钢的热处理和表面处理课件

第六章钢的热处理及表面处理

第一节概述改变钢性能的主要途径，一是合金化，加入合金元素，调整钢的化学成分；二是进行热处理。本章主要介绍钢的热处理原理与工艺方法。钢的热处理是指在固态下通过对钢进行不同的加热、保温、冷却来改变钢的组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺.第六章钢的热处理及表面处理

第一节概述1１．热处理分类

整体热处理（退火、正火、淬火、回火）

表面热处理（火焰、感应、激光、CVD/PVD）

化学热处理（渗碳、渗氮、渗其它元素、多元共渗）

２、热处理目的

改变组织和性能，不改变形状和尺寸，提高使用性能，最大限度发挥钢材性能潜力。

３、热处理设备

箱式电炉、盐炉１．热处理分类

整体热处理（退火、正火、淬火、回火）

表面热2第二节钢在加热时的组织转变１、奥氏体形成形核、长大、残余奥氏体溶解、奥氏体均匀化。２、奥氏体晶粒度和奥氏体晶粒长大及其影响因素晶粒度：起始、实际和本质晶粒度影响因素：温度、时间、合金元素、原始组织。第二节钢在加热时的组织转变１、奥氏体形成3第三节钢在冷却时的组织转变一、珠光体型转变１、珠光体PA1-650℃２、索氏体S650-600℃３、托氏体T600-550℃４、相变特点：扩散型相变Fe和C原子迁移晶格重构第三节钢在冷却时的组织转变一、珠光体型转变4二、贝氏体(B)转变550-Ms℃１、上B550-350℃形态：羽毛状２下B350-Ms形态：针状３转变特点：半扩散型转变碳原子迁移，铁原子不迁移

二、贝氏体(B)转变5三、马氏体（M）转变1、晶体结构体心正方２、形态板条、片状、混合M３、亚结构：位错孪晶４、性能５、转变特点：无扩散、切变共格和表面浮凸、变温形成、高速长大、转变不完全性。三、马氏体（M）转变6四、过冷奥氏体转变曲线１、过冷奥氏体等温转变曲线A建立金相法热分析法膨胀法B分析C影响碳、合金元素、加热温度、保温时间四、过冷奥氏体转变曲线7２、过冷奥氏体连续冷却转变曲线２、过冷奥氏体连续冷却转变曲线8第四节钢的退火与正火一、退火（炉冷）１、完全退火２、球化退火３、等温退火４、均匀化退火５、去应力退火二、正火AC3＋３０－５０℃空冷第四节钢的退火与正火一、退火（炉冷）9第五节钢的淬火一、淬火温度选择二、淬火介质三、常用淬火方法１、单液淬火２、双液淬火３、分级淬火４、等温淬火第五节钢的淬火一、淬火温度选择10第六节钢的淬透性１、概念２、影响淬透性的因素C，（Co）合金元素、奥氏体化温度３淬硬性和淬透性第六节钢的淬透性１、概念11第七节钢的回火１、目的２、回火种类低温回火150-250℃中温回火350-500℃高温回火500-650℃３、回火脆性一类２００－３５０℃二类４００－６５０℃（CrNiMn）加Mo可推迟。第七节钢的回火１、目的12第八节钢的表面淬火１、目的：在钢的表面获得高硬度、高耐磨性２、原理：通过表面快速加热淬火改变表面层组织达到表面强化３、常用钢种及预先热处理工艺：0.4-0.5%C优质碳钢；正火或调质基体组织类似于中碳钢的灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁４、分类感应、火焰、电接触、激光加热第八节钢的表面淬火１、目的：在钢的表面获得高硬度、高耐磨性13一、感应加热表面淬火１、原理集肤效应２、加热频率高频１００－５００ｋHZ常用２００－３００ｋHZ功率３０－４００kW淬硬深度０、５－３mm中频５００HZ-10ｋHZ常用２、５ｋHZ功率５０－５００kW淬硬深度２－１０mm工频５０HZ功率１０００－２０００kW淬硬深度１０－２０mm热透层７０mm一、感应加热表面淬火１、原理14３、技术要求表面硬度中碳钢５０－５５HRC淬硬层深度半径的１／５－１／１０淬硬区分布轴端保留２－８mm花键淬硬区大于花键５－８mm预先热处理调质或正火３、技术要求15二、其他加热淬火方法火焰加热表面淬火电接触加热表面淬火激光加热淬火二、其他加热淬火方法火焰加热表面淬火16第九节钢的化学热处理定义将金属或合金置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入零件表层，以改变其表面化学成分、组织和性能工艺。分类渗碳渗氮渗硼渗金属渗入法化学热处理过程分解分解活性原子CH4－２H２＋（C）吸收活性原子与基体形成化合物或固溶体扩散活性原子向工件内部迁移第九节钢的化学热处理定义将金属或合金置于一定温度的活性介17一、渗碳渗碳材料０、１－０、２５％C碳钢或低合金钢渗碳方法气体、液体、固体、真空渗碳１、气体渗碳设备井式渗碳炉渗碳气氛煤气、液化石油气；煤油、丙酮加热温度900

