工程材料及熱加工基礎(chǔ) 第四章 金屬熱處理與表面改性.ppt

1、工程材料及熱加工基礎(chǔ),南京航空航天大學材料學院 梁文萍,第四章 金屬熱處理與表面改性,4.1 鋼的熱處理原理,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,4.3 鋼的表面熱處理,4.4 機械制造過程中的熱處理,4.5 表面工程新技術(shù),學習要求和難點,學習重點： 鋼 在加熱和冷卻過程中組織的變化 。 C曲線。 常規(guī)的幾種熱處理工藝。 不同表面處理工藝的區(qū)別,1.熱處理的定義:將金屬在固態(tài)下采用適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝方法,概 述,2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能。 不改變形狀、尺寸，可大大提高壽命與安全性； 可減小尺寸，節(jié)約材料； 可賦予材料新的性能； 可改善材料工藝性

2、,概 述,4.熱處理的分類,熱處理,普 通 熱處理,表 面 熱處理,退火;正火; 淬火;回火,表面淬火,化 學 熱處理,感應加 熱淬火,火焰加 熱淬火,滲碳; 滲氮; 碳氮共滲,3.熱處理的應用范圍:整個制造業(yè),概 述,4.1 鋼的熱處理原理,4.1.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變,加熱工序的目的：得到奧氏體，為最終處理（相變）作組織準備,實際加熱與冷卻時的臨界溫度與相圖的臨界溫度相比有一定的滯后； 冷卻速度越快，過冷、過熱度越大,A,A 形核,A 長大,殘余Fe3C溶解,A 均勻化,奧氏體形成過程,4.1 鋼的熱處理原理,Ac1Accm,Accm以上,Ac3以上,奧氏體均勻化 對亞共析鋼： P +

3、 F 對過共析鋼：P+Fe3C,Ac1Ac3,A+F,A,A+Fe3C,A,保溫工序的目的： 得到成分均勻的奧氏體，消除內(nèi)應力，促進擴散,4.1 鋼的熱處理原理,4.1.2 奧氏體晶粒度 起始晶粒度；實際晶粒度；本質(zhì)晶粒度,4.1 鋼的熱處理原理,奧氏體晶粒度的影響因素 加熱溫度 越高，越粗大 ； 過高：過熱、過燒。 保溫時間 延長，長大，但不會無限長大； 過長：氧化脫碳； 過短：奧氏體成分不均勻。 鋼的成分 C%越高， A晶粒長大傾向增大；加入碳化 物形成元素，可阻礙奧氏體晶粒長大。 原始組織 越細， A晶粒細,4.1 鋼的熱處理原理,奧氏體晶粒大小對鋼的力學性能的影響,奧氏體晶粒均勻細小,

4、熱處理后鋼的力學性能提高,粗大的奧氏體晶粒在淬火時容易引起工件產(chǎn)生較大的變形甚至開裂,4.1 鋼的熱處理原理,4.1. 3 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,鋼在熱處理時的冷卻方式 過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變,4.1 鋼的熱處理原理,4.1.3.1 鋼在熱處理時的冷卻方式,4.1 鋼的熱處理原理,1） 共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線 - TTT曲線 ( C 曲線,T - time T - temperature T - transformation,4.1.3.2 過冷奧氏體的等溫冷卻,4.1 鋼的熱處理原理,共析碳鋼 TTT 曲線建立過程示意圖,Mf,Ms,4.1 鋼的熱處理原

5、理,共析碳鋼 TTT 曲線的分析,珠光體型 ( P ) 轉(zhuǎn)變 ( A1550 ),A1650 : P ; 525HRC; 片間距為0.60.7m ( 500,650600 : 細片狀P-索氏體(S); 片間距為0.20.4m (1000); 2536HRC。 索氏體具有良好的綜合機械性能,600550:極細片狀P-屈氏體(T); 片間距為0.2m ( 電鏡 ); 3540HRC,4.1 鋼的熱處理原理,珠 光 體 形 貌 像,4.1 鋼的熱處理原理,索 氏 體 形 貌 像,4.1 鋼的熱處理原理,屈 氏 體 形 貌 像,4.1 鋼的熱處理原理,4-1 珠光體轉(zhuǎn)變過程,4.1 鋼的熱處理原理,貝

