鋼的熱處理及表面處理課件

1、工程材料及成型技術(shù)機(jī)械學(xué)院第3章 鋼的熱處理及表面處理材料成型系第三章 鋼的熱處理及表面處理改性處理熱處理表面處理普通熱處理退火、正火、回火、淬火滲碳、滲氮碳氮共滲滲金屬特殊熱處理表面淬火感應(yīng)淬火高、中、工頻淬火火焰淬火激光淬火氧乙炔、氧煤氣焰化學(xué)熱處理表面熱處理形變熱處理真空熱處理可控氣氛熱處理表面強(qiáng)化表面防護(hù)熱噴涂氣相沉積高能束強(qiáng)化發(fā)藍(lán)（高溫堿性和酸性、常溫發(fā)藍(lán)）磷化（高溫、中溫低溫和常溫磷化）電鍍（鍍鋅、鍍鉻等）化學(xué)鍍著色裝飾第一節(jié) 鋼的熱處理原理普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）表面熱處理（表面淬火和化學(xué)熱處理）。加熱、保溫和冷卻改變組織(材料整體或表面)獲得性能的一種熱加工工藝。固

2、態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中 熱處理一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變加熱時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度往往要偏離平衡的臨界溫度， AC1、AC3、ACm等冷卻時(shí),如Ar1、Ar3、Arm等 （一）奧氏體的形成過程 鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成過程又稱為奧氏體化。 有形核、長大和均勻化等過程以共析鋼的奧氏體形成過程為例1、奧氏體的形核2、奧氏體晶核的長大3、殘留滲碳體的溶解4、奧氏體成分均勻化奧氏體的形成FFe3C未溶Fe3CA殘留Fe3CAAAA 形核A 長大殘留Fe3C溶解A 均勻化奧氏體長大示意圖過共析鋼的加熱過程： 亞共析鋼的加熱過程： （二）奧氏體晶粒大小及其控制 1.晶粒大小的表示方法標(biāo)準(zhǔn)金相圖片（標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖）評(píng)定

3、晶粒大小的級(jí)別. 分為8級(jí)，1級(jí)最粗，8級(jí)最細(xì)。14級(jí)為粗晶粒度，58級(jí)為細(xì)晶粒度。 2.奧氏體晶粒度的概念實(shí)際晶粒度:實(shí)際條件得到的晶粒大小本質(zhì)晶粒度:用以表明奧氏體晶粒長大傾向的晶粒度稱為。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法:加熱到93010，保溫38h后測(cè)定奧氏體晶粒大小，在14級(jí)，本質(zhì)粗晶粒鋼；在58級(jí)，本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。 3.奧氏體晶粒大小對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響1).奧氏體晶粒均勻細(xì)小,熱處理后鋼的力 學(xué)性能提高。2).粗大的奧氏體晶粒在淬火時(shí)容易引起 工件產(chǎn)生較大的變形甚至開裂。 4.奧氏體晶粒大小的控制 加熱速度越快d細(xì)小過熱度越大鋼的化學(xué)成分無殘Cm奧氏體中含碳量的增加晶粒長大傾向增大Ti、Zr、V、Nb

4、、Al等碳化物和氮化物阻礙晶界的遷移本質(zhì)細(xì)晶粒鋼Mn和P促進(jìn)奧氏體晶粒長大加熱溫度與保溫時(shí)間 T越高，t越長，d粗大，原子擴(kuò)散(一)鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式 熱加保溫時(shí)間溫度臨界溫度連續(xù)冷卻等溫冷卻 二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1、過冷奧氏體的高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）Fe、C原子擴(kuò)散-擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變A1550等溫冷卻加熱保溫時(shí)間溫度A1550AP 1）珠光體的組織形態(tài)(二)鋼在連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變按片間距的大小可將其分為三類：600550片層極細(xì)的， 托氏體（屈氏體）， “T” 。650600 片層較細(xì)的，索氏體， “S” ；珠光體索氏體托氏體（屈氏體）A1650片層較粗 珠光體， “P” 2)珠光體的力

