热处理工(高级)第三章课件.ppt

1、 掌握表面改性热处理缺陷及预防措施；能够制订感应加热表面淬火工艺；熟悉离子渗氮及其他化学热处理知识。产生淬火裂纹的主要原因是由于原始组织不良、淬火温度过高、加热或冷却速度太快、零件结构不合理等。解决办法有进行预备热处理，调整淬火加热温度，大型零件可先预热，改变冷却条件，改进零件设计，零件表面避免尖角、小孔等。产生软点的原因是加热不均匀或冷却不够充分；零件表面不清洁或零件表面有脱碳现象。2.软点1.淬裂解决办法是严格控制均匀加热，保证水压稳定，淬火前清理零件表面等。主要原因是淬火温度低，冷却不充分。产生原因是喷嘴移动速度和喷嘴与工件距离不适合。感应加热淬火常见的缺陷有开裂、硬度过高或过低、硬度不

2、均匀、硬化层过深或过浅等，其造成的原因也是各种各样的，下面逐一进行分析。3.硬度不足4.有效硬化层太深或太浅(1)一般淬火出现裂纹的原因和防止方法图3-1有孔的工件打入铜塞的方法1.淬火裂纹(2)冷却过急、过缓且不均匀如果在Ms点附近冷却速度过快，此时产生的相变应力处于塑性较低的低温区域，工件变形困难，极易导致开裂。(3)材料选择不当或零件设计不合理应合理选材，严格控制钢材的成分和杂质含量。(1)轴类零件或长条形零件轴类和长条形零件加热层厚度不均时，会产生淬火翘曲或快冷一侧凸起等变形。(2)齿轮圆柱齿轮的变形主要是内孔胀缩和齿形变化。2.淬火变形高频感应加热淬火后常出现硬度偏低、表面软点和软带

3、等缺陷。(1)加热温度不够对于连续加热法可采用增加感应圈高度或降低工件移动速度等方法提高加热温度。(2)冷却不足使工件移动速度v为124mm/min，工件转速n(r/min)与v的关系为n=60v。(3)表面脱碳只能报废。3.硬度不足感应加热与炉内加热的方式不同，工件的加热不依靠外部热源，而是依靠交变电流的电磁感应在工件上产生感应电流对工件本身进行加热。由于感应加热是基于集肤效应、邻近效应和环流效应而使工件实现表面加热的一种热处理方式，所以它具有如下特点。1)由于高能的表面加热实现了快速加热(试验测定，感应加热时的加热速度可高达每秒几百度到几千度)，从而导致淬火组织细，表面硬度高，表面应力为压

4、应力，提高了耐磨性、冲击韧度、疲劳强度，并减少了缺口敏感性。1.感应加热的特点2)由于感应加热表面淬火时加热速度极快，仅改变工件表面组织而保持心部的原始组织，心部冷态金属的高强度制约了表层淬火时所产生的变形，使工件的热处理变形小；另外由于加热时间短，工件表面氧化、脱碳少。3)能在一定范围内控制加热深度，既可对工件表面进行加热淬火，也可对工件进行穿透加热；易于实现局部加热，也易于实现连续加热。4)热效率高。5)便于流水线生产作业，实现机械化、自动化，适应现代化工业生产需要，提高生产效率。感应加热最广泛、最基本、最有效的应用是感应加热表面淬火。(1)感应加热表面淬火技术的新发展2.感应加热的应用1

5、)超高频感应加热淬火：又称超高频冲击淬火或超高频脉冲淬火，是利用27.12MHz超高频率极强的集肤效应，使0.050.5mm厚的零件表层在极短的时间内(1500ms)加热至上千摄氏度，其能量密度可达1001000W/mm2，仅次于激光和电子束，加热速度为104106/s，加热停止后表层主要靠自身散热迅速冷却，自身冷却速度高达106/s，达到淬火目的。2)大功率高频脉冲淬火：频率一般为200300kHz(对于模数小于1的齿轮使用1000kHz)，振荡功率为100kW以上。3)双频感应加热淬火：对于凹凸不平的工件如齿轮等，当间距较小时，任何形状的感应器都不能保持工件与感应器的施感导体之间的间隙一致

