？•3渗氮适用于哪类钢?•4表面淬火加热方式有几种?、