金属表面处理工艺PPT文档格式.ppt
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提高其表面耐磨性。
机床导轨机床导轨表面淬火齿轮表面淬火齿轮n预备热处理预备热处理n工艺:
工艺:
n对于结构钢为调质或正火。
对于结构钢为调质或正火。
n前者性能高,用于要求高的重前者性能高,用于要求高的重要件,后者用于要求不高的普要件,后者用于要求不高的普通件。
通件。
n目的目的:
n为表面淬火作组织准备;
为表面淬火作组织准备;
n获得最终心部组织。
获得最终心部组织。
回火索氏体回火索氏体索氏体索氏体n表面淬火后的回火表面淬火后的回火n采用低温回火采用低温回火,温度不高于,温度不高于200。
n回火目的为降低内应力,保留淬火高硬度、耐磨性。
回火目的为降低内应力,保留淬火高硬度、耐磨性。
n表面淬火表面淬火+低温回火后的组织低温回火后的组织n表层组织为表层组织为M回回;
心部组织为;
心部组织为S回回(调质调质)或或F+S(正火正火)。
感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应淬火机床感应淬火机床感应淬火机床感应淬火机床感应加热感应加热表面淬火表面淬火示意图示意图n表面淬火常用加热方法表面淬火常用加热方法n感应加热感应加热:
利用交变电流利用交变电流在工件表面感应巨大涡流,在工件表面感应巨大涡流,使工件表面迅速加热的方法。
使工件表面迅速加热的方法。
n感应加热分为:
感应加热分为:
n高频感应加热高频感应加热频频率率为为250-300KHz,淬淬硬层深度硬层深度0.5-2mm传传动动轴轴连连续续淬淬火火感感应应器器感应加热表面淬火齿轮的截面图感应加热表面淬火齿轮的截面图n中频感应加热中频感应加热频频率率为为2500-8000Hz,淬淬硬硬层层深深度度2-10mm。
各种感应器各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴n工频感应加热工频感应加热n频率为频率为50Hz,淬硬层淬硬层深度深度10-15mm各种感应器各种感应器感应穿透加热感应穿透加热n火焰加热火焰加热:
利用乙炔火焰直接加利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。
热工件表面的方法。
成本低,但质成本低,但质量不易控制。
量不易控制。
n激光热处理激光热处理:
利用高能量密度的利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。
激光对工件表面进行加热的方法。
效率高,质量好。
火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图激光表面热处理激光表面热处理火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火一、表面热处理一、表面热处理2、化学表面热处理、化学表面热处理n化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温,使化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温,使介质中活性原子介质中活性原子渗入工件表层从渗入工件表层从而改变工件表层而改变工件表层化学成分和组织化学成分和组织,进而改变其性能进而改变其性能的热处理工艺。
的热处理工艺。
n与表面淬火相比,化学热处理不仅改变钢的表层组织,还改与表面淬火相比,化学热处理不仅改变钢的表层组织,还改变其化学成分。
变其化学成分。
n化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。
化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。
n根据渗入的元素不同,化学热处理可分为渗碳、氮化、多元根据渗入的元素不同,化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。
共渗、渗其他元素等。
可控气氛渗碳炉可控气氛渗碳炉渗渗碳碳回回火火炉炉常用的化学热处理:
常用的化学热处理:
渗碳、渗氮(俗称氮化)、碳氮共渗(俗称氰化渗碳、渗氮(俗称氮化)、碳氮共渗(俗称氰化和软氮化)等。
和软氮化)等。
渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。
发兰、磷化渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。
发兰、磷化可以归为表面处理,不属于化学热处理。
可以归为表面处理,不属于化学热处理。
化学热处理过程包括化学热处理过程包括分解、吸收、扩散分解、吸收、扩散三个基本三个基本过程。
过程。
化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程n介质介质(渗剂渗剂)的分解的分解:
分解的同分解的同时释放出活性原子。
时释放出活性原子。
n如:
渗碳如:
渗碳CH42H2+C氮化氮化2NH33H2+2Nn工件表面的吸收工件表面的吸收:
活性原子向活性原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。
成化合物。
n原子向内部扩散。
原子向内部扩散。
氮化扩散层氮化扩散层钢的渗碳钢的渗碳是指向钢的表面渗入碳原子的过程。
是指向钢的表面渗入碳原子的过程。
n渗碳目的渗碳目的n提高工件表面硬度、耐提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度,同时磨性及疲劳强度,同时保持心部良好的韧性保持心部良好的韧性。
n渗碳用钢渗碳用钢l为含为含0.1-0.25%C的低碳的低碳钢。
钢。
碳高则心部韧性降碳高则心部韧性降低。
低。
经经渗渗碳碳的的机机车车从从动动齿齿轮轮气体渗碳气体渗碳法示意图法示意图n渗碳方法渗碳方法n气体渗碳法气体渗碳法n将工件放入密封炉内,在高将工件放入密封炉内,在高温渗碳气氛中渗碳。
温渗碳气氛中渗碳。
n渗剂为气体渗剂为气体(煤气、液化气等煤气、液化气等)或有机液体或有机液体(煤油、甲醇等煤油、甲醇等)。
n优点优点:
质量好质量好,效率高;
效率高;
n缺点缺点:
渗层成分与深度不易控渗层成分与深度不易控制制n固体渗碳法固体渗碳法n将工件埋入渗剂中,装箱密封后在高温下加热渗碳。
