机械工程材料成型及工艺13

1、重点重点(zhngdin)回顾回顾 钢淬火和回火的概念、目的和一般钢淬火和回火的概念、目的和一般应用；淬火温度的选择理由应用；淬火温度的选择理由(lyu)(lyu)；淬；淬透性和淬硬性的区别，影响淬透性和淬透性和淬硬性的区别，影响淬透性和淬硬性的因素，回火的分类和一般应用；硬性的因素，回火的分类和一般应用；回火脆性的概念和分类和防止。回火脆性的概念和分类和防止。精品资料本次本次(bn c)课的内容课的内容钢的表面热处理钢的表面热处理常见热处理缺陷常见热处理缺陷(quxin)及防止及防止小结小结精品资料一、钢的表面一、钢的表面(biomin)热处理热处理概念：指仅对工件表层进行热处理以改变其组概

2、念：指仅对工件表层进行热处理以改变其组织织(zzh)(zzh)和性能的工艺；和性能的工艺；分类：表面淬火和化学热处理；分类：表面淬火和化学热处理；应用范围：主要是某些在冲击载荷、交变载荷应用范围：主要是某些在冲击载荷、交变载荷及摩擦条件下工作的机械零件，如曲轴、凸轮及摩擦条件下工作的机械零件，如曲轴、凸轮轴、齿轮等；轴、齿轮等；工艺的核心工艺的核心: :使零件具有使零件具有“表硬里韧表硬里韧”的力学性的力学性能。能。精品资料n 表面淬火表面淬火1. 1. 定义定义: :是一种不改变钢表层化学成分是一种不改变钢表层化学成分, ,但改变表但改变表层组织层组织(zzh)(zzh)的局部热处理工艺，即

3、通过快速加的局部热处理工艺，即通过快速加热使钢的表层奥氏体化热使钢的表层奥氏体化, ,然后急冷然后急冷, ,使表层形成马使表层形成马氏体组织氏体组织(zzh),(zzh),而心部仍保持不变。而心部仍保持不变。2. 2. 目的目的: :获得获得(hud)(hud)高硬度的表面层，以提高工件高硬度的表面层，以提高工件的耐磨性和疲劳强度。的耐磨性和疲劳强度。精品资料3.3.表面淬火用钢表面淬火用钢: : 选用选用(xunyng)(xunyng)中碳或中碳低合金钢。中碳或中碳低合金钢。4040、4545、40Cr40Cr、40MnB40MnB等。等。4.4.表面淬火加热表面淬火加热(ji r)(ji

4、r)的方法的方法: : 感应加热感应加热(ji r)( (ji r)( 高、中、工频高、中、工频 ) )、火焰加热火焰加热(ji r)(ji r)、激光加热、激光加热(ji r)(ji r)等。等。精品资料n 感应感应(gnyng)(gnyng)加热表面淬火加热表面淬火1)1)感应感应(gnyng)(gnyng)加热的基本原理加热的基本原理: :* 感应电流感应电流 - 涡流涡流* 集肤效应集肤效应*淬火层深度淬火层深度()与电流频率与电流频率( f )的关系的关系: = 500 / f （mm） 精品资料感应感应(gnyng)加热表面淬火示意图加热表面淬火示意图集肤效应集肤效应(xioyng

5、)示意图示意图精品资料2)工艺要求工艺要求: * 表面淬火前表面淬火前,必须对零件进行正火或调必须对零件进行正火或调质处理质处理,以保证零件有良好的基体以保证零件有良好的基体(j t)。 * 表面淬火后表面淬火后,必须对零件进行低温回火处必须对零件进行低温回火处理理,以降低淬火应力和脆性。以降低淬火应力和脆性。3)生产特点生产特点: 淬火件的质量好淬火件的质量好; 工件变形小工件变形小;不易氧化及不易氧化及脱碳脱碳;淬火层容易控制淬火层容易控制;生产率高。设备投资大生产率高。设备投资大,不适于复杂形状不适于复杂形状(xngzhun)零件和小批量生产。零件和小批量生产。精品资料n 火焰火焰(hu

6、yn)(huyn)加热表面淬火加热表面淬火1) 1) 火焰加热火焰加热(ji r)(ji r)表面淬火的基本方法表面淬火的基本方法精品资料2 2）火焰）火焰(huyn)(huyn)加热表面淬火的特点加热表面淬火的特点: :* * 设备简单设备简单, , 操作方便操作方便, , 成本低；成本低；* * 淬火质量不稳定；淬火质量不稳定；* * 适于单件、小批量及大型零件适于单件、小批量及大型零件(ln jin)(ln jin)的生产。的生产。精品资料二二. .化学化学(huxu)(huxu)热处理热处理 ( Chemical Heat Treatment )( Chemical Heat Trea

7、tment )一一) )定义定义: :将零件将零件(ln jin)(ln jin)置于一定的化学介质置于一定的化学介质中中 , , 通过加热、保温通过加热、保温, ,使介质中一种或几种元素使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层原子渗入工件表层, ,以改变钢表层的化学成分和组以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。织的热处理工艺。 精品资料二二) ) 化学热处理的基本化学热处理的基本(jbn)(jbn)过程过程: :2.2.吸收吸收: : 活性原子活性原子(yunz)(yunz)被零件表面吸收和被零件表面吸收和溶解。溶解。3.3.扩散扩散: : 活性原子由零件表面向内部扩散活性原子由零件表面向

