钢的表面热处理工艺简介

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1、钢的表面热处理钢的表面热处理10/27/202211、钢钢的的普通热处理包括哪些工艺普通热处理包括哪些工艺?正火、退火、淬火和回火，统称正火、退火、淬火和回火，统称“四把火四把火”。2、什么是调质？调质处理后钢的组织和性能怎样？、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。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。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？、什么是钢的淬透性？钢在淬火条件下得到钢在淬火条件下得到M M组织或淬透层深度的能力，是钢组织或淬透层深度的能力，是钢的固有属性。的固有属性。

2、温故知新10/27/20222设计零件结构时应遵循的原则设计零件结构时应遵循的原则 避免尖角和棱角。避免尖角和棱角。避免厚薄悬殊，必要时可增加工艺孔。避免厚薄悬殊，必要时可增加工艺孔。10/27/20223 采用对称结构，以减小热处理时的变形。采用对称结构，以减小热处理时的变形。某些易变形的零件可采用封闭结构，如图所某些易变形的零件可采用封闭结构，如图所示为弹簧夹头，示为弹簧夹头，其槽口在热处理之后再切开。其槽口在热处理之后再切开。必要时可将整体件改成组必要时可将整体件改成组装件，如图零件的镶拼结构。装件，如图零件的镶拼结构。设计零件结构时应遵循的原则设计零件结构时应遵循的原则10/27/20

3、224 在这种情况下，单从材料选择入手或采用普通热在这种情况下，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。处理方法，不能满足其要求。普通热处理的适用情况（性能）：普通热处理的适用情况（性能）：低碳钢低碳钢：可满足心部要求，：可满足心部要求，表面要求不能满足；表面要求不能满足；高碳钢：高碳钢：可满足表面要求，可满足表面要求，心部要求不能满足；心部要求不能满足；解决这一问题的方法是表解决这一问题的方法是表面热处理和化学热处理面热处理和化学热处理10/27/20225钢的表面热处理钢的表面热处理一、表面淬火一、表面淬火表面淬火概念：表面淬火概念：利用快速加热将表面层利用快速加热将表面层奥

4、氏体化后进行淬火，以强化零件表面的热奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面的热处理方法。处理方法。(改变钢表层组织的局部改变钢表层组织的局部热处理工艺热处理工艺)10/27/20226钢的表面淬火钢的表面淬火 表面淬火用材料表面淬火用材料 含碳量为含碳量为0.40.5%的中碳钢及铸铁。的中碳钢及铸铁。表面淬火后的组织表面淬火后的组织 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）。（调质）或铁素体加索氏体（正火）。10/27/20227表面淬火表面淬火 按照实现方式，表面淬火可分为：按照实现方式，表面淬火可分为：感应加热表面淬

5、火感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火 激光加热表面淬火激光加热表面淬火10/27/20228 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火：用氧用氧乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快速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。加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含适用于含C 0.35%0.7%C 0.35%0.7%的中碳钢和中碳合金的中碳钢和中碳合金钢，如钢，如4545，40Cr40Cr。感应加热表面淬火感应加热表面淬火：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。到淬火温

6、度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含适用于含C 0.4%0.5%C 0.4%0.5%的中碳钢和中碳合金钢，的中碳钢和中碳合金钢，如如4040，40Cr40Cr。表面淬火表面淬火10/27/20229两类表面淬火的比较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。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

7、表面件（如大型齿轮、轴、轧辊等）的表面淬火。淬火。10/27/202210火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图特点及应用：特点及应用：设备简单、成本低、灵活性大，但设备简单、成本低、灵活性大，但淬火质量较难控制。淬火质量较难控制。10/27/202211感应加热表面淬火感应加热表面淬火10/27/202212感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应加热的基本原理感应加热的基本原理 感应加热表面淬火的装置如图所示。感应加热表面淬火的装置如图所示。交变磁场使工件内部感生出巨大的交变磁场使工件内部感生出巨大的 涡流涡流 电流频率越高，感应电流透入深度电流频率越高，感应电流透入深度 越浅越浅10/

8、27/202213感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点 加热温度高；加热温度高；工件表层硬度高，脆性较低；工件表层硬度高，脆性较低；工件表面质量好；工件表面质量好；生产效率高。生产效率高。10/27/202214感应加热的分类感应加热的分类 高频感应加热高频感应加热 电流频率范围电流频率范围250300kHz，淬硬层深度为淬硬层深度为0.5 2.0mm，适用于中小模的齿轮及中小尺寸的轴类零件。适用于中小模的齿轮及中小尺寸的轴类零件。中频感应加热中频感应加热 电流频率范围电流频率范围50250Hz，淬硬层深度淬硬层深度210mm，适用于较大的轴和大中模数齿轮。适用于较大的轴和大中模数齿轮

