金属工艺学—钢热处理

1、l表面淬火表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。强化零件表面的热处理方法。感应加热感应加热l1、表面淬火目的：、表面淬火目的：l 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;l 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的足够的塑性和韧性塑性和韧性。即。即表硬里韧表硬里韧。l适用于适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。机床导轨机床导轨

2、表面淬火齿轮表面淬火齿轮l2、表面淬火后的回火、表面淬火后的回火l采用低温回火采用低温回火，温度不高于，温度不高于200。l回火目的为回火目的为降低内应力降低内应力，保留淬火，保留淬火高硬度、耐磨性高硬度、耐磨性。l3、表面淬火表面淬火+低温回火低温回火后的组织后的组织l表层组织为表层组织为M回回；心部组织为；心部组织为S回回(调质调质)或或F+S(正火正火)。感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应加热感应加热表面淬火表面淬火示意图示意图l4、表面淬火常用加热方法表面淬火常用加热方法l 感应加热感应加热: 利用交变电利用交变电流在工件表面感应巨大涡流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热流，

3、使工件表面迅速加热的方法。的方法。l感应加热分为：感应加热分为：l 高频感应加热高频感应加热 频率为频率为200-300KHz，淬硬层深度淬硬层深度0.5-2mm传动轴连续淬传动轴连续淬火感应器火感应器感应加热表面淬火齿轮的截面图感应加热表面淬火齿轮的截面图l 中频感应加热中频感应加热 频 率 为频 率 为 2 5 0 0 -8000Hz，淬硬层，淬硬层深度深度2-10mm。各种感应器各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴l 工频感应加热工频感应加热频率为频率为50Hz,淬硬淬硬层深度层深度10-15 mm各种感应器各种感应器感应穿透加热感应穿透加热l 火焰

4、加热火焰加热: 利用乙炔火焰直利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本接加热工件表面的方法。成本低，低，但质量不易控制但质量不易控制。l 激光热处理激光热处理: 利用高能量密利用高能量密度的激光对工件表面进行加热度的激光对工件表面进行加热的方法。的方法。效率高，质量好效率高，质量好。火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图激光表面热处理激光表面热处理火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火l化学热处理化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使是将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子介质中活性原子渗入工件表层从渗入工件表层从而改变工件表层而改变工件表层化学成分和组织化学成分和组织,进而改变

5、其性能进而改变其性能的的热处理工艺热处理工艺。l与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。织，还改变其化学成分。l化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。l根据渗入的元素不同，化学热处理可分为根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素化、多元共渗、渗其他元素等。等。 可控气氛渗碳炉可控气氛渗碳炉渗碳回火炉渗碳回火炉l1、介质介质(渗剂渗剂)的分解的分解: 分解分解的同时释放出活性原子。的同时释放出活性原子。l如：渗碳如：渗碳 CH42H2+C 氮化氮

6、化 2NH33H2+2Nl2、工件表面的吸收工件表面的吸收: 活性原活性原子向固溶体溶解或与钢中某子向固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。些元素形成化合物。l3、原子向内部扩散。、原子向内部扩散。 氮化扩散层氮化扩散层l1、渗碳目的、渗碳目的l提高工件表面硬度、提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好同时保持心部良好的韧性。的韧性。l2、渗碳用钢、渗碳用钢l为含为含0.1-0.25%C的低碳钢。碳高则心部韧性降低。的低碳钢。碳高则心部韧性降低。 经渗碳的机车从动齿轮经渗碳的机车从动齿轮气体渗碳气体渗碳法示意图法示意图l3、渗碳方法、渗碳方法l 气体渗碳法气体渗碳

7、法l将工件放入密封炉内，将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。在高温渗碳气氛中渗碳。l渗剂为气体渗剂为气体 (煤气、液煤气、液化气等化气等)或有机液体或有机液体(煤煤油、甲醇等油、甲醇等)。l优点优点: 质量好质量好, 效率高效率高；缺点缺点: 渗层成分与深度不易控制。渗层成分与深度不易控制。l 固体渗碳法固体渗碳法l将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳l渗剂为木炭。渗剂为木炭。l优点：操作简单；优点：操作简单；l缺点：渗速慢，劳动条件差。缺点：渗速慢，劳动条件差。l 真空渗碳法真空渗碳法l将工件放入真空渗碳炉中，抽真空将工件放入真空渗碳

