鋼表面熱處理工藝簡介

鋼的表面熱處理3/10/202311、鋼的一般熱處理包括哪些工藝?正火、退火、淬火和回火，統(tǒng)稱“四把火”。2、什么是調(diào)質(zhì)？調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織和性能怎樣？淬火后高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)后的組織為回火索氏體，具有綜合力學(xué)性能。3、什么是鋼的淬透性？鋼在淬火條件下得到M組織或淬透層深度的實(shí)力，是鋼的固有屬性。溫故知新3/10/20232設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)遵循的原則①避開尖角和棱角。②避開厚薄懸殊，必要時(shí)可增加工藝孔。3/10/20233③接受對(duì)稱結(jié)構(gòu)，以減小熱處理時(shí)的變形。④某些易變形的零件可接受封閉結(jié)構(gòu)，如圖所示為彈簧夾頭，其槽口在熱處理之后再切開。⑤必要時(shí)可將整體件改成組裝件，如圖零件的鑲拼結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)遵循的原則3/10/20234在這種狀況下，單從材料選擇入手或接受一般熱處理方法，不能滿足其要求。一般熱處理的適用狀況（性能）：低碳鋼：可滿足心部要求，表面要求不能滿足；高碳鋼：可滿足表面要求，心部要求不能滿足；解決這一問題的方法是表面熱處理和化學(xué)熱處理

3/10/20235鋼的表面熱處理一、表面淬火表面淬火概念：利用快速加熱將表面層奧氏體化后進(jìn)行淬火，以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。(變更鋼表層組織的局部熱處理工藝)3/10/20236鋼的表面淬火①表面淬火用材料含碳量為0.4～0.5%的中碳鋼及鑄鐵。②表面淬火后的組織表層組織為回火馬氏體，心部組織為回火索氏體

（調(diào)質(zhì)）或鐵素體加索氏體（正火）。3/10/20237表面淬火依據(jù)實(shí)現(xiàn)方式，表面淬火可分為：感應(yīng)加熱表面淬火火焰加熱表面淬火激光加熱表面淬火3/10/20238火焰加熱表面淬火：用氧—乙炔火焰噴射到工件表面，使其被快速加熱到淬火溫度，并馬上噴水冷卻的操作方法。適用于含C0.35%~0.7%的中碳鋼和中碳合金鋼，如45，40Cr。感應(yīng)加熱表面淬火：用確定頻率的感應(yīng)電流使工件表面被快速加熱到淬火溫度，并馬上噴水冷卻的操作方法。適用于含C0.4%~0.5%的中碳鋼和中碳合金鋼，如40，40Cr。表面淬火3/10/20239兩類表面淬火的比較

火焰加熱表面淬火和高頻感應(yīng)加熱表面淬火相比，具有設(shè)備簡潔，成本低等優(yōu)點(diǎn)。但生產(chǎn)率低，零件表面存在不同程度的過熱，質(zhì)量限制也比較困難。主要適用于單件、小批量生產(chǎn)及大型零件（如大型齒輪、軸、軋輥等）的表面淬火。3/10/202310火焰加熱表面淬火示意圖特點(diǎn)及應(yīng)用：設(shè)備簡潔、成本低、敏捷性大，但淬火質(zhì)量較難限制。3/10/202311感應(yīng)加熱表面淬火3/10/202312感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱的基本原理

感應(yīng)加熱表面淬火的裝置如圖所示。①交變磁場使工件內(nèi)部感生出巨大的

渦流②電流頻率越高，感應(yīng)電流透入深度

越淺3/10/202313感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)①加熱溫度高；②工件表層硬度高，脆性較低；③工件表面質(zhì)量好；④生產(chǎn)效率高。3/10/202314感應(yīng)加熱的分類

①高頻感應(yīng)加熱電流頻率范圍250～300kHz，淬硬層深度為0.5～

2.0mm，適用于中小模的齒輪及中小尺寸的軸類零件。②中頻感應(yīng)加熱電流頻率范圍50～250Hz，淬硬層深度2～10mm，適用于較大的軸和大中模數(shù)齒輪。

