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1、YCF（中职）金工实习第5章教学ppt课件第第5章章 热处理热处理5.1 概述概述5.2 退火与正火退火与正火5.3 淬火与回火淬火与回火5.4 表面热处理表面热处理5.5 常用的热处理设备常用的热处理设备5.6 热处理常见缺陷热处理常见缺陷下一页返回第第5章章 热处理热处理了解钢的热处理的原理、作用以及常用热处理方法。了解常用热处理了解钢的热处理的原理、作用以及常用热处理方法。了解常用热处理设备的种类和结构了解材料表面处理的作用及常用方法设备的种类和结构了解材料表面处理的作用及常用方法上一页返回5.1 概述概述热处理是一种重要的金属热加工工艺。热处理是机械零件及工模具制热处理是一种重要的金属
2、热加工工艺。热处理是机械零件及工模具制造过程中的重要工序之一，通过热处理可以提高使用性能，改善工艺造过程中的重要工序之一，通过热处理可以提高使用性能，改善工艺性能，达到充分发挥材料的性能潜力，从而扩大了材料的使用范围，性能，达到充分发挥材料的性能潜力，从而扩大了材料的使用范围，提高产品质量，延长使用寿命，提高了材料的利用率，提高经济效益。提高产品质量，延长使用寿命，提高了材料的利用率，提高经济效益。因此在汽车、拖拉机及各类机床上有因此在汽车、拖拉机及各类机床上有70%80%的钢铁零件要进行热的钢铁零件要进行热处理，工模具、量具和轴承等则全部需要进行热处理。处理，工模具、量具和轴承等则全部需要进
3、行热处理。所谓热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷所谓热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺方法。热处理方法很多，常却以获得所需要的组织结构与性能的工艺方法。热处理方法很多，常用的有普通热处理用的有普通热处理(退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火)及表面热处理及表面热处理(表面淬火表面淬火和表面化学热处理和表面化学热处理)等。热处理方法不同，所得到的效果也不同。各种等。热处理方法不同，所得到的效果也不同。各种热处理工序常穿插于冷、热加工工序中进行。热处理工序常穿插于冷、热加工工序中进行。下一页返回5.1 概述概述
4、热处理既可以作为预先工序以消除上一工序所遗留的某些缺陷，为下热处理既可以作为预先工序以消除上一工序所遗留的某些缺陷，为下一工序准备条件，也可作为最终工序以进一步改善材料的性能。一工序准备条件，也可作为最终工序以进一步改善材料的性能。合理安排热处理工序的位置，对于保证零件质量和改善切削加工性能，合理安排热处理工序的位置，对于保证零件质量和改善切削加工性能，具有重要意义。具有重要意义。热处理工艺过程，包括下列三个步骤。热处理工艺过程，包括下列三个步骤。1.加热加热以一定的加热速度把零件加热到规定的温度范围。这个温度范围可根以一定的加热速度把零件加热到规定的温度范围。这个温度范围可根据不同的金属材料
5、，不同的热处理要求确定。据不同的金属材料，不同的热处理要求确定。2.保温保温工件在规定温度下，恒温保持一定时间的操作，使零件内、外温度均工件在规定温度下，恒温保持一定时间的操作，使零件内、外温度均匀。匀。上一页 下一页返回5.1 概述概述3.冷却冷却保温后的零件以一定的冷却速度冷却下来。保温后的零件以一定的冷却速度冷却下来。把零件的加热、保温、冷却过程绘制在温度一时间坐标上，就可以得把零件的加热、保温、冷却过程绘制在温度一时间坐标上，就可以得到到图图5-1所示的热处理工艺曲线。改变其加热温度和冷却方式，可以所示的热处理工艺曲线。改变其加热温度和冷却方式，可以获得不同的热处理工艺。获得不同的热处
6、理工艺。上一页返回5.2 退火与正火退火与正火5.2.1退火退火退火是将金属或合金加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却退火是将金属或合金加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火的主要目的是的热处理工艺。退火的主要目的是:降低硬度、消除内应力、改善组织降低硬度、消除内应力、改善组织和性能、为后续的机械加工和热处理做好准备。和性能、为后续的机械加工和热处理做好准备。生产上常用的退火方法有消除中碳钢铸件等缺陷的退火方法，其包含生产上常用的退火方法有消除中碳钢铸件等缺陷的退火方法，其包含:完全退火、球化退火和去应力退火。完全退火、球化退火和去应力退火。1.完全退火完全退火完全
