钢的表面热处理工艺
钢的表面热处理
第八章钢的表面热处理知识要点：表面热处理的目的、分类；常用的表面热处理工艺（感应加热表面淬火和渗碳）；了解表面热处理的典型零件。
一、表面热处理的目的1．提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度。
→保证高精度2．使零件心部具有足够高的塑性和韧性。
→防止脆性断裂。
“表硬心韧”二、表面热处理的分类及工艺特点主要有两大类：表面淬火和化学热处理。
（一）表面淬火1．工艺：将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。
工艺特点：（1）不改变工件表面化学成分，只改变表面组织和性能；（2）表面与心部的成分一致，组织不同。
2．所用材料一般多用中碳钢、中碳合金钢，也有用工具钢、球墨铸铁等。
典型零件:如用40、45钢制作的机床齿轮齿面的强化、主轴轴颈处的硬化等。
3．常用表面淬火方法主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火。
（1）感应加热表面淬火原理：通以一定频率交变电流的感应线圈，产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流（涡流），利用工件的电阻而将工件加热；由于感应电流的集肤效应，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层。
感应线圈→交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→表层加热，快冷→淬硬层。
工件淬硬层的深度与频率有关：A. 0.2～2mm，高频感应加热（100—500KHz），适用于中小型齿轮、轴等零件；B．2～10mm，中频感应加热（0.5—10KHz），大中型齿轮、轴；C．〉10—15mm，工频感应加热（50Hz），用于大型轴、轧辊等零件。
特点：淬火质量好，表层组织细密、硬度高、脆性小、疲劳强度高；生产频率高、便于自动化，但设备较贵，不适于单件和小批量生产。
应用：主要零件类型是轴类、齿轮类、工模具，最常见的有：齿轮，如机床和精密机械上的中、小模数传动齿轮，蒸汽机车、内燃机车、冶金、矿山机械等上的大模数齿轮。
钢的热处理工艺方式
钢的热处理工艺方式
钢的热处理工艺方式有多种，通常根据钢材的用途和要求来选择合适的热处理工艺。
以下是几种常见的钢的热处理工艺方式：
1. 淬火（Quenching）：将高温加热后的钢材迅速冷却，使其组织转变为马氏体或贝氏体，从而增加钢材的硬度和强度。
2. 回火（Tempering）：在淬火后，将钢材重新加热至一定温度，然后冷却至室温，通过调整回火温度和时间，可以使钢材的硬度和强度适度下降，同时还能提高钢材的韧性。
3. 规定化处理（Normalizing）：将高温加热后的钢材在空气中冷却，使其组织均匀化，消除内部应力，提高钢材的韧性和延展性。
4. 淬火与回火组合（Quenching and Tempering）：首先进行淬火使钢材达到一定的硬度和强度，然后进行回火处理以提高钢材的韧性，同时保持较高的强度。
5. 固溶处理（Solution Treatment）：将钢材加热至足够高的温度后快速冷却，使固溶体内的溶质均匀溶解，从而改善钢材的塑性和加工性能。
6. 淬火回火组合与固溶处理相结合：根据具体需求，可以将淬火回火组合和固溶处理相结合，以综合提高钢材的硬度、韧性和耐蚀性等性能。
上述的热处理工艺方式只是钢材热处理中的一部分，不同钢材和具体要求还可以采用其他的热处理工艺方式，如时效处理、退火处理等。
热处理的选择和控制对于钢材的性能和质量有着重要的影响，需要根据具体情况进行调整和优化。
钢材热处理的四种方法
钢材热处理的四种方法
钢材热处理是钢铁制造业中的一项重要工艺，它能够改变钢材的组织结构和性能，增强钢材的强度、韧性和耐磨性。
现在，我们将介绍热处理钢材的四种方法。