③工頻感應(yīng)加熱電流頻率50Hz，淬硬層深度可達(dá)10～15mm，適用

于較大直徑零件的穿透加熱及大直徑零件如軋輥、火車

車輪的表面淬火。感應(yīng)加熱表面淬火后的回火一般只進(jìn)行低溫回火，回火溫度一般不高于200℃。3/10/202315電流頻率與淬硬深度的關(guān)系在淬火溫度狀態(tài)下，電流透入的深度與感應(yīng)電流的頻率有關(guān)。

3/10/202316感應(yīng)加熱淬火零件的加工工藝路途

下料-----鍛造-----調(diào)質(zhì)或正火------切削加工-----感應(yīng)加熱淬火+低溫回火-----精加工-----檢驗(yàn)3/10/202317鋼的化學(xué)熱處理將鋼放入確定的活性介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表面，以變更表面化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。分類：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁3/10/202318鋼的化學(xué)熱處理的過程1.分解：由介質(zhì)中分解出所滲元素的活性原子2.吸?。汗ぜ砻鎸?duì)活性原子進(jìn)行吸取，形成固熔體或形成化合物。3.擴(kuò)散：在確定溫度下，所吸附原子由表層往里遷移，形成確定厚度的滲層。3/10/202319鋼的滲碳

概念：將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。

目的：通過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲憊性能，而心部具有確定的強(qiáng)度和良好的韌性協(xié)作。

滲碳方法：滲碳方法有氣體滲碳、固體滲碳和真空滲碳。目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。

滲碳用鋼：含碳量為0.1%—0.25%的低碳鋼和低碳合金鋼。

3/10/202320一汽滲碳生產(chǎn)線3/10/202321

氣體滲碳法此法是使工件在高溫（900～950℃）的滲碳?xì)夥者M(jìn)行滲碳。3/10/202322氣體滲碳法滲碳?xì)夥沼袃煞N供應(yīng)方式，一種是將富碳?xì)怏w干脆通入爐內(nèi)；

另一種是將已分解的有機(jī)物液體滴入爐內(nèi)。氣體滲碳法優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率高，質(zhì)量好，但滲碳層深度不易控

制。3/10/202323此法是將工件埋在固體滲碳劑中，裝箱密封，

加熱到滲碳溫度保溫以使工件表層增碳的工藝。A、固體滲碳法特點(diǎn)是生產(chǎn)率低，設(shè)備

簡潔，成本低，目前一些小廠仍廣

泛運(yùn)用。B、固體滲碳劑一般由主滲劑（木炭粒）

和催滲劑組成的混合物。固體滲碳法3/10/202324將零件放入特制的真空滲碳爐中，先抽真空，然

后升溫至滲碳溫度，再通入確定量的滲碳?xì)怏w進(jìn)行滲碳的一種熱處理工藝。真空滲碳3/10/202325滲碳層的成分和厚度①工件滲碳后表面含碳量可達(dá)過共析鋼的成分，由表向里碳濃

度漸漸降低，如圖所示。②機(jī)器零件滲碳層的厚度通常為0.5～2mm。3/10/202326

滲碳后的熱處理方法有三種，如圖所示。①干脆淬火法：零件滲碳出爐后冷至約830℃，干脆放入冷卻

介質(zhì)中淬火，然后進(jìn)行低溫回火。②一次淬火法：滲碳零件出爐緩冷后，再加熱到淬火溫度進(jìn)行

淬火和回火。③兩次淬火法：將工件滲碳后緩冷再進(jìn)行兩次淬火。滲碳后的熱處理3/10/202327噴丸3/10/202328鋼的滲氮概念：滲氮俗稱氮化，是指在確定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的熱處理工藝。3/10/202329鋼的滲氮目的：提高零件表面硬度、耐磨性、疲憊強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性等。滲氮方法：氣體滲氮、離子滲氮等。生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣體滲氮。滲氮用鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如20，40等；一般合金結(jié)構(gòu)鋼，如40Cr等；滲氮專用鋼，如38CrMoAl。3/10/202330氮化工藝②離子滲氮在低真空度容器內(nèi)，淡薄的氨氣在高電壓作用下，迫

