第3章表面热处理

1、3.6 3.6 钢的表面热处理钢的表面热处理3.6.1 3.6.1 钢的表面淬火钢的表面淬火 将金属零件表层快速加热到奥氏体化温度，而心部没将金属零件表层快速加热到奥氏体化温度，而心部没有相变，然后快速冷却，有相变，然后快速冷却，表层获得马氏体表层获得马氏体，而，而心部仍心部仍保持原始组织保持原始组织，达到达到“外硬内韧外硬内韧”的工艺的工艺。感应加热淬火感应加热淬火 1 1 感应加热淬火感应加热淬火（1 1）基本原理）基本原理 常用频率：常用频率：高频高频：200200300kHz300kHz；淬；淬硬深度硬深度0.50.52mm2mm。适用于。适用于小、薄零件小、薄零件中频中频： 2.52

2、.58kHz8kHz；淬；淬硬深度硬深度2 2 10mm10mm。用于一。用于一般工件般工件工频工频：50Hz50Hz；淬硬深度；淬硬深度101020mm20mm。用于大型零件。用于大型零件。 感应加热淬感应加热淬硬硬层层 （mmmm）与）与电流频率电流频率f f（HzHz）的关系：）的关系： = =（500500600)600) 可见可见电流频率越高，淬电流频率越高，淬火后工件硬化层越薄火后工件硬化层越薄。感应加热表面淬火齿轮的感应加热表面淬火齿轮的截面图截面图f（2 2）组织与性能）组织与性能 表层表层 淬火马氏体淬火马氏体-高耐磨性高耐磨性 心部心部 原始组织原始组织（回火索氏体）（回火

3、索氏体） -保持高韧性保持高韧性 整体性能整体性能 外硬内韧外硬内韧 （3 3）应用）应用：齿轮和轴类零件齿轮和轴类零件机床导轨机床导轨表面淬火齿轮表面淬火齿轮2 2 火焰加热火焰加热 表面淬火表面淬火 利用利用乙炔乙炔氧氧等形成的高温火焰等形成的高温火焰对零件表层快速加对零件表层快速加热随后立即喷水淬热随后立即喷水淬火冷却的工艺。火冷却的工艺。3 3 激光热处理激光热处理4 4 表面淬火零件的加工工艺路线表面淬火零件的加工工艺路线 45钢凸轮轴例钢凸轮轴例 下料下料锻造锻造正火正火机加工机加工调质调质 精加工精加工表面淬火表面淬火+ +低低温回火温回火检验检验 正火正火- 消除应力、细化晶粒

4、、改善切消除应力、细化晶粒、改善切削性能；削性能； 调质调质-提高凸轮轴的综合力学性能；提高凸轮轴的综合力学性能； 表面淬火表面淬火-提高凸轮表层的硬度和耐提高凸轮表层的硬度和耐磨性磨性 低温回火低温回火-消除淬火应力消除淬火应力中频感应加热表面中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴淬火的机车凸轮轴3.6.2. 3.6.2. 化学热处理化学热处理 ( Chemical Heat Treatment ) 将工件置于特定的化学介质或气氛将工件置于特定的化学介质或气氛中加热、保温，使某些所需的元素扩散中加热、保温，使某些所需的元素扩散到工件表层里，以改变其化学成分的热到工件表层里，以改变其化学成分的热处理

5、工艺。处理工艺。1 1） 化学介质的化学介质的分解分解 如如 2CO 2 C 2CO 2 C O2 O2 2NH3 2 N 2NH3 2 N 3H23H2 由化学介质分解产生的活由化学介质分解产生的活性原子，性原子， 如如 C C 、 N N 才能渗入才能渗入工件表层里。工件表层里。 2 2）工件）工件吸收吸收活性原子活性原子 3 3）活性原子向心部方向）活性原子向心部方向扩散扩散氮化扩散层氮化扩散层化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程1.1. 渗碳渗碳 （CarburizingCarburizing） 1 1）气体气体渗碳渗碳 把工件装入渗碳炉密闭把工件装入渗碳炉密闭 通入渗碳剂通入渗碳

6、剂（气、液体有机物）（气、液体有机物）, , 加热至加热至 900900 950 950保温，保温， 炉内发生炉内发生 CnHCnH2 2nnCnnCCOCO2 2 CO COH H2 2CCH H2 2O O 2）固体）固体渗碳渗碳将工件和固体渗碳剂装入渗碳箱中，用盖子和耐火泥封将工件和固体渗碳剂装入渗碳箱中，用盖子和耐火泥封好，然后放在炉中加热至好，然后放在炉中加热至900-950900-950，保温足够长时，保温足够长时间，得到一定厚度的渗碳层。间，得到一定厚度的渗碳层。 零件零件渗碳剂渗碳剂试棒试棒盖盖泥封泥封渗碳箱渗碳箱3)3) 渗碳后热处理渗碳后热处理 直接淬火法直接淬火法 适用于