8、内部扩散, , 形形成一定的扩散层成一定的扩散层。1.1.分解分解: : 化学介质在高温下释放出待渗的化学介质在高温下释放出待渗的活性原子活性原子。 2CO CO2CO CO2 2 + +C C精品资料三三) ) 化学热处理进行化学热处理进行(jnxng)(jnxng)的条件的条件: :1. 1. 渗入元素的原子必须是活性原子渗入元素的原子必须是活性原子, , 而而 且具有较大的扩散且具有较大的扩散(kusn)(kusn)能力。能力。2. 2. 零件本身具有零件本身具有吸收渗入原子的能力吸收渗入原子的能力, , 即对渗入原子有一定的即对渗入原子有一定的溶解度溶解度或能或能 与之化合与之化合,

9、, 形成化合物形成化合物。四四) ) 化学热处理的种类化学热处理的种类: : 渗碳渗碳; ; 渗氮渗氮; ; 碳氮共渗碳氮共渗; ; 渗硼渗硼; ; 渗铝渗铝; ; 渗渗 硫硫; ; 渗铬等。渗铬等。精品资料1.1.钢的渗碳钢的渗碳(shn tn) ( Carburize of (shn tn) ( Carburize of steel )steel )1)1)定义定义: : 向钢的表面渗入向钢的表面渗入(shnr)(shnr)碳原子的过程。碳原子的过程。2)2)目的目的: : 获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧性能的零件。性能的零件。3)3)用钢用钢: :低碳钢低碳钢和和低碳合金钢。低碳合金钢

10、。4)4)方法方法: : 固体、气体、固体、气体、液体渗碳。液体渗碳。精品资料 固体(gt)渗碳法示意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精品资料 气体(qt)渗碳法示意图精品资料5)5)工艺工艺: : 加热温度为加热温度为900900950;950; 渗碳时间渗碳时间(shjin)(shjin)一般为一般为3 39 9小时小时; ;6)6)渗碳渗碳(shn tn)(shn tn)后的组织后的组织: : 1%CP+Fe3C0.2%C F + P少少表面表面中心中心零零 件件PP+F精品资料20钢渗碳缓冷组织钢渗碳缓冷组织 580 表层珠光体表层珠光体 + 网状渗碳体网状渗碳体

11、; 中层中层(zhngcng)珠光体珠光体; 内层铁素体内层铁素体 + 珠光体珠光体精品资料7) 7) 渗碳渗碳(shn tn)(shn tn)后的热处理工艺后的热处理工艺时间时间温度温度930850方案方案1方案方案2渗渗 碳碳淬火淬火(cu hu)加热加热精品资料7) 7) 渗碳渗碳(shn tn)(shn tn)后的热处理工艺后的热处理工艺精品资料8) 8) 热处理后的组织热处理后的组织(zzh)(zzh)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9)9)常用常用(chn yn)(chn y

12、n)的钢种的钢种: 15: 15、2020、20Cr20Cr、20Mn220Mn2、 20CrMnTi20CrMnTi、18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA等。等。精品资料20CrMnTi 钢渗碳层组织钢渗碳层组织 ( 化染化染 ) 320 渗碳体渗碳体( 白色白色(bis)块状块状 ) + 高碳高碳M( 兰色针状兰色针状 ) + 残余残余A( 棕黄色棕黄色 )精品资料2.2.钢的渗氮钢的渗氮 ( Nitridation of steel )( Nitridation of steel )1)1)定义定义: :向钢的表面向钢的表面(biomin)(biomin)渗入氮原子的过程。渗入氮原子

13、的过程。2)2)目的目的: :获得获得(hud)(hud)具有表硬里韧及抗蚀具有表硬里韧及抗蚀性能性能 的零件。的零件。3)用钢用钢:中碳合金钢。中碳合金钢。4)4)方法方法: :气体气体渗氮。渗氮。精品资料5)5)工艺工艺: :加热加热(ji r)(ji r)温度温度500500600;600; 保温时间保温时间0.30.30.5mm/200.5mm/2050h50h。6)6)热处理特点热处理特点(tdin): (tdin): 渗氮前需调质处理渗氮前需调质处理; ; 渗氮后不需热处理。渗氮后不需热处理。7)7)渗氮处理后的组织渗氮处理后的组织 表层表层 : : FeFe4 4N N、FeFe

14、2 2N N、AlNAlN、CrNCrN、 MoNMoN、TiNTiN、VNVN。 心部心部 : : S S回回。8)8)常用的钢种常用的钢种 : : 35 CrMo35 CrMo、18CrNiW18CrNiW、 38 CrMoAlA38 CrMoAlA 等。等。精品资料38 CrMoAl 气体渗氮层组织(zzh) ( 化染 ) 650 黄色区 : ( Fe2-3N ) + ( Fe4N ) ; 红色区 : ( Fe4N ) ;蓝绿色区:含氮索氏体 + 脉状氮化物; 绿黄色区:索氏体基体。精品资料 渗碳(shn tn)与渗氮的工艺特点处理后是否需处理后是否需要热处理要热处理处理时间处理时间 (

