表面熱處理及化學熱處理第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四2.4.4鋼的表面熱處理工藝感應加熱火焰加熱電接觸加熱電解加熱工藝的核心:使零件具有“表硬里韌”的力學性能。第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四一.表面淬火(SurfaceHardening)一)定義:是一種不改變鋼表層化學成分,但改變表層組織的局部熱處理工藝。二)工藝特征:通過快速加熱使鋼的表層奧氏體化,然后急冷,使表層形成馬氏體組織,而心部仍保持不變。第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四三)表面淬火用鋼:

選用中碳或中碳低合金鋼。40、45、40Cr、40MnB等。四)表面淬火加工的方法:

感應加熱(高、中、工頻)、火焰加熱、電接觸加熱法等。第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四1.感應加熱表面淬火1)感應加熱的基本原理:*

感應電流---渦流*

集膚效應*淬火層深度(δ)與電流頻率(f)的關系:δ=500/√f（mm）

第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四2)工藝要求:

*表面淬火前,必須對零件進行正火或調質處理,以保證零件有良好的基體。

*表面淬火后,必須對零件進行低溫回火處理,以降低淬火應力和脆性。3)生產特點:

淬火件的質量好;工件變形小;不易氧化及脫碳;淬火層容易控制;生產率高。設備投資大,不適于復雜形狀零件和小批量生產。第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四2.火焰加熱表面淬火1)火焰加熱表面淬火的基本方法第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四2)火焰加熱表面淬火的特點:*設備簡單,操作方便,成本低。*淬火質量不穩定。*適于單件、小批量及大型零件的生產。第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四2.4.5化學熱處理

(ChemicalHeatTreatment)一)定義:將零件置于一定的化學介質中,通過加熱、保溫,使介質中一種或幾種元素原子滲入工件表層,以改變鋼表層的化學成分和組織的熱處理工藝。第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四二)化學熱處理的基本過程:2.吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶解。3.擴散:

活性原子由零件表面向內部擴散,形成一定的擴散層。1.分解:

化學介質在高溫下釋放出待滲的活性原子。

2COCO2+〔C〕第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四三)化學熱處理進行的條件:1.滲入元素的原子必須是活性原子,而且具有較大的擴散能力。2.零件本身具有吸收滲入原子的能力,

即對滲入原子有一定的溶解度或能與之化合,形成化合物。四)化學熱處理的種類:滲碳;滲氮;碳氮共滲;滲硼;滲鋁;滲硫;滲硅;滲鉻等。第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四1.鋼的滲碳(Carburizeofsteel)1)定義:向鋼的表面滲入碳原子的過程。2)目的:獲得具有表硬里韌性能的零件。3)用鋼:低碳鋼和低碳合金鋼。4)方法:固體、氣體、液體滲碳。5)工藝:

加熱溫度為900～950℃;

滲碳時間一般為3～9小時;6)滲碳后的組織:20CrMnTi

1%CP+Fe3CⅡ0.2%CF+P少表面中心零件PP+F第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四7)滲碳后的熱處理工藝時間溫度930℃850℃方案1方案2滲碳淬火加熱第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四7)滲碳后的熱處理工藝第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四8)熱處理后的組織低碳M回+FM回+Cm+A殘低碳合金鋼低碳M回+FM回+Fe3C+A殘低碳鋼心部組織表層組織鋼種9)常用的鋼種:

15、20、20Cr、20Mn2、

20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四2.鋼的滲氮(Nitridationofsteel)1)定義:向鋼的表面滲入氮原子的過程。2)目的:獲得具有表硬里韌及抗蝕性能的零件。3)用鋼:中碳合金鋼。4)方法:氣體滲氮。第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四5)工藝:加熱溫度500～600℃;

保溫時間0.3～0.5mm/20～50h。6)熱處理特點:

滲氮前需調質處理;

滲氮后不需熱處理。7)滲氮處理后的組織

表層:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、

MoN、TiN、VN。

心部:S回。8)常用的鋼種:

35CrMo、18CrNiW、

38CrMoAlA

(氮化王牌鋼)等。第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四

滲碳與滲氮的工藝特點處理后是否需要熱處理處理時間(h)處理溫度(℃)名稱需要3～9900～950滲碳不需要20～50500～600滲氮第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四3.鋼的碳氮共滲---氰化處理

(Carbonitridingofsteel)1)定義:向鋼的表面同時滲入碳和氮原子的過程。2)目的:獲得具有表硬里韌性能的零件。3)方法:固體碳氮共滲氣體碳氮共滲液體碳氮共滲高溫中溫低溫第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四4)工藝:合金結構鋼HRC53～60中溫氣體碳氮共滲800～8601～8以滲碳為主0.5～0.8mm淬火+低溫回火合金工具鋼HRC54～63低溫氣體碳氮共滲500～6001～6以滲氮為主0.1～0.4mm不需要材料性能名稱溫度(℃)時間(h)作用滲層熱處理第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四4.鋼鐵的氧化和磷化1）鋼鐵的氧化鋼鐵的氧化處理又稱發藍、發黑，指將鋼鐵件放入苛性鈉、亞硝酸鈉的溶液中處理，使其表面生成一層氧化膜，膜層一般呈藍黑色或深黑色。含硅量較高的呈灰褐色和黑褐色。為提高氧化膜的耐蝕性，可在發藍后浸油或經磷酸鹽或重鉻酸鹽處理。2）鋼鐵的磷化鋼鐵的磷化是指鋼鐵在某些酸性磷酸鹽為主的溶液中處理，使其表面沉積形成一層不溶于水的磷酸鹽轉化膜的過程。磷化層呈灰色和暗灰色的結晶狀態，厚度為1~50微米。耐蝕能力為發藍的2~10倍。第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四END！第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四感應加熱表面淬火示意圖集膚效應示意圖第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四20鋼滲碳緩冷組織(化染)580表層珠光體+網狀滲碳體;中層珠光體;內層鐵素體+珠光體第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四20CrMnTi鋼滲碳層組織(化染)320滲碳體(白色塊狀)+高碳M(蘭色針狀)+殘余A(棕黃色)第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四38CrMoAl氣體滲氮層組織(化染)650黃色區:ε(Fe2-3N)+γ’(Fe4N);紅色區:γ’(Fe4N);藍綠色區:含氮索氏體+脈狀氮化物;

綠黃色區:索氏體基體。第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四20CrMnTi鋼碳氮共滲層組織(化染)100針狀M+殘余A;

混合M+殘余A;

板條M+針狀M第27頁，共30頁，2023年，2月20日，