7、退火是将钢件加热到完全退火是将钢件加热到 (加热时共析铁素体全部转变为奥氏体加热时共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度的终了温度)以上以上30 50 ，保持一定时间，随之缓慢冷却，获得，保持一定时间，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。完全退火主要用于亚共析钢的铸件、接近平衡状态组织的退火工艺。完全退火主要用于亚共析钢的铸件、焊接件、锻件和轧件等。焊接件、锻件和轧件等。下一页返回5.2 退火与正火退火与正火2.球化退火球化退火球化退火是使钢件加热到球化退火是使钢件加热到 以上以上2030，充分保温使未溶二次，充分保温使未溶二次渗碳体球化，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。其目的是获得球粒
8、状渗碳体球化，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。其目的是获得球粒状碳化物，降低硬度，提高塑性，以利于切削加工，为后续工序做好组碳化物，降低硬度，提高塑性，以利于切削加工，为后续工序做好组织准备。球化退火主要用于高碳工具钢、模具钢、轴承钢。织准备。球化退火主要用于高碳工具钢、模具钢、轴承钢。3.去应力退火去应力退火去应力退火是把工件加热到去应力退火是把工件加热到 以下以下100200，保温后空冷或炉，保温后空冷或炉冷至冷至 200300 ，再出炉空冷。目的是为了去除由于塑性形变加，再出炉空冷。目的是为了去除由于塑性形变加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力。工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应
9、力。上一页 下一页返回5.2 退火与正火退火与正火5.2.2正火正火正火是将钢件加热到正火是将钢件加热到 以上以上3050 ，保温适当的时间后，在，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。静止的空气中冷却的热处理工艺。正火的目的是细化晶粒，消除内应力，这与退火的目的基本相同。但正火的目的是细化晶粒，消除内应力，这与退火的目的基本相同。但由于正火冷却速度比退火冷却速度快，故同类钢正火后的硬度和强度由于正火冷却速度比退火冷却速度快，故同类钢正火后的硬度和强度要略高于退火，而塑性和韧性稍有降低。正火不是随炉冷却，其生产要略高于退火，而塑性和韧性稍有降低。正火不是随炉冷却，其生产率高，成本低
10、。率高，成本低。因此在满足性能要求的前提下，应尽量采用正火。重要的机械零件常因此在满足性能要求的前提下，应尽量采用正火。重要的机械零件常用正火做预备热处理，对性能要求不高的普通机械零件可采用正火做用正火做预备热处理，对性能要求不高的普通机械零件可采用正火做最终热处理。退火和正火的加热温度范围如最终热处理。退火和正火的加热温度范围如图图5-2所示。所示。上一页返回5.3 淬火与回火淬火与回火5.3.1淬火淬火淬火是将钢件加热到淬火是将钢件加热到 或或 线以上某一温度，保持一定时间，然线以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和后以适当速度冷却获得马氏体和(或或)贝氏体组织的热处理
11、工艺。淬火贝氏体组织的热处理工艺。淬火的目的是提高钢的硬度和耐磨性。淬火是钢件强化最经济有效的热处的目的是提高钢的硬度和耐磨性。淬火是钢件强化最经济有效的热处理工艺，几乎所有的工模具和重要零部件都需要进行淬火处理，因此理工艺，几乎所有的工模具和重要零部件都需要进行淬火处理，因此淬火也是热处理中应用最广的工艺之一。淬火也是热处理中应用最广的工艺之一。1.淬火加热温度淬火加热温度淬火的加热温度选择应以得到细而均匀的奥氏体晶粒为原则，以便冷淬火的加热温度选择应以得到细而均匀的奥氏体晶粒为原则，以便冷却后获得细小的马氏体组织。钢的淬火加热温度主要取决于钢的化学却后获得细小的马氏体组织。钢的淬火加热温度
12、主要取决于钢的化学成分，碳钢的淬火加热温度依据铁碳合金相图确定，见成分，碳钢的淬火加热温度依据铁碳合金相图确定，见图图5-3。碳的。碳的质量分数小于质量分数小于0.77%的碳钢淬火加热温度是的碳钢淬火加热温度是 (305 0);下一页返回5.3 淬火与回火淬火与回火碳的质量分数大于碳的质量分数大于0.77%的碳钢淬火加热温度是的碳钢淬火加热温度是 +(30一一50)。选择合适的淬火加热温度是保证钢件淬火后达到要求的重要条件。加选择合适的淬火加热温度是保证钢件淬火后达到要求的重要条件。加热温度偏高或偏低都会影响钢件的淬火质量。淬火加热温度过高，会热温度偏高或偏低都会影响钢件的淬火质量。淬火加热温
