化学热处理和表面淬火.pptx

3 钢的化学热处理和表面淬火n定定义义：化化学学热热处处理理是是将将工工件件置置于于一一定定的的介介质质中中加加热热和和保保温温，使使介介质质中中的的活活性性原原子子渗渗入入工工件件表表层层，改改变变表表面面层层的的化化学学成成分分及及显显微微组组织织，从从而而使工件表层获得所需特殊性能的热处理工艺。使工件表层获得所需特殊性能的热处理工艺。n根据渗入的元素来命名根据渗入的元素来命名n渗碳、氮化、碳氮共渗等可提高工件表面的硬渗碳、氮化、碳氮共渗等可提高工件表面的硬度、耐磨性以及疲劳强度；渗氮、渗硅、渗铝度、耐磨性以及疲劳强度；渗氮、渗硅、渗铝等用于提高工件的抗腐蚀性、抗氧化性，等用于提高工件的抗腐蚀性、抗氧化性，n应用最广的化学热处理是渗碳、氮化和碳氮共应用最广的化学热处理是渗碳、氮化和碳氮共渗。渗。化学热处理的基本过程分解n化学介化学介质在高温下在高温下(分解或蒸分解或蒸发)释放出放出待渗的活性原子，例如待渗的活性原子，例如 2CO CO2 +C n影响因素：影响因素：n反应温度n介质浓度n催化剂种类等化学热处理的基本过程吸收n活性原子被零件表面吸附，活性原子被零件表面吸附，进而溶解或而溶解或反反应。n根据作用力性根据作用力性质，分，分为化学吸附和物理化学吸附和物理吸附。吸附。n影响因素：影响因素：n温度n表面活性n表面面积等化学热处理的基本过程扩散n扩散是由于原子等微粒热运动引起的物扩散是由于原子等微粒热运动引起的物质传输现象。质传输现象。n活性原子由零件表面向内部活性原子由零件表面向内部扩散散,形成一形成一定深度的定深度的扩散散层（固溶体，或化合物）（固溶体，或化合物）n 扩散的阻力和条件扩散的阻力和条件n扩散与原子热运动相关，阻力就是周围原子对运动原子的限制（扩散激活能），n不是所有原子都可以移动的！阻力（和键能相关）大小不易改变n因此必须在满足以下条件才能实现n（1）扩散原子能固溶；n（2）具有驱动力：如浓度梯度，温度梯度。n（3）温度足够高；n（4）时间足够长；加速化学热处理的措施n提高活性物提高活性物质的的浓度度n提高温度提高温度n活化金属表面，如活化金属表面，如净化活化表面化活化表面n提高活性粒子的活性，如提高活性粒子的活性，如电场加速加速n改改变基体材料基体材料n复合渗等复合渗等扩散定律扩散定律n菲菲克克（A.Fick）于于1855年年通通过实验获得得了了关关于于稳定定态扩散的第一定律，其数学表达式散的第一定律，其数学表达式为n即即在在单位位时间内内通通过垂垂直直于于扩散散方方向向的的单位位截截面面积的的扩散流量散流量J与与浓度梯度成正比，度梯度成正比，n式式中中D为为扩扩散散系系数数，J为为扩扩散散通通量量，负负号号表表示示扩扩散方向与浓度梯度方向相反。散方向与浓度梯度方向相反。影响扩散系数的因素影响扩散系数的因素n温度温度n晶体晶体结构构n固溶体固溶体类型型n浓度度n晶体缺陷晶体缺陷扩散方程的一个解n纯铁渗碳时，在含碳量不变的气氛中，纯铁渗碳时，在含碳量不变的气氛中，C C浓度分布的试验结果与计算结果符合很浓度分布的试验结果与计算结果符合很好好 抛物线规律n n应应用中，常以用中，常以用中，常以用中，常以给给定碳定碳定碳定碳浓浓度度度度值值作作作作为为渗碳渗碳渗碳渗碳层层的界限，的界限，的界限，的界限，然后确定在一定温度下所需要的渗碳然后确定在一定温度下所需要的渗碳然后确定在一定温度下所需要的渗碳然后确定在一定温度下所需要的渗碳时间时间。n对于一定界面于一定界面C，为定定值；n即即 渗渗层厚度厚度x符合符合n式中K为比例系数，这个关系式常称为抛物线时间规律。这一关系被广泛地应用于如钢铁渗碳、晶体管或集成电路生产等工艺。n在一指定浓度C时，增加一倍扩散深度则需延长四倍的扩散时间。