6、氏體型 ( B ) 轉(zhuǎn)變 ( 550230,上貝氏體轉(zhuǎn)變(550350): B上; 4045HRC,4.1 鋼的熱處理原理,上貝氏體組織金相圖,4.1 鋼的熱處理原理,4-2 上貝氏體轉(zhuǎn)變過程,下貝氏體轉(zhuǎn)變(350230): B下; 5060HRC; 下貝氏體不僅具有較高的強度、硬度與耐磨性，同時具有良好的塑性和韌性,4.1 鋼的熱處理原理,下貝氏體組織金相圖,4.1 鋼的熱處理原理,4-3 貝氏體轉(zhuǎn)變過程,4.1 鋼的熱處理原理,馬氏體型 ( M ) 轉(zhuǎn)變 ( 230 -50,1)定義:馬氏體是一種碳在 Fe中的過飽和 間隙固溶體,2)轉(zhuǎn)變特點: 在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成; 轉(zhuǎn)變速度極快

7、,即瞬間形核與長大; 無擴散轉(zhuǎn)變( Fe、C原子均不擴散 ), M與原A的 成分相同,造成晶格畸變。 轉(zhuǎn)變不完全性,4.1 鋼的熱處理原理,奧氏體含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響,4.1 鋼的熱處理原理,奧氏體含碳量對殘余奧氏體數(shù)量的影響,4.1 鋼的熱處理原理,3)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu): 由于碳的過飽和作用,使 Fe晶格由體心立方變成體心正方晶格,4.1 鋼的熱處理原理,4)馬氏體的組織形態(tài): 板條狀 - 低碳馬氏體(0.2%C ); （位錯馬氏體,4.1 鋼的熱處理原理,低碳板條狀馬氏體組織金相圖,4.1 鋼的熱處理原理,針、片狀 - 高碳馬氏體(1%C); （孿晶馬氏體,4.1 鋼的熱處理原理,

8、高碳針片狀馬氏體組織金相圖,4.1 鋼的熱處理原理,4-4 馬氏體轉(zhuǎn)變過程,4.1 鋼的熱處理原理,5)馬氏體的性能:主要取決于馬氏體中的碳濃度,4.1 鋼的熱處理原理,馬氏體的強度和硬度隨著含碳量的增加而增加； 馬氏體的塑性和韌性隨含碳量增高而急劇降低； 馬氏體的比容比奧氏體大，所以奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變伴隨體積膨脹而產(chǎn)生內(nèi)應力,4.1 鋼的熱處理原理,2）亞共析鋼的TTT曲線,3）過共析鋼的TTT曲線,M + A殘,奧氏體中含碳量的影響: 亞共析鋼隨含碳量的增加，C曲線右移， 過共析鋼隨含碳量的增加，C曲線左移； 出現(xiàn)先共析析出線 隨著含碳量的增加，Ms下降,4）影響 TTT 曲線形狀與位置的

9、因素,4.1 鋼的熱處理原理,奧氏體中含合金元素的影響,4.1 鋼的熱處理原理,除Co外,所有合金元 素溶入奧氏體中,會引起C曲線右移, Ms下降,加熱溫度和保溫時間的影響: 加熱溫度越高, 保溫時間越長, 碳化物溶解充分, 奧氏體成分均勻, 提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性, 從而 使 TTT曲線向右移,4.1 鋼的熱處理原理,建立共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 - CCT 曲線,C - continuous C - cooling T - transformation,4.1.3.3 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻,4.1 鋼的熱處理原理,共析碳鋼 CCT 曲線建立過程示意圖,Pf,Ps,A+P,K,Ms

