钢的热处理讲义.ppt

2023年6月23日星期五,1,钢的热处理,1 概述2 钢在加热时的转变3 钢在冷却时的转变4 钢的退火与正火5 钢的淬火 6 钢的回火7 钢的形变热处理8 钢的表面淬火9 钢的化学热处理10 热处理对零件结构的要求,2023年6月23日星期五,2,钢的热处理：,1 概述,工艺曲线：,特点：,目的：,分类：普通热处理（退火、正火、淬火、回火）表面热处理（表面淬火、化学热处理）特殊热处理（形变、真空、光亮）,Tc,2023年6月23日星期五,3,箱式电阻炉,1 概述,2023年6月23日星期五,4,台车式电阻炉,1 概述,2023年6月23日星期五,5,连续式热处理炉,1 概述,2023年6月23日星期五,6,2 钢在加热时的转变,平衡转变非平衡转变过热过冷,2023年6月23日星期五,7,一、奥氏体的形成(PA),奥氏体晶粒的形成和长大残余渗碳体的溶解奥氏体的均匀化（Fe、C原子的扩散）,2 钢在加热时的转变,2023年6月23日星期五,8,二、奥氏体晶粒的长大,奥氏体的晶粒度晶粒度起始晶粒度实际晶粒度本质晶粒度,晶粒度的控制Al脱氧(本质细)Si/Mn脱氧(本质粗),2 钢在加热时的转变,2023年6月23日星期五,9,晶粒度的测定方法：93010保温38小时(100),本质粗,本质细,2 钢在加热时的转变,2023年6月23日星期五,10,影响奥氏体晶粒长大的因素,1.加热温度 加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒也越粗大，热处理时必须规定合适的加热温度范围。2.保温时间 随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保温时间的延长，晶粒长大速度越来越慢，且不会无限制地长大下去。,2 钢在加热时的转变,2023年6月23日星期五,11,影响奥氏体晶粒长大的因素,3.加热速度 加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。生产中常用快速加热和短时保温的方法来细化晶粒。4.冶炼和脱氧条件 冶炼时用铝脱氧，使之形成AlN微粒；或加入Nb、Zr、V、Ti等强碳化物形成元素，形成难溶的碳化物颗粒。第二相微粒能阻止奥氏体晶粒长大，在一定温度下晶粒不易长大；只有当超过一定温度时，第二相微粒溶入奥氏体后，奥氏体才突然长大。,2 钢在加热时的转变,2023年6月23日星期五,12,影响奥氏体晶粒长大的因素,5.含碳量的影响(有临界值)随着奥氏体含碳量的增加，Fe、C原子的扩散速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了残余渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大倾向减小。,2 钢在加热时的转变,2023年6月23日星期五,13,3 钢在冷却时的转变,过冷奥氏体的两种冷却方式,2023年6月23日星期五,14,3 钢在冷却时的转变,一、奥氏体等温转变曲线,C曲线TTT曲线 T_Temperature T_Time T_Transformation,2023年6月23日星期五,15,3 钢在冷却时的转变,2023年6月23日星期五,16,3 钢在冷却时的转变,珠光体转变：Fe、C的扩散性相变,2023年6月23日星期五,17,3 钢在冷却时的转变,珠光体转变：扩散相变(Ar1550,AP（F+Fe3C）),1）在A1650形成的珠光体，因为过冷度小，片间距较大(0.4m)，在500以上的光学显微镜下，能分辨其片层状形态；即为粗珠光体，习惯上称为珠光体（P）。,2023年6月23日星期五,18,3 钢在冷却时的转变,2）在650600形成片间距较小的珠光体(0.20.4m)，在光学显微镜8001500能分辨出其为铁素体薄层和碳化物（渗碳体）薄层交替重叠的复相组织称为细珠光体或索氏体，用字母S表示（以英国冶金学家HCSorby的名字命名）。,珠光体转变：扩散相变(Ar1550,AP（F+Fe3C）),2023年6月23日星期五,19,3 钢在冷却时的转变,3）在600550形成片层间距极小的珠光体(0.2m)，在光学显微镜下高倍放大已无法分辨出其内部构造，在电子显微镜下可观测到很薄的铁素体层和碳化物（渗碳体）层交替重叠的复相组织，称为极细珠光体或托氏体，用字母T表示（以法国金相学家LTroost的名字命名）。