13、度过高，会使钢的性能变坏使钢的性能变坏;温度过低，淬火后硬度不足。温度过低，淬火后硬度不足。钢件淬火后的硬度主要取决于工件碳含量，在正常淬火工艺条件下，钢件淬火后的硬度主要取决于工件碳含量，在正常淬火工艺条件下，钢件碳含量越高，则淬火后的硬度一也越高。高碳钢淬火后的硬度一钢件碳含量越高，则淬火后的硬度一也越高。高碳钢淬火后的硬度一般为般为6066 HRC;低碳钢淬火后的硬度小于低碳钢淬火后的硬度小于35 HRC;中碳钢淬火后的中碳钢淬火后的硬度介于两者之间。硬度介于两者之间。表表5-1列出了常用碳钢淬火的加热温度范围。列出了常用碳钢淬火的加热温度范围。2.保温时间保温时间将淬火钢件放人加热炉后
14、，炉温逐渐上升，当达到预定淬火加热温度将淬火钢件放人加热炉后，炉温逐渐上升，当达到预定淬火加热温度时，开始计算保温时间。实际生产中，常用经验公式计算保温时间时，开始计算保温时间。实际生产中，常用经验公式计算保温时间t上一页 下一页返回5.3 淬火与回火淬火与回火式中式中 K加热系数，与加热炉种类和装炉量等因素有关。在空气电加热系数，与加热炉种类和装炉量等因素有关。在空气电阻炉中加热时阻炉中加热时:K=1 min/mm;在盐浴炉中加热时在盐浴炉中加热时:K=0.30.5min/mm;D零件的有效厚度零件的有效厚度(mm)。3.淬火介质的选择淬火介质的选择淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体
15、组织，淬火冷却速度淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应必须大于临界冷却速度。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应力，这往往会引起工件变形与开裂。淬火的冷却速度取决于冷却介质力，这往往会引起工件变形与开裂。淬火的冷却速度取决于冷却介质的选择。常用的淬火冷却介质是水、油、盐水和碱水及其他合成淬火的选择。常用的淬火冷却介质是水、油、盐水和碱水及其他合成淬火液。盐水或水溶液冷却速度快，一般用于形状简单的碳钢件液。盐水或水溶液冷却速度快，一般用于形状简单的碳钢件;油的冷却油的冷却速度较慢，一般用于形状复杂的合金钢件。总
16、之，使用何种介质可依速度较慢，一般用于形状复杂的合金钢件。总之，使用何种介质可依据零件材质、形状、大小以及该零件的热处理技术要求等。据零件材质、形状、大小以及该零件的热处理技术要求等。上一页 下一页返回5.3 淬火与回火淬火与回火4.淬火方法淬火方法采用适当的淬火方法可以弥补冷却介质的不足，常见的淬火方法有以采用适当的淬火方法可以弥补冷却介质的不足，常见的淬火方法有以下几种。下几种。(1)单液淬火法。单液淬火法是指将加热工件在一种介质中连续冷却到单液淬火法。单液淬火法是指将加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。适用于形状简单的碳钢和合金钢工件。该方法操作室温的淬火方法。适用于形状简单的
17、碳钢和合金钢工件。该方法操作简单，易实现机械化，应用较广。简单，易实现机械化，应用较广。(2)双液淬火法。双液淬火法是指将加热工件先在一种冷却能力强的介双液淬火法。双液淬火法是指将加热工件先在一种冷却能力强的介质中冷却躲过质中冷却躲过C曲线曲线“鼻尖鼻尖”后再转入另一种冷却能力较弱的介质中后再转入另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的淬火方法。常用的如水淬油冷、油淬空冷等。其优发生马氏体转变的淬火方法。常用的如水淬油冷、油淬空冷等。其优点是冷却比较理想，缺点是在第一种介质中的停留时间不易掌握，需点是冷却比较理想，缺点是在第一种介质中的停留时间不易掌握，需要具有实践经验。该方法主要用于形状复
18、杂的碳钢工件及大型合金钢要具有实践经验。该方法主要用于形状复杂的碳钢工件及大型合金钢工件。工件。上一页 下一页返回5.3 淬火与回火淬火与回火(3)分级淬火法。分级淬火法是指将加热工件在分级淬火法。分级淬火法是指将加热工件在M*点附近的盐浴或碱点附近的盐浴或碱浴中淬火，待工件内外温度均匀后再取出随炉缓慢冷却的淬火方法。浴中淬火，待工件内外温度均匀后再取出随炉缓慢冷却的淬火方法。该方法可显著降低工件的内应力，减少变形或开裂的倾向，主要用于该方法可显著降低工件的内应力，减少变形或开裂的倾向，主要用于尺寸较小，形状复杂的工件。尺寸较小，形状复杂的工件。(4)等温淬火法。等温淬火法是指将加热工件在稍高
