表面热处理资料

表面热处理资料第1页/共84页提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。使零件具有

“表硬里韧”的力学性能。7.3.1表面淬火*目的：

是将工件表面快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织，而心部仍保持淬火前组织的热处理方法。*表面淬火: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。

*工艺方法感应加热(高、中、工频)火焰加热电接触加热法等表面淬成M—硬；心部保持正火或调质态—韧。第2页/共84页1、感应加热的基本原理感应加热表面淬火示意图

交流电交变磁场感应电流一、感应加热表面淬火涡流表层加热淬火冷却集肤效应（mm）

感应表面淬火使采用电磁感应方法使零件表面迅速加热，然后迅速喷水冷却的一种热处理操作方法。*热源：“涡流效应”产生的焦耳热。

因为涡流的“集肤效应”*电流透入深度δ:Q=0.24I2Rt

涡流产生的热量Q：为什么只能表面加热？

I—涡流强度;

R—材料电阻;t—时间水

f－交流电频率Hzδ－电流透入深度mm第3页/共84页第4页/共84页高频感应加热中频感应加热工频感应加热频率范围200~300kHz1~10kHz50Hz淬硬层深度0.5~2mm2~10mm10~15mm应用举例在摩擦条件下工作的零件，如小齿轮、小轴承受扭矩、压力载荷的大型零件，如冷轧辊等感应加热表面淬火的电流频率

承受扭矩、压力载荷的零件，如曲轴、大齿轮等2、感应加热电流频率选用式中：f－交流电频率Hzδ－电流透入深度mm

电流透入深度：Q=0.24I2Rt式中：Q—涡流产生的热量

I—涡流强度

R—材料电阻

t—时间

涡流产生的热量：第5页/共84页感应加热淬火机床第6页/共84页

*预备热处理→正火或调质3、表面淬火用钢用钢：中C钢或中C合金钢（0.4-0.5%C）淬火后表面硬度HRC58-60改善心部组织,以达到性能要求使表层原始组织细化,在进行表面淬火时获得成分均匀的M.举例：机床齿轮45下料→锻造→正火→加工齿形→高频淬火＋低温回火→磨齿→装配目的:*钢件表面淬火后应进行低温回火或自回火。表层为M细（隐晶M），中心为原始组织具有“表硬里韧”的性能。热处理:第7页/共84页3).

疲劳强度高→表层为残余压应力4).

可实现自动化、生产率高、成本降低4、感应加热表面淬火的特点1).

淬火温度高(Ac3+80～150℃)，加热速度快、时间短不易氧化、脱碳，变形小。2).

M细，同一种材料，比普通淬火硬度提高2~3HRC，且韧性好；*不足：设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。第8页/共84页

应用氧气-乙炔（或其它可燃气）火焰对工件表面进行加热，随之快速冷却的工艺。这种方法可获得2～6mm的淬透深度，设备简单，成本低，适于单件或小批量生产。（2~6mm）1.火焰加热表面淬火二、火焰加热表面淬火

用氧－乙炔焰快速加热零件表面，使其达到奥氏体化温度，并迅速喷水冷却，使其表层获得一定深度的淬硬层。第9页/共84页2.火焰加热表面淬火应用及其缺点应用：中碳钢、中碳合金钢及铸铁件、小批生产，或大工件的表面淬火。缺点：加热不均匀，表面质量不高、生产率不高。*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3，火焰加热表面淬火的特点第10页/共84页三、电接触加热表面淬火

采用低电压、大电流，通过压紧在工件表面的滚轮与工件形成回路，靠接触电阻热实现快速加热，滚轮移去后即进行自激冷淬火。淬硬层达0.15-0.35mm，硬度均匀，且变形小，目前主要用于导轨的强化。

