1、第三節(jié) 鋼的表面熱處理對工件表面進(jìn)行強(qiáng)化的金屬熱處理工藝。它不改變零件心部的組織和性能 。廣泛用于既要求表層具有高的耐磨性、抗疲勞強(qiáng)度和較大的沖擊載荷，又要求整體具有良好的塑性和韌性的零件，如曲軸、凸輪軸、傳動齒輪等。表面熱處理分為表面淬火和化學(xué)熱處理兩大類。1一、鋼的表面淬火僅對鋼的表面加熱、冷卻而不改變其成分的熱處理工藝稱為表面淬火。表面淬火使工件表層得到高硬度的淬火馬氏體，而心部仍然保持原有的韌性。其主要種類有：感應(yīng)加熱淬火和火焰加熱淬火兩類。21、感應(yīng)加熱表面熱處理如圖所示將工件放在通有高頻(中頻、工頻)電流的線圈中，利用感應(yīng)電流通過工件產(chǎn)生熱效應(yīng)（集膚效應(yīng)），使工件表層(或局部)迅速

2、加熱并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝，叫感應(yīng)加熱表面淬火。3感應(yīng)加熱的基本原理 感應(yīng)線圈中通以交流電時，即在其內(nèi)部和周圍產(chǎn)生一與電流相同頻率的交變磁場。若把工件置于磁場中，則在工件內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，并由于電阻的作用而被加熱。由于交流電的集膚效應(yīng)，靠近工件表面的電流密度大，而中心幾乎為零。工件表面溫度快速升高到相變點以上，而心部溫度仍在相變點以下。感應(yīng)加熱后，采用水、乳化液或聚乙烯醇水溶液噴射淬火，淬火后進(jìn)行180200低溫回火，以降低淬火應(yīng)力，并保持高硬度和高耐磨性。4感應(yīng)加熱表面淬火示意圖集膚效應(yīng)示意圖5表面淬火一般用于中碳鋼和中碳低合金鋼,如45、40Cr、40MnB鋼等。用于齒輪、軸類零件的表面

3、硬化，提高耐磨性。6感應(yīng)加熱表面熱處理的特點 (1) 高頻感應(yīng)加熱時，鋼的奧氏體化是在較大的過熱度（Ac3以上80150)進(jìn)行的, 因此晶核多, 且不易長大。(2) 表面層淬得馬氏體后, 由于體積膨脹在工件表面層造成較大的殘余壓應(yīng)力, 顯著提高工件的疲勞強(qiáng)度。(3) 因加熱速度快，沒有保溫時間，工件的氧化脫碳少。另外，由于內(nèi)部未加熱，工件的淬火變形也小。(4) 加熱溫度和淬硬層厚度（從表面到半馬氏體區(qū)的距離）容易控制，便于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。7感應(yīng)加熱設(shè)備：主要是感應(yīng)加熱頻率的選擇：根據(jù)熱處理及加熱深度的要求選擇頻率，頻率越高加熱的深度越淺。高頻(10KHZ以上)加熱的深度為0.52.5mm,

4、 一般用于中小型零件的加熱，如小模數(shù)齒輪及中小軸類零件等。中頻(110KHZ)加熱深度為210mm，一般用于直徑大的軸類和大中模數(shù)的齒輪加熱。工頻(50HZ)加熱淬硬層深度為10-20mm，一般用于較大尺寸零件的透熱，大直徑零件（直徑300mm以上，如軋輥等）的表面淬火。82、火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是用乙炔氧或煤氣氧等火焰加熱工件表面，進(jìn)行淬火。火焰加熱表面淬火和高頻感應(yīng)加熱表面淬火相比，具有設(shè)備簡單，成本低等優(yōu)點。但生產(chǎn)率低，零件表面存在不同程度的過熱，質(zhì)量控制也比較困難。因此主要適用于單件、小批量生產(chǎn)及大型零件（如大型齒輪、軸、軋輥等）的表面淬火。9火焰加熱表面淬火示意圖10火焰

