第六章-表面改性技術(shù)-表面熱處理課件

前言熱處理的概念

通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行加熱、保溫、冷卻的操作方法使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的一種工藝。1精選課件ppt

普通熱處理：退火、正火、淬火、回火

熱處理

表面淬火：火焰加熱、

感應(yīng)加熱、電接觸加熱、

表面熱處理

激光加熱、等離子體加熱

化學(xué)熱處理：滲碳、氮化、

滲V、滲B、滲Nb

熱處理的分類2精選課件ppt第二節(jié)

表面熱處理

承受交變載荷、沖擊載荷的零件，表面比心部承受較高的應(yīng)力，且表面由于受到磨損、腐蝕等，故零件表面失效較快，需進(jìn)行表面強(qiáng)化，使零件表面具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞極限、耐腐蝕性；而心部仍保持足夠的塑性、韌性，防止脆斷，即具有“外硬內(nèi)韌”組織。

3精選課件ppt一、表面淬火的概念

表面淬火是通過(guò)對(duì)鋼件表面快速加熱與立即冷卻相結(jié)合，在零件表面獲得淬火馬氏體層的熱處理方法。表面淬火用鋼的含碳量以

0.40%-0.50%為宜(中碳鋼)4精選課件ppt二、表面淬火的分類

根據(jù)加熱方式的不同，表面淬火可分為：

①

感應(yīng)加熱表面淬火

②

火焰加熱表面淬火

③

電接觸加熱表面淬火

④

激光加熱表面淬火

⑤

等離子體加熱表面淬火

工業(yè)上使用最多的是

①②5精選課件ppt1感應(yīng)加熱表面淬火

通過(guò)使零件表面產(chǎn)生一定頻率的感

應(yīng)電流，將零件表面迅速加熱到淬火溫

度，然后迅速噴水冷卻的一種表面淬火

方法。

6精選課件ppt（1）感應(yīng)加熱的原理

零件放在感應(yīng)器（空心銅管繞成）中，感應(yīng)器中通以中頻或高頻交流電（500-300000Hz）以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，于是零件表面就有感應(yīng)產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電流。

這種感應(yīng)電流在零件表層電流密度很大，離開表層則很快衰減，零件內(nèi)部感應(yīng)電流幾乎為零━集膚效應(yīng)，且頻率越高，電流集中層越淺。7精選課件ppt

由于零件本身存在電阻，因此集中于表層的電流，可使零件表層迅速被加熱，在幾秒鐘內(nèi)升溫到

800-1000℃，而心部溫度接近室溫，經(jīng)迅速噴水淬火冷卻，使零件表層淬硬，心部仍保持較好的塑性、韌性。8精選課件ppt（2）感應(yīng)加熱頻率的選用

感應(yīng)電流集中層的厚度取決于電流頻率，頻率越高，集中層越薄，即淬透層越薄，因此可通過(guò)控制電流頻率來(lái)控制淬硬層深度，非常方便。

高頻加熱：100-500KHz，常用200-300KHz

中頻加熱：500-10000Hz,常用2500-8000Hz

工頻加熱：50Hz

9精選課件ppt（3）感應(yīng)加熱的方式

同時(shí)加熱：將欲淬硬的工件表面同時(shí)感應(yīng)加熱到奧氏體狀態(tài)，然后冷卻淬火。同時(shí)加熱法生產(chǎn)效率高，設(shè)備功率足夠大時(shí)應(yīng)盡量采用。

連續(xù)加熱：采用感應(yīng)器與工件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使工件表面逐次得到加熱，隨后逐次冷卻淬火。連續(xù)加熱淬火后，硬化層分布均勻，感應(yīng)器通用性大，大多采用連續(xù)加熱法。10精選課件ppt（4）感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

①加熱速度極大，使珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的轉(zhuǎn)變溫

度升高，轉(zhuǎn)變時(shí)間極短（不需保溫），轉(zhuǎn)變速度

極快。

②淬火后，可使零件表層獲得極細(xì)的“隱晶馬氏體”