1. 火焰淬火
火焰淬火是一种常见的钢材热处理方法，它通过在钢材表面加热的同时，使用水、油或空气急冷的方式来迅速冷却钢材。
这种方法可以提高钢材的硬度和韧性，适用于生产高强度、高韧性的组件。
2. 淬火加回火
淬火加回火是一种将淬火和加回火结合起来的热处理方法。
首先，在高温下进行淬火，然后在适当的温度下进行回火，可以使钢材获得较高的强度和韧性。
这种方法适用于制造高强度和高耐磨性的零件。
3. 退火
退火是一种将钢材加热至一定温度，然后缓慢冷却的热处理方法。
这种方法可以使钢材改善韧性和可塑性，较好地适用于制造需要弯曲、拉伸和冲压的钢材产品。
4. 软化处理
软化处理是一种将钢材加热至高温，然后缓慢冷却的热处理方法。
这种方法可以使钢材获得较高的可塑性和韧性，具有优良的加工和成形
性能。
总的来说，这四种方法是钢材热处理中较为基础和常见的方法。
每种方法都有其特定的优缺点和适用范围，因此在选择热处理方法时，需要结合不同的钢材类型和使用条件来进行选择。
钢材热处理的四种方法
钢材热处理的四种方法钢材热处理是指通过加热、保温和冷却等一系列工艺，改变钢材的组织和性能，以达到一定的技术要求。
在工程实践中，钢材热处理是非常重要的一环，可以有效提高钢材的硬度、强度、韧性和耐磨性等性能。
下面将介绍钢材热处理的四种常见方法。
首先，淬火是一种常见的钢材热处理方法。
淬火是指将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却到室温或低温，使其组织发生相变，从而获得高硬度和高强度。
淬火是通过快速冷却来固溶过饱和的碳元素，形成马氏体组织，从而提高钢材的硬度。
淬火后的钢材具有较高的表面硬度和内部强度，适用于制作刀具、弹簧等工件。
其次，回火是钢材热处理的另一种重要方法。
回火是指将淬火后的钢材加热至较低的温度，保温一定时间后再冷却，目的是消除淬火产生的残余应力和改善硬度。
回火可以使钢材获得适当的硬度和韧性，提高其耐磨性和抗断裂性能，适用于制作各种机械零件和工具。
另外，正火是一种钢材热处理方法，也称为退火。
正火是将钢材加热至适当温度，保温一定时间后缓慢冷却，目的是使钢材内部组织发生均匀的晶粒再结晶和析出碳化物，从而获得较好的韧性和塑性。
正火后的钢材具有较低的硬度和较高的韧性，适用于制作焊接零件和需要较高韧性的零件。
最后，固溶处理是一种钢材热处理方法，主要用于不锈钢和高温合金等特殊钢材。
固溶处理是将钢材加热至固溶温度，然后保温一定时间后迅速冷却，目的是溶解钢材中的合金元素和固溶相，从而提高钢材的塑性和加工性能。
固溶处理后的钢材具有较好的塑性和韧性，适用于制作航空发动机零件和化工设备等高温高压工件。
综上所述，钢材热处理的四种方法分别是淬火、回火、正火和固溶处理。
每种方法都有其适用的钢材和工件类型，通过合理选择和控制热处理工艺参数，可以使钢材获得理想的组织和性能，满足不同工程要求。
在实际生产中，需要根据具体情况选择合适的热处理方法，以确保钢材具有良好的性能和可靠的使用寿命。
钢材表面处理四把火
机械知识-钢材表面处理四把火
第一‘火’——退火。
将钢加热到一定的温度然后让其自行冷却到常温，叫做退火。
钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。
退火后可以带来以下好处：
1、改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，消除了组织缺陷，提高了钢的力学性能，减少了残余应力；
2、可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。
所以退火是为了后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。
第二‘火’——淬火。
淬火是将钢加热到临界温度以上，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。
