②長素x火孝 第3章表面工程与热处理技术 Surface Engineering and Heat Treatment Technology 母高育十一五”国重加材 产品造型设计 材料与工艺 适用班级:110109班 Design 主讲教师:李明 双色版 二一三年三月
第3章 表面工程与热处理技术 Surface Engineering and Heat Treatment Technology 适用班级：110109班 主讲教师：李 明 二〇一三年三月
3表面工程概迷 表面工程是经表面预处理后,通过表面涂覆金属或非金属, 以改善表面性能的系统工程。 目的是在物体表面获得高装饰性、耐腐蚀、抗高温氧化、减摩、 耐磨、抗疲劳性能及光、电、磁等多种表面特殊功能。 对产品的表面进行一系列形、色、质、光等处理,使之更加宜人、 更加完美、更能满足人们多方面的使用要求,是工业设计中必不 可少的重要方面。 >工业设计中常用的表面处理技术有涂装、电镀、氧化着色等。这 些表面处理技术的应用,可以提高产品的外观质量,并且给产品 带来更高的附加值。 Q長王主火孝
3.1 表面工程概述 • 表面工程是经表面预处理后，通过表面涂覆金属或非金属， 以改善表面性能的系统工程。 ➢ 目的是在物体表面获得高装饰性、耐腐蚀、抗高温氧化、减摩、 耐磨、抗疲劳性能及光、电、磁等多种表面特殊功能。 ➢ 对产品的表面进行一系列形、色、质、光等处理，使之更加宜人、 更加完美、更能满足人们多方面的使用要求，是工业设计中必不 可少的重要方面。 ➢ 工业设计中常用的表面处理技术有涂装、电镀、氧化着色等。这 些表面处理技术的应用，可以提高产品的外观质量，并且给产品 带来更高的附加值。 2
3表面工程概迷 表面工程按照功能可分类如下 (1)表面装饰。不同光亮、色泽、花纹的组合,使外观精 美、多样化,增加美感与耐用。 (2)防腐蚀。耐环境气氛腐蚀,耐淡水、海水腐蚀,耐化 学介质浸渍腐蚀等 (3)耐磨。耐腐蚀磨损、微动磨损、磨粒磨损等。 (4)热功能。耐热、抗高温氧化、热绝缘、热辐射等。 (5)光、电、磁等特种功能。反光、消光、超导、导电、 绝缘、半导体、电磁屏蔽、吸浪、红外反射、太阳能 吸收、辐射屏蔽功能等。 Q長王主火孝
3.1 表面工程概述 • 表面工程按照功能可分类如下： (1)表面装饰。不同光亮、色泽、花纹的组合，使外观精 美、多样化，增加美感与耐用。 (2)防腐蚀。耐环境气氛腐蚀，耐淡水、海水腐蚀，耐化 学介质浸渍腐蚀等。 (3)耐磨。耐腐蚀磨损、微动磨损、磨粒磨损等。 (4)热功能。耐热、抗高温氧化、热绝缘、热辐射等。 (5)光、电、磁等特种功能。反光、消光、超导、导电、 绝缘、半导体、电磁屏蔽、吸波、红外反射、太阳能 吸收、辐射屏蔽功能等。 3
3.2热处理 3.21热处理概述 1.热处理基本概念 热处理是将材料在固态下进行加热、保温和冷 却以获得所需组织与性能的工艺。 热处理是通过改变金属材料的组织和性能来满 足工程中对材料性能和加工要求,所以,选择 正确的热处理工艺对于挖掘金属材料的性能潜 力、改善零件使用性能、提高产品质量、延长 零件的使用寿命、节约材料具有重要意义 Q長王主火孝
3.2 热处理 1. 热处理基本概念 ➢热处理是将材料在固态下进行加热、保温和冷 却以获得所需组织与性能的工艺。 ➢热处理是通过改变金属材料的组织和性能来满 足工程中对材料性能和加工要求，所以，选择 正确的热处理工艺对于挖掘金属材料的性能潜 力、改善零件使用性能、提高产品质量、延长 零件的使用寿命、节约材料具有重要意义。 4 3.2.1 热处理概述
「2.热处理的分类 (1)整体热处理 对工件进行整体加热,以改善整体组织和性能的处理工艺,又分 为退火、正火、淬火、回火等。 (2)表面热处理 仅对工件表层进行热处理,以改变其组织和性能的工艺,又分为 表面淬火+回火、气相沉积等。 (3)化学热处理 将工件置于定温度的活性介质中保温,使一种几种元素渗入 它的表层,以改变其表层化学成分、组织和性能的热处理工艺 根据渗入成分的不同又分为渗碳、碳共渗、渗氮、氮碳共渗、 渗硼、渗金属等。 保温 时间 ◎长王火季