19、于等温淬火法。等温淬火法是指将加热工件在稍高于Ms温度的盐浴温度的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。经等或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。经等温淬火的零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小，适用于形状复温淬火的零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小，适用于形状复杂及尺寸精度要求较高的零件。杂及尺寸精度要求较高的零件。5.工件浸入淬火介质的操作方法工件浸入淬火介质的操作方法淬火操作过程中除了正确选择淬火加热温度、保温时间和淬火介质外，淬火操作过程中除了正确选择淬火加热温度、保温时间和淬火介质外，还要注意工件浸入冷却介质的方式。还要注意工件浸入冷却介
20、质的方式。上一页 下一页返回5.3 淬火与回火淬火与回火如果浸入方式不当，会使工件冷却不均，造成很大的内应力，引起变如果浸入方式不当，会使工件冷却不均，造成很大的内应力，引起变形或开裂。操作中，厚薄不均的零件应将厚的部分先浸入形或开裂。操作中，厚薄不均的零件应将厚的部分先浸入;细长或薄而细长或薄而平的工件应垂直浸入平的工件应垂直浸入;截面不均的工件应斜着放下去，使工件各部分的截面不均的工件应斜着放下去，使工件各部分的冷却速度趋于一致冷却速度趋于一致;有不通孔的零件应孔朝上浸入，以利孔内空气排除有不通孔的零件应孔朝上浸入，以利孔内空气排除，等等。，等等。图图5-4展示了几种形状的零件浸入淬火介质
21、常见的方法。展示了几种形状的零件浸入淬火介质常见的方法。6.常见淬火缺陷及防止措施常见淬火缺陷及防止措施由于淬火工艺不合理或操作不当，以及因材质或零件结构方面原因，由于淬火工艺不合理或操作不当，以及因材质或零件结构方面原因，造成常见淬火缺陷有造成常见淬火缺陷有:过热和过烧、氧化和脱碳、硬度不足或软点、变过热和过烧、氧化和脱碳、硬度不足或软点、变形和开裂等。形和开裂等。上一页 下一页返回5.3 淬火与回火淬火与回火5.3.2回火回火回火是指钢件淬硬后，再加热到血，线以下的某一温度，保持一定时回火是指钢件淬硬后，再加热到血，线以下的某一温度，保持一定时间。然后冷却到室温的热处理工艺。间。然后冷却到
22、室温的热处理工艺。淬火后的钢件一般不能直接使用，必须进行回火后才能使用。因为淬淬火后的钢件一般不能直接使用，必须进行回火后才能使用。因为淬火钢的硬度高、性大，直接使用常发生脆断。回火的主要目的是降低火钢的硬度高、性大，直接使用常发生脆断。回火的主要目的是降低脆性，减小或消除内应力，防止变形与开裂，稳定工件组织和尺寸，脆性，减小或消除内应力，防止变形与开裂，稳定工件组织和尺寸，降低硬度，以利于切削加工。降低硬度，以利于切削加工。根据回火加热温度不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火根据回火加热温度不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种，见三种，见表表5-2。回火决定了零件最终的使
23、用性能，直接影响零件的质量和寿命。钢件回火决定了零件最终的使用性能，直接影响零件的质量和寿命。钢件回火保温时间要依据钢件的大小、装炉量及技术要求确定，一般在回火保温时间要依据钢件的大小、装炉量及技术要求确定，一般在0.51.5 h。上一页返回5.4 表面热处理表面热处理在机械设备中，有许多零件在机械设备中，有许多零件(如齿轮、凸轮、曲轴等如齿轮、凸轮、曲轴等)是在冲击载荷及是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。这类零件表面应具有高的强度、硬度和耐磨表面摩擦条件下工作的。这类零件表面应具有高的强度、硬度和耐磨性，而芯部具有足够的塑性和韧性，即表硬里韧。因此，就需要对零性，而芯部具有足够的塑性和韧性
24、，即表硬里韧。因此，就需要对零件进行表面热处理。表面热处理是指仅对工件表面进行热处理以改变件进行表面热处理。表面热处理是指仅对工件表面进行热处理以改变其组织和性能的工艺。表面热处理只对一定深度的表层进行强化，而其组织和性能的工艺。表面热处理只对一定深度的表层进行强化，而芯部基本上保持处理前的组织和性能，因而工件表面可获得高强度、芯部基本上保持处理前的组织和性能，因而工件表面可获得高强度、高耐磨性，而芯部获得高韧性三者比较满意的结合。同时由于表面热高耐磨性，而芯部获得高韧性三者比较满意的结合。同时由于表面热处理是局部加热，所以能显著减少淬火变形，降低能耗。常用的钢表处理是局部加热，所以能显著减少
