第4.4章钢的表面热处理

1、 金属工艺学金属工艺学金属工艺学 主讲人： 金属工艺学金属工艺学 4.4.1钢的表面热处理钢的表面热处理 4.4.2钢的化学热处理钢的化学热处理4.4 钢的表面热处理钢的表面热处理本节重点：本节重点：表面热处理表面热处理本节难点：本节难点：表面热处理工艺表面热处理工艺 金属工艺学金属工艺学钢的表面热处理 工艺（概念）：对零件进行快速加热，使表面迅速达到淬火温度，而心部来不及被加热的情况下立即冷却，使表面得到高硬度的马氏体，而心部仍保持原来组织的一种热处理工艺。2.应用：表面淬火一般适用于中碳钢（WC=0.40.5%）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如

2、T8、9Mn2V、GCr15等）。以及球墨铸铁等。目前应用最多的是感应加热和火焰加热表面淬火。 金属工艺学金属工艺学感应加热表面淬火（1）工作原理 如图4-13所示，在一个线圈中通过一定频率的交流电时，在它周围便产生交变磁场。若把工件放入线圈中，工件中就会产生与线圈频率相同而方向相反的感应电流。这种感应电流在工件中的分布是不均匀的，主要集中在表面层，愈靠近表面，电流密度愈大；频率愈高，电流集中的表面层愈薄。这种现象称为“集肤效应”，它是感应电流能使工件表面层加热的基本依据。?图4-13?感应加热表面淬火示意图 金属工艺学金属工艺学感应加热的分类和特点感应加热的分类 根据电流频率的不同，感应加热

3、可分为：高频感应加热（50300kHz），适用于中小型零件，如小模数齿轮；中频感应加热（2.510kHz），适用于大中型零件，如直径较大的轴和大中型模数的齿轮；工频感应加热（50Hz），适用于大型零件，如直径大于300mm的轧辊及轴类零件等。感应加热的特点 加热速度快、生产率高；淬火后表面组织细、硬度高（比普通淬火高HRC23）；加热时间短，氧化脱碳少；淬硬层深易控制，变形小、产品质量好；生产过程易实现自动化，其缺点是设备昂贵、维修、调整困难、形状复杂的感应圈不易制造，不适于单件生产。另外，工件在感应加热前需要进行预先热处理，一般为调质或正火，以保证工件表面在淬火后得到均匀细小的马氏体和改善工

4、件心部硬度、强度和韧性以及切削加工性，并减少淬火变形。工件在感应表面淬火后需要进行低温回火（180200）以降低内应力和脆性，获得回火马氏体组织。 金属工艺学金属工艺学火焰加热表面淬火概念: 火焰加热表面淬火是用乙炔氧或煤气氧的混合气体燃烧的火焰，喷射至零件表面上，使它快速加热，当达到淬火温度时立即喷水冷却，从而获得预期的硬度和淬硬层深度的一种表面淬火方法。火焰加热常用的装置如图4-14所示。应用:火焰表面淬火零件的选材，常用中碳钢如35、45钢的以及中碳合金结构钢如40Cr、65Mn等，如果含碳量太低，则淬火后硬度较低；碳和合金元素含量过高，则易淬裂。火焰表面淬火法还可用于对铸铁件如灰铸件、

5、合金铸铁进行表面淬火。火焰表面淬火的淬硬层深度一般为2-6mm，若要获得更深的淬硬层，往往会引起零件表面严重的过热，且易产生淬火裂纹。特点:火焰表面淬火方法简便，无需特殊设备，可适用于单件或小批生产的大型零件和需要局部淬火的工具和零件，如大型轴类、大模数齿轮、锤子等。?图4-14?火焰表面淬火示意图 金属工艺学金属工艺学4.2.2化学热处理工艺（概念）：将零件放入一定的活性介质中，经加热、保温，使介质的活性原子渗入零件表层中，从而改变表层化学成分、组织和性能的工艺方法。 分类： （1）渗碳：气体渗碳、固体渗碳 （2）渗氮：气体氮化、离子氮化 （3）碳氮共渗 （4）其它渗入法化学热处理的基本过程

