1、先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界1热 处 理 简 介上海三一精机有限公司2011.6热热 处处 理理 简简 介上海三一精机有限公司介上海三一精机有限公司先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界2目录 前言一、概述三、钢在冷却过程中转变目 录 二、钢在加热过程中转变四、钢的退火与正火五、钢的淬火与回火六、钢的表面热处理七、钢的热处理实例目目 前言一、概述三、钢在冷却过程中转变目前言一、概述三、钢在冷却过程中转变目 录录 二、二、先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界3前 言 前 言 热处理是指将钢
2、在固态下热处理是指将钢在固态下加热加热、保温保温和和冷却冷却，以改变钢的组织结构，以改变钢的组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。热处理是一种重要的加工工艺，在从而获得所需要性能的一种工艺。热处理是一种重要的加工工艺，在机械制造业已被广泛应用。机械制造业已被广泛应用。热处理与其他加工工艺，如铸造、压力加工等相比，其特点是只通过改热处理与其他加工工艺，如铸造、压力加工等相比，其特点是只通过改变工件的组织来改变性能，不改变其形状。热处理只适用于固态下发生变工件的组织来改变性能，不改变其形状。热处理只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理来强化。相变的材料，不发生固态相变的材
3、料不能用热处理来强化。前前 言言 前前 言言 热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却，热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却，先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界4 热处理时钢中组织转变的规律称为热处理原理。根据热处理原理制定的热处理时钢中组织转变的规律称为热处理原理。根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称为热处理工艺。根据加热、冷却方式及钢组温度、时间、介质等参数称为热处理工艺。根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点的不同，将热处理工艺分类如下：织性能变化特点的不同，将热处理工艺分类如下：(1)普通热处理：退火、正火、淬火和回火。普通热处理：退火、正火
4、、淬火和回火。(2)表面热处理：表面淬火、化学热处理表面热处理：表面淬火、化学热处理(3)其他热处理：真空热处理、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处理等。其他热处理：真空热处理、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处理等。感应淬火感应淬火渗碳、渗氮等渗碳、渗氮等 热处理时钢中组织转变的规律称为热处理原理。根据热处热处理时钢中组织转变的规律称为热处理原理。根据热处先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界5热处理术语简称热处理术语简称先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界6bccfccbccFeFeFe 9121394热处理简介课件热处
5、理简介课件先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界7钢铁材料是现代工业中应用最广泛的合金，其最基本组元是铁和碳两种元素。铁碳合金系中，铁与碳既可以形成固溶体，也可以形成金属化合物；碳在-Fe中的固溶体称为铁素体。用符号F表示；在727，溶碳量最大0.0218%；在600，溶碳量为0.0057%；铁素体在室温的性能几乎和纯铁相同，具有相同的塑性韧性。固溶体：合金在固态时，组元间会相互溶解，形成单一的均匀物质合金在固态时，组元间会相互溶解，形成单一的均匀物质 碳在碳在-Fe中的固溶体称为奥氏体，用符号中的固溶体称为奥氏体，用符号A表示；表示；在1148，溶碳量最大2.
6、11%；随着温度下降，溶碳量减少；在727，溶碳量为0.77%；奥氏体强度硬度不高，但有良好的塑性；奥氏体通常存在727 以上，其高温组织与铁素体相近；面心立方面心立方体心立方体心立方铁碳合金相图铁碳合金相图 钢铁材料是现代工业中应用最广泛的合金，其最基钢铁材料是现代工业中应用最广泛的合金，其最基先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界8含碳量大于含碳量大于6.69%铁碳合金脆性极大，无研究价值铁碳合金脆性极大，无研究价值铁碳合金相图铁碳合金相图 含碳量大于含碳量大于6.6 9%铁碳合金脆性极大，无研究铁碳合金脆性极大，无研究先先 做做 人人 后后 做做 事事 品
