機械工程材料及選用第四章熱處理2(編輯修改稿)
2025-03-02 02:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 火層深度增加至10~20mm，適合于大直徑鋼材的深層加熱淬火。 3) 預備熱處理 ? 預備熱處理 是指為隨后的機加工或最終熱處理提供良好的機加性能或組織形態(tài)而進行的熱處理。 ? 感應(yīng)加熱淬火只改變工件的表層組織，對心部組織和性能不產(chǎn)生影響。因此表面淬火前要先進行預備熱處理，準備好心部的組織和性能。 感應(yīng)加熱表面淬火 45 ? 預備熱處理工藝： ① 中碳合金鋼： 采用 調(diào)質(zhì)處理 ， 得到 回火索氏體 組織 ； ② 中碳鋼： 采用 正火處理 ， 得到 索氏體 組織 。 ? 特點：感應(yīng)加熱速度極快 ， 奧氏體化溫度高 ， 轉(zhuǎn)變時間短 ， 晶粒細小 ， 得到極細的隱晶馬氏體組織 ，硬度高于普通淬火的硬度 。 ? 感應(yīng)加熱淬火使工件表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力 ， 提高了疲勞強度 。 ? 感應(yīng)加熱表面淬火后 ， 必須進行低溫回火 。 感應(yīng)加熱表面淬火 46 表面淬火 感應(yīng)加熱表面淬火 激光 加熱表面淬火 47 ? 激光表面淬火 是用激光束掃描工件表面，使表面迅速升溫奧氏體化，當激光束移開后，通過熱傳導實現(xiàn)表面自冷淬火的熱處理工藝。 ? 激光表面淬火的特點： ① 能量集中，熱影響區(qū)小，熱應(yīng)力??； ② 可對大工件的局部表面或溝 ﹑ 槽 ﹑ 孔的側(cè)面淬火； ③ 淬硬層與基體結(jié)合良好，淬火變形小，硬度、耐磨性及疲勞強度高。 激光 加熱表面淬火 48 ? 激光表面淬火組織：超細板條馬氏體 、 超細碳化物加高位錯密度殘余奧氏體 。 ? 激光重熔合金化： 在鋼件表面涂覆所需成分的金屬粉 ， 用大功率激光束照射使之熔化 ， 獲得極薄的合金熔化層 ， 然后迅速冷凝 ， 獲得高性能合金化表層 ， 以滿足耐磨 、 抗蝕等特殊性能要求 。 激光 加熱表面淬火 同步注粉式激光表面熔覆處理示意圖 50 表面淬火應(yīng)用實例 ? 用 42CrMo鋼制造東風內(nèi)燃機車牽引齒輪，要求性能：“齒面硬而不脆，齒心韌而不軟”。 ? 加工及熱處理工藝路線如下： 鍛造 退火 機加工 調(diào)質(zhì)處理（淬火 +高溫回火） 感應(yīng)加熱表面淬火 + 低溫回火 精加工 ? 組織和性能： ? 表面：回火馬氏體，硬度高、耐磨性好。 ? 心部：回火索氏體，強韌性配合好、抗彎和抗疲勞性能高。 51 第五節(jié) 鋼的表面處理 表面淬火 表面化學熱處理 52 表面化學熱處理 ? 化學熱處理 是通過改變表面成分和組織結(jié)構(gòu)，來提高材料表面性能的表面改性處理工藝。 ? 基本過程：在一定溫度下由化學介質(zhì)分解出活性原子，活性原子被工件表面吸收并向內(nèi)部擴散，形成合金化表層。 ? 化學熱處理工藝包括： 滲碳 、 氮化 、 碳氮共滲 、軟氮化、滲硫、滲硼、滲硅、滲金屬等。 53 表面化學熱處理 氣體滲碳 氣體氮化 氣體碳氮共滲 離子注入技術(shù) 54 ? 滲碳：將 低碳鋼 置于富碳氣氛中，加熱至奧氏體相區(qū)保溫，以提高表面碳含量的一種熱處理工藝。 ? 目的：獲得高碳高硬度及高耐磨性的表面。 ? 常用的滲碳工藝有氣體、液體和固體滲碳三類。氣體滲碳質(zhì)量容易控制，生產(chǎn)效率高，應(yīng)用范圍最廣。 氣體滲碳 55 ? 氣體滲碳 是將工件置于密封的富碳氣氛爐中加熱 、保溫 ， 使碳滲入工件表面的化學熱處理工藝 。 ? 氣體滲碳的滲劑有煤油 、 苯 、 甲醇等液態(tài)介質(zhì)和天然氣 、 液化石油氣 、 煤氣等氣體介質(zhì) 。 ? 滲碳時滲劑發(fā)生以下反應(yīng)，分解形成活性 C原子 : CH4→[C]+2H 2 2CO→[C]+CO 2 CO+H2→[C]+H 2O 氣體滲碳 井式氣體滲碳爐結(jié)構(gòu)示意圖 井式氣體滲碳爐實物圖 58 1. 適用材料：碳含量為 ~%的 低碳鋼 ， 如 1 2 20Cr、 20MnVB、 20CrMnTi等鋼種 。 2. 氣體滲碳工藝 ? 加熱溫度為 Ac3+ 50~80?C，約 900~950?C。 ? 滲后表層最高碳量應(yīng)控制在 ~%水平。 3. 滲碳層組織 ? 滲碳件橫截面的成分由表及里為：過共析區(qū)、共析區(qū)、亞共析區(qū)、逐漸過渡到原始碳量區(qū)。 氣體滲碳 59 碳濃度隨表面深度的變化 60 ? 滲碳后緩冷至室溫的組織為： ① 表層過共析區(qū)：珠光體 +網(wǎng)狀滲碳體； ② 近表層共析區(qū)：珠光體； ③ 內(nèi)層亞共析區(qū)：珠光體 +鐵素體； ④ 心部原始碳量區(qū)：鐵素體 +少量珠光體。 ? 滲層過渡區(qū)：共析碳量區(qū)與原始碳量區(qū)之間的區(qū)域。 ? 滲層有效厚度 ：從表面到過渡區(qū)的一半處的距離。 氣體滲碳 低碳鋼滲碳緩冷后的顯微組織 62 4. 滲碳后熱處理 ? 工件滲碳后需進行淬火 +低溫回火處理 ， 以使工件表面具有高硬度 、 心部具有足夠的強韌性 。 1) 淬火 ? 滲碳后淬火方法主要有直接淬火 、 一次淬火 。 ① 直接淬火法： 滲碳后經(jīng)預冷到略高于 A3 ( 830℃ ～850℃ )的溫度 ， 進行水或油淬火的熱處理工藝 。 ? 淬火后表面組織為： M粗大 + Fe3C+ AR ? 心部組織與鋼的淬透性有關(guān)為： M低碳 + F+ T、 S 氣體滲碳 63 ? 直接淬火變形大，適合對性能要求不高的零件。 ② 一次淬火法： 滲碳后隨爐冷卻或空冷到室溫 ， 再重新加熱到淬火溫度進行淬火的熱處理工藝 。 一次淬火可以減少工件變形 。 ? 對表面性能要求高的工件 ， 滲碳后通常加熱到略高于共析溫度 Ac1。 淬火后的組織為： ? 表層： M高碳 + Fe3C ? 心部： M低
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