机械工程材料-第三章ppt课件

1、华侨大学机电及自动化学院华侨大学机电及自动化学院沈剑云沈剑云机械工程材料机械工程材料n钢的热处置：是将金属资料在固态下加热钢的热处置：是将金属资料在固态下加热,保温保温暖冷却，从而获得所需性能的一种工艺方法。暖冷却，从而获得所需性能的一种工艺方法。n改善钢的性能的途径：改善钢的性能的途径：合金化、热处置，压力加工。合金化、热处置，压力加工。n热处置的运用：热处置的运用：n 机床、汽车零件机床、汽车零件60-80%经过热处置。经过热处置。n 模具、滚动轴承模具、滚动轴承100%需热处置。需热处置。n热处置特点：热处置特点：n 只改动工件的组织和性能，不改动其外形。只改动工件的组织和性能，不改动其

2、外形。n 压力加工等工艺那么改动外形。压力加工等工艺那么改动外形。机械工程材料机械工程材料n普通零件消费的工艺道路普通零件消费的工艺道路:毛坯消费毛坯消费预备热处置预备热处置机械加工机械加工最终热处置最终热处置机械精加工机械精加工根椐热处置目的不同，可将热处置分为两大类：根椐热处置目的不同，可将热处置分为两大类：预备热处置：是指消除前道工序产生的某些缺陷，改预备热处置：是指消除前道工序产生的某些缺陷，改 善钢材的工艺性能，确保后续加工顺利善钢材的工艺性能，确保后续加工顺利 进展的热处置进展的热处置最终热处置：是指满足运用性能要求的热处置。最终热处置：是指满足运用性能要求的热处置。机械工程材料机

3、械工程材料n普通热处置的作用普通热处置的作用n改善资料的切削加工性能；改善资料的切削加工性能；n提高资料的力学性能，保证零件平安运转。提高资料的力学性能，保证零件平安运转。n热处置工艺：热处置工艺：n加热、冷却速度，及温度、时间等参数。加热、冷却速度，及温度、时间等参数。n普通热处置：退火、正火、淬火、回火。普通热处置：退火、正火、淬火、回火。机械工程材料机械工程材料n退火：是将钢加热到适当温度，坚持一定时间，退火：是将钢加热到适当温度，坚持一定时间，然后缓慢冷却以获得接近平衡形状组织的热处然后缓慢冷却以获得接近平衡形状组织的热处置工艺。置工艺。n最常用的退火工艺：最常用的退火工艺：n完全退火

4、、等温退火完全退火、等温退火n球化退火球化退火n去应力退火去应力退火n再结晶退火再结晶退火机械工程材料机械工程材料n完全退火：把钢加热到完全退火：把钢加热到Ac3以上以上3050，保温一定，保温一定时间，随炉冷却至时间，随炉冷却至600以下，出炉空冷。缓冷以下，出炉空冷。缓冷 F + Pn目的：细化晶粒，消除过热组织，消除剩余应力，降低目的：细化晶粒，消除过热组织，消除剩余应力，降低硬度和改善切削加工性能。硬度和改善切削加工性能。 n运用：运用： 用于亚共析钢的铸、锻件，焊接构造件。用于亚共析钢的铸、锻件，焊接构造件。机械工程材料机械工程材料n等温退火：将钢奥氏体化后，以较快速度冷却到等温退火

5、：将钢奥氏体化后，以较快速度冷却到Ar1以以下某一温度，等温一定时间使奥氏体转变为珠光体组织，下某一温度，等温一定时间使奥氏体转变为珠光体组织，然后空冷。然后空冷。n采用等温退火可缩短退火时间。采用等温退火可缩短退火时间。等温退火与普通退火的比较等温退火与普通退火的比较机械工程材料机械工程材料n球化退火：将钢加热至Ac1以上约2040，保温后，随炉冷却。在Ac1+ 2040等温， 使Fe3C球化，再缓冷 球状PF+球状Fe3Cn运用：主要用于共析和过共析钢预先热处置。n目的：使钢中的渗碳体球化。硬度,切削性,韧性机械工程材料机械工程材料n去应力退火：又称低温去应力退火：又称低温退火，是将钢加热