5、學(xué)性能片層間距越小，則強(qiáng)度和硬度越高，塑性和韌性也越好。組織名稱表示符號(hào)形成溫度范圍 層片間距 m硬度HBS珠光體PA1-6500.4170-230索氏體S650-6000.4-0.2230-320托氏體T600-5500.2330-400珠光體形成示意圖 2、過冷奧氏體的低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）無擴(kuò)散性相變（Fe、C原子失去擴(kuò)散能力）馬氏體（M）是碳在Fe中的過飽和固溶體加熱保溫時(shí)間溫度A1550AP230Ms馬氏體晶體結(jié)構(gòu)1）馬氏體的組織形態(tài)板條馬氏體a.板條馬氏體Wc:0.25%以下低碳馬氏體板條馬氏體內(nèi)有高密度的位錯(cuò)纏結(jié)的亞結(jié)構(gòu)位錯(cuò)馬氏體兩種基本形態(tài)：針狀馬氏體 wc在0.25%1.0%

6、之間兩種馬氏體的混合組織含碳量越高，板條狀馬氏體量越少b.針狀馬氏體當(dāng)wc 1.0%時(shí)亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶孿晶馬氏體 2）馬氏體的力學(xué)性能WC/%含碳量，含碳量的增加而升高。塑性和韌性板條（位錯(cuò)）型比片狀（孿晶）型馬氏體好得多片狀馬氏體的韌性低，脆性大，斷面收縮率和斷后伸長率都很低。亞結(jié)構(gòu)硬度 3）馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)無擴(kuò)散性、速度極快10-7s轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的 在MsMf轉(zhuǎn)變不完全多數(shù)鋼的Mf點(diǎn)在室溫以下殘余（留）奧氏體，常用Ar表示。加熱保溫時(shí)間溫度A1550AP230MsMf奧氏體含碳量對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響6007005003004002001000-100-2000.20.4

7、0.60.81.01.21.41.61.82.00溫度 Wc 100MsMf90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.11.21.31.41.51.61.7Wc 100殘余奧氏體量 ( % )奧氏體含碳量對(duì)殘余奧氏體數(shù)量的影響 3、過冷奧氏體的中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）Ms點(diǎn)(230-550 )C原子擴(kuò)散半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變貝氏體（B）是碳化物（滲碳體）分布在碳過飽和的鐵素體基體上的兩相混合物。加熱保溫時(shí)間溫度A1550AP230MsMfB上貝氏體（B上）550至350組織形態(tài)呈羽毛狀B上 =過飽和碳 -Fe條狀 + Fe3C細(xì)條狀過飽和碳-Fe條狀 Fe3C細(xì)條狀羽毛

8、狀 下貝氏體（B下）350至Ms(230 )呈黑色針狀或竹葉狀。B下 =過飽和碳 -Fe針葉狀 + Fe3C細(xì)片狀過飽和碳 -Fe針狀Fe3C細(xì)片狀針葉狀貝氏體的力學(xué)性能:上貝氏體:強(qiáng)度和韌性均差。下貝氏體:強(qiáng)度高，韌性也好，較好的綜合力學(xué)性能(三) 過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線1. 建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn) 變曲線 - TTT曲線 ( C 曲線 )T - timeT - temperatureT - transformation 共析碳鋼 TTT 曲線建立過程示意圖時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1孕育期過冷度原子

9、擴(kuò)散的溫度二) 共析碳鋼 TTT 曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn) 物 區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)。550230;中溫轉(zhuǎn)變區(qū); 半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; 貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū);230 - 50; 低溫轉(zhuǎn)變區(qū); 非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf 2.亞共析鋼的TTT曲線 FAP + FS + FTBM + A殘A3時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫

10、度()0400A1MsMf 3.過共析鋼的TTT曲線P + Fe3CS + Fe3CTBM + A殘 Fe3CAACM時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf (四) 影響 TTT 曲線形狀 與位置的因素1.奧氏體中含碳量的影響:共析 鋼亞共析鋼時(shí)間溫度A1過共析鋼2.奧氏體中含合金元素的影響: 除Co、Al (2.5% ) 外,所有合金元 素溶入奧氏體中,會(huì)引起:向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金鋼合金元素的影響2）碳化物溶解充分, 奧氏體成分均勻,提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性, 從而使 TTT曲線向右移。3.奧氏體狀

11、態(tài)的影響1）奧氏體晶粒越細(xì),越有利形核和擴(kuò)散,有利轉(zhuǎn)變加熱溫度越高, 保溫時(shí)間越長,越穩(wěn)定。（五）.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變一) 建立共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 - CCT 曲線 C - continuousC - coolingT - transformationVcVc 1、 共析碳鋼 CCT 曲線建立過程示意圖時(shí)間( lg )溫度A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷爐冷空冷中止線無貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)Vc上臨界冷卻速度V下臨界冷卻速度c穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf2 共析碳鋼 TTT 曲線與