淬火的好处是：能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。
高速钢的淬火剂可以是“风”，所以高速钢又被称为“风钢”淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。
第三‘火’——正火。
正火是将钢加热到临界温度以上，然后在空气中自然冷却的热处理方法。
这一点和退火很相似但具体的操作和要求不同。
这种工艺可以提高综合力学性能，对要求不高的零件可以用正火来代替退火，以此来降低生产成本提高效率。
第四‘火’——回火。
将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。
回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。
这样做的好处是可以消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。
另外提到回火多与淬火、正火配合使用。
钢的表面热处理
钢的表面热处理
钢的表面热处理是一种常见的工艺，用于改变钢材表面的性质以满足特定的功能要求。
常见的钢表面热处理包括渗碳、淬火、淬灭火、调质等。
1. 渗碳：钢材表面经过高温处理，与碳源（如固体碳或气体）接触，使碳原子渗透到钢材表面，形成高碳含量的渗碳层。
渗碳层可以提高钢材的表面硬度和耐磨性。
2. 淬火：将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却。
这种快速冷却可以使钢材表面形成马氏体组织，提高钢材的硬度和强度。
淬火还可以改善钢材的耐磨性和韧性。
3. 淬灭火：将淬火后的钢材立即放入温和的液体中（如水或油）进行冷却。
淬灭火可以减缓淬火速度，从而减少残余应力和减少变形。
4. 调质：淬火后的钢材经过再加热，然后放置在适当的温度下保持一段时间，使钢材内部的残留应力得到释放和分散，从而提高钢材的韧性和强度。
钢的表面热处理可以根据具体要求选择不同工艺，以满足钢材的特定性能要求，如硬度、耐磨性、韧性等。
常用钢热处理工艺
常用钢热处理工艺热处理是一种通过改变金属结构来改善其力学性能的方法。
常用钢热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面淬火等。
下面对这几种常用钢热处理工艺进行详细介绍。
1. 退火退火是指将钢加热到一定温度，然后缓慢冷却。
退火工艺分为完全退火和等温退火两种。
完全退火是将钢材加热至超过临界温度，然后慢慢降温。
等温退火是将钢材加热至超过临界温度，然后在等温时间内，使钢材的温度均匀，从而使钢材的组织变得均匀，于是提高了钢材的韧性。
2. 正火正火是将钢加热到一定温度，然后快速冷却。
正火一般分为低温正火，中温正火和高温正火三种。
低温正火使钢材的硬度提高，但是韧性降低。
高温正火使钢材的韧性提高，但是硬度降低。
中温正火平衡了钢材的硬度和韧性。
3. 淬火淬火是指将钢加热到超过临界温度，然后快速冷却。
淬火一般分为油淬、水淬和气淬三种。
油淬适用于要求较低的钢材，水淬适用于要求较高的钢材，气淬适用于要求最高的钢材。
淬火后钢材的硬度很高，但是韧性降低，此时需要回火来消除内部应力，提高钢材的韧性。
4. 回火回火是将淬火后的钢在一定温度下加热一段时间，然后由于自然冷却所形成的工艺。
回火分为低温回火和高温回火两种。
低温回火提高了钢材的韧性，但是硬度降低。
高温回火提高了钢材的韧性，但是硬度降低。
5. 表面淬火表面淬火是一种特殊的热处理工艺，用于提高钢材的表面硬度和耐磨性。
表面淬火和淬火不同的是，只在钢材表面进行加热和快速冷却。
这种技术对钢材表面的耐磨性提高很大，但是对钢材硬度的提高不大。
总之，钢材热处理是提高钢材力学性能的重要方法，常用的钢热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面淬火等。
