鋼的表面淬火和化學(xué)熱處理研究.pdf

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1、2014年21期科技一向?qū)А罂萍颊搲箐摰谋砻娲慊鸷突瘜W(xué)熱處理研究孟超(湖北襄樊441000)【摘要】在鋼的表面熱處理中，表面淬火和化學(xué)熱處理是最為常用的兩種工藝手法。本文著重介紹了鋼的表面淬火和化學(xué)熱處理的方法和特點(diǎn)，并分析了兩種手法各自的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】鋼；表面淬火；化學(xué)熱處理1．鋼的表面熱處理2-2間接加熱鋼表面淬火隨著社會(huì)發(fā)展的不斷前進(jìn)，對(duì)鋼類材料的鍛造要求也不斷提高。未對(duì)鋼類表面層物質(zhì)進(jìn)行直接接觸加熱．而是采用其他手段．例如何進(jìn)一步加強(qiáng)鋼材料的加工質(zhì)量和使用壽命．始終是研究界不斷進(jìn)如電磁感應(yīng)等間接對(duì)鋼類表面層物質(zhì)進(jìn)行非接觸型加熱．稱之為間接行探索的課題之一。而鋼的表面熱處

2、理技術(shù)正是提高鋼材料加工質(zhì)量加熱鋼表面淬火法。工業(yè)中有感應(yīng)加熱表面淬火、電加熱表面淬火、電和使用壽命的必備步驟。一些特定工作狀態(tài)下的金屬．例如汽車的轉(zhuǎn)子束表面淬火和電解液加熱表面淬火等動(dòng)齒輪，曲軸等工作零件，要求鋼表面具有很高的硬度和耐力，而內(nèi)部3．鋼的化學(xué)熱處理尤其是心部則需要具備一定的韌性Ⅲ若要達(dá)到此類要求．僅僅依靠材化學(xué)熱處理是鋼的表面熱處理工藝中至關(guān)重要的一種技術(shù)手料本身的特點(diǎn)是無(wú)法達(dá)到的．高碳鋼表面硬度高但內(nèi)部缺乏一定韌段。不同于表面淬火．化學(xué)熱處理是將鋼材料放到含有某些化學(xué)物性．低碳鋼內(nèi)部韌性好但外部堅(jiān)硬度有所欠缺因此使用合適的表面質(zhì)的介質(zhì)中進(jìn)行加熱保溫．使介質(zhì)中的化學(xué)原子滲入鋼表

3、層或形成熱處理方法可以完美的解決這類問(wèn)題．有效提高鋼材料的使用效率．某種化學(xué)覆蓋層．改變鋼表面的化學(xué)成分．從而使鋼材料的表面達(dá)降低成本。鋼的表面熱處理技術(shù)原理是對(duì)鋼類金屬材料表面采用加熱到特定的性能。在對(duì)鋼表面進(jìn)行化學(xué)熱處理之前通常會(huì)結(jié)合其它和冷卻的手段達(dá)到改變其自身力學(xué)性能目的的一種熱處理技術(shù)．通過(guò)熱處理工藝．以使?jié)B透層結(jié)合處達(dá)到鋼表面和內(nèi)部在組成性能方面加熱達(dá)到某個(gè)特定的臨界點(diǎn)．之后通過(guò)冷卻的手段改變鋼的原有特的完美過(guò)渡?；瘜W(xué)熱處理的方式較多．根據(jù)摻人元素的不同，鋼的化性。鋼的表面熱處理過(guò)程曲線如圖1所示學(xué)熱處理可以分為滲碳、滲氮、滲鋁、滲鉻、碳氮共滲、鋁鉻共滲等。采取不同的摻入元素可以使