12、CCT曲線的比較CCT曲線TTT曲線VcV4水冷V3油冷Vc 3、CCT曲線在連續(xù)冷卻過程中 的應(yīng)用時(shí)間( lg )溫度A1PfPsA+PKMsMfV1爐冷V2空冷V1 = 5.5/s :爐冷 ; PV2 = 20/s :空冷 ; SV3 = 33/s :油冷;T+M+A殘V4 138/s :水冷 ; M+A殘穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf連續(xù)冷卻過程中 TTT 曲線的應(yīng)用V1V2VkV3V4V1 = 5.5/s :爐冷 ; PV2 = 20/s :空冷 ; SV3 = 33/s :油冷;T+M+

13、A殘V4 138/s :水冷 ; M+A殘過共析鋼無貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)先共析滲碳體析出線亞共析鋼先共析鐵素體析出線貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。共析鋼無貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)亞共析鋼和過共析鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線 第二節(jié) 鋼的普通熱處理工藝毛坯生產(chǎn) 預(yù)備熱處理 機(jī)械加工 最終熱處理 機(jī)械精加工預(yù)備熱處理 : 退火 ; 正火最終熱處理 : 淬火 ; 回火一般零件生產(chǎn)的工藝路線:一、鋼的退火一)定義: 把零件加溫到一定溫度，保溫一段時(shí)間,然后緩慢（隨爐）冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。二)目的: 1、消除應(yīng)力;2、降低硬度以改善切削加工性能;3、細(xì)化晶 粒;4、均勻成分;5、為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。 三) 種類退火重結(jié)晶退

14、 火低溫退火完全退火擴(kuò)散退火球化退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火普通退火等溫退火普通球化 退 火等溫球化 退 火四) 工藝參數(shù):溫 度 ( C )名 稱Ac3 + 3050完全退火Ac1 + 3050球化退火500600去應(yīng)力退火Ac3 + 150250擴(kuò)散退火1、完全退火和等溫退火 加熱到Ac3+3050，保溫后爐冷指加熱到完全奧氏體化目的：細(xì)化，軟化適用于：亞共析鋼的鑄、鍛件，熱軋型材，焊接件組織：F + P 加熱到Ac3（Ac1）+3050， 保溫后在Ar1以下等溫后空冷目的：細(xì)化，軟化、省時(shí)適用于：中、高合金鋼組織：F + P 或 Fe3C+ Pt 過共析鋼亞共析鋼完全退火等溫退火2、球化退火

15、和擴(kuò)散退火 加熱到Ac1+2030目的：得到球狀 Fe3C，軟化適用于：共析鋼，過共析鋼組織：球狀 P 加熱到Ac3+150300，長時(shí)間保溫后慢冷目的：均勻成分適用于：鑄鋼件組織：晶粒粗大思考：過共析鋼怎樣退火？擴(kuò)散退火后應(yīng)完全退火或正火細(xì)化擴(kuò)散退火均勻化退火球化退火 T10鋼球化退火組織 ( 化染 ) 500 粒狀珠光體3、去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火 加熱到Ac1-100200，保溫后爐冷目的：去內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織適用于：冷加工件，熱加工件組織：不變 加熱到t再+150250，保溫后空冷目的：降低硬度，提高塑性適用于：冷變形工件組織：等軸晶粒再結(jié)晶溫度：T再=T熔 0.4（絕對(duì)溫度）低溫退火低溫

16、退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火二、鋼的正火一)定義: 把零件加溫到臨界溫度以上 3050,保溫一段時(shí)間,然后 在空氣中冷卻。 二)目的: 消除應(yīng)力;調(diào)整硬度;細(xì)化晶 粒;均勻成分;為最終熱處理 作好組織準(zhǔn)備。 目的：與完全退火相似，且細(xì)化晶粒，改善性能適用于： 低碳鋼 改善切削加工性 過共析鋼 消除網(wǎng)狀 Fe3C 要求不高的結(jié)構(gòu)件 機(jī)械性能第三節(jié)鋼的淬火一、定義: 把零件加溫到臨界溫度以上 30 50,保溫一段時(shí)間,然 后快速冷卻 ( 水冷 )。 二、目的: 為了獲得馬氏體或下貝氏體組織,提高鋼的硬度和耐磨性。 三 、工藝參數(shù):溫 度 ( C )名 稱Ac3 + 3050亞共析鋼Ac1 + 3050