9、。工频感应加热工频感应加热 电流频率电流频率50Hz，淬硬层深度可达淬硬层深度可达1015mm，适用适用 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。车轮的表面淬火。感应加热表面淬火后的回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一般只进行低温回火，回火温度一般不高于200。10/27/202215电流频率与淬硬深度的关系电流频率与淬硬深度的关系 在淬火温度状态下，在淬火温度状态下，电流透入的深度与感电流透入的深度与感应电流的频率有关。应电流的频率有关。10/27/202216感应加热淬火零件的加工工

10、艺路线感应加热淬火零件的加工工艺路线 下料下料-锻造锻造-调质或正火调质或正火-切削加切削加工工-感应加热淬火感应加热淬火+低温回火低温回火-精加精加工工-检验检验10/27/202217钢的化学热处理钢的化学热处理将钢将钢放入一定的活性介质中加热和保温，使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。面化学成分、组织和性能的热处理工艺。分类：渗碳、渗氮、分类：渗碳、渗氮、碳氮共渗碳氮共渗、渗硼、渗硼、渗铬渗铬、渗铝、渗铝10/27/202218钢的化学热处理的过程钢的化学热处理的过程1.分解：

11、分解：由介质中分解出所渗元素的活性原子由介质中分解出所渗元素的活性原子2.吸收：吸收：工件表面对活性原子进行吸收，形成固工件表面对活性原子进行吸收，形成固熔体或形成化合物。熔体或形成化合物。3.扩散：扩散：在一定温度下，所吸附原子由表层往里在一定温度下，所吸附原子由表层往里迁移，形成一定厚度的渗层。迁移，形成一定厚度的渗层。10/27/202219钢的渗碳钢的渗碳 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。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，使表面目的：通过渗碳及随后的淬火和低温

12、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。目前广泛应用的是气体渗碳法。渗碳用钢：含碳量为渗碳用钢：含碳量为0.1%0.25%0.1%0.25%的低碳钢和低碳合的低碳钢和低碳合 金钢。金钢。10/27/202220一汽渗碳生产线一汽渗碳生产线10/27/202221 气体渗碳法气体渗碳法此法是使工件在高温（此法是使工件在高温（900 950）的渗碳气氛进行渗碳

13、。）的渗碳气氛进行渗碳。10/27/202222气体渗碳法气体渗碳法 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；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。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。制。10/27/202223此法是将工件埋在固体渗碳剂中，装箱密封，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。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，设备固体渗碳法

14、特点是生产率低，设备 简单，成本低，目前一些小厂仍广简单，成本低，目前一些小厂仍广 泛使用。泛使用。B、固体渗碳剂一般由主渗剂（木炭粒）固体渗碳剂一般由主渗剂（木炭粒）和催渗剂组成的混合物。和催渗剂组成的混合物。固体渗碳法固体渗碳法10/27/202224将零件放入特制的真空渗碳炉中，先抽真空，然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。体进行渗碳的一种热处理工艺。真空渗碳真空渗碳10/27/202225渗碳层的成分和厚度渗碳层的成分和厚度 工件渗碳后表面含碳量可达过共析钢的成分，由表向里

15、碳浓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。度逐渐降低，如图所示。机器零件渗碳层的厚度通常为机器零件渗碳层的厚度通常为0.52mm。10/27/202226 渗碳后的热处理方法渗碳后的热处理方法有三种，如图所示。有三种，如图所示。直接淬火法：零件渗碳出炉后冷至约直接淬火法：零件渗碳出炉后冷至约830，直接放入冷却，直接放入冷却 介质中淬火，然后进行低温回火。介质中淬火，然后进行低温回火。一次淬火法：渗碳零件出炉缓冷后，再加热到淬火温度进行一次淬火法：渗碳零件出炉缓冷后，再加热到淬火温度进行 淬火和回火。淬火和回火。两次淬火法：将工件渗碳后缓冷再进行两次淬火。

16、两次淬火法：将工件渗碳后缓冷再进行两次淬火。渗碳后的热处理渗碳后的热处理10/27/202227喷丸10/27/202228钢的渗氮钢的渗氮 概念：概念：渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原渗氮俗称氮化，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。子渗入工件表面的热处理工艺。10/27/202229钢的渗氮钢的渗氮 目的：提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性目的：提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。和耐蚀性等。渗氮方法渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是气体渗氮。气体渗氮。渗氮用钢：优质碳素结构钢，如

17、渗氮用钢：优质碳素结构钢，如2020，4040等；一般合金结构等；一般合金结构钢，如钢，如40Cr40Cr等；渗等；渗氮氮专用钢，如专用钢，如38CrMoAl38CrMoAl。10/27/202230氮化工艺氮化工艺 离子渗氮离子渗氮 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。子氮化的优点是氮化时间短，变形小。气体氮化气体氮化 在专门设备中通入氨气在专门设备中通入氨气NH3 并加热至并加热至560570。氮化