3.1 钢的渗碳钢的渗碳n目的：提高表面含碳量，从而提高表面目的：提高表面含碳量，从而提高表面硬度、硬度、强度、耐磨性度、耐磨性n举例：轴承，拖拉机变速齿轮举例：轴承，拖拉机变速齿轮n方法：气体，离子，真空，固体等方法：气体，离子，真空，固体等n渗碳用钢：低碳钢或低碳合金钢：20钢、20Cr 18CrMnTi、20CrMnTi钢等，考虑力学性能、工艺性（尺寸与淬透性、晶粒长大）要求和成本等进行选择n常用温度：常用温度：900950？渗碳件主要技术要求n碳碳势：1%，根据性能要求而定，根据性能要求而定n碳碳浓度梯度：平度梯度：平缓，有利于渗，有利于渗层与基体与基体的的结合，减少剥落。合，减少剥落。对于一些零件甚至于一些零件甚至规定定过共析共析层共析共析层的深度不超的深度不超过6070n渗渗层深度：主要取决于工件受力和深度：主要取决于工件受力和设计寿命等因素，寿命等因素，对于一些薄、小零件，渗于一些薄、小零件，渗层深度一般不超深度一般不超过截面尺寸的截面尺寸的20渗碳件的预备热处理n提高切削加工性（主要）提高切削加工性（主要）n为渗碳淬火作渗碳淬火作组织准准备（次要）（次要）n多采用正火多采用正火处理理气体渗碳滴注式气体渗碳滴注式n介介质：煤油、醇、苯等液体煤油、醇、苯等液体n工工艺：将工件装在密封的渗碳炉中，加：将工件装在密封的渗碳炉中，加热到到900950(常用常用930)，向炉内滴入煤油、等，向炉内滴入煤油、等有机液体，在高温下分解成有机液体，在高温下分解成CO、CO2、H2及及CH4等气体等气体组成的渗碳气氛，在高温下在工件成的渗碳气氛，在高温下在工件表面表面进行反行反应，生成活性碳原子，生成活性碳原子，被表面吸收，被表面吸收并向内部并向内部扩散而形成一定深度的渗碳散而形成一定深度的渗碳层。n常用方法常用方法介质选择原则n碳氧比大于碳氧比大于1，必要条件，必要条件n目前，常采用两种或以上介质搭配，控制碳势及成本n安全性安全性n经济性：性：n产气量大n碳当量大n便宜，易得滴注式气体渗碳工艺n一般分一般分为升温排气、渗碳（包括升温排气、渗碳（包括强渗和渗和扩散）散），降温冷却几个，降温冷却几个阶段段n碳碳势主要取决于液体种主要取决于液体种类、流量和温度、流量和温度n排气排气阶段：滴量大，快速段：滴量大，快速换气，防止零件氧化。气，防止零件氧化。750 开始甲醇，开始甲醇，900 煤油。到温后延煤油。到温后延续3060分分钟n渗碳渗碳阶段：正段：正压150200Pa，用富碳渗，用富碳渗剂滴滴量控制碳量控制碳势。两段法渗。两段法渗层碳碳浓度梯度小，度梯度小，结合合好，渗速好，渗速较快快n降温降温阶段：降温至出炉温度段：降温至出炉温度滴注式气体渗碳n操作要点操作要点n表面清洁；n同一炉零件材料、技术要求相同；n炉内正压，废气点燃；n零件之间气氛流通；n经常校对碳势；n严禁在750以下向炉内滴入有机液体，防爆吸热式气氛渗碳n将碳将碳氢化合物气体与空气按一定比例混化合物气体与空气按一定比例混合后，在催化合后，在催化剂和加和加热条件下条件下进行吸行吸热反反应，得到碳，得到碳势较低的渗碳气氛。低的渗碳气氛。n富化气多采用丙富化气多采用丙烷。可以通。可以通过调节富化富化气流量气流量实现炉气碳炉气碳势的的调节n（一般）用于（一般）用于连续作作业炉，常用即可炉，常用即可n连续式渗碳炉分式渗碳炉分为加加热、渗碳、渗碳、扩散、散、冷却四个区，可以冷却四个区，可以对碳碳势和温度和温度进行分行分区控制区控制n气体渗碳的优点：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。