17、共析鋼Ac1 + 3050過共析鋼工藝參數(shù):四、熱處理后的組織 : M+Fe3C+A殘 Ac1+3050過共析鋼 M + A殘 Ac1+3050 共析鋼 M + A殘 Ac3+3050亞共析鋼Wc0.5% M Ac3+3050亞共析鋼Wc0.5% 最終組織淬火溫度() 鋼種五、淬火加熱時(shí)間 ( ) 的選擇: = K D工 件 有 效 厚 度(尺寸最小部位)裝爐量有關(guān)系數(shù)一般 K = 11.5加熱系數(shù),與鋼種及加熱介質(zhì)有關(guān)六、淬火冷卻介質(zhì)1.理想淬火冷卻介質(zhì)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf2.常用的淬火冷卻介質(zhì) 名

18、 稱 最大冷卻速度時(shí)平均冷卻速度/(s-1)所在溫度/ 冷卻速度 /( s-1)650550 300200 20靜止水34077513545040靜止水28554511041060靜止水2202758018510%NaCl 溶液58020001900100010%NaOH 溶液560283027507752010號(hào)機(jī)油43023060658010號(hào)機(jī)油4302307055203號(hào)錠子油50012010050七、 常用的淬火方法單液淬火雙液淬火分級(jí)淬火等溫淬火時(shí)間溫度MsA1深冷處理和局部淬火分級(jí)淬火：在Ms附近稍保溫，使內(nèi)外均溫，最后得M等溫淬火：在Ms上等溫，最后得到B下等溫淬火的內(nèi)應(yīng)力最小

19、，工件不易變形開裂， 適合形狀復(fù)雜零件深冷處理 淬火后繼續(xù)在 0以下冷卻， 使殘A M 目的：穩(wěn)定組織，HRC 用于：量具（模具）局部淬火：局部加熱淬火 整體加熱，局部冷卻八 、鋼的淬硬性1.定義:是指鋼在淬火后所能達(dá)到的最 高硬度。2.影響鋼的淬硬性的因素:主要取決于 馬氏體的含碳量。WC/%九、鋼的淬透性 1.定義:是指鋼在淬火時(shí)所能得到的淬 硬層 (馬氏體組織占50%處) 的 深度。2.影響鋼的淬透性的因素:主要是臨界 淬火冷卻速度V 的大小, V 越 大,鋼的淬透性越小。工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系.淬透性的大小對(duì)鋼的熱處理后的力學(xué)性能的影響未淬透鋼淬透鋼 4.鋼的淬透性的測(cè)量 1)“末

20、端淬火法”測(cè)定。 2)臨界淬火直徑：最大淬透直徑DoDo越大，鋼的淬透性越好鋼號(hào)D0水/mmD0油/mm心部組織（體積分?jǐn)?shù)）4510-186-8M50%6020-259-15M50%40Cr20-3612-24M50%20CrMnTi32-3512-20M50%T8-T1215-185-7M95%GCr15-30-45M95%9SiCr-40-50M95%Cr12-200M90%部分鋼材的臨界淬透直徑鋼的淬硬性指淬火后馬氏體所能達(dá)到的最高硬度淬硬性主要決定于馬氏體的碳含量。淬透性主要決定于臨界冷卻速度合金元素淬透性（除Co）C曲線越右臨界冷卻速度小淬透性越好硬度碳含量淬硬性與淬透性:淬透性淬硬

21、性鋼 種小低碳素結(jié)構(gòu)鋼 ( 20 )小高碳素工具鋼( T10A )大低低碳合金結(jié)構(gòu)鋼( 18Cr2Ni4WA )大高高碳高合金工具鋼( Cr12MoV )5、淬透性的實(shí)際意義1）淬透性高保證淬透減少應(yīng)力2）淬透性低表面淬火焊接第四節(jié)鋼的回火一、定義: 把淬火后的零件重新加溫到A1線以下某個(gè)溫度,保溫一段時(shí)間,然后冷卻到窒溫。二、目的消除淬火應(yīng)力,降低脆性;穩(wěn)定 工件尺寸;調(diào)整淬火零件的力學(xué)性能。 三、回火時(shí)的組織變化：M分解過飽和相C析出F塊狀F碳化物細(xì)Fe3C粒狀Fe3C回火M 回火T 回火S 回火PA殘分解B下或回火M200-300250-400再結(jié)晶F粗大Fe3C400-600600 1