℃±10

℃加热时间3-7h渗层深度0.4-1.6mm表面碳浓度:0.85-1.05%C一、渗碳渗碳材料０、１－０、２５％C碳钢或低合金钢182.固体渗碳设备箱式电阻炉渗碳气氛木炭+碳酸钠加热温度930

℃±10

℃加热时间3-7h渗层深度0.4-1.6mm表面碳浓度:0.85-1.05%渗后不能直接淬火适合小件和单件2.固体渗碳193真空渗碳比气体渗碳节约时间2/3.4.渗碳后热处理预冷直接淬火缓冷一次淬火缓冷二次淬火3真空渗碳20二.钢的渗氮目的:提高硬度\耐磨性\疲劳性能\抗咬合性渗氮用钢38CrMoAl渗氮方法:气体\离子1.气体渗氮加热温度500-570℃保温时间20-70h渗层深度0.2-0.5mm深层硬度1000-1200Hv二.钢的渗氮目的:提高硬度\耐磨性\疲劳性能\抗咬合性212.离子渗氮温度480-540℃气氛:氨气、氮气和氢气混合气压力：133-1333Pa1大气压=101300Pa电压：—500V电极：工件-阴极容器-阳极渗氮时间：1/3-1/4气体渗氮时间特点：无脆性白亮层2.离子渗氮22三、钢的碳氮共渗1、中温气体碳氮共渗渗剂：煤油和氨气温度：820-880℃时间：4-5h渗层厚度：0、6-0、7mm2、中温气体碳氮共渗渗剂：尿素温度：570℃时间：1-3h渗层厚度：0、01-0、02mm三、钢的碳氮共渗1、中温气体碳氮共渗23第十节热处理零件的结构工艺性自学第十节热处理零件的结构工艺性自学24第十一节钢铁的表面处理1、化学镀1）发蓝将钢铁零件浸入苛性钠和亚硝酸钠溶液中，在一定温度下使零件表面形成一层致密的Fe3O4膜。发蓝工艺流程：化学脱脂－热、冷水洗－酸洗－流动冷水洗－一次氧化发蓝－二次氧化发蓝－非流动冷水洗／热水洗－补充处理（皂化）－流动冷水洗／热水洗－烘干－浸油。第十一节钢铁的表面处理1、化学镀252）磷化处理将钢铁零件浸入磷酸盐溶液中，在一定温度下使零件表面形成一层不溶水的磷酸盐薄膜。磷化工艺流程：化学脱脂－热、冷水洗－酸洗－冷水洗－铬酸酸洗－冷水洗－盐酸弱腐蚀－冷水洗－中和处理－冷水洗－磷化处理－非流动冷水洗／热水洗－补充处理（皂化）－流动冷水洗／热水洗－烘干－浸油。2）磷化处理262、电镀

将钢铁零件浸入待镀金属盐溶液中并接负电极，加一定直流电压使零件表面形成一层所需金属的镀层。镀锌、镀铬、镀铜、镀镍、镀金镀铬装饰镀铬和镀硬铬镀硬铬工艺流程：抛光－脱脂－温＼冷水洗－硫酸弱腐蚀－冷水洗－预热－阳极腐蚀－镀铬－冷水洗－烘干－抛光－汽油洗－除氢。2、电镀