6、到退火，是将钢加热到Ac1以下某一温度普以下某一温度普通约为通约为500600，保温一定时间，然后随保温一定时间，然后随炉冷却。炉冷却。 n目的：消除铸、锻、焊目的：消除铸、锻、焊件和冷冲压件的剩余应件和冷冲压件的剩余应力。力。 机械工程材料机械工程材料n正火：将钢加热到正火：将钢加热到Ac3 或或Accm以上以上3050，保温适，保温适当时间后，在空气中冷却的热处置工艺称为正火。当时间后，在空气中冷却的热处置工艺称为正火。 亚、过共析钢过冷奥氏体延续冷却转变亚、过共析钢过冷奥氏体延续冷却转变机械工程材料机械工程材料n正火工艺正火工艺n加热温度加热温度n Ac3 ( Accm ) + 3050

7、n空冷空冷 S温温 度度 ()名名 称称Ac3 + 3050亚共析钢亚共析钢Ac1 + 3050共析钢共析钢Accm + 3050过共析钢过共析钢机械工程材料机械工程材料n运用：运用：n可作为满足运用性能要求的最终热处置。可作为满足运用性能要求的最终热处置。n对于过共析钢可抑制二次渗碳体网构成，为球对于过共析钢可抑制二次渗碳体网构成，为球化退火作预备。化退火作预备。n对于低碳钢，可以提高硬度，改善切削加工性对于低碳钢，可以提高硬度，改善切削加工性能，是必需采用的预先热处置。能，是必需采用的预先热处置。机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料n退火和正火的选择退火和正火的选择n从切削加工

8、性上思索从切削加工性上思索n切削加工性又包括硬度，切削脆性，外表粗切削加工性又包括硬度，切削脆性，外表粗糙度及对刀具的磨损等。糙度及对刀具的磨损等。n对于低、中碳构造钢以正火作为预先热处置对于低、中碳构造钢以正火作为预先热处置比较适宜，高碳构造钢和工具钢那么以退火为宜。比较适宜，高碳构造钢和工具钢那么以退火为宜。至于合金钢，由于合金元素的参与，使钢的硬度至于合金钢，由于合金元素的参与，使钢的硬度有所提高，故中碳以上合金钢普通都采用退火以有所提高，故中碳以上合金钢普通都采用退火以改善切削性。改善切削性。n从运用性能上思索从运用性能上思索n如工件性能要求不太高，随后不再进展淬火如工件性能要求不太高

9、，随后不再进展淬火和回火，那么往往用正火来提高其机械性能，但和回火，那么往往用正火来提高其机械性能，但假设零件的外形比较复杂，正火的冷却速度有构假设零件的外形比较复杂，正火的冷却速度有构成裂纹的危险，应采用退火。成裂纹的危险，应采用退火。n从经济上思索从经济上思索n正火比退火的消费周期短，耗能少，且操作正火比退火的消费周期短，耗能少，且操作简便，故在能够的条件下，应优先思索以正火替简便，故在能够的条件下，应优先思索以正火替代退火。代退火。机械工程材料机械工程材料n淬火蘸火：将钢加热淬火蘸火：将钢加热到相变温度以上，保温一到相变温度以上，保温一定时间，后快速冷却，以定时间，后快速冷却，以获得马氏

10、体或贝氏体组织获得马氏体或贝氏体组织的热处置工艺。的热处置工艺。nA A化后，快冷化后，快冷 M M 。n目的：为了获得马氏体组目的：为了获得马氏体组织织, ,提高钢的硬度和耐磨提高钢的硬度和耐磨性。性。 n淬火温度淬火温度n1) 亚共析钢亚共析钢:Ac3 + 3050 n2) 共析和过共析钢共析和过共析钢:Ac1 + 3050 ， 细细M + 粒状粒状Fe3CII ，硬度大。，硬度大。 机械工程材料机械工程材料n冷却介质冷却介质n冷却速度：冷却速度：n盐水水盐浴盐水水盐浴油油n淬火方法淬火方法n单介质淬火：水、油单介质淬火：水、油冷冷n双介质淬火：水冷双介质淬火：水冷 + 油冷油冷n分级淬火

