材料与热处理项目七分析.pptx
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1、项目七项目七 钢的化学热处理钢的化学热处理7.1 渗碳渗碳7.2 渗氮渗氮7.3 碳氮共渗碳氮共渗本篇小结本篇小结7.1 渗碳渗碳将钢放入渗碳的介质中加热并保温,使活性碳原子渗入钢的表将钢放入渗碳的介质中加热并保温,使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。其目的是通过渗碳及随后的淬火和低温回层的工艺称为渗碳。其目的是通过渗碳及随后的淬火和低温回火,使工件表面具有高的硬度、耐磨性和良好的抗疲劳性能,火,使工件表面具有高的硬度、耐磨性和良好的抗疲劳性能,而心部具有较高的强度和良好的韧性。渗碳广泛用于在磨损情而心部具有较高的强度和良好的韧性。渗碳广泛用于在磨损情况下工作并承受冲击载荷、交变载荷的工件
2、,如汽车、拖拉机况下工作并承受冲击载荷、交变载荷的工件,如汽车、拖拉机的传动齿轮,内燃机的活塞销等。的传动齿轮,内燃机的活塞销等。下一页返回7.1 渗碳渗碳7.1.1渗碳处理的原理与形式渗碳处理的原理与形式1.渗碳方法渗碳方法根据所用渗碳介质的工作状态,渗碳方法一般分为气体渗碳、固体根据所用渗碳介质的工作状态,渗碳方法一般分为气体渗碳、固体渗碳、真空渗透和盐浴渗碳等。常用的是气体渗碳和固体渗碳,尤渗碳、真空渗透和盐浴渗碳等。常用的是气体渗碳和固体渗碳,尤其是气体渗碳法。其是气体渗碳法。(1)气体渗碳。气体渗碳法是将工件放入密封的渗碳炉内,加热到气体渗碳。气体渗碳法是将工件放入密封的渗碳炉内,加
3、热到900 950,然后向炉内滴入煤油、苯、甲醇等有机液体,然后向炉内滴入煤油、苯、甲醇等有机液体,或直接通入煤气、石油液化气等气体,通过化学反应产生活性碳原或直接通入煤气、石油液化气等气体,通过化学反应产生活性碳原子,使钢件表面渗碳,如子,使钢件表面渗碳,如图图7-1所示。渗碳使低碳所示。渗碳使低碳(碳质量分数为碳质量分数为0.15%-0.30%)钢件表面获得高浓度的碳。气体渗碳法的优点钢件表面获得高浓度的碳。气体渗碳法的优点是生产效率高,渗层质量好,劳动强度低,便于直接淬火。是生产效率高,渗层质量好,劳动强度低,便于直接淬火。上一页 下一页返回7.1 渗碳渗碳(2)固体渗碳。固体渗碳法是将
4、工件埋在固体渗碳剂中,装箱固体渗碳。固体渗碳法是将工件埋在固体渗碳剂中,装箱密封,放入一般的加热炉中加热到渗碳温度保温,使工件表面密封,放入一般的加热炉中加热到渗碳温度保温,使工件表面增碳,是一种古老的方法。增碳,是一种古老的方法。固体渗碳剂是由主渗剂固体渗碳剂是由主渗剂(木炭粒木炭粒)和催渗剂和催渗剂(BaC03)组成的组成的混合物。在渗碳温度下,渗碳剂发生如下反应混合物。在渗碳温度下,渗碳剂发生如下反应:上一页 下一页返回7.1 渗碳渗碳 固体渗碳法的渗碳速度,大约每保温一小时,平均渗入固体渗碳法的渗碳速度,大约每保温一小时,平均渗入0.1 mm。固体渗碳的优点是设备简单,成本较低,大小零
5、件都可用。缺固体渗碳的优点是设备简单,成本较低,大小零件都可用。缺点是渗碳速度慢,生产效率低,劳动条件差,渗碳后不易直接点是渗碳速度慢,生产效率低,劳动条件差,渗碳后不易直接淬火。淬火。(3)真空渗碳。真空渗碳是将零件放入特制的真空渗碳炉中,真空渗碳。真空渗碳是将零件放入特制的真空渗碳炉中,先抽真空达到一定的真空度,然后将炉温升至渗碳温度,再通先抽真空达到一定的真空度,然后将炉温升至渗碳温度,再通入一定量的富化气进行渗碳。由于炉内无氧化性气体等其他不入一定量的富化气进行渗碳。由于炉内无氧化性气体等其他不纯物质,零件无吸附气体,因而工件表面活性大,通入富化气纯物质,零件无吸附气体,因而工件表面活