5、淬火方法11二、鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進(jìn)表面性能，滿足技術(shù)要求的熱處理過程?；瘜W(xué)熱處理的種類：有滲碳、滲氮、碳氮共滲、氮碳共滲及滲金屬等。化學(xué)熱處理三個基本過程：分解、吸收、擴(kuò)散121、滲碳（1）概述概念：增加鋼件表面含碳量和一定的碳濃度梯度，將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并使碳原子滲入表層的化學(xué)熱處理工藝。目的：使鋼件在熱處理后獲得高的表面硬度、耐磨性及高的疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。方法：固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳。滲碳用鋼：15、20鋼等低碳鋼。13氣體滲碳工藝： 將工件裝在密封的滲碳爐中，加熱到90

6、0950，向爐內(nèi)滴入煤油、苯、甲醇等有機(jī)液體，或直接通入煤氣、石油液化氣等氣體，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生活性碳原子，使鋼件表面滲碳。滲碳使低碳(0.150.30%)鋼件表面獲得高碳濃度（約1.0%）。 14滲碳工藝曲線分為升溫排氣、強(qiáng)滲、擴(kuò)散及降溫冷卻四個階段 15（2）滲碳后的熱處理 直接淬火 滲碳后直接淬火，由于滲碳溫度高, 奧氏體晶粒長大, 淬火后馬氏體較粗, 殘余奧氏體也較多, 所以耐磨性較低, 變形較大。為了減少淬火時的變形, 滲碳后常將工件預(yù)冷到830850后淬火。 一次淬火 是在滲碳緩慢冷卻之后, 重新加熱到臨界溫度以上保溫后淬火，心部組織要求高時 一次淬火的加熱溫度略高于Ac3。對于受

7、載不大但表面性能要求較高的零件, 淬火溫度應(yīng)選用Ac1以上3050, 使表層晶粒細(xì)化, 而心部組織無大的改善, 性能略差一些。 二次淬火 對于力學(xué)性能要求很高或本質(zhì)粗晶粒鋼, 應(yīng)采用二次淬火。第一次淬火是為了改善心部組織, 加熱溫度為Ac3以上3050。第二次淬火是為細(xì)化表層組織, 獲得細(xì)馬氏體和均勻分布的粒狀二次滲碳體, 加熱溫度為Ac1以上3050。滲碳、淬火后進(jìn)行低溫(150200)回火, 以消除淬火應(yīng)力和提高韌性。16（3）鋼滲碳、淬火、回火后的性能 表面硬度高，達(dá)58HRC64HRC以上, 耐磨性較好;。心部韌性較好, 硬度較低，可達(dá)3045HRC。 疲勞強(qiáng)度高。表層體積膨脹大，心部

8、體積膨脹小，結(jié)果在表層中造成壓應(yīng)力，使零件的疲勞強(qiáng)度提高。17氣體滲碳爐182、滲氮概念：滲氮就是向鋼件表面滲入氮原子的工藝。目的：在于更大地提高鋼件表面的硬度和耐磨性，提高疲勞強(qiáng)度和抗蝕性。常用的滲氮用鋼：有35CrAlA, 38CrMoAlA, 38CrWVAlA等。19（1）工藝目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲氮。氨被加熱分解出活性氮原子（2NH33H2+2N), 氮原子被鋼吸收并溶入表面, 在保溫過程中向內(nèi)擴(kuò)散, 形成滲氮層。 氮化溫度 一般為500600。氮化時間長，一般為20h50h。滲氮前零件須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理 目的是改善機(jī)加工性能和獲得均勻的回火索氏體組織, 保證較高的強(qiáng)度和韌性。對于形狀復(fù)雜

9、或精度要求高的零件，在滲氮前精加工后還要進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力的退火，以減少滲氮時的變形。20（2）組織和性能 鋼件氮化后具有很高的硬度(1000HV1100HV), 且在600650下保持不下降, 所以具有很高的耐磨性和熱硬性。氮化后，工件的最外層為一白色或相的氮化物薄層，很脆。常用精磨磨去；中間是暗黑色含氮共析體（）層；心部為原始回火索氏體組織。鋼氮化后, 滲層體積增大, 造成表面壓應(yīng)力, 使疲勞強(qiáng)度大大提高。氮化溫度低, 零件變形小。氮化后表面形成致密的化學(xué)穩(wěn)定性較高的相層, 所以耐蝕性好, 在水中、過熱蒸氣和堿性溶液中均很穩(wěn)定。 2138CrMoAl鋼的滲氮工藝曲線223、碳氮共滲概念：在一定