10、,Mf,K1,共析碳鋼 TTT 曲線與CCT曲線的比較,CCT與等溫冷卻曲線比較： 只有C曲線的上半部分，即無貝氏體轉(zhuǎn)變；K K1 為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的中止線； 奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變比等溫冷卻稍滯后，即向右下方向移動,其轉(zhuǎn)變溫度低,孕育期長； 連續(xù)冷卻時組織轉(zhuǎn)變在一定溫度范圍內(nèi)進行,因此組織不均勻,4.1 鋼的熱處理原理,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,定義: 把零件加溫到臨界溫度以上3050, 保溫一段時間,然后隨爐冷卻,目的: 降低硬度，利于切削加工； 細晶，改善組織，提高機械性能； 消除內(nèi)應力，改善組織，為后續(xù)熱處理作準備； 消除加工硬化，以利于進一步冷變形； 消除偏析，均勻化學成分,4.2.1 鋼

11、的退火,1. 完全退火 工藝 ：Ac3+(3050)，緩冷 組織： P+F 應用： 亞共析鋼鑄造、鍛壓、焊接件 細化組織、消除內(nèi)應力與組織缺陷、降低硬度，為隨后的切削加工和淬火作組織準備。 不適于過共析鋼,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,2. 等溫退火 工藝：快冷到稍低于Ar1溫度，等溫，奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束后空冷。 特點：工藝周期短； 工件截面上組織、性能均勻。 應用：特別適用于合金工具鋼、高合金鋼等奧氏體穩(wěn)定的鋼種,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,3. 球化退火（不完全退火） 工藝：普通球化退火: Ac1+(2030),緩冷； 等溫球化退火: Ac1+(2030),快冷到（Ar1-20）保溫。 組織：細

12、小F基體上彌散分布顆粒狀Fe3C。 應用：主要用于過共析鋼球化Fe3C，降低硬度，改善切削加工性，為淬火作好組織準備。 原始組織中有較嚴重的網(wǎng)狀Fe3C應先正火消除,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,共析鋼球化退火組織 ( 化染 ) 700,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,T10鋼球化退火組織 ( 化染 ) 500,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,4. 去應力退火（低溫退火） 工藝：加熱到Ar1以下某溫度（500600），保溫后緩冷。 目的：去應力，防止變形和開裂 應用：消除鑄、鍛、焊件的應力，穩(wěn)定組織； 消除切削加工應力。 無組織變化,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,5. 再結(jié)晶退火 工藝：加熱到再結(jié)晶溫度以

13、上，保溫后緩冷。 目的：使塑性變形金屬恢復原性能。 應用：用于進一步冷變形鋼件中間退火或最終熱處理,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,6. 擴散退火 工藝：加熱到高于Ac3以上，長時保溫，隨爐緩冷。 目的：消除化學成分不均勻 。 應用：主要用于質(zhì)量要求高的優(yōu)質(zhì)高合金鋼鑄錠和鑄件。 擴散退火后晶粒粗大，一般要進行完全退火或正火處理,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,4.2.2 鋼的正火,定義: 把零件加溫到臨界溫度以上3050，保溫一段時間，然后在空氣中冷卻,目的: 消除應力，調(diào)整硬度，細化晶粒，均勻成分，為最終熱處理作好組織準備,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,4-5 鋼的正火,正火溫度選擇,4.2 鋼的常規(guī)

14、熱處理工藝,正火處理后的組織: 亞共析鋼: F+S 共析鋼：S 共析鋼：S+ Fe3C 性能：強度、硬度、韌性比退火后的高，且塑性也不降低,45鋼退火、正火狀態(tài)的力學性能,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,正火的應用： a.預先熱處理 *鋼材及鑄件、鍛件用正火細晶，消除組織缺陷，為后續(xù)熱處理作組織準備。 *過共析鋼和滲碳零件用正火消除組織中網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火和后一步熱處理作組織準備。 b.最終熱處理 細化組織，均勻組織，消除組織缺陷，提高強度、硬度和韌性，對于普通結(jié)構(gòu)件，機械性能要求不高時，可正火后使用。 C.改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性能,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,4.2 鋼的常規(guī)熱處

