第05章 材料表面改性技術(shù)20091106

1、一、一、 定義定義:是一種不改變表層化學(xué)是一種不改變表層化學(xué)成分成分,但改變表層組織的局部熱處但改變表層組織的局部熱處理工藝。理工藝。二、二、 工藝特征工藝特征:通過快速加熱使鋼通過快速加熱使鋼的表層奧氏體化的表層奧氏體化,然后急冷然后急冷,使表層使表層 形成馬氏體組織形成馬氏體組織,而心部仍保而心部仍保 持不持不變。變。 三、表面淬火用鋼三、表面淬火用鋼: 選用選用中碳中碳或或中碳低合金鋼中碳低合金鋼。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: 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱( 高、中、工頻高、中、工頻 )淬火、淬火、火焰加熱淬火火焰加熱淬火、電接觸加熱淬火、電

2、接觸加熱淬火、激光淬激光淬火火等。等。1)感應(yīng)加熱的基本原理感應(yīng)加熱的基本原理:* 感應(yīng)電流感應(yīng)電流 - 渦流渦流* 集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)*淬火層深度淬火層深度()與電流頻率與電流頻率( f )的關(guān)的關(guān)系系: = 500 / f （mm） 感應(yīng)加熱表面淬火示意圖感應(yīng)加熱表面淬火示意圖集膚效應(yīng)示意圖集膚效應(yīng)示意圖2)工藝要求工藝要求: * 表面淬火前表面淬火前,必須對零件進(jìn)行必須對零件進(jìn)行正火正火 或調(diào)質(zhì)處理或調(diào)質(zhì)處理,以保證零件有良好的以保證零件有良好的 基體。基體。 * 表面淬火后表面淬火后,必須對零件進(jìn)行必須對零件進(jìn)行低溫低溫 回火處理回火處理,以降低淬火應(yīng)力和脆性。以降低淬火應(yīng)力和脆性。3)

3、生產(chǎn)特點(diǎn)生產(chǎn)特點(diǎn): 淬火件的質(zhì)量好淬火件的質(zhì)量好; 工件變工件變 形小形小;不易氧化及脫碳不易氧化及脫碳;淬火層容易淬火層容易 控制控制;生產(chǎn)率高。設(shè)備投資大生產(chǎn)率高。設(shè)備投資大,不適不適 于復(fù)雜形狀零件和小批量生產(chǎn)。于復(fù)雜形狀零件和小批量生產(chǎn)。1)火焰加熱表面淬火的基本方法火焰加熱表面淬火的基本方法*設(shè)備簡單設(shè)備簡單, 操作方便操作方便, 成本低。成本低。*淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。*適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。一、定義一、定義: 將零件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中將零件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中 , 通過加熱、保溫，使介質(zhì)中一種或通過加熱、保溫，使介質(zhì)中一種

4、或幾種元素原子滲入工件表層，改變幾種元素原子滲入工件表層，改變表層的化學(xué)成分和組織的熱處理工表層的化學(xué)成分和組織的熱處理工藝。藝。 二、二、 化學(xué)熱處理的基本過程化學(xué)熱處理的基本過程:2.吸收吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶解?；钚栽颖涣慵砻嫖蘸腿芙?。3.擴(kuò)散擴(kuò)散: 活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散散, 形成一定的擴(kuò)散層。形成一定的擴(kuò)散層。1.分分解解: 化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。的活性原子。 2CO CO2 +C三、三、 化學(xué)熱處理進(jìn)行的條件化學(xué)熱處理進(jìn)行的條件:1. 滲入元素的原子滲入元素的原子必須是活性原子必須是活性原子

5、, 而而 且且具有較大的擴(kuò)散能力具有較大的擴(kuò)散能力。2. 零件本身具有零件本身具有吸收滲入原子的能力吸收滲入原子的能力, 即對滲入原子有一定的即對滲入原子有一定的溶解度溶解度或能或能 與之化合與之化合, 形成化合物形成化合物。四、四、 化學(xué)熱處理的種類化學(xué)熱處理的種類: 滲碳滲碳; 滲氮滲氮; 碳氮碳氮 共滲共滲; 滲硼滲硼; 滲鋁滲鋁; 滲硫滲硫; 滲硅滲硅; 滲滲鉻等。鉻等。1)定義定義: 向鋼的向鋼的表面滲入碳原子表面滲入碳原子的過程。的過程。2)目的目的: 獲得具有獲得具有表硬里韌表硬里韌 性能的零件。性能的零件。滲層要求滲層要求（1）足夠高）足夠高%C，0.85-1.05；（；（2）

