機械工程材料-3章 鋼熱處理

1、第3章 鋼的熱處理3.1 鋼的熱處理原理3.2 鋼的整體熱處理3.3 化學(xué)熱處理3.4 熱處理設(shè)備、技術(shù)條件及其工序位置3.5 其它熱處理及表面處理機械機械工程材料工程材料（趙亞忠趙亞忠）西安電子科技大學(xué)出版社西安電子科技大學(xué)出版社45鋼奧氏體化后經(jīng)不同方式冷卻后的組織和性能問題1 在不同冷卻過程后，45鋼的性能為什么會有如此大的差異？問題2 能不能利用這樣的加熱冷卻過程來提高材料的性能？問題3 表中淬火+回火后，組織中出現(xiàn)了FeFe3C相圖中沒有出現(xiàn)過的新組織-回火馬氏體和回火索氏體，這又是怎么回事呢？ 熱處理工藝熱處理工藝組織組織R Rm m/MPa/MPaR Relel/ MPa/ MP

2、aA/%A/%Z/%Z/%a aK K/J/cm/J/cm2 2退火退火（隨爐冷卻）（隨爐冷卻）鐵素體鐵素體+珠光體珠光體60060070070030030035035015152020405032324848正火正火（空氣冷卻）（空氣冷卻）鐵素體鐵素體+珠光體珠光體700700800800350350400400151520204545555540406464淬火（水冷）淬火（水冷）低溫回火低溫回火回火馬氏體回火馬氏體150015001800180013601360160016002 23 31010121216162424淬火（水冷）淬火（水冷）高溫回火高溫回火回火索氏體回火索氏體6506

3、5075075065065075075012121414606066669696112112引例引例熱處理是將固態(tài)金屬材料加熱到預(yù)定溫度，并保溫一定時間之后，以需要的冷卻速度冷卻下來的一種熱加工工藝方法。熱處理不能改變零件的形狀和尺寸，但能改變材料的內(nèi)部組織，從而改善材料使用性能和加工性能。熱處理工藝曲線1 什么是熱處理2 熱處理分類整 體熱處理表 面熱處理退火正火淬火回火表面淬火化學(xué)熱處理滲碳滲氮碳氮共滲滲金屬等熱處理 對不同成分和組織的鋼，在進行加熱或冷卻時，如果加熱或冷卻速度非常緩慢，鋼的組織變化規(guī)律和鐵碳相圖一致。經(jīng)過PSK線（A1）時，發(fā)生 A P 轉(zhuǎn)變經(jīng)過GS線（A3）時，發(fā)生 A

4、 F 轉(zhuǎn)變經(jīng)過ES線（Acm）時，發(fā)生 A A+Fe3C則A1、A3、Acm被稱為碳鋼固態(tài)平衡組織轉(zhuǎn)變臨界溫度。 1 鋼的組織轉(zhuǎn)變溫度3.1 鋼的熱處理原理3.1.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鐵碳相圖鐵碳相圖由于實際加熱或冷卻不可能非常緩慢，加熱時相變需要具有一定的過熱度，冷卻時相變需要具有一定的過冷度，組織轉(zhuǎn)變才能進行。習(xí)慣上，將碳鋼加熱時的相變溫度分別標(biāo)記為Ac1、Ac3、Accm，其冷卻時的相變溫度分別標(biāo)記為Ar1、Ar3、Arcm。例如：對亞共析鋼，當(dāng)加熱到Ac1時發(fā)生PA，加熱到Ac3時才全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳；對共析鋼當(dāng)加熱到Ac1時發(fā)生PA；對過共析鋼加熱到Ac1時發(fā)生PA，加熱到Accm以上

5、時滲碳體才全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳。碳鋼實際相變溫度碳鋼實際相變溫度以共析鋼為例，來分析奧氏體轉(zhuǎn)變的過程。A A形核形核 A A長大長大 殘余殘余FeFe3 3C C溶解溶解 A A均勻化均勻化 2 鋼加熱時奧氏體的轉(zhuǎn)變過程 A形核A長大殘余FeFe3 3C C溶解A成分均勻化共析鋼奧氏體化過程共析鋼奧氏體化過程3 加熱及保溫工藝與奧氏體晶粒大小鋼加熱及保溫工藝包括：加熱速度、加熱溫度及保溫時間，它們決定了合金冷卻前的初始組織。鋼加熱溫度由冷卻前希望得到的組織決定。如果希望得到單相奧氏體組織，需要在Ac3和Accm以上溫度加熱，過共析鋼如果不希望二次滲碳體全部溶解到奧氏體中，需要在Ac1和Accm之間溫度

