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1、弹弹簧簧热热处处理理第1页/共30页第八节第八节 钢的表面淬火钢的表面淬火表面淬火表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。火以强化零件表面的热处理方法。火焰加热火焰加热感应加热第2页/共30页表面淬火目的：表面淬火目的：使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即有足够的塑性和韧性。即表硬里韧表硬里韧。适用于适用于承受弯
2、曲、扭转、摩擦和冲击的零件。承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。轴轴的的感感应应加加热热表表面面淬淬火火第3页/共30页1、表面淬火用材料、表面淬火用材料 0.4-0.5%C的中碳钢。的中碳钢。含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。含碳量过高，心部韧性下降含碳量过高，心部韧性下降；铸铁铸铁 提高其表面耐磨性。提高其表面耐磨性。机床导轨表面淬火齿轮第4页/共30页2、预备热处理、预备热处理工艺：工艺：对于结构钢为对于结构钢为调质调质或或正火正火。前者性能高，用于要求高前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求的重要件，后者用于要求不高的普通件。不高的普通件。目的目
3、的:为表面淬火作组织准备；为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织。获得最终心部组织。回火索氏体索氏体第5页/共30页3、表面淬火后的回火、表面淬火后的回火采用低温回火采用低温回火，温度不高于，温度不高于200。回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。性。4、表面淬火、表面淬火+低温回火后的组织低温回火后的组织表层组织为表层组织为M回回；心部组织为；心部组织为S回回(调质调质)或或F+S(正正火火)。感应加热表面淬火感应淬火机床感应淬火机床第6页/共30页感应加热表面淬火示意图5、表面淬火常用加热方法表面淬火常用加热方法 感应加热感应加热:利用交变
4、电利用交变电流在工件表面感应巨大涡流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热流，使工件表面迅速加热的方法。的方法。第7页/共30页高高频频感感应应加加热热表表面面淬淬火火第8页/共30页感应加热分为：感应加热分为：高频感应加热高频感应加热 频频率率为为250-300KHz，淬淬 硬硬层层 深深度度0.5-2mm传动轴连续淬火感应器感应加热表面淬火齿轮的截面图第9页/共30页 中频感应加热中频感应加热 频频 率率 为为 2500-8000Hz，淬淬 硬硬层深度层深度2-10mm。各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴第10页/共30页 工频感应加热工频感应加热频率为频率为50Hz,淬淬硬层
5、深度硬层深度10-15 mm各种感应器感应穿透加热第11页/共30页 火焰加热火焰加热:利用乙炔火焰利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制。成本低，但质量不易控制。激光热处理激光热处理:利用高能量利用高能量密度的激光对工件表面进行密度的激光对工件表面进行加热的方法。加热的方法。效率高，质量效率高，质量好。好。火焰加热表面淬火示意图激光表面热处理火焰加热表面淬火第12页/共30页激激光光表表面面热热处处理理第13页/共30页第九节第九节 钢的化学热处理钢的化学热处理化学热处理化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，是将工件置于特定介质中加热保温，使使
6、介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。第14页/共30页与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。组织，还改变其化学成分。化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。氮化、多元共渗、渗其他元素等。可控气氛渗碳炉渗碳回火炉第15页/共30页一、一、化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程 1、介质介质(渗剂渗剂)的分解的分解:分分解
7、的同时释放出活性原子。解的同时释放出活性原子。如：如：渗碳渗碳 CH42H2+C 氮化氮化 2NH33H2+2N2、工件表面的吸收工件表面的吸收:活性活性原子向固溶体溶解或与钢原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。中某些元素形成化合物。3、原子向内部扩散。、原子向内部扩散。氮化扩散层第16页/共30页二、二、钢的渗碳钢的渗碳是指向钢的表面渗入碳原子的过程。是指向钢的表面渗入碳原子的过程。1、渗碳目的、渗碳目的提高工件表面硬度、提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好同时保持心部良好的韧性。的韧性。2、渗碳用钢、渗碳用钢l为含0.1-0.25%C的低碳钢。碳高
