资源简介

(共31张PPT)
热处理新工艺简介
形变热处理
Part 01
真空热处理
Part 02
可控气氛热处理
Part 03
激光热处理
Part 04
电子束淬火
Part 05
气相沉积
Part 06
计算机在热处理中的应用
Part 07
形变热处理
一、形变热处理
形变热处理是将塑性变形和热处理结合，以提高工件力学性能的复合工艺。工件经形变热处理后可以获得形变强化和相变强化的综合效果。这种工艺既可提高钢的强度，改善其塑性和韧性，又可节能，因此在生产中得到了广泛应用。例如，将钢加热至A3以上（图1），获得奥氏体组织，保持一定时间后进行形变，立即淬火，可获得马氏体组织，然后在适当温度回火后可获得很高的韧性。
钢件形变热处理后一般强度可提高10%~30%，塑性可提高40%~50%，冲击韧性可提高1~2倍，并使钢件具有高抗脆断能力。该工艺广泛用于结构钢、工具钢工件，用于工件锻后余热淬火、热轧淬火等工艺。
一、形变热处理
图1 形变热处理示意图
真空热处理
真空热处理
在低于1×105Pa的环境中加热的热处理工艺称为真空热处理，包括真空退火、真空淬火、真空回火及真空渗碳等。真空热处理可以避免或减少工件发生氧化、脱碳等现象，可以实现光亮处理。真空热处理的特点是：
①热处理变形小。因为真空加热缓慢而且均匀，故热处理变形小。
②提高工件表面力学性能，延长工件使用寿命。
③节省能源，减少污染，劳动条件好。
④真空热处理设备造价较高，目前多用于工模具、精密零件的热处理。
可控气氛热处理
可控气氛热处理
为了达到无氧化、无脱碳或按要求增碳的目的，工件在炉气成分可控的加热炉中进行的热处理称为可控气氛热处理。它的主要目的是减少或防止工件加热时的氧化和脱碳，提高工件尺寸精度和表面质量，节约钢材，控制渗碳层的碳的质量分数，还可使脱碳工件重新复碳。
可控气氛热处理设备通常由制备可控气氛的发生器和进行热处理的加热炉两部分组成。目前应用较多的气氛是吸热式气氛、放热式气氛及滴注式气氛等。
可控气氛热处理
穿透渗碳处理
某些形状复杂且要求高弹性或高强度的工件，如果用高碳钢制造，则加工难度较大，而用低碳钢冲压成形后再进行穿透渗碳处理，就可获得高碳钢的性能，这样就可以代替高碳钢，革新某些零件的加工流程。
拓展知识
激光热处理
激光热处理
激光是一种具有极高能量密度、高亮度、高单色性和高方向性的光源。利用激光作为热源的热处理称为激光热处理，其中应用最多的是激光淬火。激光淬火是以激光作为热源，以极快的速度加热工件的自冷淬火工艺。目前激光淬火广泛应用于汽车制造，如内燃机缸套、曲轴、活塞环、换向器及齿轮等零部件的表面淬火等。
激光淬火具有工件处理质量高、表面光洁、变形极小、无工业污染和易于实现自动化的特点。激光淬火适用于各种复杂工件的表面淬火，还可以进行工件局部表面的合金化处理等。但是，激光器价格昂贵，生产成本较高，故其应用受到一定限制。另外，激光淬火生产过程不够安全，容易对人的眼睛造成伤害，操作时要注意安全。
电子束淬火
电子束淬火
电子束淬火是以电子束作为热源，以极快的速度加热工件的自冷淬火工艺。电子束的能量远高于激光，而且其能量利用率也高于激光热处理，可达80%。
此外，电子束表面淬火质量高，淬火过程中工件基体性能几乎不受影响，因此是很有前途的热处理新技术。
电子束淬火
实践与思考
1.为什么工件渗氮后不需要进行淬火？渗氮工艺主要应用于哪些零件？
2.为什么真空热处理可以避免或减少工件发生氧化和脱碳现象？
电子束淬火
通过学习钢的热处理知识，深刻地认识到热处理的本质其实是借助加热、保温和冷却三个基本阶段完成工件的整个热处理过程。
但是，由于加热温度、保温时间以及冷却速度三个工艺参数的不同（或它们之间的相互组合不同），所以就形成了退火、正火、淬火及回火等不同的热处理工艺，最终使工件获得不同的显微组织和性能，从而满足工件的不同显微组织要求和性能要求。
拓展知识
电子束淬火
例如，T10钢件经球化退火后可获得球状珠光体组织（图1a），硬度适中，有利于切削加工，可为最终热处理（如淬火）获得良好的组织状态。
图1 T10钢件经球化退火和淬火后的显微组织
T10钢件经淬火后可获得针状马氏体组织（图1b），但该显微组织硬度高、脆性大、残余应力大，工件易开裂。因此，淬火工件需要进行适当的低温回火。淬火工件经过低温回火后可获得回火马氏体组织，合理地降低了硬度，减少了残余应力，降低了脆性，提高了韧性，最终可使T10钢件达到所需要的性能。
气相沉积
一、气相沉积概述
