钢的表面热处理钢的表面热处理钢的表面淬火钢的表面淬火工艺的核心：使零件具有工艺的核心：使零件具有“表硬心韧表硬心韧” 的力学性能。的力学性能。表面淬火表面淬火一、定义：一、定义：是一种不改变钢表层化学成分，但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。改变表层组织的局部热处理工艺。二、工艺特征：二、工艺特征：通过快速加热使钢的表层奥氏通过快速加热使钢的表层奥氏体化体化,然后急冷然后急冷,使表层形成马氏体组织使表层形成马氏体组织,而心而心部仍保持不变。部仍保持不变。 三、表面淬火用钢三、表面淬火用钢: 选用选用中碳中碳或或中碳低合金钢中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。等。四、表面淬火加工的方法四、表面淬火加工的方法: 1、感应加热感应加热( 高、中、工频高、中、工频 )表面淬火表面淬火。 2、火焰加热火焰加热表面淬火表面淬火。 3、激光加热表面淬火等。、激光加热表面淬火等。1.感应加热表面淬火感应加热表面淬火1)感应加热的基本原理感应加热的基本原理:* 感应电流感应电流 - 涡流涡流* 集肤效应集肤效应*淬火层深度淬火层深度()与与电电流流频频率率( f )的关系的关系: = 500 / f （mm） 集肤集肤效应示意图效应示意图感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火示意图rclx_感应加感应加热热.mpg2)工艺要求工艺要求: * 表面淬火前，表面淬火前，必须对零件进行必须对零件进行正火或调质处理正火或调质处理，以，以保证零件有良好的基体。保证零件有良好的基体。 * 表面淬火后，表面淬火后，必须对零件进行必须对零件进行低温回火处理低温回火处理，以降，以降低淬火应力和脆性。低淬火应力和脆性。3)生产特点生产特点: 淬火件的质量好，工件变形小；淬火件的质量好，工件变形小；不易氧化及脱碳；不易氧化及脱碳；淬火层容易控制，生产率高；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。设备投资大，不适于复杂形状零件和小批量生产。l (1)(1)高频加热高频加热 l 常用频率为（常用频率为（200200300300）KHZKHZ，淬硬层深度为（淬硬层深度为（0.50.52.52.5）mmmm， 适用于中、小型零件，如小模数齿轮、轴适用于中、小型零件，如小模数齿轮、轴类等。类等。 l(2)(2)中频加热中频加热 l 常用频率为（常用频率为（2500250080008000）HZHZ，淬硬层深度为（淬硬层深度为（2 21010）mmmm， 适用于直径较大的轴类和大、中模数齿轮以适用于直径较大的轴类和大、中模数齿轮以及钢轨、机床导轨等。及钢轨、机床导轨等。 l(3)(3)工频加热工频加热 l电流频率为电流频率为50HZ50HZ，不需要频设备，城市用交流电即不需要频设备，城市用交流电即可，适用于淬硬层深度为（可，适用于淬硬层深度为（10102020）mmmm以上的大型工件以上的大型工件或用于穿透加热。如火车车轮等的表面淬火。或用于穿透加热。如火车车轮等的表面淬火。 l优缺点：感应加热表面淬火加热速度快，生产率高，优缺点：感应加热表面淬火加热速度快，生产率高，加热温度和淬硬层深度容易控制，工件表面氧化和脱加热温度和淬硬层深度容易控制，工件表面氧化和脱碳少，工件变形小，可以使全部淬火过程实现机械化、碳少，工件变形小，可以使全部淬火过程实现机械化、自动化。其缺点是设备较昂贵，形状复杂的零件感应自动化。其缺点是设备较昂贵，形状复杂的零件感应圈不易制造，且仅适用于大批量生产。圈不易制造，且仅适用于大批量生产。 l适用过程：调质处理适用过程：调质处理-表面淬火表面淬火-低温回火。低温回火。 2.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火的基本方法火焰加热表面淬火的基本方法火焰加热火焰加热.wmv2)火焰加热表面淬火的特点火焰加热表面淬火的特点:*设备简单设备简单, 操作方便操作方便, 成本低。成本低。*淬火质量不稳定。淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。