1、第一節(jié)第一節(jié) 表面淬火與表面形變強化表面淬火與表面形變強化第二節(jié)第二節(jié) 表面化學熱處理表面化學熱處理第三節(jié)第三節(jié) 離子滲入及注入處理離子滲入及注入處理第四節(jié)第四節(jié) 氣相沉積氣相沉積第五節(jié)第五節(jié) 電鍍和化學鍍電鍍和化學鍍第五節(jié)第五節(jié) 表面涂覆處理表面涂覆處理溫故知新溫故知新 1 1、鋼的整體熱處理包括哪些工藝、鋼的整體熱處理包括哪些工藝? ? 2 2、什么是調(diào)質(zhì)？調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織和性能怎樣？、什么是調(diào)質(zhì)？調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織和性能怎樣？ 3 3、什么是鋼的淬透性？、什么是鋼的淬透性？正火、退火、淬火和回火，統(tǒng)稱正火、退火、淬火和回火，統(tǒng)稱“四把火四把火”。淬火后高溫回火的復合熱處理工藝稱調(diào)質(zhì)。調(diào)

2、質(zhì)后的淬火后高溫回火的復合熱處理工藝稱調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)后的組織為回火索氏體，具有優(yōu)異的綜合力學性能。組織為回火索氏體，具有優(yōu)異的綜合力學性能。 鋼在淬火條件下得到鋼在淬火條件下得到M組織或淬透層深度的能力，是組織或淬透層深度的能力，是 鋼的固有屬性。鋼的固有屬性。第7章 鋼的表面改性處理 截面較大、形狀復雜以及受力較苛刻的截面較大、形狀復雜以及受力較苛刻的螺栓、拉桿、螺栓、拉桿、鍛模、錘桿鍛模、錘桿等工件，要求截面力學性能均勻，應選用等工件，要求截面力學性能均勻，應選用淬透性好的鋼，采用調(diào)質(zhì)處理。淬透性好的鋼，采用調(diào)質(zhì)處理。第一節(jié) 表面淬火與表面形變強化表面：硬度高，耐磨表面：硬度高，耐磨心部：硬度

3、低，心部：硬度低，韌性高韌性高生產(chǎn)中，許多零件要求表面和心部具有不同的性能，一般生產(chǎn)中，許多零件要求表面和心部具有不同的性能，一般是是表面硬度高表面硬度高，有較高的耐磨性和疲勞強度；而，有較高的耐磨性和疲勞強度；而心部要求心部要求有較好的塑性和韌性有較好的塑性和韌性。第一節(jié) 表面淬火與表面形變強化表面和心部性能要求不同的零件實例表面和心部性能要求不同的零件實例齒輪齒輪凸輪凸輪曲軸曲軸 低碳鋼低碳鋼 ：可滿足心部要可滿足心部要求，表面要求不能滿足求，表面要求不能滿足 高碳鋼：高碳鋼：可滿足表面要求可滿足表面要求，心部要求不能滿足，心部要求不能滿足 在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱處理方

4、法，在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱處理方法，都有不能滿足其要求。都有不能滿足其要求。解決這一問題的方法是解決這一問題的方法是表面淬火表面淬火和和化學熱處化學熱處理理 第一節(jié) 表面淬火與表面形變強化7.1.1 7.1.1 鋼的表面淬火鋼的表面淬火 將金屬零件表層快速加熱到奧氏體化溫度，而心部沒有將金屬零件表層快速加熱到奧氏體化溫度，而心部沒有相變，然后快速冷卻，相變，然后快速冷卻，表層獲得馬氏體表層獲得馬氏體，而，而心部仍保持心部仍保持原始組織（原始組織（S S回）回），達到達到“表硬心韌表硬心韌”的工藝的工藝。第一節(jié) 表面淬火與表面形變強化依據(jù)加熱方式不同可分為依據(jù)加熱方式不同可分