11、：分级淬火： Ms盐盐浴中保温空冷浴中保温空冷n等温淬火：在盐、等温淬火：在盐、碱浴中碱浴中 下下B 机械工程材料机械工程材料n淬火加热时间淬火加热时间 淬火加热时间包括升温暖保温时间。加热时间受工件淬火加热时间包括升温暖保温时间。加热时间受工件外形尺寸、装炉方式、装炉量、加热炉类型、炉温暖加热外形尺寸、装炉方式、装炉量、加热炉类型、炉温暖加热介质等影响。普通用下述阅历公式确定：介质等影响。普通用下述阅历公式确定：t = D式中式中: t 加热时间，加热时间，min； 加热系数，加热系数，min mm ； D 工件有效厚度，工件有效厚度，mm。和和D的数值可查阅有关资料确定。的数值可查阅有关资

12、料确定。机械工程材料机械工程材料n热处置后的组织热处置后的组织 M+Fe3C+A残残 Ac1+3050过共析钢过共析钢 M + A残残 Ac1+3050 共析钢共析钢 M + A残残 Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Wc0.5% M Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Wc0.5% 最终组织最终组织淬火温度淬火温度() 钢种钢种机械工程材料机械工程材料n钢的淬硬性钢的淬硬性 ( Hardening of steel )n定义：是指钢在淬火后所能到达的最高硬度。定义：是指钢在淬火后所能到达的最高硬度。n影响钢的淬硬性的要素：主要取决于马氏体的影响钢的淬硬性的要素：主要取决于马氏体的含碳量。含碳量。n

13、钢的淬透性钢的淬透性 ( Hardenability of steel )n定义：是指钢在淬火时所能得到的淬硬层定义：是指钢在淬火时所能得到的淬硬层 (马氏马氏体组织占体组织占50%处处) 的深度。的深度。n影响钢的淬透性的要素：主要是临界淬火冷却影响钢的淬透性的要素：主要是临界淬火冷却速度速度VK的大小，的大小，VK越大，钢的淬透性越小。越大，钢的淬透性越小。机械工程材料机械工程材料距水冷端距离? 25? 25水100淬透性曲线硬度HRCn钢的淬透性曲线钢的淬透性曲线 机械工程材料机械工程材料n工件淬硬层与冷却速度的关系工件淬硬层与冷却速度的关系机械工程材料机械工程材料n淬硬性与淬透性之间的

14、关系淬硬性与淬透性之间的关系淬透性淬透性淬硬性淬硬性钢钢 种种小小低低碳素构造钢碳素构造钢 ( 20 )小小高高碳素工具钢碳素工具钢( T10A )大大低低低碳合金构造钢低碳合金构造钢( 18Cr2Ni4WA )大大高高高碳高合金工具钢高碳高合金工具钢( Cr12MoV )机械工程材料机械工程材料n淬透性不同的钢调质后机械性能淬透性不同的钢调质后机械性能 未淬透钢未淬透钢淬透钢淬透钢机械工程材料机械工程材料n留意：留意： 淬透性与实践工件淬硬层深度的区别：淬透性与实践工件淬硬层深度的区别：淬透性是钢本身所固有的属性。而实践工件的淬硬层淬透性是钢本身所固有的属性。而实践工件的淬硬层深度除了取决于

15、钢的淬透性外，还与工件的外形、尺寸及深度除了取决于钢的淬透性外，还与工件的外形、尺寸及采用的冷却介质等外界要素有关。采用的冷却介质等外界要素有关。 钢的淬透性与淬硬性的区别：钢的淬透性与淬硬性的区别：淬硬性是指钢淬火后能到达的最高硬度，它主要取决淬硬性是指钢淬火后能到达的最高硬度，它主要取决于马氏体的碳的质量分数，马氏体的碳的质量分数越高，于马氏体的碳的质量分数，马氏体的碳的质量分数越高，钢的淬硬性越好。钢的淬硬性越好。钢的淬透性指在规定的淬火条件下所获得的淬硬深度，钢的淬透性指在规定的淬火条件下所获得的淬硬深度，主要取决于钢中合金元素多少，钢中合金元素越多，钢的主要取决于钢中合金元素多少，钢