离子渗碳与真空渗碳特点n在低真空条件下渗碳在低真空条件下渗碳n可以采用可以采用较高的温度（和高的温度（和电场加速），加速），效率高效率高n渗渗层均匀，尤其是小孔均匀，尤其是小孔n节能能n节省渗省渗剂，环境好境好固体渗碳固体渗碳传统工艺渗碳工艺：工件+渗碳剂密封装入渗碳箱，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固体渗碳的特点n优点：点：n设备简单，不需要专门设备n适应性大，n操作简单n缺点：缺点：n淬火麻烦n劳动强度大，工作条件差n质量不易控制（温度，碳势）液体渗碳n盐浴中加浴中加热，实现渗碳渗碳n盐浴中含有加浴中含有加热介介质，如，如NaCl，供碳物，供碳物质，如，如NaCN，和催渗，和催渗剂,如如NaCO3n优点：点：变形小，渗速快，渗形小，渗速快，渗层均匀均匀n缺点：缺点：对人有毒，人有毒，环境境污染，染，渗碳后热处理n热处理方法与理方法与钢种、力学性能要求有关种、力学性能要求有关直接淬火直接淬火n预冷至预冷至850880后直接淬入油中或水中，后直接淬入油中或水中，180200进行低温回火。进行低温回火。n预冷预冷：减少淬火变形及开裂，使表层析出碳化物，降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，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。提高表层硬度。特点特点：操作简单、成本低，生产率高，适用于渗碳件操作简单、成本低，生产率高，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，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。的性能不利。用途用途：大批量生产的汽车、拖拉机齿轮常用此法。大批量生产的汽车、拖拉机齿轮常用此法。一次淬火法一次淬火法工件经渗碳空冷后，再重新加热进行淬火，然工件经渗碳空冷后，再重新加热进行淬火，然后在后在180200回火。回火。淬火温度选择取决于性能要求：淬火温度选择取决于性能要求：心部要求较高时，略高于心部要求较高时，略高于Ac3;Ac3;心部要求不高，稍高于心部要求不高，稍高于Ac1;Ac1;兼顾心部和表面性能：稍低于兼顾心部和表面性能：稍低于Ac3;Ac3;由于奥氏体晶粒细化，性能提高，由于奥氏体晶粒细化，性能提高，适用于比较适用于比较重要的零件，如高速柴油机齿轮等。重要的零件，如高速柴油机齿轮等。二次淬火法二次淬火法n渗碳空冷后，先加热到渗碳空冷后，先加热到AcAc3 3以上以上(一般为一般为850850900900)油淬，使心部组织细化，消油淬，使心部组织细化，消除表层网状渗碳体；然后再加热到除表层网状渗碳体；然后再加热到AcAc1 1以以上上(一般为一般为750750800800)油淬，最后在油淬，最后在180180200200进行回火。进行回火。n二次淬火法使工件表层和心部组织被细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。但工艺化，从而获得较好的力学性能。但工艺复杂，成本高；经反复加热冷却时易产复杂，成本高；经反复加热冷却时易产生变形、开裂、氧化等。所以只适用于生变形、开裂、氧化等。所以只适用于少数对性能要求特别高的工件。少数对性能要求特别高的工件。