热处置表面热处置化学热处置省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第1页6 钢热处理及表面处理钢热处理及表面处理 将钢在固态下加热、保温、冷却，以改变钢内部组织结构，从而取得所需要性能一个工艺。1热处理工艺定义热处理工艺定义 依据热处理原理而制订温度、时间、介质等参数称为热处理工艺。6.1 概述概述第2页2热处理作用热处理作用 热处理可提升使用性能,改进工艺性能,提升产品质量,利于冷热加工。如錾子在热处理之前和之后性能是不一样。3热处理与其它加工工艺区分热处理与其它加工工艺区分 不改变工件形状，只改变工件组织。4.热处理工艺分类以下：热处理工艺分类以下：普通热处理：退火、正火、淬火和回火。表面热处理：表面淬火、化学热处理。其它热处理：控制气氛热处理、真空热处理。第3页5预备热处理和最终热处理预备热处理和最终热处理 按热处理在零件整个生产过程位置和作用不一样，可将热处理工艺分为预备热处理和最终热处理。最终热处理：赋予工件所需使用性能热处理 预备热处理：为随即加工和深入热处理做准备。第4页在实际加热和冷却时，存在过热和过冷现象，如图所表示。过热过热：加热时高于合金相图临界温度才发生相变现象。如图所表示AC1、AC3、ACm为加热时钢临界温度；6.2 钢在加热时转变钢在加热时转变 过冷过冷：冷却时低于合金相图临界温度才发生相变现象。如图所表示A1、A2、Acm为冷却时钢临界温度。转变温度（过热与过冷）转变温度（过热与过冷）第5页6.2.1 奥氏体形成奥氏体形成 1.形成过程：形成过程：钢加热时奥氏体形成也是经过形核及长大过程来实现。现以共析钢为例说明奥氏体形成四个步骤：亚共析钢与过共析钢奥氏体化过程与共析钢基本相同。第一步：奥氏体晶核形成第二步：奥氏体晶核长大第三步：残余渗碳体溶解第四步：奥氏体均匀化第6页4）原始组织：片状组织比球状组织易向A转变。2.影响影响A转变原因转变原因1）加热温度：加热温度提升，会加速A形成。2）加热速度：加热速度快，过热愈大，A形成加紧。3）化学成份：C量增加，转变速度加紧。除Co、Ni外，多数合金元素会减慢A转变。第7页6.2.2 A晶粒度和晶粒长大及影响原因晶粒度和晶粒长大及影响原因 奥氏体晶粒长大是一个自发过程。注意：本质晶粒度概念与起始晶粒度和实际晶粒度完全不一样。1奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度 奥氏体转变刚完成时细小晶粒称为起始晶粒度起始晶粒度。在给定温度下奥氏体晶粒度称为实际晶粒度实际晶粒度。奥氏体晶粒越大，冷却后晶粒也越大，力学性能则越 低。钢成份不一样，奥氏体晶粒长大倾向也不一样，这种倾向称为本质晶粒度本质晶粒度。第8页 A.本质晶粒度有本质粗晶粒度本质粗晶粒度和本质细晶粒度本质细晶粒度之分。B.奥氏体晶粒度：14级钢为本质粗晶粒度钢；58级钢为本质细晶粒度钢。a)本质粗晶粒度：奥氏体随温度升高快速长大钢。如经锰硅脱氧钢、沸腾钢等；b)本质细晶粒度：奥氏体晶粒长大倾向小，加热到较高温度时才显著长大钢。如经铝脱氧钢、镇静钢等。第9页2奥氏体晶粒长大及影响原因奥氏体晶粒长大及影响原因 Mn、P元素增加，晶粒增大。1）温度温度：加热温度越高，晶粒越大；：加热温度越高，晶粒越大；C含量增高，晶粒长大倾向增大，残余渗碳体增加，则倾向减小；形成碳化物、氮化物、氧化物元素增加，则妨碍晶粒长大；2）合金成份合金成份：3）原始组织原始组织：大小、形态。：大小、形态。第10页6.3 钢在冷却时组织转变钢在冷却时组织转变 冷却方式：等温冷却；连续冷却。奥氏体过冷到临界点A1以下时，则为不稳定状态过冷奥氏体。一）过冷奥氏体等温转变曲线一）过冷奥氏体等温转变曲线 等温转变曲线如图所表示。等温转变曲线称为C曲线，或称为TTT曲线。一、过冷奥氏体等温转变产物及转变过程一、过冷奥氏体等温转变产物及转变过程 P102 第11页 A1Ms之间及周围开始线以左区域为过冷奥氏体区。1.共析钢共析钢C曲线建立与分析曲线建立与分析 C曲线是用试验方法建立起来。左边曲线称为转变开始线。