25、淬火变形，降低能耗。常用的钢表面热处理壳分为表面淬火和表面化学热处理。面热处理壳分为表面淬火和表面化学热处理。下一页返回5.4 表面热处理表面热处理5.4.1表面淬火表面淬火表面淬火是利用快速加热使零件表面很快达到淬火温度并迅速予以冷表面淬火是利用快速加热使零件表面很快达到淬火温度并迅速予以冷却，以获得表层高硬度的淬火组织，而芯部仍为淬火前组织的热处理却，以获得表层高硬度的淬火组织，而芯部仍为淬火前组织的热处理工艺。常用的表面淬火方法有感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。工艺。常用的表面淬火方法有感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。1.感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火是利用感应
26、电流通过工件所产生的热效应，使工件感应加热表面淬火是利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面迅速加热到淬火温度并快速冷却的一种淬火方法。感应加热表面表面迅速加热到淬火温度并快速冷却的一种淬火方法。感应加热表面淬火示意图如淬火示意图如图图5-5所示。感应加热表面淬火根据所用电流频率的不所示。感应加热表面淬火根据所用电流频率的不同可分为以下几类。同可分为以下几类。上一页 下一页返回5.4 表面热处理表面热处理(1)高频感应加热淬火。频率为高频感应加热淬火。频率为200300 kHz，淬硬层小于，淬硬层小于2mm，适，适用于要求淬透层较薄的中、小尺寸的轴类零件及中、小模数齿轮等零用于要求淬透层
27、较薄的中、小尺寸的轴类零件及中、小模数齿轮等零件的表面淬火。件的表面淬火。(2)中频感应加热淬火。频率为中频感应加热淬火。频率为2 5008 000 Hz，淬硬层为，淬硬层为28 mm，适用于直径较大的轴类或大、中模数齿轮等零件的表面淬火。适用于直径较大的轴类或大、中模数齿轮等零件的表面淬火。(3)工频感应加热淬火。频率为工频感应加热淬火。频率为50 Hz，淬硬层深度在，淬硬层深度在1020mm，适，适用于大直径零件，如轧辊、火车轮的表面淬火。用于大直径零件，如轧辊、火车轮的表面淬火。这种热处理工艺由于加热速度快、表面氧化、脱碳和变形小，容易控这种热处理工艺由于加热速度快、表面氧化、脱碳和变形
28、小，容易控制和操作，因此，生产率高，易于实现机械化、自动化，适用成批生制和操作，因此，生产率高，易于实现机械化、自动化，适用成批生产。缺点是设备较贵，维修调整困难，形状复杂零件的感应器不易制产。缺点是设备较贵，维修调整困难，形状复杂零件的感应器不易制造。造。上一页 下一页返回5.4 表面热处理表面热处理2.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是利用氧一乙炔或其他可燃气体直接加热工件表面火焰加热表面淬火是利用氧一乙炔或其他可燃气体直接加热工件表面至淬火温度，然后立即喷水冷却的方法。火焰加热表面淬火方法简便，至淬火温度，然后立即喷水冷却的方法。火焰加热表面淬火方法简便，设备简单，投资少
29、，灵活性大，适用于单件或小批量零件淬火设备简单，投资少，灵活性大，适用于单件或小批量零件淬火;但由于但由于加热温度不易控制、工件表面易过热、淬火质量不够稳定等因素，限加热温度不易控制、工件表面易过热、淬火质量不够稳定等因素，限制了它在机械制造中的广泛应用。制了它在机械制造中的广泛应用。5.4.2表面化学热处理表面化学热处理表面化学热处理是将工件置于特定的介质中加热和保温，使一种或几表面化学热处理是将工件置于特定的介质中加热和保温，使一种或几种元素的原子渗入工件表面，以改变表层的化学成分和组织，从而获种元素的原子渗入工件表面，以改变表层的化学成分和组织，从而获得所需性能的热处理工艺。化学热处理的
30、目的是提高钢件的表面硬度、得所需性能的热处理工艺。化学热处理的目的是提高钢件的表面硬度、耐磨性和抗蚀性，而钢件的芯部仍保持原有性能。耐磨性和抗蚀性，而钢件的芯部仍保持原有性能。上一页 下一页返回5.4 表面热处理表面热处理常用的化学热处理有渗碳、渗氮、渗硼、渗铝、渗铬及几种元素共渗常用的化学热处理有渗碳、渗氮、渗硼、渗铝、渗铬及几种元素共渗(如碳氮共渗等如碳氮共渗等)。1.渗碳渗碳渗碳指为了增加钢件表面的含碳量和获得一定的碳浓度梯度，将钢件渗碳指为了增加钢件表面的含碳量和获得一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子深入表层的化学热处理工艺。渗碳在渗碳介质中加热并保温使碳原子深入表