第11页/共84页7.3.2

化学热处理一、化学热处理原理二、钢的渗碳三、钢的渗氮四、钢的碳氮和氮碳共渗第12页/共84页化学热处理一、化学热处理原理定义：

将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能的一种热处理工艺。

活性原子从工件表层向内部的扩散化学热处理的基本过程:渗剂分解出活性原子→工件表面吸收活性原子→第13页/共84页一、什么是化学热处理？钢件和铸铁件非金属元素、金属元素C、N、O、S、B，与Fe形成间隙固溶体和化合物，强化表面，提高表面的力性与Fe形成置换固溶体，Cr提高抗蚀性、Al提高抗氧化性、Si提高抗酸性能7.3.2、表面化学热处理■化学热处理：就是把工件放在一定温度的化学介质中保温，让一些化学元素渗入工件的表层，改变表面的化学成分，进而改变组织及性能的热处理工艺。（1）工件有吸收这些元素的能力■化学热处理应具备的条件：即：有溶解度或能形成化合物（2）渗入元素应具备活性即：能产生活性原子“活性原子”是指那些在一定的化学反应中刚产生的，以原子状态存在的元素。

第14页/共84页2）.吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶解。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。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（渗层）。1）.渗剂分解:化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。

2COCO2+〔C〕分解－吸收一扩散■化学热处理的一般过程：

在整个化学热处理进程中，上述三个基本过程是同时发生而又彼此密切相关的。三者互相配合，互相制约。第15页/共84页热处理工作者的任务就是合理控制各种工艺参数(如温度、渗剂、炉压与时间等)，调节好分解、吸收与扩散三者的关系，以获得理想的化学热处理速度和合理的渗层组织。扩散层的组织与渗入元素和基体金属所组成的相图有关。如果渗入元素与基体金属可以无限互溶，则扩散层的组织只是单一的固溶体，表层与心部的差别只是浓度不同。如果渗入元素与基体金属之间组成有限固溶体，并能形成一系列的化合物时，情况就比较复杂，扩散层内常常有相变过程发生，伴随着化合物的形成。

第16页/共84页适用钢种：0.10～0.25％C低碳钢、低碳合金钢二、钢的渗碳目的：使钢件表层获得高的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部仍保持一定的强度和较高的韧性。

1、定义：将钢件置于渗碳介质中加热、保温，使活性碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺。气体渗碳固体渗碳液体渗碳目前广泛应用的是气体渗碳法。2、渗碳方法第17页/共84页井式气体渗碳炉1）、气体渗碳

按热源分为电加热炉和煤气加热炉。第18页/共84页煤油风扇电机废气火焰炉盖电阻丝耐热罐工件炉体1）、气体渗碳方法：滴注式渗碳介质：苯、醇、煤油等液体工艺：将工件装在密封的渗碳炉中，加热到900～950℃(常用930℃)，向炉内滴入煤油、苯、甲醇、丙酮等有机液体，在高温下分解成CO、CO2、H2及CH4等气体组成的渗碳气氛。第19页/共84页大型井式渗碳炉第20页/共84页2）、固体渗碳常用的渗碳剂：木炭或骨炭等常用的催渗剂：碳酸钡或碳酸钠渗碳工艺：工件+渗碳剂密封装入渗碳箱中，

加热至900～950℃保温。固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱第21页/共84页3）、液体渗碳

设备：内热式或外热式盐炉

液体渗碳（无毒）盐浴的组成：

供碳剂——木碳粉、尿素[（NH2）2CO]

基体盐——NaCl2+KCl（加热介质）

催渗剂——Na2CO3等将零件在盐浴中加热并渗碳3、渗碳后的组织第22页/共84页（由表面至心部）：亚共析组织（P＋F）4、渗碳后的组织

过共析组织（P＋Fe3CⅡ）→共析组织（P）→（与渗入元素和基体金属所组成的相图有关）A1A3AcmA+Fe3CA+F3、工艺:

加热温度为900～950℃;