,珠光体转变：扩散相变(A1550,AP（F+Fe3C）),2023年6月23日星期五,20,3 钢在冷却时的转变,珠光体转变：扩散相变(A1550,AP（F+Fe3C）),a)光学显微组织（500）b)电子显微组织（8000）图6-7 珠光体组织,2023年6月23日星期五,21,3 钢在冷却时的转变,贝氏体转变：半扩散相变（C）550Ms,AB),上贝氏体：550350，过饱和片状F渗碳体 下贝氏体：350Ms，过饱和针状F弥散-Fe2.4C,2023年6月23日星期五,22,3 钢在冷却时的转变,贝氏体转变：半扩散相变（C）550Ms,AB),贝氏体的显微照片,上贝氏体：过饱和片状F渗碳体，性脆无实用价值 下贝氏体：过饱和针状F弥散-Fe2.4C，综合性能好,2023年6月23日星期五,23,3 钢在冷却时的转变,马氏体转变：非扩散相变，Ms以下,AM,马氏体_过饱和的固溶体,c/a1 称为马氏体的正方度含碳量高，正方度大,2023年6月23日星期五,24,3 钢在冷却时的转变,低碳(0.2%)马氏体：板条状_高的强韧性,2023年6月23日星期五,25,3 钢在冷却时的转变,高碳(1.0%)马氏体：片状_硬而脆,2023年6月23日星期五,26,3 钢在冷却时的转变,含碳量对马氏体硬度的影响,2023年6月23日星期五,27,3 钢在冷却时的转变,马氏体转变过程中残余奥氏体（A残或A/）的形成,2023年6月23日星期五,28,3 钢在冷却时的转变,三、影响C曲线的因素,1、碳的影响形状(产物)位置(稳定性),2023年6月23日星期五,29,3 钢在冷却时的转变,2、合金元素的影响形状、位置、,Co左移，其它右移，部分(Cr、Mo、W、V)双C曲线,2023年6月23日星期五,30,3 钢在冷却时的转变,3、加热温度和保温时间的影响,温度高、时间长导致奥氏体成分均匀、晶粒粗大，未溶碳化物减少，过冷奥氏体稳定性增加，C曲线右移。,2023年6月23日星期五,31,3 钢在冷却时的转变,四、奥氏体连续冷却转变C曲线,CCT曲线 Continuous、Cooling、Transformation只有P、M转变k为临界冷却速度,2023年6月23日星期五,32,3 钢在冷却时的转变,连续冷却与等温冷却的比较,孕育期不同过冷度不同转变产物不同实际生产中的应用,2023年6月23日星期五,33,3 钢在冷却时的转变,过冷奥氏体等温转变曲线在连续冷却中的应用,1-炉冷AP2-空冷AS3-油淬AT+M+A/4-水冷AM A/k-临界冷却速度k,P,S,M,T,2023年6月23日星期五,34,一、钢的退火(降低硬度、消除应力，细化晶粒),完全退火：亚共析钢Ac3+3050，缓冷到 600时空冷，得到 F+P；等温退火：同完全退火，可节省时间；球化退火：过共析钢Ac1+2030，消除网状 碳化物，使之成为球状；去应力退火：500-650炉冷至200后空冷，消除应力。,4 钢的退火与正火,2023年6月23日星期五,35,过共析钢的退火组织,4 钢的退火与正火,2023年6月23日星期五,36,钢的退火加热温度范围,4 钢的退火与正火,S,G,P,退火过程视频,500650,2023年6月23日星期五,37,二、钢的正火,正火目的：细化晶粒，提高强度 低碳钢-提高硬度 高碳钢消除网状渗碳体工艺过程：Ac3、Accm+3050,保温后空冷优 点：周期短、能耗少【视频演示】,4 钢的退火与正火,2023年6月23日星期五,38,一、钢的淬火工艺,加热温度：Ac3、Ac1+3050保温碳 钢：水冷，得细小M+A/合金钢：油或空冷，得M+Fe3C+A/,5 钢的淬火,2023年6月23日星期五,39,钢的理想淬火工艺,5 钢的淬火,2023年6月23日星期五,40,二、淬火方法,单液淬火：直冷，简单易操作双液淬火：先快后慢，降低应力分级淬火：快-恒-快，应力极低等温淬火：得到B下工模具、弹簧局部淬火：量具等的局部区域冷 处 理：-70-80，降低A残%，稳定尺寸,5 钢的淬火,2023年6月23日星期五,41,淬火工艺曲线,5 钢的淬火,a)单液淬火b)双液淬火c)分级淬火d)等温淬火,2023年6月23日星期五,42,局部淬火方法,5 钢的淬火,2023年6月23日星期五,43,三、钢的淬透性(钢在淬火时获得马氏体的能力),5 钢的淬火,2023年6月23日星期五,44,1.