6、。4)超音频感应加热淬火：使用双频感应加热淬火，虽然可以获得均匀的硬化层；但设备复杂，成本也较高，所需功率也大，而且对于低淬透性钢，高、中频淬火都难以获得凹凸零部件均匀分布的硬化层。(2)感应加热技术的其他应用1)局部淬火：对木工锤的头部进行中频感应局部淬火是一项较先进的工艺技术，目前这项技术已在自动生产线上实现了大批量生产。2)局部回火或局部退火：为配合切削加工改善加工工艺路线，常对淬火工件的某些部位进行感应加热局部淬火或局部退火。3)长轴的热处理：采用感应加热对管材、棒材(如丝杠毛坯等)进行调质处理代替一般井式炉调质，具有工序少、周期快、质量好、省材料、省能源、效益高和易于实现机械化、自动

7、化等优点。我国采用中频感应加热对250m长钢轨进行轨面表面淬火是目前应用感应加热淬火的最长工件之一。4)渗碳件的感应加热淬火：对渗碳件进行感应加热表面淬火，可以显著减少淬火变形，而且还可以免除非渗碳表面的防护措施，省去繁琐的镀铜或其他防渗工序。5)感应加热化学热处理：应用感应加热进行渗碳、渗氮等化学热处理的新工艺已得到广泛应用。感应加热表面淬火的加热方法有同时加热淬火法和连续加热淬火法两种。2.加热参数1.加热方法(1)加热温度感应加热时工件温度连续上升，加热速度较快，奥氏体转变在较高温度下进行，为使组织充分转变，故加热温度应比普通加热时高3050。表3-1钢铁件感应加热表面淬火温度(2)加热

8、时间加热时间应根据零件的技术要求、材料、形状、尺寸、电流频率、比功率及感应器效率等多种因素，结合多次试淬情况加以确定。感应加热淬火冷却通常采用喷射冷却、浸液冷却及埋油冷却（适用合金钢）三种方法。感应加热淬火后应及时回火，一般应在淬火后4h内进行。(1)炉中回火经浸液冷却或连续加热淬火的工件或薄壁件(直径10mm或壁厚5mm)的零件，通常在炉中或油浴炉中进行回火。(2)自回火将感应加热好的零件迅速冷却，但不冷透，利用心部余热对淬火表面“自行”加热，达到回火目的。(3)感应加热回火要求局部回火的工件或不能采用自回火的形状简单工件通常采用感应加热回火。4.回火3.冷却方法及淬火介质调整电参数的目的是

9、使高、中频电源处于谐振状态工作，使设备发挥较高的效率。(1)高频加热电参数的调整首先在78kV的低电压负载条件下，调整耦合、反馈手轮位置，使栅极电流与阳极电流之比为7，然后再将阳极电压升到使用电压，并进一步调整电参数，使槽路电压达到所需值，匹配最佳。(2)中频加热电参数的调整根据零件大小、形状、硬化区长短及感应器结构选择合适的淬火变压器匝比和适当的电容量，使其处于谐振状态下工作。调试时首先根据感应线圈形状、尺寸凭经验选择一种变压器匝比，加入一定电容量，在低电压时开始调试，使功率因数为容性09时，再逐渐升高电压。5.感应加热电参数的调整离子渗氮是利用高压电场在稀薄的含氮气体中引起的辉光放电，使氮

