表面工程期末大作业

《材料表面工程》课程期末作业。

题目：表面热处理工艺文献综述

学生姓名。院（系。

专业班级。学号。

任课教师。完成日期： 2023年11月18日

目录。前言 1

1 表面淬火概述 2

1.1 概念 2

1.2 分类 2

1.3 两种典型淬火工艺 2

1.3.1 感应加热表面淬火 2

1.3.2 火焰加热表面淬火 3

2.1 定义 4

2.2 分类简介 4

2.3 工艺过程 5

3 国内外发展现状及发展趋势 6

3.1 大力发展多参数热处理和复合热处理工艺 6

3.1.1 多参数热处理 6

3.1.2 复合热处理 7

3.2 采用新的加热源和加热方式 7

3.2.1 新的加热源 7

3.2.2 新的加热方式 7

3.3 采用新的淬火介质和改进淬火方法 8

3.4 研制开发各种新型热处理设备 8

3.5 重视热处理节能和环境保护 8

3.6 热处理生产的自动化和专业化 9

参考文献 10

前言。许多机械零件，如各种齿轮、凸轮，机床导轨等，是在弯曲、扭转等交变载荷、冲击载荷及摩擦条件下工作的，其表面承受着更高的应力，同时又不断地被磨损，因此要求表面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度；而心部为了能承受冲击载荷，要求保持足够的塑形和韧性。为了达到表强内韧的要求。

可对零件进行表面热处理，既先选用一定成分的零件，在保证满足心部的力学性能的前提下，然后用表面热处理的方法来强化零件的表面层。

表面热处理是指仅对零部件表层加热、冷却，改变表层组织和性能而不改变成分的一种工艺【1】，是最基本、应用最广泛的材料表面改性技术之一。当工件表面层快速加热时，工件截面上的温度分布是不均匀的，工件表层温度高且由表及里逐渐降低。如果表面的温度超过相变点以上达到奥氏体状态时，随后的快冷可获得马氏体组织，而心部仍保留原组织状态，从而得到硬化的表面层，即通过表面层的相变达到强化工件表面的目的。

常见的表面热处理有表面淬火和化学热处理。

1 表面淬火概述。

1.1 概念。

表面淬火是一种不改变零件的表面化学成分，只改变表层组织的局部热处理。它通过对零件表面的快速加热，使其很快达到淬火温度，在热量尚未充分传至心部时立即进行淬火。这时零件表面获得了硬而耐磨的马氏体组织，而心部仍为原来塑形、韧性较好的退火、正火、调质等状态的组织。

【1】1.2 分类。

根据加热方法的不同，表面淬火可分为：（1)感应表面淬火；(2)火焰表面淬火；(3)电接触表面淬火；(4)激光加热表面淬火等。

1.3 两种典型淬火工艺。

以下主要介绍生产中应用较广泛感应加热表面淬火和火焰表面淬火。

1.3.1 感应加热表面淬火。

1.3.1.1 分类及适用范围。

根据选用电流频率的不同，感应加热表面淬火常有以下几种：

1）高频感应加热表面淬火。常用频率为200~300，淬硬层深度一般为1~2mm,主要用于中小莫属齿轮、小型轴等表面淬火。

2）中频感应加热表面淬火。常用频率为2500~8000，淬硬层深度一般为2~10mm,主要用于要求淬硬层较深的零件，如较大直径的轴类和较大模数的齿轮的表面淬火。

3）工频感应加热表面淬火。所用频率50 hz为工业电频率，其淬硬层深度一般为10~20mm，主要用于要求淬硬层深的大直径零件，如轧辊的表面淬火。

1.3.1.2 基本原理及工艺过程。

将一个线圈通以交变电流，**圈周围便会产生交变磁场。若再将一导体（零件）置于该交变磁场中，则导体中将会产生感应电流。感应电流的频率域线圈中电流的频率相同。

由于零件本身又阻抗，当有电流通过时便会发出热量，因而感应加热时，零件时依靠在其自身中通过的感应电流（或称涡流）产生热量而被加热的。但导体中通过交变电流会产生“极肤”效应，时截面上电流的分布不均匀，即表层的电流密度大，而心部的电流密度小，并且这种不均匀程度随电流频率的增加而增加。【2】