6、性大,通入富化气后,渗碳速度快后,渗碳速度快(获得同样渗层厚度,渗碳时间约为普通气体获得同样渗层厚度,渗碳时间约为普通气体渗碳的渗碳的1/3),而且表面光亮。,而且表面光亮。上一页 下一页返回7.1 渗碳渗碳2.渗碳后的组织渗碳后的组织 常用于渗碳的钢为低碳钢和低碳合金钢,如常用于渗碳的钢为低碳钢和低碳合金钢,如20,20Cr,20CrMnTi,12CrNi3等。渗碳后渗层中的含碳量表面最高等。渗碳后渗层中的含碳量表面最高(约约1.0%,由表及里逐渐降低至原始含碳量。所以渗碳后缓,由表及里逐渐降低至原始含碳量。所以渗碳后缓冷组织自表面至心部依次为冷组织自表面至心部依次为:过共析组织过共析组织(
7、珠光体珠光体+碳化物碳化物)、共、共析组织析组织(珠光体珠光体)、亚共析组织、亚共析组织(珠光体珠光体+铁素体铁素体)的过渡层,直的过渡层,直至心部的原始组织。对于碳钢,渗层深度规定为至心部的原始组织。对于碳钢,渗层深度规定为:从表层到过渡从表层到过渡层一半层一半(50%P+50%F)的厚度。的厚度。图图7-2为低碳钢渗碳缓冷为低碳钢渗碳缓冷后的显微组织。后的显微组织。根据渗层组织和性能的要求,一般零件表层含碳量最好控制在根据渗层组织和性能的要求,一般零件表层含碳量最好控制在0.85%-1.05%,若含碳量过高,会出现较多的网状或块,若含碳量过高,会出现较多的网状或块状碳化物,则渗碳层变脆,容
8、易脱落状碳化物,则渗碳层变脆,容易脱落;上一页 下一页返回7.1 渗碳渗碳 含碳量过低,则硬度不足,耐磨性差。含碳量过低,则硬度不足,耐磨性差。渗碳层含碳量和渗碳层深度依靠控制通入的渗碳剂量、渗碳时渗碳层含碳量和渗碳层深度依靠控制通入的渗碳剂量、渗碳时间和渗碳温度来保证。间和渗碳温度来保证。当渗碳零件有不允许高硬度的部位时,如装配孔等,应在设计当渗碳零件有不允许高硬度的部位时,如装配孔等,应在设计图样上予以注明。该部位可采取镀铜或涂抗渗涂料的方法来防图样上予以注明。该部位可采取镀铜或涂抗渗涂料的方法来防止渗碳,也可采取多留加工余量的方法,待零件渗碳后在淬火止渗碳,也可采取多留加工余量的方法,待
9、零件渗碳后在淬火前去掉该部位的渗碳层前去掉该部位的渗碳层(即退碳即退碳)。3.渗碳后的热处理渗碳后的热处理工件渗碳后,必须经过淬火和低温回火,才能达到性能要求。工件渗碳后,必须经过淬火和低温回火,才能达到性能要求。根据工件材料和性能要求的不同,其淬火方法有三种。根据工件材料和性能要求的不同,其淬火方法有三种。上一页 下一页返回7.1 渗碳渗碳(1)延时淬火法。工件渗碳后出炉,自渗碳温度预冷到略高于延时淬火法。工件渗碳后出炉,自渗碳温度预冷到略高于心部心部Ar3的温度后立即淬火。这种方法不需重新加热淬火,因的温度后立即淬火。这种方法不需重新加热淬火,因而减少了热处理变形,节省了时间和费用。但由于
10、渗碳温度高,而减少了热处理变形,节省了时间和费用。但由于渗碳温度高,加热时间长,因而奥氏体晶粒易粗大,淬火后残余奥氏体量较加热时间长,因而奥氏体晶粒易粗大,淬火后残余奥氏体量较多。所以只适用于本质细晶粒钢和性能要求不高的工件。多。所以只适用于本质细晶粒钢和性能要求不高的工件。(2)一次淬火法。一次淬火法是将工件渗碳后缓冷,然后再重一次淬火法。一次淬火法是将工件渗碳后缓冷,然后再重新加热进行淬火。淬火温度的选择应兼顾表层和心部,使表层新加热进行淬火。淬火温度的选择应兼顾表层和心部,使表层不过热而心部得到充分的强化。有时也偏重于心部或强化表层,不过热而心部得到充分的强化。有时也偏重于心部或强化表层
11、,如强化心部则加热到如强化心部则加热到Ar3以上完全淬火,如要强化表层则应加以上完全淬火,如要强化表层则应加热到热到Ar1以上不完全淬火。以上不完全淬火。上一页 下一页返回7.1 渗碳渗碳(3)二次淬火。二次淬火是将工件渗碳缓冷后再进行两次淬火二次淬火。二次淬火是将工件渗碳缓冷后再进行两次淬火或正火加一次淬火。第一次淬火或正火是为了细化心部晶粒和或正火加一次淬火。第一次淬火或正火是为了细化心部晶粒和消除网状渗碳体,加热温度应高于心部消除网状渗碳体,加热温度应高于心部Ar3温度。第二次淬火温度。第二次淬火选在表层选在表层Ar1以上加热,这样可细化表层组织,对于心部影响以上加热,这样可细化表层组织