組織，零件表層具有比普通淬火稍高的硬度（高

2-3HRC），較低的脆性，較高的疲勞強(qiáng)度。

③零件不易氧化、脫碳，且變形小。

④零件淬硬層深度易于控制，操作易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生

產(chǎn)率高。11精選課件ppt缺點(diǎn)：

設(shè)備投資大，只適用于外形簡(jiǎn)單的零件，形狀復(fù)雜的零件，感應(yīng)器不易制造。（5）表面淬火的預(yù)熱處理

為了保證淬火質(zhì)量，改善零件心部機(jī)械性能，表面淬火前，可進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)預(yù)熱處理。

12精選課件ppt2火焰加熱表面淬火

用氧-乙炔、氧-煤氣混合氣體燃燒產(chǎn)生的火焰，噴射在零件表面，使之快速升溫，當(dāng)溫度達(dá)到淬火溫度時(shí)，迅速噴水冷卻，從而獲得表面淬硬層的淬火方法。

火焰加熱表面淬火的淬硬層一般為2～6mm，若要獲得更深的淬硬層，則會(huì)引起零件表面過(guò)熱，且易淬裂。13精選課件ppt優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，不需特殊設(shè)備，操作靈活，尤適合

局部表面淬火。缺點(diǎn)：生產(chǎn)效率低，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定，表面易過(guò)

熱。14精選課件ppt3鹽爐加熱表面淬火將工件放入溫度較高的鹽浴中進(jìn)行加熱，以較快的速度，在較短時(shí)間內(nèi)使其表面層溫度超過(guò)高的臨界點(diǎn)，然后冷卻淬火的工藝，稱為鹽浴加熱表面淬火。鹽浴快速加熱常用KCl+NaCl混合鹽。鹽浴的加熱速度要比高頻感應(yīng)加熱和火焰加熱緩慢得多，所以淬硬層較深。并且由于常用浸液冷卻，沒(méi)有噴射冷卻強(qiáng)烈，故淬火工件的表面硬度較低。15精選課件ppt4電解液加熱表面淬火

16精選課件ppt第三節(jié)

化學(xué)熱處理

表面淬火，鋼材的合適含C量為0.4～0.5%。由于表層性能與心部性能矛盾——“外硬內(nèi)韌”，只能選用中碳鋼來(lái)制作，雖然既照顧了“外硬”，又兼顧了“內(nèi)韌”，但“外硬”與“內(nèi)韌”的水平都不高。17精選課件ppt

要解決這一問(wèn)題，可以采用化學(xué)熱處理的方法。

化學(xué)熱處理與物理熱處理最大的區(qū)別是前者改變了鋼的化學(xué)成分。一、化學(xué)熱處理及分類18精選課件ppt1、化學(xué)熱處理

將零件置于一定介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入零件表層，以改變表層的化學(xué)成分和組織，從而使零件表層具有所需的特殊性能。19精選課件ppt2、分類