7、合金渗碳钢适用于合金渗碳钢 一次淬火法一次淬火法 此法适用于碳钢。此法适用于碳钢。 渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火渗碳零件的工艺路线渗碳零件的工艺路线 锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火低温回火淬火低温回火（喷丸）（喷丸）精磨精磨 经渗碳的机车从动齿经渗碳的机车从动齿轮轮4 4）应用应用耐冲击和耐磨都要耐冲击和耐磨都要求很高的零件，如求很高的零件，如汽车变速齿轮，活汽车变速齿轮，活塞销。塞销。适合适合低碳低碳钢，钢，低碳低碳合金钢合金钢等材料。等材料。 2 2 氮化（氮化（NitridingNitriding） 1 1）工艺）工艺 500 500 600

8、600加热，通入加热，通入氨气氨气加热加热 2NH33H2+ N 2NH33H2+ N 分解出分解出 N N 渗入工件表层渗入工件表层, ,保温保温20205050小时。小时。 溶入溶入F F中固溶强化中固溶强化, , N N 的作用的作用 形成形成ALN.CrNALN.CrN等氮化物，等氮化物， 形成氮化白层形成氮化白层 Fe2N Fe2N Fe4N.Fe4N. 经氮化的机车曲轴经氮化的机车曲轴渗氮处理后的组织渗氮处理后的组织 表层表层 : Fe4N: Fe4N、Fe2NFe2N、AlNAlN、CrNCrN、 MoNMoN、TiNTiN、VNVN。 心部心部 : : 回火索氏体回火索氏体常用

9、的钢种常用的钢种 :38 CrMoAl:38 CrMoAl 38 CrMoAl 38 CrMoAl 气体渗氮层组织气体渗氮层组织 ( ( 化染，化染， 650 650 ) )黄色区黄色区 : ( Fe: ( Fe2 2- -3 3N ) + ( FeN ) + ( Fe4 4N ) ; N ) ; 红色区红色区 : : ( Fe( Fe4 4N ) ;N ) ;蓝绿色区蓝绿色区: :含氮索氏体含氮索氏体 + + 脉状氮化物脉状氮化物; ; 绿黄色区绿黄色区: :索氏体基体。索氏体基体。2)2) 特点特点 1) 1) 渗层高硬度，耐磨，耐蚀，耐高温（工作温度可达渗层高硬度，耐磨，耐蚀，耐高温（工

10、作温度可达600600650650）, ,处理不变形。处理不变形。 2) 2) 渗层薄（仅渗层薄（仅0.3-0.5mm0.3-0.5mm）不耐冲击，生产周期）不耐冲击，生产周期 长（最长达长（最长达 8080小时）。小时）。3)3)应用应用 精密机床、化工、食品机械的精密机床、化工、食品机械的中碳合金钢中碳合金钢 （ 38CrMoAL,35CrMo)38CrMoAL,35CrMo)的轴、齿轮、阀门等。的轴、齿轮、阀门等。 氮化齿轮的加工路线：氮化齿轮的加工路线： 锻造锻造-退火退火-机加工机加工-调质调质-精加工精加工-氮化氮化（最终热（最终热处理）处理）-3 3、碳氮共渗、碳氮共渗 （ Ni

11、trocarburizingNitrocarburizing） 1 1） 中温中温C CN N共渗共渗 a.a. 工艺：工艺： 加热加热 850850870870，通入，通入煤油分解煤油分解 C C ，氨气分解氨气分解 N N ， 保温保温3 34 4小时，渗层小时，渗层 0.1 0.1 0.15mm0.15mm小时小时。 出炉可直接淬火，然后在出炉可直接淬火，然后在 180180200200回火。回火。 b.b.渗层组织与性能渗层组织与性能 渗层（渗层（0.40.40.6mm0.6mm） 比渗碳薄，比渗碳薄， 硬度和耐磨性比渗碳高硬度和耐磨性比渗碳高 c.c.应用与工艺路线应用与工艺路线 同

12、渗碳。同渗碳。 2 2）低温氮碳共渗）低温氮碳共渗（气体软氮化）气体软氮化） 利用尿素分解利用尿素分解 C C 和和 N N （NHNH2 2) )3 3CO 2 N + 2HCO 2 N + 2H2 2 + CO + CO 2 CO CO2 CO CO2 2 + C + C 加热温度加热温度为为 500500570570，处理时间，处理时间 1 13 3小时。小时。 渗层渗层为为 0.010.010.02mm0.02mm氮化物白层氮化物白层 + 0.1 + 0.1 0.4 mm0.4 mm扩散层扩散层。 应用应用：性能低于氮化，但生产周期短性能低于氮化，但生产周期短， 常用于各种中、高碳钢零件，常用于各种中、高碳钢零件， 也可用于刀具、模具等，以及铸铁件，如也可用于刀具、模具等，以及铸铁件，如 气缸套等。气缸套等。