机械工程材料教学课件作者封金祥第5章.ppt

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2019-10-13 发布于广东
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图５－１４　卡规及其局部淬火返回图５－１５　低温回火组织———回火马氏体返回图５－１６　中温回火组织———回火托氏体返回图５－１７　高温回火组织———回火索氏体返回表５－３　４５钢经正火和调质后的力学性能比较返回图５－１８　感应加热表面淬火的基本原理返回表５－４　感应加热表面淬火的应用返回图５－１９　火焰加热表面淬火示意图返回图５－２０　气体渗碳示意图返回表５－５　几种表面热处理工艺的比较返回 * ５.６　钢的表面热处理和化学热处理若淬硬层过深，往往会引起工件表面过热，甚至产生变形和开裂。火焰加热表面淬火操作简单，不需要特殊设备，生产成本低，但工件表面容易过热，淬火质量难以控制，生产率低，因此应用受到限制。火焰加热表面淬火适用于单件、小批量生产的各种齿轮及轴的表面淬火，也可用于中碳钢、中碳合金钢制造的大型工件、大齿轮、轴类件、局部淬火的工具和锤子等。５.６.２　钢的化学热处理化学热处理是将工件置于一定介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层化学成分、组织和性能的热处理工艺。上一页下一页返回５.６　钢的表面热处理和化学热处理与表面淬火相比，化学热处理的主要特点是表层不仅有组织的改变，而且成分也发生了变化。目前在汽车、拖拉机和机床制造业中常用的化学热处理工艺是渗碳、渗氮和气体碳、氮共渗。下面分别加以讨论。１.钢的渗碳钢的渗碳是向钢的表层渗入碳原子的过程，其目的是增加钢件表层的含碳量，经过淬火、回火后，使工件表面具有高硬度、高耐磨性和高疲劳强度，而心部仍保持一定的强度，较高的塑性和韧性。渗碳主要用于同时受磨损和较大冲击截面的零件，如齿轮活塞销、凸轮和轴类等。上一页下一页返回５.６　钢的表面热处理和化学热处理渗碳用钢一般指含碳量为０.１０％～０.２５％的低碳钢和低碳合金钢，如１５、２０、２０Ｃｒ、２０ＣｒＭｎＴｉ等钢。根据渗碳剂的不同，渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳三种，其中应用最广泛的是气体渗碳，它生产率高，劳动条件较好，渗碳质量容易控制，并易于实现机械化、自动化。下面以气体渗碳为例来介绍渗碳工艺，如图５－２０所示。气体渗碳是指将工件置于密封的加热炉中，通入渗碳剂，在９００℃ ～９５０℃加热、保温，使渗碳剂在高温下分解出活性碳原子，被表面吸收而溶入奥氏体中，并向内部扩散，形成一定深度的渗碳层。上一页下一页返回５.６　钢的表面热处理和化学热处理一般滴入的渗碳剂有燃油、燃气、石油液化气、丙酮和甲醇等。其反应式如下：２ＣＯ→ ［Ｃ］＋ＣＯ２（［Ｃ］为活性碳原子，被吸附于表面上）ＣＨ４→２Ｈ２＋［Ｃ］渗碳层厚度取决于保温时间，可按每小时渗入０.２０～０.２５ｍｍ的速度来估算。在一定渗碳温度下，保温时间越长，渗碳层越厚。渗碳层厚度根据工件工作条件和具体尺寸来确定，渗碳层太薄时，易引起表面疲劳剥落，太厚则经不起冲击，一般以０.２５～０.５０ｍｍ为佳。上一页下一页返回５.６　钢的表面热处理和化学热处理工件经渗碳后其表面含碳量可达０.８５％～１.０５％，并从表面到心部逐渐减少，心部仍保持原来低碳钢的含碳量。在缓慢冷却条件下，渗碳层的组织由表面向中心依次为过共析区、共析区、亚共析区（过渡层），中心为原组织。渗碳只改变工件表层的含碳量，要想使渗碳件表面具有较高的硬度和耐磨性，心部具有良好的韧性，渗碳后还必须进行淬火和低温回火。常用的方法有两种。一种是一次淬火法，即渗碳后的工件从渗碳温度降至淬火温度后直接进行淬火，然后再进行低温回火。这种方法经济（不用二次加热）、成本低，但淬火后马氏体较粗大，残余奥氏体较多，所以这种方法只适用于本质细晶粒钢，或性能要求不高的零件。上一页下一页返回５.６　钢的表面热处理和化学热处理另一种方法为渗碳后先将工件在空气中冷却（相当于正火）以细化晶粒，然后再重新加热到淬火温度（Ａｃ１＋３０℃ ～５０℃）进行淬火和低温回火，这种方法的淬火加热温度要兼顾表层和心部，使表层不过热而心部又得到充分强化。渗碳件经淬火＋低温回火后组织表层为回火马氏体＋粒状碳化物＋少量残余奥氏体，此时硬度为５８～６４ＨＲＣ，心部组织由钢的淬透性和工件尺寸而定。如果是低碳钢制作的工件，心部组织为铁素体＋珠光体，硬度在１０～１５ＨＲＣ。如果是低碳合金钢制作的工件，心部组织为低碳回火马氏体或低碳回火马氏体＋托氏体＋铁素体，硬度在３０～４５ＨＲＣ，韧性好。上一页下一页返回５.６　钢的表面热处理和化学热处理一般渗碳零件的工艺路线如下：在上述工艺路线中，去碳机械加工指渗碳件不允许高硬度的部位（如装配孔等）应在设计图纸上加以注明。该部位可采取镀铜法来防止渗碳，或者采取多留加工余量的方法，待零件渗碳后、淬火