适于单件、小批量及大型零件的生产。3、激光加热表面淬火、激光加热表面淬火l 用激光束扫描工件表面，使表面迅速加热到钢的用激光束扫描工件表面，使表面迅速加热到钢的临界点以上，当激光束离开工件表面时，由于基体金临界点以上，当激光束离开工件表面时，由于基体金属的大量吸热，使表面获得急速冷却，无需冷却介质。属的大量吸热，使表面获得急速冷却，无需冷却介质。 rclx_激光淬火激光淬火.avil 激光淬火后表层获得极细的马氏体组织，硬度高，激光淬火后表层获得极细的马氏体组织，硬度高，耐磨性好。耐磨性好。l 能对形状复杂的工件，如工件的拐角、沟槽、盲能对形状复杂的工件，如工件的拐角、沟槽、盲孔底部或深孔的侧壁进行处理。孔底部或深孔的侧壁进行处理。钢的化学热处理钢的化学热处理 ( Chemical Heat Treatment )一、定义一、定义 将零件置于一定的化学介中将零件置于一定的化学介中 , 通过加热、通过加热、保温，使介质中一种或几种元素原子渗入工件保温，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表层，以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。理工艺。 二、化学热处理的基本过程二、化学热处理的基本过程:2.吸收吸收: 活性原子被活性原子被零件表面吸收和溶零件表面吸收和溶解。解。3.扩散扩散: 活性原子由零件表面向内部扩活性原子由零件表面向内部扩 散散, 形成一定的扩散层形成一定的扩散层。1.分解分解: 化学介质在高温下释放出待渗化学介质在高温下释放出待渗 的的活性原子活性原子。 2CO CO2 +C三、化学热处理进行的条件三、化学热处理进行的条件:1. 渗入元素的原子渗入元素的原子必须是活性原子必须是活性原子, 而且而且具有较大的扩散能力具有较大的扩散能力。2. 零件本身具有零件本身具有吸收渗入原子的能力吸收渗入原子的能力，即对渗入原子有一定的即对渗入原子有一定的溶解度溶解度或能与或能与之化合之化合, 形成化合物形成化合物。四、化学热处理的种类四、化学热处理的种类: 渗碳渗碳; 渗氮渗氮; 碳氮碳氮 共渗共渗; 渗硼渗硼; 渗铝渗铝; 渗硫渗硫; 渗硅渗硅; 渗铬等。渗铬等。（一）（一）.钢的渗碳钢的渗碳 ( Carburize of steel )1、定义、定义: 向钢的向钢的表面渗入碳原子表面渗入碳原子的过程。的过程。2、目的、目的: 获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧性能的零件。性能的零件。3、用钢、用钢: 低碳钢低碳钢和和低碳合金钢。低碳合金钢。4、方法、方法: 固体、气体、固体、气体、液体渗碳。液体渗碳。1）固体渗碳法示意图）固体渗碳法示意图零件零件渗碳剂渗碳剂试棒试棒盖盖泥封泥封渗碳箱渗碳箱2）气体渗碳气体渗碳.wmvl 固体渗碳设备简单，适用大小不同的零件，单件小固体渗碳设备简单，适用大小不同的零件，单件小批量生产，在一些中、小型工厂中仍有采用。批量生产，在一些中、小型工厂中仍有采用。l 但其生产率低，劳动条件差，质量不易控制。目前但其生产率低，劳动条件差，质量不易控制。目前大量生产中广泛采用的是气体渗碳法。大量生产中广泛采用的是气体渗碳法。 l渗碳后的钢件常采用渗碳后的钢件常采用淬火加低温回火淬火加低温回火，其目的是使，其目的是使表层具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定强度和表层具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定强度和较高的韧性。较高的韧性。 l一些承受冲击的耐磨零件，如轴、齿轮、凸轮、活一些承受冲击的耐磨零件，如轴、齿轮、凸轮、活塞销等大都进行渗碳，但在高温下工作的耐磨件不宜用塞销等大都进行渗碳，但在高温下工作的耐磨件不宜用渗碳处理。渗碳处理。 