按滲入元素的不同，化學(xué)熱處理分為：

滲碳、氮化、碳氮共滲、滲金屬（釩、鈮…）。3、化學(xué)熱處理進(jìn)行的必要條件a、材料本身對(duì)欲滲的活性原子具有一定的溶解

度，或具有與活性原子形成化合物的能力。b、滲入的原子必須具有化學(xué)活性和較大的擴(kuò)散

能力。20精選課件ppt4、化學(xué)熱處理的基本過(guò)程

a、將鋼材和介質(zhì)加熱到高溫，以提高對(duì)活性

原子的溶解度，提高活性原子擴(kuò)散能力；

同時(shí)介質(zhì)在高溫下分解，產(chǎn)生活性原子。

b、活性原子被鋼吸收，并由表及里擴(kuò)散，在

表層（擴(kuò)散層）形成固溶體或化合物21精選課件ppt二、鋼的滲碳1、滲碳：是向鋼表層滲入碳原子的過(guò)程。2、滲碳目的：

提高鋼表層的含碳量，經(jīng)熱處理后，

使表層具有高硬度，高耐磨性，而心部

仍保持一定的強(qiáng)度，較高的塑、韌性。

22精選課件ppt3、滲碳鋼材：

采用低碳鋼，低碳合金鋼

（零件心部塑、韌性很好）

如：15、20、20Cr、20CrMnTi4、滲碳工藝的分類

按所用滲碳介質(zhì)的不同，分為：氣體滲

碳、固體滲碳、液體滲碳、等離子體滲碳。23精選課件ppt5、氣體滲碳a、原理：

900～950℃

CH4[C]+2H2

2CO[C]+CO2

CO+H2[C]+H2O

活性[C]溶入高溫奧氏體（面心立方），然后向內(nèi)部擴(kuò)散。24精選課件ppt井式氣體滲碳電阻爐結(jié)構(gòu)示意圖1-風(fēng)扇2-廢氣出口3-爐蓋

4-砂封5-電阻元件6-耐熱罐7-工件8-爐體9-滲劑入口25精選課件pptb、影響滲碳過(guò)程的因素①加熱溫度

加熱溫度越高，滲碳速度越大，擴(kuò)散層厚度越大；但溫度過(guò)高，會(huì)引起晶粒長(zhǎng)大，零件變形嚴(yán)重。一般為Ac3+50～80℃，即：

900～950℃。26精選課件ppt②保溫時(shí)間

保溫時(shí)間越長(zhǎng)，獲得的滲碳層厚度越大，但達(dá)到一定厚度后，滲碳層的厚度隨時(shí)間的延長(zhǎng)變化不大。c、滲碳后的熱處理零件滲碳后，應(yīng)進(jìn)行熱處理“淬火+低溫回火”27精選課件ppt6、固體滲碳采用固體滲碳劑：碳粒+碳酸鹽原理：

900～950℃

BaCO3BaO+CO2

C（碳粒）+CO22CO

2CO[C]+CO228精選課件ppt

與氣體滲碳相比，固體滲碳速度慢、生產(chǎn)率低，且質(zhì)量不易控制；但設(shè)備簡(jiǎn)單，適用于小型零件。29精選課件ppt三、鋼的氮化（滲氮）1、氮化是向鋼的表層滲入氮原子的過(guò)程。2、氮化的目的：提高鋼的表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐腐蝕性。3、氮化用鋼：含有Al、Mo、V、Ti等合金元素的鋼。

最典型的:38CrMoAl，35CrMo，18CrNiW4、氮化組織：鋼件表面形成一層陶瓷層AlN、

MoN、VN、TiN。30精選課件ppt5、氣體氮化①原理：

400～600℃

2NH33H2+2[N]

活性[N]原子被鋼吸收后，在表層形成氮化物。

31精選課件ppt②氮化處理的特點(diǎn)

a、氮化處理前零件先調(diào)質(zhì)，保證心部具有良好的綜合機(jī)械性能。氮化層很薄，氮化常作為

零件加工的最后一道工序。

b、零件氮化后，無(wú)需進(jìn)行淬火，表層便具有很高的硬度和耐磨性。因?yàn)楸韺有纬梢粚訄?jiān)硬的氮化物（氮化物顆粒很細(xì)、均勻分布）。

32精選課件pptc、零件氮化后，可顯著提高疲勞強(qiáng)度。因?yàn)榈瘜赢a(chǎn)生了較大的殘余壓應(yīng)力，可顯著降低疲勞載荷下產(chǎn)生的拉應(yīng)力水平。d、氮化后零件具有較高的熱硬性（600～650℃仍有較高的硬度）e、氮化后零件具有良好的耐腐蝕性，因?yàn)楸韺有纬闪艘粚又旅艿牡铮ㄌ沾桑?/p>

f、氮化處理，