7、品 质质 改改 变变 世世 界界9 由于实际加热或冷却时，有过冷或过热现象，因此，将钢在加热时的实际转变温由于实际加热或冷却时，有过冷或过热现象，因此，将钢在加热时的实际转变温度分别为度分别为Ac1、Ac3、Accm；冷却时转变温度分别为；冷却时转变温度分别为Ar1、Ar3、Arcm；由于实际加热或冷却时，有过冷或过热现象，因此，将钢由于实际加热或冷却时，有过冷或过热现象，因此，将钢先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界10 加热是热处理的第一道工序。加热分两种，一种是在Ar1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织这 一过程称
8、为奥氏体化。钢在加热时奥氏体的形成过程也是钢在加热时奥氏体的形成过程也是个形核和长大的过程。个形核和长大的过程。钢在加热时候的转变钢在加热时候的转变 加热是热处理的第一道工序。加热分两种加热是热处理的第一道工序。加热分两种先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界11 冷却是热处理更重要的工序，因为钢的常温性能与其冷却后的组织密切相关。钢在不同的过冷度下可转变为不同的组织，包括平衡组织相非平衡组织。钢在冷却时候的转变钢在冷却时候的转变 冷却是热处理更重要的工序，因为钢的冷却是热处理更重要的工序，因为钢的先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世
9、 界界12 正火正火是指将亚共折钢加热到Ac3+(3050)，共析钢加热到Ac1+(3050)，过共析钢加热到Accm+(3050)保温后空冷的热处理工艺。调整硬度，便于切削加工调整硬度，便于切削加工消除残余内应，防止开裂消除残余内应，防止开裂细化晶粒细化晶粒 消除网状消除网状正火工艺比较正火工艺比较简便简便，有利于采用锻造余热正火，可节省能源和，有利于采用锻造余热正火，可节省能源和缩短生产周期。缩短生产周期。钢的正火钢的正火 正火是指将亚共折钢加热到正火是指将亚共折钢加热到A c 3+(3 0 5 0先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界13钢材轧制钢材轧制先
10、先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界14原始材料切割冲击材料取样拉伸材料取样处厚度处厚度200mmX100mmX60mm 钢的正火试样取材钢的正火试样取材取样示意图原始材料切割冲击材料取样拉伸材料取样原始材料切割冲击材料取样拉伸材料取样处厚度处厚度处厚度处厚度2 0 0 m先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界15正火工艺魏氏体组织魏氏体组织珠光体带状组织珠光体带状组织珠光体偏析带珠光体偏析带消除网状消除网状网状网状魏氏体魏氏体正火工艺魏氏体组织珠光体带状组织珠光体偏析带消除网状正火实例正火工艺魏氏体组织珠光体带状组织珠光体偏析带
11、消除网状正火实例先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界16 原始材料原始材料正火温度ReH/MPaRm/MPaA/%-40 纵向冲击/J船级社标准*1/4处1/2处原始热轧态355.0511.529.785.04.5不合格880357.5471.738.55 207.0 212.0合格910352.5466.038.50 224.0169.5合格940375.0463.039.15 201.0165.5合格正火处理后正火处理后铁素体铁素体珠光体珠光体箱式加热炉箱式加热炉注：1）船级社标准：ReH315,440Rm570，A22%，-40 纵向冲击值31J。原始材
12、料正火温度原始材料正火温度R e H/MP a R m/MP a A/%-4 0 先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界17原始组织正火1小时正火8小时偏析带；条带打散；组织改善原始组织正火原始组织正火1 小时正火小时正火8 小时偏析带；小时偏析带；先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界18网状基本被消除网状基本被消除 网状基本被消除网状基本被消除 先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界19 将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却(炉冷)的热处理工艺叫做退火退火。退火后的组织接近于钢在平衡状态下的组织