淬透性的概念(钢在淬火时获得马氏体的能力),5 钢的淬火,表层与心部淬透性的差别半马氏体区合金元素对淬透性的影响淬透性与淬硬性的区别,2023年6月23日星期五,45,合金元素使C曲线右移，降低vk，提高钢的淬透性。是影响淬透性的最主要因素。含碳量碳钢中的含碳量愈接近共析成分，其C曲线愈靠右。vk愈小，淬透性越好。奥氏体化温度提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大，成分均匀化，从而减少珠光体的形核率，降低钢的vk，增大其淬透性。钢中未溶第二相碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，可成为奥氏体分解的非自发核心，使vk增大，降低淬透性。,影响淬透性的因素(vK),5 钢的淬火,2023年6月23日星期五,46,影响淬透性的因素(vK),5 钢的淬火,2023年6月23日星期五,47,2.淬透性的测定(末端淬火法及临界直径测定法),5 钢的淬火,末端淬火法:用标准尺寸的端淬试样(25100mm)，经奥氏体化后，对其端面喷水冷却。冷却后沿轴线方向测出硬度-距水冷端距离的关系曲线，即淬透性曲线。根据淬透性曲线可以对不同钢种的淬透性大小进行比较、推算出钢的临界淬火直径，确定钢件截面上的硬度分布情况等。,2023年6月23日星期五,48,末端淬透性:J_末端淬透性，d_至末端距离，HRC_该处测得的硬度,5 钢的淬火,2023年6月23日星期五,49,2.淬透性的测定(临界直径测定法及端淬试验法),5 钢的淬火,临界直径测定法:钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体或50%马氏体组织时的最大直径称为临界直径，以D0表示。临界直径测定法就是制作一系列直径不同的圆棒，淬火后分别测定各试样截面上沿直径分布的硬度U曲线，从中找出中心恰为半马氏体组织的圆棒，该圆棒直径即为临界直径。临界直径越大，表明钢的淬透性越高。,2023年6月23日星期五,50,5 钢的淬火,部分常用钢材的临界淬透直径,2023年6月23日星期五,51,5 钢的淬火,3.淬透性的应用：,受力情况：轴向拉压、弯曲与扭转重要与否：重要的轴、齿轮、连杆弹 簧：要求大的屈强比(s/b)阶 梯 轴：可初车后淬火焊 接 件：不宜选择淬透性高的钢材,2023年6月23日星期五,52,5 钢的淬火,淬透性的应用：,2023年6月23日星期五,53,5 钢的淬火,淬透性的应用：,2023年6月23日星期五,54,钢经过淬火后必须回火！,回火目的：消除应力，防止工件开裂回火工艺：Ac1以下保温后缓冷,6 钢的回火,2023年6月23日星期五,55,一、淬火钢的回火转变,马氏体分解（100350）回火M(低过饱和-Fe2.4C)Fig 6-35残余奥氏体的分解（200300）B下碳化物的转变（250400）-Fe2.4C转变为Fe3C渗碳体的聚集长大和相再结晶（400）成为粒状Fe3C，600后粗化,6 钢的回火,2023年6月23日星期五,56,回火钢的组织和性能转变,6 钢的回火,2023年6月23日星期五,57,二、回火的分类及应用,6 钢的回火,低温回火（150250）回火M(低过饱和F针-Fe2.4C)保证高硬度，用于工模具等 HRC5862中温回火（350500）回火屈氏体，F针Fe3C极细粒状 HRC3545，用于各种弹性元件高温回火（500650）回火索氏体，F多边形Fe3C细粒状 HRC2535淬火+高温回火调质【视频演示】,2023年6月23日星期五,58,二、回火的分类及应用,6 钢的回火,不同含碳量碳钢的回火温度与硬度的关系,2023年6月23日星期五,59,一种淬火方式：形变强化+热处理强化,7 钢的形变热处理,分类：,2023年6月23日星期五,60,1、低温形变热处理,7 钢的形变热处理,Ar1以下（500600）变形量6090%抗拉强度可达3300MPa超高强度钢的热处理飞机起落架、模具、冲头、板簧,2023年6月23日星期五,61,2、高温形变热处理,7 钢的形变热处理,Ac1以上变形强化程度有限强度提高，韧塑性大大提高锻件、曲轴、连杆、叶片、弹簧,2023年6月23日星期五,62,概 述,8 钢的表面淬火,有需求：如汽车、拖拉机上的传动齿轮，其表面硬度要求为5862HRC，而心部硬度则要求为3338HRC；精密镗床主轴，要求其与滑动轴承配合的表面硬度不低于900HV，而心部硬度为248286HBS。