8、则心部韧性降低。经渗碳的机车从动齿轮第17页/共30页气体渗碳法示意图3、渗碳方法、渗碳方法 气体渗碳法气体渗碳法将工件放入密封炉内，将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。在高温渗碳气氛中渗碳。渗剂为气体渗剂为气体(煤气、液煤气、液化气等化气等)或有机液体或有机液体(煤煤油、甲醇等油、甲醇等)。优点优点:质量好质量好,效率高；效率高；缺点:渗层成分与深度不易控制。第18页/共30页 固体渗碳法固体渗碳法将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。碳。渗剂为木炭。渗剂为木炭。优点：操作简单；优点：操作简单；缺点：渗速慢，劳动条件差。缺点：渗速慢，劳
9、动条件差。l 真空渗碳法l将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳。l优点:表面质量好,渗碳速度快。真空渗碳炉第19页/共30页4、渗碳温度、渗碳温度：为为900-950。渗碳层厚度渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）：（由表面到过度层一半处的厚度）：一般为一般为0.5-2mm。低碳钢渗碳缓冷后的组织l渗碳层表面含碳量：以0.85-1.05为最好。l渗碳缓冷后组织：表层为P+网状Fe3C;心部为F+P;中间为过渡区。第20页/共30页5、渗碳后的热处理、渗碳后的热处理淬火淬火+低温回火低温回火,回火温度为回火温度为160-180。淬火方淬火方法有：法有：预冷淬火法预冷淬火法渗碳
10、后预冷到略高于渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。温度直接淬火。渗碳后的热处理示意图第21页/共30页一次淬火法一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。：即渗碳缓冷后重新加热淬火。二次淬火法：二次淬火法：即渗碳缓冷后即渗碳缓冷后第一次加热为心部第一次加热为心部Ac3+30-50，细化心部细化心部；第二次加热为第二次加热为Ac1+30-50，细化表细化表层。层。渗碳后的热处理示意图第22页/共30页常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50淬火淬火+低温回火。低温回火。此时组织为：此时组织为：表层：表层：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)心部
11、：心部：M回回+F（淬透时）（淬透时）渗碳淬火后的表层组织M+F第23页/共30页三、三、钢的氮化钢的氮化 氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。1、氮化用钢、氮化用钢井式气体氮化炉l为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢。l常用钢号为38CrMoAl。l2、氮化温度为500-570l氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。第24页/共30页3、常用氮化方法、常用氮化方法气体氮化法与离子氮化法。气体氮化法与离子氮化法。气体氮化法与气体渗碳法气体氮化法与气体渗碳法类似，渗剂为氨。类似，渗剂为氨。离子氮化法是在电场作用离子氮化法是在电场作用下，使电离的氮离子高速下，使
12、电离的氮离子高速冲击作为阴极的工件。与冲击作为阴极的工件。与气体氮化相比，氮化时间气体氮化相比，氮化时间短，氮化层脆性小。短，氮化层脆性小。离子氮化炉第25页/共30页离离子子氮氮化化法法第26页/共30页4、氮化的特点及应用、氮化的特点及应用 氮化件表面硬度高（氮化件表面硬度高（HV1000-2000），耐磨），耐磨性高。性高。疲劳强度高。疲劳强度高。由于表面存在压应力。由于表面存在压应力。氮化层组织38CrMoAl氮化层硬度第27页/共30页工件变形小。工件变形小。原因是氮化温度低，氮化后不需原因是氮化温度低，氮化后不需进行热处理。进行热处理。耐蚀性好。耐蚀性好。因为表层形成的氮化物化学稳定性因为表层形成的氮化物化学稳定性高。高。氮化的缺点：氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄。工艺复杂，成本高，氮化层薄。用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。如仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴耐蚀件。如仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。等。缝纫机用氮化件经氮化的机车曲轴第28页/共30页Thanks for your attention!Have a good weekend!第29页/共30页感谢您的观看。第30页/共30页