13、!调整硬度，便于切削加工调整硬度，便于切削加工消除残余内应，防止开裂消除残余内应，防止开裂钢的退火钢的退火 将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却(炉冷炉冷先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界20均匀化退火均匀化退火的加热温度一般为的加热温度一般为Ac3+（150200）;消除或减少成分或组织不均匀的目的消除或减少成分或组织不均匀的目的.完全退火完全退火的加热温度碳钢一般为的加热温度碳钢一般为Ac3+（3050）；）；不完全退火不完全退火是将铁碳合金加热到是将铁碳合金加热到Ac1Ac3之间温度之间温度;不完全退火主要不完全退火
14、主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等，其目的是细化组织和降低硬度适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等，其目的是细化组织和降低硬度球化退火球化退火将钢加热到将钢加热到Ac1以上以上2030,球化退火主要适用于共析钢和过共析钢球化退火主要适用于共析钢和过共析钢去应力退火去应力退火是为了消除由于塑性形变加工、焊接等而造成的以及铸件内存在是为了消除由于塑性形变加工、焊接等而造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火工艺的残余应力而进行的退火工艺。均匀化退火的加热温度一般为均匀化退火的加热温度一般为A c 3+（1 5 0 2 0 0）;完全完全先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变
15、 世世 界界21 淬火淬火是指将钢加热到临界点以上，保温后以大于是指将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk的速度冷却，使奥氏的速度冷却，使奥氏体转变为体转变为马氏体马氏体的热处理工艺。因此，淬火的目的就是为了获得马氏体的热处理工艺。因此，淬火的目的就是为了获得马氏体，提高钢的力学性能。淬火是钢的最重要的强化方法，也是应用最广的，提高钢的力学性能。淬火是钢的最重要的强化方法，也是应用最广的热处理工艺之一。热处理工艺之一。回火回火是指将淬火钢加热到是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的热处理工艺。以下的某温度保温后冷却的热处理工艺。钢的淬火回火钢的淬火回火 淬火是指将钢加热到临界点以上，保
16、温后以淬火是指将钢加热到临界点以上，保温后以先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界22 淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。机械中重要零件，尤其在淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。机械中重要零件，尤其在汽车汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。按热处理的部位，有整体、按热处理的部位，有整体、局部淬火局部淬火和表面淬火和表面淬火 冷却时相变的内容，有单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和冷却时相变的内容，有单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火等温淬火等等。单介质淬火：工件在一种介质中冷却，如单介
17、质淬火：工件在一种介质中冷却，如水淬水淬、油淬、油淬 双介质淬火：工件先在较强冷却能力介质中冷却到双介质淬火：工件先在较强冷却能力介质中冷却到300左右，再在一种冷左右，再在一种冷却能力较弱的介质中冷却，如：却能力较弱的介质中冷却，如：先水淬后油淬先水淬后油淬 分级淬火：工件在低温分级淬火：工件在低温盐浴盐浴或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在Ms点附近点附近，工件在这一温度停，工件在这一温度停 留留2min5min，然后取出空冷，然后取出空冷。工件在等温盐浴中淬火，盐浴温度在贝氏体区的下部工件在等温盐浴中淬火，盐浴温度在贝氏体区的下部(稍高于稍高于Ms)，工件
18、等温，工件等温停留较长停留较长 时间，直到贝氏体转变结束，取出空冷。等温淬火用于中碳以上的时间，直到贝氏体转变结束，取出空冷。等温淬火用于中碳以上的钢，目的是为了获得下钢，目的是为了获得下贝氏体贝氏体。淬火工艺的应用淬火工艺的应用 淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界23 低温回火目的是在保持高的硬度和耐磨性的同时，降低内应力和脆性。低温回火目的是在保持高的硬度和耐磨性的同时，降低内应力和脆性。150-250 中温回火得到回火托氏体组织，具有较高的弹性极限和屈服强度，韧性也中温回火得到回火托氏
