机械零件的热处理
机械零件的热处理
机械零件的热处理 热处理的作用:消除金属材料毛坯的组织缺陷,改善加工工艺性能,并可以提高金属材料的力 学性能。是强化金属材料的重要重要手段,广泛应用于机械制造工业中 淬火 正火 整体热处理 退火 回火 火焰加热表面淬火处理 按热处理工艺特点的不同 表面热处理 感应加热表面淬火 热处理的分类 化学热处理:渗碳、渗氮等工艺 预备热处理 按零件加工过程中工序位置和主要作用的不同 最终热处理
机械零件的热处理 热处理的作用：消除金属材料毛坯的组织缺陷，改善加工工艺性能，并可以提高金属材料的力 学性能。是强化金属材料的重要重要手段，广泛应用于机械制造工业中。 热处理的分类 按热处理工艺特点的不同 整体热处理 表面热处理 化学热处理：渗碳、渗氮等工艺 淬火 正火 退火 回火 火焰加热表面淬火处理 感应加热表面淬火 按零件加工过程中工序位置和主要作用的不同 预备热处理 最终热处理
常用热处理设备 电阻加热炉:主要有箱式电阻加热炉和井式电阻加热炉,基本原理是电流通过 电热元件(一般是铁铬铝或铬镍电阻丝)产生大量的电阻热,这些电阻热能通 过对流、辐射对材料进行加热。主要用于:碳钢、合金钢零件的整体热处理和 以及固体渗碳 2.盐浴加热炉:用液态的盐作为加热介质的加热炉。优点:加热速度快、温度均 匀、零件不易变形、氧化和脱碳等优点。主要用于小型零件以及工具、模具的 正火、淬火、化学热处理等 3.感应加热设备:利用感应电流通过工件所产生的热量,对工件的表面、局部或 整体加热并快速冷却的表面淬火的方法。适用于大批量的生产,但设备较复杂
常用热处理设备 1. 电阻加热炉：主要有箱式电阻加热炉和井式电阻加热炉，基本原理是电流通过 电热元件（一般是铁铬铝或铬镍电阻丝）产生大量的电阻热，这些电阻热能通 过对流、辐射对材料进行加热。主要用于：碳钢、合金钢零件的整体热处理和 以及固体渗碳 2. 盐浴加热炉：用液态的盐作为加热介质的加热炉。优点：加热速度快、温度均 匀、零件不易变形、氧化和脱碳等优点。主要用于小型零件以及工具、模具的 正火、淬火、化学热处理等。 3. 感应加热设备：利用感应电流通过工件所产生的热量，对工件的表面、局部或 整体加热并快速冷却的表面淬火的方法。适用于大批量的生产，但设备较复杂
升降机构 风扇 炉盖 工件 装料框 炉体 炉膛 电热元件 益 沉井 降彦 沉井式电阻加热炉
沉井式电阻加热炉
旋转 上下 冷却水进口 感应加热圈 (接高频电源) 冷却水出口 淬火喷水口 淬火剂进口 淬火剂出口 感应加热方法
感应加热方法
淬火剂:是由一种液态的有机聚合物和腐蚀抑制剂组成的水溶性溶液。有机聚合物完全溶于水。当温 度超过74%(165°)时,聚合物便会从水中析出分离,形成一层不溶解的相。克服了水冷却速度快, 易使工件开裂;油品冷却速度慢,淬火效果差且易燃等缺点。 作用方法:当用淬火剂的稀释溶液冷却热的金属时,液体有机聚合物(聚醚PAG)会在金属表面沉积, 形成一层薄膜。可以通过调节薄膜的厚度部分地控制金属的冷却程度。薄膜的厚度则是通过调节淬火 浴中淬火剂的浓度来完成。也可通过调节淬火液的温度或搅拌程度来控制冷却
淬火剂：是由一种液态的有机聚合物和腐蚀抑制剂组成的水溶性溶液。有机聚合物完全溶于水。当温 度超过 74℃（165℉）时，聚合物便会从水中析出分离，形成一层不溶解的相。克服了水冷却速度快， 易使工件开裂；油品冷却速度慢，淬火效果差且易燃等缺点。 作用方法：当用淬火剂的稀释溶液冷却热的金属时，液体有机聚合物（聚醚PAG）会在金属表面沉积， 形成一层薄膜。可以通过调节薄膜的厚度部分地控制金属的冷却程度。薄膜的厚度则是通过调节淬火 浴中淬火剂的浓度来完成。也可通过调节淬火液的温度或搅拌程度来控制冷却
金属材料的整体热处理 退火:是将材料加热到某一温度。经过一定时间的保温后,随后缓慢冷却(一般是随炉冷却),以 获得金属材料金相组织分布接近均匀。目的是细化晶粒、均匀组织,为以后的热处理作组织准备, 降低钢的硬度以利于切削加工,消除内应力以防止工件的变形和开裂。 退火:分别有完全退火、球化退火(指铁碳合金组织的球化再结晶)和去应力退火(一般指铸造、锻造后的处 理) 正火:将金属材料加热到某一温度,经过适当时间的保温后,在空气中冷却的热处理工艺。正火的 目的和退火相似。不同:正火可以得到比退火更好的力学性能,原因是:正火的冷却时间比退火稍 快,可得到比退火处理更细小的晶粒。 退火和正火的热处理工艺次序:作预备热处理。一般安排在毛坯生产之后,切削加工之前。目 的:消除材料的内应力,改善材料的切削加工性 淬火:将材料加热到临界温度以上(金属材料的杋械强度随温度的升髙而降低.当金属材料的温度 升高到某一值,而使其失去支撑能力,这一温度值定义为该材料的临界温度),保温一定时间后, 以较快的速度进行冷却的热处理方法 淬火的目的:提高材料的硬度、强度,并可与回火处理相配合获得较高的韧性。 淬火冷却的介质:水,油。水淬冷却速度快,适用于形状简单,尺寸较小的零件(一般是碳素钢):油淬的冷却能 力较水弱,能防止工件的变形和开裂,多用于合金钢和形状较复杂的零件