15、 h )处理温度处理温度( )名称名称需要需要39900950渗碳渗碳不需要不需要2050500600渗氮渗氮精品资料3.3.钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗-氰化处理氰化处理(chl)(chl) ( Carbonitriding of steel ) ( Carbonitriding of steel )1)1)定义定义: :向钢的表面同时渗入向钢的表面同时渗入(shnr)(shnr)碳和氮原碳和氮原子的过子的过 程。程。2)2)目的目的: :获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧性能的零件。性能的零件。3)3)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

16、中温中温低温低温精品资料4)4)工艺工艺(gngy):(gngy):合金结构钢合金结构钢HRC5360中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗80086018以渗碳为主以渗碳为主0.50.8mm淬火淬火+低温回火低温回火合金工具钢合金工具钢HRC5463低温气体碳氮共低温气体碳氮共渗渗50060016以渗氮为主以渗氮为主0.10.4mm不需要不需要材料材料性能性能名称名称温度温度()时间时间(h)作用作用渗层渗层热处理热处理精品资料二、常见热处理缺陷二、常见热处理缺陷(quxin)及其防止及其防止加热时出现的缺陷：欠热（退火和正火矫正）、过加热时出现的缺陷：欠热（退火和正火矫正）、过热（不严重的可以用

17、退火和正火矫正）、过烧、氧热（不严重的可以用退火和正火矫正）、过烧、氧化和脱碳（盐浴中加热或保护气氛或真空加热或表化和脱碳（盐浴中加热或保护气氛或真空加热或表面涂层面涂层) )。在冷却（淬火）时出现的缺陷：淬火变形、淬火裂在冷却（淬火）时出现的缺陷：淬火变形、淬火裂纹。防止办法：正确选材、合理进行零件的结构设纹。防止办法：正确选材、合理进行零件的结构设计、选择或制定计、选择或制定(zhdng)(zhdng)合理的淬火工艺。合理的淬火工艺。精品资料小结小结(xioji)重点重点(zhngdin)(zhngdin)要求要求 钢的表面热处理的分类；表面淬火钢的表面热处理的分类；表面淬火的概念、目的；

18、常见热处理缺陷。的概念、目的；常见热处理缺陷。一般要求一般要求 化学热处理；常见热处理缺陷的防化学热处理；常见热处理缺陷的防止措施。止措施。精品资料精品资料精品资料精品资料铁碳合金铁碳合金(hjn)平衡组织的观察平衡组织的观察实验报告要求实验报告要求实验实验(shyn)(shyn)内容：内容：实验实验(shyn)(shyn)目的：目的：实验实验(shyn)(shyn)设备和样品：设备和样品：实验实验(shyn)(shyn)结果：结果：思考题：思考题： 1 1）2#2#、3#3#、4#4#试样组织的异同点？试样组织的异同点？ 2 2）根据所观察的组织，说明含碳量对铁碳合）根据所观察的组织，说明含

19、碳量对铁碳合金的组织和性能影响的大致规律？金的组织和性能影响的大致规律？精品资料精品资料例题(lt)一 现需要制造一汽车现需要制造一汽车(qch)(qch)、拖拉机传动、拖拉机传动齿轮，要求表面具有高的硬度、耐磨性和高的接齿轮，要求表面具有高的硬度、耐磨性和高的接触疲劳强度，心部具有良好的韧性，应采用如下触疲劳强度，心部具有良好的韧性，应采用如下哪种材料及热处理工艺：哪种材料及热处理工艺：T10T10钢经淬火钢经淬火+ +低温回低温回火；火； 4545钢经调质处理；钢经调质处理；低碳合金钢低碳合金钢20CrMnTi20CrMnTi经渗碳经渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火。说明其理由。低温回火。

20、说明其理由。精品资料例题(lt)二 在一批在一批4545钢制的螺栓中（要求头部热钢制的螺栓中（要求头部热处理后的硬度为处理后的硬度为4348HRC4348HRC）混入少量）混入少量(sholing)20(sholing)20钢和钢和T12T12钢，若按钢，若按4545钢工钢工艺进行淬火、回火处理，试问能否达到要艺进行淬火、回火处理，试问能否达到要求？分别说明为什么？求？分别说明为什么？精品资料例题(lt)三 现有三个形状、尺寸现有三个形状、尺寸(ch cun)(ch cun)、材质（低碳钢）完全相同的齿轮，分别材质（低碳钢）完全相同的齿轮，分别进行普通整体淬火、渗碳淬火和高频感进行普通整体淬火、渗碳淬火和高频感应淬火，试用最简单的办法将它们区分应淬火，试用最简单的办法将它们区分开。开。精品资料例题(lt)四 用用4545钢制车床主轴，要求轴颈部位硬度为钢制车床主轴，要求轴颈部位硬度为5658HRC5658HRC，其余地方为，其余地方为2024