钢的表面热处理工艺课件

钢的表面热处理工艺表面淬火化学热处理工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学性能。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity钢的表面热处理工艺表面淬火工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”1一.表面淬火(SurfaceHardening)定义:是一种不改变钢表层化学成分,但改变表层组织的局部热处理工艺。2)工艺特征:通过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马氏体组织,而心部仍保持不变。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity一.表面淬火(SurfaceHardening)定义:23)表面淬火用钢:选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。4)表面淬火加工的方法:

感应加热(高、中、工频)、火焰加热、电接触加热法等。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity3)表面淬火用钢:选用中碳或中碳低合金钢。431.感应加热表面淬火1)感应加热的基本原理:*

感应电流---涡流*

集肤效应*淬火层深度(δ)与电流频率(f)的关系:δ=500/√f（mm）SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity1.感应加热表面淬火1)感应加热的基本原理:*感应电流-4感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图SchoolofMe52)工艺要求:

*表面淬火前,必须对零件进行正火或调质处理,以保证零件有良好的基体。

*表面淬火后,必须对零件进行低温回火处理,以降低淬火应力和脆性。3)生产特点:

淬火件的质量好;工件变形小;不易氧化及脱碳;淬火层容易控制;生产率高。设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity2)工艺要求:3)生产特点:淬火件的质量好;工件变形小;62.火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火的基本方法SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity2.火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火的基本方法Schoo72)火焰加热表面淬火的特点:*设备简单,操作方便,成本低。*淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity2)火焰加热表面淬火的特点:*设备简单,操作方便,成本低8二.化学热处理

(ChemicalHeatTreatment)一)定义:将零件置于一定的化学介质中,通过加热、保温,使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层,以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity二.化学热处理

(ChemicalHeat9二)化学热处理的基本过程:2.吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶解。3.扩散:

活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定的扩散层。1.分解:

化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。

2COCO2+〔C〕SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity二)化学热处理的基本过程:2.吸收:活性原子被零件表面吸10三)化学热处理进行的条件:1.渗入元素的原子必须是活性原子,而且具有较大的扩散能力。2.零件本身具有吸收渗入原子的能力,

即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化合,形成化合物。四)化学热处理的种类:渗碳;渗氮;碳氮共渗;渗硼;渗铝;渗硫;渗硅;渗铬等。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity三)化学热处理进行的条件:1.渗入元素的原子必须是活性原111.钢的渗碳(Carburizeofsteel)1)定义:向钢的表面渗入碳原子的过程。2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。3)用钢:低碳钢和低碳合金钢。4)方法:固体、气体、液体渗碳。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity1.钢的渗碳(Carburizeofsteel)112固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥13气体渗碳法示意图SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity气体渗碳法示意图SchoolofMechanicala145)工艺:

加热温度为900～950℃;

渗碳时间一般为3～9小时;6)渗碳后的组织:

1%CP+Fe3CⅡ0.2%C

F+P少表面中心零件PP+FSchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity5)工艺:加热温度为900～950℃;6)渗碳后的组织:1520钢渗碳缓冷组织(化染)580表层珠光体+网状渗碳体;中层珠光体;内层铁素体+珠光体SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity20钢渗碳缓冷组织(化染)167)渗碳后的热处理工艺时间温度930℃850℃方案1方案2渗碳淬火加热SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity7)渗碳后的热处理工艺时间温度930℃850℃方案1方案2177)渗碳后的热处理工艺SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity7)渗碳后的热处理工艺SchoolofMechanic188)热处理后的组织低碳M回+FM回+Cm+A残低碳合金钢F+PM回+Fe3C+A残低碳钢心部组织表层组织钢种9)常用的钢种:

15、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity8)热处理后的组织低碳M回+FM回+Cm+A残低碳F+PM1920CrMnTi钢渗碳层组织(化染)320渗碳体(白色块状)+高碳M(兰色针状)+残余A(棕黄色)SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity20CrMnTi钢渗碳层组织(化染)202.钢的渗氮(Nitridationofsteel)1)定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。2)目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能的零件。3)用钢:中碳合金钢。4)方法:气体渗氮。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity2.钢的渗氮(Nitridationofsteel215)工艺:加热温度500～600℃;