使電離后的氨離子高速?zèng)_擊工件，使其滲入工件表面。離

子氮化的優(yōu)點(diǎn)是氮化時(shí)間短，變形小。①氣體氮化在特地設(shè)備中通入氨氣NH3

并加熱至560～570℃。氮化時(shí)

間約20～50h，氮化層深度一

般0.1～0.6mm。3/10/202331氮化用鋼及氮化處理技術(shù)條件①氮化用鋼通常是含有Al、Cr、Mo、V等合金鋼。應(yīng)用最廣泛的是38CrMoAl。②選擇氮化層厚度不超過0.6～0.7mm。

③工件在氮化前進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，氮化后不進(jìn)行熱處理。3/10/202332①氮化后工件表面硬度高、耐磨性高和熱硬性高。②氮化后工件的疲憊強(qiáng)度顯著提高。③氮化工件變形小；耐腐蝕實(shí)力高。④氮化工藝?yán)щy，成本高。⑤目前氮化工藝主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件氮化特點(diǎn)及應(yīng)用3/10/202333鋼的氰化氰化是使工件表面同時(shí)滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝，也稱作碳氮共滲。常用的氰化方法有：1）低溫氣體碳氮共滲共滲介質(zhì)有尿素、甲酰氨和三乙醇氨等，處理溫度不

超過570℃，處理時(shí)間1～3h，硬度可達(dá)50～67HRC。現(xiàn)普遍用于模具、刃具、量具及耐磨零件的處理。2）中溫氣體碳氮共滲滴入煤油并通入氨氣，加熱溫度830～850℃。保溫3～

4h時(shí)，氰化層厚度可達(dá)0.5～0.6mm。目前主要用于形態(tài)困難、要求變形小、受力不大的小型零件的處理。3/10/202334其它化學(xué)熱處理方法滲鉻：有較好的耐蝕性和優(yōu)良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不銹鋼和耐熱鋼用于機(jī)械和工具制造。

滲硼：特別優(yōu)秀的耐磨性、耐腐蝕磨損和泥漿磨損的實(shí)力，耐磨性明顯優(yōu)于滲氮、碳和碳氮共滲層，但不耐大氣和水的腐蝕。主要用于泥漿泵零部件、熱作模具和工件夾具。3/10/202335鋼的熱處理新技術(shù)一、可控氣氛熱處理二、真空熱處理三、形變熱處理四、表面處理和技術(shù)3/10/202336愛護(hù)氣氛熱處理愛護(hù)氣氛熱處理是接受無氧化加熱，或接受限制氣

氛來防止熱處理過程中的氧化和脫碳的一種工藝。1．接受無氧化加熱在爐內(nèi)通入高純度中性氣體N和氬等進(jìn)行加熱，以防氧化和脫碳。2．可控氣氛法一般利用含碳的液體（甲醇、乙醇、丙酮等），分解

和裂化成確定的碳勢的限制氣氛，引入熱處理爐內(nèi)。所謂碳勢，是指加熱時(shí)限制氣氛的脫碳作用和滲碳作

用保持平衡時(shí)鋼的含碳量。如某一限制氣氛在確定溫度下

假如具有0.4%碳勢，則含碳為0.4%的鋼在此氣氛中加熱

不會(huì)脫碳和氧化。3/10/202337真空爐3/10/202338真空熱處理

真空熱處理是在1.33～0.0133Pa真空度的真空介質(zhì)中加熱的熱處理工藝。

特點(diǎn)及應(yīng)用：①真空熱處理可使零件表面無氧化、不脫碳、變形小。②真空熱處理廣泛用于化學(xué)熱處理中，如真空滲碳、真空滲鉻等。3/10/202339

激光熱處理是利用激光加熱工件，依靠工件本身的傳熱來實(shí)現(xiàn)冷卻淬火的工藝。特點(diǎn)：①可在0.3s達(dá)到最高溫度，1s內(nèi)冷卻到Ms點(diǎn)，可在表面層獲得全部馬氏體組織。②激光熱處理不受鋼種的限制，與鋼的淬透性無關(guān)。激光熱處理3/10/202340氣相沉積

氣相沉積法有化學(xué)氣相沉