273、真空离子镀物理气相沉积PVD工艺温度低可处理钢铁＼硬质合金＼纸张＼塑料＼玻璃＼陶瓷等。化学气相沉积CVD工艺温度高处理钢铁、硬质合金。PVD常用方法１磁控溅射２冷阴极弧光法

3、真空离子镀物理气相沉积PVD工艺温度低可处理钢铁＼硬质284热浸锌热浸镀锌是将工件表面得到较厚的镀锌层（０、２mm）工艺路线：打光－脱脂－酸洗－水洗－浸氯化铵水溶液－热浸锌－水爆4热浸锌热浸镀锌是将工件表面得到较厚的镀锌层（０、２mm）29

5热喷涂

在钢铁零件表面上通过乙炔火焰或热等离子体技术涂覆一层较厚的特殊材料涂层，使零件表面获得耐磨、耐蚀、耐高温性能

5热喷涂

在钢铁零件表面上通过乙炔火焰或热等离子体技30钢的热处理和表面处理课件31第六章钢的热处理及表面处理

第一节概述改变钢性能的主要途径，一是合金化，加入合金元素，调整钢的化学成分；二是进行热处理。本章主要介绍钢的热处理原理与工艺方法。钢的热处理是指在固态下通过对钢进行不同的加热、保温、冷却来改变钢的组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺.第六章钢的热处理及表面处理

第一节概述32１．热处理分类

整体热处理（退火、正火、淬火、回火）

表面热处理（火焰、感应、激光、CVD/PVD）

化学热处理（渗碳、渗氮、渗其它元素、多元共渗）

２、热处理目的

改变组织和性能，不改变形状和尺寸，提高使用性能，最大限度发挥钢材性能潜力。

３、热处理设备

箱式电炉、盐炉１．热处理分类

整体热处理（退火、正火、淬火、回火）

表面热33第二节钢在加热时的组织转变１、奥氏体形成形核、长大、残余奥氏体溶解、奥氏体均匀化。２、奥氏体晶粒度和奥氏体晶粒长大及其影响因素晶粒度：起始、实际和本质晶粒度影响因素：温度、时间、合金元素、原始组织。第二节钢在加热时的组织转变１、奥氏体形成34第三节钢在冷却时的组织转变一、珠光体型转变１、珠光体PA1-650℃２、索氏体S650-600℃３、托氏体T600-550℃４、相变特点：扩散型相变Fe和C原子迁移晶格重构第三节钢在冷却时的组织转变一、珠光体型转变35二、贝氏体(B)转变550-Ms℃１、上B550-350℃形态：羽毛状２下B350-Ms形态：针状３转变特点：半扩散型转变碳原子迁移，铁原子不迁移