22、.馬氏體分解（100350）100以上M分解析出彌散的-Fe2.4C碳化物成分和結(jié)構(gòu)不同于滲碳體是亞穩(wěn)定相回火馬氏體(M回):一定飽和度的固溶體+彌散分布的碳化物。*M、Ar不穩(wěn)定回火組織轉(zhuǎn)變過程： 2.殘余奧氏體的分解（200300） 在200300之間回火時(shí)殘余奧氏體將會(huì)發(fā)生分解產(chǎn)物:過飽和的固溶體+-Fe2.4C碳化物相當(dāng)于回火馬氏體或下貝氏體 3.碳化物的轉(zhuǎn)變（300400） 4.滲碳體的聚集長大和相的再結(jié)晶（400以上）碳化物 滲碳體轉(zhuǎn)變回火托氏體飽和針狀的固溶體+細(xì)小顆粒狀的滲碳體400滲碳體開始聚集長大。F明顯回復(fù).450 相的多邊形化回火索氏體:多邊形化相+較大粒狀的滲碳體60

23、0 回火珠光體再結(jié)晶等軸的相+粗粒狀的滲碳體四、回火時(shí)的性能變化隨回火溫度 b，S，HRC，K， e 五、回火種類低溫回火（150250 ） 組織：回火M 極細(xì)碳化物 + 過飽和相 目的：內(nèi)應(yīng)力，脆性，保持高硬度和耐磨性 適用：工具，量具，軸承 高碳鋼 滲碳件，表面淬火件 HRC5862 2 中溫回火（350500 ） 組織：回火T 針狀 F + 極細(xì) Fe3C 目的：獲得高s ，e HRC3545 適用：彈簧，扳手，模具 中高碳鋼 3 高溫回火（500650 ） 組織：回火S 塊狀 F + 粒狀 Fe3C 目的：獲得良好的綜合機(jī)械性能 HRC2535 適用：軸，齒輪，螺栓等重要結(jié)構(gòu)件 中碳鋼

24、淬火 + 高溫回火 = 調(diào)質(zhì)耐磨件M回=0.3%C+150250低溫回火彈簧等T回=F針+Fe3C粒350500中溫回火調(diào)質(zhì)件S回=F多+Fe3C球500650高溫回火高合金鋼P(yáng)回=F多+Fe3C粒650A1高溫軟化三) 工藝參數(shù)用途組 織溫度()名 稱淬火 + 高溫回火 = 調(diào)質(zhì)處理第一類回火脆性：250400 每種鋼都有，難以避免 回火溫度禁區(qū)六、回火脆性韌性隨回火溫度升高而升高？300 600 回火脆性：在某溫度區(qū)間回火時(shí)， k 顯著降低第二類回火脆性：500600 含Cr、Mn、Ni的鋼明顯 可以消除： 鋼中加 Mo、W 回火后快冷化學(xué)熱處理表面淬火第五節(jié) 鋼的表面熱處理對(duì)軸、齒輪、凸

25、輪的機(jī)械性能要求表面：硬，耐磨，耐疲勞M心部：塑，韌，耐沖擊F，P解決思路：選材低淬透性材料工藝只改變表層組織同時(shí)改變表層組織、成分表面熱處理工藝的核心:使零件具有“表硬里韌”一、表面淬火一) 定義:是一種不改變鋼表層化學(xué)成 分,但改變表層組織的熱處理工藝。二) 工藝特征:通過快速加熱使鋼的表 層奧氏體化,然后急冷,使表層 形成馬氏體組織,而心部仍保 持不變。 三)表面淬火用鋼: 選用中碳或中碳低合金鋼。40、45、40Cr、40MnB等。四)表面淬火加工的方法: 感應(yīng)加熱( 高、中、工頻 )、火 焰加熱、激光加熱等。1.感應(yīng)加熱表面淬火1)感應(yīng)加熱的基本原理:* 感應(yīng)電流 - 渦流* 集膚效