渗碳零件应用举例n中等模数的汽中等模数的汽车齿轮选用用20CrMnTi材料，材料，加工工加工工艺路路线为：下料、：下料、锻造、正火、造、正火、切削加工、渗碳淬火回火、切削加工、渗碳淬火回火、喷丸、磨削丸、磨削n正火：消除正火：消除锻造造应力，力，细化晶粒，化晶粒，调整整硬度，改善切削加工性硬度，改善切削加工性n渗碳淬火：提高渗碳淬火：提高齿面面强度、硬度、耐磨度、硬度、耐磨性性n低温回火：消除淬火低温回火：消除淬火应力，提高力，提高韧性性渗渗碳碳层层的的退退火火组组织织过共析组织过共析组织(P+Fe3C)共析组织共析组织(P)过渡区亚共析组织过渡区亚共析组织(P+F)原始亚共析组织原始亚共析组织(F+P)渗碳工件的最终组织渗碳工件的最终组织 针状回火马氏体针状回火马氏体+碳化物碳化物+少量残余奥氏体少量残余奥氏体 硬度为硬度为585864HRC64HRC，而心部组织则随钢的淬透，而心部组织则随钢的淬透性和淬火加热温度而定。性和淬火加热温度而定。对于低碳钢如对于低碳钢如1515、2020钢，其心部组织为铁素体钢，其心部组织为铁素体+珠光体，硬度相当于珠光体，硬度相当于101015HRC15HRC；对于低碳合金钢如对于低碳合金钢如20CrMnTi20CrMnTi，心部组织为回火，心部组织为回火低碳马氏体低碳马氏体+铁素体，硬度为铁素体，硬度为353545HRC45HRC。渗碳件质量检验项目n设计技技术条件条件：渗碳渗碳层深度深度、表面硬度表面硬度、心部硬度心部硬度及及不允不允许渗碳渗碳的部位等的部位等n不允不允许渗碳的部位渗碳的部位可采用可采用镀铜的方法来的方法来防止渗碳或多留加工余量。防止渗碳或多留加工余量。n按工按工艺要求，可以要求，可以检验n硬度：一般用硬度：一般用HRCn深深层深度深度:可以用宏可以用宏观端口法，端口法，显微微组织分析，分析，显微硬度微硬度测量等方法量等方法n金相金相组织：淬硬：淬硬层，心部，心部组织：常见缺陷及预防（137）n淬火后硬度低：表面碳淬火后硬度低：表面碳浓度偏低或脱碳，冷却度偏低或脱碳，冷却不合理（出不合理（出现T或或较多多A)n渗渗层出出现大大块或网状碳化物或网状碳化物:碳碳势过高高n渗渗层深度不均：温度不均、循深度不均：温度不均、循环不良，表面不不良，表面不清清洁，表面，表面积炭炭n心部偏心部偏软或偏硬：与淬火温度高低、冷却快慢，或偏硬：与淬火温度高低、冷却快慢，心部含碳量有关心部含碳量有关n表面出表面出现非非马氏体氏体组织：形成合金元素的氧化：形成合金元素的氧化物，降低表面淬透性物，降低表面淬透性n消除方法消除方法见p1373.2 渗氮n氮化就是向工件表面渗入氮、形成氮化物的处氮化就是向工件表面渗入氮、形成氮化物的处理工艺，其目的是提高工件表面的硬度、耐磨理工艺，其目的是提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。性、耐蚀性及疲劳强度。n氮化工艺特点氮化工艺特点n温度低 500570n时间长:一般需要2050 h，氮化层厚度只有0.30.5 mmn用于精密零件，用于精密零件，如发动机的汽缸、排气阀、精如发动机的汽缸、排气阀、精密机床丝杠、镗床主轴、汽轮机阀门等密机床丝杠、镗床主轴、汽轮机阀门等 氮化工艺特点氮化工艺特点温温度度低低：500500600600常常用用550550570570，远远低低于于渗渗碳碳温温度度，低低于于调调质质温温度度。由由于于氮氮在在铁铁素素体体中中有有一一定定的的溶溶解解能能力力，无无需需加加热热到到高高温。温。变形很小：这是由于渗氮温度低。变形很小：这是由于渗氮温度低。时间长：时间长：202050h50h，氮化层厚度：不超过氮化层厚度：不超过0.40.40.6mm0.6mm。渗氮件的性能渗氮件的性能 高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性 合金氮化物层，合金氮化物层，100010001100HV1100HV，而且在，而且在600600650650下保持不下降；下保持不下降；疲劳极限高疲劳极限高 渗氮层的体积增大产生残余压应力，渗氮层的体积增大产生残余压应力，疲劳极限提高达疲劳极限提高达15%15%35%35%；高的耐蚀性能高的耐蚀性能 致密耐蚀的氮化物，工件在水、过致密耐蚀的氮化物，工件在水、过热的蒸气和碱性溶液中都很稳定；热的蒸气和碱性溶液中都很稳定；气体渗氮气气体体渗渗氮氮 在在气气体体介介质质中中进进行行渗渗氮氮的的工工艺艺称称为为气体渗氮。