成本低：方法简单：通过快速加热与立即淬火冷却相结合的方法来实现表硬、心韧,2023年6月23日星期五,63,一、感应加热表面淬火,8 钢的表面淬火,600/f1/2 式中：为电流透入的 深度，mm；f为电流频率，Hz【集肤效应】,硬度分布,2023年6月23日星期五,64,感应加热表面淬火的分类,8 钢的表面淬火,高频701000KHz，常用200300KHz，淬硬深度为0.52mm。中小模数齿轮、轴类零件等。中频50010000Hz，常用25008000Hz，淬硬深度210mm，直径较大的轴类和较大模数的齿轮等。工频50Hz，淬硬深度达1015mm。直径大于300mm的轧辊及轴类零件等。超音频2040KHz，(音频20KHz)，淬硬深度在2mm以上，适用于模数为36的齿轮及链轮、花键轴、凸轮等。,2023年6月23日星期五,65,感应加热表面淬火的特点,8 钢的表面淬火,淬火温度高：(Ac3+80150)表面硬、脆性低：高23HRC，低的脆性。疲劳强度高：表面产生体积膨胀而形成压应力。表面质量好、变形小：不易氧化、脱碳，变形小。生产过程易于控制：适用于大批量生产。不 足：设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。,2023年6月23日星期五,66,二、火焰加热表面淬火,8 钢的表面淬火,常用氧-乙炔火焰对零件表面进行加热常用材料为中碳钢和中碳合金钢，如35、45、40Cr、65Mn等；还可用于灰铸铁、合金铸铁等铸铁件。淬硬深度一般为26mm。主要适用于单件或小批量生产的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。缺点是加热不均，易造成工件表面过热，淬火质量不稳定。,2023年6月23日星期五,67,火焰加热表面淬火示意图,8 钢的表面淬火,2023年6月23日星期五,68,三、激光加热表面淬火,8 钢的表面淬火,能量密度104108W/cm2 淬硬深度0.30.5mm形状复杂、盲孔等均可,2023年6月23日星期五,69,概述（1）,9 钢的化学热处理,化学热处理：将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表面化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学热处理的主要特点是：表层不仅有组织的变化，而且有成分的变化，故性能改变的幅度大。其主要作用是强化和保护金属表面。,2023年6月23日星期五,70,概述（2）,9 钢的化学热处理,化学热处理的基本过程为：加热将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗入元素活性原子；分解由化合物分解或离子转变而得到渗入元素活性原子；吸收活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶体或化合物；扩散渗入原子在一定温度下，由表层向内部扩散形成一定深度的扩散层。,2023年6月23日星期五,71,概述（3）,9 钢的化学热处理,化学热处理方法：渗碳、碳氮共渗可提高钢的硬度、耐磨性及疲劳性质；渗氮、渗硼、渗铬使工件表面特别硬，可显著提高耐磨性和耐蚀性；渗铝可提高耐热抗氧化性；渗硫可提高减摩性；渗硅可提高耐酸性等。最常用：渗碳、渗氮和碳氮共渗及氮碳共渗。,2023年6月23日星期五,72,一、钢的渗碳,9 钢的化学热处理,将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。目的是使低碳(wc=0.100.25%)钢件表面得到高碳(wc=1.01.2%)，经适当的热处理(淬火+低温回火)后获得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定强度及较高的塑性、韧性，适用于同时受磨损和较大冲击载荷的低碳、低合金钢零件，如齿轮、活塞销、套筒及要求很高的喷油嘴偶件等。,2023年6月23日星期五,73,钢的渗碳原理示意图,9 钢的化学热处理,2023年6月23日星期五,74,1、气体渗碳（1）,9 钢的化学热处理,方法：滴注式渗碳介质：苯、醇、煤油等液体工艺：将工件装在密封的渗碳炉中，加热到900950(常用930)，向炉内滴入煤油、苯、甲醇、丙酮等有机液体，在高温下分解成CO、CO2、H2及CH4等气体组成的渗碳气氛，在高温下与工件接触时便在工件表面进行下列反应，生成活性碳原子。