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1、会计学1材料的表面材料的表面(biomin)强化强化第一页，共30页。4.4.1 4.4.1 表面表面(biomin)(biomin)强化概述强化概述(Introduction of surface Introduction of surface reinforcing)reinforcing)n n可可可可见见见见，表表表表面面面面强强强强化化化化是是是是表表表表面面面面工工工工程程程程的的的的核核核核心心心心内内内内容容容容，是是是是决决决决定定定定强强强强化化化化表表表表层层层层的的的的成成成成分分分分、组组组组织织织织、结构与性能的关键技术。结构与性能的关键技术。结构与性能的关键技术。
2、结构与性能的关键技术。n n按表面强化的工艺特点可分为如下按表面强化的工艺特点可分为如下按表面强化的工艺特点可分为如下按表面强化的工艺特点可分为如下6 6 6 6类：类：类：类：n n表面冶金强化（它包括堆焊、热喷涂、激光重熔等）；表面冶金强化（它包括堆焊、热喷涂、激光重熔等）；表面冶金强化（它包括堆焊、热喷涂、激光重熔等）；表面冶金强化（它包括堆焊、热喷涂、激光重熔等）；n n表面形变（机械）强化（它包括喷丸、滚压、挤压表面形变（机械）强化（它包括喷丸、滚压、挤压表面形变（机械）强化（它包括喷丸、滚压、挤压表面形变（机械）强化（它包括喷丸、滚压、挤压(j y)(j y)(j y)(j y)等
3、）；等）；等）；等）；n n表面热处理强化（它包括表面淬火、化学热处理等）；表面热处理强化（它包括表面淬火、化学热处理等）；表面热处理强化（它包括表面淬火、化学热处理等）；表面热处理强化（它包括表面淬火、化学热处理等）；n n表面薄膜强化（它包括电镀、电刷镀、气相沉积、化学镀等）；表面薄膜强化（它包括电镀、电刷镀、气相沉积、化学镀等）；表面薄膜强化（它包括电镀、电刷镀、气相沉积、化学镀等）；表面薄膜强化（它包括电镀、电刷镀、气相沉积、化学镀等）；n n表面非金属化处理（它包括喷塑、粘涂、涂装等）；表面非金属化处理（它包括喷塑、粘涂、涂装等）；表面非金属化处理（它包括喷塑、粘涂、涂装等）；表面非
4、金属化处理（它包括喷塑、粘涂、涂装等）；n n高能束（密度）表面强化（它包括电子束、离子束、激光束等）。高能束（密度）表面强化（它包括电子束、离子束、激光束等）。高能束（密度）表面强化（它包括电子束、离子束、激光束等）。高能束（密度）表面强化（它包括电子束、离子束、激光束等）。n n 其中以表面淬火和化学热处理等应用最为普遍。其中以表面淬火和化学热处理等应用最为普遍。其中以表面淬火和化学热处理等应用最为普遍。其中以表面淬火和化学热处理等应用最为普遍。n n表面强化的性能要求表面强化的性能要求表面强化的性能要求表面强化的性能要求-“-“-“-“表硬内韧表硬内韧表硬内韧表硬内韧”。第1页/共30页
5、第二页，共30页。4.4.2 4.4.2 表面淬火表面淬火(Surface quenching)(Surface quenching)1.1.表面淬火的定义与分类表面淬火的定义与分类表面淬火的定义与分类表面淬火的定义与分类定定定定义义义义：将将将将工工工工件件件件表表表表面面面面快快快快速速速速加加加加热热热热到到到到淬淬淬淬火火火火温温温温度度度度，在在在在热热热热量量量量尚尚尚尚未未未未传传传传到到到到心心心心部部部部时时时时立立立立即即即即迅迅迅迅速速速速冷冷冷冷却却却却，使使使使工工工工件件件件表表表表面面面面得得得得到到到到一一一一定定定定深深深深度度度度的的的的淬淬淬淬硬硬硬硬层层
6、层层，而而而而心心心心部部部部仍仍仍仍保保保保持持持持未未未未淬火状态的一种局部淬火方法。淬火状态的一种局部淬火方法。淬火状态的一种局部淬火方法。淬火状态的一种局部淬火方法。钢钢钢钢经经经经表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火（一一一一般般般般指指指指表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火低低低低温温温温回回回回火火火火）后后后后，其其其其表表表表层层层层组组组组织织织织为为为为极极极极细细细细回回回回火火火火马马马马氏氏氏氏体体体体(隐隐隐隐晶晶晶晶M)M)，而而而而心心心心部部部部则则则则为为为为原原原原始始始始组组组组织织织织，一一一一般般般般为为为为回回回回火火火火索索索索氏氏氏氏体体体体或正火