气体渗氮。工工艺艺过过程程 在在渗渗氮氮炉炉内内通通入入氨氨气气，在在380380以以上上氨分解出活性氮原子氨分解出活性氮原子:2NH:2NH3 33H3H2 2+2N+2N 活活性性氮氮原原子子被被工工件件表表面面吸吸收收并并溶溶入入表表面面，在在保保温过程中向里扩散，形成渗氮层。温过程中向里扩散，形成渗氮层。n周期周期长，操作复，操作复杂，质量不量不稳定。定。氨分解率n分解得到的氮、分解得到的氮、氢气体占炉气体气体占炉气体积的百分比的百分比n如果氨分解率如果氨分解率过高，工件表面吸附大量高，工件表面吸附大量氢原子，原子，妨碍氮的吸收；妨碍氮的吸收；n如果氨分解率如果氨分解率过低，提供的活性氮原子很少，低，提供的活性氮原子很少，也降低氮化速度也降低氮化速度n实验证明，当氨分解率在明，当氨分解率在1540%，氮吸收，氮吸收最快（最快（实际温度下不可能温度下不可能这样低）低）n氨分解率与温度、氨分解率与温度、氨气流量氨气流量、工件表面、工件表面积、有、有无活性无活性剂等有关等有关气体氮化工艺n温度：温度：500570Cn时间：根据深度确定：根据深度确定n阶段升温，温度均匀，渗段升温，温度均匀，渗层均匀，均匀，变形小；形小；n渗氮工渗氮工艺方法：一段渗氮，二段渗氮（方法：一段渗氮，二段渗氮（强渗、渗、扩散），三段渗氮（散），三段渗氮（强渗、渗、扩散、散、强渗提高表渗提高表面硬度）面硬度）n控制氨分解率：在温度一定控制氨分解率：在温度一定时，通，通过控制氨分控制氨分解率解率 控制氮控制氮势：较低，氮低，氮势高（高（强渗渗阶段）；段）；较高，脆性降低（高，脆性降低（扩散散阶段，段，60%）n较快的冷却可降低脆性快的冷却可降低脆性离子渗氮离子渗氮n在低于一个大气压（一般在低于一个大气压（一般1-10mmHg）的）的氨气中，氨气中，n在电场作用下在电场作用下(工件，炉壁工件，炉壁，4004001000V1000V)，氨气被电离成含氮的正离子和电子，氨气被电离成含氮的正离子和电子，高能量含氮离子高速轰击工件表面，阴高能量含氮离子高速轰击工件表面，阴极工件表面形成一层紫色辉光，这种渗极工件表面形成一层紫色辉光，这种渗氮工艺称为氮工艺称为(辉光辉光)离子渗氮（离子渗氮（plasma nitriding）。）。离子渗氮工艺过程离子渗氮工艺过程n高能量氮离子高速轰击工件表面，高能量氮离子高速轰击工件表面，动能动能热能热能，工件表面温升到，工件表面温升到450450650650；同；同时氮离子在阴极上夺取电子后，还原成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。氮原子渗入工件表面，形成渗氮层。n另外，氮离子轰击工件表面时，还能产另外，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，铁离生阴极溅射效应而溅射出铁离子，铁离子形成氮化铁子形成氮化铁(FeN)(FeN)附着在工件表面并依附着在工件表面并依次分解为次分解为FeFe2 2N N、FeFe3 3N N、FeFe4 4N N放出氮原子向放出氮原子向工件内部扩散，形成渗氮层。工件内部扩散，形成渗氮层。离子渗氮特点离子渗氮特点F速速度度快快、周周期期短短。38CrMoAlA38CrMoAlA要要达达到到0.530.530.7mm0.7mm深深的的渗层，渗层，151520h20h（气体渗氮法气体渗氮法50h50h）。）。F质质量量高高。