1、.,5.7鋼的回火,回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。 一、回火的目的 1、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力, 防止變形或開裂.,2、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。,螺桿表面的淬火裂紋,.,3、穩(wěn)定尺寸。淬火M和A都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向。回火可使M與A轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時變形。 4、對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用,回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。 未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。,.,二、鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)

2、變主要發(fā)生在加熱階段。隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個階段變化。,網(wǎng)帶式回火電爐,., 回火時組織轉(zhuǎn)變 1、馬氏體的分解 100回火時，鋼的組織無變化。 100-200加熱時，馬氏體將發(fā)生分解,從馬氏體中析出-,碳化物(-FeXC)，使馬氏體過飽和度降低。析出的碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體，用M回表示。,透射電鏡下的回火馬氏體形貌,.,回火馬氏體,在光鏡下M回為黑色，A為白色。 0.2%C時，不析出碳化物。只發(fā)生碳在位錯附近的偏聚。 2、殘余奧氏體分解,200-300時,由于馬氏體分解，奧氏體所受的壓力下降,Ms上升，A分解為-碳化物和過飽和鐵素體，即M回。,.,

3、分,內(nèi)應(yīng)力大量消除，M回轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀Fe3C組織，稱回火托氏體，用T回表示。,發(fā)生于250-400，此時，-碳化物溶解于F中，并從鐵素體中析出Fe3C。 到350,馬氏體含碳量降到鐵素體平衡成,回火托氏體,3、-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C,.,回火索氏體,4、Fe3C聚集長大和鐵素體多邊形化,400以上, Fe3C開始聚集長大。 450以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅? 這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀,Fe3C的組織稱回火索氏體，用S回表示。,., 回火時的性能變化 回火時力學(xué)性能變化總的趨勢是隨回火溫度提高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高。,

4、.,200以下，由于馬氏體中碳化物的彌散析出，鋼的硬度并不下降，高碳鋼硬度甚至略有提高。,200-300，由于高碳鋼中A轉(zhuǎn)變?yōu)镸回, 硬度再次升高。 大于300,由于Fe3C粗化，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體,硬度直線下降。,.,三、回火脆性,淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。 在某些溫度范圍內(nèi)回火時，會出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱回火脆性。,.,1、第一類回火脆性 又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在250-350回火時出現(xiàn)的脆性。,這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會出現(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法。 回火時應(yīng)避開這一溫度范圍。,.,2、第二類回火脆性 又稱可逆回火脆性。是指淬火鋼在500

5、-650范圍內(nèi)回火后緩冷時出現(xiàn)的脆性. 回火后快冷不出現(xiàn)，是可逆的。 防止辦法： 回火后快冷。, 加入合金元素W (約1%)、 Mo(約0.5%)。該法更適用于大截面的零部件。,.,四、回火種類,根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類。,淬火加高溫回火的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理，簡稱調(diào)質(zhì).,.,彈簧熱處理,.,5.8 鋼的表面淬火,表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。,.,表面淬火目的： 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限; 心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。 適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩

6、擦和沖擊的零件。,軸的感應(yīng)加熱表面淬火,.,1、表面淬火用材料 0.4-0.5%C的中碳鋼。 含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。 含碳量過高，心部韌性下降； 鑄鐵 提高其表面耐磨性。,.,2、預(yù)備熱處理 工藝： 對于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火。 調(diào)質(zhì)性能高，用于要求高的重要件，正火用于要求不高的普通件。 目的: 為表面淬火作組織準(zhǔn)備； 獲得最終心部組織。,.,3、表面淬火后的回火 采用低溫回火，溫度不高于200。 回火目的為降低內(nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨。 4、表面淬火+低溫回火后的組織 表層組織為M回；心部組織為S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)。,.,感應(yīng)加熱表面淬火示意圖,5、表面淬火常用加熱方法