右边曲线称为转变终了线。转变开始线与转变终了线之间称为转变过渡区。转变终了线以右及Ms以下为转变产物区。第12页 中温转变 产物为贝氏体（包含B上和B下）；2.转变类型及产物转变类型及产物：高温转变 产物为珠光体（包含P、S和T）；低温转变 产物为马氏体（M）。第13页 随过冷度不一样，过冷奥氏体将发生三种类型转变，即珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。现以共析钢为例，说明其转变过程。屈氏体：形成温度为600550，片层极薄，用符号“T”表示。奥氏体转变为珠光体过程也是形核和长大过程。如57图所表示。形成铁素体晶核 因为铁原子和碳原子均进行扩散时形成了珠光体，所以珠光体因为铁原子和碳原子均进行扩散时形成了珠光体，所以珠光体转变是一个转变是一个扩散型转变扩散型转变。（1）组织形态及性能）组织形态及性能 过冷奥氏体在A1至550将转变为珠光体类型组织。依据片层厚薄不一样，这类组织又可分细为：6.3.1 珠光体型转变珠光体型转变 珠光体：形成温度为A1 650，片层较厚，用符号“P”表示。索氏体：形成温度为650600，片层较薄，用符号“S”表示。形成渗碳体晶核渗碳体晶核长大珠珠光光体体铁素体晶核长大奥氏体第14页6.3.2 贝氏体型转变贝氏体型转变 过冷奥氏体在550Ms将转变为贝氏体组织，贝氏体用符号“B”表示。贝氏体可分为上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）。形成铁素体晶核片状铁素体平行生长 析出渗碳体短棒上贝氏体A.特征：呈羽毛状 B.性能：上贝氏体力学性能差，无实用价值。上贝氏体上贝氏体:形成温度为550350 上贝氏体转变过程如图所表示。（1）贝氏体组织形态和特征）贝氏体组织形态和特征第15页下贝氏体下贝氏体:形成温度为350Ms 下贝氏体转变过程如图所表示。A 特征：呈黑针状 B 性能：下贝氏体含有优良力学性能，是生产上惯用组织。因为贝氏体形成时只有碳原子发生扩散，而铁原子不扩散，所因为贝氏体形成时只有碳原子发生扩散，而铁原子不扩散，所以贝氏体转变属于以贝氏体转变属于半扩散型转变半扩散型转变。形成铁素体晶核铁素体长成针状铁素体内析出片状碳化物下贝氏体第16页3）影响）影响C曲线原因曲线原因 （1）化学成份：）化学成份：含碳量影响：A 亚共析钢C曲线随含碳量增加而向右移。B 过共析钢C曲线随含碳量增加而向左移。C 亚共析钢和过共析钢各有一条共析相析出线。第17页B.一些合金对珠光体转变与贝氏体转变含有不一样延缓作用，使C曲线出现两个“鼻子”。（2）加热条件：）加热条件：合金元素影响 铬对C曲线影响如图所表示。A.加入溶于奥氏体合金元素使C曲线右移。第18页2过冷奥氏体连续冷却曲线过冷奥氏体连续冷却曲线 p103 实际生产中，过冷奥氏体是在连续冷却过程中转变。连续冷却曲线称为CCT曲线。共析钢CCT曲线如图所表示。曲线中没有贝氏体转变区。当连续冷却曲线碰到K线时，AP则终止；冷至Ms点以下，则AM。Vk为CCT曲线临界冷却速度。Vk为TTT曲线临界冷却曲线。CCT曲线由AP转变开始线Ps和终了线Pz及AP转变终止线K组成。与TTT曲线相比，CCT曲线稍位于右下方。第19页因因CCT曲线测定困难，可参考曲线测定困难，可参考TTT曲线确定转变产物曲线确定转变产物。如：冷却速度为5.5/s时，组织为索氏体；冷却速度为33/s时，组织为屈氏体和马氏体；冷却速度大于138/s时，组织为马氏体和残余奥氏体。第20页（1）马氏体转变特点）马氏体转变特点马氏体转变一样是一个形核和长大过程。主要特点是：无扩散性，相变过冷度极大，转变速度极快，瞬间形成。共格切变性，由面心立方奥氏体转变为体心正方马氏体。在不停降温条件下连续形成马氏体。含有不彻底性。马氏体：碳在-Fe中过饱和固溶体，用符号“M”表示。6.3.2 马氏体型转变马氏体型转变第21页上马氏体点：发生马氏体转变开始温度称为上马氏体 点，用“Ms”表示。下马氏体点：马氏体转变终了温度称为下马氏体点，用“Mf”表示。Ms、Mf点温度取决于奥氏体含碳量。