气相沉积技术是指从气相物质中析出固相并沉积在基材表面的一种新型表面镀膜技术。
根据使用的原理不同，可分为化学气相沉积及物理气相沉积两大类。
气相沉积能够在基材表面生成硬质耐磨层、软质减磨层、防蚀层及其他功能性镀层而十分引人注目。这些镀层已成功地应用在刀具、磨具、轴承及精密齿轮的表面强化，取得了明显的效果。
二、常用的气相沉积技术
1. 化学气相沉积
化学气相沉积是利用气态化合物（或化合物的混合物）在基材受热表面发生化学反应，并在该基材表面生成固态沉积物的过程。例如，气相的TiCl4与N2和H2在受热钢的表面通过还原反应形成TiN耐磨抗蚀沉积层。气相的TiCl4与甲烷气体（CH4）在基材表面通过置换反应生成TiC。
化学气相沉积的反应物是气相，生成物之一是固相。
（1）化学气相沉积基本原理
二、常用的气相沉积技术
①可沉积金属膜、非金属膜及复合膜。并能在较大范围内控制膜的组成与晶型；
②镀膜的绕射性能好，因此形状复杂工件，细孔甚至深孔部位均能镀上均匀的膜层；
③因在高温环境中施镀，膜层残余应力小，膜层厚度较厚，与基体的结合强度高。
④高温会造成基材组织结构的变化，从而其应用范围受到一等限制。
化学气相沉积技术已成功地应用在刃具、模具的表面强化，取得了明显的效果。
（2）化学气相沉积的特点
二、常用的气相沉积技术
2. 物理气相沉积
在真空环境中，以物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的方法称为物理气相沉积。
物理气相沉积有各种各样的工艺方法，如真空蒸镀、阴极溅射、离子镀等。
二、常用的气相沉积技术
将工件与沉积材料同放于真空室中，然后采用电阻式或电子束加热沉积材料。使材料迅速熔化蒸发而产生原子或分子，飞向工件表面，当蒸发粒子与冷工件表面接触后便在工件表面上凝结形成一定厚度的沉积层。也可以进行多组分蒸发，制备梯度热障涂层。
（1）真空蒸镀
利用高速运动的离子轰击由成膜材料制成的极靶（阴极），使极靶表面上原子以一定能量逸出，随之沉积在工件表面上。不同的成膜材料可在工件表面上得到不同金属或化合物沉积层。
（2）阴极溅射
二、常用的气相沉积技术
在真空中，在成膜材料与工件之间加上一个电场，是工件带有1～5KV的负压，同时向真空室内通入工作气体（一般为氩气）。在电场作用下工作气体产生辉光放电，在工件周围形成一个等离子区。当成膜材料的蒸发粒子飞向工件时，首先被部分电离，结合变成离子而加速向工件表面轰击并产生沉积。离子镀因基材表面受到轰击而净化，既提高了沉积层与基材的结合力，又缩短了沉积时间。目前，多弧离子镀应用最为广泛，它将真空弧光放电用作蒸发源，蒸镀时因放电在阴极表面上出现许多非常小的弧光亮点。这样，既保证了弧光放电过程的稳定，沉积速率也提高。
物理气相沉积方法可获得金属涂层和化合物涂层，获得耐磨、耐蚀或具有特殊性能的表面。
（3）离子镀
计算机在热处理中的应用
一、热处理工艺的计算机自动控制
利用计算机对升温、保温、降温全程进行控制。
1. 温度-时间的计算机自动控制
利用计算机对渗碳炉、渗氮炉渗剂（甲烷、氨气、氮气、氢气）的流量控制。炉内碳势、氨分解率的测定及控制。控制质量流量计调节渗剂流量。
2. 化学热处理渗剂流量及炉内气氛的计算机自动控制
采用计算机控制：真空泵的开启、真空度的检测、控制阀的开通与闭合。
3. 真空炉、离子炉、离子镀设备真空度的计算机自动控制
二、热处理的计算机模拟
根据零件的形状、尺寸、材料成分、导热系数、炉温、冷却介质等参数，计算机模拟获得组织分布，用于大型轴类、轧辊、叶片、齿轮等零件的热处理工艺制定，组织分布的分析。如45钢调质处理后感应热处理表面淬火温度场分布的计算机模拟。
三、热处理数据库
热处理数据库包括钢铁材料国家标准数据库、国内外钢号对照数据库、钢号-热处理工艺-力学性能数据库、常用钢号C曲线数据库、金相检验国家标准数据库等。
四、热处理企业信息管理系数
热处理企业信息管理系统包括人员管理模块、工资管理模块、生产流程管理模块、企业热处理工艺数据库模块、热处理工艺记录模块、产品质量检测模块、库房管理模块、企业资金管理模块等。
五、热处理专业网站
热处理专业网站包括热处理信息交流、技术交流、数据库查询、企业推介、人才交流、设备和产品介绍等。
计算机技术在热处理中的作用大有可为。在热处理行业中积极开发、推广、使用计算机技术将取得显著的经济效益。
谢谢观看！

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