16、中合金元素越多，钢的淬透性越好。淬透性好的钢其淬硬性不一定高。淬透性越好。淬透性好的钢其淬硬性不一定高。机械工程材料机械工程材料n普通规律：普通规律：1外表和心部力学性能一致的零件，即要求外表和心部组外表和心部力学性能一致的零件，即要求外表和心部组织一致；如螺栓、连杆、锻模、锤杆接受拉压载荷织一致；如螺栓、连杆、锻模、锤杆接受拉压载荷 选用淬透性高的钢；选用淬透性高的钢； 2外表心部力学性能不一致外表强度硬度要求高一些，外表心部力学性能不一致外表强度硬度要求高一些，心部塑性韧性要求高，组织可以不一致。如轴类零件，心部塑性韧性要求高，组织可以不一致。如轴类零件，冷镦模具、齿轮。冷镦模具、齿轮。

17、选用淬透性低的钢。选用淬透性低的钢。3焊接件：选用淬透性低的钢。焊接件：选用淬透性低的钢。机械工程材料机械工程材料n淬透性的运用淬透性的运用n按负载，选择不同淬透性按负载，选择不同淬透性的资料：的资料：n螺栓、连杆、模具等，截螺栓、连杆、模具等，截面承载均匀，要全部淬透。面承载均匀，要全部淬透。n轴类、齿轮等，接受弯曲、轴类、齿轮等，接受弯曲、改动载荷，不用淬透。改动载荷，不用淬透。高强螺栓高强螺栓柴油机连杆柴油机连杆齿轮齿轮机械工程材料机械工程材料n回火：是将淬火钢加热到回火：是将淬火钢加热到Ac1以下某一温度，保温一定以下某一温度，保温一定时间，然后冷却至室温的热处置工艺。时间，然后冷却至

18、室温的热处置工艺。n回火的目的：回火的目的：n改动强度、硬度高，塑性、韧性差的淬火组织。改动强度、硬度高，塑性、韧性差的淬火组织。n使不稳定的淬火组织使不稳定的淬火组织M和剩余和剩余A转变为稳定组织，保证转变为稳定组织，保证工件不再发生外形和尺寸的改动。工件不再发生外形和尺寸的改动。n消除淬火内应力，防止进一步变形、开裂。消除淬火内应力，防止进一步变形、开裂。n 钢淬火后普通都必需进展回火处置，回火决议钢淬火后普通都必需进展回火处置，回火决议了钢在运用形状的组织和寿命。了钢在运用形状的组织和寿命。机械工程材料机械工程材料n回火组织变化回火组织变化n80200：马氏体分解：马氏体分解n中析出细小

19、薄片状中析出细小薄片状碳化物碳化物Fe2.4Cn依然过饱和，但开场依然过饱和，但开场，过饱和，过饱和F+碳化碳化物物回火马氏体回火马氏体n畸变畸变内应力内应力 脆性脆性硬度根本不变硬度根本不变n200300：剩余奥氏体分解：剩余奥氏体分解n剩余奥氏体剩余奥氏体分解分解过饱和过饱和F+细小碳化物细小碳化物回火马氏体回火马氏体n继续分解继续分解内应力内应力 硬度根本不变硬度根本不变n250400：M分解完全，碳化物转变分解完全，碳化物转变n F溶解度正常，溶解度正常， 碳化物碳化物颗粒状碳化物颗粒状碳化物回火托氏体回火托氏体n内应力完全消除，硬度内应力完全消除，硬度，回火托氏体，回火托氏体强强度度

20、塑、韧性塑、韧性n400以上：发生再结晶以上：发生再结晶nF发生再结晶发生再结晶针状甚至等轴状，碳化物长针状甚至等轴状，碳化物长大大球状球状回火索氏体回火索氏体n内应力完全消除，硬度内应力完全消除，硬度机械工程材料机械工程材料n低温回火低温回火n回火温度回火温度150250 回火回火M ( 过饱和过饱和F +薄片状薄片状Fe2.4C )n淬火应力淬火应力 ，韧性，韧性 ，坚持淬火后的高硬度。，坚持淬火后的高硬度。回火回火M 400 M低倍低倍 机械工程材料机械工程材料n中温回火中温回火n回火温度回火温度350500 回火回火T (F +细粒状细粒状Fe3C ) n弹性极限和屈服强度弹性极限和屈