二、贝氏体(B)转变36三、马氏体（M）转变1、晶体结构体心正方２、形态板条、片状、混合M３、亚结构：位错孪晶４、性能５、转变特点：无扩散、切变共格和表面浮凸、变温形成、高速长大、转变不完全性。三、马氏体（M）转变37四、过冷奥氏体转变曲线１、过冷奥氏体等温转变曲线A建立金相法热分析法膨胀法B分析C影响碳、合金元素、加热温度、保温时间四、过冷奥氏体转变曲线38２、过冷奥氏体连续冷却转变曲线２、过冷奥氏体连续冷却转变曲线39第四节钢的退火与正火一、退火（炉冷）１、完全退火２、球化退火３、等温退火４、均匀化退火５、去应力退火二、正火AC3＋３０－５０℃空冷第四节钢的退火与正火一、退火（炉冷）40第五节钢的淬火一、淬火温度选择二、淬火介质三、常用淬火方法１、单液淬火２、双液淬火３、分级淬火４、等温淬火第五节钢的淬火一、淬火温度选择41第六节钢的淬透性１、概念２、影响淬透性的因素C，（Co）合金元素、奥氏体化温度３淬硬性和淬透性第六节钢的淬透性１、概念42第七节钢的回火１、目的２、回火种类低温回火150-250℃中温回火350-500℃高温回火500-650℃３、回火脆性一类２００－３５０℃二类４００－６５０℃（CrNiMn）加Mo可推迟。第七节钢的回火１、目的43第八节钢的表面淬火１、目的：在钢的表面获得高硬度、高耐磨性２、原理：通过表面快速加热淬火改变表面层组织达到表面强化３、常用钢种及预先热处理工艺：0.4-0.5%C优质碳钢；正火或调质基体组织类似于中碳钢的灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁４、分类感应、火焰、电接触、激光加热第八节钢的表面淬火１、目的：在钢的表面获得高硬度、高耐磨性44一、感应加热表面淬火１、原理集肤效应２、加热频率高频１００－５００ｋHZ常用２００－３００ｋHZ功率３０－４００kW淬硬深度０、５－３mm中频５００HZ-10ｋHZ常用２、５ｋHZ功率５０－５００kW淬硬深度２－１０mm工频５０HZ功率１０００－２０００kW淬硬深度１０－２０mm热透层７０mm一、感应加热表面淬火１、原理45３、技术要求表面硬度中碳钢５０－５５HRC淬硬层深度半径的１／５－１／１０淬硬区分布轴端保留２－８mm花键淬硬区大于花键５－８mm预先热处理调质或正火３、技术要求46二、其他加热淬火方法火焰加热表面淬火电接触加热表面淬火激光加热淬火二、其他加热淬火方法火焰加热表面淬火47第九节钢的化学热处理定义将金属或合金置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入零件表层，以改变其表面化学成分、组织和性能工艺。分类渗碳渗氮渗硼渗金属渗入法化学热处理过程分解分解活性原子CH4－２H２＋（C）吸收活性原子与基体形成化合物或固溶体扩散活性原子向工件内部迁移第九节钢的化学热处理定义将金属或合金置于一定温度的活性介48一、渗碳渗碳材料０、１－０、２５％C碳钢或低合金钢渗碳方法气体、液体、固体、真空渗碳１、气体渗碳设备井式渗碳炉渗碳气氛煤气、液化石油气；煤油、丙酮加热温度900

℃±10

℃加热时间3-7h渗层深度0.4-1.6mm表面碳浓度:0.85-1.05%C一、渗碳渗碳材料０、１－０、２５％C碳钢或低合金钢492.固体渗碳设备箱式电阻炉渗碳气氛木炭+碳酸钠加热温度930

℃±10

℃加热时间3-7h渗层深度0.4-1.6mm表面碳浓度:0.85-1.05%渗后不能直接淬火适合小件和单件2.固体渗碳503真空渗碳比气体渗碳节约时间2/3.4.渗碳后热处理预冷直接淬火缓冷一次淬火缓冷二次淬火3真空渗碳51二.钢的渗氮目的:提高硬度\耐磨性\疲劳性能\抗咬合性渗氮用钢38CrMoAl渗氮方法:气体\离子1.气体渗氮加热温度500-570℃保温时间20-70h渗层深度0.2-0.5mm深层硬度1000-1200Hv二.钢的渗氮目的:提高硬度\耐磨性\疲劳性能\抗咬合性522.离子渗氮温度480-540℃气氛:氨气、氮气和氢气混合气压力：133-1333Pa1大气压=101300Pa电压：—500V电极：工件-阴极容器-阳极渗氮时间：1/3-1/4气体渗氮时间特点：无脆性白亮层2.离子渗氮53三、钢的碳氮共渗1、中温气体碳氮共渗渗剂：煤油和氨气温度：820-880℃时间：4-5h渗层厚度：0、6-0、7mm2、中温气体碳氮共渗渗剂：尿素温度：570℃时间：1-3h渗层厚度：0、01-0、02mm三、钢的碳氮共渗1、中温气体碳氮共渗54第十节热处理零件的结构工艺性自学第十节热处理零件的结构工艺性自学55第十一节钢铁的表面处理1、化学镀1）发蓝将钢铁零件浸入苛性钠和亚硝酸钠溶液中，在一定温度下使零件表面形成一层致密的Fe3O4膜。发蓝工艺流程：化学脱脂－热、冷水洗