8、炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳。后通入渗碳气体加热渗碳。l优点优点: 表面质量好表面质量好, 渗碳速度快。渗碳速度快。真空渗碳炉真空渗碳炉l4、渗碳温度：、渗碳温度：为为900-950。l渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）：渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）： 一般为一般为0.5-2mm。低碳钢渗碳缓冷后的组织低碳钢渗碳缓冷后的组织l渗碳层表面含碳量：渗碳层表面含碳量：以以0.85-1. 05为为最好。最好。l热处理：常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到热处理：常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50淬火淬火+低温回火。低温回火。此时组织为：此时组织为：l表层：表层：M回

9、回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)l心部：心部：M回回+F（淬透时）（淬透时）渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织M+Fl氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。l1、氮化用钢、氮化用钢井式气体氮化炉井式气体氮化炉l为含为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢。的中碳钢。l常用钢号为常用钢号为38CrMoAl。l2、氮化温度为、氮化温度为500-570l氮化层厚度不超过氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。l3、常用氮化方法、常用氮化方法l气体氮化法与离子氮化法。气体氮化法与离子氮化法。l气体氮化法与气体渗碳法类气体氮化法与气体渗碳法类似，渗剂为氨。似

10、，渗剂为氨。l离子氮化法是在电场作用下，离子氮化法是在电场作用下，使电离的氮离子高速冲击作使电离的氮离子高速冲击作为阴极的工件。与气体氮化为阴极的工件。与气体氮化相比，氮化时间短，氮化层相比，氮化时间短，氮化层脆性小。脆性小。离子氮化炉离子氮化炉l1指出指出 A1、A3、Acm； AC1、AC3、 Accm ； Ar1、Ar3、Arcm 各临界点的意义。各临界点的意义。l2.何谓钢的热处理？钢的热处理操作有哪些基何谓钢的热处理？钢的热处理操作有哪些基本类型？试说明热处理同其它工艺过程的关系本类型？试说明热处理同其它工艺过程的关系及其在机械制造中的地位和作用。及其在机械制造中的地位和作用。l3.

11、说明共析钢说明共析钢 C 曲线各个区曲线各个区,各条线的物理意义，各条线的物理意义，并指出影响并指出影响 C 曲线形状和位置的主要因素。曲线形状和位置的主要因素。l4.钢的马氏体的临界冷却速度的大小受哪些因钢的马氏体的临界冷却速度的大小受哪些因素影响？它与钢的淬透性有何关系？素影响？它与钢的淬透性有何关系？l5.试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的异同点。连续转变曲线的异同点。 l6.马氏体组织有哪几种基本类型？它们在形成马氏体组织有哪几种基本类型？它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？马

12、氏体的硬度与含碳量关系如何？马氏体的硬度与含碳量关系如何？ l7.退火的主要目的是什么？生产上常用的退火操作有哪几退火的主要目的是什么？生产上常用的退火操作有哪几种？指出退火操作的应用范种？指出退火操作的应用范l8.表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪几种？表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪几种？比较它们的优缺点及应用范围。并说明表面淬火前应采用比较它们的优缺点及应用范围。并说明表面淬火前应采用何种预先热处理。何种预先热处理。l9.拟用拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：锻造制造形状简单的车刀，工艺路线为：锻造热热处理处理机加工机加工热处理热处理磨加工。（磨加工。（1）试写出各热处理）试写出各热处理工序的名称并指出各热处理工序的作用；（工序的名称并指出各热处理工序的作用；（2）指出最终）指出最终热处理后的显微组织及大致硬度热处理后的显微组织及大致硬度 ；（；（3）制定最终热处理）制定最终热处理工艺规定（温度、冷却介质工艺规定（温度、冷却介质 ）l10.一批一批45钢试样（尺寸钢试样（尺寸15*10mm），因其组织、晶粒），因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺；大小不均匀，需采用退火处理。拟采用以下几种退火工艺；l1缓慢加热至缓慢加热至700，保温