6、1）化学渗剂在温度（加热）及催化剂作用下分解出能渗入工件表面的活性元素。2）活性原子被工件表面吸附。3）在一定温度下工件表面的活性原子向金属内部扩散，形成一定的扩散层。 金属工艺学金属工艺学渗碳渗碳 渗碳是向钢的表面渗入碳原子，使其表面达到高碳钢的含碳量，增加耐磨性。 1）气体渗碳工艺及组织 气体渗碳是采用液体或气体碳氢化合物作为渗碳剂，（如：煤油、甲苯或含碳的气体）。 渗碳温度是900950。时间取决于要求的渗碳层深度，从几小时到十几小时不等。 渗碳以后，零件表面含碳量约为0.81.0%，由表面到中心含碳量逐渐降低。2）渗碳后的热处理 为使渗碳件具有高的力学性能，渗碳后须进行淬火及回火处理。

7、渗碳层的组织为细小针状马氏体和粒状分布的渗碳体组织。 金属工艺学金属工艺学渗氮 3、渗氮（氮化） 渗氮是将氮原子渗入钢件表面，形成以氮化物为主的渗氮层，以提高渗层的硬度、耐磨、耐蚀和耐疲劳强度等多种性能。1）渗氮工艺特点 渗氮剂为氨气，氨气在480600 分解出具有活性的氮原子渗入工件中，形成富氮层而完成氮化。 渗氮温度600 ，此时铁具有最好的吸氮能力。2）组织和性能 氮与铁等金属形成氮化物可显著地强化渗氮层。 金属工艺学金属工艺学碳氮共渗碳氮共渗又称氰化:钢件表面同时渗入碳原子和氮原子，形成碳氮共渗层，以提高工件的耐磨性和疲劳强度的处理方法。1）高温（820920 ）碳氮共渗，以渗碳为主，

8、气氛中含有一定氮时，碳的渗入速度比相同温度下单独渗碳的速度要高，厚度更深。2）低温（520580 ）碳氮共渗，以渗氮为主，共渗后表面形成白亮层，可大大提高工件的耐磨性和抗咬卡、抗擦伤的性能。 金属工艺学金属工艺学思考题 1. 正火与退火的主要区别是什么？生产中应如何选择正火及退火？2. 淬火的目的是什么？亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。 金属工艺学金属工艺学练习题1、机床齿轮采用45制造，要求表面硬度5055HRC，心部有良好的综合力学性能，加工工艺路线为：下料锻造热处理1粗加工热处理2精加工热处理3-磨削加工（1）工序中热处理方法及其作用（2

9、）如果用20CrMnTi代替45钢，热处理工艺应如何变化2、说明下列零件的淬火及回火温度，并说明回火后的组织和硬度。1） 45小轴2) 60钢弹簧3) T12锉刀: 金属工艺学金属工艺学3、选择题、选择题1、金属随温度改变，由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程，称为（ ）转变。、物理、化学、同素异构转变2、纯铁在室温时的组织为（ ）。、面心立方、体心立方、密排六方3、45钢加热后，锻造时呈块状碎裂，丧失了可锻性。这是由（ B ）引起的。、过热、过烧、热应力、氧化和脱碳4、金属晶格中，位错是一种（ ）缺陷。、点缺陷、线缺陷、面缺陷5、磷是钢中的有害元素，它会使钢出现（）现象。、热脆、冷脆、氢

10、脆6、精加工后可安排的热处理有（ ）。、整体淬火、退火处理、调质处理 、氮化处理7、下列哪种材料适合渗碳表面处理（ ）。A、20Cr B、45 C、60Si2Mn D、HT2008、化学热处理与其他热处理方法的基本区别是（ ）A 加热温度 B 组织变化 C 改变表面化学成分9、拖拉机履带、挖掘机的铲齿一般采用（）制作。、Cr12MoV、9SiCr、ZGMn1310、引起锻件晶粒粗大的主要原因之一是( )。A.过热 B. 塑性差 C.变形抗力大 D.脱碳11、高碳钢为了便于机械加工，可预先进行（ ）、淬火、回火、球化退火12、晶粒越细，则金属的强度硬度增加，塑性和韧性（ ）。、越好、越差、差不多13、碳的质量分数为0.45的铁碳合金在室温下的组织为（）。、珠光体铁素体、百分百的珠光体、珠光体和二次渗碳体 金属工艺学金属工艺学练习题答案1、答： （1）、 热处理1：正火，改善材料的切削加工性热处理2：调质处理，提高材料的综合力学性能热处理3：表面淬火，提高表面的硬度，提高工件的耐磨性能（2）、热处理1不变，热处理2去掉，热处理3：渗碳+淬火+低温回火 增加工件表面含碳量，提高表面的硬度，提高工件的耐磨