15、理工藝,4.2.3 鋼的淬火 ( Quenching of steel,1.定義: 把零件加溫到臨界溫度以上30 50,保溫一段時間,然后快速冷卻 ( 水冷,2.目的: 為了獲得馬氏體組織,提高鋼的硬度和耐磨性,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,3. 淬火溫度選擇,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,亞共析鋼 Ac3+（3050） 若 Ac3過高，氧化脫碳嚴重，A粗化，淬火M粗大。 共析鋼、過共析鋼 Ac1 +（3050） 若Accm： * C%，Ms ，A 殘，硬度、耐磨性； * A粗化，淬火后M粗化，脆性； * 淬火應力，工件變形和開裂傾向； * 鋼的氧化脫碳，降低了鋼的表面質(zhì)量,4.2 鋼的常規(guī)熱處理

16、工藝,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,4.淬火后的組織,M+Fe3C+A殘,過共析鋼,M + A殘,共析鋼,M + A殘,亞共析鋼,最終組織,鋼種,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,5.淬火加熱時間 ( ) 的選擇,= K D,裝爐量有關(guān)系數(shù) 一般 K = 11.5,加熱系數(shù),與鋼種 及加熱介質(zhì)有關(guān),4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,6. 淬火冷卻介質(zhì),理想淬火冷卻介質(zhì),4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,理想的冷卻曲線應只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達到既獲得馬氏體組織，又減小內(nèi)應力的目的。但目前還沒有找到理想的淬火介質(zhì),20世紀人們對淬火冷卻過程進行了前所未有的深入探索,常用淬火介質(zhì)是水和油。 水

17、的冷卻能力強，但低溫卻能力太大，只適用于形狀簡單的碳鋼件。 油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件,熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間,用于形狀復雜件的分級淬火和等溫淬火。 硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì),常用的淬火冷卻介質(zhì),7. 常用的淬火方法,單液淬火,雙液淬火,分級淬火,時間,溫度,Ms,A1,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,a.單液淬火法 特點：簡單，易自動化 ，但水冷變形、開裂傾向大，油冷大件淬不透。 應用：形狀簡單的碳鋼（水淬、水溶液淬）、低合金鋼（油淬）。 b.雙液淬火法 特點：先快冷后慢冷，內(nèi)應力小，減小變形、開裂傾向，但操作復雜

18、,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,c.分級淬火法 特點：Ms附近鹽浴或堿浴中適當停留后冷，降低熱應力和組織應力，防止變形和開裂。 應用：適于尺寸較小、變形要求較嚴的工件。 d.等溫淬火法 特點：內(nèi)應力小，得到B下，但生產(chǎn)作業(yè)面積大，占用設(shè)備多，時間較長，且要求鋼有較高的淬透性。 應用；尺寸不大，形狀復雜而要求較高硬度和韌性的工件,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,4-6 淬火方法,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,e.冷處理 特點：放入低溫（液氮、干冰），使殘余A轉(zhuǎn)變成M。 應用：適于工具鋼、滲碳零件及特殊性能的高合金鋼,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,8. 鋼的淬硬性 ( Hardening of steel,

19、1)定義:是指鋼在淬火后所能達到的最高硬度,2)影響鋼的淬硬性的因素:主要取決于馬氏體的含碳量,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,9. 鋼的淬透性 ( Hardenability of steel,1)定義:鋼在淬火時能獲得馬氏體的能力。 *鋼本身固有的屬性； *用一定條件下淬透層深度（工件表面至中心馬氏體占50%的部位）的距離表示,2)影響鋼的淬透性的因素:主要是臨界淬火冷卻速度VK 的大小, VK 越大,鋼的淬透性越小,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,3)淬硬性與淬透性之間的關(guān)系,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,未淬透鋼,淬透鋼,4）淬透性的大小對

20、鋼的熱處理后的力學性能的影響,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,4.2.4 鋼的回火 ( Tempering of steel,1.定義: 把淬火后的零件重新加溫到A1線以下某個溫度,保溫一段時間,然后冷卻到窒溫,2.目的: 消除淬火應力,降低脆性;穩(wěn)定工件尺寸;調(diào)整淬火零件的力學性能,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,4-7 彈簧的熱處理工藝對性能的影響,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,回火時的組織變化,M分解,過飽和相,C析出,F,塊狀F,碳化物,細Fe3C,粒狀Fe3C,回火M 回火T 回火S,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,3. 回火溫度,淬火 + 高溫回火 = 調(diào)質(zhì)處理,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,a.