26、應(yīng)*淬火層深度()與電流頻率( f )的關(guān)系: = 500 / f （mm） 集膚效應(yīng)示意圖1.感應(yīng)加熱表面淬火1)感應(yīng)加熱的基本原理:* 感應(yīng)電流 - 渦流* 集膚效應(yīng)淬火層深度()電流頻率( f )分類：高頻（200300 KHz）， 中頻（2.58 KHz），工頻（50 Hz），厚度分別為0.5-2，3-6，10-15mm特點(diǎn)： 加熱速度快，時(shí)間短 表層為極細(xì)的隱晶M 硬度高 脆性低 23HRC 體積膨脹形成壓應(yīng)力,-1 變形小，不易氧化脫碳 易機(jī)械化、自動(dòng)化 設(shè)備價(jià)貴，維修調(diào)整困難適用于：需淬硬層薄的中、小零件多用于：中碳鋼、中碳合金鋼2)工藝要求: * 表面淬火前,必須對(duì)零件進(jìn)行正火

27、 或調(diào)質(zhì)處理,以保證零件有良好的 基體。 * 表面淬火后,必須對(duì)零件進(jìn)行低溫 回火處理,以降低淬火應(yīng)力和脆性。2.火焰加熱表面淬火1)火焰加熱表面淬火的基本方法2)火焰加熱表面淬火的特點(diǎn):*設(shè)備簡單, 操作方便, 成本低。*淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。*適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。淬硬層2-6mm（三）激光加熱表面淬火無需冷卻介質(zhì),加熱:高功率密度:103105W/cm2淬硬層：0.1-0.8mm硬度高、耐磨性好(50%)復(fù)雜件的拐角、溝槽、深孔等二、化學(xué)熱處理一)定義:將零件置于一定的化學(xué)介質(zhì) 中 , 通過加熱、保溫,使介質(zhì) 中一種或幾種元素原子滲入 工件表層,以改變鋼表層的化 學(xué)成分和組織的熱處

28、理工藝。 二) 化學(xué)熱處理的基本過程:2.吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶 解。3.擴(kuò)散: 活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò) 散, 形成一定的擴(kuò)散層。2.分解: 化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲 的活性原子。 2CO CO2 +C1.加熱: 工件加熱到合適的溫度使之有利于吸收滲入元素.三) 化學(xué)熱處理進(jìn)行的條件:1. 滲入元素的原子必須是活性原子, 而 且具有較大的擴(kuò)散能力。2. 零件本身具有吸收滲入原子的能力, 即對(duì)滲入原子有一定的溶解度或能 與之化合, 形成化合物。四) 化學(xué)熱處理的種類: 滲碳; 滲氮; 碳氮 共滲; 滲硼; 滲鋁; 滲硫; 滲硅; 滲鉻等。1.鋼的滲碳1)定義: 把鋼置于含有活性

29、炭的介質(zhì)中，加熱、保溫，使活性碳原子滲入鋼的表面的熱處理工藝。2)目的: 獲得具有表硬里韌性能的零件。3)用鋼:低碳鋼和低碳合金鋼。4)方法: 固體、氣體、液體滲碳。 固體滲碳法示意圖設(shè)備簡單操作方便生產(chǎn)率低質(zhì)量不易控制勞動(dòng)條件差單件、小批量零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱 氣體滲碳法示意圖煤油、甲醇等生產(chǎn)率高滲碳層質(zhì)量好勞動(dòng)條件好液體滲碳法工件放入熔融的液體中設(shè)備簡單質(zhì)量容易控制操作方便滲入速度快鹽浴配方大多含有氰鹽單件，小批量5)工藝: 加熱溫度為900950; 滲碳時(shí)間一般為39小時(shí);滲碳層厚0.5-2mm,Wc%1.0%6)滲碳后的組織: 1%CP+Fe3C0.2%C F + P少表面中心零

30、 件PP+F滲碳層的組織過共析組織(P+Fe3C) 共析組織(P) 過渡區(qū)亞共析組織(P+F) 原始亞共析組織(F+P) 7) 滲碳后的熱處理工藝8) 熱處理后的組織低碳M回+FM回+Cm+A殘低碳合金鋼F+PM回+Fe3C+A殘低碳鋼心部組織表層組織鋼種9)常用的鋼種: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。2.鋼的滲氮1)定義:把鋼置于含有活性氮原子的介質(zhì)中，加熱、保溫，使活性氮原子滲入鋼的表面的熱處理工藝。2)目的:獲得具有表硬里韌及抗蝕性能 的零件。3)用鋼:中碳合金鋼。4)方法:氣體滲氮、離子滲氮。5)工藝:加熱溫度500600; 保溫時(shí)間20