图3-20第22页（2）马氏体形态特点）马氏体形态特点 马氏体组织形态分为板条状和针状两大类。板条马氏体。显微组织如图所表示。形态：呈细长扁棒状，显微组织为细条状。马氏体板条内亚结构是高密度位错，因而又称为位错马氏体。第23页 针状马氏体。显微组织如图所表示。形态：呈双凸透镜片状，显微组织为针状。其亚结构主要是孪晶，所以又称为孪晶马氏体。分析：分析：A.当C0.2%时，为板条马氏体；B.当C1.0%时，为针状马氏体；C.当C0.2.0%时，为板条和 针状混合组织。马氏体形态马氏体形态取决于含碳量，如图所表示。第24页（3）马氏体性能）马氏体性能 马氏体最主要特点是硬度高，强度高。马氏体硬度、韧性与含碳量关系如图所表示 含碳量增加，其硬度增加。所以马氏体是钢 主要强化伎俩之一。塑性和韧性取决于亚结构形式和碳在马氏体中过饱和度。第25页6.4.1 退火和正火主要目标。p1046.4 钢退火和正火钢退火和正火退火工艺可分为可分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火等，如图所表示。1）完全退火完全退火6.4.2 退火退火 退火退火是将钢加热、保温，然后迟缓冷却热处理工艺。第26页 1）完全退火完全退火 将亚共析钢加热到Ac3+3050，保温后缓冷退火工艺称为完全退火。目标：降低硬度，消除内应力。2）等温退火）等温退火 将亚共析钢加热到 Ac3+3050、过共析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到Ar1以下某一温度保温，然后出炉空冷。如图是高速钢等温退火与普通退火比较。第27页 3）球化退火）球化退火 将共析钢或过共析钢加热到 Ac1+2030，保温适当初间后迟缓冷却热处理工艺称为球化退火。目标：目标：降低硬度，改进切削加工性能；形成球状珠光体（如图所表示），为后面淬火作组织准备。4）扩散退火）扩散退火 将工件加热到略低于固相线温度，保温后迟缓冷却热处理工艺称为扩散退火。目标：目标：消除成份偏析。第28页 5）去应力退火）去应力退火 将工件加热到 Ac1以下某一温度，保温后随炉冷却 热处理工艺称为去应力退火。目标目标：消除铸、锻、焊内应力。6）再结晶退火）再结晶退火 消除冷塑性变形后硬化，恢复塑性退火。正火是将钢加热到 Ac3或Accm以上3050，保温后空气中冷却热处理工艺。正火含有以下几方面应用：6.4.3 正火正火第29页正火含有以下几方面应用：含碳量0.25%经正火后硬度提升，改进了切削加工性能。消除过共析钢中二次渗碳体。作为普通结构零件最终热处理。正火冷却速度稍快于退火，由C曲线可知，二者组织是不一样。正火后组织比退火细，如图所表示。正火退火第30页 淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速度冷却热处理工艺。目标：目标：为了取得马氏体，提升钢力学性能。淬火淬火6.5 淬火淬火 选择淬火温度标准是取得均匀细小奥氏体。如图所表示，普通淬火温度在临界点以上。6.5.1 淬火加热温度淬火加热温度第31页 对亚共析钢对亚共析钢，淬火温度为Ac3+3050，淬火组织为马氏体，如图所表示。亚温淬火：加热温度在Ac1 Ac3之间，淬火组织为马氏体加铁素体，如图所表示。亚温淬火也是一个强韧化处理方法。第32页 对共析钢和过共析钢对共析钢和过共析钢，淬火温度为Ac1+3050，组织为细马氏体加颗粒状渗碳体和少许残余奥氏体，如图所表示 对合金钢对合金钢，普通淬火温度为临界点以上50100。提升淬火温度有利于合金元素在奥氏体中充分溶解和均匀化。第33页6.5.2 淬火介质淬火介质 为了确保得到马氏体组织，淬火速度必须大于临界冷却速度Vk，但往往会引发工件变形和开裂。要想既得到马氏体又防止变形和开裂，理想淬火冷却曲线如图所表示。最惯用淬火介质是水和油。水是经济且冷却能力较强淬火介质。如表所表示冷却能力。惯用介质如表6-1和6-2所表示。第34页 油主要用于合金钢或小尺寸碳钢工件淬火。熔融状态盐也惯用作淬火介质，称作盐浴。这类介质只 适合用于形状复杂和变形要求严格小件分级淬火和等温淬火。