5、為感應加熱，火焰加熱，激光加熱等。感應加熱，火焰加熱，激光加熱等。1.1.感應加熱表面淬火感應加熱表面淬火 感應加熱表面淬火示意圖感應加熱表面淬火示意圖第一節(jié) 表面淬火與表面形變強化1 感應加熱淬火感應加熱淬火（1）基本原理）基本原理 常用頻率：常用頻率：高頻高頻：200300kHz；淬硬；淬硬深度深度0.52mm。適用于小、。適用于小、薄零件薄零件中頻中頻： 2.58kHz；淬硬深；淬硬深度度2 10mm。用于一般工件。用于一般工件工頻工頻：50Hz；淬硬深度；淬硬深度1020mm。用于大型零件。用于大型零件。 感應加熱淬感應加熱淬硬硬層層 （mm）與）與電流頻率電流頻率f（Hz）的關系：）

6、的關系： = =（500600)500600) 可見可見電流頻率越高，淬火后電流頻率越高，淬火后工件硬化層越薄工件硬化層越薄。感應加熱表面淬火齒輪的截面圖感應加熱表面淬火齒輪的截面圖f第一節(jié) 表面淬火與表面形變強化熱處理方式：熱處理方式：AC3+80150 ， 水冷；水冷； 180200 回火回火表層：表層： 淬火馬氏體淬火馬氏體-高耐磨性高耐磨性心部：心部： 原始組織原始組織（回火索氏體）（回火索氏體） -保持高韌性保持高韌性 整體性能整體性能: : 表硬心韌表硬心韌, ,提高表層提高表層硬度、耐磨性及疲勞強度硬度、耐磨性及疲勞強度（3 3）應用）應用：中碳鋼、中碳鋼、制作的中小制作的中小

7、型齒輪和軸類零件型齒輪和軸類零件機床導軌機床導軌表面淬火齒輪表面淬火齒輪第一節(jié) 表面淬火與表面形變強化2 2）熱處理方式、組織與性能）熱處理方式、組織與性能5 5 感應加熱表面淬火的特點感應加熱表面淬火的特點1 1）加熱速度快、保溫時間短）加熱速度快、保溫時間短，過熱度大，過熱度大，A A形核多，不易長大，形核多，不易長大，表層可獲得細小隱晶表層可獲得細小隱晶M M，硬度比普通淬火高，硬度比普通淬火高HRC2HRC23 3，且脆，且脆性較低；性較低；2 2）M M轉(zhuǎn)變體積膨脹使工件表面存在殘余壓應力，提高了的零件轉(zhuǎn)變體積膨脹使工件表面存在殘余壓應力，提高了的零件 的疲勞強度；的疲勞強度；3 3

8、）加熱速度快、保溫時間短加熱速度快、保溫時間短，無氧化脫碳、表面質(zhì)量好。內(nèi)無氧化脫碳、表面質(zhì)量好。內(nèi)部未加熱，淬火變形?。徊课醇訜?，淬火變形小；4 4）生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)機械化與自動化。淬硬層深度易于控制。生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)機械化與自動化。淬硬層深度易于控制。5 5）缺點：缺點：設備較昂貴，維修調(diào)整保養(yǎng)技術要求高，形狀復雜設備較昂貴，維修調(diào)整保養(yǎng)技術要求高，形狀復雜感應器制造較難。感應器制造較難。 2 2 火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火 利用利用乙炔乙炔氧氣氧氣等形成的高溫等形成的高溫火焰對零件表層快速加熱隨后火焰對零件表層快速加熱隨后立即立即噴水淬火冷卻噴水淬火冷卻的工藝。的工藝。3 3 激光