10、渗入工件表面的工艺过程。离子渗氮的机理，目前还不十分清楚，仍处于研究、探索与发展之中。图3-2离子渗氮原理图a)阴极电位降b)表面反应机理1.离子渗氮的理论1)离子渗氮速度快，尤其浅层渗氮更为突出。2)热效率高，节约能源、气源。3)工序简单，不需要预热、淬火、回火及渗后的表面清理(如喷砂、酸洗)等工序，不需要渗氮的地方防护简单。4)渗氮的氮、碳、氢等气氛可调整控制，表面层的组织可以自由选择。5)离子渗氮可使用氨气，压力很低，用量极少，所以污染低，劳动条件好。6)离子渗氮温度可在低于400以下进行，工件畸变小；但准确测定工件温度较麻烦，不同零件同炉渗氮时各部位温度难以均匀一致。7)应用范围广，目

11、前德国可渗氮的零件长8m以上，质量达8t以上，小零件可以小到球形笔尖，设备功率达500kW以上。2.离子渗氮的主要特点8)由于设备较复杂，投资大，调整维修较困难，对操作人员的技术要求较高。(1)工艺准备1)待渗工件检查：材质应与图样相符，保留适当磨削余量(一般0.05mm)，零件的表面粗糙度应低于Ra1.6m；用有机溶剂或合成洗涤剂清洗工件表面，除去油污，并在200300烘干。2)设备检查：真空计、测温仪表及热电偶应定期校对，定期清洗真空泵，定期检查压升率；观察窗玻璃，水冷管道、进气和排气管，应使电能畅通无泄漏。3)工装：根据工件形状、尺寸、重量准备专用或通用吊具。(2)加热温度常用钢材的离子

12、渗氮温度见表3-2。(3)保温时间取决于零件材料及渗层深度要求。3.离子渗氮工艺表3-2常用钢材的离子渗氮温度(4)炉压常用气压范围保持在133670Pa低气压，强溅射使化合物层减薄，相增多，扩散层中脉状氮化物减少。(5)流量与流速氨气的流量与设备的功率有关，按表3-3选取。表3-3离子渗氮氨气流量与设备功率关系(6)电压与电流保温阶段电压一般为400800V，辉光电流密度为0.55mA/cm2。(7)温度均匀性同炉处理的工件，渗氮表面的温度与工艺要求温度之差应控制在15内，当温度均匀性超过该数值时，可采用调整气压，改用分解氨及氨氢混合气，或调整分解率等方法，如果仍达不到要求，则应停炉，调整装

13、炉方式或加辅助阴极或辅助阳极。(8)冷却保温结束后即可停炉降温，因炉内低真空，降温不快，工件可随炉冷却。(9)出炉当工件冷却至150以下时，便可向炉内放气，然后开启炉罩或炉盖，取出工件送检。离子渗碳（也称等离子体渗碳）及离子碳氮共渗，和离子渗氮相似，是在压力低于105Pa的渗碳气或碳氮混合气氛中，利用工件（阴极）与阳极间产生辉光放电进行渗碳或同时渗碳氮的工艺。离子渗碳是目前渗碳领域较先进的工艺技术，是快速、优质、低能耗及无污染的新工艺。其基本原理同离子渗碳相似，只是共渗介质为甲醇+丙酮，同时通入氨气。2.离子碳氮共渗1.离子渗碳在低真空下，利用辉光放电即低温等离子体轰击的方法，可使工件表面渗入

14、金属元素，如渗钼、铝、硅、硼、钨、钛等。1)向真空工作室有控制地适量通入欲渗元素的氯化物蒸发气体，如离子渗钛时通入TiCl4，离子渗硼时通入BCl3，离子渗硅时通入SiCl4蒸气，通过调节蒸发器的温度和蒸发面积控制输入工作室的流量；同时，按一定比例向工作室通入工作气体氢或氢与氩的混合气。2)利用双层辉光放电，产生欲渗金属元素的离子(如钼、钨等)轰击工件表面，渗入工件内部。在离子扩渗炉通常的阴极与阳极之间，插入一个用欲渗元素金属丝制成的栅极，栅极与阴极的电压差为80200V，相对阳极而言它也是一个阴极。(1)外形尺寸(见图3-3)图3-3钢镗杆外形尺寸图1.工件外形尺寸及技术要求(2)技术要求1