21、低溫回火（150250) 組織：回火馬氏體 *由極細的碳化物和低過飽和度的固溶體組成; *仍保留著原馬氏體的形態(tài)。 性能：硬度高、耐磨性好； 內(nèi)應力有所降低，韌性有所改善。 應用：主要用于高碳鋼、合金工具鋼制造的刀具、量具和模具、軸承零件及表面滲碳零件,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,回火馬氏體組織金相圖,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,b.中溫回火（350500) 組織：回火屈氏體尚未發(fā)生再結(jié)晶的鐵素體和彌散分布的細小滲碳體組成。 性能：內(nèi)應力大大降低； 彈性極限較高，高屈強比； 一定 的韌性。 應用：主要用于各種彈簧元件、鍛模等,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,回火屈氏體組織金相圖,4.2 鋼的常規(guī)熱

22、處理工藝,C.高溫回火（500650) 組織：回火索氏體由已再結(jié)晶的鐵素體和均勻分布的細粒狀滲碳體組成。 性能：內(nèi)應力消除，強度、硬度和塑性、韌性均較好。 應用：主要用于中碳鋼制造的受力構(gòu)件，特別是受交變載荷和沖擊載荷的重要零件,淬火 + 高溫回火 = 調(diào)質(zhì),4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,回火索氏體組織金相圖,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,4.回火脆性 低溫回火脆性（第一類回火脆性）250350 *措施：避開此溫度范圍回火； 貝氏體等溫淬火代替淬火+回火； 加入Mo、W等合金元素 。 高溫回火脆性（第二類回火脆性） 450650 *措施：減少雜質(zhì)； 加入Mo、W； 細化晶粒（例如添加Nb、V、Ti

23、）； 快冷,4.2 鋼的常規(guī)熱處理工藝,化學熱處理,表面淬火,對軸、齒輪、凸輪的機械性能要求,表面：硬，耐磨，耐疲勞,M,心部：塑，韌，耐沖擊,F，P,解決思路,選材,低淬透性材料,工藝,只改變表層組織,同時改變表層組織、成分,表面熱處理,4.3 鋼的表面熱處理,核心思想:使零件具有“表硬里韌”的力學性能,分為兩大類： 表面淬火不改變表面化學成分 化學熱處理改變表面化學成分,4.3 鋼的表面熱處理,4.3.1 表面淬火( Surface Hardening,1. 定義:是一種不改變鋼表層化學成分,但改變表層組織的局部熱處理工藝,2. 工藝特征:通過快速加熱使鋼的表層奧氏體化,然后急冷,使表層形

24、成馬氏體組織,而心部仍保持不變,4.3 鋼的表面熱處理,3.表面淬火用鋼,選用中碳或中碳低合金鋼,如40、45、40Cr、40MnB等,4.表面淬火加工的方法: 感應加熱( 高、中、工頻 )、火焰加熱、激光加熱、電接觸加熱法等,4.3 鋼的表面熱處理,5.感應加熱表面淬火,1)感應加熱的基本原理,感應電流 - 渦流,集膚效應,淬火層深度()與電流頻率( f )的關(guān)系: = 500 / f （mm,感應加熱表面淬火齒輪的截面圖,4.3 鋼的表面熱處理,2)工藝要求: * 表面淬火前,必須對零件進行正火或調(diào)質(zhì)處理,以保證零件有良好的基體。 * 表面淬火后,必須對零件進行低溫回火處理,以降低淬火應力