10、的溫度下同時將碳、氮滲入工件表層奧氏體中并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝稱為碳氮共滲。目的：提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度。23特點：滲層表面具有比滲碳更高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，且工件不易過熱，能直接淬火，淬火變形小。共滲層淬透性較高，且共滲速度較快。共滲層一般都較淺，約為0.20.8mm，因而工件承載能力較低。24工藝：將工件放入密封爐內(nèi)，加熱到共滲溫度830850，向爐內(nèi)滴入煤油，同時通以氨氣，經(jīng)保溫1h2h后，共滲層可達(dá)0.2mm0.5mm。高溫碳氮共滲主要是滲碳，但氮的滲入使碳濃度很快提高，從而使共滲溫度降低和時間縮短。碳氮共滲后淬火, 再低溫回火。254、氮碳共滲概念：氮碳共滲又稱軟

11、氮化，實質(zhì)上是以滲氮為主的低溫氮碳共滲，氮原子滲入鋼件表面的同時，還有少量的碳原子滲入，其處理結(jié)果與一般氣體滲氮相比，其滲層硬度較低，脆性較小。目的：提高鋼的耐磨性和抗咬合性。26特點：氮碳共滲處理的工藝時間短，一般為14小時，而氣體滲氮長達(dá)幾十小時。氮碳共滲一般脆性小?？鼓B氮只適用于特殊的滲氮鋼，而軟氮化不受被處理材料的限制，可廣泛用于鋼鐵材料及粉末冶金材料。設(shè)備簡單，操作方便。目前存在的問題是滲層較薄，不宜用于重載條件下工作的零件，在共滲過程中，爐內(nèi)會產(chǎn)生HCN這種劇毒氣體，必須注意爐子密封，以免泄露污染環(huán)境。27第四節(jié) 熱處理新技術(shù)為了提高零件機(jī)械性能和表面質(zhì)量, 節(jié)約能源，降低成本，

12、提高經(jīng)濟(jì)效益, 以及減少或防止環(huán)境污染等, 發(fā)展了許多熱處理新技術(shù)、新工藝。281、氮基可控氣氛熱處理氮基氣氛是上世紀(jì)70年代應(yīng)付國際能源危機(jī)發(fā)展起來的新型熱處理爐氣氛。氮基氣氛的含義很廣，這里僅以氮為主體，添加很少有機(jī)物或氧化介質(zhì)組合而成的熱處理爐氣氛。氮基氣氛在熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用發(fā)展很快。 29應(yīng)用：（1）用于光亮淬火 使用碳分子篩制取的氮經(jīng)凈化獲得99.999%高純氮氣氛，用于高碳鋼、合金鋼等光亮淬火。如T10鋼卷筆刀片光亮淬火所使用的氮基氣氛是用氮氣加乙醇制備。（2）用于滲碳 氮基滲碳?xì)夥漳壳耙堰M(jìn)入商品化階段，有許多應(yīng)用實例都說明氮基氣氛代替Rx氣氛進(jìn)行低碳鋼滲碳，不但在技術(shù)上可行，而且

13、在經(jīng)濟(jì)上合理。（3）用于碳氮共滲 在煤油與甲醇滴注入爐的同時，通入氨與空氣的燃燒氣加氨氣，實現(xiàn)紡織機(jī)零件氮基氣氛碳氮共滲的302、真空熱處理將金屬工件在1個大氣壓以下(即負(fù)壓下)加熱的金屬熱處理工藝稱為真空熱處理。 真空熱處理是隨著航天技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新技術(shù)，它具有無污染、無氧化脫碳、質(zhì)量高、節(jié)約能源、變形小等一系列優(yōu)點。由于在真空中加熱，零件中存在的有害物質(zhì)、氣體等均可除去，提高了性能和使用壽命。如AISI430不銹鋼螺栓，真空加熱比氫氣保護(hù)下加熱強(qiáng)度提高25%，模具的壽命可提高40%。真空滲碳溫度可達(dá)1000，其擴(kuò)散期只需一般氣體滲碳的1/5，所以整個滲碳時間可以顯著縮短，滲層均