9、熱處理激光熱處理 利用激光器產(chǎn)生的高功率密度利用激光器產(chǎn)生的高功率密度的激光束照射、轟擊工件表面的激光束照射、轟擊工件表面而使表面溫度迅速升高、而使表面溫度迅速升高、再利再利用工件自身的導熱性用工件自身的導熱性將熱量從將熱量從表面?zhèn)飨蛐牟慷_到自激冷沖表面?zhèn)飨蛐牟慷_到自激冷沖擊淬火的工藝方法。擊淬火的工藝方法。第一節(jié) 表面淬火與表面形變強化4 4 表面淬火零件的加工工藝路線表面淬火零件的加工工藝路線例：例：4545鋼凸輪軸鋼凸輪軸 下料下料鍛造鍛造正火正火機加工機加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 精加工精加工表面淬火表面淬火+ +低低溫回火溫回火檢驗檢驗正火正火- 消除應力、細化晶粒、改善切消除應力、細化晶粒、

10、改善切 削性能；削性能；調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)-提高凸輪軸的綜合力學性能；提高凸輪軸的綜合力學性能；表面淬火表面淬火-提高凸輪表層的硬度和耐提高凸輪表層的硬度和耐 磨性磨性低溫回火低溫回火-消除淬火應力消除淬火應力中頻感應加熱表面中頻感應加熱表面淬火的機車凸輪軸淬火的機車凸輪軸第一節(jié) 表面淬火與表面形變強化將工件置于特定的化學介質(zhì)或氣氛中加將工件置于特定的化學介質(zhì)或氣氛中加熱、保溫，使某些所需的元素擴散到工熱、保溫，使某些所需的元素擴散到工件表層里，以改變其化學成分的熱處理件表層里，以改變其化學成分的熱處理工藝。工藝。 依據(jù)滲入元素的不同，可分為依據(jù)滲入元素的不同，可分為滲碳，滲碳，滲氮，碳氮共滲，滲硼，滲

11、金屬等。滲氮，碳氮共滲，滲硼，滲金屬等。7.2. 7.2. 化學熱處理化學熱處理 ( ( Chemical Heat Treatment Chemical Heat Treatment ) ) 1. 1.概述概述1. 1. 化學熱處理的主要作用：化學熱處理的主要作用： 1 1）提高工件表層硬度、耐磨性與疲勞強度，使心部在提高工件表層硬度、耐磨性與疲勞強度，使心部在具有具有 一定強度的情況下，有足夠的塑性和韌性。一定強度的情況下，有足夠的塑性和韌性。 如如滲碳、氮化、氰化（碳、氮共滲）滲碳、氮化、氰化（碳、氮共滲）等；等； 2 2）提高工件的表層的耐腐蝕性，如提高工件的表層的耐腐蝕性，如氮化、滲

12、硅氮化、滲硅等；等； 3 3）提高工件表層的抗氧化性，如提高工件表層的抗氧化性，如滲鋁、滲鋁、滲鉻滲鉻等。等。第二節(jié) 表面化學熱處理1 1） 化學介質(zhì)的化學介質(zhì)的分解分解 如如 2CO 2 C 2CO 2 C O2 O2 2NH3 2 N 2NH3 2 N 3H23H2 由化學介質(zhì)分解產(chǎn)生的活性由化學介質(zhì)分解產(chǎn)生的活性原子，如原子，如 C C 、 N N 才能才能滲入工件表層里。滲入工件表層里。 2 2）工件）工件吸收吸收活性原子活性原子 3 3）活性原子向心部方向）活性原子向心部方向擴散擴散氮化擴散層氮化擴散層2.2.化學熱處理的基本過程化學熱處理的基本過程第二節(jié) 表面化學熱處理1 1）氣體

13、滲碳氣體滲碳 把工件裝入滲碳爐密閉把工件裝入滲碳爐密閉 通入滲碳劑（氣、液體有機通入滲碳劑（氣、液體有機物）物）, , 加熱至加熱至 900 950900 950（奧氏（奧氏體區(qū)范圍）保溫，體區(qū)范圍）保溫，爐內(nèi)發(fā)生爐內(nèi)發(fā)生 CnH2nnCCO2 COH2CH2O7.2.1. 滲碳滲碳優(yōu)點：優(yōu)點：生產(chǎn)效率高，過程可控制，滲層質(zhì)量好生產(chǎn)效率高，過程可控制，滲層質(zhì)量好2）固體滲碳）固體滲碳 將工件和固體滲碳劑裝入滲碳箱中，用蓋子和耐火泥封好，將工件和固體滲碳劑裝入滲碳箱中，用蓋子和耐火泥封好，然后放在爐中加熱至然后放在爐中加熱至900-950，保溫足夠長時間，得到，保溫足夠長時間，得到一定厚度的滲碳