31、50h （0.30.5mm）。6)熱處理特點(diǎn): 滲氮前需調(diào)質(zhì)處理; 滲氮后不需熱處理。7)滲氮處理后的組織 表層 : Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、 MoN、TiN、VN。 心部 : S回。8)常用的鋼種 : 35 CrMo、38CrNiW、 38 CrMoAlA 等。滲氮件的性能：表面強(qiáng)化和表面保護(hù)1)高硬度、高耐磨性合金氮化物層，10001100HV，而且在600650下保持不下降；2)疲勞極限高滲氮層的體積增大產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，疲勞極限提高達(dá)15%35%；3)高的耐蝕性能致密的耐蝕的氮化物，使工件在水、過熱的蒸氣和堿性溶液中都很穩(wěn)定4)變形很小滲氮溫度低。工藝路線：鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)

32、精加工去應(yīng)力粗磨氮化精磨或研磨1、氣體滲氮?dú)怏w滲氮： 在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮的工藝稱為氣體滲氮。工藝過程 ：在滲氮爐內(nèi)通入氨氣，在380以上氨分解出活性氮原子:2NH33H2+2N活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保溫過程中向里擴(kuò)散，形成滲氮層。工藝特點(diǎn)：溫度低：500600550570氮在鐵素體中有一定的溶解能力。時(shí)間長：4070h，氮化層厚度為0.40.6mm。2、離子滲氮離子滲氮：在低于一個(gè)大氣壓的滲氮?dú)夥罩?，利用工?陰極)和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行滲氮的工藝稱為離子滲氮。工藝過程：真空度1.3313.33Pa)的離子滲氮爐中通入NH3，工件，爐壁，400750V，氨氣被電離成氨和

33、氫的正離子和電子陰極工件表面形成一層紫色輝光高能量氮離子高速轟擊工件表面，動(dòng)能熱能，工件表面溫升到450650同時(shí)氮離子在陰極上奪取電子后，還原成氮原子滲入工件表面，形成滲氮層。 另外，氮離子轟擊工件表面時(shí)，還能產(chǎn)生陰極濺射效應(yīng)而濺射出鐵離子，鐵離子形成氮化鐵(FeN)附著在工件表面分解為Fe2N、Fe3N、Fe4N放出氮原子向工件內(nèi)部擴(kuò)散，形成滲氮層。工藝特點(diǎn)：速度快、周期短。38CrMoAlA要達(dá)到0.530.7mm深的滲層， 1520h（氣體滲氮法50h）。質(zhì)量高。 由于陰極濺射有抑制生成脆性層的作用，所以明顯提高滲氮層的韌性和疲勞性質(zhì)。工件變形小。陰極濺射效應(yīng)使工件尺寸略有減小，可抵消

34、氮化物形成引起的尺寸增大。適用于處理精密零件和復(fù)雜零件，如38CrMoAlA鋼制成的長9001000mm、外徑27mm的螺桿，滲氮后其彎曲變形小于5m。對(duì)材料的適應(yīng)性強(qiáng)。滲氮用鋼、碳鋼、合金鋼和鑄鐵都能進(jìn)行離子滲氮缺點(diǎn)：投資高，溫度分布不均，測(cè)溫困難和操作要求嚴(yán)格等。 滲碳與滲氮的工藝特點(diǎn)處理后是否需要熱處理處理時(shí)間 ( h )處理溫度( )名稱需要39900950滲碳不需要2050500600滲氮與滲碳相比:1、滲氮溫度低(500-570)滲氮后不再進(jìn)行熱處理工件變形小2、硬度高（ 72HRC ）、耐磨性好耐蝕性能好、疲勞強(qiáng)度高3、熱硬性好（600 -65HRC）但工藝復(fù)雜時(shí)間長(20-50

35、h)、成本高滲氮層薄(0.3-0.5mm) 、脆不耐沖擊要求耐磨和高精度的零件（三）氣體碳氮共滲、氣體氮碳共滲（氣體軟氮化） 、 1、在氣體介質(zhì)中將碳和氮同時(shí)滲入工件表層并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝稱為氣體碳氮共滲。工件表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度等比滲碳高。滲劑:煤油（甲苯、乙醇）+氨氣溫度低：760-800速度快：0.5-0.8mm，4-6h但共滲層較薄2、在氣體介質(zhì)中對(duì)工件同時(shí)滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學(xué)熱處理工藝稱為氣體氮碳共滲。滲劑：氨加醇類液體（甲醇、乙醇等）、尿素等尿素分解(NH2)2COCO+2H2+2N 2COCO2+C溫度：530-570時(shí)間：2-3h滲層：0.01-0.0