21、服强度，韧性和硬度中等。，韧性和硬度中等。回火回火T 7500T 1000 机械工程材料机械工程材料n高温回火高温回火n回火温度回火温度500650 回火回火S (等轴状等轴状F +粒状粒状Fe3C ) n综合机械性能最好综合机械性能最好, 即强度、塑性和韧性都较好。即强度、塑性和韧性都较好。n调质处置调质处置 淬火淬火 + 高温回火高温回火回火回火S 7500S 1000 机械工程材料机械工程材料n回火时性能的变化回火时性能的变化 n回火温度回火温度 硬度、强度硬度、强度 ， 塑性塑性 机械工程材料机械工程材料n回火的运用回火的运用n低温回火：主要用于各种工具、滚动轴承、渗低温回火：主要用于

22、各种工具、滚动轴承、渗碳件和外表淬火件。共析钢低温回火后硬度可碳件和外表淬火件。共析钢低温回火后硬度可达达5862HRC。n中温回火：主要用于各种弹簧和热作模具等。中温回火：主要用于各种弹簧和热作模具等。共析钢中温回火后硬度可达共析钢中温回火后硬度可达4050HRC。n高温回火：主要用于汽车、迁延机、机床等机高温回火：主要用于汽车、迁延机、机床等机械中的重要构造件，如轴、齿轮、连杆等。械中的重要构造件，如轴、齿轮、连杆等。n淬火淬火+高温回火称为调质处置，硬度通常为高温回火称为调质处置，硬度通常为2535HRC。机械工程材料机械工程材料n低温回火低温回火刀具刀具回火马氏体回火马氏体淬火马氏体淬

23、火马氏体机械工程材料机械工程材料n中温回火中温回火弹簧弹簧 热锻模热锻模回火托氏体回火托氏体托氏体托氏体机械工程材料机械工程材料n高温回火高温回火回火索氏体回火索氏体索氏体索氏体凸轮轴凸轮轴变速箱变速箱机械工程材料机械工程材料n回火脆性回火脆性 回火过程中，有些钢在某一温度范围内回火时，其冲击回火过程中，有些钢在某一温度范围内回火时，其冲击韧度比在较低温度回火时反而显著下降，这种脆化景象称为韧度比在较低温度回火时反而显著下降，这种脆化景象称为回火脆性。回火脆性。 在在250350的脆性称为的脆性称为第一类回火脆性。无法消除。第一类回火脆性。无法消除。 在在500650的脆性称为的脆性称为第二类

24、回火脆性。参与第二类回火脆性。参与Mo、W或回火后快冷可防止这类回火或回火后快冷可防止这类回火脆性产生。脆性产生。机械工程材料机械工程材料某些在冲击载荷、交变载荷及摩擦条件下任务某些在冲击载荷、交变载荷及摩擦条件下任务的机械零件，如曲轴、凸轮轴、齿轮、主轴等，其的机械零件，如曲轴、凸轮轴、齿轮、主轴等，其表层接受较高的应力。因此，要求工件表层具有高表层接受较高的应力。因此，要求工件表层具有高强度、硬度、耐磨性及疲劳强度，而心部要具有足强度、硬度、耐磨性及疲劳强度，而心部要具有足够的塑性和韧性。够的塑性和韧性。 目的：使零件具有目的：使零件具有“表硬心韧表硬心韧 的性能特点。的性能特点。分类分类

25、外表淬火外表淬火外表化学热处置外表化学热处置机械工程材料机械工程材料n外表淬火：将工件外表快速加热到奥氏体区，在热量尚外表淬火：将工件外表快速加热到奥氏体区，在热量尚未到达心部时立刻迅速冷却，使外表得到一定深度的淬未到达心部时立刻迅速冷却，使外表得到一定深度的淬硬层，而心部仍坚持原始组织的一种部分淬火方法。硬层，而心部仍坚持原始组织的一种部分淬火方法。n目的：提高外表强、硬度，坚持心部良好的塑、韧性。目的：提高外表强、硬度，坚持心部良好的塑、韧性。n资料及典型零件：中碳钢资料及典型零件：中碳钢Wc0.4-0.5%, 如如40、45钢机床齿轮、轴等零件。钢机床齿轮、轴等零件。n预处置：调质或正火