渗碳时间一般为3～9小时;表面中心

1%C0.2%CPP+F零件P+Fe3CⅡF+P少表面的含碳量最高：wc=1.0%左右，由表及里，含碳量逐渐降低，直至原始含碳量。渗碳层的缓冷组织

第23页/共84页渗碳层的组织过共析组织(P+Fe3CⅡ)共析组织(P)过渡区亚共析组织(P+F)原始亚共析组织(F+P)渗碳层的缓冷组织（由表面至心部）：第24页/共84页

渗碳后缓冷组织（由表面至心部）：

渗碳缓冷后的显微组织←←←过共析P＋Fe3CⅡ共析（P）亚共析（P＋F）心部第25页/共84页渗碳温度Ac3（心部）Ar3（心部）Ac1时间温度/℃淬火回火a）预冷直接淬火b）一次淬火缓冷淬火回火c）二次淬火缓冷淬火淬火回火1）.常用的淬火方法4、渗碳后的热处理

淬火＋低温回火第26页/共84页（1）预冷直接淬火法优点：操作简便、生产效率高、成本低；减少加热和冷却次数，故减小工件的淬火变形及表面氧化脱碳。

应用：本质细晶粒钢（如20CrMnTi、20MnVB

钢等）；载荷小、耐磨性要求较低的工件。渗碳+预冷油淬清洗回火装试样出试样第27页/共84页（2）一次淬火法淬火温度选择：应兼顾表面和心部的要求，通常：

心部性能要求较高时：TH>Ac3，以↑心部性能

表面性能要求较高时：TH>Ac1，以↑表面性能

应用：仅适用于本质细晶粒钢，如合金钢和不重要的碳钢，碳钢的淬火温度比合金钢可适当低一些。渗碳后缓冷，重新加热淬火及低温回火。目的：防止Fe3CⅡ的过量析出细化晶粒防止变形第28页/共84页目的：第一次淬火TH>Ac3，细化心部组织↑其性能第二次淬火TH>Ac1，细化表层组织↑其性能故可获得表面具有高硬度、耐磨性和疲劳强度，心部具有良好的强韧性和塑性。应用：

仅适用于本质粗晶粒钢和使用性能要求很高的工件。这种方法工艺较复杂，因加热次数多，工件易氧化、脱碳和变形，成本高等缺点，故目前该工艺已很少采用。（3）二次淬火第29页/共84页钢经渗碳、淬火、低温回火后的组织与性能：目的：消除淬火应力，↑韧性，保持高硬度与耐磨性。2）.低温回火（160～200℃）淬透时:未淬透时:针状M回＋碳化物＋A残低碳M回P（T、S

）＋F、

表层：心部：HRC58～64HRC30～45HRC10～15表层硬度高而耐磨性较好，心部韧性较好；并有较高的疲劳强度。第30页/共84页渗碳后淬火及低温回火后的显微组织20CrMnTi钢齿轮渗碳后淬火+低温回火后的组织：节园：M回＋K＋A'心部：低碳M齿顶：M回＋K＋A'第31页/共84页下料→锻造正火机加工渗碳淬火低温回火喷丸磨削→→→→→→→7、渗碳件的加工工艺路线5、常用的渗碳钢----低碳钢C＜0.2520、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo等6、局部防渗镀铜涂上专用防渗剂或水玻璃加石棉绳整体渗碳，局部淬火；渗碳缓冷后，把不需要渗碳的部分切削掉，然后整体加热整体淬火。第32页/共84页锻造（问题）→正火（目的）→机械加工【可否与渗碳工艺倒置】→渗碳（组织）→淬火+低温回火（工艺）→精加工渗碳工件的最终组织、性能

渗碳工件的一般工艺路线第33页/共84页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。三、钢的渗氮(俗称氮化)1、渗氮3）渗氮原理：NH3550℃分解活性[N]表面形成固溶体或氮化物达到一定渗层0.40~0.60mm40~70h第34页/共84页2、方法及工艺：