1.3.1.3 主要特点。

由于感应表面淬火加热速度快，时间短，因此与普通淬火相比有以下特点：

1）加热速度快，零件变形小；

2）生产率高；

3）淬火后表面能获得优良的机械性能；

4）淬透层易控制；

5）淬火操作易实现机械化。

但是由于感应淬火加热设备较贵，而且属于单件生产，形状复杂零件的感应器不易制造，因此限制了它的使用范围。

1.3.2 火焰加热表面淬火。

火焰加热表面淬火是指将乙炔-氧或煤气-氧的混合气体燃烧的火焰喷射到工件表面，使表面快速加热至奥氏体区，立即喷水冷却是表面淬硬的工艺。淬硬层深度一般为2~6mm，此法简便，无需特殊设备，适用于单间或小批量生产的各种零件，如轧钢机齿轮、轧辊，矿山机械的齿轮、轴，机床导轨和齿轮等。缺点是要求工熟练操作，否则加热不均匀，质量不稳定。

2 化学热处理概述。

2.1 定义。

化学热处理是将零件放置在某种化学介质中加热、保温、冷却，使介质中某些原子渗入零件表层。从而改变表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。与其他热处理相比，化学热处理不仅改变了金属的组织，还改变了表面层的化学成分。

【3】2.2 分类简介。

1）化学热处理的分类可采取三种方法（如表2-1所示）：

表2-1 化学热处理的类别。

2）基本概念。

1）渗碳：向材料表面渗入碳原子的过程。零件渗碳后经淬火、回火处理可提高零件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部具有高的韧性。渗碳主要用作齿轮、活塞销等零件。

2）渗氮：向材料表面渗入氮原子的过程。零件渗氮的目的是提高其表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。零件经渗氮后不需再进行其它热处理。由于渗氮温度低，处理前后的零件变形小。

3）合金化：即零件表面渗入铬、铝等金属元素的方法。同渗碳相比，深金属一般需要高的温度和更长的保温时间，渗层厚度也远比渗碳层薄的多，因为渗入金属原子在金属中进行的是置换扩散，需要更大的激活能。

化学热处理原则上可应用于一切金属材料，而化学介质又无限多样，它在改善材料性能方面存在巨大地潜在可能性。但在有色金属材料中，化学热处理应用较少。

2.3 工艺过程。

任何一种化学热处理的过程都是由分解、吸收和扩散三个基本过程组成的。

1）分解。在一定温度下，化学介质的化合物分解出能够渗入零件表面的活性原子。所谓活性原子，是指那些通过化学反应析出的化学性能活泼的原子。

2）吸收。活性原子在零件表面被吸收并溶解形成固溶体，当超过溶解度时便形成化合物。吸收是活性原子由表面进入到铁的晶格的过程。

3）扩散。扩散是溶入的原子向零件内部迁移的过程。由于表层原子的的浓度高，内部浓度低，引起渗入原子由表层向内部的定向扩散，从而获得一定厚度的扩散层。

3 国内外发展现状及发展趋势。

热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的，而且，只要选材合适，热处理得当，就能使机械零件和工模具的使用寿命成倍、甚至十几倍的提高，实现“搞好热处理，零件一顶几”的目标，收到事半功倍的效果。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命。

及提高经济效益都具有重大意义。近几年国内外热处理技术主要发展在以下几个方面：

3.1 大力发展多参数热处理和复合热处理工艺。

传统的热处理，就主要控制的参数而言，多为常压下的温度、时间两个参数的热处理；就工艺方式而言，多为单一的热处理。这样热处理的效果也只能是单一化。为此，要大力发展多参数热处理和复合热处理工艺。

【4】3.1.1 多参数热处理。

1)真空热处理：这是一种附加压力的多参数热处理。它具有无氧化、无脱碳、工件表面光亮、变形小、无污染、节能、自动化程度高、适用范围广等优点，是近年来发展最快的热处理新技术之一，特别是在进行材料表面改性方面获得了很大的进展，许多新近开发的先进热处理技术，如真空高压气淬、真空化学热处理等，也需在真空下方能实施。

采用真空热处理技术可使结构材料、工模具的质量和使用寿命得到大幅度的提高，尤其适合于一些精密零件的热处理。在工业发达国家，真空热处理的比例已达到20%左右，而我国目前约有真空热处理炉1200台，占热处理炉总数的1%左右，与国外的差距很大。预计今后随着热处理行业的技术进步和对热处理工件质量要求的越来越高，真空热处理将会有较大的发展。

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