12、,对于心部影响不大。两次淬火法工艺复杂,周期长,成本高,且工件变形、不大。两次淬火法工艺复杂,周期长,成本高,且工件变形、氧化脱碳倾向增大,应尽量少用。氧化脱碳倾向增大,应尽量少用。渗碳件经淬火和渗碳件经淬火和170 200低温回火后,表层组织为回低温回火后,表层组织为回火马氏体火马氏体+粒状碳化物粒状碳化物+少量残余奥氏体,硬度可达少量残余奥氏体,硬度可达58 64HRC。心部组织淬透时为低碳回火马氏体,未淬透时为。心部组织淬透时为低碳回火马氏体,未淬透时为索氏体索氏体+铁素体。铁素体。上一页 下一页返回7.1 渗碳渗碳7.1.2渗碳处理的注意事项渗碳处理的注意事项(1)渗碳前的预处理正火。
13、目的是改善材料原始组织、减少带渗碳前的预处理正火。目的是改善材料原始组织、减少带状、消除魏氏组织,使表面粗糙度变细,消除材料流线不合理状、消除魏氏组织,使表面粗糙度变细,消除材料流线不合理状态。正火工艺状态。正火工艺:用用860980空冷、空冷、179217 HBS。(2)渗碳后需进行机械加工的工件,硬度不应高于渗碳后需进行机械加工的工件,硬度不应高于30 HRC。(3)对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件,薄壁沟槽处不能先于渗对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件,薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工。碳之前加工。(4)不得用镀锌的方法防渗碳。不得用镀锌的方法防渗碳。上一页返回7.2 渗氮渗氮渗氮俗称氮化,是在一定
14、温度下一定介质中使氮原子渗入工件渗氮俗称氮化,是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。目的是提高工件表面的硬度和耐磨性,表层的化学热处理工艺。目的是提高工件表面的硬度和耐磨性,并可提高疲劳强度和耐腐蚀性。与渗碳相比,渗氮处理后零件并可提高疲劳强度和耐腐蚀性。与渗碳相比,渗氮处理后零件具有具有:(1)高的硬度高的硬度(10001 200HV)和耐磨性。和耐磨性。(2)高的疲劳强度。高的疲劳强度。(3)变形小,体积稍有胀大。变形小,体积稍有胀大。(4)并具有良好的热硬性,并具有良好的热硬性,(60065 0)仍有较高的仍有较高的硬度,较好的抗蚀性。硬度,较好的抗蚀性。下一页返
15、回7.2 渗氮渗氮渗氮的缺点是周期长、成本高、渗层薄而脆,不能承受太大的渗氮的缺点是周期长、成本高、渗层薄而脆,不能承受太大的接触应力和冲击载荷。因此,它主要用于耐磨性及精度均要求接触应力和冲击载荷。因此,它主要用于耐磨性及精度均要求很高的传动件,或要求耐热、耐磨及耐腐蚀的零件。例如,高很高的传动件,或要求耐热、耐磨及耐腐蚀的零件。例如,高精度机床丝杠、撞床及磨床主轴、精密传动齿轮和轴、汽轮机精度机床丝杠、撞床及磨床主轴、精密传动齿轮和轴、汽轮机阀门及阀杆等。阀门及阀杆等。上一页 下一页返回7.2 渗氮渗氮7.2.1渗氮处理的原理与形式渗氮处理的原理与形式1.渗氮处理的原理渗氮处理的原理 渗氮
16、是由分解、吸收、扩散三个基本过程所组成。渗氮是由分解、吸收、扩散三个基本过程所组成。渗氮时分解出的活性氮原子被钢表面吸收,首先溶入固溶体,渗氮时分解出的活性氮原子被钢表面吸收,首先溶入固溶体,然后与铁和合金元素形成化合物,最后向心部扩散,形成一定然后与铁和合金元素形成化合物,最后向心部扩散,形成一定厚度的渗氮层。钢不能吸收氮分子,分解氮气来得到活性氟原厚度的渗氮层。钢不能吸收氮分子,分解氮气来得到活性氟原子也非常困难,所以渗氮过程中要利用氨气在高于子也非常困难,所以渗氮过程中要利用氨气在高于300的高的高温下与工件接触,在工件表面氨分解出活性氮原子供给氮化件温下与工件接触,在工件表面氨分解出活
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