第六章-表面改性技术-表面热处理课件

前言热处理的概念

通过对材料进行加热、保温、冷却的操作方法使钢的组织结构发生变化，以获得所需性能的一种工艺。1精选课件ppt

普通热处理：退火、正火、淬火、回火

热处理

表面淬火：火焰加热、

感应加热、电接触加热、

表面热处理

激光加热、等离子体加热

化学热处理：渗碳、氮化、

渗V、渗B、渗Nb

热处理的分类2精选课件ppt第二节

表面热处理

承受交变载荷、冲击载荷的零件，表面比心部承受较高的应力，且表面由于受到磨损、腐蚀等，故零件表面失效较快，需进行表面强化，使零件表面具有较高的强度、硬度、耐磨性、疲劳极限、耐腐蚀性；而心部仍保持足够的塑性、韧性，防止脆断，即具有“外硬内韧”组织。

3精选课件ppt一、表面淬火的概念

表面淬火是通过对钢件表面快速加热与立即冷却相结合，在零件表面获得淬火马氏体层的热处理方法。表面淬火用钢的含碳量以

0.40%-0.50%为宜(中碳钢)4精选课件ppt二、表面淬火的分类

根据加热方式的不同，表面淬火可分为：

①

感应加热表面淬火

②

火焰加热表面淬火

③

电接触加热表面淬火

④

激光加热表面淬火

⑤

等离子体加热表面淬火

工业上使用最多的是

①②5精选课件ppt1感应加热表面淬火

通过使零件表面产生一定频率的感

应电流，将零件表面迅速加热到淬火温

度，然后迅速喷水冷却的一种表面淬火

方法。

6精选课件ppt（1）感应加热的原理

零件放在感应器（空心铜管绕成）中，感应器中通以中频或高频交流电（500-300000Hz）以产生交变磁场，于是零件表面就有感应产生同频率的感应电流。

这种感应电流在零件表层电流密度很大，离开表层则很快衰减，零件内部感应电流几乎为零━集肤效应，且频率越高，电流集中层越浅。7精选课件ppt

由于零件本身存在电阻，因此集中于表层的电流，可使零件表层迅速被加热，在几秒钟内升温到

800-1000℃，而心部温度接近室温，经迅速喷水淬火冷却，使零件表层淬硬，心部仍保持较好的塑性、韧性。8精选课件ppt（2）感应加热频率的选用

感应电流集中层的厚度取决于电流频率，频率越高，集中层越薄，即淬透层越薄，因此可通过控制电流频率来控制淬硬层深度，非常方便。

高频加热：100-500KHz，常用200-300KHz

中频加热：500-10000Hz,常用2500-8000Hz

工频加热：50Hz

9精选课件ppt（3）感应加热的方式

同时加热：将欲淬硬的工件表面同时感应加热到奥氏体状态，然后冷却淬火。同时加热法生产效率高，设备功率足够大时应尽量采用。

连续加热：采用感应器与工件作相对运动，使工件表面逐次得到加热，随后逐次冷却淬火。连续加热淬火后，硬化层分布均匀，感应器通用性大，大多采用连续加热法。10精选课件ppt（4）感应加热表面淬火的特点

优点：

①加热速度极大，使珠光体转变为奥氏体的转变温

度升高，转变时间极短（不需保温），转变速度

极快。

②淬火后，可使零件表层获得极细的“隐晶马氏体”

组织，零件表层具有比普通淬火稍高的硬度（高

2-3HRC），较低的脆性，较高的疲劳强度。

③零件不易氧化、脱碳，且变形小。

④零件淬硬层深度易于控制，操作易实现自动化，生

产率高。11精选课件ppt缺点：

设备投资大，只适用于外形简单的零件，形状复杂的零件，感应器不易制造。（5）表面淬火的预热处理

为了保证淬火质量，改善零件心部机械性能，表面淬火前，可进行正火或调质预热处理。

12精选课件ppt2火焰加热表面淬火

用氧-乙炔、氧-煤气混合气体燃烧产生的火焰，喷射在零件表面，使之快速升温，当温度达到淬火温度时，迅速喷水冷却，从而获得表面淬硬层的淬火方法。

火焰加热表面淬火的淬硬层一般为2～6mm，若要获得更深的淬硬层，则会引起零件表面过热，且易淬裂。13精选课件ppt优点：简单，不需特殊设备，操作灵活，尤适合

局部表面淬火。缺点：生产效率低，淬火质量不稳定，表面易过

热。14精选课件ppt3盐炉加热表面淬火将工件放入温度较高的盐浴中进行加热，以较快的速度，在较短时间内使其表面层温度超过高的临界点，然后冷却淬火的工艺，称为盐浴加热表面淬火。盐浴快速加热常用KCl+NaCl混合盐。盐浴的加热速度要比高频感应加热和火焰加热缓慢得多，所以淬硬层较深。并且由于常用浸液冷却，没有喷射冷却强烈，故淬火工件的表面硬度较低。15精选课件ppt4电解液加热表面淬火