选择适当的热处理工艺可以使钢材达到最佳的机械性能。
钢材热处理的方法
钢材热处理的方法
钢材热处理的方法：
①正火处理将钢材加热至Ac3点以上五十至八十摄氏度保温一段时间后出炉空冷；
②退火处理分为完全退火球化退火等前者加热至Ac3以上四十至六十摄氏度后者Accm；
③淬火处理先将钢材快速加热至Ac1或Ac3以上三十至五十摄氏度保温后迅速冷却；
④淬火介质有水油盐浴等根据材料尺寸形状选择合适冷却速度防止变形开裂产生；
⑤回火处理淬火后紧接着进行将钢材加热到临界点以下某一温度保温后冷却下来；
⑥回火温度越高硬度越低塑性韧性越好可根据实际需求调整至最佳力学性能状态；
⑦调质处理即淬火加高温回火组合工艺广泛应用于制造重要机械零件如齿轮曲轴；
⑧时效处理用于提高马氏体不锈钢沉淀硬化型不锈钢强度硬度处理后需保温冷却；
⑨扩散退火针对铸锭锻件消除枝晶偏析促进合金元素均匀分布改善铸造结构缺陷；
⑩化学热处理包括渗碳氮化碳氮共渗等向钢材表面渗入碳氮原子提高耐磨耐蚀性能；
⑪渗碳处理后需淬火回火使表面形成高硬度马氏体心部保持较高韧性的组织状态；
⑫在整个热处理过程中需严格控制加热速度保温时间冷却方式确保获得预期效果。
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低温气体碳氮 中温气体碳氮共渗 共渗
500～600 1～6
以渗氮为主 0.1～0.4mm
不需要 HRC54～63 合金工具钢
800～860 1～8
以渗碳为主 0.5～0.8mm 淬火+低温回火 HRC53～60 合金结构钢
20 CrMnTi 钢碳氮共渗层组织 ( 化染 ) 针状M + 残余A ; 混合M + 残余A ; 板条M + 针状M
2.火焰加热表面淬火 1)火焰加热表面淬火的基本方法
2)火焰加热表面淬火的特点:
*设备简单, 操作方便, 成本低。 *淬火质量不稳定。 *适于单件、小批量及大型零件的生产。
二.化学热处理 ( Chemical Heat Treatment )
一)定义:将零件置于一定的化学介质中 , 通过 加热、保温,使介质中一种或几种元 素原子渗入工件表层,以改变钢表层 的化学成分和组织的热处理工艺。
固体渗碳法示意图
泥封
盖
渗碳箱
试棒
零件 渗碳剂
气体渗碳法示意图
5)工艺: 加热温度为900～950℃; 渗碳时间一般为3～9小时;
6)渗碳后的组织:
表面
中心
零件
1%C P+Fe3CⅡ P P+F
0.2%C F + P少
20钢渗碳缓冷组织 ( 化染 )
580
表层珠光体 + 网状渗碳体; 中层珠光体; 内层铁素体 + 珠光体
3.钢的碳氮共渗---氰化处理 ( Carbonitriding of steel )
1)定义:向钢的表面同时渗入碳和氮原 子的过程。
2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。
3)方法:
固体碳氮共渗 气体碳氮共渗 液体碳氮共渗
高温 中温 低温
4)工艺:
名称
温度(℃) 时间(h)
作用 渗层 热处理 性能 材料
2. 零件本身具有吸收渗入原子的能力, 即对渗入原子有一定的溶解度或能 与之化合, 形成化合物。
四) 化学热处理的种类: 渗碳; 渗氮; 碳氮 共渗; 渗硼; 渗铝; 渗硫; 渗硅; 渗铬等。
1.钢的渗碳 ( Carburize of steel )
1)定义: 向钢的表面渗入碳原子的过程。 2)目的: 获得具有表硬里韧性能的零件。 3)用钢: 低碳钢和低碳合金钢。 4)方法: 固体、气体、液体渗碳。
δ = 500 / √ f （mm）
感
应
加
热
表
面
淬
火
示
意
集肤效应示意图
图
2)工艺要求: * 表面淬火前,必须对零件进行正火或调质处理, 以保证零件有良好的基体。 * 表面淬火后,必须对零件进行低温回火处理, 以降低淬火应力和脆性。