,2023年6月23日星期五,75,1、气体渗碳（2）,9 钢的化学热处理,生成活性碳原子：2COC+CO2 CH4C+2H2 CO+H2C+H2O 随后活性碳原子被钢表面吸收而溶入奥氏体中，并向内部扩散而形成一定深度的渗碳层。气体渗碳的优点是：生产率高，劳动条件好，渗碳过程容易控制，容易实现机械化、自动化，适用于大批量生产。,2023年6月23日星期五,76,2、固体渗碳,9 钢的化学热处理,渗碳 工艺：工件+渗碳剂密封装入渗碳箱中，加热至900950保温。固体渗碳剂：碳粉和碳酸盐(BaCO3或Na2CO3)的混合物。化学 反应：C+O22CO BaCO3或Na2CO3BaO（或Na2O）+CO2 CO2+C 2CO 2COC+CO2,2023年6月23日星期五,77,3、渗碳层的组织及热处理,9 钢的化学热处理,表面的含碳量最高：wc=1.0%左右，由表及里，含碳量逐渐降低，直至原始含碳量。组织由表及里为：(P+Fe3C)(P)(P+F)(F+P)渗碳层的深度：碳钢从表面到过渡区亚共析组织一半处的深度为渗碳层的深度；合金钢从表面到过渡区亚共析组织终止处的深度作为渗碳层的深度。,2023年6月23日星期五,78,渗碳层的组织,9 钢的化学热处理,过共析组织(P+Fe3C),共析组织(P),过渡区亚共析组织(P+F),原始亚共析组织(F+P),2023年6月23日星期五,79,渗碳层的热处理（1）,9 钢的化学热处理,直接淬火法 预冷至850880后直接淬入油中或水中，180200进行低温回火。预冷目的：减少淬火变形及开裂，使表层析出碳化物，降低奥氏体的含碳量，从而降低淬火后的残余奥氏体量，提高表层硬度。特 点：操作简单、成本低，生产率高，但在高温下长期保温，奥氏体晶粒易长大，影响淬火后工件的性能，故只适用于渗碳件的心部和表层都不过热的情况下；此外预冷过程中，二次渗碳体沿奥氏体晶界呈网状析出，对工件淬火后的性能不利。用途：大批量生产的汽车、拖拉机齿轮常用此法。,2023年6月23日星期五,80,渗碳层的热处理（2）,9 钢的化学热处理,一次淬火法：工件经渗碳空冷后，再重新加热至淬火温度（如830860）进行淬火，然后在180200回火。这种方法在工件重新加热时奥氏体晶粒得到细化，使钢的性能得到提高。用途 适用于比较重要的零件，如高速柴油机齿轮等。,2023年6月23日星期五,81,渗碳层的热处理（3）,9 钢的化学热处理,二次淬火法 渗碳空冷后，先加热到Ac3以上(一般为850900)油淬，使心部组织细化，消除表层网状渗碳体；然后再加热到Ac1以上(一般为750800)油淬，最后在180200进行回火。二次淬火法使工件表层和心部组织被细化，从而获得较好的力学性能。但工艺复杂，成本高；工件经反复加热冷却后易产生变形和开裂。所以只适用于少数对性能要求特别高的工件。,2023年6月23日星期五,82,渗碳工件的一般工艺路线,9 钢的化学热处理,锻造（问题）正火（目的）机械加工【可否与渗碳工艺倒置】渗碳（组织）淬火+低温回火精加工,2023年6月23日星期五,83,渗碳工件的最终组织,9 钢的化学热处理,淬火+低温回火：针状回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体 硬度为5864HRC，而心部则随钢的淬透性而定。对于低碳钢如15、20钢，其心部组织为铁素体+珠光体，硬度相当于1015HRC；对于低碳合金钢如20CrMnTi，心部组织为回火低碳马氏体+铁素体，硬度为3545HRC。,2023年6月23日星期五,84,渗碳工件的实际应用,9 钢的化学热处理,设计技术条件：渗碳层深度、表面硬度、心部硬度及不允许渗碳的部位等，不允许渗碳的部位：可采用镀铜的方法来防止渗碳或多留加工余量。,2023年6月23日星期五,85,二、钢的氮化（渗氮）,9 钢的化学热处理,渗氮一般在Ac1温度以下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。目的提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳性质、耐蚀性及热硬性。分类气体渗氮和离子渗氮。