金属材料的整体热处理 退火：是将材料加热到某一温度。经过一定时间的保温后，随后缓慢冷却（一般是随炉冷却），以 获得金属材料金相组织分布接近均匀。目的是细化晶粒、均匀组织，为以后的热处理作组织准备， 降低钢的硬度以利于切削加工，消除内应力以防止工件的变形和开裂。 退火：分别有完全退火、球化退火（指铁碳合金组织的球化再结晶）和去应力退火（一般指铸造、锻造后的处 理） 正火：将金属材料加热到某一温度，经过适当时间的保温后，在空气中冷却的热处理工艺。正火的 目的和退火相似。不同：正火可以得到比退火更好的力学性能，原因是：正火的冷却时间比退火稍 快，可得到比退火处理更细小的晶粒。 退火和正火的热处理工艺次序：作预备热处理。一般安排在毛坯生产之后，切削加工之前。目 的：消除材料的内应力，改善材料的切削加工性。 淬火：将材料加热到临界温度以上（金属材料的机械强度随温度的升高而降低.当金属材料的温度 升高到某一值,而使其失去支撑能力，这一温度值定义为该材料的临界温度），保温一定时间后， 以较快的速度进行冷却的热处理方法 淬火的目的：提高材料的硬度、强度，并可与回火处理相配合获得较高的韧性。 淬火冷却的介质：水，油。水淬冷却速度快，适用于形状简单，尺寸较小的零件（一般是碳素钢）；油淬的冷却能 力较水弱，能防止工件的变形和开裂，多用于合金钢和形状较复杂的零件
回火:将淬火后的材料重新加热到某一较低温度,保温一定时间后,在空气中冷却 到室温的热处理工艺。回火是紧接着淬火后的一道工序。 目的:调整工件的金相组织以获得所需的力学性能,稳定工件的尺寸,减少和消除 内应力,防止工件变形和开裂。 按回火温度的高低分为:低温回火、中温回火和高温回火三种。 低温回火:150~250℃C的回火。 目的:保持较高的硬度、耐磨性。降低工件的内应力和脆性。 用于:渗碳后后零件、轴承以及各种刀具、模具、量具等。 中温回火:350%~500°。 目的:提高材料的弹性、韧性、屈服强度和疲劳强度。 用于:弹簣、弹性元件、锻造模及某些高强度要求的轴、刀杆。 高温回火:500℃~600℃ 目的ε获得良好的硬度、强度、朔性和韧性相配合的力学性能 用于:曲轴、齿轮、连杆、拉杆及高强度螺栓等结构零件。 淬火和回火的工序位置:最终热处理。一般安排在半精加工或精加工之后,磨削加工 之前。淬火+高温回火的复合热处理称为“调质处理” 目的:使零件达到最终的力学性能,提高零件的综合力学性能
回火：将淬火后的材料重新加热到某一较低温度，保温一定时间后，在空气中冷却 到室温的热处理工艺。回火是紧接着淬火后的一道工序。 目的：调整工件的金相组织以获得所需的力学性能，稳定工件的尺寸，减少和消除 内应力，防止工件变形和开裂。 按回火温度的高低分为：低温回火、中温回火和高温回火三种。 低温回火：150 ℃～250 ℃的回火。 目的：保持较高的硬度、耐磨性。降低工件的内应力和脆性。 用于：渗碳后后零件、轴承以及各种刀具、模具、量具等。 中温回火：350 ℃～500 ℃。 目的：提高材料的弹性、韧性、屈服强度和疲劳强度。 用于：弹簧、弹性元件、锻造模及某些高强度要求的轴、刀杆。 高温回火：500 ℃～600 ℃ 目的：获得良好的硬度、强度、朔性和韧性相配合的力学性能。 用于：曲轴、齿轮、连杆、拉杆及高强度螺栓等结构零件。 淬火和回火的工序位置：最终热处理。一般安排在半精加工或精加工之后，磨削加工 之前。淬火+高温回火的复合热处理称为“调质处理”。 目的：使零件达到最终的力学性能，提高零件的综合力学性能
金属材料的表面热处理 表面淬火:将工件的表面快速加热到淬火温度,然后快速冷却,使工件表面获得一定 深度的淬硬层,而芯部保持原来的组织和状态的热处理工艺。 用于:表层要求高的硬度和耐磨性而芯部要求具有足够的韧性和朔性并工作于交变载荷、冲 击载荷下的零件,如:齿轮、曲轴、凸轮等。 火焰加热表面淬火:利用氧-乙炔火焰加热工件表面到一定温度,立即 用水喷淋冷却。用于:单件、小批量生产和大型零件的表面淬火。 加热源的不同 感应加热表面淬火:利用感应电流通过工件所产生的热量,对工件的 表面、局部或整体加热并快速冷却的方法。用于:大批量生产。 金属材料的表面淬火:作为最终热处理,在表面淬火之前要进行“正火”或“调质”处理以提高 芯部的力学性能,表面淬火之后一般要进行低温回火,通常安排在精加工和半精加工之后,磨削 加工之前
