第六节 钢的形变热处理

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。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。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。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）集肤效应示意图感应加热表面淬火示意图rclx_感应加热.mpg2)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。(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。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。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.wmv2)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。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。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。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〕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。（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。1）固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱2）气体渗碳.wmv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%CF+P少表面中心零件PP+F20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7、渗碳后的热处理工艺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。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)（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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。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。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。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（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温低温4)工艺:合金结构钢HRC53～60中温气体碳氮共渗800～8601～8以渗碳为主0.5～0.8mm淬火+低温回火合金工具钢HRC54～63低温气体碳氮共渗500～6001～6以渗氮为主0.1～0.4mm不需要材料性能名称温度(℃)时间(h)作用渗层热处理