近年来出现聚乙烯醇水溶液、三乙醇铵水溶液、高浓度硝盐水溶液等淬火介质。6.5.3 淬火方法淬火方法惯用淬火方法如图所表示。1）单液淬火法）单液淬火法 将加热工件放入一个淬火介质中连续冷却至室温操作方法，如水淬、油淬等。第35页3）分级淬火法）分级淬火法 将加热工件在Ms点附近（150260）盐浴或碱浴中淬火，然后取出缓冷淬火方法。其特点是显著降低淬火变形与开裂，是用于截面尺寸较小淬透性较高钢件。2）双液淬火法）双液淬火法 将加热工件放入一个冷却能力较强介质中冷却至高于MS线（300），然后转入另一个冷却能力较弱介质冷却淬火方法。如水淬油冷或油淬空冷。双液淬火主要用于形状复杂高碳钢工件及大型合金钢工件。4）等温淬火）等温淬火 将加热工件在稍高于Ms点附近温度（260400）盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间而取得下贝氏体组织淬火方法。其特点是工件含有良好综协力学性能，普通无须回火。多用于形状复杂和要求较高小件。第36页6.6 钢淬透性钢淬透性淬透性：淬透性：钢在淬火时能够取得钢在淬火时能够取得M体体能力，能力，它是钢材本身固有属性，取它是钢材本身固有属性，取决于决于M体临界冷却速度体临界冷却速度通惯用淬透层深度来表示（通惯用淬透层深度来表示（在相同在相同加热条件下加热条件下）淬透层深度淬透层深度：从工件表面到半：从工件表面到半M体体层深度层深度6.6.1 淬透性概念淬透性概念第37页钢淬透性直接影响其热处理后力学性能。淬透性高钢，其力学性能沿截面均匀分布。淬透性低钢，其截面心部力学性能低。6.6.2 淬透性对钢力学性能影响淬透性对钢力学性能影响第38页6.6.3 影响淬透性原因影响淬透性原因(1)(1)含碳量含碳量亚共析钢，含碳量增加亚共析钢，含碳量增加，奥氏体稳定性增大，奥氏体稳定性增大，曲线曲线右右移，淬移，淬透性提升透性提升过共析钢，伴随含碳量增加过共析钢，伴随含碳量增加，奥氏体稳定性降低，奥氏体稳定性降低，曲线曲线左左移，移，淬透性降低淬透性降低(未溶渗碳体促进奥氏体分解未溶渗碳体促进奥氏体分解)(2)(2)合金元素合金元素除除CoCo外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使曲线右移，外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使曲线右移，形状也可能会发生改变，使淬透性提升形状也可能会发生改变，使淬透性提升(3)(3)加热温度和保温时间加热温度和保温时间随加热温度提升和保温时间延长随加热温度提升和保温时间延长，碳化物溶解充分，奥氏体成，碳化物溶解充分，奥氏体成份均匀，晶粒粗大（总形核部位降低），这些都增加过冷奥氏份均匀，晶粒粗大（总形核部位降低），这些都增加过冷奥氏体稳定性，体稳定性，使曲线右移，提升了钢淬透性使曲线右移，提升了钢淬透性(4)(4)钢中未溶第二相钢中未溶第二相未溶第二相越多未溶第二相越多，作为结晶关键，使，作为结晶关键，使A A体不稳定，体不稳定，C C曲线左移，曲线左移，淬透性下降淬透性下降第39页6.6.4 淬透性测定和表示方法淬透性测定和表示方法 淬透性测定方法 测定钢淬透性最惯用方法是末端淬火法末端淬火法。A.将25100mm标准试样经奥氏体化后，对末端进行喷水冷却。如图所表示。第40页 B.按要求方法测定硬度值，作出淬透性曲线；C.利用钢半马氏体区硬度与钢含碳量关系图，和淬透性曲线图可找出其淬透性大小。淬透性表示方法 淬透性值可用 表示。其中J表示末端淬透性，d表示至水冷端距离，HRC为该处测得硬度值。钢淬透性还可用钢在某种冷却介质中完全淬透最大直径，即临界直径D0表示。第41页淬透性：淬透性：钢在淬火时能够取得钢在淬火时能够取得M体能力，体能力，它是钢材本身固有它是钢材本身固有属性，取决于属性，取决于M体临界冷却速度体临界冷却速度通惯用淬透层深度来表示（通惯用淬透层深度来表示（在相同加热条件下在相同加热条件下）淬透层深度淬透层深度：从工件表面到半：从工件表面到半M体层深度体层深度淬硬性淬硬性：钢在淬火后能够到达最高硬度，它取决于：钢在淬火后能够到达最高硬度，它取决于M体含碳体含碳量。