由由于于阴阴极极溅溅射射有有抑抑制制生生成成脆脆性性层层的的作作用用，所所以明显提高渗氮层的韧性和疲劳性质。以明显提高渗氮层的韧性和疲劳性质。F工工件件变变形形小小。阴阴极极溅溅射射效效应应使使工工件件尺尺寸寸略略有有减减小小，可可抵抵消消氮氮化化物物形形成成引引起起的的尺尺寸寸增增大大。适适用用于于处处理理精精密密零零件件和和复复杂杂零零件件，如如38CrMoAlA38CrMoAlA钢钢制制成成的的长长9009001000mm1000mm、外外径径27mm27mm的螺杆，渗氮后其弯曲变形小于的螺杆，渗氮后其弯曲变形小于5m5m。离子渗氮离子渗氮工艺特点：工艺特点：F对对材材料料的的适适应应性性强强。渗渗氮氮用用钢钢、碳碳钢钢、合合金金钢钢和和铸铸铁铁都都能能进进行行离离子子渗渗氮氮，但但专专用用渗渗氮氮钢钢（如如38CrMoAlA38CrMoAlA）效效果最佳。果最佳。F氨气利用率高，对环境影响小氨气利用率高，对环境影响小缺缺点点：投投资资高高，温温度度分分布布不不均均，测测温温困困难难和和操操作作要要求求严严格等。格等。氮化应用氮化应用应应 用：用：交变载荷下工作并要求耐磨的重要结构零件，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、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。阀门、排气阀等。技术要求：技术要求：需选用含与需选用含与N N亲合力大的亲合力大的AlAl、CrCr、MoMo、TiTi、V V等合金元素的合金钢，如等合金元素的合金钢，如38CrMoAlA38CrMoAlA、35CrAlA35CrAlA、38CrMo38CrMo等。等。技术要求与工艺路线技术要求与工艺路线技技术术要要求求：应应注注明明氮氮化化层层深深度度、表表面面硬硬度度、氮氮化化部部位位、心心部部硬硬度度等等，对对于于零零件件上上不不需需渗渗氮氮的的部部位位镀镀锡锡或或镀镀铜铜保保护护，或或增增加加加加工工余余量量、氮氮化化后去除。后去除。工艺路线：工艺路线：锻造锻造正火正火粗加工粗加工调质调质 精加工精加工去应力去应力粗磨粗磨氮化氮化 精磨或研磨精磨或研磨 渗氮件检验项目n表面硬度及脆性：一般用表面硬度及脆性：一般用HV（10kg）n深深层深度深度:可以用可以用显微微组织分析，分析，显微硬微硬度度测量等方法量等方法n心部心部组织：游离：游离铁素体素体13级，应无脱无脱碳碳层，粗大索氏体，粗大索氏体n疏松疏松检验：一般：一般13级合格合格渗氮钢的预处理n氮化氮化处理后只能理后只能进行磨削、研磨加工行磨削、研磨加工n为了保了保证心部具有良好的力学性能，消心部具有良好的力学性能，消除加工除加工应力，减小氮化力，减小氮化时的的变形，以及形，以及为氮化做好氮化做好组织准准备，一般需要，一般需要进行行调质处理，以理，以获得回火索氏体得回火索氏体组织n对变形和尺寸形和尺寸稳定性要求定性要求较高的需要高的需要进行行稳定化定化处理（高于氮化温度但是低于理（高于氮化温度但是低于回火温度，回火温度，46h保温）保温）渗氮缺陷及其防止方法n网状及脉状氮化物：温度高，氮网状及脉状氮化物：温度高，氮势高，高，原始原始组织粗大，氨气含水量大粗大，氨气含水量大n鱼骨状氮化物：骨状氮化物：预处理脱碳理脱碳n渗渗层厚度、硬度不均：表面不厚度、硬度不均：表面不洁，气体，气体循循环不良，温度不均等不良，温度不均等n变形大：温度不均，机加工形大：温度不均，机加工应力，渗力，渗层厚，工件装卡不合理，工件形状复厚，工件装卡不合理，工件形状复杂n对应处理理3.3 钢的碳氮共渗n碳氮共渗是同碳氮共渗是同时向工件表面渗入碳和氮向工件表面渗入碳和氮的化学的化学热处理工理工艺 。