7、索氏体。或正火索氏体。或正火索氏体。或正火索氏体。表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火方方方方法法法法很很很很多多多多，当当当当前前前前工工工工业业业业中中中中广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用的的的的就就就就是是是是感感感感应应应应加加加加热热热热表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火法法法法、激激激激光光光光加加加加热热热热表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火法法法法、火火火火焰焰焰焰加加加加热热热热表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火法法法法、电电电电接接接接触触触触(jich)(jich)加热表面淬火法等。加热表面淬火法等。加热表面淬火法等。加热表面淬火法等。2.2.感应加热表面淬火简介感应加热表面淬火简
8、介感应加热表面淬火简介感应加热表面淬火简介 （1 1）基本原理：）基本原理：）基本原理：）基本原理：“电磁感应电磁感应电磁感应电磁感应”、“集肤效应集肤效应集肤效应集肤效应”（2 2）感应加热的分类）感应加热的分类）感应加热的分类）感应加热的分类 （3 3）感应加热表面淬火的特点）感应加热表面淬火的特点）感应加热表面淬火的特点）感应加热表面淬火的特点 （4 4）感应加热表面淬火用钢及加工工艺路线）感应加热表面淬火用钢及加工工艺路线）感应加热表面淬火用钢及加工工艺路线）感应加热表面淬火用钢及加工工艺路线 3.3.火焰加热表面淬火简介火焰加热表面淬火简介火焰加热表面淬火简介火焰加热表面淬火简介第2
9、页/共30页第三页，共30页。（1 1）定义）定义）定义）定义 感应加热表面淬火是采用一定方法使工件表面产生感应加热表面淬火是采用一定方法使工件表面产生感应加热表面淬火是采用一定方法使工件表面产生感应加热表面淬火是采用一定方法使工件表面产生一定频率的感应电流一定频率的感应电流一定频率的感应电流一定频率的感应电流(dinli)(dinli)，将工件表面迅速加热然后快，将工件表面迅速加热然后快，将工件表面迅速加热然后快，将工件表面迅速加热然后快速冷却的一种热处理工艺操作。速冷却的一种热处理工艺操作。速冷却的一种热处理工艺操作。速冷却的一种热处理工艺操作。（2 2）基）基）基）基本原理：本原理：本原
10、理：本原理：=。式中式中式中式中:感应电流感应电流感应电流感应电流(dinli)(dinli)透透透透入深度，入深度，入深度，入深度，mm;fmm;f电流电流电流电流(dinli)(dinli)频率，频率，频率，频率，HZ HZ。“电磁感应电磁感应电磁感应电磁感应”:”:把工件放入由空心铜管绕成的感应器线圈中，把工件放入由空心铜管绕成的感应器线圈中，把工件放入由空心铜管绕成的感应器线圈中，把工件放入由空心铜管绕成的感应器线圈中，感应器中通入一定频率的交流电以产生交变磁场，于是工件内感应器中通入一定频率的交流电以产生交变磁场，于是工件内感应器中通入一定频率的交流电以产生交变磁场，于是工件内感应器
11、中通入一定频率的交流电以产生交变磁场，于是工件内就会产生频率相同、方向相反的感生电流就会产生频率相同、方向相反的感生电流就会产生频率相同、方向相反的感生电流就会产生频率相同、方向相反的感生电流(dinli)(dinli)。“集肤效应集肤效应集肤效应集肤效应”:”:这种感生电流这种感生电流这种感生电流这种感生电流(dinli)(dinli)在工件中的分布是不均在工件中的分布是不均在工件中的分布是不均在工件中的分布是不均匀的，主要集中在表面层。愈靠近表面、电流匀的，主要集中在表面层。愈靠近表面、电流匀的，主要集中在表面层。愈靠近表面、电流匀的，主要集中在表面层。愈靠近表面、电流(dinli)(di
12、nli)密度密度密度密度愈大愈大愈大愈大;频率愈高，电流频率愈高，电流频率愈高，电流频率愈高，电流(dinli)(dinli)集中的表面层愈薄，这种现象集中的表面层愈薄，这种现象集中的表面层愈薄，这种现象集中的表面层愈薄，这种现象称为集肤效应。称为集肤效应。称为集肤效应。称为集肤效应。2.2.2.2.感应感应感应感应(gnyng)(gnyng)(gnyng)(gnyng)加热表面淬火加热表面淬火加热表面淬火加热表面淬火第3页/共30页第四页，共30页。感应加热感应加热感应加热感应加热(ji r)(ji r)表面淬火操作示意图表面淬火操作示意图表面淬火操作示意图表面淬火操作示意图第4页/共30页