36、2mm（四）滲硼 用于表面要求很高硬度和耐磨性的工具、模具金屬元素（Cr、V、W等）滲入到表層,形成金屬碳化物.（五）滲金屬FeBFe2B硬度高,耐磨性好,抗咬合和抗擦傷.第四節(jié) 鋼鐵材料的表面強(qiáng)化技術(shù)(表面處理)一、熱噴涂（噴涂覆層）施加表面覆蓋層化學(xué)成分相組成、微觀結(jié)構(gòu)改善表面性能：耐磨性耐蝕性抗氧化裝飾等表面處理：金屬或其它材料熔化用壓縮空氣將其以霧狀噴射到工件表面形成金屬或其它材料的覆蓋層1、噴涂用的材料范圍很廣2、被噴涂的材料范圍很廣3、操作溫度低，變形小4、簡單、迅速修復(fù)磨損零件、提供耐磨、耐蝕等性能特點(diǎn)：二、熱浸鍍 工件浸在熔融的液態(tài)金屬中，在工件表面發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，取出冷卻

37、后 形成后需的金屬鍍層。工件（基體材料）： 熔點(diǎn)高 鍍層金屬：熔點(diǎn)低 提高防護(hù)能力，提高壽命 三、氣相沉積形成的沉積層：高的硬度，高的熱穩(wěn)定性，高的耐腐蝕性的抗高溫氧化能力。過渡族元素（Ti、V、Zr、Cr、Mo、W）和C、N、B、O等的化合物（0.5-1微米） 含有形成沉積層元素的氣相物質(zhì)輸送到工件表面，在工件表面結(jié)合或凝固成固體膜的工藝方法。在真空條件下，用物理方法，將沉積材料氣化或離子化，直接沉積在基體表面的方法。 真空蒸鍍、濺射鍍膜、離子鍍（一）、物理氣相沉積技術(shù)（PVD）1、真空蒸鍍真空度：1.33X10-3-4Pa加熱沉積材料蒸發(fā)反應(yīng)蒸鍍：Ti+CH4TiC2、濺射鍍膜抽真空充Ar

38、0.13-1.33Pa通電:沉積物(陰極)工件(陽極)工件兩側(cè)燈絲發(fā)射電子使Ar+轟擊靶材迸發(fā)的原子或分子濺射到工件難熔材料3、離子鍍抽真空通電:蒸發(fā)源或氣體電離轟擊工件附著力強(qiáng)繞射性好沉積快（二）、化學(xué)氣相沉積（CVD） 利用氣態(tài)物質(zhì)在一定溫度下于固體表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并在其上面生成固態(tài)沉積膜的過程。模具Cr12MoV冷沖裁模TiN2-7倍1、CVD原理：反應(yīng)物的汽化點(diǎn)低高純度的沉積層沉積過程的幾個(gè)步驟：2）表面化學(xué)反應(yīng)3）析出物（生成物）聚集形成晶核4）氣體脫離基體材料表面 1）擴(kuò)散和吸附5）沉積層與基體材料的界面發(fā)生元素?cái)U(kuò)散 TiCl4+CH4+H2TiC（s）+HCl（g）+H2（g）2、CVD涂層形成機(jī)制：1）、熱化學(xué)氣相沉積（TCVD）2）、低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）（1-4）x104Pa3）、等離子體化學(xué)氣相沉積（PCVD） 利用高溫激活化學(xué)反應(yīng)借助電場(chǎng)作用，使原料氣體成為等離子體 沉積溫度低(500 )，3、CVD種類氣體在低壓下易于遷移涂層材料范圍廣結(jié)合強(qiáng)度高，速度快，四、電鍍陰極：還原反應(yīng) Zn2+2e Zn利用電解作用在材料表面沉積上一層金屬覆蓋層的過程陽極陰極1、原理：陽極：氧化反應(yīng) Zn Zn2+2e電鍍：金屬正離子還原沉積成鍍層鍍層性能取決于鍍層材料電鍍基本裝置：電鍍槽直流電源電