19、体组织，具有较高的弹性极限和屈服强度，韧性也较高，主要用于弹簧和热锻模等的处理。较高，主要用于弹簧和热锻模等的处理。300-500 高温回火得到强度、塑性、韧性都较好的综合力学性能，高温回火得到强度、塑性、韧性都较好的综合力学性能，般习惯将淬般习惯将淬火加高温回火得到索氏体的热处理称为调质处理。火加高温回火得到索氏体的热处理称为调质处理。500-650 回火的种类及应用回火的种类及应用 低温回火目的是在保持高的硬度和耐磨性的同时，降低内应低温回火目的是在保持高的硬度和耐磨性的同时，降低内应先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界24其热处理工艺为其热处理工艺为88
20、0-930淬火，淬火，180-200回火。回火。淬回火实例其热处理工艺为淬回火实例其热处理工艺为8 8 0-9 3 0 淬火，淬火，先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界25 感应加热的基本原理：将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中相应地产生了感应电动势，在工件表面形成感应电流，即涡流。这种涡流在工件的电阻的作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，可实现表面淬火。1.热源在工件表层，加热速度快，热效率高2.工件因不是整体加热，变形小3.工件加热时间短，表面氧化脱碳量少4.工件表面硬度高，
21、缺口敏感性小，冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大 提高。有利于发挥材料地潜力，节约材料消耗，提高零件使用寿命5.设备紧凑，使用方便，劳动条件好6.便于机械化和自动化7.不仅用在表面淬火还可用在穿透加热与化学热处理等。表面淬火表面淬火 感应加热的基本原理：将工件放在感应器中，当感应加热的基本原理：将工件放在感应器中，当先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界26表面淬火感应加热表面感应加热表面火焰加热表面火焰加热表面激光加热表面激光加热表面生产中应用生产中应用最广泛最广泛的是的是感应加热表面感应加热表面感应加热感应加热火焰加热火焰加热类型类型淬硬层厚度淬硬层厚度
22、/mm适应类型适应类型经济类型经济类型感应淬火感应淬火高频高频0.5-2中、小模数中、小模数齿齿成本高，实成本高，实现机现机械自械自动化动化中频中频2-10较大尺寸较大尺寸低频低频10-20轧辊、火车轧辊、火车轮轮火焰加热火焰加热-2-6单件、小批单件、小批量、量、大型大型零件零件成本低，温成本低，温度不度不易控易控制制激光加热激光加热-0.3-0.5深孔、拐角深孔、拐角或盲或盲孔等孔等成本高成本高表面淬火表面淬火感应加热表面火焰加热表面激光加热表面生产中应表面淬火表面淬火感应加热表面火焰加热表面激光加热表面生产中应先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界27局部
23、淬火局部淬火整体感应淬火整体感应淬火工艺过程启动设备双感应器移动到淬火位感应器间距微调零件连续加热淬火喷水延时感应器返回原位重复以上动作移至第二工位继续感应表面淬火局部淬火整体感应淬火工艺过程启动设备双感应器移动感应表面淬火局部淬火整体感应淬火工艺过程启动设备双感应器移动先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界28 所谓固溶处理，是指将合金加热到高温奥氏体区保温，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。主要是改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等。使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以
24、便继续加工或成型。固溶处理是为了溶解基体内碳化物、相等以得到均匀的过饱和固溶体，便于时效时重新析出颗粒细小、分布均匀的碳化物和等强化相 固溶处理的温度范围大约在9801250之间，主要根据各个合金中相析出和溶解规律及使用要求来选择，以保证主要强化相必要的析出条件和一定的晶粒度。时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少。便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少。固溶处理固溶处理 所谓固溶处理，是指将合金加热到高温奥氏体区所谓固溶处理，是指将合金加