26、，保证心部最终组织。预处置：调质或正火，保证心部最终组织。分类分类 火焰加热外表淬火火焰加热外表淬火感应加热外表淬火感应加热外表淬火激光加热外表淬火激光加热外表淬火 机械工程材料机械工程材料n火焰加热外表淬火火焰加热外表淬火 n淬硬层深度：淬硬层深度：2-6mmn优点：方法简便；无需特殊设备；适用于单件、优点：方法简便；无需特殊设备；适用于单件、小批量消费零件；小批量消费零件；n缺陷：需求操作熟练，否那么呵斥质量不稳定；缺陷：需求操作熟练，否那么呵斥质量不稳定；n运用：运用： 轧钢机齿轮、轧辊；矿山机械齿轮、轴；轧钢机齿轮、轧辊；矿山机械齿轮、轴；机床导轨、齿轮；机床导轨、齿轮；机械工程材料机

27、械工程材料n感应加热外表淬火n根本原理：在感应线圈内通以交流电，电磁感应的作用，在工件中产生了自成回路的感应电流。由于集肤效应，感应电流主要集中在工件表层，使工件表层迅速加热到淬火温度，随即喷水冷却，使工件表层淬硬。n淬火层深度()与电流频率( f )的关系：)(500mmf机械工程材料机械工程材料n感应加热分类感应加热分类n高频高频(100 kHz1000kHz)加热加热淬硬层淬硬层0.2-2mm 中中小尺寸件小尺寸件n中频中频(0.5 kHz10kHz)加热加热淬硬层淬硬层2-mm 大中型大中型件件n工频工频(50Hz)加热加热淬硬层淬硬层10-15mm 大型件大型件n感应电流频率越高，电

28、流集中的表层越薄，加热层也越感应电流频率越高，电流集中的表层越薄，加热层也越薄，淬硬层深度越小。薄，淬硬层深度越小。 n感应加热特点感应加热特点n外表不易氧化、脱碳；变形小；外表不易氧化、脱碳；变形小；n淬硬层深度易于控制；外表硬度比普通淬火高淬硬层深度易于控制；外表硬度比普通淬火高23 HRC。n消费效率高；易于实现消费机械化。消费效率高；易于实现消费机械化。n感应加热运用感应加热运用n感应加热外表淬火零件宜选用中碳钢。运用最广泛的是感应加热外表淬火零件宜选用中碳钢。运用最广泛的是汽车、迁延机、机床和工程机械中的齿轮、轴类等，也汽车、迁延机、机床和工程机械中的齿轮、轴类等，也可运用于高碳钢制

29、造的工具和量具，以及铸铁冷轧辊等，可运用于高碳钢制造的工具和量具，以及铸铁冷轧辊等，大批量消费外形较简单的零件。大批量消费外形较简单的零件。 机械工程材料机械工程材料n工艺道路工艺道路锻造锻造退火或正火退火或正火粗加工粗加工外表淬火外表淬火调质或正火调质或正火精加工精加工低温回火低温回火精磨精磨时效处置时效处置精磨精磨废品废品n组织：组织：n外表淬火外表淬火+低温回火低温回火回火回火(降低内应力和脆降低内应力和脆性性)，n也可也可“自回火自回火机械工程材料机械工程材料n激光加热外表淬火激光加热外表淬火n工艺：工艺： 将高功率密度的激光束照射到工件外表，将高功率密度的激光束照射到工件外表，使外表

30、快速加热到奥氏体区，依托工件本身热使外表快速加热到奥氏体区，依托工件本身热传导迅速自冷而获得一定淬硬层的工艺操作。传导迅速自冷而获得一定淬硬层的工艺操作。n硬化层：硬化层：1-2mmn运用：汽车、迁延机汽缸套、汽缸、活塞环、运用：汽车、迁延机汽缸套、汽缸、活塞环、凸轮轴等零件；凸轮轴等零件；n特点：淬火质量好，组织超细化，硬度高、脆特点：淬火质量好，组织超细化，硬度高、脆性极小、工件变形小、不需求回火、节约能源、性极小、工件变形小、不需求回火、节约能源、无污染、效率高、便于自动化，但是设备昂贵无污染、效率高、便于自动化，但是设备昂贵 。机械工程材料机械工程材料n工艺工艺: 将工件置于某种化学介