7、 感應(yīng)加熱:利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。,高頻感應(yīng)加熱表面淬火,.,感應(yīng)加熱分為： 高頻感應(yīng)加熱 頻率為100-1000KHz，淬硬層深度0.2-2mm 應(yīng)用：中小型齒輪、軸,.,中頻感應(yīng)加熱 頻率為0.5-10kHz，淬硬層深度2-8mm。 應(yīng)用：大中型齒輪、軸,.,工頻感應(yīng)加熱頻率為50Hz,淬硬層深度10-15 mm 應(yīng)用：大型零件,.,特點(diǎn)： 淬火質(zhì)量好，表層組織細(xì)，硬度高，脆性小，生產(chǎn)頻率高，便于自動化。 設(shè)備昂貴,., 火焰加熱: 利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。 方法簡單，無特殊設(shè)備，適用于單件，小批量生產(chǎn) 操作熟練,

8、火焰加熱表面淬火示意圖,火焰加熱表面淬火,., 激光熱處理: 利用高能量密度的激光對工件表面進(jìn)行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好。,光斑：20-50mm2，淬硬層1-2mm 應(yīng)用：氣缸，氣缸套，活塞環(huán)，凸輪軸 優(yōu)點(diǎn)：淬火質(zhì)量好，組織細(xì)，硬度高，變形小，無污染，效率高，便于自動化。 設(shè)備昂貴，在大規(guī)模生產(chǎn)中受到限制。,激光表面熱處理,.,5.9 鋼的化學(xué)熱處理,化學(xué)熱處理是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使,介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織,進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。,.,與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分。 化學(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之

9、一。 根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。,.,C、N：提高硬度，耐磨性，疲勞強(qiáng)度。 B、Cr ：耐磨，耐腐蝕 AL、Si ：耐熱，抗氧化 S ：減摩擦性,.,一、化學(xué)熱處理的基本過程,1、介質(zhì)(滲劑)的分解: 分解的同時釋放出活性原子。 如：滲碳 CH42H2+C 氮化 2NH33H2+2N 2、工件表面的吸收: 活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。 3、原子向內(nèi)部擴(kuò)散。,氮化擴(kuò)散層,.,二、鋼的滲碳是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。,1、滲碳目的 提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時保持心部良好的韌性。 2、滲碳用鋼,為含0.1-0.25%

10、C的低碳鋼、低碳合金鋼。碳高則心部韌性降低。,經(jīng)滲碳的機(jī)車從動齒輪,.,氣體滲碳法示意圖,3、滲碳方法 氣體滲碳法 將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。 滲劑為氣體 (煤氣、液化氣等)或有機(jī)液體(煤油、甲醇等)。 優(yōu)點(diǎn): 質(zhì)量好, 效率高； 缺點(diǎn): 滲層成分與深度不易控制。,.,鋼的固體滲碳,鋼的固體滲碳爐,., 固體滲碳法 將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。滲劑為木炭、炭黑。 優(yōu)點(diǎn)：操作簡單； 缺點(diǎn)：滲速慢，勞動條件差。, 真空滲碳法 將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。優(yōu)點(diǎn): 表面質(zhì)量好, 滲碳速度快。,真空滲碳爐,.,4、滲碳溫度：為900-950。

11、滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）： 一般為0.5-2mm。,低碳鋼滲碳緩冷后的組織,滲碳層表面含碳量：以0.85-1. 05為最好。 滲碳緩冷后組織：表層為P+網(wǎng)狀Fe3C; 心部為F+P; 中間為過渡區(qū)。,.,5、滲碳后的熱處理 淬火+低溫回火, 回火溫度為160-180。淬火方法有： 預(yù)冷淬火法 滲碳后預(yù)冷到略高于Ar1溫度直接淬火。,滲碳后的熱處理示意圖,.,一次淬火法：即滲碳緩冷后重新加熱淬火。 二次淬火法： 即滲碳緩冷后第一次加熱為心部Ac3+30-50，細(xì)化心部；第二次加熱為Ac1+30-50，細(xì)化表層。,滲碳后的熱處理示意圖,.,常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+3