13、第五页，共30页。2.感应加热表面淬火感应加热表面淬火（3）感应加热的分类、）感应加热的分类、工作电流工作电流(dinli)频率及频率及应用应用 如表如表4-9所示。所示。表表表表4-9 4-9 4-9 4-9 感应加热种类、工作电流频率及应用感应加热种类、工作电流频率及应用感应加热种类、工作电流频率及应用感应加热种类、工作电流频率及应用(yngyng)(yngyng)(yngyng)(yngyng)范围范围范围范围第5页/共30页第六页，共30页。回顾回顾(hug)：奥氏体：奥氏体晶粒大小及其控制晶粒大小及其控制奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度的控制：的控制：的控制：的控制：
14、快速加热法。快速加热法。快速加热法。快速加热法。它可以使它可以使它可以使它可以使AC1AC1AC1AC1、AC3AC3AC3AC3相变相变相变相变点升高，转变点升高，转变点升高，转变点升高，转变(zhunbin)(zhunbin)(zhunbin)(zhunbin)温温温温度范围扩大，度范围扩大，度范围扩大，度范围扩大，但转变但转变但转变但转变(zhunbin)(zhunbin)(zhunbin)(zhunbin)所所所所需时间缩短。需时间缩短。需时间缩短。需时间缩短。第6页/共30页第七页，共30页。2.2.2.2.感应感应感应感应(gnyng)(gnyng)(gnyng)(gnyng)加热
15、表面淬火加热表面淬火加热表面淬火加热表面淬火n n（4 4 4 4）感应加热表面淬火的特点）感应加热表面淬火的特点）感应加热表面淬火的特点）感应加热表面淬火的特点 n n 与与与与普普普普通通通通加加加加热热热热淬淬淬淬火火火火相相相相比比比比，感感感感应应应应加加加加热热热热表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火有有有有以以以以下下下下特点特点特点特点:n n感感感感应应应应加加加加热热热热速速速速度度度度极极极极快快快快（快快快快速速速速加加加加热热热热）一一一一般般般般只只只只需需需需几几几几秒秒秒秒至至至至几几几几十十十十秒秒秒秒时时时时间间间间就就就就可可可可使使使使工工工工件件件件达达达
16、达淬淬淬淬火火火火温温温温度度度度。由由由由于于于于(yuy)(yuy)(yuy)(yuy)快快快快速速速速加加加加热热热热，使使使使相相相相变变变变临临临临界界界界点点点点(Acl(Acl(Acl(Acl、c3)c3)c3)c3)升升升升高高高高，转转转转变变变变温温温温度度度度范范范范围围围围扩大但转变所需时间缩短。扩大但转变所需时间缩短。扩大但转变所需时间缩短。扩大但转变所需时间缩短。n n工工工工件件件件表表表表层层层层获获获获得得得得极极极极细细细细小小小小的的的的M(M(M(M(称称称称隐隐隐隐晶晶晶晶M)M)M)M)组组组组织织织织 使使使使工工工工件件件件表表表表层层层层具具具
17、具有有有有比比比比普普普普通通通通淬淬淬淬火火火火稍稍稍稍高高高高的的的的硬硬硬硬度度度度(高高高高2 2 2 23HRC)3HRC)3HRC)3HRC)且且且且脆脆脆脆性性性性较较较较低低低低。由由由由于于于于(yuy)(yuy)(yuy)(yuy)表表表表层层层层淬淬淬淬火火火火时时时时MMMM体体体体积积积积膨膨膨膨胀胀胀胀，使使使使工工工工件件件件表表表表层存在残余压应力，因而具有较高的疲劳强度。层存在残余压应力，因而具有较高的疲劳强度。层存在残余压应力，因而具有较高的疲劳强度。层存在残余压应力，因而具有较高的疲劳强度。n n工工工工件件件件表表表表面面面面质质质质量量量量好好好好 由
18、由由由于于于于(yuy)(yuy)(yuy)(yuy)快快快快速速速速加加加加热热热热，工工工工件件件件表表表表面不易氧化、脱碳，且淬火时工件变形小。面不易氧化、脱碳，且淬火时工件变形小。面不易氧化、脱碳，且淬火时工件变形小。面不易氧化、脱碳，且淬火时工件变形小。n n生生生生产产产产效效效效率率率率高高高高 便便便便于于于于实实实实现现现现机机机机械械械械化化化化、自自自自动动动动化化化化。淬淬淬淬硬硬硬硬层层层层深度也易于控制。深度也易于控制。深度也易于控制。深度也易于控制。n n上上上上述述述述特特特特点点点点使使使使感感感感应应应应加加加加热热热热表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火在在在