2. 热处理的分类 (1) 整体热处理 ➢ 对工件进行整体加热，以改善整体组织和性能的处理工艺，又分 为退火、正火、淬火、回火等。 (2) 表面热处理 ➢ 仅对工件表层进行热处理，以改变其组织和性能的工艺，又分为 表面淬火+回火、气相沉积等。 (3) 化学热处理 ➢ 将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入 它的表层，以改变其表层化学成分、组织和性能的热处理工艺， 根据渗入成分的不同又分为渗碳、碳氮共渗、渗氮、氮碳共渗、 渗硼、渗金属等。 5
3热处理在零件制造过程中的作用(位置) 调质结构钢40CrMo汽缸螺栓生产工艺过程 下料→锻造→正火(改善切削加工性能)→粗 加工→调质(提高材料综合性能)→精加工 喷丸。 高速钢W18Cr4V刀具的制造过程 >下料→球化退火(降低硬度207~255HBW, 便于切削加工)→机械加工→淬火(提高硬度) 冷处理(-80℃左右,减少残余奥氏体) 高温回火(550~570℃C高温回火2~4次, 次硬化)→成品。 Q長王主火孝
3.热处理在零件制造过程中的作用（位置） • 调质结构钢40CrMo汽缸螺栓生产工艺过程： ➢下料→锻造→正火（改善切削加工性能）→粗 加工→调质（提高材料综合性能）→精加工→ 喷丸。 • 高速钢W18Cr4V刀具的制造过程： ➢下料→球化退火（降低硬度207～255HBW， 便于切削加工）→机械加工→淬火（提高硬度） →冷处理（-80℃左右，减少残余奥氏体）→ 高温回火（550～570℃高温回火2～4次，二 次硬化）→成品。 6
3.22退火和正火 1.退火 退火是将金属或合金加热到适当温度,保持一定时间,然后缓慢冷却的热处 理工艺。 (1)完全退火 完全退火是将钢加热到临界温度以上保温,随之缓慢冷却,获得接近平衡状态组 织的退火工艺。 目的为了细化组织、降低硬度、改善可加工性、去除内应力。 主要适用于中碳及中碳合金钢的铸件、锻件、轧制件及焊接件。 (2)去应力退火 去应力退火是为了去除由于塑性加工、焊接、热处理及机械加工等造成的以及铸 件内存在的残余应力而进行的。 对于钢铁材料,去应力退火的加热温度一般为500~650℃ 去应力退火过程中工件内部不发生组织转变,应力消除在加热、保温和缓冷过程 中完成 Q長王主火孝
3.2.2 退火和正火 • 退火是将金属或合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处 理工艺。 （1）完全退火 ➢ 完全退火是将钢加热到临界温度以上保温，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组 织的退火工艺。 ➢ 目的 为了细化组织、降低硬度、改善可加工性、去除内应力。 ➢ 主要适用于中碳及中碳合金钢的铸件、锻件、轧制件及焊接件。 （2）去应力退火 ➢ 去应力退火是为了去除由于塑性加工、焊接、热处理及机械加工等造成的以及铸 件内存在的残余应力而进行的。 ➢ 对于钢铁材料，去应力退火的加热温度一般为500～650℃。 ➢ 去应力退火过程中工件内部不发生组织转变，应力消除在加热、保温和缓冷过程 中完成。 7 1．退火
2正火 正火是米 100 时间后,在静 正火泠却0.完全退火 止的空气 正火 硬度、韧性 都高于逅C80 球化遐火 主要目的70 火细化晶粒, 钢的韧性6c 沏削加工性能, 对焊接 50 性能。 由于正头 去应力退火 有时可以相互 代替,而 耗能少 02·040.6081.0 0生产周期短、 C(% 钢的退头 图3-2各种退火和正火的加热温度范围 Q長王主火孝 8