25、热到高温奥氏体区先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界29钢的渗碳气体渗碳气体渗碳液体渗碳液体渗碳固体渗碳固体渗碳渗碳，就是将工件渗碳，就是将工件(一般为低碳钢一般为低碳钢)放在增碳的活性介质中加热并保温，放在增碳的活性介质中加热并保温，使钢表面为碳所饱和而获得一定厚度的高碳层的工艺过程。使钢表面为碳所饱和而获得一定厚度的高碳层的工艺过程。渗碳质量要求：齿面硬度：渗碳质量要求：齿面硬度：612HRC；淬火加回火后马氏体、残余奥氏体级别淬火加回火后马氏体、残余奥氏体级别；硬度均匀性硬度均匀性；层深波动范围层深波动范围；层深；层深1mm时，偏差时，偏差0.08mm；
26、层深；层深1.0mm时，偏时，偏差差0.8%（层深）（层深）内氧化层深度：内氧化层深度：0.02mm。提高工件表面的提高工件表面的硬度硬度和和耐磨性耐磨性渗碳层的表面渗碳层的表面Wc在在0.85%1.05%钢的表面渗碳热处理钢的表面渗碳热处理 钢的渗碳气体渗碳液体渗碳固体渗碳渗碳，就钢的渗碳气体渗碳液体渗碳固体渗碳渗碳，就先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界30气体渗碳的基本过程气体渗碳的基本过程1）渗剂化学反应：碳氢有机化合物丙烷、丙酮、煤油等在高温发生裂解，）渗剂化学反应：碳氢有机化合物丙烷、丙酮、煤油等在高温发生裂解，产生渗碳气体，其组成为：产生渗碳气体
27、，其组成为：CO、CnHn、H2、CO2、H2O、N。2）相界面）相界面吸收吸收：渗碳气体流过钢件表面，被表面吸附，渗入工件表面。：渗碳气体流过钢件表面，被表面吸附，渗入工件表面。COCO2 +C;CH4H2+C;3）金属内部）金属内部扩散扩散：渗入工件表面的碳向工件内部扩散：渗入工件表面的碳向工件内部扩散 d=2 Dt气体渗碳的基本过程气体渗碳的基本过程1）渗剂化学反应：碳氢有机化合物丙烷、丙酮）渗剂化学反应：碳氢有机化合物丙烷、丙酮先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界31 影响气体渗碳的因素影响气体渗碳的因素先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质
28、改改 变变 世世 界界321）发生炉气体法：）发生炉气体法：把天然气、丙烷、丁烷按一定比例和空气混合，在把天然气、丙烷、丁烷按一定比例和空气混合，在9501000和催化剂作用下，把裂解气和甲烷通入和催化剂作用下，把裂解气和甲烷通入900950的的密封炉子渗碳。密封炉子渗碳。2）炉内滴注法：把含碳有机液体直接滴入，使其在）炉内滴注法：把含碳有机液体直接滴入，使其在900930的密封炉的密封炉子渗碳。子渗碳。3）氨基合成气体法：用纯氮和甲醇混合通入渗碳炉）氨基合成气体法：用纯氮和甲醇混合通入渗碳炉4）低压渗碳（真空渗碳）：周期通入甲烷或者丙烷。）低压渗碳（真空渗碳）：周期通入甲烷或者丙烷。气体渗碳
29、按气体产生的方式特点可分为四种气体渗碳按气体产生的方式特点可分为四种 1）发生炉气体法：）发生炉气体法：先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界33渗碳炉的典型渗碳工艺渗碳炉的典型渗碳工艺 先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界34一、热处理对象：轴类零件齿轮类零件齿圈类零件零件类型注：热处理零件总共212万件，按渗碳层深可分为四种规格。渗碳层深1.550.25的为7万件；渗碳层深1.0-1.2的为124万件；渗碳层深0.6-0.9的为81万件。渗碳淬火实例渗碳淬火实例一、热处理对象：轴类零件齿轮类零件齿圈类零件零件类型注：热处一、
30、热处理对象：轴类零件齿轮类零件齿圈类零件零件类型注：热处先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界35连续渗碳炉生产线（爱协林单推盘炉）连续渗碳炉生产线（爱协林单推盘炉）连续渗碳炉生产线（爱协林单推盘炉）连续渗碳炉生产线（爱协林单推盘炉）先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界36爱协林单推盘炉线大体布局：爱协林单推盘炉线大体布局：推盘炉生产线由于更换工艺时，适合于大批量、品种单一产品的生产。推盘炉生产线由于更换工艺时，适合于大批量、品种单一产品的生产。推盘炉生产线可以和喷丸机联合组成生产线推盘炉生产线可以和喷丸机联合组成生产线 工件渗