19、在工工工工业业业业上上上上获获获获得得得得日日日日益益益益广广广广泛泛泛泛的的的的应应应应用用用用。但但但但其其其其缺缺缺缺点点点点是是是是工工工工艺艺艺艺设设设设备备备备较较较较贵贵贵贵，维维维维修修修修调调调调整整整整困困困困难，对于形状复杂的零件的感应器不易制造等。难，对于形状复杂的零件的感应器不易制造等。难，对于形状复杂的零件的感应器不易制造等。难，对于形状复杂的零件的感应器不易制造等。第7页/共30页第八页，共30页。45454545钢高频淬火钢高频淬火钢高频淬火钢高频淬火(cu hu)(cu hu)(cu hu)(cu hu)后的金相组后的金相组后的金相组后的金相组织织织织第8页/
20、共30页第九页，共30页。（4 4 4 4）感应加热表面淬火用钢及加工工艺）感应加热表面淬火用钢及加工工艺）感应加热表面淬火用钢及加工工艺）感应加热表面淬火用钢及加工工艺(gngy)(gngy)(gngy)(gngy)路线路线路线路线n n用作表面淬火最适宜、用量最大的钢种是中碳碳钢与中碳低合金钢，如用作表面淬火最适宜、用量最大的钢种是中碳碳钢与中碳低合金钢，如用作表面淬火最适宜、用量最大的钢种是中碳碳钢与中碳低合金钢，如用作表面淬火最适宜、用量最大的钢种是中碳碳钢与中碳低合金钢，如45454545，40Cr40Cr40Cr40Cr，40MnB40MnB40MnB40MnB等。等。等。等。n
21、n感应加热表面淬火零件的典型加工工艺路线如下感应加热表面淬火零件的典型加工工艺路线如下感应加热表面淬火零件的典型加工工艺路线如下感应加热表面淬火零件的典型加工工艺路线如下:n n 下下下下料料料料锻锻锻锻造造造造退退退退火火火火或或或或正正正正火火火火粗粗粗粗加加加加工工工工调调调调质质质质或或或或正正正正火火火火精精精精加加加加工工工工感感感感应应应应加加加加热热热热表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火+低低低低温温温温回回回回火火火火精精精精磨磨磨磨时时时时效效效效(100(100(100(100150150150150、1010101015h15h15h15h加热，以稳定工件尺寸，消除内应力
22、加热，以稳定工件尺寸，消除内应力加热，以稳定工件尺寸，消除内应力加热，以稳定工件尺寸，消除内应力)精磨精磨精磨精磨成品。成品。成品。成品。n n应应应应注注注注意意意意(zh(zh(zh(zh y)y)y)y)点点点点:感感感感应应应应加加加加热热热热表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火零零零零件件件件的的的的预预预预先先先先热热热热处处处处理理理理有有有有调调调调质质质质和和和和正正正正火火火火两两两两种种种种，调调调调质质质质处处处处理理理理后后后后工工工工件件件件的的的的力力力力学学学学性性性性能比正火的好。然而当心部性能要求不高时，一般可采用正火作为预先热处理。能比正火的好。然而当心部性能
23、要求不高时，一般可采用正火作为预先热处理。能比正火的好。然而当心部性能要求不高时，一般可采用正火作为预先热处理。能比正火的好。然而当心部性能要求不高时，一般可采用正火作为预先热处理。n n感感感感应应应应加加加加热热热热表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火后后后后工工工工件件件件必必必必须须须须随随随随即即即即进进进进行行行行低低低低温温温温回回回回火火火火。低低低低温温温温回回回回火火火火一一一一般般般般在在在在170170170170200200200200左左左左右右右右炉炉炉炉中中中中进进进进行行行行，也也也也可可可可采用采用采用采用“自回火自回火自回火自回火”方式，即当淬火冷至方式，即当
24、淬火冷至方式，即当淬火冷至方式，即当淬火冷至200200200200时停止喷水，利用工件中的余热传到表面而达到回火目的。时停止喷水，利用工件中的余热传到表面而达到回火目的。时停止喷水，利用工件中的余热传到表面而达到回火目的。时停止喷水，利用工件中的余热传到表面而达到回火目的。n n零件经感应加热表面淬火零件经感应加热表面淬火零件经感应加热表面淬火零件经感应加热表面淬火+低温回火后，其表层组织低温回火后，其表层组织低温回火后，其表层组织低温回火后，其表层组织MMMM回，心部组织回，心部组织回，心部组织回，心部组织S S S S回回回回(调质调质调质调质)或或或或F+S(F+S(F+S(F+S(正