量。淬透性好钢其淬硬性不一定高。淬透性好钢其淬硬性不一定高。如低碳合金钢淬透性很好，但其淬硬性却不高；而碳素工具如低碳合金钢淬透性很好，但其淬硬性却不高；而碳素工具钢淬透性很差，但其淬硬性却很高钢淬透性很差，但其淬硬性却很高6.6.5 淬硬性与淬透性淬硬性与淬透性第42页 对于截面尺寸较大和形状较复杂主要零件以及要求机械 性能均匀零件，应选取高淬透性钢制造。对于承受弯曲和扭转轴类、齿轮类零件，可选取低淬透 性钢制造。在设计和制造零件时，必须考虑钢热处理尺寸效应。6.6.5 淬透性应用淬透性应用第43页6.7 钢回火钢回火6.7.1 回火目标回火目标 降低脆性，降低或消除内应力 取得工艺所要求力学性能 稳定工件尺寸 对一些高淬透性合金钢，可降低硬度，以利加工。淬火钢在回火时转变淬火钢在回火时转变1）回火时组织转变 淬火钢组织发生以下四阶段改变：第44页回火时组织转变 淬火钢组织发生以下四阶段改变：马氏体分解：主要发生在100200，马氏体中碳以碳化物（Fex）形 式析出，析出碳化物以极小片状分布在马氏体基体上，这种组织称为回火马氏体，用“M回”表示。如图所表示。残余奥氏体分解 主要发生在200300，残余奥氏体分解为碳化物和过饱和，但组织仍是回火马氏体。A残分解在300基本结束。碳化物转变为Fe3 主要发生在250400，此时回火马氏体转变为在保持马氏体形态铁素体基体上分布着细粒状渗碳体组织，称为回火屈氏体，用“T回”表示。如图所表示。M分解在350基本结束。第45页 渗碳体聚集长大及相再结晶 主要发生在400以上,此时形成颗粒状渗碳体，铁素体由针片状转变为多边形，这种组织称为回火索氏体，用“S回”表示。如图所表示。2、回火过程中性能改变、回火过程中性能改变第46页2、回火过程中性能改变、回火过程中性能改变 总规律是总规律是：随回火温度升高，强度、硬度下降，塑性、韧性上升。如图为硬度与回火温度关系。回火温度在200以下,钢硬度不降低,对高碳钢,甚至略有升高。回火温度在200300,高碳钢硬度再次升高,中、低碳钢硬度迟缓降低。回火温度300以上，钢硬度呈直线下降。注意：回火屈氏体、回火索氏体和球状珠光体与过冷奥氏体直接分解得到屈氏体、索氏体和珠光体力学性能有显著区分。第47页6.7.2 回火种类及应用回火种类及应用1）低温回火）低温回火（150250）组织为回火马氏体，能降低内应力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。用于工具、模具、轴承、渗碳件等。经表面淬火工件。3）高温回火）高温回火（500650）组织为回火索氏体，含有良好综合机械性能。习惯上将淬火加高温回火相结合热处理称作调质处理，简称“调质”。调质广泛用于处理主要结构零件，如轴、齿轮等。回火回火2）中温回火）中温回火（350500）组织为回火屈氏体，含有较高弹性和一定韧性，主要用于弹簧处理。第48页 淬火钢出现冲击韧性显著下降现象称为“回火脆性”，如图所表示。1）低温回火脆性）低温回火脆性 在250350回火时出现脆性称为低温回火脆性。普通不在此温度范围内进行回火。2）高温回火脆性）高温回火脆性 在500650回火时出现脆性称为高温回火脆性。主 要发生在含Cr、Ni、Mn等合金元素结构钢中。3）快冷可预防高温脆性）快冷可预防高温脆性，在钢中加入（约1%）、o（约 0.5%）等合金元素可有效抑制这类脆性产生。6.7.3 回火脆性回火脆性第49页淬火回火工艺缺点淬火回火工艺缺点1）硬度不足）硬度不足 是由淬火加热温度低、表面脱碳、冷速不够、钢材淬 透性低等原因造成。可采取对应办法加以防治。2）硬度不均匀）硬度不均匀 是由原始组织粗大且不均匀、冷却不均匀等原因造成 。可经过正火后重新淬火来消除。3）过热和过烧）过热和过烧 过热组织可经过重新淬火来消除；工件一旦过烧则只 能报废。