16精选课件ppt第三节

化学热处理

表面淬火，钢材的合适含C量为0.4～0.5%。由于表层性能与心部性能矛盾——“外硬内韧”，只能选用中碳钢来制作，虽然既照顾了“外硬”，又兼顾了“内韧”，但“外硬”与“内韧”的水平都不高。17精选课件ppt

要解决这一问题，可以采用化学热处理的方法。

化学热处理与物理热处理最大的区别是前者改变了钢的化学成分。一、化学热处理及分类18精选课件ppt1、化学热处理

将零件置于一定介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入零件表层，以改变表层的化学成分和组织，从而使零件表层具有所需的特殊性能。19精选课件ppt2、分类

按渗入元素的不同，化学热处理分为：

渗碳、氮化、碳氮共渗、渗金属（钒、铌…）。3、化学热处理进行的必要条件a、材料本身对欲渗的活性原子具有一定的溶解

度，或具有与活性原子形成化合物的能力。b、渗入的原子必须具有化学活性和较大的扩散

能力。20精选课件ppt4、化学热处理的基本过程

a、将钢材和介质加热到高温，以提高对活性

原子的溶解度，提高活性原子扩散能力；

同时介质在高温下分解，产生活性原子。

b、活性原子被钢吸收，并由表及里扩散，在

表层（扩散层）形成固溶体或化合物21精选课件ppt二、钢的渗碳1、渗碳：是向钢表层渗入碳原子的过程。2、渗碳目的：

提高钢表层的含碳量，经热处理后，

使表层具有高硬度，高耐磨性，而心部

仍保持一定的强度，较高的塑、韧性。

22精选课件ppt3、渗碳钢材：

采用低碳钢，低碳合金钢

（零件心部塑、韧性很好）

如：15、20、20Cr、20CrMnTi4、渗碳工艺的分类

按所用渗碳介质的不同，分为：气体渗

碳、固体渗碳、液体渗碳、等离子体渗碳。23精选课件ppt5、气体渗碳a、原理：

900～950℃

CH4[C]+2H2

2CO[C]+CO2

CO+H2[C]+H2O

活性[C]溶入高温奥氏体（面心立方），然后向内部扩散。24精选课件ppt井式气体渗碳电阻炉结构示意图1-风扇2-废气出口3-炉盖

4-砂封5-电阻元件6-耐热罐7-工件8-炉体9-渗剂入口25精选课件pptb、影响渗碳过程的因素①加热温度

加热温度越高，渗碳速度越大，扩散层厚度越大；但温度过高，会引起晶粒长大，零件变形严重。一般为Ac3+50～80℃，即：

900～950℃。26精选课件ppt②保温时间

保温时间越长，获得的渗碳层厚度越大，但达到一定厚度后，渗碳层的厚度随时间的延长变化不大。c、渗碳后的热处理零件渗碳后，应进行热处理“淬火+低温回火”27精选课件ppt6、固体渗碳采用固体渗碳剂：碳粒+碳酸盐原理：

900～950℃

BaCO3BaO+CO2

C（碳粒）+CO22CO

2CO[C]+CO228精选课件ppt

与气体渗碳相比，固体渗碳速度慢、生产率低，且质量不易控制；但设备简单，适用于小型零件。29精选课件ppt三、钢的氮化（渗氮）1、氮化是向钢的表层渗入氮原子的过程。2、氮化的目的：提高钢的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀性。3、氮化用钢：含有Al、Mo、V、Ti等合金元素的钢。

最典型的:38CrMoAl，35CrMo，18CrNiW4、氮化组织：钢件表面形成一层陶瓷层AlN、

MoN、VN、TiN。30精选课件ppt5、气体氮化①原理：

400～600℃

2NH33H2+2[N]

活性[N]原子被钢吸收后，在表层形成氮化物。

31精选课件ppt②氮化处理的特点

a、氮化处理前零件先调质，保证心部具有良好的综合机械性能。氮化层很薄，氮化常作为

零件加工的最后一道工序。

b、零件氮化后，无需进行淬火，表层便具有很高的硬度和耐磨性。因为表层形成一层坚硬的氮化物（氮化物颗粒很细、均匀分布）。

32精选课件pptc、零件氮化后，可显著提高疲劳强度。因为氮化层产生了较大的残余压应力，可显著降低疲劳载荷下产生的拉应力水平。d、氮化后零件具有较高的热硬性（600～650℃仍有较高的硬度）e、氮化后零件具有良好的耐腐蚀性，因为表层形成了一层致密的氮化物（陶瓷）

f、氮化处理，