25、火正火正火正火)。第9页/共30页第十页，共30页。3.3.3.3.火焰火焰火焰火焰(huyn)(huyn)(huyn)(huyn)加热表面淬火简介加热表面淬火简介加热表面淬火简介加热表面淬火简介第10页/共30页第十一页，共30页。4 44 43 3 化学化学(huxu)(huxu)热处理热处理(Chemical heat-treatment)(Chemical heat-treatment)n n1.1.1.1.基本过程基本过程基本过程基本过程 （分解（分解（分解（分解吸收吸收吸收吸收扩散）扩散）扩散）扩散）n n2.2.2.2.渗碳工艺的分类渗碳工艺的分类渗碳工艺的分类渗碳工艺的分类(f
26、n li)(fn li)(fn li)(fn li)与适用材料与适用材料与适用材料与适用材料n n 低碳碳钢与低碳合金钢低碳碳钢与低碳合金钢低碳碳钢与低碳合金钢低碳碳钢与低碳合金钢n n3.3.3.3.渗碳工艺特点渗碳工艺特点渗碳工艺特点渗碳工艺特点 880 880 880 880950=0.5950=0.5950=0.5950=0.52mm 2mm 2mm 2mm n n 5 5 5 58h 0.858h 0.858h 0.858h 0.851.15%C1.15%C1.15%C1.15%Cn n4.4.4.4.渗碳缓冷后组织渗碳缓冷后组织渗碳缓冷后组织渗碳缓冷后组织 表层表层表层表层P+Cm
27、 P+Cm P+Cm P+Cm 心部心部心部心部 F+P F+P F+P F+P n n5.5.5.5.渗碳经热处理及相应组织渗碳经热处理及相应组织渗碳经热处理及相应组织渗碳经热处理及相应组织 n n 热处理：渗碳热处理：渗碳热处理：渗碳热处理：渗碳+淬火淬火淬火淬火+低温回火低温回火低温回火低温回火 n n 组织：表层组织：表层组织：表层组织：表层MMMM回回回回+K+AR+K+AR+K+AR+K+AR，心部心部心部心部MMMM回回回回+F+F+F+F（或（或（或（或F+PF+PF+PF+P）第11页/共30页第十二页，共30页。1.1.1.1.1.1.基本基本基本基本基本基本(jbn)(j
28、bn)(jbn)(jbn)(jbn)(jbn)过程过程过程过程过程过程 （分解（分解（分解（分解（分解（分解吸收吸收吸收吸收吸收吸收扩散）扩散）扩散）扩散）扩散）扩散）分解：分解：2COC+CO2，CH42H2+C，CO+H2C+H2O吸收：吸附吸收：吸附(xf)，吸收，吸收固溶固溶体体进而形成化合物进而形成化合物扩散：在浓度梯度作用下，由表扩散：在浓度梯度作用下，由表及里及里扩散层扩散层第12页/共30页第十三页，共30页。2.2.2.2.2.2.渗碳工艺渗碳工艺渗碳工艺渗碳工艺渗碳工艺渗碳工艺(gngy)(gngy)(gngy)(gngy)(gngy)(gngy)的分类与适用材料的分类与适
29、用材料的分类与适用材料的分类与适用材料的分类与适用材料的分类与适用材料图图图图4.43 4.43 气体气体气体气体(qt)(qt)渗碳示意图渗碳示意图渗碳示意图渗碳示意图 固体固体固体固体(gt)(gt)渗碳装箱示意图渗碳装箱示意图渗碳装箱示意图渗碳装箱示意图第13页/共30页第十四页，共30页。渗渗渗渗渗渗 碳碳碳碳碳碳 适适适适适适 用用用用用用 材材材材材材 料料料料料料n n 低碳碳钢与低碳合金钢，低碳碳钢与低碳合金钢，碳的质量分数一般为碳的质量分数一般为0.10%0.25%，随碳的质量分数的提，随碳的质量分数的提高，将降低高，将降低(jingd)工件心工件心部的韧性。部的韧性。第14
30、页/共30页第十五页，共30页。3.3.3.3.渗碳渗碳渗碳渗碳(shn tn)(shn tn)(shn tn)(shn tn)工艺特点工艺特点工艺特点工艺特点 n n880880880880950 950 950 950（920920920920930 930 930 930），），），），n n保温保温保温保温(bown)5(bown)5(bown)5(bown)58h8h8h8h；n n渗层深度：渗层深度：渗层深度：渗层深度：1mm1mm1mm1mm左右左右左右左右n n渗碳层表面碳含量渗碳层表面碳含量渗碳层表面碳含量渗碳层表面碳含量为：为：为：为：0.80%0.80%0.80%0.80
31、%1.10%1.10%1.10%1.10%。渗碳温度渗碳温度渗碳温度渗碳温度(wnd)(wnd)、渗碳时间与渗碳层深度的关系图、渗碳时间与渗碳层深度的关系图、渗碳时间与渗碳层深度的关系图、渗碳时间与渗碳层深度的关系图第15页/共30页第十六页，共30页。4.4.4.4.4.4.渗碳渗碳渗碳渗碳渗碳渗碳(shn tn)(shn tn)(shn tn)(shn tn)(shn tn)(shn tn)缓冷后组织缓冷后组织缓冷后组织缓冷后组织缓冷后组织缓冷后组织 第16页/共30页第十七页，共30页。5.5.5.5.5.5.渗碳渗碳渗碳渗碳渗碳渗碳(shn tn)(shn tn)(shn tn)(sh