31、碳前预热脱脂处理，活化工件表面，改善渗碳性能工件渗碳前预热脱脂处理，活化工件表面，改善渗碳性能 爱协林单推盘炉线大体布局：推盘炉生产线由于更换工艺时，适合于爱协林单推盘炉线大体布局：推盘炉生产线由于更换工艺时，适合于先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界37液体渗碳是在熔融状态的含碳盐浴中进行的。液体渗碳是在熔融状态的含碳盐浴中进行的。液体渗碳的基本过程液体渗碳是在熔融状态的含碳盐浴中进行的。液体渗碳的基本过程液体渗碳是在熔融状态的含碳盐浴中进行的。先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界38 固体渗碳具有简单易行等优点。渗剂主要由
32、固体炭及催化作用的碳酸盐固体渗碳具有简单易行等优点。渗剂主要由固体炭及催化作用的碳酸盐组成。常用的固体炭为硬木木炭和焦炭。常用催渗剂为组成。常用的固体炭为硬木木炭和焦炭。常用催渗剂为Na2C03、Ba2C03，有时加入，有时加入CaCO3。固体渗碳层深波动范围较气体、液体渗固体渗碳层深波动范围较气体、液体渗碳大。碳大。钢的固体渗碳基本过程钢的固体渗碳基本过程 固体渗碳具有简单易行等优点。固体渗碳具有简单易行等优点。先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界39其他的渗碳方法其他的渗碳方法先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界40碳氮共
33、渗设备参数的确定碳氮共渗设备参数的确定 1）与气体渗碳相同，需要增加一套供氨系统。与气体渗碳相同，需要增加一套供氨系统。2）温度高则渗速快，但碳钢、低合金钢常用温度高则渗速快，但碳钢、低合金钢常用840860。此温度下。此温度下晶粒不长大，变形小，渗速适当并可在渗后直接淬火。对受力不大要求晶粒不长大，变形小，渗速适当并可在渗后直接淬火。对受力不大要求变形晓小的薄壁耐磨件，可用变形晓小的薄壁耐磨件，可用780800共渗。共渗。钢的碳氮共渗基本过程钢的碳氮共渗基本过程 碳氮共渗设备参数的确定碳氮共渗设备参数的确定先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界41钢的渗氮气体
34、渗气体渗氮氮等离子渗氮等离子渗氮液体渗氮液体渗氮活性屏等离子活性屏等离子 渗氮质量要求：硬度大于渗氮质量要求：硬度大于HV600；氮化物；氮化物2级；脆性等级级；脆性等级2级级；渗氮层中不应出现网状、脉状或鱼骨头氮化物渗氮层中不应出现网状、脉状或鱼骨头氮化物；应避免工件发生空心阴；应避免工件发生空心阴极现象极现象；工件表面不能出现打弧现象；工件表面不能出现打弧现象。提高表层的提高表层的硬度硬度、耐磨性耐磨性、疲劳强度疲劳强度及及耐腐蚀性耐腐蚀性钢的表面渗氮热处理钢的渗氮气体渗氮等离子渗氮液体渗氮活性屏等钢的表面渗氮热处理钢的渗氮气体渗氮等离子渗氮液体渗氮活性屏等先先 做做 人人 后后 做做 事
35、事 品品 质质 改改 变变 世世 界界42 气体渗氮基本原理：渗氮可以在不同的介质中进行，工业中应用较广的气体渗氮基本原理：渗氮可以在不同的介质中进行，工业中应用较广的是在渗氮设备中是在渗氮设备中通入氨气通入氨气，加热时，加热时分解出活性氮原子分解出活性氮原子而渗入钢中。而渗入钢中。渗氮由渗氮由分解、吸收、扩散分解、吸收、扩散三个基本过程组成。氨气在三个基本过程组成。氨气在400以上分解出以上分解出活性氮原子，活性氮原子被钢表面吸收，溶入固溶体，与铁和合金元素活性氮原子，活性氮原子被钢表面吸收，溶入固溶体，与铁和合金元素形成化合物，形成一定厚度的渗氮层。形成化合物，形成一定厚度的渗氮层。NH3
36、 N +H;2N +2HN2 +H2氨的分解率氨的分解率气体渗氮基本过程气体渗氮基本过程 气体渗氮基本原理：渗氮可以在不同的气体渗氮基本原理：渗氮可以在不同的先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界43渗氮的影响因素渗氮的影响因素先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界44要求：齿面氮化，硬度600HV,深度0.30.15mm一、热处理对象热处理零件列表壳体名称及图号外圆直径mm 长度mm单台数量（件）二期产能(万件)总线节拍（min/件）重量(kg)零件材质氮化层深壳体 GS3D21-33102071310.231.087QT700
37、-2氮化0.30.15渗氮实例渗氮实例要求：一、热处理对象热处理零件列表壳体名称及图号外圆直径要求：一、热处理对象热处理零件列表壳体名称及图号外圆直径mm先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界45全自动氮化炉生产线全自动氮化炉生产线二、设备方案二、设备方案一阶段渗氮一阶段渗氮二阶段渗氮二阶段渗氮全自动氮化炉生产线二、设备方案一阶段渗氮二阶段渗氮全自动氮化炉生产线二、设备方案一阶段渗氮二阶段渗氮先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界46真空氮化炉真空氮化炉:型号：型号：NCV5/E-R数量：数量：67台台炉膛尺寸炉膛尺寸1200 x