31、质中，经过加热、保温暖将工件置于某种化学介质中，经过加热、保温暖冷却使介质中的某些元素渗入工件表层以改动工件表层冷却使介质中的某些元素渗入工件表层以改动工件表层的化学成分和组织，从而到达的化学成分和组织，从而到达“表硬心韧的性能特点。表硬心韧的性能特点。n目的：强化工件外表和改善工件外表的性能。如提高工目的：强化工件外表和改善工件外表的性能。如提高工件的外表硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐腐蚀性件的外表硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐腐蚀性等。等。 n可渗的元素：可渗的元素：n 渗碳、氮、碳氮共渗渗碳、氮、碳氮共渗C、N、CNn 渗硼渗硼 、铬、铬 B、Cr n 渗铝、硅渗铝、硅 Al 、

32、Sin 渗硫渗硫S机械工程材料机械工程材料n化学热处置的根本过程化学热处置的根本过程n分解：化学介质在高温下释放出待渗的活性原分解：化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。子。n 如：如：2CO CO2 +Cn吸收：活性原子被零件外表吸收和溶解。吸收：活性原子被零件外表吸收和溶解。n分散：活性原子由零件外表向内部分散分散：活性原子由零件外表向内部分散, 构成一构成一定的分散层。定的分散层。n化学热处置进展的条件化学热处置进展的条件n渗入元素的原子必需是活性原子，而且具有较渗入元素的原子必需是活性原子，而且具有较大的分散才干。大的分散才干。n零件本身具有吸收渗入原子的才干，即对渗入零件本身具有吸收

33、渗入原子的才干，即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化合，构成化合原子有一定的溶解度或能与之化合，构成化合物。物。机械工程材料机械工程材料n钢的渗碳钢的渗碳 ( Carburize of steel )n渗碳：将工件置于富碳的介质中，加热到高温渗碳：将工件置于富碳的介质中，加热到高温(900950)，使碳原子渗入表层的过程。，使碳原子渗入表层的过程。n目的：使增碳的外表层经淬火和低温回火后，目的：使增碳的外表层经淬火和低温回火后，获得高的硬度、耐磨性和疲劳强度。获得高的硬度、耐磨性和疲劳强度。 n运用：适用于低碳钢，常用于汽车齿轮、活塞运用：适用于低碳钢，常用于汽车齿轮、活塞销、套筒等零件。销、

34、套筒等零件。 n分类：气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳。最常分类：气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳。最常用的是气体渗碳。用的是气体渗碳。机械工程材料机械工程材料n固体渗碳法表示图固体渗碳法表示图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机械工程材料机械工程材料n气体渗碳法n加热温度为900950；渗碳时间普通为39小时；n渗碳后缓冷表层组织： P+Fe3C，该组织并不耐磨，必需进展淬火+低温回火处置。机械工程材料机械工程材料n渗碳后的组织渗碳后的组织 1%CP+Fe3C0.2%CF + P少少外表外表中心中心零零 件件PP+F机械工程材料机械工程材料n20钢渗碳缓冷组织钢渗碳缓冷组织 机械工

35、程材料机械工程材料n渗碳后的热处置工艺：渗碳后的热处置工艺：渗碳淬火工艺：渗碳淬火工艺： 直接淬火法直接淬火法 一次淬火法一次淬火法 两次淬火法两次淬火法 机械工程材料机械工程材料n渗碳淬火工艺：渗碳淬火工艺： n 直接淬火法：适于本质细晶粒钢直接淬火法：适于本质细晶粒钢n 一次淬火法：适于本质细晶粒钢一次淬火法：适于本质细晶粒钢n加热到加热到Ac3以上保证芯部性能以上保证芯部性能n加热到加热到Ac1以上适于芯部性已保证以上适于芯部性已保证n 两次淬火法：适于本质粗晶粒钢两次淬火法：适于本质粗晶粒钢n一次：保证芯部性能一次：保证芯部性能n二次：保证表层性能二次：保证表层性能n表层和芯部性能要求