常用的渗氮方法有气体渗氮、离子渗氮、氮碳共渗（软氮化）等。生产中应用较多的是气体渗氮。井式气体氮化炉渗氮工艺:

加热温度500～600℃;

保温时间

20～50h。（离子渗氮15～20h）气体渗氮。

在渗氮炉内通入氨气，在380℃以上氨分解出活性氮原:2NH3→3H2+2[N]活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保温过程中向里扩散，形成渗氮。氮化层厚度

0.3～0.5mm氮化层厚度第35页/共84页3、渗氮后的组织

含有Al、Cr、Mo等元素的合金钢C、N和Fe的化合物C、N溶于α-Fe的固溶体弥散合金氮化物（如AlN等）氮化用钢:

35CrMo、18CrNiW、38CrMoAlA

(氮化王牌钢)等。表层:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、

MoN、TiN、VN。

心部:S回。渗氮用钢为wC=0.15%～0.45%的合金结构钢。应用高速传动的精密齿轮，高精度机床主轴等第36页/共84页纯铁氮化时可能形成四种相α相---为氮在α—Fe中的固溶体(含氮铁素体)。

γ相---为氮在γ—Fe中的固溶体(实质上是含氮的奥氏体)。γ‘相---为一可变成分的化合物Fe4N。ε相--为一可变成分的化合物Fe2N。渗层的组织与渗入元素和基体金属所组成的相图有关。第37页/共84页第38页/共84页38CrMoAl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。第39页/共84页

40Cr钢钢渗氮缓冷至室温的显微组织45钢N化层（白亮层）N化层（白亮层）由表至里为：ε+γ´相

→

γ´相

→

α相→心部ε(Fe2-3N)γ´(Fe4N)第40页/共84页3、特点④N化后不需淬火处理①N化前需要调质“S回”保证心部②N化温度<A1（500－600）℃(20～50)小时③N化物具有高硬度HRC60－70，高的抗蚀性和疲劳强度，脆性大。第41页/共84页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不需要第42页/共84页四.钢的碳氮共渗---氰化处理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第43页/共84页4)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)作用渗层热处理第44页/共84页20CrMnTi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M123第45页/共84页

1.中温气体碳氮共渗（820～860℃）渗剂：

渗碳剂（如煤油）＋氨气定义：将工件置于能产生碳、氮活性原子的介质中加热并保温，使工件表面同时渗入碳和氮原子然后按适当方式冷却的化学热处理工艺。四、钢的碳氮和氮碳共渗目的：↑钢的硬度、耐磨性和疲劳强度设备：在各种普通渗碳炉的基础上，增加一套供氨装置即可用于碳氮共渗。应用：可用于低、中碳钢和低中碳合金钢制造的零件。如：汽车、机床上的各种齿轮、蜗轮蜗杆和轴类零件等。第46页/共84页C-N共渗淬火后的组织:心部：工件尺寸较小淬透时为：M低碳工件尺寸较大淬不透时为：M低碳+B或T、F渗层表层：含氮的高碳M（细针状或隐晶状）

+少量A´

+碳氮化合物K（颗粒状）第47页/共84页渗剂：尿素（NH2）2CO、甲酰胺、三乙醇胺等设备：一般的气体渗碳炉皆可。组织：与渗氮层大致相同，但由于碳的作用，化合物层的成分有所变化（Fe2～3（N，C)+Fe4N)。2.低温气体氮碳共渗（软氮化）温度：500～570℃第48页/共84页工艺特点：

（1）

软氮化的工件变形很小，精度无明显变化。（2）工件的耐磨性、疲劳强度、抗咬合和抗檫伤等性能高。（3）与渗氮相比其渗层硬而韧，故不易产生剥落。应用：

不受钢种限制。普遍用于模具、量具及耐磨零件处理。如3Cr2W8压铸模经软氮化处理其寿命提高3～5倍；高速钢刀具经软氮化处理后寿命可提高20～200%。第49页/共84页五、离子渗氮基本原理：