4、鋼得到不同的表面特性．摻人碳氮可以提高鋼表面的硬度和耐磨度．摻人鋁鉻可以提高鋼表面的耐熱性和抗氧化性。不論采用哪種化學(xué)熱處理手段．鋼的化學(xué)熱處理過(guò)程都包含三個(gè)基本步驟，即化學(xué)物質(zhì)的分解，吸收和擴(kuò)散。圖1表面熱處理過(guò)程曲線圖3．1化學(xué)物質(zhì)分解目前工業(yè)上廣泛采用的鋼的表面熱處理技術(shù)有兩種．分別為表面在特定的環(huán)境和溫度下．化學(xué)物質(zhì)通過(guò)分解反應(yīng)進(jìn)行分解．生成淬火嘞化學(xué)熱處理方，兩種方法具有各自的處理過(guò)程和特點(diǎn)應(yīng)用。能夠滲入鋼表面的化學(xué)原子：若對(duì)分解時(shí)間及原子活性有相應(yīng)的要2．鋼的表面淬火求，還可以在化學(xué)分解時(shí)加入合適的催化劑，加速分解過(guò)程。對(duì)鋼進(jìn)行表面淬火處理的一般過(guò)程為將鋼材料的表面層快速加3．2化

5、學(xué)原子吸收熱，達(dá)到臨界溫度值時(shí)急速冷卻淬硬至一定深度．使外部堅(jiān)硬化的同通過(guò)分解反應(yīng)得到化學(xué)原子后．將化學(xué)原子附著于鋼表面．滲透時(shí)保持心部組織的初始狀態(tài)．具有一定的韌性和塑性因此根據(jù)加熱到鋼材料的晶格之中不同的滲透原子在進(jìn)入鋼表面后會(huì)產(chǎn)生不同的鋼表面溫度的方式不同．鋼表面淬火方式可以分為直接加熱鋼表面淬狀態(tài)．通常情況下．一些非金屬元素．例如碳氮等由于其原子的半徑較火和間接加熱鋼表面淬火手段小．溶入鋼表面中會(huì)形成間隙固溶體．而金屬元素由于其原子的半徑通常較大．大多溶人鋼表面后形成置換固溶體2．1直接加熱鋼表面淬火對(duì)鋼類材料的表面層物質(zhì)進(jìn)行直接接觸加熱即為直接加熱鋼表3-3化學(xué)原子擴(kuò)散面淬火法。這種

6、方法最常見(jiàn)的有火焰加熱表面淬火和激光加熱表面淬當(dāng)鋼表面吸收化學(xué)原子時(shí)．鋼表面的原子濃度提高而內(nèi)部原子濃火．前者進(jìn)行工作時(shí)采用乙炔或煤氣和氧氣的混合氣體燃燒產(chǎn)生火度較低．這樣便形成了鋼表面與內(nèi)部的化學(xué)原子濃度差．這時(shí)原子就焰，直接噴射到鋼表面快速加熱，達(dá)到淬火溫度時(shí)采用噴水或其他降會(huì)沿著濃度較低的方向移動(dòng)．從而形成擴(kuò)散效應(yīng)．得到一定厚度的滲透層。溫液體實(shí)施冷卻；后者采用高密集度的激光對(duì)鋼表面進(jìn)行聚焦照射加熱，照射結(jié)束時(shí)激光點(diǎn)周圍部分金屬吸收大量的熱．使鋼表面迅速冷4．兩種鋼表面熱處理手段的優(yōu)缺點(diǎn)卻．實(shí)現(xiàn)表面淬冷雖然表面淬火和化學(xué)熱處理手段都能夠很好的改善鋼表面的與傳統(tǒng)火焰淬火的方法相比。激光淬火

7、由于其高功率的工作密度物理化學(xué)性質(zhì)．降低生產(chǎn)周期．提升使用壽命．但不同處理手段皆和急熱急冷的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)化．使鋼表面的溫度變化梯度高．有效形成有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足．下面簡(jiǎn)要介紹這兩種鋼表面熱處理的優(yōu)缺一層極高硬度的表面淬火層．比普通表面淬火的硬度高10％一30％．深點(diǎn)。度達(dá)到0．1—0．3mm。經(jīng)激光加熱表面淬火后的鋼表面耐磨性比原始表4．1表面淬火的優(yōu)勢(shì)和不足面提高了5倍左右，有效延長(zhǎng)了剛類材料的使