31、层的化学热处理工艺。渗碳用于低碳钢和低碳合金结构钢，如用于低碳钢和低碳合金结构钢，如20钢、钢、20 Cr,20 CrMnTi等。渗碳等。渗碳后获得后获得0.520 mm的高碳表层，再经淬火、低温回火，使表面具有的高碳表层，再经淬火、低温回火，使表面具有高硬度、高耐磨性，而芯部具有良好塑性和韧度，使零件既耐磨，又高硬度、高耐磨性，而芯部具有良好塑性和韧度，使零件既耐磨，又抗冲击。渗碳用于在摩擦冲击条件下工作的零件，如汽车齿轮、活塞抗冲击。渗碳用于在摩擦冲击条件下工作的零件，如汽车齿轮、活塞销等。销等。上一页 下一页返回5.4 表面热处理表面热处理2.渗氮渗氮渗氮是将工件放在渗氮介质中加热、保温
32、，使氮原子渗入工件表层。渗氮是将工件放在渗氮介质中加热、保温，使氮原子渗入工件表层。零件渗氮后表面形成零件渗氮后表面形成0.50.6mm的氮化层，不需淬火就具有高的硬度、的氮化层，不需淬火就具有高的硬度、耐磨性、抗疲劳性和一定的耐蚀性，而且变形很小。但渗氮处理的时耐磨性、抗疲劳性和一定的耐蚀性，而且变形很小。但渗氮处理的时间长、成本高，目前主要用于间长、成本高，目前主要用于38CrMoAI钢制造精密丝杠、高精度机钢制造精密丝杠、高精度机床主轴等精密零件。床主轴等精密零件。3.渗铝渗铝渗铝是指向工件表面渗入铝原子的过程。渗铝件具有良好的高温抗氧渗铝是指向工件表面渗入铝原子的过程。渗铝件具有良好的
33、高温抗氧化能力，主要适用于石油、化工、冶金等方面的管道和容器。化能力，主要适用于石油、化工、冶金等方面的管道和容器。上一页 下一页返回5.4 表面热处理表面热处理4.渗铬渗铬渗铬是向工件表面渗入铬原子的过程。渗铬零件具有耐蚀、抗氧化、渗铬是向工件表面渗入铬原子的过程。渗铬零件具有耐蚀、抗氧化、耐磨和较好的抗疲劳性能，并兼有渗碳、渗氮和渗铝的优点。耐磨和较好的抗疲劳性能，并兼有渗碳、渗氮和渗铝的优点。5.渗硼渗硼渗硼是向工件表面渗入硼原子的过程。渗硼零件具有高硬度、高耐磨渗硼是向工件表面渗入硼原子的过程。渗硼零件具有高硬度、高耐磨性和好的热硬性性和好的热硬性(可达可达800)，并在盐酸、硫酸和碱
34、的介质中具有抗蚀，并在盐酸、硫酸和碱的介质中具有抗蚀性。性。渗硼应用在泥浆泵衬套、挤压螺杆、冷冲模及排污阀等方面，能显著渗硼应用在泥浆泵衬套、挤压螺杆、冷冲模及排污阀等方面，能显著提高使用寿命。提高使用寿命。上一页返回5.5 常用的热处理设备常用的热处理设备根据热处理工艺和生产的需要，一般热处理车间常用的热处理设备主根据热处理工艺和生产的需要，一般热处理车间常用的热处理设备主要包括要包括:热处理加热设备、冷却设备、辅助设备和质量检验设备等。热处理加热设备、冷却设备、辅助设备和质量检验设备等。5.5.1热处理加热设备热处理加热设备1.电阻炉电阻炉电阻炉的结构一般由炉壳、炉衬、炉门、电热元件、温控
35、部分等组成。电阻炉的结构一般由炉壳、炉衬、炉门、电热元件、温控部分等组成。布置在炉膛内的电热元件通电后发热，以对流和辐射方式对工件进行布置在炉膛内的电热元件通电后发热，以对流和辐射方式对工件进行加热。热处理电阻炉按工作温度不同，可分为高温炉加热。热处理电阻炉按工作温度不同，可分为高温炉(1 000以上以上)、中温炉中温炉(6001 000)和低温炉和低温炉(600以下以下)三类三类;按炉型构造不同，按炉型构造不同，可分为箱式炉、井式炉、台车式炉等多种。中温箱式电阻炉的应用最可分为箱式炉、井式炉、台车式炉等多种。中温箱式电阻炉的应用最为广泛，可用于碳素钢与合金钢工件的退火、正火和淬火的加热等为广
36、泛，可用于碳素钢与合金钢工件的退火、正火和淬火的加热等;下一页返回5.5 常用的热处理设备常用的热处理设备高温箱式电阻炉可用于高合金钢中、小件的淬火加热等高温箱式电阻炉可用于高合金钢中、小件的淬火加热等;低温井式电阻低温井式电阻炉一般用于工件的回火、气体渗氮、气体氮碳共渗等炉一般用于工件的回火、气体渗氮、气体氮碳共渗等;中温井式电阻炉中温井式电阻炉多用于气体渗碳等。多用于气体渗碳等。(1)箱式电阻炉。箱式电阻炉是利用电流通过布置在炉膛内的电热元箱式电阻炉。箱式电阻炉是利用电流通过布置在炉膛内的电热元件件(铬镍合金或铁铬铝合金铬镍合金或铁铬铝合金)发热，借辐射或对流作用，将热量传递给发热，借辐射
37、或对流作用，将热量传递给工件，使工件加热。工件，使工件加热。图图5-6是常用的中温箱式电阻炉结构示意图。这种炉子的外壳用钢板是常用的中温箱式电阻炉结构示意图。这种炉子的外壳用钢板和型钢焊接而成，内砌轻质耐火砖，电热元件布置在炉膛两侧和炉底，和型钢焊接而成，内砌轻质耐火砖，电热元件布置在炉膛两侧和炉底，热电偶从炉顶或后壁插入炉膛，通过控温仪表显示和控制温度。中温热电偶从炉顶或后壁插入炉膛，通过控温仪表显示和控制温度。中温箱式电阻炉通称箱式电阻炉通称RX3型，型，R”表示电阻炉，表示电阻炉，X”表示箱式，表示箱式，3”表示设表示设计序号。计序号。上一页 下一页返回5.5 常用的热处理设备常用的热处
