工程材料基础-第三章热处理课件.ppt

通过选材和普通热处理无法满足上述要求 表面硬度高，耐磨性好，以保证其精度 而心部要具有足够的塑性和韧性，以防止断裂 高碳钢：淬火+低温回火，硬度高，耐磨性好，但心部韧性差 中碳钢调质处理，心部韧性好，但表面硬度不够，耐磨性差 表面热处理 一、表面淬火 Surface quenching 将工件表面快速加热到A区，在热量尚未传到材料心部时立即迅速冷却，使其表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法 工业中常用的表面淬火方法有：感应加热表面淬火、激光加热表面淬火和火焰加热表面淬火 2. 表面淬火用钢的碳含量 过低：表面硬度不足 过高：心部韧性不足 3. 常用方法 火焰加热表面淬火 1. 目的 使工件表硬心韧，如曲轴、齿轮 感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火示意图 1—烧嘴　2—喷水管　3—加热层　4—工件　5—淬硬层 4. 火焰加热表面淬火 特点：设备简单，质量不易保证，适合单件生产 淬硬层深度一般为2～6mm 5. 感应加热表面淬火 1) 基本原理 感应加热表面淬火示意图 1—加热淬火层　2—间隙 3—工件　4—加热感应圈 5—淬火喷水套 2) 感应电流频率 感应电流的集肤效应 高频 100～500KHz 深度小（0.2-2mm） 中频 500～10000Hz 深度较大（2-8mm） 工频 50Hz 深度大（10-15mm） 3)感应加热表面淬火的特点 加热速度快； 时间短； 因表面层M相变产生压应力，可提高工件的疲劳强度； 工件表面质量高，变形小； 这种表面淬火的方法易于实现自动化 5) 后续热处理：低温回火 4) 预先热处理 (1) 目的：使工件心部具有高的综合力学性能 7) 应用举例1：中碳钢制齿轮制造工艺路线 一般零件: 正火处理 重要零件: 调质处理 (淬火＋高温回火) (2) 方法 表层：中碳 M回 6) 最终组织 心部： 或 P+F S回 下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工 →感应淬火→低温回火→精磨→成品 应用举例2：中碳钢制造的轴的工艺路线 下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工 →轴颈感应淬火→低温回火→精磨→成品 齿轮感应淬火层 感 应 加 热 表 面 淬 火 齿 轮 的 淬 硬 层 分 布 6.激光加热表面淬火 （1）工艺： 将高功率密度的激光束照射到工件表面，使表面快速加热到奥氏体区，依靠工件本身热传导迅速自冷而获得一定淬硬层的工艺操作 硬化层：1—2mm （2）应用：汽车、拖拉机汽缸套、汽缸、活塞环、凸轮轴等零件； （3）特点：淬火质量好，组织超细化，硬度高、脆性极小、工件变形小、不需要回火、节约能源、无污染、效率高、便于自动化，但是设备昂贵 。 激光表面淬火处理的内燃机气缸套 激 光 表 面 淬 火 的 汽 缸 套 二、表面化学热处理 Surface chemical heat treatment 将工件置于一定的化学介质中，通过加热、保温和冷却，使介质中的某些元素渗入到工件表层，以改变表层的化学成份和组织，从而使工件表面具有与心部不同的性能的一种热处理工艺 与表面淬火热处理相比，化学热处理不仅使工件表面与心部的组织不同，且成分亦不同 1. 目的 改变工件表层化学成分、组织，从而改善工件性能 渗碳、渗氮、碳氮共渗可提高钢表面的硬度、耐磨性及疲劳强度 渗B、渗Cr可提高表面耐磨性和耐蚀性 渗Al、渗Si可提高耐热抗氧化性 渗S可提高减摩性 2. 常用方法 渗碳, 渗氮 3. 钢的气体渗碳 气体渗碳法示意图 1) 装置：气体渗碳炉 2) 渗碳用钢：低碳钢 3) 渗碳基本原理： 碳原子在钢件表面 吸附、扩散 渗碳是向低碳钢或低碳合金钢工件表层渗入碳原子的过程 煤油，或甲醇＋丙酮 4) 渗碳剂：煤油，或甲醇＋丙酮，… 5) 渗碳温度：～930℃ 6) 渗碳时间：一般为数小时～十几小时 7) 渗碳后的碳浓度分布 0 至工件表面的距离 0.2 1.0 碳浓度，wC% 渗碳后工件中的含碳量从表面向心部逐渐降低，表面可达0.8~1.0%，而心部仍保持原始成份 低碳钢渗碳后缓冷的组织 8) 一般工艺路线　 如：用低碳钢制造汽车变速齿轮 　 下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火 →低温 回火→精磨→喷丸→成品 M回 + F 9) 最终组织 　 表层：高碳　　　　 　 心部：P+F (未淬透),　低碳　　 　 ( 淬透 ) 　　　　　　　 M回 + 粒状碳化物 + A残 性能要求：表面要求具有高的疲劳强度和表面硬度， 心部具有足够的塑性韧性 选材：低碳钢（20，25） 工艺路线： 微观组织： 渗碳应用举例（汽车变