n按照共渗温度，可以分按照共渗温度，可以分为高温高温(900950 C)、中温、中温(700880 C)和低温和低温(500600 C)碳氮共渗三种，碳氮共渗三种，其中以中温与低温气体碳氮共渗其中以中温与低温气体碳氮共渗应用用较多多。中温气体碳氮共渗n以渗碳为主，其工艺与气体渗碳相似。以渗碳为主，其工艺与气体渗碳相似。n共渗温度比渗碳温度低，变形小，渗速也快。共渗温度比渗碳温度低，变形小，渗速也快。常用温度常用温度820880，要求的渗层厚度一般，要求的渗层厚度一般为为0.21.0 mm。近年来，深。近年来，深层碳氮共渗代碳氮共渗代替渗碳，效果很好。替渗碳，效果很好。n中温碳氮共渗的共渗层硬度与渗碳层相当或略中温碳氮共渗的共渗层硬度与渗碳层相当或略高，耐磨性和疲劳强度则优于渗碳层，且具有高，耐磨性和疲劳强度则优于渗碳层，且具有加热温度低，工件变形小、生产周期短等优点。加热温度低，工件变形小、生产周期短等优点。n常用于处理形状复杂、要求变形小的耐磨零件，常用于处理形状复杂、要求变形小的耐磨零件，如缝纫机、纺织机零件及各种轻载齿轮等。如缝纫机、纺织机零件及各种轻载齿轮等。工艺参数n共渗介共渗介质：渗碳介：渗碳介质氨气；含碳氮的氨气；含碳氮的有机化合物（如三乙醇胺，甲有机化合物（如三乙醇胺，甲酰胺等），胺等），我国常用煤油和氨气我国常用煤油和氨气n温度：温度：820860n时间：根据深度要求来决定：根据深度要求来决定气体碳氮共渗气氛控制n滴油量滴油量1520滴滴/m2min，通氨量，通氨量为煤煤油气化以后体油气化以后体积的的4050%（145）n换气次数气次数2.53.0次次/hn大大剂量排气可以量排气可以缩短排气短排气时间n密封，炉密封，炉压294490Pa,废气火苗高度气火苗高度120150mm碳氮共渗组织与性能n与渗碳与渗碳组织类似，直接淬火后典型似，直接淬火后典型组织为：细针状状马氏体氏体A+碳氮化合物碳氮化合物n含氮量含氮量过高，容易出高，容易出现黑色黑色组织n含氮量含氮量过低，容易低，容易实现屈氏体屈氏体组织黑色组织及预防n黑色黑色组织指碳氮共渗指碳氮共渗层中出中出现的黑点、的黑点、黑黑带和黑网。降低疲和黑网。降低疲劳强度和耐磨性度和耐磨性n控制途径控制途径n氨气流量适中（渗层氮含量适中0.30.5%)n适当提高淬火温度；n采用强冷却介质；n黑色组织深度10kHz2.淬透层深度淬透层深度28mm时，时，选中频加热选中频加热f18kHz3.淬透层深度淬透层深度810mm时，时，选工频加热选工频加热f50Hz感应加热表面淬火的分类感应加热表面淬火的分类n高频701000kHz，常用200300kHz，淬硬深度为0.52mm。中小模数齿轮、轴类零件等。n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。n工频50Hz，淬硬深度达1015mm。直径大于300mm的轧辊及轴类零件等。n超音频2040kHz，(音频1.5kW/cm2n 例如短例如短轴、小、小齿轮可以同可以同时加加热一次淬一次淬火，火，而而长轴、齿宽较大的中模数大的中模数齿轮、特大特大齿轮一般用一般用连续加加热淬火淬火n同同时加加热淬火的加淬火的加热参数主要是参数主要是设备输出功率（可以出功率（可以换算比功率）和加算比功率）和加热时间n连续加加热淬火的工淬火的工艺参数主要是参数主要是设备输出功率（可以出功率（可以换算比功率）、工件与感算比功率）、工件与感应器的相器的相对速度（可以速度（可以换算加算加热时间）n在在电源、感源、感应器、工件等参数不器、工件等参数不变时，加加热温度，加温度，加热层深度取决于加深度取决于加热时间，可根据可根据图表、表、经验或或尝试确定确定淬硬层深度n淬硬淬硬层深度和硬度是深度和硬