38、1800 x1220h装载量：装载量：2500kg工作范围温度：工作范围温度：150-750最高工作温度：最高工作温度：750温度均匀性：温度均匀性：5 氮化自动线设备主要参数：氮化自动线设备主要参数：特点：特点：1、真空氮化炉采用、真空氮化炉采用Dimig控制系统，控制系统，能自动控制马弗内部和外部的温度、编织工能自动控制马弗内部和外部的温度、编织工艺，记录工艺，读入、打印工艺和以前的实艺，记录工艺，读入、打印工艺和以前的实际工作过程，设备的状态和不同的工作阶段际工作过程，设备的状态和不同的工作阶段可以在可以在PC显示屏上动态显示。显示屏上动态显示。2、氮化炉、氮化炉NH3分解和分析氮势采用
39、氢分解和分析氮势采用氢探头测量仪，通过探头测量仪，通过Demig系统，可以读取和系统，可以读取和存取数据，自动调节气体过程。存取数据，自动调节气体过程。真空氮化炉真空氮化炉:氮化自动线设备主要参数：特点：氮化自动线设备主要参数：特点：1、真空氮化炉采用、真空氮化炉采用先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界47 在低压气体中并且直流高压电场条件下，电子被加速向阳极运动发生气体在低压气体中并且直流高压电场条件下，电子被加速向阳极运动发生气体原子、分子之间剧烈碰撞，使之不断被电离产生新电子、离子，该过程原子、分子之间剧烈碰撞，使之不断被电离产生新电子、离子，该过程产生
40、的正离子在电场加速下轰击阴极，造成二次电子发射并维持放电过产生的正离子在电场加速下轰击阴极，造成二次电子发射并维持放电过程，即程，即辉光放电过程辉光放电过程 渗氮介质常用的是：氨、氢、氮或者氨、氮、氢。渗氮介质常用的是：氨、氢、氮或者氨、氮、氢。钢的离子渗氮基本过程钢的离子渗氮基本过程 在低压气体中并且直流高压电场条在低压气体中并且直流高压电场条先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界48 工艺优化 真空氮化，无打弧和空阴极现象，尺寸规格相差较大零件可共炉；无白亮层，渗氮品质好；活性屏等离子氮化炉活性屏等离子氮化炉 基本原理：零件不再直接暴露于等离子体中,大部分等
41、离子体施加于活性屏上。在加热过程中所有的等离子电源通过脉冲电源只施加到活性屏上。工艺优化工艺优化 真空氮化，无打弧和空阴极现象，尺寸规格真空氮化，无打弧和空阴极现象，尺寸规格先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界49 钢在相应的介质中和一定的温度下钢在相应的介质中和一定的温度下(570左右左右)同时渗入氮和碳，而以同时渗入氮和碳，而以氮为主的化学热处理工艺，称为氮碳共渗氮为主的化学热处理工艺，称为氮碳共渗(软氮化软氮化)。气体氮碳共渗的原理与渗碳、渗氮相同。气体氮碳共渗的原理与渗碳、渗氮相同。钢的氮碳共渗基本过程钢的氮碳共渗基本过程 钢在相应的介质中和一定的温度
42、钢在相应的介质中和一定的温度先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界50钢的渗硼渗硼气体气体渗硼渗硼液体液体渗硼渗硼固体固体渗硼渗硼 渗硼方法有很多种，按渗剂物理状态的不同，可分为固体法、液体渗硼方法有很多种，按渗剂物理状态的不同，可分为固体法、液体(盐浴盐浴)法和气体法三大类。应用较多的是固体法，其次是液体法，目前气体法法和气体法三大类。应用较多的是固体法，其次是液体法，目前气体法在生产上应用较少。渗硼工艺前沿研究包括在生产上应用较少。渗硼工艺前沿研究包括离子渗硼离子渗硼、真空渗硼等。、真空渗硼等。渗硼获得的硼化物渗硼获得的硼化物(FeB和和Fe2B)层具有层具
43、有高硬度高硬度、耐磨性耐磨性、优良的、优良的红硬性红硬性、耐高温氧化耐高温氧化及及腐蚀腐蚀等优异性能等优异性能 钢的表面渗硼热处理钢的渗硼气体渗硼液体渗硼固体渗硼钢的表面渗硼热处理钢的渗硼气体渗硼液体渗硼固体渗硼 渗硼渗硼先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界51 固体渗硼普遍采用的供硼剂有两种，一种是固体渗硼普遍采用的供硼剂有两种，一种是碳化硼碳化硼，一种是，一种是硼铁硼铁。为还原。为还原出硼原子，在渗剂中均添加氟硼酸钾作为活化剂，其化学反应如下：出硼原子，在渗剂中均添加氟硼酸钾作为活化剂，其化学反应如下：(1)碳化硼、氟硼酸钾渗剂的反应：碳化硼、氟硼酸钾渗剂
44、的反应：2KBF4+B4C+O2 =K2O+4BF2+2B+CO其中的其中的BF2为不稳定气体，经分解析出硼原子而形成稳定的为不稳定气体，经分解析出硼原子而形成稳定的BF3气体：气体：3BF2=B+2BF3(2)硼铁、氟硼酸钾渗剂的反应：硼铁、氟硼酸钾渗剂的反应：4KBF4+4B+O2=2K2O+8BF2，其中，其中3BF2=B+2BF3 由于固体渗硼不需要复杂的设备，工艺也比较简单，所以一般工艺上都采由于固体渗硼不需要复杂的设备，工艺也比较简单，所以一般工艺上都采用固体渗硼法。用固体渗硼法。固体渗硼普遍采用的供硼剂有两种，一种是碳化硼，一种是固体渗硼普遍采用的供硼剂有两种，一种是碳化硼，一种