12、0-50淬火+低溫回火。此時組織為： 表層：M回+顆粒狀碳化物+A(少量) 心部：M回+F（淬透時），F(xiàn)+P（淬不透時）,.,三、鋼的氮化,氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。 1、氮化用鋼,井式氣體氮化爐,為含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳鋼。 常用鋼號為38CrMoAl。 2、氮化溫度為500-570 氮化層厚度不超過0.6-0.7mm。,.,3、常用氮化方法 氣體氮化法與離子氮化法。 氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。 離子氮化法是在電場作用下，使電離的氮離子高速沖擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時間短，氮化層脆性小。,離子氮化爐,離子氮化法,.,4、氮化的特點(diǎn)及應(yīng)用 氮化件

13、表面硬度高（HV1000-2000），耐磨性高。 疲勞強(qiáng)度高。由于表面存在壓應(yīng)力。,.,工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進(jìn)行熱處理。 耐蝕性好，因?yàn)楸韺有纬傻牡锘瘜W(xué)穩(wěn)定性高 氮化的缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。 用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨及耐蝕件。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等。,.,滲碳與滲氮的工藝特點(diǎn),.,鋼的碳氮共滲,.,5.10 表面處理新技術(shù),近年來，金屬材料表面處理新技術(shù)得到了迅速發(fā)展，開發(fā)出許多新的工藝方法，這里只介紹主要的幾種。,全方位離子注入與沉積設(shè)備,.,一、熱噴涂技術(shù),將熱噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，用高壓氣流使其霧化并噴射于工件表

14、面形成涂層的工藝稱為熱噴涂。,利用熱噴涂技術(shù)可改善材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及絕緣性等。 廣泛用于包括航空航天、原子能、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域。,等離子熱噴涂,.,1、涂層的結(jié)構(gòu) 熱噴涂層是由無數(shù)變形粒子相互交錯呈波浪式堆疊在一起的層狀結(jié)構(gòu)，粒子之間存在著孔隙和氧化物夾雜缺陷。 噴涂層與基體之間以及噴涂層中顆粒之間主要,熱噴涂層組織,是通過鑲嵌、咬合、填塞等機(jī)械形式連接的，其次是微區(qū)冶金結(jié)合及化學(xué)鍵結(jié)合。,.,2、熱噴涂方法 常用的熱噴涂方法有： 火焰噴涂: 多用氧 -乙炔火焰作為熱源。 電弧噴涂: 絲狀噴涂材料作為自耗電極、電弧作為熱源的噴涂方法 等離子噴涂: 是一種利用等離子弧

15、作為熱源進(jìn)行噴涂的方法。,3、熱噴涂的特點(diǎn)及應(yīng)用 工藝靈活：熱噴涂的對象小到10mm的內(nèi)孔, 大到鐵塔、橋梁,可整體噴涂，也可局部噴涂 基體及噴涂材料廣泛：基體可以是金屬和非金屬，涂層材料可以是金屬、合金及塑料、陶瓷等,涂層可控: 從幾十m到幾mm 生產(chǎn)效率高 工件變形?。夯w材料溫度不超過250(冷工藝),渦輪葉片的熱障涂層(熱噴涂層),.,由于涂層材料的種類很多，所獲得的涂層性能差異很大，可應(yīng)用于各種材料的表面保護(hù)、強(qiáng)化及修復(fù)并滿足特殊功能的需要。,熱噴涂,.,二、氣相沉積技術(shù),氣相沉積技術(shù)是指將含有沉積元素的氣相物質(zhì)，通過物理或化學(xué)的方法沉積在材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技術(shù)。,根據(jù)沉