32、n tn)(shn tn)(shn tn)经热处理及相应组经热处理及相应组经热处理及相应组经热处理及相应组经热处理及相应组经热处理及相应组织织织织织织 n n图图图图4.45 4.45 4.45 4.45 渗碳后常用的热处理工艺渗碳后常用的热处理工艺渗碳后常用的热处理工艺渗碳后常用的热处理工艺(gngy)(gngy)(gngy)(gngy)曲线曲线曲线曲线第17页/共30页第十八页，共30页。渗碳渗碳渗碳渗碳渗碳渗碳(shn tn)(shn tn)(shn tn)淬火淬火淬火淬火淬火淬火组织组织组织组织组织组织渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织基体
33、组织基体组织基体组织基体组织MM回火回火回火回火+F+F经经渗渗碳碳的的机机车车从从动动齿齿轮轮第18页/共30页第十九页，共30页。渗碳渗碳渗碳渗碳+淬火淬火淬火淬火(cu hu)+(cu hu)+(cu hu)+(cu hu)+低温回火后低温回火后低温回火后低温回火后组织组织组织组织n n表层：表层：表层：表层：n n回火回火回火回火(hu hu)(hu hu)(hu hu)(hu hu)马氏体马氏体马氏体马氏体+碳化物碳化物碳化物碳化物+少量残余少量残余少量残余少量残余奥氏体奥氏体奥氏体奥氏体n n心部：心部：心部：心部：n n铁素体铁素体铁素体铁素体+回火回火回火回火(hu hu)(h
34、u hu)(hu hu)(hu hu)马氏体（或铁素体马氏体（或铁素体马氏体（或铁素体马氏体（或铁素体+珠光体）珠光体）珠光体）珠光体）第19页/共30页第二十页，共30页。渗碳渗碳(shn tn)件的加工工艺路线：件的加工工艺路线：n n下料下料下料下料 锻造锻造锻造锻造(dunzo)(dunzo)(dunzo)(dunzo)正火正火正火正火 机械加工机械加工机械加工机械加工 渗碳渗碳渗碳渗碳 淬火淬火淬火淬火+低温回火低温回火低温回火低温回火 精加工精加工精加工精加工 成品。成品。成品。成品。第20页/共30页第二十一页，共30页。表表表表4.10 4.10 4.10 4.10 常用化学热
35、处理的特点及应用常用化学热处理的特点及应用常用化学热处理的特点及应用常用化学热处理的特点及应用(yngyng)(yngyng)(yngyng)(yngyng)比较比较比较比较第21页/共30页第二十二页，共30页。6.6.钢的渗氮（习惯钢的渗氮（习惯(xgun)(xgun)称氮化）称氮化）n n（1 1 1 1）定义）定义）定义）定义 在一定温度下使活性在一定温度下使活性在一定温度下使活性在一定温度下使活性N N N N原子渗入工件表面的化原子渗入工件表面的化原子渗入工件表面的化原子渗入工件表面的化学热处理工艺。其目的是提高工件表面的硬度学热处理工艺。其目的是提高工件表面的硬度学热处理工艺。其
36、目的是提高工件表面的硬度学热处理工艺。其目的是提高工件表面的硬度(yngd)(yngd)(yngd)(yngd)、耐、耐、耐、耐磨性、疲劳极限及耐蚀性等。磨性、疲劳极限及耐蚀性等。磨性、疲劳极限及耐蚀性等。磨性、疲劳极限及耐蚀性等。n n目前应用的渗氮方法主要有气体渗氮和离子渗氮法。目前应用的渗氮方法主要有气体渗氮和离子渗氮法。目前应用的渗氮方法主要有气体渗氮和离子渗氮法。目前应用的渗氮方法主要有气体渗氮和离子渗氮法。井式井式气体气体氮化氮化炉炉离子渗氮炉离子渗氮炉离子渗氮炉离子渗氮炉第22页/共30页第二十三页，共30页。（2 2）渗氮用钢及处理）渗氮用钢及处理(chl)(chl)温度温度n
37、 n渗氮用钢渗氮用钢渗氮用钢渗氮用钢 为含为含为含为含CrCr、MoMo、AlAl、TiTi、V V的中碳合金钢。可形的中碳合金钢。可形的中碳合金钢。可形的中碳合金钢。可形成各种合金氮化物，如成各种合金氮化物，如成各种合金氮化物，如成各种合金氮化物，如ANCNNNANCNNN等，它们以极高的弥散度等，它们以极高的弥散度等，它们以极高的弥散度等，它们以极高的弥散度分布在渗氮层中，从而获得极高硬度和耐磨性。其典型钢号分布在渗氮层中，从而获得极高硬度和耐磨性。其典型钢号分布在渗氮层中，从而获得极高硬度和耐磨性。其典型钢号分布在渗氮层中，从而获得极高硬度和耐磨性。其典型钢号为为为为38CrMoAlA3