45、是先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界521.水玻璃耐火泥水玻璃耐火泥 2.箱盖箱盖 3.热锻模热锻模 4.渗箱渗箱 5.渗硼剂渗硼剂固体渗硼的普通相式电阻炉装箱图固体渗硼的普通相式电阻炉装箱图 固体渗硼工艺固体渗硼工艺1.水玻璃耐火泥水玻璃耐火泥 2.箱盖箱盖 3.热锻模热锻模 固体渗硼固体渗硼先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界53 最大额定电压为最大额定电压为3000V，额定温度为，额定温度为800，极限真空度为，极限真空度为6.67Pa，炉膛材料为不锈钢，可通入腐蚀性气体。炉膛材料为不锈钢，可通入腐蚀性气体。三氟化硼三
46、氟化硼(分子式分子式BF3)氢气氢气氩气作为等离子渗硼的硼源气体氩气作为等离子渗硼的硼源气体 阴极套环阴极套环辅助阴极装置辅助阴极装置等离子热处理炉等离子热处理炉等离子体低温渗硼等离子体低温渗硼 实例实例 最大额定电压为最大额定电压为3 0 0 0 V，额，额先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界54抽真空抽真空 检查炉内气密性检查炉内气密性 开始通电流加热阶段开始通电流加热阶段 到预定温度通入到预定温度通入三氟化硼气体阶段三氟化硼气体阶段稳定升温阶段稳定升温阶段保温阶段保温阶段渗硼结束阶段渗硼结束阶段前期设备启动与装炉准备前期设备启动与装炉准备加入氢气和氩气氢
47、气用来产生还原气氛，防止试样在渗硼前先发生氧化加入氢气和氩气氢气用来产生还原气氛，防止试样在渗硼前先发生氧化。加入加入BF3气体气体 等离子渗硼工艺的操作步骤等离子渗硼工艺的操作步骤 抽真空抽真空 检查炉内气密性检查炉内气密性 开始通电流开始通电流先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界55渗硫渗硫硫氮共渗硫氮共渗渗硫、硫氮共渗渗硫、硫氮共渗 渗硫硫氮共渗渗硫硫氮共渗先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界56合金渗碳钢合金渗碳钢 渗碳钢按淬透性的高低分为低淬透性钢（渗碳钢按淬透性的高低分为低淬透性钢（15 Cr、20 Cr）；中淬透
48、性）；中淬透性钢（钢（20CrMnTi、20CrMnMo）及高淬透性钢（）及高淬透性钢（18 Cr2Ni4wW）轴轴 齿轮类渗碳工艺齿轮类渗碳工艺 材料：材料：20CrMnTi 生产工艺：生产工艺：下料下料锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火油冷淬火油冷低温回火低温回火喷丸喷丸精磨精磨 正火的目的：改善组织，便于切削加工。正火的目的：改善组织，便于切削加工。热处理实例合金渗碳钢热处理实例合金渗碳钢 先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界57调质钢调质钢 广泛应用于齿轮、连杆、轴及螺栓；广泛应用于齿轮、连杆、轴及螺栓；一般调质钢：一般调质钢：40、45、50；
49、合金调质钢：；合金调质钢：30CrMn、40Cr、30CrMnTi 淬透性是调质钢的一个重要性能：淬透性是调质钢的一个重要性能：Cr、Ni、Mn、Si、B;生产工艺：生产工艺：下料下料锻造锻造正火正火机加工机加工调质调质机加工机加工喷丸喷丸 热处理实例调质钢热处理实例调质钢先先 做做 人人 后后 做做 事事 品品 质质 改改 变变 世世 界界58滚动轴承钢滚动轴承钢 最常用的滚动轴承钢最常用的滚动轴承钢G Cr9、G Cr15（机床（机床导轨）导轨）生产工艺：生产工艺：下料下料锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火淬火冷冷处理处理低温回火低温回火磨削磨削稳定化处理稳定化处理 球化退火后得不到
50、理想的球状珠光体球化退火后得不到理想的球状珠光体。均匀的弥散细小碳化物和细粒状索氏体组织均匀的弥散细小碳化物和细粒状索氏体组织,减小了淬火过程中由于体积变化而引起的畸变。减小了淬火过程中由于体积变化而引起的畸变。导轨的淬火畸变量在导轨的淬火畸变量在0.5 0.8mm,改进工艺后导轨的淬火畸变量改进工艺后导轨的淬火畸变量 0.2mm下料下料锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工 调质调质淬火淬火 热校直热校直冷处理冷处理低温回火低温回火磨削磨削稳定化处理稳定化处理滚动轴承钢球化退火后得不到理想的球状珠光体。滚动轴承钢球化退火后得不到理想的球状珠光体。均匀的弥散细小均匀的弥散细小先先 做做 人人 后