复习题：p128-129 6-2、6-3、6-4、6-8、6-9第50页讨论题1 1、直径为、直径为10mm4510mm45钢和钢和T12T12钢试样在不一样热处理条件下得钢试样在不一样热处理条件下得到硬度如表到硬度如表1 1所表示，请说明：所表示，请说明：（1 1）不一样热处理条件下显微组织（填入表）不一样热处理条件下显微组织（填入表1 1显微组织栏显微组织栏中）；中）；（2 2）冷却速度，淬火加热温度、碳含量对钢硬度影响及）冷却速度，淬火加热温度、碳含量对钢硬度影响及其原因；其原因；（3 3）回火温度对钢硬度影响及其原因。）回火温度对钢硬度影响及其原因。2 2、什么是钢淬透性和淬硬性？淬透性好坏对钢热处理后、什么是钢淬透性和淬硬性？淬透性好坏对钢热处理后组织和性能有什么影响？试比较以下钢种淬透性和淬硬性组织和性能有什么影响？试比较以下钢种淬透性和淬硬性高低：高低：T8T8、40Cr40Cr、20CrMnTi20CrMnTi、4040。第51页表表 1材料材料热处理工艺热处理工艺硬硬 度度显微组织显微组织热处理温度热处理温度/oC冷却方式冷却方式回火温度回火温度/oCHRBHRCHB45钢钢860炉冷炉冷空冷空冷油冷油冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷20040060085133855534024148196349538515369243750水冷水冷45422T12750炉冷炉冷空冷空冷油冷油冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷20040060093264666635130176257437693652495283860水冷水冷61637第52页6.8 钢表面淬火钢表面淬火表面淬火前预备热处理 预备热处理为表面淬火作准备，以取得最终心部组织。方法有调质和正火等。表面淬火后组织 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）。利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面热处理方法。表面淬火用材料含碳量为0.40.5%中碳钢及铸铁。第53页1.感应加热基本原理感应加热基本原理 感应加热表面淬火装置如图所表示。电流透入深度与感应电流频率相关。电流频率越高，感应电流透入深度越浅。交变磁场使工件内部感生出巨大涡流。感应电流在工件表层密度最大，而心部密度为零，这种现象称为集肤效应。6.8.1 感应加热表面淬火感应加热表面淬火第54页2.感应加热分类感应加热分类 高频高频感应加热感应加热 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0.52.0mm，适合，适合用于中小模数齿轮及中小尺寸轴类零件。用于中小模数齿轮及中小尺寸轴类零件。中频中频感应加热感应加热 电流频率范围电流频率范围25008000Hz，淬硬层深度，淬硬层深度210mm，适合用于，适合用于较大轴和大中模数齿轮。较大轴和大中模数齿轮。工频工频感应加热感应加热 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 于较大直径于较大直径零件穿透加热及大直径零件如轧辊、火车车轮表面淬火。零件穿透加热及大直径零件如轧辊、火车车轮表面淬火。感应加热表面淬火后回火感应加热表面淬火后回火 普通只进行低温回火，回火温度普通不高于普通只进行低温回火，回火温度普通不高于200。第55页感应加热表面淬火特点感应加热表面淬火特点 加热温度高。感应加热表面淬火后工件表层硬度高，脆性较低。工件表面质量好。生产效率高。第56页3.感应加热表面淬火技术要求感应加热表面淬火技术要求1).表面硬度表面硬度:5055HRC2).淬硬层深度淬硬层深度:普通取普通取1/10半径半径,直径小直径小(10-20mm)取取1/5半半径。径。3).淬硬区分布淬硬区分布:4).预先热处理预先热处理:第57页1）火焰加热表面淬火）火焰加热表面淬火 火焰加热淬火如图所表示。其淬硬层深度普通为28mm。特点及应用：特点及应用：设备简单、成本低、灵活性大，但淬火质量较难控制。