38、8CrMoAlA。n n渗氮处理渗氮处理渗氮处理渗氮处理(ch(ch l l)温度为温度为温度为温度为500500570570，渗氮时间取决于所需，渗氮时间取决于所需，渗氮时间取决于所需，渗氮时间取决于所需渗氮层深度，一般渗氮层深度为渗氮层深度，一般渗氮层深度为渗氮层深度，一般渗氮层深度为渗氮层深度，一般渗氮层深度为0.40.40.6mm0.6mm，其渗氮时间约，其渗氮时间约，其渗氮时间约，其渗氮时间约需需需需404070h70h，故气体渗氮的生产周期很长。，故气体渗氮的生产周期很长。，故气体渗氮的生产周期很长。，故气体渗氮的生产周期很长。n n渗氮层深度一般不超过渗氮层深度一般不超过渗氮层深
39、度一般不超过渗氮层深度一般不超过0.60.60.7mm0.7mm。n n钢件渗氮前需进行调质处理钢件渗氮前需进行调质处理钢件渗氮前需进行调质处理钢件渗氮前需进行调质处理(ch(ch l l)，以保证渗氮件心部具，以保证渗氮件心部具，以保证渗氮件心部具，以保证渗氮件心部具有较高强度和韧性。有较高强度和韧性。有较高强度和韧性。有较高强度和韧性。第23页/共30页第二十四页，共30页。（3 3）渗氮层组织）渗氮层组织(zzh)(zzh)38CrMoAl38CrMoAl钢的渗氮层显微钢的渗氮层显微钢的渗氮层显微钢的渗氮层显微(xi(xi n wi)n wi)组织组织组织组织图图图图 化合物白亮层化合物
40、白亮层化合物白亮层化合物白亮层 浸蚀浸蚀浸蚀浸蚀(jn sh)(jn sh)(jn sh)(jn sh)较深色的较深色的较深色的较深色的 心部心部心部心部S S S S回回回回第24页/共30页第二十五页，共30页。（4 4 4 4）气体）气体）气体）气体(qt)(qt)(qt)(qt)渗氮（气体渗氮（气体渗氮（气体渗氮（气体(qt)(qt)(qt)(qt)氮化）氮化）氮化）氮化）n n渗氮原理渗氮原理渗氮原理渗氮原理 n n通常是在预先已排除了空气的井式炉内进行，将通常是在预先已排除了空气的井式炉内进行，将通常是在预先已排除了空气的井式炉内进行，将通常是在预先已排除了空气的井式炉内进行，将已
41、除油净化了的工件放在密封的炉内加热，并通入已除油净化了的工件放在密封的炉内加热，并通入已除油净化了的工件放在密封的炉内加热，并通入已除油净化了的工件放在密封的炉内加热，并通入氨气。氨气在氨气。氨气在氨气。氨气在氨气。氨气在380380以上就能按下式分解出活性氮原以上就能按下式分解出活性氮原以上就能按下式分解出活性氮原以上就能按下式分解出活性氮原子子子子(yunz(yunz)。n n2NH32NH3n n活性活性活性活性NN原子原子原子原子(yunz(yunz)被工件表面吸收，形成固溶体被工件表面吸收，形成固溶体被工件表面吸收，形成固溶体被工件表面吸收，形成固溶体和氮化物，随渗氮时间的延长，和氮
42、化物，随渗氮时间的延长，和氮化物，随渗氮时间的延长，和氮化物，随渗氮时间的延长，NN原子原子原子原子(yunz(yunz)逐逐逐逐渐向里扩散，而获得一定深度的渗氮层。渐向里扩散，而获得一定深度的渗氮层。渐向里扩散，而获得一定深度的渗氮层。渐向里扩散，而获得一定深度的渗氮层。第25页/共30页第二十六页，共30页。（4 4 4 4）气体）气体）气体）气体(qt)(qt)(qt)(qt)渗氮（气体渗氮（气体渗氮（气体渗氮（气体(qt)(qt)(qt)(qt)氮化）氮化）氮化）氮化）n n渗氮特点渗氮特点渗氮特点渗氮特点 n ni i工件表面形成工件表面形成工件表面形成工件表面形成(xngchng)
43、(xngchng)一层极硬的合金氮化物。其硬度一层极硬的合金氮化物。其硬度一层极硬的合金氮化物。其硬度一层极硬的合金氮化物。其硬度可达可达可达可达9509501200HV1200HV（相当于（相当于（相当于（相当于686872HRC72HRC），故不需再经淬火便），故不需再经淬火便），故不需再经淬火便），故不需再经淬火便具有很高表面硬度和耐磨性，且还可保持至具有很高表面硬度和耐磨性，且还可保持至具有很高表面硬度和耐磨性，且还可保持至具有很高表面硬度和耐磨性，且还可保持至600600650650而不明而不明而不明而不明显下降。显下降。显下降。显下降。n nii ii疲劳极限可提高疲劳极限可提高疲
44、劳极限可提高疲劳极限可提高15153535。由于渗氮层体积增大，导致。由于渗氮层体积增大，导致。由于渗氮层体积增大，导致。由于渗氮层体积增大，导致工件表层产生了残余压应力。工件表层产生了残余压应力。工件表层产生了残余压应力。工件表层产生了残余压应力。n niiiiii工件具有很高的抗腐蚀能力。因渗氮层表面系由致密、抗工件具有很高的抗腐蚀能力。因渗氮层表面系由致密、抗工件具有很高的抗腐蚀能力。因渗氮层表面系由致密、抗工件具有很高的抗腐蚀能力。因渗氮层表面系由致密、抗蚀氮化物所组成，可代替镀镍、镀锌、发蓝等处理。蚀氮化物所组成，可代替镀镍、镀锌、发蓝等处理。蚀氮化物所组成，可代替镀镍、镀锌、发蓝等
