钢表面热处理工艺简介

钢的表面热处理2/5/202311、钢的普通热处理包括哪些工艺?正火、退火、淬火和回火，统称“四把火”。2、什么是调质？调质处理后钢的组织和性能怎样？淬火后高温回火的复合热处理工艺称调质。调质后的组织为回火索氏体，具有综合力学性能。3、什么是钢的淬透性？

钢在淬火条件下得到M组织或淬透层深度的能力，是钢的固有属性。温故知新2/5/20232设计零件结构时应遵循的原则

①避免尖角和棱角。②避免厚薄悬殊，必要时可增加工艺孔。2/5/20233③采用对称结构，以减小热处理时的变形。④某些易变形的零件可采用封闭结构，如图所示为弹簧夹头，其槽口在热处理之后再切开。⑤必要时可将整体件改成组装件，如图零件的镶拼结构。设计零件结构时应遵循的原则2/5/20234

在这种情况下，单从材料选择入手或采用普通热处理方法，不能满足其要求。普通热处理的适用情况（性能）：低碳钢：可满足心部要求，表面要求不能满足；高碳钢：可满足表面要求，心部要求不能满足；解决这一问题的方法是表面热处理和化学热处理

2/5/20235钢的表面热处理一、表面淬火表面淬火概念：利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面的热处理方法。(改变钢表层组织的局部热处理工艺)

2/5/20236钢的表面淬火①表面淬火用材料含碳量为0.4～0.5%的中碳钢及铸铁。②表面淬火后的组织表层组织为回火马氏体，心部组织为回火索氏体

（调质）或铁素体加索氏体（正火）。2/5/20237表面淬火按照实现方式，表面淬火可分为：

感应加热表面淬火火焰加热表面淬火

激光加热表面淬火2/5/20238

火焰加热表面淬火：

用氧—乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。

适用于含C0.35%~0.7%的中碳钢和中碳合金钢，如45，40Cr。

感应加热表面淬火：

用一定频率的感应电流使工件表面被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。

适用于含C0.4%~0.5%的中碳钢和中碳合金钢，如40，40Cr。表面淬火2/5/20239两类表面淬火的比较

火焰加热表面淬火和高频感应加热表面淬火相比，具有设备简单，成本低等优点。但生产率低，零件表面存在不同程度的过热，质量控制也比较困难。主要适用于单件、小批量生产及大型零件（如大型齿轮、轴、轧辊等）的表面淬火。2/5/202310火焰加热表面淬火示意图特点及应用：

设备简单、成本低、灵活性大，但淬火质量较难控制。2/5/202311感应加热表面淬火2/5/202312感应加热表面淬火感应加热的基本原理

感应加热表面淬火的装置如图所示。①交变磁场使工件内部感生出巨大的

涡流②电流频率越高，感应电流透入深度

越浅2/5/202313感应加热表面淬火的特点①加热温度高；②工件表层硬度高，脆性较低；③工件表面质量好；④生产效率高。2/5/202314感应加热的分类

①高频感应加热电流频率范围250～300kHz，淬硬层深度为0.5～

2.0mm，适用于中小模的齿轮及中小尺寸的轴类零件。②中频感应加热电流频率范围50～250Hz，淬硬层深度2～10mm，适用于较大的轴和大中模数齿轮。

③工频感应加热电流频率50Hz，淬硬层深度可达10～15mm，适用

于较大直径零件的穿透加热及大直径零件如轧辊、火车

车轮的表面淬火。感应加热表面淬火后的回火一般只进行低温回火，回火温度一般不高于200℃。2/5/202315电流频率与淬硬深度的关系在淬火温度状态下，电流透入的深度与感应电流的频率有关。

2/5/202316感应加热淬火零件的加工工艺路线

下料-----锻造-----调质或正火------切削加工-----感应加热淬火+低温回火-----精加工-----检验2/5/202317钢的化学热处理将钢放入一定的活性介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表面，以改变表面化学成分、组织和性能的热处理工艺。分类：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铬、渗铝2/5/202318钢的化学热处理的过程1.分解：由介质中分解出所渗元素的活性原子2.吸收：工件表面对活性原子进行吸收，形成固熔体或形成化合物。3.扩散：在一定温度下，所吸附原子由表层往里迁移，形成一定厚度的渗层。2/5/202319钢的渗碳

概念：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。

目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的强度和良好的韧性配合。

渗碳方法：渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和真空渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。