25、和脆性,4.3 鋼的表面熱處理,3) 特點: 淬火后M極細或為隱針M； 表面造成較大殘余壓應力，大大提高了疲勞強度； 工件氧化脫碳少，淬火變形??； 加熱溫度和淬硬層厚度易控制。 (4)應用：主要用于中碳鋼、中碳合金鋼零件的表面淬火,也可用于工具鋼及滲碳鋼零件的表面淬火,4.3 鋼的表面熱處理,4.3 鋼的表面熱處理,4-8 感應加熱淬火,4-9 板簧,4.3 鋼的表面熱處理,4-10 中頻感應加熱,4.3 鋼的表面熱處理,6.火焰加熱表面淬火,利用氧-乙炔氣體或其它可燃氣體，以一定比例混合燃燒，形成強烈的高溫火焰，將鋼迅速加熱到淬火溫度，然后快冷，使表面獲得要求的硬度和一定的硬化層，而中心仍保

26、持原有組織,4.3 鋼的表面熱處理,7.激光加熱表面淬火,以高能量密度的激光束作為熱源的熱處理表面淬火。 無需介質(zhì)冷卻，自激冷卻淬火,4-11 激光淬火,4.3.2 化學熱處理( Chemical Heat Treatment,1.定義:將零件置于一定的化學介質(zhì)中 , 通過加熱、保溫,使介質(zhì)中一種或幾種元素原子滲入工件表層,以改變鋼表層的化學成分和組織的熱處理工藝,4.3 鋼的表面熱處理,2. 化學熱處理的基本過程,2)吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶解,3)擴散: 活性原子由零件表面向內(nèi)部擴散, 形成一定的擴散層,1)分解: 化學介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。 2CO CO2 +C,4

27、.3 鋼的表面熱處理,3.鋼的滲碳 ( Carburize of steel,1)定義: 向鋼的表面滲入碳原子的過程,2)目的:提高表層碳濃度，獲得一定碳濃度梯度，使零件表面具有高硬度和耐磨性，中心具有一定強度和韌性；提高疲勞極限,3)用鋼:低碳鋼和低碳合金鋼,4)方法: 固體、氣體、液體滲碳,4.3 鋼的表面熱處理,固體滲碳法示意圖,4.3 鋼的表面熱處理,氣體滲碳法示意圖,4.3 鋼的表面熱處理,5)工藝: 加熱溫度為900950; 滲碳時間一般為39小時,6)滲碳后的組織,4.3 鋼的表面熱處理,思考題：為什么滲碳溫度要選擇在930 左右,提示：看Fe- Fe3C相圖,4.3 鋼的表面熱

28、處理,7) 滲碳后的熱處理工藝,4.3 鋼的表面熱處理,8) 熱處理后的組織,低碳M回+F,M回+碳化物+A殘,低碳 合金鋼,F+P,M回+Fe3C+A殘,低碳鋼,9)常用的鋼種: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等,4.3 鋼的表面熱處理,4.3 鋼的表面熱處理,4.3 鋼的表面熱處理,10)滲碳件性能 表面高硬度、高耐磨； 心部足夠強、韌性； 疲勞強度高。 (11)應用 低碳鋼或低碳合金鋼制成的齒輪、活塞銷、軸類等重要零件,4.3 鋼的表面熱處理,4.鋼的滲氮 ( Nitridation of steel,2)目的:更大地提高表面硬度、耐磨性；提高

29、疲勞強度；提高耐蝕性,3)用鋼:中碳合金鋼,4)方法:氣體滲氮、離子滲氮,1)定義:向鋼的表面滲入氮原子的過程,4.3 鋼的表面熱處理,5)工藝:加熱溫度500600; 保溫時間0.30.5mm/2050h,6)熱處理特點: 滲氮前需調(diào)質(zhì)處理; 滲氮后不需熱處理,7)滲氮處理后的組織 表層 : Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN。 心部 : S回,8)常用的鋼種 : 35 CrMo、18CrNiW、38 CrMoAlA 等,4.3 鋼的表面熱處理,4.3 鋼的表面熱處理,4-12 離子氮化,熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應用,在機床制造中約60-70%的零件要