38、理设备如如RX3459表示炉子的功率为表示炉子的功率为45 kW,最高工作温度为最高工作温度为950。炉。炉膛尺寸为膛尺寸为1 200mmx 600mmx 500mm最大生产率可达最大生产率可达200 km/h。箱式电阻炉适用于钢铁材料和有色金属的退火、正火、淬火、回火热箱式电阻炉适用于钢铁材料和有色金属的退火、正火、淬火、回火热处理工艺的加热。处理工艺的加热。(2)井式电阻炉。井式电阻炉。图图5-7是中温井式电阻炉的结构示意图。炉体呈圆筒是中温井式电阻炉的结构示意图。炉体呈圆筒状，炉口向上并安有炉盖。一般将炉体部分或大部分置于地坑中，仅状，炉口向上并安有炉盖。一般将炉体部分或大部分置于地坑中
39、，仅露出地面露出地面600700mm，以方便工件的进炉和出炉。井式电阻炉由炉，以方便工件的进炉和出炉。井式电阻炉由炉体、炉衬、炉盖、电热元件和炉盖升降机构组成。井式电阻炉比箱式体、炉衬、炉盖、电热元件和炉盖升降机构组成。井式电阻炉比箱式电阻炉具有更优越的性能，炉顶装有风扇，加热温度均匀，细长工件电阻炉具有更优越的性能，炉顶装有风扇，加热温度均匀，细长工件可以垂直吊挂，并可利用各种吊车进料或出料。井式电阻炉型号为可以垂直吊挂，并可利用各种吊车进料或出料。井式电阻炉型号为RJ型，型，“R”表示电阻炉，表示电阻炉，”J”表示井式。表示井式。上一页 下一页返回5.5 常用的热处理设备常用的热处理设备如
40、如RJ2-40-9型的炉子表示功率为型的炉子表示功率为40 kW,最高工作温度为最高工作温度为950。炉膛。炉膛尺寸为尺寸为&450 mm x 800 mm,最高生产率为最高生产率为125 kg/h。井式电阻炉主要用于轴类零件或质量要求较高的细长工件的退火、正井式电阻炉主要用于轴类零件或质量要求较高的细长工件的退火、正火、淬火工艺的加热。火、淬火工艺的加热。井式电阻炉和箱式电阻炉使用都比较简单，在使用过程中应经常清除井式电阻炉和箱式电阻炉使用都比较简单，在使用过程中应经常清除炉内的氧化铁屑，进出料时必须切断电源，不得碰撞炉衬或十分靠近炉内的氧化铁屑，进出料时必须切断电源，不得碰撞炉衬或十分靠近
41、电热元件，以保证安全生产和电阻炉的使用寿命。电热元件，以保证安全生产和电阻炉的使用寿命。在气体渗碳或渗氮等的井式电阻炉内，有一炉罐用于放置工件，炉盖在气体渗碳或渗氮等的井式电阻炉内，有一炉罐用于放置工件，炉盖上安装有渗剂滴入装置。炉罐与炉盖之间等处都有密封装置，以防止上安装有渗剂滴入装置。炉罐与炉盖之间等处都有密封装置，以防止漏气。漏气。上一页 下一页返回5.5 常用的热处理设备常用的热处理设备2.盐浴炉盐浴炉盐浴炉是利用熔融的盐作为加热介质的热处理加热设备。最常用的是盐浴炉是利用熔融的盐作为加热介质的热处理加热设备。最常用的是电极盐浴炉，它是在池状炉膛内插入或在炉壁中埋入电极，通以低电电极盐
42、浴炉，它是在池状炉膛内插入或在炉壁中埋入电极，通以低电压、大电流的交流电，通过炉内的熔融盐液形成回路，借助熔盐的电压、大电流的交流电，通过炉内的熔融盐液形成回路，借助熔盐的电阻发热，使熔盐达到要求的温度，从而以对流和传导方式对浸在熔盐阻发热，使熔盐达到要求的温度，从而以对流和传导方式对浸在熔盐中的工件进行加热。中的工件进行加热。图图5-8为插入式电极盐浴炉的结构。为插入式电极盐浴炉的结构。启动电极盐浴炉时，须用辅助电极将盐熔化，再用主电极进行通电加启动电极盐浴炉时，须用辅助电极将盐熔化，再用主电极进行通电加热。盐浴在使用中还须定期脱氧。盐浴炉的优点是加热迅速均匀，工热。盐浴在使用中还须定期脱氧
43、。盐浴炉的优点是加热迅速均匀，工件不易氧化、脱碳，并且便于局部加热。盐浴炉广泛应用于中、小型件不易氧化、脱碳，并且便于局部加热。盐浴炉广泛应用于中、小型零件零件(尤其是合金钢的工、模具零件尤其是合金钢的工、模具零件)的正火和淬火加热以及多种化学的正火和淬火加热以及多种化学热处理。热处理。上一页 下一页返回5.5 常用的热处理设备常用的热处理设备3.其他热处理加热设备其他热处理加热设备其他热处理加热设备还有其他热处理加热设备还有:燃料炉燃料炉(燃煤炉、燃油炉和燃气炉等燃煤炉、燃油炉和燃气炉等)、流动、流动粒子炉、可控气氛加热炉、真空热处理炉、高频感应加热设备等。粒子炉、可控气氛加热炉、真空热处理
44、炉、高频感应加热设备等。5.5.2热处理冷却设备及其他设备热处理冷却设备及其他设备1.冷却设备冷却设备由于退火时的工件是随炉冷却，正火和回火的工件一般都是在空气中由于退火时的工件是随炉冷却，正火和回火的工件一般都是在空气中冷却，所以热处理冷却设备主要是指用于淬火的水槽和油槽等。其结冷却，所以热处理冷却设备主要是指用于淬火的水槽和油槽等。其结构一般为上日敞开的箱形或圆筒形槽体，内盛水或油等淬火介质，常构一般为上日敞开的箱形或圆筒形槽体，内盛水或油等淬火介质，常附有冷却系统或搅拌装置，以保持槽内淬火介质温度的稳定和均匀。附有冷却系统或搅拌装置，以保持槽内淬火介质温度的稳定和均匀。上一页 下一页返回