14、層。一定厚度的滲碳層。 零件零件滲碳劑滲碳劑(木炭木炭)+催滲劑（催滲劑（Ba2Co3）試棒試棒蓋蓋泥封泥封滲碳滲碳箱箱第二節(jié) 表面化學熱處理第二節(jié) 表面化學熱處理 一次淬火法一次淬火法（將工件滲碳后（將工件滲碳后先空冷，然后重新加熱淬火）先空冷，然后重新加熱淬火）滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回火滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回火組織：組織：表層表層MM回回+ +碳化物碳化物第二節(jié) 表面化學熱處理3) 滲碳后熱處理滲碳后熱處理 直接淬火法直接淬火法( (將工件從將工件從滲碳后滲碳后的溫度預冷到略高于心部的溫度預冷到略高于心部Ar3的的溫度，立即放于油中淬火溫度，立即放于油中淬火) ) 適用于性能

15、要求不高的工件（由適用于性能要求不高的工件（由于滲碳溫度高，淬火后于滲碳溫度高，淬火后MM粗大）粗大）滲碳零件的工藝路線滲碳零件的工藝路線 鍛造鍛造正火正火機加工機加工滲碳滲碳淬火低溫回火淬火低溫回火（噴丸）（噴丸）精磨精磨經(jīng)滲碳的機車從動齒輪經(jīng)滲碳的機車從動齒輪主要用于耐沖擊和耐磨主要用于耐沖擊和耐磨都要求很高的零件，如都要求很高的零件，如汽車變速齒輪，活塞銷。汽車變速齒輪，活塞銷。適合適合低碳低碳鋼，鋼，低碳低碳合金合金鋼鋼等材料。等材料。第二節(jié) 表面化學熱處理4 4）應用應用滲滲氮氮方法分為方法分為氣體滲氣體滲氮氮和和離子滲離子滲氮氮1）工藝）工藝 500 600加熱，通入加熱，通入氨氣

16、氨氣加熱加熱 2NH33H2+ N 分解出分解出 N 滲入工件表層。滲入工件表層。 經(jīng)氮化的機車曲軸經(jīng)氮化的機車曲軸第二節(jié) 表面化學熱處理 2 氮化（氮化（Nitriding） 溶入溶入F中固溶強化中固溶強化, 形成形成ALN.CrN等氮化物，等氮化物，形成氮化白層形成氮化白層 Fe2N Fe4N. N 的作用的作用 氨分子測量儀氨分子測量儀氨流量開關氨流量開關爐壓測定儀爐壓測定儀溫度測定控制儀溫度測定控制儀真空滲氮爐真空滲氮爐爐氣排出爐氣排出燃燒器燃燒器第二節(jié) 表面化學熱處理滲氮處理后的組織滲氮處理后的組織 表層表層 : Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、 MoN等氮化物。等氮化物。 心部

17、心部 : 回火索氏體回火索氏體黃色區(qū)黃色區(qū) : : ( Fe2-3N ) + ( Fe4N ) ( Fe2-3N ) + ( Fe4N ) ; ; 紅色區(qū)紅色區(qū) : : ( Fe4N ) ;( Fe4N ) ;藍綠色區(qū)藍綠色區(qū): :含氮索氏體含氮索氏體 + + 脈狀氮化物脈狀氮化物; ; 綠黃色區(qū)綠黃色區(qū): :索氏體基索氏體基體。體。第二節(jié) 表面化學熱處理常用鋼種常用鋼種 38 CrMoAl 38 CrMoAl 氣體滲氮層組織氣體滲氮層組織2)2) 特點特點 1) 1) 滲層高硬度，耐磨，耐蝕，耐高溫（工作溫度可達滲層高硬度，耐磨，耐蝕，耐高溫（工作溫度可達600600650650）, ,處理