置于低真空度容器内的工件在辉光放电的作用下，带电氮离子轰击工件表面，使其温度升高，并渗入工件表层。设备：离子渗氮炉（井式或钟罩式）渗氮剂：N2＋H2、氨气、氨分解气优点：

渗层质量高，工件变形小，处理温度范围宽，工艺可控性强，易实现局部防渗，渗速快，生产周期短，热效高，无污染，处理后工件洁净，工作环境好。第50页/共84页

钢的表面热处理钢的表面淬火

表面淬火是将工件表面快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织，而心部仍保持淬火前组织的热处理方法。1、火焰表面淬火：

火焰表面淬火是氧炔焰等高温热源将工件表面许速加热到形变温度以上，然后立即进行低温回火，或利用工件内部余热自身回火。这种方法可获得2～6mm的淬透深度，设备简单，成本低，适于单件或小批量生产。第51页/共84页2、感应表面淬火：感应加热表面淬火的特点：①淬火温度高于一般淬火温度。②淬火后马氏体晶粒细化，表层硬度比普通淬火高2～3HRC。③表层存在很大的残余压应力。④不易产生变形和氧化脱碳。⑤易于实现机械化与自动化。感应加热淬火后，为了减小淬火应力和降低脆性，需进行170～200℃低温回火。

感应加热是利用电磁感应原理，表层感应电流密度大，温度高；心部几乎不受热。第52页/共84页

钢的化学热处理是指将工件放在一定温度的活性介质中保温，使介质中分解出的一种或几种元素的活性原子被钢件表面吸附并向表层扩散，从而改变其表层化学成分、组织和性能的一种热处理工艺方法。

钢的化学热处理基本过程：

①钢件加热时，化学介质分解出渗入元素的活性原子；②活性原子被钢件表面吸附和溶解；③原子由表面向内部扩散，形成一定的扩散层。

第53页/共84页

将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子1、钢的渗碳：渗入钢的表层的工艺称为渗碳。其目的是通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面获得高碳回火马氏体，具有高硬度、耐磨性和抗疲劳性能；而心部为低碳回火马氏体或索氏体，具有一定的强度和良好的韧性配合。气体渗碳示意图第54页/共84页1）渗碳方法

渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。2）渗碳后的组织

常用于渗碳的钢为低碳钢和低碳合金钢，如15、20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3等。渗碳后缓冷组织自表面至心部依次为：过共析组织（珠光体+碳化物）、共析组织（珠光体）、亚共析组织（珠光体+铁素体）的过渡区，直至心部的原始组织。

第55页/共84页3）渗碳后的热处理渗碳后的热处理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法。

渗碳后的淬火和低温回火示意图第56页/共84页2、钢的渗氮：

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，在钢件表面获得一定深度的富氮硬化层的热处理工艺。其目的是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。

常用的渗氮方法有气体渗氮、离子渗氮、氮碳共渗（软氮化）等。生产中应用较多的是气体渗氮。1）渗氮方法第57页/共84页2）渗氮后的组织

含有Al、Cr、Mo等元素的合金钢C、N和Fe的化合物C、N溶于α-Fe的固溶体弥散合金氮化物（如AlN等）3）渗氮后的钢件性能

①

氮化层HRC为69～73，在600～650℃有较高红硬性；②一般，T渗氮＜T渗碳，无需进一步热处理，渗氮层各性能均优于渗碳层，工件不易变形；③氮化层比碳化层薄且脆；且t渗氮＞t渗碳，生产效率低。④为提高工件心部强韧性，需在渗氮前进行调质处理。

第58页/共84页

碳氮共渗新介质的研制是金属热处理研究的一个重要领域。早期使用的NaCN等氰盐均有剧毒，现已禁用。新一代碳氮共渗介质往往同时考虑工艺性能和环保两方面的因素。常用的介质是煤气和氨气的混合物。3、钢的碳氮共渗（氰化）：