36、均高。表层和芯部性能要求均高。机械工程材料机械工程材料n热处置后的组织热处置后的组织低碳低碳M回回+FM回回+Cm+A残残低碳低碳合金钢合金钢F+PM回回+Fe3C+A残残低碳钢低碳钢心部组织心部组织表层组织表层组织钢种钢种* *芯部组织与淬透性相关芯部组织与淬透性相关机械工程材料机械工程材料n20CrMnTi 钢渗碳层组织钢渗碳层组织 机械工程材料机械工程材料n渗碳工艺道路渗碳工艺道路锻造锻造正火正火机械加工机械加工渗碳渗碳淬火低温回火淬火低温回火精加工精加工废品废品* * 渗碳淬火工艺渗碳淬火工艺机械工程材料机械工程材料n钢的渗氮钢的渗氮 ( Nitridation of steel )n

37、渗氮：将氮原子渗入工件表层的过程称渗氮渗氮：将氮原子渗入工件表层的过程称渗氮(又又称氮化称氮化)。n目的：表层获得细颗粒、均匀、高硬且稳定的目的：表层获得细颗粒、均匀、高硬且稳定的氮化物。为了提高工件外表硬度，耐磨性、疲氮化物。为了提高工件外表硬度，耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性。劳强度、热硬性和耐蚀性。 n分类：常用的渗氮方法有气体渗氮、液体渗氮分类：常用的渗氮方法有气体渗氮、液体渗氮及离子渗氮等，最常用的是气体渗氮。及离子渗氮等，最常用的是气体渗氮。n用钢：中碳合金钢用钢：中碳合金钢(含含Al,Cr,Mo,V,Ti等合金钢等合金钢)。如：如：38CrMoAl, 35CrMo，用于镗杆，活

38、塞杆等，用于镗杆，活塞杆等工件。工件。机械工程材料机械工程材料n气体渗氮：气体渗氮是将工件置于通入氨气的炉中，加热至气体渗氮：气体渗氮是将工件置于通入氨气的炉中，加热至500600，使氨分解出活性氮原子，渗入工件表层，并向内部分散构，使氨分解出活性氮原子，渗入工件表层，并向内部分散构成氮化层。成氮化层。 n特点：特点：n 外表硬度较高，可达外表硬度较高，可达1000 1200HV 69HRCn 渗氮温度低，工件变形小。渗氮温度低，工件变形小。n渗氮件普通不再进展其他热处置，为保证渗氮件心部性能和提渗氮件普通不再进展其他热处置，为保证渗氮件心部性能和提高尺寸精度，零件渗氮前先进展调质和去应力退火

39、处置。高尺寸精度，零件渗氮前先进展调质和去应力退火处置。n 渗氮后工件的疲劳强度可提高渗氮后工件的疲劳强度可提高15%35%。n 渗氮层具有高耐热、耐蚀性。渗氮层具有高耐热、耐蚀性。n渗氮处置后的组织：渗氮处置后的组织：n表层表层 : Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN耐磨耐耐磨耐蚀蚀n过渡层：氮化物和含氮；心部：过渡层：氮化物和含氮；心部： S回。回。n常用的钢种：常用的钢种：35CrMo、18CrNiW、38CrMoAlA (氮化王牌钢氮化王牌钢) 等。等。机械工程材料机械工程材料n38CrMoAl 气体渗氮层组织气体渗氮层组织 机械工程材料机械工程材料n渗氮工艺道路

40、渗氮工艺道路锻造锻造退火或正火退火或正火粗加工粗加工调质处置调质处置半精加工半精加工去应力退火去应力退火粗磨粗磨渗氮处置渗氮处置精磨去除表层精磨去除表层废品废品机械工程材料机械工程材料n越王勾践剑越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。出土于湖北江陵楚墓。 长长55.7厘米，厘米， 剑锷锋芒犀利，剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。锋能割断头发。 机械工程材料机械工程材料n渗碳与渗氮的工艺特点渗碳与渗氮的工艺特点处置后能否处置后能否需求热处置需求热处置处置时处置时间间 ( h )处置温度处置温度( )称号称号需求需求39900950渗碳渗碳不需求不需求2050500600渗氮渗氮机械工程材料机械工程材料n钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗-氰化处置氰化处置n( Carbonitriding of steel )n定义：向钢的外表同时渗入碳和氮原子的过程。定义：向钢的外表同时渗入碳和氮原子的过程。n目的：获得具有表硬里韧性能的零件。目的：获得具有表硬里韧性能的零件。n方法：方法：固体碳氮共渗固体碳氮共渗气体碳氮共渗气体碳氮共渗液体碳氮共渗液体碳氮共渗高温高温中温中