18、不變形。處理不變形。 2) 2) 滲層?。▋H滲層?。▋H0.3-0.5mm0.3-0.5mm）不耐沖擊，生產(chǎn)周期長（）不耐沖擊，生產(chǎn)周期長（40704070小小時，最長達時，最長達 8080小時）。小時）。3)3)應用應用 應用于各種耐磨性和精度要求很高的零件，如：精密機床應用于各種耐磨性和精度要求很高的零件，如：精密機床、化工、食品機械的、化工、食品機械的中碳合金鋼中碳合金鋼 （ 38CrMoAl, 35CrMo)38CrMoAl, 35CrMo)的軸的軸、齒輪、閥門等。、齒輪、閥門等。 氮化齒輪的加工路線：氮化齒輪的加工路線： 鍛造鍛造正火正火-機加工機加工-調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)-精加工精加工-氮化氮化

19、（最終熱處理）（最終熱處理）- -精磨精磨-時效時效-研磨研磨第二節(jié) 表面化學熱處理7.2.3 碳氮共滲碳氮共滲 （ Nitrocarburizing）碳氮共滲碳氮共滲高溫高溫CN共滲共滲中溫中溫CN共滲共滲低溫低溫CN共滲共滲1 . 中溫中溫CN共滲共滲 a. 工藝：工藝： 加熱加熱 850870，通入，通入煤油分解煤油分解 C ，氨氣分解氨氣分解 N ， 保溫保溫34小時，滲層小時，滲層 0.1 0.15mm小時小時。 出爐可直接淬火，然后在出爐可直接淬火，然后在 180200回火。回火。 b. 滲層組織與性能滲層組織與性能 滲層（滲層（0.40.6mm） 比滲碳薄，比滲碳薄， 硬度和耐磨

20、性比滲碳高硬度和耐磨性比滲碳高 c. 應用與工藝路線應用與工藝路線 同滲碳。同滲碳。 第二節(jié) 表面化學熱處理7.2.3 碳氮共滲碳氮共滲 （ Nitrocarburizing）利用尿素分解利用尿素分解 C 和和 N （NH2)3CO 2 N + 2H2 + CO 2 CO CO2 + C 加熱溫度加熱溫度為為 500570，處理時間，處理時間 13小時。小時。 滲層滲層為為 0.010.02mm氮化物白層氮化物白層 + 0.1 0.4 mm擴散層擴散層。 應用應用：性能低于氮化，但生產(chǎn)周期短性能低于氮化，但生產(chǎn)周期短， 常用于各種中、高碳鋼零件，也可用于刀具、模具等，以及常用于各種中、高碳鋼零

21、件，也可用于刀具、模具等，以及 鑄鐵件，如鑄鐵件，如 氣缸套等。氣缸套等。 第二節(jié) 表面化學熱處理3. 3. 低溫氮碳共滲（低溫氮碳共滲（氣體軟氮化）氣體軟氮化）共滲劑共滲劑: : 氨氣和滲碳氣體混合氣、尿素氨氣和滲碳氣體混合氣、尿素分解分解 C C 和和 N N （NH2)3CO 2 N + 2H2 + CONH2)3CO 2 N + 2H2 + CO 2 CO CO2 + C 2 CO CO2 + C 應用：應用：氣體軟氮化不受鋼種限制，氣體軟氮化不受鋼種限制，常用于各種中、高碳鋼零常用于各種中、高碳鋼零件，也可用于刀具、模具等，以及鑄鐵件，如件，也可用于刀具、模具等，以及鑄鐵件，如 氣缸