14、勻，有效層厚。并可節(jié)約大量寶貴的能源。另外由于真空熱處理加熱均勻、升溫緩慢，其加工余量減小，變形僅為鹽浴加熱的1/51/10。 313、激光熱處理激光是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的重大科學(xué)技術(shù)成就之一。激光是用相同頻率的光誘發(fā)而產(chǎn)生的。由于激光具有高亮度、高方向性和高單色性等很有價值的特殊性能，一經(jīng)問世就引起了各方面的重視。70年代制造出大功率的激光器以后，相繼出現(xiàn)了一些激光處理的表面強(qiáng)化新技術(shù)。目前，已有激光淬火、激光合金化、激光涂層以及激光沖擊硬化等。 32其它熱處理新技術(shù)氣相沉積太陽能熱處理形變熱處理電子束熱處理離子注入33第五節(jié) 熱處理工常識職業(yè)名稱：熱處理工職業(yè)定義：操作金屬熱處理設(shè)備，對

15、金屬工件進(jìn)行金相組織或表層化學(xué)成分與組織、消除應(yīng)力以改善金屬工件性能的人員。職業(yè)等級：五個等級，初級（國家職業(yè)五級）、中級（國家職業(yè)四級） 、高級（國家職業(yè)三級） 、技師（國家職業(yè)二級） 、高級技師（國家職業(yè)一級） 職業(yè)能力：具有一般的計算能力和空間感、形體知覺，手指、手臂靈活，動作協(xié)調(diào)。34一、熱處理工基本要求職業(yè)道德：不僅是從業(yè)人員在職業(yè)活動中的行為標(biāo)準(zhǔn)和要求，而且是本行業(yè)對社會所承擔(dān)的道德責(zé)任和義務(wù)。社會主義職業(yè)道德的核心是為人民服務(wù)。文明作業(yè)：良好的生產(chǎn)秩序、整潔的工作環(huán)境、融洽的人際關(guān)系，是保證生產(chǎn)活動順利進(jìn)行的前提，也是文明生產(chǎn)的三個重要環(huán)節(jié)。 35定置管理：定置實施必須做到：有圖

16、必有物，有物必有區(qū)，有區(qū)必掛牌，有牌必分類；按圖定置，按類存放，帳（圖）物一致。 熱處理生產(chǎn)現(xiàn)場的定置管理應(yīng)設(shè)置以下四個區(qū)域：待熱處理工件存放區(qū)、正在進(jìn)行熱處理的工件存放區(qū)、工件熱處理后的存放區(qū)及熱處理不良品存放區(qū)。各個區(qū)域的設(shè)置要充分考慮設(shè)備的配置、物流的方向，方便現(xiàn)場操作和管理，盡量減少工件的逆向或往返流動。 366S管理：整理SEIRI：隨時將現(xiàn)場物品分成有用和無用兩類，及時將無用的物品清除現(xiàn)場。整頓SEITION：將有用的物品分類定置擺放，保持?jǐn)?shù)量、質(zhì)量清晰，井然有序，取放方便。清掃SEISO：自覺地把生產(chǎn)、工作的責(zé)任區(qū)域、設(shè)備、工裝、工位器具清掃干凈，保持整潔、明快、舒暢的生產(chǎn)、工作環(huán)境。清潔SEIKETSU：認(rèn)真維護(hù)生產(chǎn)、工作現(xiàn)場，確保清潔生產(chǎn)，杜絕職業(yè)危害，防止環(huán)境污染。員工本身也要做到著裝、儀表、精神清潔。素養(yǎng)SHITSUKE：愛崗敬業(yè)，盡職盡責(zé)，循規(guī)蹈矩，提高素質(zhì)，養(yǎng)成自我管理、自我控制的習(xí)慣。安全SAFETY：貫徹“安全第一、預(yù)防為主”的方針，在生產(chǎn)、工作中，必須確保人身、設(shè)備、設(shè)施安全，嚴(yán)守國家機(jī)密。 37團(tuán)隊精神：只有融洽的人際關(guān)系才有可能造就密切協(xié)作的團(tuán)隊精神。絕大多數(shù)熱處理生產(chǎn)工序都是集體作業(yè)，工序間的銜接比較緊湊，特別需要人與人配合默契、相互支持、團(tuán)結(jié)幫助，才能將工作干好。 38安全生產(chǎn)安全生產(chǎn)是保障工人人身安全和正常生產(chǎn)的重