3）渗碳特点及适用范围）渗碳特点及适用范围5、工艺、工艺: 加热温度加热温度为为900950; 渗碳时间渗碳时间一般为一般为39小时小时;6、渗碳后的组织、渗碳后的组织: 1%CP+Fe3C0.2%C F + P少少表面表面中心中心零零 件件PP+F20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7、 渗碳后的热处理工艺渗碳后的热处理工艺时间温度930850方案方案1方案方案2渗渗 碳碳淬淬火火加加热热7、 渗碳后的热处理工艺渗碳后的热处理工艺不同钢种热处理后的组织不同钢种热处理后的组织低碳低碳M回回+FM回回+Cm+A残残低低碳碳合金钢合金钢F+PM回回+Fe3C+A残残低碳钢低碳钢心部心部组织组织表层组织表层组织钢种钢种4)常用的钢种常用的钢种: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。等。20CrMnTi 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 )（二）（二）.钢的渗氮钢的渗氮 ( Nitridation of steel )1)定义：定义：向钢的向钢的表面渗入氮原子表面渗入氮原子的过程。的过程。2)目的：目的：获得具有获得具有表硬里韧及抗蚀表硬里韧及抗蚀性能性能 的零件。的零件。3)用钢用钢: 中碳合金钢。中碳合金钢。4)方法：方法：气体气体渗氮，离子渗氮，碳氮共渗。渗氮，离子渗氮，碳氮共渗。氮化.wmvl优缺点：优缺点：渗氮后不需淬火，因此变形很小。渗氮后不需淬火，因此变形很小。l是氮化生产周期长、工艺复杂，而且要用合金是氮化生产周期长、工艺复杂，而且要用合金钢使钢种受限制，因此氮化零件的成本较高，钢使钢种受限制，因此氮化零件的成本较高， l 它多用于要求耐磨、耐疲劳、耐蚀的工件它多用于要求耐磨、耐疲劳、耐蚀的工件上，精密机床的主轴、丝杆、高速精密齿轮、上，精密机床的主轴、丝杆、高速精密齿轮、镗床镗杆、磨床主轴，汽轮机的阀门、阀杆等。镗床镗杆、磨床主轴，汽轮机的阀门、阀杆等。 5)工艺工艺:加热温度加热温度500600; 保温时间保温时间0.30.5mm/2050h。6)热处理特点热处理特点: 渗氮前需调质处理渗氮前需调质处理; 渗氮后不需热处理。渗氮后不需热处理。7)渗氮处理后的组织渗氮处理后的组织 表层表层 : Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、 MoN、TiN、VN。 心部心部 : S回回。8)常用的钢种常用的钢种 : 35 CrMo、18CrNiW、 38 CrMoAlA ( 氮化王牌钢氮化王牌钢 ) 等。等。38 CrMoAl 气体渗氮层组织气体渗氮层组织 ( 化染化染 ) 650 黄色区黄色区 : ( Fe2-3N ) + ( Fe4N ) ; 红红色区色区 : ( Fe4N ) ;蓝蓝绿绿色区色区:含氮索氏体含氮索氏体 + 脉状氮化物脉状氮化物; 绿绿黄色区黄色区:索氏体基体。索氏体基体。渗碳与渗氮的工艺特点渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否处理后是否需要热处理需要热处理处理时处理时间间 ( h )处理温度处理温度( )名称名称需要需要39900950渗碳渗碳不不需要需要2050500600渗氮渗氮（三）（三）.钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗-氰化处理氰化处理 ( Carbonitriding of steel )1)定义定义:向钢的向钢的表面同时渗入碳和氮原表面同时渗入碳和氮原 子子的过程。的过程。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧性能的零件。性能的零件。3)方法方法:固体碳氮共渗固体碳氮共渗气体碳氮共渗气体碳氮共渗液体碳氮共渗液体碳氮共渗高温高温中温中温低温低温4)工艺工艺:合金结构钢合金结构钢HRC5360中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗80086018以渗碳为主以渗碳为主0.50.8mm淬火淬火+低温回火低温回火合金工具钢合金工具钢HRC5463低温气体碳氮共渗低温气体碳氮共渗50060016以渗氮以渗氮为主为主0.10.4mm不不需要需要材料材料性能性能名称名称温度温度()时间时间(h)作用作用渗层渗层热处理热处理