主要用于单件小批量生产件及大型零件表面淬火。6.8.2 其它表面淬火方法介绍其它表面淬火方法介绍第58页2）电接触加热表面淬火）电接触加热表面淬火电接触加热原理如图所表示。特点及应用：工件变形小，工艺简单，不需回火，但硬化层薄。形状复杂工件不宜采取。第59页6.9 化学热处理化学热处理化学热处理由三个基本过程基本过程组成：介质分解出渗透元素活性原子，如：CH42H2+C 2NH33H2+2N 零件表面吸收活性原子，进入晶格内形成固溶体或化合物。在一定温度下由表面向内部扩散。化学热处理是使一些元素渗透工件表层，以改变其 表面层化学成份而取得所需性能热处理工艺。化学热处理可分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铬、渗铝等。第60页6.9.1 渗碳渗碳 渗碳就是将低碳钢放入高碳介质中加热、保温，以取得高碳表层化学热处理工艺。气体渗碳法：如图所表示，此法是使工件在高温（900 950）渗碳气氛进行渗碳。A 渗碳气氛有两种供给方式，一个是将富碳气体直接通入炉内；另一个是将已分解有机物液体滴入炉内。B 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。1.渗碳方法渗碳方法第61页 固体渗碳法：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工艺。A 固体渗碳法特点是生产率低，设备简单，成本低，当前一些小厂仍广泛使用。B 固体渗碳剂普通由主渗剂（木炭粒）和催渗剂组成混合物。真空渗碳：将零件放入特制真空渗碳炉中，先抽真空，然后升温至渗碳温度，再通入一定量渗碳气体进行渗碳一个热处理工艺。第62页2.渗碳层成份和厚度渗碳层成份和厚度 工件渗碳后表面含碳量可达过共析钢成份，由表向里碳浓度逐步降低，如图所表示。机器零件渗碳层厚度通常为0.52mm。渗碳后热处理方法有三种，如图所表示。直接淬火法直接淬火法：零件渗碳出炉后冷至约830，直接放入冷却介质中淬火，然后进行低温回火。一次淬火法一次淬火法：渗碳零件出炉缓冷后，再加热到淬火温度进行淬火和回火。两次淬火法两次淬火法：将工件渗碳后缓冷再进行两次淬火。3.渗碳后热处理渗碳后热处理第63页 氮化也称渗氮,是指向工件表面渗透氮原子,以形成高氮硬化层化学热处理工艺。6.9.2 渗氮渗氮1.概念概念第64页2.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Al、Cr、Mo、Tie、V等合金钢。应用 最广泛是38CrMoAl。选择氮化层厚度不超出0.60.7mm。工件在氮化前进行调质处理，氮化后不进行热处理。氮化后工件表面硬度高10001200HV、耐磨性高和热硬性高。氮化后工件疲劳强度显著提升。氮化工件变形小；耐腐蚀能力高。氮化工艺复杂，成本高。当前氮化工艺主要用于耐磨性和精度均要求很高零件3.氮化特点及应用氮化特点及应用第65页 在专门设备中通入氨气并加热至560570。氮化时间约2050h，氮化层深度普通0.10.6mm。离子渗氮离子渗氮 在低真空度容器内，稀薄氨气在高电压作用下，迫使电离后氨离子高速冲击工件，使其渗透工件表面。离子氮化优点是氮化时间短，变形小。1）渗氮工艺）渗氮工艺 气体渗氮气体渗氮离子氮化离子氮化第66页6.9.3 钢碳氮共渗钢碳氮共渗 碳氮共渗碳氮共渗是使工件表面同时渗透碳和氮化学热处理工艺，也称作碳氮共渗。惯用氰化方法有：2.低温气体碳氮共渗（氮软低温气体碳氮共渗（氮软化）共渗介质有尿素、甲酰氨和三乙醇氨等，处理温度不 超出570，处理时间13h，硬度可达5067HRC。现普 遍用于模具、刃具、量具及耐磨零件处理。1.中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗(氰化)滴入煤油并通入氨气，加热温度830850。保温3 4h时，氰化层厚度可达0.50.6mm。当前主要用于形状复 杂、要求变形小、受力不大小型零件处理。第67页6.10 热处理零件结构工艺性热处理零件结构工艺性1零件设计结构形状不合理,常会引发淬火变形、开裂,使零件报废。