将工件埋入渗剂中,装箱密封后在高温下加热渗碳。
n渗剂为木炭。
渗剂为木炭。
n优点:
操作简单;
优点:
n缺点:
渗速慢,劳动条件差。
缺点:
l真空渗碳法真空渗碳法l将工件放入真空渗碳炉中,抽真空后将工件放入真空渗碳炉中,抽真空后通入渗碳气体加热渗碳。
通入渗碳气体加热渗碳。
l优点优点:
表面质量好表面质量好,渗碳速度快。
渗碳速度快。
真空渗碳炉真空渗碳炉n渗碳温度渗碳温度:
为:
为900-950。
n渗碳层厚度渗碳层厚度(由表面到过度层一半处的厚度):
(由表面到过度层一半处的厚度):
一般为一般为0.5-2mm。
低碳钢渗碳缓冷后的组织低碳钢渗碳缓冷后的组织l渗碳层表面含碳量:
渗碳层表面含碳量:
以以0.85-1.05为最好。
为最好。
l渗碳缓冷后组织:
渗碳缓冷后组织:
表层表层为为P+网状网状Fe3C;
心部心部为为F+P;
中间为过渡区。
n渗碳后的热处理渗碳后的热处理n淬火淬火+低温回火低温回火,回火温度为回火温度为160-180。
淬火方法有:
n预冷淬火法预冷淬火法n渗碳后预冷到略高于渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。
温度直接淬火。
渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图n一次淬火法一次淬火法:
即渗碳缓冷后重新加热淬火。
:
n二次淬火法:
二次淬火法:
n即渗碳缓冷后即渗碳缓冷后第一次加热为心部第一次加热为心部Ac3+30-50,细化心部细化心部;
第第二次加热为二次加热为Ac1+30-50,细化表层细化表层。
渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图n常用方法是渗碳缓冷后,重新加热到常用方法是渗碳缓冷后,重新加热到Ac1+30-50淬火淬火+低温低温回火。
回火。
此时组织为:
n表层:
表层:
M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)n心部:
心部:
M回回+F(淬透时)(淬透时)渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织M+F钢的氮化钢的氮化n氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。
氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。
n氮化用钢氮化用钢井式气体氮化炉井式气体氮化炉l为含为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中的中碳钢。
碳钢。
l常用钢号为常用钢号为38CrMoAl。
l氮化温度氮化温度为为500-570l氮化层厚度氮化层厚度不超过不超过0.6-0.7mm。
n常用氮化方法常用氮化方法n气体氮化法与离子氮化法。
气体氮化法与离子氮化法。
n气体氮化法与气体渗碳法类似,气体氮化法与气体渗碳法类似,渗剂为氨。
渗剂为氨。
n离子氮化法是在电场作用下,离子氮化法是在电场作用下,使电离的氮离子高速冲击作为使电离的氮离子高速冲击作为阴极的工件。
与气体氮化相比,阴极的工件。
与气体氮化相比,氮化时间短,氮化层脆性小。
氮化时间短,氮化层脆性小。
离子氮化炉离子氮化炉n氮化的特点及应用氮化的特点及应用n氮化件表面硬度高(氮化件表面硬度高(6972HRC),耐磨性高。
),耐磨性高。
n疲劳强度高。
疲劳强度高。
由于表面存在压应力。
氮氮化化层层组组织织38CrMoAl氮化层硬度氮化层硬度n工件变形小。
工件变形小。
原因是氮化温度低,氮化后不需进行热处理。
n耐蚀性好。
耐蚀性好。
因为表层形成的氮化物化学稳定性高。
n氮化的缺点:
工艺复杂,成本高,氮化层薄。
氮化的缺点:
n用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。
如用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。
如仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。
仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。
缝纫机用氮化件缝纫机用氮化件经氮化的机车曲轴经氮化的机车曲轴滲氮与滲碳相比:
滲氮与滲碳相比:
u滲氮层硬度和耐磨性高于滲碳层,硬度可达滲氮层硬度和耐磨性高于滲碳层,硬度可达6972HRC,且在且在600650高温下仍能保持较高硬度;
高温下仍能保持较高硬度;
u滲氮层具有很高的抗疲劳性和耐蚀性;
滲氮层具有很高的抗疲劳性和耐蚀性;
u滲氮后不需再进行热处理,可避免热处理带来的变形和其滲氮后不需再进行热处理,可避免热处理带来的变形和其他缺陷;
他缺陷;
u滲氮温度较低。
滲氮温度较低。
u只适用于中碳合金钢,需要较长的工艺时间才能达到要求只适用于中碳合金钢,需要较长的工艺时间才能达到要求的滲氮层。
的滲氮层。
二、表面形变强化二、表面形变强化n表面形变强化指使钢件在常温下发生塑性变形表面形变强化指使钢件在常温下发生塑性变形,以,以提高其表面硬度并产生有利的残余压应力分布的表提高其表面硬度并产生有利的残余压应力分布的表面强化工艺。
n工艺简单,成本低廉,是提高钢件抗疲劳能力,延工艺简单,成本低廉,是提高钢件抗疲劳能力,延长其使用寿命的重要工艺措施。
长其使用寿命的重要工艺措施。
1、喷丸、喷丸n喷丸强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面上,犹如喷丸强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面上,犹如无数个小无数个小锤锤击锤锤击金属表面,使零件表层和次表层发生一定的金属表面,使零件表层和次表层发生一定的塑性变形而实现强化的一种技术。
塑性变形而实现强化的一种技术。
n应用:
形状较复杂的零件应用:
形状较复杂的零件n在磨削、电镀等工序后进行在磨削、电镀等工序后进行2、滚压处理、滚压处理n利用自由旋转的淬火钢滚子对钢件的已加工表面进行滚压,利用自由旋转的淬火钢滚子对钢件的已加工表面进行滚压,使之产生塑性变形,压平钢件表面的粗
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