金属工艺学14.ppt

第三节其他类型热处理 一 形变热处理 1 定义 将塑性变形与热处理操作相互结合 使金属材料同时受到形变强化和相变强化的一种综合工艺 2 作用提高钢的强度 改善塑性和韧性 简化工艺 节省能源 高温形变热处理 具体过程 1 将钢加热使之奥氏体化 并在略低于奥氏体化温度下进行塑性形变 轧制 拔丝 旋压等等 2 成形后立即淬火 3 根据零件对力学性能的要求进行回火 工艺变量控制形变量 20 40 终锻温度 900 以内性能强化程度有限强度提高 韧塑性大大提高应用 锻件 曲轴 连杆 叶片 弹簧 低温形变热处理 Ar1以下 500 600 变形量60 90 抗拉强度可达3300MPa超高强度钢的热处理飞机起落架 模具 冲头 板簧 钢的表面淬火 有需求 如汽车 拖拉机上的传动齿轮 其表面硬度要求为58 62HRC 而心部硬度则要求为33 38HRC 精密镗床主轴 要求其与滑动轴承配合的表面硬度不低于900HV 而心部硬度为248 286HBS 成本低 方法简单 通过快速加热与立即淬火冷却相结合的方法来实现表硬 心韧 一 感应加热表面淬火 500 f1 2式中 为电流透入的深度 mm f为电流频率 Hz 集肤效应 硬度分布 感应加热表面淬火的分类 高频80 1000KHz 常用200 300KHz 淬硬深度为0 5 2mm 中小模数齿轮 轴类零件等 中频500 10000Hz 常用2500 8000Hz 淬硬深度3 6mm 直径较大的轴类和较大模数的齿轮等 工频50Hz 淬硬深度达10 15mm 直径大于300mm的轧辊及轴类零件等 感应加热表面淬火的特点 淬火温度高 Ac3 80 150 组织 M M F 托氏体 F P 回火索氏体加热升温速度快 保温时间极短 表面硬 脆性低 高2 3HRC 低的脆性 耐腐蚀性高 调质态比正火态冲击韧度高表面质量好 变形小 不易氧化 脱碳 变形小 生产过程易于控制 适用于大批量生产 不足 设备较贵 复杂零件的感应器不易制造 适用材料 碳含量为0 4 一0 5 的中碳碳素钢和合金钢是最适于感应加热表面淬火的材料 例如45钢 40Cr等 但也可以用于高碳工具钢 低合金工具钢以及铸铁等材料 三 钢的化学热处理 化学热处理的基本过程为 加热 将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗入元素活性原子 分解 由化合物分解或离子转变而得到渗入元素活性原子 吸收 活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶体或化合物 扩散 渗入原子在一定温度下 由表层向内部扩散形成一定深度的扩散层 化学热处理方法 渗碳 碳氮共渗可提高钢的硬度 耐磨性及疲劳性质 渗氮 渗硼 渗铬使工件表面特别硬 可显著提高耐磨性和耐蚀性 渗铝可提高耐热抗氧化性 渗硫可提高减摩性 渗硅可提高耐酸性等 最常用 渗碳 渗氮和碳氮共渗及氮碳共渗 一 钢的渗碳 将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺 目的是使低碳 wc 0 10 0 25 钢件表面得到高碳 wc 1 0 1 2 经适当的热处理 淬火 低温回火 后获得表面高硬度 高耐磨性 而心部仍保持一定强度及较高的塑性 韧性 适用于同时受磨损和较大冲击载荷的低碳 低合金钢零件 如齿轮 活塞销 套筒及要求很高的喷油嘴偶件等 钢的渗碳原理示意图 1 气体渗碳 方法 滴注式渗碳介质 苯 醇 煤油等液体工艺 将工件装在密封的渗碳炉中 加热到900 950 常用930 向炉内滴入煤油 苯 甲醇 丙酮等有机液体 在高温下分解成CO CO2 H2及CH4等气体组成的渗碳气氛 在高温下与工件接触时便在工件表面进行下列反应 生成活性碳原子 生成活性碳原子 2CO C CO2CH4 C 2H2CO H2 C H2O随后活性碳原子被钢表面吸收而溶入奥氏体中 并向内部扩散而形成一定深度的渗碳层 气体渗碳的优点是 生产率高 劳动条件好 渗碳过程容易控制 容易实现机械化 自动化 适用于大批量生产 2 固体渗碳 渗碳工艺 工件 渗碳剂密封装入渗碳箱中 加热至900 950 保温 固体渗碳剂 碳粉和碳酸盐 BaCO3或Na2CO3 的混合物 化学反应 C O2 2COBaCO3或Na2CO3 BaO 或Na2O CO2CO2 C 2CO2CO C CO2 3 渗碳层的组织及热处理 表面的含碳量最高 wc 1 0 左右 由表及里 含碳量逐渐降低 直至原始含碳量 组织由表及里为 P Fe3C P P F F P 渗碳层的深度 碳钢 从表面到过渡区亚共析组织一半处的深度为渗碳层的深度 渗碳层的组织 过共析组织 P Fe3C 共析组织 P 过渡区亚共析组织 P F 原始亚共析组织 F P 渗碳层的热处理 直接淬火法预冷至850 880 后直接淬入油中或水中 180 200 进行低温回火 预冷目的 减少淬火变形及开裂用途 大批量生产的汽车 拖拉机齿轮常用此法 一次淬火法 工件经渗碳空冷后 再重新加热至淬火温度 如830 860 进行淬火 然后在180 200 回火 这种方法在工件重新加热时奥氏体晶粒得到细化 使钢的性能得到提高 用途 适用于比较重要的零件 如高速柴油机齿轮等 渗碳工件的最终组织 淬火 低温回火 针状回火马氏体 碳化物 少量残余奥氏体硬度为58 64HRC 而心部则随钢的淬透性而定 对于低碳钢如15 20钢 其心部组织为铁素体 珠光体 硬度相当于10 15HRC 对于低碳合金钢如20CrMnTi 心部组织为回火低碳马氏体 铁素体 硬度为35 45HRC 二 钢的氮化 渗氮 渗氮一般在Ac1温度以下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺 目的提高工件表面硬度 耐磨性 疲劳性质 耐蚀性及热硬性 分类气体渗氮和离子渗氮 1 气体氮化 气体渗氮在气体介质中进行渗氮的工艺称为气体渗氮 工艺过程在渗氮炉内通入氨气 在380 以上氨分解出活性氮原子 2NH3 3H2 2 N 活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面 在保温过程中向里扩散 形成渗氮层 工艺特点 温度低 500 600 常用550 570 远低于渗碳温度 由于氮在铁素体中有一定的溶解能力 无需加热到高温 时间长 20 50h 氮化层厚度为0 4 0 6mm 需调质预处理 改善机加工性能和获得均匀的回火索氏体组织 保证较高的强度和韧性 工艺过程 离子渗氮炉中 通入NH3 工件 炉壁 400 750V 氨气被电离成氨和氢的正离子和电子 阴极工件表面形成一层紫色辉光 高能量氮离子高速轰击工件表面 动能 热能 工件表面温升到450 650 同时氮离子在阴极上夺取电子后 还原成氮原子渗入工件表面 形成渗氮层 2 离子渗氮 三 气体氮碳共渗 在气体介质中对工件同时渗入氮和碳 并以渗氮为主的化学热处理工艺称为气体氮碳共渗 高温 900 950 中温 700 880 低温 500 570 中温气体碳氮共渗工艺 820 860 通入煤油或渗碳气体