15、)除了尺寸M602外进行渗氮处理。2)表面硬度大于或等于940HV。3)渗氮层深度大于或等于0.40mm。4)脆性小于或等于2级。调质粗加工去应力退火精加工渗氮处理机械加工。(1)调质处理、去应力退火处理其工艺参数见图3-4。3.热处理过程2.工件加工工艺路线制订及说明图3-4钢制镗杆的调质处理、去应力退火工艺曲线图3-538钢镗杆渗氮处理工艺曲线(2)渗氮处理采用气体渗氮法，其工艺曲线见图3-5。1)生产前的准备 检查工件的材质、工艺技术要求。检查工件外观，表面应无碰伤、锈斑、油污和其他缺陷。检查所使用的渗氮设备本训练中我们选择RN1059井式氮化炉(有效工作区尺寸?8002000mm)、电

16、器、冷却水路、氨气管道及分析仪器是否正常。在镗杆上M602螺纹刷上KS2 防氮化涂料。2)渗氮处理操作 打开炉盖，将工件和随炉试块吊挂于料筐上进炉，关闭、压紧炉盖，见图3-6。图3-6钢镗杆渗氮处理装炉示意图1随炉试块2镗杆 打开氨气阀门向炉内通入大流量氨气，打开炉盖冷却水阀门。合上加热电源开关，加热升温。按工艺要求设定各阶段温度，并定时(1520min/次)，测量氨分辨率以调节氨气流量。注意升温、均温及降温阶段的氨分辨率小于15。渗氮过程结束时，关闭加热电源开关，工件随炉冷至180200左右出炉空冷。关闭氨气阀门和冷却水阀门。(1)外观工件外观应呈银灰色，无磕碰及剥落现象。(2)硬度采用维氏

17、硬度计检测随炉试块表面硬度。(3)渗氮层深度、脆性采用硬度法检测渗氮层深度，检测设备为维氏硬度计、金相显微镜。4.质量检验(1)工件外形尺寸工件外形尺寸如图3-7所示。图3-720钢变速箱齿轮外形1.工件外形尺寸及技术要求(2)技术要求渗碳层深度为0.81.3mm；渗碳层碳的质量分数为0.8%1.05%；热处理后齿面硬度为5862HRC，心部硬度为3348HRC。需要进行渗碳处理的工件，应保证表面清洁，无锈蚀、油污以及各种加工冷却液。根据工件的渗碳要求，可选择井式渗碳炉，采用滴注法进行气体渗碳，渗碳介质选择用煤油和甲醇。根据变速箱齿轮的渗碳要求，为防止工件长时间在高温下加热致使组织粗大，可选择

18、渗碳的上限温度为95010，渗碳保温时间为3545h，渗碳保温后，可随炉降温至82010，保温40min，油冷。3.热处理设备的选择以及工件的绑扎和装炉4.热处理工艺的制订2.工艺准备1)渗碳前，先将渗碳炉升温至800以上，即可以开始进行排气，滴入甲醇和煤油排出炉内的空气，直至炉内空气排净。2)排气后，待炉温重新升至95010即可使工件随挂架进炉。3)在渗碳过程中，应严格按渗碳说明书进行安全操作，严禁在低于720以下时打开炉门。4)在整个热处理过程中，应经常地检查炉温的变化，如出现电气或机械故障，应立即让维修人员到现场排除，以保证热处理过程始终受控。1)出炉后，将一只齿轮剖成两块，取一块送理化试验室检查金相组织；另一块进行低温退火：400450，保温12h，空冷，然后送理化试验室检查渗碳层深度及其表面的含碳量。2)按一定的比例(一般为10%)在齿部表面检查硬度，应为62HRC。6.质量检验5.渗碳操作中应注意的问题