碳氮共渗是同时向钢件表面渗入碳和氮原子的化学热处理工艺，也俗称为氰化。碳氮共渗零件的性能介于渗碳与渗氮零件之间。

第59页/共84页

钢的热处理新工艺介绍无氧化加热

利用可控气氛，即通过精确计量和微机控制技术对炉内的气体组分加以控制。如含碳液体或气体的分解和裂解的碳浓度的控制。1、保护气氛加热：2、采用保护涂料：

目前钢和钛合金已在热处理中大量利用保护涂料来避免工件氧化。涂料由Al2O3、SiO2、SiC和其他金属氧化物以及液态粘结剂配置而成。第60页/共84页

在真空炉中受真空气氛保护，可防止工件氧化、减小变形；但容易引起元素挥发。适于中小型零件的处理。3、真空热处理：

目前，实际生产中还采用以下先进工艺：利用高能量密度对零件作超高速加热，然后自激淬火，具有不氧化、不脱碳、变形小、表面光洁，提高硬度、耐磨性和疲劳强度等的高频和超高频脉冲热处理和激光热处理以及电子束热处理。

超高速加热第61页/共84页

强韧化处理是指同时提高钢件强度和韧性的热处理。

强韧化处理1、获得板状马氏体：1）提高淬火加热温度

促进奥氏体中碳的均匀化，以保证淬火后获得板状马氏体（低碳马氏体）。

2）快速短时低温加热淬火

减少碳化物在奥氏体中的溶解，使高碳钢中的奥氏体处于亚共析成分（低碳）。3）锻造余热淬火

将高温锻件直接淬火可得到细晶粒板状马氏体。第62页/共84页2、超细化处理：

超细化处理是指将钢在一定的温度条件下，通过数次快速加热和冷却等方法以获得极细组织，从而达到强韧化的目的。

3、获得复合组织的淬火：

复合组织主要是指淬火马氏体和少量铁素体或下贝氏体（或残余奥氏体）的机械混合物。复合组织可通过调整热处理工艺获得，它的硬度稍低，但韧性大幅提高。

第63页/共84页

化学热处理新工艺：离子轰击热处理：在真空气氛下，将含C、N、S等离子束高速轰击到工件表面，工件迅速受热升温至碳化或氮化温度，同时原子进入工件表面形成渗碳层或渗氮层等。

离子轰击热处理示意图如右图所示第64页/共84页

钢的形变热处理：

形变热处理是指将变形强化和热处理强化结合起来的工艺方法。

形变热处理工艺示意图第65页/共84页第66页/共84页3.

预备热处理→正火或调质2.

淬硬层深度（δ）：轴类件：小直径（10～20mm），δ≤R1/5大直径，δ≤R1/10。齿轮：m≥5，单齿同时加热淬火，硬化层仿齿形分布。m＜5，同时加热淬火，齿根淬硬。1.

表面硬度：（P119表5-1）适于Wc0.4～0.5%的碳钢和中碳低合金钢等（四）感应加热表面淬火件的技术条件第67页/共84页高速传动的精密齿轮，高精度机床主轴等（2）特点（1）氮化用钢38CrMoAl35CrMo等④N化后不需淬火处理①N化前需要调质“S回”保证心部②N化温度<A1（500－600）℃(20～50)Hr③N化物具有高硬度HRC60－70高的抗蚀性和疲劳强度，脆性大（3）应用第68页/共84页与渗碳相比具有以下不同特性：(1)加热温度低、共渗后工件可直接淬火且变形小；(2)渗速快、生产效率高；(3)渗层的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗压强度较高，并兼有一定的抗蚀能力；(4)氮渗入后提高了回火稳定性，工件可在较高温度下回火，以消除或减少淬火组织应力等。第69页/共84页答:（1）选用渗碳钢（1分）。因为该齿轮尺寸较大，所选材料