,2023年6月23日星期五,86,1、气体氮化（1）,9 钢的化学热处理,气体渗氮 在气体介质中进行渗氮的工艺称为气体渗氮。工艺过程 在渗氮炉内通入氨气，在380以上氨分解出活性氮原子:2NH33H2+2N活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保温过程中向里扩散，形成渗氮层。,2023年6月23日星期五,87,1、气体氮化（2）,9 钢的化学热处理,工艺特点：温度低：500600常用550570，远低于渗碳温度。由于氮在铁素体中有一定的溶解能力，无需加热到高温。时间长：2050h，氮化层厚度为0.40.6mm。需调质预处理：改善机加工性能和获得均匀的回火索氏体组织，保证较高的强度和韧性。,2023年6月23日星期五,88,1、气体氮化（3）,9 钢的化学热处理,渗氮件的性能表面强化和表面保护高硬度、高耐磨性合金氮化物层，10001100HV，而且在600650下保持不下降；疲劳极限高渗氮层的体积增大产生残余压应力，疲劳极限提高达15%35%；高的耐蚀性能致密的耐蚀的氮化物，使工件在水、过热的蒸气和碱性溶液中都很稳定；变形很小这是由于渗氮温度低。,2023年6月23日星期五,89,1、气体氮化（4）,9 钢的化学热处理,应 用：交变载荷下工作并要求耐磨的重要结构零件，如高速传动的精密齿轮、高速柴油机曲轴、高精度机床主轴及在高温下工作的耐热、耐蚀、耐磨零件如齿轮套、阀门、排气阀等。技术要求：需选用含与N亲合力大的Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的合金钢，如38CrMoAlA、35CrAlA、38CrMo等。,2023年6月23日星期五,90,1、气体氮化（5）,9 钢的化学热处理,技术要求：应注明氮化层深度、表面硬度、氮化部位、心部硬度等，对于零件上不需渗氮的部位镀锡或镀铜保护，或增加加工余量、氮化后去除。工艺路线：锻造正火粗加工调质 精加工去应力粗磨氮化 精磨或研磨,2023年6月23日星期五,91,2、离子渗氮（1）,9 钢的化学热处理,离子渗氮：在低于一个大气压的渗氮气氛中，利用工件(阴极)和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的工艺称为离子渗氮。,离子渗氮工艺过程,2023年6月23日星期五,92,2、离子渗氮（2）,9 钢的化学热处理,工艺过程：真空度10-110-2Torr(1Torr=1mmHg=133.3Pa)的离子渗氮炉中，通入NH3，工件，炉壁，400750V，氨气被电离成氨和氢的正离子和电子，阴极工件表面形成一层紫色辉光，高能量氮离子高速轰击工件表面，动能热能，工件表面温升到450650；同时氮离子在阴极上夺取电子后，还原成氮原子渗入工件表面，形成渗氮层。另外，氮离子轰击工件表面时，还能产生阴极溅射效应而溅射出铁离子，铁离子形成氮化铁(FeN)附着在工件表面并依次分解为Fe2N、Fe3N、Fe4N放出氮原子向工件内部扩散，形成渗氮层。,2023年6月23日星期五,93,2、离子渗氮（3）,9 钢的化学热处理,工艺特点：速度快、周期短。38CrMoAlA要达到0.530.7mm深的渗层，1520h（气体渗氮法50h）。质量高。由于阴极溅射有抑制生成脆性层的作用，所以明显提高渗氮层的韧性和疲劳性质。工件变形小。阴极溅射效应使工件尺寸略有减小，可抵消氮化物形成引起的尺寸增大。适用于处理精密零件和复杂零件，如38CrMoAlA钢制成的长9001000mm、外径27mm的螺杆，渗氮后其弯曲变形小于5m。,2023年6月23日星期五,94,2、离子渗氮（4）,9 钢的化学热处理,工艺特点：对材料的适应性强。渗氮用钢、碳钢、合金钢和铸铁都能进行离子渗氮，但专用渗氮钢（如38CrMoAlA）效果最佳。缺点：投资高，温度分布不均，测温困难和操作要求严格等。,2023年6月23日星期五,95,三、气体氮碳共渗（气体软氮化）,9 钢的化学热处理,在气体介质中对工件同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺称为气体氮碳共渗。目前氮碳共渗已广泛应用于模具、量具、高速钢刀具、曲轴、齿轮、气缸套等耐磨件的处理，但由于表层碳氮化合物层太薄，仅有0.010.02mm，不宜用于重载条件下。