4.4 表面淬火与化学热处理.pptVIP

§4.4 钢的表面热处理Surface strengthening technology 表面强化旨在增强材料表面强度、硬度、耐磨性、耐蚀性、物理性能及美观性等。 包括机械的、物理的、化学的等一系列表面强化处理方法。 表面热处理：为改变工件表面组织与性能而对工件表层进行的各种热处理工艺。 齿轮、凸轮、曲轴、活塞销等，要求表面高硬度和高耐磨性，心部具有足够的塑、韧性。 如选高碳钢淬火，硬度高，表面耐磨性好，但心部韧性差； 如选低碳钢淬火，心部韧性好，但表面硬度低，耐磨性差。 表面热处理强化:表面淬火、化学热处理 4.4.1 表面淬火 工件表层加热淬火，心部保持未淬火状态。 表层极细M（隐晶M），硬、耐磨； 心部为原始组织S正或S回，足够强度、塑韧性较好。 一、感应加热表面淬火 1）基本原理，见图4-35 铜制感应器—电流，工件表层同步感应电流—涡流，具有集肤效应，表层迅速加热到淬火温度，喷水淬硬。 电流频率越高，电流集中的表面层越薄。 2）感应加热的分类 ①高频感应加热（200～300kHz） 淬硬层0.5～2mm，小模数齿轮、小轴等。 ②中频感应加热（2.5～8kHz） 淬硬层2～10mm，大、中模数齿轮，较大直径的轴等。 ③工频感应加热（50Hz） 淬硬层10～20mm，大直径轧辊、火车轮、轴类等零件的传透加热。 3）感应淬火的特点 优点： ①加热速度快； ②表层获得极细小的M组织，其硬度比普通淬火高2～3HRC且脆性低；疲劳强度提高20~30％； ③表面质量好，氧化、脱碳、变形小； ④生产效率高，易机械化、自动化。 缺点： 设备贵，难以维修调整；不适于形状过于复杂的零件及单件生产。 最适宜钢种：中碳钢和中碳合金钢，45、40Cr、40MnB等。 含碳量过高，心部塑、韧性差，表层脆性大，易开裂；含碳量过低，降低表面淬硬层的硬度和耐磨性。 注意： 预处理有调质和正火，调质性能好； 表面淬火后必须立即低温回火。 二、火焰淬火 用氧—乙炔或煤气—氧燃烧加热工件表面，喷水冷却。 淬硬层2～6mm 操作、设备简单，成本低；但技术要求高，质量不稳定。 单件、小批生产及大型零件等。 4.4.2 钢的化学热处理 将工件置于某种化学介质中，加热、保温冷却，使一种或几种元素渗入工件表面，改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。 渗碳、碳氮共渗，HB↑、耐磨性↑、耐疲劳性↑； 氮化、渗硼、渗铬，硬、耐磨、耐蚀等。 一、渗碳(carburizing) 钢在渗碳介质中，加热、保温，碳原子渗入工件表层，淬火后，提高表层硬度、耐磨性。 1）渗碳方法 包括固体渗碳、气体渗碳、真空渗碳、液体渗碳等。 1、气体渗碳的基本过程 2、渗碳用钢、渗碳层的组织及热处理 ①渗碳用钢 低碳、低合金钢（WC=0.1％~0.25％） 渗碳后表层WC=0.85~1.05% ②组织： 工件渗碳后的组织由表面到心部依次为过共析（P+Fe3CⅡ）、共析（P）、亚共析（P+F）和原始组织（F+P）。 ③热处理 a.直接淬火法 b.一次淬火法 c.二次淬火法 第一次，AC3+30~50℃，改善心部，消除表层网状组织； 第二次，AC1+30~50℃，细化表层，M细+Fe3CⅡ 心部和表层组织细化，力学性能好，但工艺复杂，成本高。 渗碳淬火后，必须低温回火（150～200℃） 表层组织：M回+Fe3C+AR少，58～64HRC 心部组织：M回+F少量（低合金钢，淬透），35~45HRC F+P（低碳钢原始组织，未淬透）， 15HRC 二、钢的氮化 一定温度下，活性氮原子渗入工件表层，提高工件表层硬度、耐磨性、疲劳强度、红硬性和耐蚀性的热处理工艺。 渗氮包括气体渗氮、离子渗氮等。 三、碳氮共渗（氰化） 工件表层渗入碳和氮，以渗碳为主。 四、气体氮碳共渗（气体软氮化） 工件表层渗入碳和氮，以渗氮为主。 钢的氮化(气体氮化) 概念：氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。 　　它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。 　　氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴(如镗杆、磨床主轴)，高速柴油机曲轴、阀门等。 氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。 　　由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。 　　钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850)及耐磨性。 　　氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多