所以，在设计淬火零件结构形状时，应充分考虑热处理对零件结构要求。2设计零件结构时应遵照以下几个标准。防止尖角和棱角，如图所表示。防止厚薄悬殊，必要时可增加工艺孔。如图所表示。第68页 采取对称结构，以减小热处理时变形，如图所表示。一些易变形零件可采取封闭结构，如图所表示为弹簧夹头，其槽口在热处理之后再切开。必要时可将整体件改成组装件，如图零件镶拼结构。第69页热处理切削加工工艺要求热处理切削加工工艺要求 1.合理安排冷热加工工序；2.预留加工余量；3.减小工件表面粗糙度。热处理技术条件标注热处理技术条件标注 1.热处理技术条件代号及表示方法；2.整体热处理零件标注方法；3.局部热处理标方法。第70页一一.气相沉积气相沉积 气相沉积法有化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD）。1化学气相沉积化学气相沉积 在真空反应室内，加热到9001100进行。如覆以TiC层，则将挥发性氯化钛（如TiCl4）与气态碳氢化合物（如CH4）一道通入容器，便使工件表面发生化学反应生成TiC，并沉积成68m覆盖层。2物理气相沉积物理气相沉积 是借助一个惰性气体（如氩气）辉光放电，使金属（如Ti）蒸发离子化，同时引进CO2等反应气体，便可使工件表面取得碳化物（如TiC）。6.11 6.12 表面处理方法和其它热处理方法表面处理方法和其它热处理方法第71页二二.可控气氛热处理可控气氛热处理6.11 6.12 表面处理方法和其它热处理方法表面处理方法和其它热处理方法 可控气氛热处理是采取无氧化加热，或采取控制气氛来预防热处理过程中氧化和脱碳一个工艺。1采取无氧化加热采取无氧化加热 此方法是在炉内通入高纯度中性气体N和氩等进行加热，以防氧化和脱碳。2可控气氛法可控气氛法 普通利用含碳液体（甲醇、乙醇、丙酮等），分解和裂化成一定碳势控制气氛，引入热处理炉内。所谓碳势，是指加热时控制气氛脱碳作用和渗碳作用保持平衡下钢含碳量。如某一控制气氛在一定温度下假如含有0.4%碳势，则含碳为0.4%钢在此气氛中加热不会脱碳和氧化。第72页三三.真空热处理真空热处理 真空热处理是在1.330.0133Pa真空度真空介质中加热热处理工艺。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、变形小。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。四四.激光热处理和电子束表面淬火激光热处理和电子束表面淬火 激光热处理是利用激光加热工件，依靠工件本身传热来实现冷却淬火工艺。电子束淬火是利用电子枪发射成束电子，轰击工件表面，使之急速加热，而后自冷淬火使工件表面强化热处理工艺。特点：可在0.3s到达最高温度，1s内冷却到Ms点，可在表层取得全部马氏体组织。激光热处理不受钢种限制，与钢淬透性无关。第73页五五.形变热处理形变热处理 形变热处理是将塑性变形和热处理有机结合起来，以取得形变强化和相变强化综合效果热处理工艺。形变热处理方法很多。依据变形温度不一样，有高温形变热处理、低温形变热处理、复合形变热处理、等温形变热处理等。其中高温形变热处理应用最多。六六.其它化学热处理新工艺其它化学热处理新工艺电解热处理是将工件和加热容器分别接在电源负极和正极上，容器中装有渗剂，利用电化学反应使欲渗元素原子渗透工件表层化学热处理工艺。电解热处理能够进行电解渗碳、电解渗硼和电解渗氮等。离子化学热处理是在真空炉中通入少许与热处理目标相适应气体，在高压直流电场作用下，稀薄气体放电、启辉加热工件。与此同时，欲渗元素从通入气体中离解出来，渗透工件表层化学热处理工艺。第74页小结 掌握钢在加热和冷却时组织转变，冷却转变后组织掌握钢在加热和冷却时组织转变，冷却转变后组织和性能。和性能。熟悉普通热处理及其应用。熟悉普通热处理及其应用。了解钢表面淬火和化学热处理和热处理新技术新工了解钢表面淬火和化学热处理和热处理新技术新工艺应用艺应用。第75页作业：p1296-2、6-8、6-10、6-11、6-12、6-13第76页