16、積過程的原理不同，氣相沉積技術(shù)可分為物理氣相沉積(PVD) 和化學(xué)氣相沉積(CVD)兩大類。,物理氣相沉積TiAl靶,.,1、物理氣相沉積（PVD） 物理氣相沉積是指在真空條件下，用物理的方法，,使材料汽化成原子、分子或電離成離子，并通過氣相過程，在材料表面沉積一層薄膜的技術(shù)。 物理沉積技術(shù)主要包括真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍?nèi)N基本方法。,磁控濺射鍍膜設(shè)備,.,真空蒸鍍是蒸發(fā)成膜材料使其汽化或升華沉積到工件表面形成薄膜的方法。,.,濺射鍍是在真空下通過輝光放電來電離氬氣，氬離子在電場作用下加速轟擊陰極，濺射下來的粒子沉積到工件表面成膜的方法。,.,離子鍍是在真空下利用氣體放電技術(shù)，將蒸發(fā)的原子部

17、分電離成離子，與同時產(chǎn)生的大量高能中性粒,多弧離子鍍膜機(jī),子一起沉積到工件表面成膜的方法。,.,物理氣相沉積具有適用的基體材料和膜層材料廣泛；工藝簡單、省材料、無污染；獲得的膜層膜基附著力強(qiáng)、膜層厚度均勻、致密、針孔少等優(yōu)點(diǎn)。 廣泛用于機(jī)械、航空航天、電子、光學(xué)和輕工業(yè)等,離子鍍產(chǎn)品,領(lǐng)域制備耐磨、耐蝕、耐熱、導(dǎo)電、絕緣、光學(xué)、磁性、壓電、滑潤、超導(dǎo)等薄膜。,.,2、化學(xué)氣相沉積(CVD) 化學(xué)氣相沉積是指在一定溫度下，混合氣體與基體,CVD設(shè)備,表面相互作用而在基體表面形成金屬或化合物薄膜的方法。 例如，氣態(tài)的TiCl4與N2和H2在受熱鋼的表面反應(yīng)生成TiN，并沉積在鋼的表面形成耐磨抗蝕的

18、沉積層。,化學(xué)氣相沉積,.,由于化學(xué)氣相沉積膜層具有良好的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及電學(xué)、光學(xué)等特殊性能，已被廣泛用于機(jī)械制造、航空航天、交通運(yùn)輸、煤化工等工業(yè)領(lǐng)域。,.,三、三束表面改性技術(shù),三束表面改性技術(shù)是指將激光束、電子束和離子束(合稱“三束”)等具有高能量密度的能源(一般大于103W/cm2)施加到材料表面，使之發(fā)生物理、化學(xué)變化，以獲得特殊表面性能的技術(shù)。,.,進(jìn)行快速加熱和快速冷卻，使表層的結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生大幅度改變（如形成微晶、納米晶、非晶、亞穩(wěn)成分固溶體和化合物等），從而獲得所需要的特殊性能。 束流技術(shù)還具有能量利用率高、工件變形小、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。,由于這些束流具有極高的能量

19、密度，可對材料表面,離子束濺射系統(tǒng),.,1、激光束表面改性技術(shù) 激光束能量密度高(106W/cm2)，可在短時間內(nèi)將工件表面快速加熱或融化, 而心部溫度基本不變; 當(dāng)激,光輻射停止后，由于散熱速度快，又會產(chǎn)生“自激冷”。 激光表面改性技術(shù)主要應(yīng)用于以下幾方面:,CO2激光器,., 激光表面淬火（激光相變硬化） 激光表面淬火件硬度高（比普通淬火高1520%）、耐磨、耐疲勞，變形極小，表面光亮。 已廣泛用于發(fā)動機(jī)缸套、滾動軸承圈、機(jī)床導(dǎo)軌、冷作模具等。,., 激光表面合金化 預(yù)先用鍍膜或噴涂等技術(shù)把所要求的合金元素涂敷到工件表面，再用激光束照射涂敷表面，使表面膜與基,體材料表層融合在一起并迅速凝固，從而形成成分與結(jié)構(gòu)均不同于基體的、具有特殊性能的合金化表