30、經(jīng)過熱處理。 在汽車、拖拉機制造業(yè)中需熱處理的零件達70-80,模具、滾動軸承100%需經(jīng)過熱處理。 總之，重要零件都需適當熱處理后才能使用,4.4 機械制造過程中的熱處理,在機械制造過程中，熱處理總是穿插于其他的加工工藝之間，因此要注意相互間的協(xié)調(diào)。 熱處理要為切削加工服務退火、正火； 熱處理工藝的選擇要有利于加工精度的保證； 零件設(shè)計與加工工藝的制訂要有利于獲得高質(zhì)量的熱處理效果,4.4 機械制造過程中的熱處理,調(diào)質(zhì)零件實例,某發(fā)動機渦輪軸，材料為40CrNiMoA。 技術(shù)要求：熱處理彎曲變形1.0mm,4.4 機械制造過程中的熱處理,4.4 機械制造過程中的熱處理,熱處理零件設(shè)計要求,避

31、免尖角 減少臺階 外形簡單 對稱 均勻,共析鋼過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,復 習,回火種類,淬火高溫回火稱作調(diào)質(zhì)處理，簡稱調(diào)質(zhì),化學熱處理,表面淬火,只改變表層組織,同時改變表層組織、成分,表面熱處理,感應淬火、滲碳工藝及應用,表面工程技術(shù)，是通過物理、化學或機械的方法，改變固體金屬表面的形態(tài)、成分和組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需要表面性能的系統(tǒng)技術(shù),4.5 表面工程新技術(shù),材料的失效如疲勞、磨損、腐蝕、氧化、燒損以及輻射損傷等，一般都是從表面開始的，表面的局部損壞又很快造成整個零件失效，最終導致設(shè)備停產(chǎn),磨損給工業(yè)國家?guī)淼膿p失可達國民生產(chǎn)總值的28。 我國機械工業(yè)每年所用的鋼材，約有一半是消耗在備件的生產(chǎn)上

32、，而備件中的大部分是由于磨損壽命不高而失效的,全方位離子注入與沉積設(shè)備,近年來，金屬材料表面處理技術(shù)得到了迅速發(fā)展，開發(fā)出許多新的工藝方法，這里介紹主要的幾種,4.5 表面工程新技術(shù),等離子熱噴涂,將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，用高壓氣流使其霧化并噴射于工件表面形成涂層的工藝,可改善材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及絕緣性等。 廣泛用于包括航空航天、原子能、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域,一、熱噴涂技術(shù),4.5 表面工程新技術(shù),涂層可控: 從幾十m到幾mm。 生產(chǎn)效率高。 工件變形小：基體材料溫度不超過250(冷工藝,熱噴涂的特點及應用 工藝靈活：小到10mm的內(nèi)孔, 大到鐵塔、橋梁,可整體

33、噴涂，也可局部噴涂。 基體及噴涂材料廣泛：基體可以是金屬和非金屬，涂層材料可以是金屬、合金及塑料、陶瓷等,渦輪葉片的熱障涂層(熱噴涂層,4.5 表面工程新技術(shù),根據(jù)沉積過程的原理不同，氣相沉積技術(shù)可分為物理氣相沉積(PVD) 和化學氣相沉積(CVD)兩大類,物理氣相沉積TiAl靶,氣相沉積技術(shù)是指將含有沉積元素的氣相物質(zhì)，通過物理或化學的方法沉積在材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技術(shù),二、氣相沉積技術(shù),4.5 表面工程新技術(shù),磁控濺射鍍膜設(shè)備,原子、分子或電離成離子，并通過氣相過程，在材料表面沉積一層薄膜的技術(shù)。 物理沉積技術(shù)主要包括真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍?nèi)N基本方法,1、物理氣相沉積（PVD） 在真空條件下，用物理的方法，使材料汽化成,4.5 表面工程新技術(shù),真空蒸鍍是蒸發(fā)成膜材料使其汽化或升華沉積到工件表面形成薄膜的方法,4.5 表面工程新技術(shù),濺射鍍是在真空下通過輝光放電