渗碳用钢：含碳量为0.1%—0.25%的低碳钢和低碳合金钢。

2/5/202320一汽渗碳生产线2/5/202321

气体渗碳法此法是使工件在高温（900～950℃）的渗碳气氛进行渗碳。2/5/202322气体渗碳法渗碳气氛有两种供给方式，一种是将富碳气体直接通入炉内；

另一种是将已分解的有机物液体滴入炉内。气体渗碳法优点是生产率高，质量好，但渗碳层深度不易控

制。2/5/202323此法是将工件埋在固体渗碳剂中，装箱密封，

加热到渗碳温度保温以使工件表层增碳的工艺。A、固体渗碳法特点是生产率低，设备

简单，成本低，目前一些小厂仍广

泛使用。B、固体渗碳剂一般由主渗剂（木炭粒）

和催渗剂组成的混合物。固体渗碳法2/5/202324将零件放入特制的真空渗碳炉中，先抽真空，然

后升温至渗碳温度，再通入一定量的渗碳气体进行渗碳的一种热处理工艺。真空渗碳2/5/202325渗碳层的成分和厚度①工件渗碳后表面含碳量可达过共析钢的成分，由表向里碳浓

度逐渐降低，如图所示。②机器零件渗碳层的厚度通常为0.5～2mm。2/5/202326

渗碳后的热处理方法有三种，如图所示。①直接淬火法：零件渗碳出炉后冷至约830℃，直接放入冷却

介质中淬火，然后进行低温回火。②一次淬火法：渗碳零件出炉缓冷后，再加热到淬火温度进行

淬火和回火。③两次淬火法：将工件渗碳后缓冷再进行两次淬火。渗碳后的热处理2/5/202327喷丸2/5/202328钢的渗氮

概念：渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的热处理工艺。

2/5/202329钢的渗氮

目的：提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是气体渗氮。渗氮用钢：优质碳素结构钢，如20，40等；一般合金结构钢，如40Cr等；渗氮专用钢，如38CrMoAl。2/5/202330氮化工艺②离子渗氮在低真空度容器内，稀薄的氨气在高电压作用下，迫

使电离后的氨离子高速冲击工件，使其渗入工件表面。离

子氮化的优点是氮化时间短，变形小。

①气体氮化在专门设备中通入氨气NH3

并加热至560～570℃。氮化时

间约20～50h，氮化层深度一

般0.1～0.6mm。2/5/202331氮化用钢及氮化处理技术条件①氮化用钢通常是含有Al、Cr、Mo、V等合金钢。应用最广泛的是38CrMoAl。②选择氮化层厚度不超过0.6～0.7mm。

③工件在氮化前进行调质处理，氮化后不进行热处理。2/5/202332

①氮化后工件表面硬度高、耐磨性高和热硬性高。

②氮化后工件的疲劳强度显著提高。

③氮化工件变形小；耐腐蚀能力高。

④氮化工艺复杂，成本高。⑤目前氮化工艺主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件氮化特点及应用2/5/202333钢的氰化

氰化是使工件表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺，也称作碳氮共渗。常用的氰化方法有：1）低温气体碳氮共渗

共渗介质有尿素、甲酰氨和三乙醇氨等，处理温度不

超过570℃，处理时间1～3h，硬度可达50～67HRC。现普遍用于模具、刃具、量具及耐磨零件的处理。2）中温气体碳氮共渗

滴入煤油并通入氨气，加热温度830～850℃。保温3～

4h时，氰化层厚度可达0.5～0.6mm。目前主要用于形状复杂、要求变形小、受力不大的小型零件的处理。2/5/202334其它化学热处理方法渗铬：有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。

渗硼：十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的能力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗层，但不耐大气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模具和工件夹具。2/5/202335钢的热处理新技术一、可控气氛热处理二、真空热处理三、形变热处理四、表面处理和技术2/5/202336保护气氛热处理

保护气氛热处理是采用无氧化加热，或采用控制气

氛来防止热处理过程中的氧化和脱碳的一种工艺。1．采用无氧化加热在炉内通入高纯度中性气体N和氩等进行加热，以防氧化和脱碳。2．可控气氛法一般利用含碳的液体（甲醇、乙醇、丙酮等），分解

和裂化成一定的碳势的控制气氛，引入热处理炉内。

所谓碳势，是指加热时控制气氛的脱碳作用和渗碳作

用保持平衡时钢的含碳量。如某一控制气氛在一定温度下

如果具有0.4%碳势，则含碳为0.4%的钢在此气氛中加热

不会脱碳和氧化。2/5/202337真空炉2/5/202338真空热处理

真空热处理是在1.33～0.0133Pa真空度的真空介质中加热的热处理工艺。

特点及应用：①真空热处理可使零件表面无氧化、不脱碳、变形小。②真空热处理广泛用于化学热处理中，如真空渗碳、真空渗铬等。2/5/202339

激光热处理是利用激光加热工件，依靠工件本身的传热来实现冷却淬火的工艺。特点：①可在0.3s达到最高温度，1s内冷却到Ms点，可在表面层获得全部马氏体组织。②激光热处理不受钢种的限制，与钢的淬透性无关。激光热处理2/5/202340气相沉积

气相沉积法有化学气相