45、处理。蚀氮化物所组成，可代替镀镍、镀锌、发蓝等处理。n niv iv渗氮工件的变形很小。由于渗氮温度低，且渗氮后又不需渗氮工件的变形很小。由于渗氮温度低，且渗氮后又不需渗氮工件的变形很小。由于渗氮温度低，且渗氮后又不需渗氮工件的变形很小。由于渗氮温度低，且渗氮后又不需进行任何其他热处理，仅需精磨或研磨、抛光即可。进行任何其他热处理，仅需精磨或研磨、抛光即可。进行任何其他热处理，仅需精磨或研磨、抛光即可。进行任何其他热处理，仅需精磨或研磨、抛光即可。第26页/共30页第二十七页，共30页。（4 4 4 4）气体）气体）气体）气体(qt)(qt)(qt)(qt)渗氮（气体渗氮（气体渗氮（气体渗氮（
46、气体(qt)(qt)(qt)(qt)氮化）氮化）氮化）氮化）n n气体渗氮的应用气体渗氮的应用 n n广泛用于各种高速传动的精密广泛用于各种高速传动的精密齿轮，高精度机床主轴，如镗杆、齿轮，高精度机床主轴，如镗杆、磨床的主轴等；磨床的主轴等；n n在交变载荷在交变载荷(zi h)条件下工作条件下工作要求疲劳极限很高的零件，如高要求疲劳极限很高的零件，如高速柴油机曲轴等；速柴油机曲轴等；n n要求变形很小和具有一定抗热、要求变形很小和具有一定抗热、耐蚀能力的耐磨零件，如阀门等。耐蚀能力的耐磨零件，如阀门等。第27页/共30页第二十八页，共30页。（5 5 5 5）离子）离子）离子）离子(lz)(
47、lz)(lz)(lz)渗氮渗氮渗氮渗氮n n原理简介原理简介原理简介原理简介 在一定真空度下，利用钢件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电现象进行在一定真空度下，利用钢件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电现象进行在一定真空度下，利用钢件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电现象进行在一定真空度下，利用钢件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电现象进行(jnxng)(jnxng)(jnxng)(jnxng)的，又称辉光离子渗氮。下右图为离子渗氮装置示意图。将钢件置于专门的离子渗氮的，又称辉光离子渗氮。下右图为离子渗氮装置示意图。将钢件置于专门的离子渗氮的，又称辉光离子渗氮。下右图为离子渗氮装置示意图。将钢件置于专
48、门的离子渗氮的，又称辉光离子渗氮。下右图为离子渗氮装置示意图。将钢件置于专门的离子渗氮炉（真空室）中，渗氮时先把炉内真空度抽到炉（真空室）中，渗氮时先把炉内真空度抽到炉（真空室）中，渗氮时先把炉内真空度抽到炉（真空室）中，渗氮时先把炉内真空度抽到13.3313.3313.3313.331.33Pa1.33Pa1.33Pa1.33Pa，然后慢慢通入氨气使气压维持，然后慢慢通入氨气使气压维持，然后慢慢通入氨气使气压维持，然后慢慢通入氨气使气压维持在此范围，以需渗氮的钢件为阴极，以炉壁为阳极，通过高压（在此范围，以需渗氮的钢件为阴极，以炉壁为阳极，通过高压（在此范围，以需渗氮的钢件为阴极，以炉壁为阳
49、极，通过高压（在此范围，以需渗氮的钢件为阴极，以炉壁为阳极，通过高压（400400400400750V750V750V750V）直流电，氨气）直流电，氨气）直流电，氨气）直流电，氨气被电离成被电离成被电离成被电离成N+N+N+N+、H+H+H+H+的正离子及电子，这时阴极（钢件）的正离子及电子，这时阴极（钢件）的正离子及电子，这时阴极（钢件）的正离子及电子，这时阴极（钢件）离子渗氮法的原理及设备示意图离子渗氮法的原理及设备示意图离子渗氮法的原理及设备示意图离子渗氮法的原理及设备示意图表面形成一层紫色辉光。具有高能量的表面形成一层紫色辉光。具有高能量的N+N+以很大速以很大速度轰击钢件表面，由动
50、能转化为热能，使钢件表面度轰击钢件表面，由动能转化为热能，使钢件表面温度升至所需渗氮温度（温度升至所需渗氮温度（450450650650）；同时）；同时N+N+在阴极上得到电子后还原成在阴极上得到电子后还原成N N原子而渗入钢件表面，原子而渗入钢件表面，并向内层扩散形成渗氮层。另外轰击钢件表面时，并向内层扩散形成渗氮层。另外轰击钢件表面时，还能产生阴极溅射效应而溅射出还能产生阴极溅射效应而溅射出Fe+Fe+，这些，这些(zhxi)Fe+(zhxi)Fe+与与N+N+化合，形成含化合，形成含N N量很高的量很高的FeNFeN，FeNFeN又重新附着在钢件表面上，依次分解为又重新附着在钢件表面上，