金属材料的表面热处理 表面淬火：将工件的表面快速加热到淬火温度，然后快速冷却，使工件表面获得一定 深度的淬硬层，而芯部保持原来的组织和状态的热处理工艺。 用于：表层要求高的硬度和耐磨性而芯部要求具有足够的韧性和朔性并工作于交变载荷、冲 击载荷下的零件，如：齿轮、曲轴、凸轮等。 加热源的不同 火焰加热表面淬火：利用氧-乙炔火焰加热工件表面到一定温度，立即 用水喷淋冷却。用于：单件、小批量生产和大型零件的表面淬火。 感应加热表面淬火：利用感应电流通过工件所产生的热量，对工件的 表面、局部或整体加热并快速冷却的方法。用于：大批量生产。 金属材料的表面淬火：作为最终热处理，在表面淬火之前要进行“正火”或“调质”处理以提高 芯部的力学性能，表面淬火之后一般要进行低温回火，通常安排在精加工和半精加工之后，磨削 加工之前
金属材料的化学热处理 化学热处理:指将材料置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入其表面 以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺,从而提高材料表层的硬度、耐磨性和疲 劳强度。 渗碳(一般是铁碳合金材料):将工件置于渗碳介质中,加热到单相奥氏体区,保温一定时间, 使碳原子渗入到工件表面的化学热处理工艺。工件经渗碳处理后,表层的尺寸增加,可达到高碳 钢的含碳量,再经淬火和低温回火,其硬度、强度和耐磨性均得到很大的提升。 用于:汽车变速箱齿轮、活塞销、摩擦片和轴类零件等承受交变载荷、冲击载荷并在严重磨损条 件下工作的,表层要求高硬度、高耐磨性,芯部要求足够的韧性和塑性的零件。 渗氮(又称氮化):指使氮原子渗入钢铁工件表层内的化学热处理工艺,其目的是提高零件表面 硬度和耐磨性,以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子,被零 件吸收后在其表面形成氮化层,同时向心部扩散。氮化通常利用专门设备或井式渗氮炉来进行。 由于经渗氮处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、耐髙温性、抗咬合性、抗大气 和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力,与渗碳工艺相比,渗氮温度比较低(530%570°C), 因而工件畸变小,已成为重要的化学热处理工艺之 用于:机械、冶金和矿山等行业的齿轮、凸轮、曲轴、工具、冷作模具、热作模具等零件和产 品的表面处理
金属材料的化学热处理 化学热处理：指将材料置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表面， 以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺，从而提高材料表层的硬度、耐磨性和疲 劳强度。 渗碳（一般是铁碳合金材料）：将工件置于渗碳介质中，加热到单相奥氏体区，保温一定时间， 使碳原子渗入到工件表面的化学热处理工艺。工件经渗碳处理后，表层的尺寸增加，可达到高碳 钢的含碳量，再经淬火和低温回火，其硬度、强度和耐磨性均得到很大的提升。 用于：汽车变速箱齿轮、活塞销、摩擦片和轴类零件等承受交变载荷、冲击载荷并在严重磨损条 件下工作的，表层要求高硬度、高耐磨性，芯部要求足够的韧性和塑性的零件。 渗氮（又称氮化）：指使氮原子渗入钢铁工件表层内的化学热处理工艺，其目的是提高零件表面 硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被零 件吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。氮化通常利用专门设备或井式渗氮炉来进行。 由于经渗氮处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、耐高温性、抗咬合性、抗大气 和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，与渗碳工艺相比，渗氮温度比较低（530℃-570℃）， 因而工件畸变小，已成为重要的化学热处理工艺之一。 用于：机械、冶金和矿山等行业的齿轮、凸轮、曲轴、工具、冷作模具、热作模具等零件和产 品的表面处理