3)生产特点: 淬火件的质量好; 工件变形小;不易 氧化及脱碳;淬火层容易控制;生产率高。 设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量 生产。
二) 化学热处理的基本过程:
1.分解: 化学介质在高温下释放出待渗
的活性原子。
2CO
CO2 +〔C〕
2.吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶 解。
3.扩散: 活性原子由零件表面向内部扩 散, 形成一定的扩散层。
三) 化学热处理进行的条件:
1. 渗入元素的原子必须是活性原子, 而 且具有较大的扩散能力。
渗碳与渗氮的工艺特点
名称 处理温度 处理时 处理后是否 ( ℃ ) 间 ( h ) 需要热处理
渗碳 900～950 3～9 需要 渗氮 500～600 20～50 不需要
渗碳与渗氮的工艺特点
名称 处理温度 处理时 处理后是否 ( ℃ ) 间 ( h ) 需要热处理
渗碳 900～950 3～9 需要 渗氮 500～600 20～50 不需要
钢的表面热处理工艺
工艺的核心:使零件具有“表硬里韧” 的力学性能。
表面淬火 化学热处理
一.表面淬火( Surface Hardening )
1) 定义:是一种不改变钢表层化学成分,但 改变表层组织的局部热处理工艺。
2) 工艺特征:通过快速加热使钢的表层奥 氏 体化,然后急冷,使表层形成马 氏体组织,而心部仍保 持不变。
7) 渗碳后的热处理工艺
温 93度0℃
渗碳
850℃ 加 热
淬 火
方案1
方案2
时间
7) 渗碳后的热处理工艺
8) 热处理后的组织
钢种 表层组织
心部组织
低碳钢 M回+Fe3C+A残 F+P
低碳 M回+Cm+A残 低碳M回+F 合金钢
9)常用的钢种: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。
3)表面淬火用钢: 选用中碳或中碳低合金钢。40、
45、40Cr、40MnB等。
4)表面淬火加工的方法: 感应加热( 高、中、工频 )、火
焰加热、电接触加热法等。
1.感应加热表面淬火
1)感应加热的基本原理: * 感应电流 --- 涡流 * 集肤效应 *淬火层深度(δ)与电流频率( f )的关系:
38 CrMoAl 气体渗氮层组织 3N ) + γ’ ( Fe4N ) ; 红色区 : γ’ ( Fe4N ) ;
蓝绿色区:含氮索氏体 + 脉状氮化物; 绿黄色区:索氏体基体。
越王勾践剑
春秋晚期越国青铜兵器, 出土于湖北江陵楚墓。 长55.7厘米， 剑锷锋芒犀利， 锋能割断头发。
20CrMnTi 钢渗碳层组织 ( 化染 )
320
渗碳体( 白色块状 ) + 高碳M( 兰色针状 ) + 残余A( 棕黄色 )
2.钢的渗氮 ( Nitridation of steel )
1)定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。
2)目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能 的零件。
3)用钢: 中碳合金钢。 4)方法:气体渗氮。
5)工艺:加热温度500～600℃; 保温时间0.3～0.5mm/20～50h。
6)热处理特点: 渗氮前需调质处理; 渗氮后不需热处理。
7)渗氮处理后的组织 表层 : Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、 MoN、TiN、VN。 心部 : S回。
8)常用的钢种 : 35 CrMo、18CrNiW、 38 CrMoAlA ( 氮化王牌钢 ) 等。
100
20 CrMnTi 钢碳氮共渗层组织
1
2
3
1.针状M + 残余A ; 2.混合M + 残余A ; 3.板条M + 针状M
20Cr2Ni4A钢高温碳氮共渗淬火组织 ( 化染 )
52
W18Cr4V钢碳氮共渗层组织 ( 化染)
650
隐针马氏体 + 合金碳化物 ; 从左至右含碳量逐步下降