6、合適的滲層深度，合適的滲層深度，0.5-2.0mm；（；（3）滲層）滲層%C分布要平緩分布要平緩3)用鋼用鋼:低碳鋼低碳鋼和和低碳合金鋼。低碳合金鋼。 %C：0.1-0.25（保證心部足夠的韌性）；（保證心部足夠的韌性）；合金元素：合金元素：Cr，Mn（固溶強(qiáng)化，提高淬透（固溶強(qiáng)化，提高淬透性）；性）；Mo,W,V,Ti,B（細(xì)化晶粒，防止回火脆（細(xì)化晶粒，防止回火脆性性)4)方法方法: 固體、氣體、固體、氣體、液體滲碳。液體滲碳。零件零件滲碳劑滲碳劑試棒試棒蓋蓋泥封泥封滲碳箱滲碳箱5)工藝工藝: 加熱溫度加熱溫度為為900950; 滲碳時間滲碳時間一般為一般為39小時小時;6)滲碳后的組織（

7、緩冷）滲碳后的組織（緩冷）: 1%CP+Fe3C0.2%C F + P少少表面表面中心中心零零 件件PP+F時間溫度930850方案方案1方案方案2滲滲 碳碳淬火淬火加熱加熱預(yù)冷預(yù)冷工件滲碳后必須進(jìn)行淬火加低溫回火處理才能使用。回火溫度一般為160180。而淬火方法有三種，如圖5-50所示。 直接淬火法：直接淬火法：是將工件自滲碳溫度預(yù)冷到略高于心部A1溫度后直接淬火。這種方法工藝簡單，效率高，成本低，工件脫碳和變形傾向小。但由于滲碳溫度高，奧氏體晶粒粗大，淬火后殘余奧氏體量較多，使工件性能下降。直接淬火法只適用于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼或性能要求較低的零件。 一次淬火法：一次淬火法：是指將工件滲碳緩冷后

8、重新加熱淬火的方法。對于心部性能要求較高的零件，淬火溫度應(yīng)略高于心部的Ac3以使其晶粒細(xì)化，并獲得低碳馬氏體組織。對于表層性能要求較高的零件，淬火溫度應(yīng)選用Ac1+30-50，以使表層晶粒細(xì)化。 二次淬火法：對于力學(xué)性能要求很高或本質(zhì)粗晶粒鋼工件，應(yīng)采用二次淬火法。第一次淬火的目的是為了改善心部組織并消除表層網(wǎng)狀滲碳體，淬火溫度為心部Ac3+3050。第二次淬火是為了細(xì)化表層組織，淬火溫度為Ac1+30-50。這種方法的缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，成本高，效率低，工件變形和脫碳傾向大。上述三種淬火方法中，最常用的方法是將工件滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+3050淬火+低溫回火。此時的組織，表層為高碳回火馬

9、氏體+顆粒狀碳化物+少量殘余奧氏體，心部為低碳回火馬氏體+鐵素體（淬透時）。 低碳低碳M回回+FM回回+Cm+A殘殘低碳低碳合金鋼合金鋼F+PM回回+Fe3C+A殘殘低碳鋼低碳鋼心部組織心部組織表層組織表層組織鋼種鋼種9)常用的鋼種常用的鋼種: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。等。1)定義定義:向鋼的向鋼的表面滲入氮原子表面滲入氮原子的過程。的過程。2)目的目的:獲得具有獲得具有表硬里韌及抗蝕性能表硬里韌及抗蝕性能 的零件。的零件。3)用鋼用鋼:中碳合金鋼。中碳合金鋼。4)方法方法:氣體氣體滲氮，離子滲氮等。滲氮，離子滲氮等。5)工藝:加熱溫度50

10、0600; 保溫時間0.30.5mm/2050h。6)熱處理特點(diǎn): 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 ( 氮化王牌鋼 ) 等。越王勾踐劍越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器春秋晚期越國青銅兵器,出土于湖北江陵楚墓。出土于湖北江陵楚墓。 長長55.7厘米，厘米， 劍鍔鋒芒劍鍔鋒芒犀利，鋒能割斷頭發(fā)。犀利，鋒能割斷頭發(fā)。 1)定義定義:向鋼的向鋼的表面同時滲入碳和氮原表面同時滲入碳和氮原 子子的過程。的過程。2)目的目的:獲得具有獲得具有表硬里韌表硬里韌性能的零件。性能的零件。3)方法方法:固體碳氮共滲固體碳氮共滲氣體碳氮共滲氣體碳氮共滲液體碳氮共滲液體碳氮共滲高溫高溫中溫中溫低溫低溫4)工藝工藝:合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼HRC5360中溫氣體碳中溫氣體碳氮共滲氮共滲80086018以滲碳為主以滲碳為主0.50.8mm淬火淬火+低溫回火低溫回火合金工具鋼合