45、5.5 常用的热处理设备常用的热处理设备2.辅助设备辅助设备热处理辅助设备主要包括热处理辅助设备主要包括:用于清除工件表面氧化皮的清理设备，如清用于清除工件表面氧化皮的清理设备，如清理滚筒、喷砂机、酸洗槽等理滚筒、喷砂机、酸洗槽等;用于清洗工件表面钻附的盐、油等污物的用于清洗工件表面钻附的盐、油等污物的清洗设备，如清洗槽、清洗机等清洗设备，如清洗槽、清洗机等;用于校正热处理工件变形的校正设备用于校正热处理工件变形的校正设备，如手动压力机、液压校正机等，如手动压力机、液压校正机等;用于搬运工件的起重运输设备等。用于搬运工件的起重运输设备等。3.质量检验设备质量检验设备热处理质量检验设备通常有热处
46、理质量检验设备通常有:检验硬度的硬度试验机、检验裂纹的磁粉检验硬度的硬度试验机、检验裂纹的磁粉探伤机、检验材料内部组织的金相检验设备以及变形的压力机等。探伤机、检验材料内部组织的金相检验设备以及变形的压力机等。上一页返回5.6 热处理常见缺陷热处理常见缺陷1.氧化和脱碳氧化和脱碳工件加热时，钢表层的铁及合金元素与介质工件加热时，钢表层的铁及合金元素与介质(或气氛或气氛)中的氧气、二氧中的氧气、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。在工件表面化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。在工件表面生成氧化皮，会破坏工件表面粗糙度和尺寸精度。钢在加热时，表层生成氧化皮，会破坏工
47、件表面粗糙度和尺寸精度。钢在加热时，表层的碳与介质的碳与介质(或气氛或气氛)中的氧气、氢气、二氧化碳及水蒸气等发生反应，中的氧气、氢气、二氧化碳及水蒸气等发生反应，会降低表层碳浓度的现象称为脱碳。脱碳使工件表面硬度不均匀，降会降低表层碳浓度的现象称为脱碳。脱碳使工件表面硬度不均匀，降低了工件的耐磨性，影响工件热处理后的性能。防止氧化和减少脱碳低了工件的耐磨性，影响工件热处理后的性能。防止氧化和减少脱碳的措施有的措施有:控制加热温度和保温时间，在可控气氛中或在盐浴炉中加热控制加热温度和保温时间，在可控气氛中或在盐浴炉中加热等。等。2.过热和过烧过热和过烧过热是指加热温度过高或在高温下保温时间过长
48、，引起奥氏体晶粒粗过热是指加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化。化。下一页返回5.6 热处理常见缺陷热处理常见缺陷过烧是指加热温度过高，不但引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出过烧是指加热温度过高，不但引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化。过热可以通过重新正火或退火来纠正，现氧化或熔化，导致晶界弱化。过热可以通过重新正火或退火来纠正，而过烧只能报废。为了防止工件的过烧和过热，要正确选择加热温度而过烧只能报废。为了防止工件的过烧和过热，要正确选择加热温度和保温时间。和保温时间。3.变形和开裂变形和开裂由于淬火过程中快速冷却，在工件内部产生内应力，而导致工件
49、形状由于淬火过程中快速冷却，在工件内部产生内应力，而导致工件形状尺寸的变化或开裂。为了防止工件的变形和开裂，要合理选择热处理尺寸的变化或开裂。为了防止工件的变形和开裂，要合理选择热处理工艺及正确掌握淬火操作方法。工艺及正确掌握淬火操作方法。4.硬度不足硬度不足硬度不足产生的原因很多，可能是加热温度过低、保温时间短、淬火硬度不足产生的原因很多，可能是加热温度过低、保温时间短、淬火介质的冷却能力差、操作不当等。一旦发生后，要严格按照热处理工介质的冷却能力差、操作不当等。一旦发生后，要严格按照热处理工艺进行才能消除。艺进行才能消除。上一页返回图图5-1 热处理工热处理工艺艺曲线示曲线示意意图图返回图
50、图5-2 退火和正火的加热温度退火和正火的加热温度饭饭围围返回1-完全退火完全退火;2-正火正火图图5-3 碳钢淬火加热温度碳钢淬火加热温度范范围围返回表表5-1 常用碳素钢淬火加热温度常用碳素钢淬火加热温度范范围围返回图图5-4 各种形状零件浸入淬火介质的方各种形状零件浸入淬火介质的方法法返回表表5-2 常用回火方法及其应用常用回火方法及其应用返回图图5-5 感应加热表面淬火示感应加热表面淬火示意意图图返回1一工件一工件;2一感应圈冷却水一感应圈冷却水;3一淬火喷水套一淬火喷水套图图5-6 中温箱式电阻炉结构示中温箱式电阻炉结构示意意图图返回1-炉门炉门;2-炉体炉体;3-炉膛炉膛;4-耐热