度是检验感感应加加热表面表面淬火淬火质量的主要指量的主要指标n淬硬淬硬层的合理分布的合理分布对于提高疲于提高疲劳强度非度非常重要，常重要，压应力力n一般，淬硬一般，淬硬层深度是零件厚度的深度是零件厚度的1020时，可以，可以获得最佳力学性能得最佳力学性能n为防止开裂，防止开裂，轴端端应留留28mm不淬，不淬，相相邻两淬硬区保持两淬硬区保持10mm以上距离以上距离淬火冷却n感感应加加热后，冷却方法有后，冷却方法有n喷射冷却：冷却介质经感应器或冷却器上小孔喷射出来，冷却工件n浸液冷却；同时加热后浸液冷却n埋油冷却：感应器和工件埋在冷却液中，停止加热时，自动冷却n常用介常用介质：水，聚乙：水，聚乙烯醇水溶液，机油醇水溶液，机油回火n感感应淬火后的工件淬火后的工件应及及时进行低温回火，行低温回火，以消除以消除应力，防止力，防止变形开裂；并形开裂；并稳定定组织，提高塑性，提高塑性韧性性n回火方法主要有回火方法主要有n炉中回火：空气，油介质n自回火：淬火不冷透，利用余热回火n感应加热回火：常见缺陷及原因（173）n开裂、淬硬开裂、淬硬层深度和硬度不合适、表面深度和硬度不合适、表面硬度不均、表面熔化硬度不均、表面熔化火焰加热表面淬火n用用氧氧-乙乙炔炔或或煤煤气气-氧氧等等混混合合气气体体燃燃烧烧的的高高温温火火焰焰（可可达达3000）直直接接加加热热工工件件表表面面，使使其其快速升温，随即喷水冷却。快速升温，随即喷水冷却。n调调节节烧烧嘴嘴到到工工件件表表面面的的距距离离和和移移动动速速度度，可可获获得得不不同同厚厚度度的的淬淬硬硬层层，淬淬硬硬层层厚厚度度一一般般为为26 mm。n工艺及设备简单、成本低等优点，但生产率低、工艺及设备简单、成本低等优点，但生产率低、工件表面易过热、淬火质量不稳定。主要用于工件表面易过热、淬火质量不稳定。主要用于单件、小批量生产及大型零件的表面淬火。单件、小批量生产及大型零件的表面淬火。n火焰加火焰加热表面淬火表面淬火设备主要包括气源，主要包括气源，焊枪，（仿形），（仿形）喷嘴，（淬火机床）嘴，（淬火机床）n按照按照喷嘴与零件的相嘴与零件的相对运运动情况，火焰情况，火焰加加热方法有方法有n固定法：喷嘴和工件没有相对运动；n旋转法：零件旋转n前进法：火焰喷嘴和冷却装置沿工件表面平移；n联合法：工件旋转，火焰平移火焰淬火注意事项n安全操作！安全操作！n表面表面检查：裂：裂纹，氧化皮，气孔，砂眼，氧化皮，气孔，砂眼，脱炭脱炭层n零件尽可能零件尽可能预热，尤其是，尤其是铸钢、铸铁及及合金合金钢零件零件n必要必要时进行行预处理，例如正火，理，例如正火，调质n及及时回火，防止开裂回火，防止开裂火 焰 淬 火 装 置 操 作 要 领n 操操 作作 技技 术nP179n 安安 全全 技技 术nP179-180激光热处理n激光激光热处理是利用聚焦后的激光束照射得理是利用聚焦后的激光束照射得钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上，点以上，当激光移开后，由于仍当激光移开后，由于仍处于低温的内于低温的内层材料快材料快速速导热作用，使表作用，使表层快速冷却到快速冷却到马氏体相氏体相变点点以下，以下，获得淬硬得淬硬层。n与感与感应加加热淬火相比，使用的能量密度更高，淬火相比，使用的能量密度更高，加加热速度更快，不需要淬火介速度更快，不需要淬火介质，工件，工件变形更形更小，加小，加热层深度和加深度和加热轨迹易于控制，易于迹易于控制，易于实现自自动化，激光淬火可使工件表化，激光淬火可使工件表层0.1-1.0mm范范围内的内的组织结构和性能构和性能发生明生明显变化。化。n谢谢大家的大家的倾听！听！n如果有疑如果有疑问，询问其他老其他老师或致或致电 13302006897