22、套等。氣缸套等。 共滲層性能：共滲層性能：比純氮化硬度低，但韌性高，滲層不易剝落，并比純氮化硬度低，但韌性高，滲層不易剝落，并有減摩的特點，在不良潤滑和高磨損條件下，有抗咬合、抗檫傷有減摩的特點，在不良潤滑和高磨損條件下，有抗咬合、抗檫傷的優(yōu)點，耐磨性明顯提高，還有較的疲勞強度的優(yōu)點，耐磨性明顯提高，還有較的疲勞強度 。 由于處由于處 理溫度低，時間短，所以零件變形小。理溫度低，時間短，所以零件變形小。 滲層組織滲層組織0.01 0.02mm氮化物白層氮化物白層 + 0.1 0.4 mm擴散層擴散層。共滲溫度和時間：共滲溫度和時間：為為 500570，處理時間，處理時間 13小時。小時。2.

23、2. 低溫氮碳共滲（低溫氮碳共滲（氣體軟氮化）氣體軟氮化）3)3)比較比較合金結構鋼合金結構鋼HRC53-60中溫碳氮共滲中溫碳氮共滲820-8602-8以滲碳為主以滲碳為主0.5-0.8mm淬火淬火+低溫回火低溫回火合金工具鋼合金工具鋼HRC54-63低溫氮碳共滲低溫氮碳共滲500-6001-6以滲氮為主以滲氮為主0.1-0.4mm不需要不需要材料材料性能性能名稱名稱溫度溫度()時間時間(h)作用作用滲層滲層熱處理熱處理第二節(jié) 表面化學熱處理1.1.離子氮化離子氮化 在真空爐內(nèi)進行，在真空爐內(nèi)進行，工件接高壓直流工件接高壓直流電源的負極電源的負極，真空鐘罩接正極真空鐘罩接正極。抽真抽真空后充

24、入氨氣?？蘸蟪淙氚睔?。 氨電離分解成氨電離分解成 N N、H H 和和 e e并在工件并在工件表面產(chǎn)生輝光放電表面產(chǎn)生輝光放電 正離子轟擊工件表面，使工件升溫正離子轟擊工件表面，使工件升溫 正離子在鋼件表面獲得電子還原成正離子在鋼件表面獲得電子還原成 N N 滲入零件表面形成氮化層。滲入零件表面形成氮化層。 優(yōu)點優(yōu)點 效率高（周期只有氣體氮化的效率高（周期只有氣體氮化的1/21/21/51/5），節(jié)能，氣體），節(jié)能，氣體 少，無污染。少，無污染。缺點缺點 設備貴，工藝成本高。設備貴，工藝成本高。第三節(jié) 離子滲入及注入處理1.1.熱噴涂熱噴涂 熱噴涂是通過火焰、電弧或等離子體等熱源將某種線狀或熱

25、噴涂是通過火焰、電弧或等離子體等熱源將某種線狀或粉末狀的材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)粉末狀的材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài), ,通過氣流吹動使其通過氣流吹動使其霧化霧化, ,并高速噴射到經(jīng)過預處理的基體表面并高速噴射到經(jīng)過預處理的基體表面, ,以形成噴涂層以形成噴涂層的表面加工技術的表面加工技術 。第四節(jié) 表面工程技術簡介 熱噴涂工藝熱噴涂工藝線材噴涂線材噴涂分兩步第一步是打底過程分兩步第一步是打底過程 ，一般用鉬合金和不銹鋼，一般用鉬合金和不銹鋼進行噴涂進行噴涂 第二步是工作層涂層。本課題用的是銅絲和高碳第二步是工作層涂層。本課題用的是銅絲和高碳鋼線材。是鋼線材。是CuCu基與基與NiNi基的混合使用基的混合使用 粉末噴涂粉末噴涂是直接將工件預處理后，用的是自結合粉末，不需是直接將工件預處理后，用的是自結合粉末，不需打底，直接噴涂。打底，直接噴涂。 涂層后處理涂層后處理, ,涂層后處理可以進一步改善涂層