保温时间0.3～0.5mm/20～50h。6)热处理特点:

渗氮前需调质处理;

渗氮后不需热处理。7)渗氮处理后的组织

表层:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN。

心部:S回。8)常用的钢种:

35CrMo、18CrNiW、

38CrMoAlA

(氮化王牌钢)等。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity5)工艺:加热温度500～600℃;6)热处理特点:渗氮前2238CrMoAl气体渗氮层组织(化染)650黄色区:ε(Fe2-3N)+γ’(Fe4N);红色区:γ’(Fe4N);蓝绿色区:含氮索氏体+脉状氮化物;绿黄色区:索氏体基体。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity38CrMoAl气体渗氮层组织(化染)23越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。长55.7厘米，剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器,SchoolofMech24渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否需要热处理处理时间(h)处理温度(℃)名称需要3～9900～950渗碳不需要20～50500～600渗氮SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否需要热处理处25渗碳与渗氮的工艺特点名称处理温度(℃)处理时间(h)处理后是否需要热处理渗碳900～9503～9需要渗氮500～60020～50不需要SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity渗碳与渗氮的工艺特点名称处理温度处理时间263.钢的碳氮共渗---氰化处理

(Carbonitridingofsteel)1)定义:向钢的表面同时渗入碳和氮原子的过程。2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。3)方法:固体碳氮共渗气体碳氮共渗液体碳氮共渗高温中温低温SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity3.钢的碳氮共渗---氰化处理

(Carboni274)工艺:合金结构钢HRC53～60中温气体碳氮共渗800～8601～8以渗碳为主0.5～0.8mm淬火+低温回火合金工具钢HRC54～63低温气体碳氮共渗500～6001～6以渗氮为主0.1～0.4mm不需要材料性能名称温度(℃)时间(h)作用渗层热处理4)工艺:合金结构钢HRC53～60中温气体碳氮共渗800～2820CrMnTi钢碳氮共渗层组织(化染)100针状M+残余A;混合M+残余A;板条M+针状MSchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity20CrMnTi钢碳氮共渗层组织(化染)2920CrMnTi钢碳氮共渗层组织1.针状M+残余A;2.混合M+残余A;3.板条M+针状M12320CrMnTi钢碳氮共渗层组织1.针状M+残余A3020Cr2Ni4A钢高温碳氮共渗淬火组织(化染)5220Cr2Ni4A钢高温碳氮共渗淬火组织(化染)31W18Cr4V钢碳氮共渗层组织(化染)650隐针马氏体+合金碳化物;从左至右含碳量逐步下降W18Cr4V钢碳氮共渗层组织(化染)32钢的表面热处理工艺表面淬火化学热处理工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学性能。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity钢的表面热处理工艺表面淬火工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”33一.表面淬火(SurfaceHardening)定义:是一种不改变钢表层化学成分,但改变表层组织的局部热处理工艺。2)工艺特征:通过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马氏体组织,而心部仍保持不变。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity一.表面淬火(SurfaceHardening)定义:343)表面淬火用钢:选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。4)表面淬火加工的方法:

感应加热(高、中、工频)、火焰加热、电接触加热法等。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity3)表面淬火用钢:选用中碳或中碳低合金钢。4351.感应加热表面淬火1)感应加热的基本原理:*

感应电流---涡流*

集肤效应*淬火层深度(δ)与电流频率(f)的关系:δ=500/√f（mm）SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity1.感应加热表面淬火1)感应加热的基本原理:*感应电流-36感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图SchoolofMe372)工艺要求:

*表面淬火前,必须对零件进行正火或调质处理,以保证零件有良好的基体。

*表面淬火后,必须对零件进行低温回火处理,以降低淬火应力和脆性。3)生产特点:

淬火件的质量好;工件变形小;不易氧化及脱碳;淬火层容易控制;生产率高。设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity2)工艺要求:3)生产特点:淬火件的质量好;工件变形小;382.火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火的基本方法SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity2.火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火的基本方法Schoo392)火焰加热表面淬火的特点:*设备简单,操作方便,成本低。*淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity2)火焰加热表面淬火的特点:*设备简单,操作方便,成本低40二.化学热处理

(ChemicalHeatTreatment)一)定义:将零件置于一定的化学介质中,通过加热、保温,使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层,以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity二.化学热处理

(ChemicalHeat41二)化学热处理的基本过程:2.吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶解。3.扩散:

活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定的扩散层。1.分解:

化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。

2COCO2+〔C〕SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity二)化学热处理的基本过程:2.吸收:活性原子被零件表面吸42三)化学热处理进行的条件:1.渗入元素的原子必须是活性原子,而且具有较大的扩散能力。2.零件本身具有吸收渗入原子的能力,

即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化合,形成化合物。四)化学热处理的种类:渗碳;渗氮;碳氮共渗;渗硼;渗铝;渗硫;渗硅;渗铬等。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity三)化学热处理进行的条件:1.渗入元素的原子必须是活性原431.钢的渗碳(Carburizeofsteel)1)定义:向钢的表面渗入碳原子的过程。2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。3)用钢:低碳钢和低碳合金钢。4)方法:固体、气体、液体渗碳。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity1.钢的渗碳(Carburizeofsteel)144固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥45气体渗碳法示意图SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity气体渗碳法示意图SchoolofMechanicala465)工艺:

加热温度为900～950℃;

渗碳时间一般为3～9小时;6)渗碳后的组织:

1%CP+Fe3CⅡ0.2%C

F+P少表面中心零件PP+FSchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity5)工艺:加热温度为900～950℃;6)渗碳后的组织:4720钢渗碳缓冷组织(化染)580表层珠光体+网状渗碳体;中层珠光体;内层铁素体+珠光体SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity20钢渗碳缓冷组织(化染)487)渗碳后的热处理工艺时间温度930℃850℃方案1方案2渗碳淬火加热SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity7)渗碳后的热处理工艺时间温度930℃850℃方案1方案2497)渗碳后的热处理工艺SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity7)渗碳后的热处理工艺SchoolofMechanic508)热处理后的组织低碳M回+FM回+Cm+A残低碳合金钢F+PM回+Fe3C+A残低碳钢心部组织表层组织钢种9)常用的钢种:

15、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity8)热处理后的组织低碳M回+FM回+Cm+A残低碳F+PM5120CrMnTi钢渗碳层组织(化染)320渗碳体(白色块状)+高碳M(兰色针状)+残余A(棕黄色)SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity20CrMnTi钢渗碳层组织(化染)522.钢的渗氮(Nitridationofsteel)1)定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。2)目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能的零件。3)用钢:中碳合金钢。4)方法:气体渗氮。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity2.钢的渗氮(Nitridationofsteel535)工艺:加热温度500～600℃;

保温时间0.3～0.5mm/20～50h。6)热处理特点:

渗氮前需调质处理;

渗氮后不需热处理。7)渗氮处理后的组织

表层:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN。

心部:S回。8)常用的钢种:

35CrMo、18CrNiW、

38CrMoAlA

(氮化王牌钢)等。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity5)工艺:加热温度500～600℃;6)热处理特点:渗氮前5438CrMoAl气体渗氮层组织(化染)650黄色区:ε(Fe2-3N)+γ’(Fe4N);红色区:γ’(Fe4N);蓝绿色区:含氮索氏体+脉状氮化物;绿黄色区:索氏体基体。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity38CrMoAl气体渗氮层组织(化染)55越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。长55.7厘米，剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering

AnhuiPolytechnicUniversity越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器,SchoolofMech56渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否需要热处理处理时间(h)