18、时。氮化时 间约间约2050h，氮化层深度一氮化层深度一 般般0.10.6mm。10/27/202231氮化用钢及氮化处理技术条件氮化用钢及氮化处理技术条件 氮化用钢通常是含有氮化用钢通常是含有Al、Cr、Mo、V等等合金钢。应用合金钢。应用 最广泛的是最广泛的是38CrMoAl。选择氮化层厚度不超过选择氮化层厚度不超过0.60.7mm。工件在氮化前进行调质处理，氮化后不工件在氮化前进行调质处理，氮化后不进行热处理。进行热处理。10/27/202232 氮化后工件表面硬度高、耐磨性高和热硬性高。氮化后工件表面硬度高、耐磨性高和热硬性高。氮化后工件的疲劳强度显著提高。氮化后工件的疲劳强度显著提高

19、。氮化工件变形小；耐腐蚀能力高。氮化工件变形小；耐腐蚀能力高。氮化工艺复杂，成本高。氮化工艺复杂，成本高。目前氮化工艺主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件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氮化特点及应用10/27/202233钢的氰化钢的氰化 氰化是使工件表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺，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：也称作碳氮共渗。常用的氰化方法有：1）低温气体碳氮共渗）低温气体碳氮共渗 共渗介质有尿素、甲酰氨和三乙醇氨等，处理温度不共渗介质有尿素、甲酰氨和三乙醇氨等，处理温度不 超过超过570，处理时间，处理

20、时间13h，硬度可达硬度可达5067HRC。现现普遍用于模具、刃具、量具及耐磨零件的处理。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）中温气体碳氮共渗 滴入煤油并通入氨气，加热温度滴入煤油并通入氨气，加热温度830850。保温。保温3 4h时，氰化层厚度可达时，氰化层厚度可达0.50.6mm。目前主要用于形状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。复杂、要求变形小、受力不大的小型零件的处理。10/27/202234其它化学热处理方法其它化学热处理方法渗铬：渗铬：有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可

21、代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。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。部件、热作模具和工件夹具。10/27/202235钢的热处理新技术钢的热处理新技术一、可控气氛热处理一、可控气氛热处理二、真空热处理二、真空热处理三、形变热处理三、形变热处理四、表面处理和技术四、表面处理和技术10/27/202236保护气氛热

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

23、作所谓碳势，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。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某一控制气氛在一定温度下 如果具有如果具有0.4%碳势，则含碳为碳势，则含碳为0.4%的钢在此气氛中加热的钢在此气氛中加热 不会脱碳和氧化。不会脱碳和氧化。10/27/202237真空炉真空炉10/27/202238真空热处理真空热处理 真空热处理是在真空热处理是在1.330.0133Pa真空度的真真空度的真空介质中加热的热处理工艺。空介质中加热的热处理工艺。特点及应用：特点及应用：真空热处理可使零件表面无氧化、不脱碳、变形真空热处理可使零件表面无氧化、不脱碳、变形小。

24、小。真空热处理广泛用于化学热处理中，如真空渗碳、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。真空渗铬等。10/27/202239 激光热处理是利用激光加热工件，依靠工件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。本身的传热来实现冷却淬火的工艺。特点：特点：可在可在0.3s达到最高温度，达到最高温度，1s内冷却到内冷却到Ms点，点，可在表面层获得全部马氏体组织。可在表面层获得全部马氏体组织。激光热处理不受钢种的限制，与钢的淬透激光热处理不受钢种的限制，与钢的淬透性无关。性无关。激光热处理激光热处理10/27/202240气相沉积气相沉积 气相沉积法有化学气相

25、沉积法（气相沉积法有化学气相沉积法（CVD）和物理气相和物理气相沉积法（沉积法（PVD）。）。1化学气相沉积化学气相沉积 在真空反应室内，加热到在真空反应室内，加热到9001100进行。将挥发性进行。将挥发性氯化钛（如氯化钛（如TiCl4）与气态碳氢化合物（如与气态碳氢化合物（如CH4）一道通入容一道通入容器，使工件表面发生化学反应生成器，使工件表面发生化学反应生成TiC，并沉积成并沉积成68m的的覆盖层。覆盖层。2物理气相沉积物理气相沉积 是借助一种惰性气体（如氩气）的辉光放电，使金属是借助一种惰性气体（如氩气）的辉光放电，使金属 （如（如Ti）蒸发离子化，同时引进蒸发离子化，同时引进CO2等反应气体，便可使工等反应气体，便可使工 件表面获得碳化物（如件表面获得碳化物（如TiC）。）。10/27/202241