2.正火 • 正火是将钢加热到临界温度以上30～50℃，保温适当时间后，在静 止的空气中冷却的热处理工艺。 • 正火冷却速度比退火快，金属组织细小，正火后的强度、硬度、韧性 都高于退火，且塑性基本不降低。 • 主要目的 调整锻、铸钢件的硬度，细化晶粒。通过正火细化晶粒， 钢的韧性可显著改善，对低碳钢正火可提高硬度以改善切削加工性能， 对焊接件则可以通过正火改善焊缝及热影响区的组织和性能。 • 由于正火与退火在某种程度上有相似之处，实际生产中有时可以相互 代替，而且正火与退火相比，力学性能高、操作方便、生产周期短、 耗能少，所以在可能条件下，应优先考虑正火处理。 • 钢的退火、正火加热温度范围如图3-2所示。 8 图3-2 各种退火和正火的加热温度范围
「323淬火和回火 1.淬火 >淬火是将钢件加热到临界温度以上,保持一定时间后以适当速度 冷却,获得高硬度组织的热处理工艺 目的提高钢的力学性能。 >最常用淬火介质有水及水基液体。 2回火 回火是指钢件淬硬后加热到临界温度以下某一温度,保温一定时 间然后冷却到室温的热处理工艺。 主要目的 一是降低脆性、消除或降低残余应力,如不及时回火,往往会使工件变 形、甚至开裂; 二是赋予工件所要求的力学性能,工件经淬火后,硬度高、脆性大,不 宜直接使用,为了满足工件的不同性能要求,可以通过适当的回火配合 来调整硬度、降低脆性,得到所需要的韧性、塑性。 根据回火温度的不同,回火可以分为三类: Q長王主火孝
3.2.3 淬火和回火 1.淬火 ➢ 淬火是将钢件加热到临界温度以上，保持一定时间后以适当速度 冷却，获得高硬度组织的热处理工艺。 ➢ 目的 提高钢的力学性能。 ➢ 最常用淬火介质有水及水基液体。 2.回火 ➢ 回火是指钢件淬硬后加热到临界温度以下某一温度，保温一定时 间然后冷却到室温的热处理工艺。 ➢ 主要目的 ✓ 一是降低脆性、消除或降低残余应力，如不及时回火，往往会使工件变 形、甚至开裂； ✓ 二是赋予工件所要求的力学性能，工件经淬火后，硬度高、脆性大，不 宜直接使用，为了满足工件的不同性能要求，可以通过适当的回火配合 来调整硬度、降低脆性，得到所需要的韧性、塑性。 ➢ 根据回火温度的不同，回火可以分为三类： 9
2回火 (1)低温回 淬火钢 E 回火后 低温回 和脆性。 适用于 (2)中温回,以,8 卒火的零件。 淬火钢 回火后15062520050 H 中温回 和韧性。 适用于120150010000 (3)高温回 淬火钢 9013758001300 钢件淬火及高温 回火的 高温回 60250600200 性、韧性,得到 用于3012540019 螺栓、齿轮及轴 类 调质后 002000 300400500600 图3-3为4 温度CC) 图3-340钢的力学性能随回火温度的变化 Q長王主火孝
2.回火 （1）低温回火 ➢ 淬火钢件在250℃以下的回火。 ➢ 回火后的硬度为58~64HRC。 ➢ 低温回火的目的是在尽可能保持高硬度、高耐磨性的同时降低淬火应力和脆性。 ➢ 适用于高碳钢和合金钢制作的各类刀具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件。 （2）中温回火 ➢ 淬火钢件在350℃~500℃的回火。 ➢ 回火后的硬度为35~50HRC。 ➢ 中温回火的目的是为了获得较高的弹性极限和屈服强度，同时改善塑性和韧性。 ➢ 适用于各种弹簧及锻模，如65钢弹簧采用840℃油淬+480℃回火。 （3）高温回火 ➢ 淬火钢件在500~600℃的回火，回火后的硬度为25~35HRC，习惯将钢件淬火及高温 回火的复合热处理工艺称为调质。 ➢ 高温回火的目的是在降低强度、硬度及耐磨性的前提下，大幅度提高塑性、韧性，得到 较好的综合力学性能。 ➢ 适用于各种重要的中碳钢结构零件，特别是在交变载荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴 类。 ➢ 调质后的屈服强度、塑性和冲击韧度显著高于正火。 • 图3-3为40钢的力学性能随回火温度的变化情况。 10 图3-3 40钢的力学性能随回火温度的变化