应具有较高的淬透性和强度，可选用20CrMnMo等渗碳钢（2分）

（2）加工路线：下料锻造正火机加工渗碳缓冷淬火+低温回火喷丸检验（成品）包装入库。（1分）

（3）（a）正火的目的是为了消除锻造后的残余应力和细化

组织，提高切削加工性。可加热到870~880℃保温后出炉空冷。

（2分）（b）渗碳是为了增加齿轮表层含碳量，提高表面硬度、

耐磨性、接触疲劳强度和弯曲疲劳强度；渗碳后缓冷是为了减小

变形（直接淬火变形大）。淬火加热温度要保证心部处在单相奥

氏体区，可选用860~880℃加热，用压床淬火，油冷。回火采用

低温回火（180~200℃），以降低脆性、减少内应力等。（4分）绪论——（8）考试举例一个重载高速齿轮，外径500mm，厚度70mm。要求：表面耐磨，接触疲劳强度高，具有较高的韧性。进行（1）选择合适材料；（2）写出简明加工路线；（3）说明热处理方法和目的（10分）第70页/共84页第71页/共84页（1）什么是化学热处理？所谓化学热处理，就是把工件放在一定温度的化学介质中保温，元素渗入工件的表层，改变表面的化学成分，进而改变组织及性能的热处理工艺。让一些化学钢件和铸铁件非金属元素、金属元素C、N、O、S、B，与Fe形成间隙固溶体和化合物，强化表面，提高表面的力性与Fe形成置换固溶体，Cr提高抗蚀性、Al提高抗氧化性、Si提高抗酸性能（2）化学热处理的三个基本过程①渗剂分解：分解出活性原子；②吸附：活性原子在工件表面吸附；③扩散：活性原子向工件内部扩散（迁移），形成扩散层（渗层）。常用工艺：渗C、渗N（氮化）、气体C、N共渗。7.3.2、表面化学热处理第72页/共84页钢的热处理工艺五、钢的表面热处理包括表面淬火和化学热处理。1、表面淬火表面淬成M—硬；心部保持正火或调质态—韧。（1）感应加热表面淬火①原理：交流电→交变磁场→工件内产生感应电流（涡流）+工件内阻→产生焦耳热→加热工件。②热源：“涡流效应”产生的焦耳热。③为什么只能表面加热？因为涡流的“集肤效应”，电流透入深度δ∝1/，且δ热态＞δ冷态。④频率选用⑤钢种：中碳钢及中碳低合金钢。⑥高频淬火的特点：a：V加热↑t时间↓b：σ-1↑←残余压应力，M细，比普通淬火硬度高2~3HRC，且韧性好；c：生产率高。→氧化、脱碳，过热、变形等淬火缺陷；第73页/共84页（一）气体渗碳1.常用渗碳设备

按热源分为电加热炉和煤气加热炉。滚筒炉卧式井式振底式输送带式旋转罐式推杆式连续式炉周期式炉气体渗碳炉气体渗碳渗碳剂气态渗剂天然气丙烷煤气等液态渗剂煤油甲醇乙醇丙酮苯等2.渗碳剂第74页/共84页1）、气体渗碳

按热源分为电加热炉和煤气加热炉。第75页/共84页三、钢的渗氮(俗称氮化)定义：向钢件表面渗入N原子以形成高氮硬化层的化学热处理工艺。目的：提高钢铁件的表面硬度、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性及热硬性（600～650℃下仍具有高硬度）1、概述：2、渗氮原理NH3550℃分解活性[N]表面形成固溶体或氮化物达到一定渗层0.40~0.60mm40~70h生产中用的多的是气体N化第76页/共84页气体渗氮渗氮剂：氨气（2NH3⇌3H2＋2[N]）生产中通常是通过调解氨分解率控制渗氮过程（采用氨分解率测定计）渗氮温度：500～60