尿素分解(NH2)2COCO+2H2+2N 2COCO2+C,2023年6月23日星期五,96,四、气体碳氮共渗,9 钢的化学热处理,在气体介质中将碳和氮同时渗入工件表层并以渗碳为主的化学热处理工艺称为气体碳氮共渗。提高工件表面硬度、耐磨性和疲劳强度。常用于处理汽车、机床的各种齿轮、蜗轮、蜗杆和轴类零件(20CrMnTi)。CH4+NH3HCN+3H2 CO+NH3HCN+H2O 2HCNH2+2C+2N,2023年6月23日星期五,97,一、零件外形要避免尖角或棱角，减少台阶,10 钢的热处理对零件结构设计的要求,过热、开裂R0.6mm,2023年6月23日星期五,98,二、零件外形尽量简单、壁后均匀,10 钢的热处理对零件结构设计的要求,开孔、通孔,2023年6月23日星期五,99,三、零件外形力求对称，减小变形或有规律,10 钢的热处理对零件结构设计的要求,减小热处理变形,2023年6月23日星期五,100,四、零件采用组合结构或镶拼结构,10 钢的热处理对零件结构设计的要求,当结构复杂或要求不同的热处理方式时,2023年6月23日星期五,101,课后作业：,P8(Ch5)第2题(1)、第6题、第10题、第16题、第29题、第42题、第47题、第55题,课内作业：,课内作业：1、在正火热处理过程中，为什么加热后要有一段保温时间？2、锯条、弹簧和重要的轴在淬火后一般分别应进行什么回火热处理，并简述理由。,2023年6月23日星期五,102,课外作业情况：,(a)M+A/,(b)B下+M,(c)B下,+A/,第29题,2023年6月23日星期五,103,1将5mm的T8钢加热至760并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：珠光体，索氏体，托氏体，上贝氏体，下贝氏体，托氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体；请画出C曲线并在其上描绘出工艺曲线示意图。2.指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织：20钢齿轮；45钢小轴；T12钢锉刀。3生产中常用增加钢中珠光体量的方法来提高来亚共析钢的强度，问用何种热处理工艺？为什么？4比较45钢分别加热到700、750和840水冷后硬度值的高低，并说明原因。,习 题,2023年6月23日星期五,104,5某一用45 钢制的零件，其加工路线如下：备料锻造正火粗机械加工调质精机械加工高频感应加热淬火+低温回火磨削请说明各热处理工序的目的及热处理后的组织。6选择下列零件的热处理方法并编写简明的工艺路线（选用锻造毛坯，且钢材具有足够的淬透性）：某机床变速箱齿轮（模数m=4）要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；某机床主轴，要求有良好的综合力学性能，轴颈部分要求耐磨（5055HRC），材料选用45钢；镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合力学性能，材料选用38CrMoAlA。M12丝锥，要求刃部硬度为6062HRC，柄部硬度为3040HRC，材料选用T12A。,习 题,2023年6月23日星期五,105,实验二热处理（淬火、回火）工艺及处理前后性能对比第1组【第6周】002100 周一7-8（15:45-）第2组【第6周】102250 周二7-8（15:45-）第3组【第6周】253450 周三7-8（15:45-）地点：实验楼420、422 杨顺贞 老师,2023年6月23日星期五,106,S,S,B上,S+A残,T+M,课内作业,2023年6月23日星期五,107,课内作业统计结果,应到：79人实到：72人其中：A=16 B=27 C=12 D=17A+B=43（54%）C+D=29（36%）未到7（10%）,2023年6月23日星期五,108,2023年6月23日星期五,109,课外作业情况：,第55题,15号钢渗碳后如何进行后续热处理？,问题：,抄 草 糙 燥,提倡：,竞 净 精 敬,2023年6月23日星期五,110,的呼唤,你不能控制他人，但你可以掌握自己你不能预知明天，但你可以把握今天你不能样样胜利，但你可以事事尽力你不能左右天气，但你可以改变心情你不能选择容貌，但你可以展现笑容,心,2023年6月23日星期五,111,学的辛苦，做的舒服学的舒服，做的辛苦,