6、加熱。加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體成分均勻，但晶粒越粗大。加熱速度越快，相變的過熱度增大，奧氏體實際形成溫度越高，生成的奧氏體晶粒度愈小。生成的奧氏體晶粒大小也與鋼的化學(xué)成分和原始組織有關(guān)，有的鋼晶粒長大傾向小。鐵碳相圖鐵碳相圖鋼在實際熱處理時，常采用兩種冷卻方式：等溫冷卻方式;連續(xù)冷卻方式。等溫冷卻方式是將鋼快速冷卻到所需的溫度，在該溫度下保溫，使過冷奧氏體在恒溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。連續(xù)冷卻方式是將鋼以某一冷卻速度不停頓地冷卻，使奧氏體在連續(xù)降溫過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。1 過冷奧氏體的不同冷卻方式3.1.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變奧氏體不同冷卻方式示意圖奧氏體不同冷卻方式示意圖2 過冷奧氏體的等

7、溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線簡稱C曲線。等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線描述了過冷奧氏體在不同等溫溫度下會轉(zhuǎn)變?yōu)槟姆N產(chǎn)物，并揭示了轉(zhuǎn)變數(shù)量及轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系。A1線之上鋼具有穩(wěn)定的奧氏體組織，A1線之下開始轉(zhuǎn)變線之左為過冷奧氏體區(qū)，轉(zhuǎn)變終了線之右為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。在230之上，C曲線由兩條線組成，左邊的一條線表示過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織的轉(zhuǎn)變開始線，右邊的一條線表示過冷奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織的轉(zhuǎn)變終了線。兩條線之間是正在轉(zhuǎn)變的時間區(qū)域。 共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線 橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示等溫溫度C曲線分為三個區(qū)域：A1550溫度范圍內(nèi)為珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)，鋼在此溫度區(qū)間保溫時，如時間穿過轉(zhuǎn)變開始線和轉(zhuǎn)變終了線，過冷奧氏

8、體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w；550Ms線之間為貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域，鋼在此溫度區(qū)間保溫，如保溫時間穿過轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了線，過冷奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w組織；Ms以下為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域，過冷奧氏體冷卻過程中通過該區(qū)域，將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織。共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線 共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線 四條線：過冷A轉(zhuǎn)變開始線；過冷A轉(zhuǎn)變終了線；Ms線（230）：M 轉(zhuǎn)變開始線；Mf線（-50）：M 轉(zhuǎn)變終了線； 四個區(qū)：奧氏體穩(wěn)定區(qū)；過冷奧氏體區(qū)；轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)；轉(zhuǎn)變區(qū)。 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變有過冷度和孕育期二個過冷奧氏體轉(zhuǎn)變有過冷度和孕育期二個條件。在任一過冷度下，過冷奧氏體需要經(jīng)條件。在任一過

9、冷度下，過冷奧氏體需要經(jīng)過一段時間才開始轉(zhuǎn)變，這段時間就是孕育過一段時間才開始轉(zhuǎn)變，這段時間就是孕育期。期。在在550550以上時，過冷度小孕育期較長；以上時，過冷度小孕育期較長；低于低于550550時，原子擴散能力降低孕育期變長。時，原子擴散能力降低孕育期變長。在在550550發(fā)生轉(zhuǎn)變孕育期最短。發(fā)生轉(zhuǎn)變孕育期最短。 共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線 例1根據(jù)共析鋼的C曲線，將共析鋼奧氏體化后，如果分別快速冷卻到630、570、450、300，然后在該溫度下長時間保溫，將得到哪種組織？解：共析鋼奧氏體化后，快速冷卻到630長時間保溫后，將得到索氏體組織；快速冷卻到570長時間保溫

10、后，將得到屈氏體組織；快速冷卻到450長時間保溫后，將得到上貝氏體組織；快速冷卻到300長時間保溫后，將得到下貝氏體組織。例2將共析鋼奧氏體化后，如要獲得下貝氏體組織，應(yīng)該選擇怎樣的冷卻方式？并說明原因。如要獲得全部馬氏體組織，應(yīng)該選擇怎樣的冷卻方式？并說明原因。解：見課本3 3 過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變過程及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變過程及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物當(dāng)過冷奧氏體在較高溫度等溫時，由于鐵原子和碳原子都能發(fā)生擴散，得到平衡組織珠光體或先析出相+珠光體。當(dāng)過冷奧氏體在較低溫度等溫時，隨著鐵原子和碳原子擴散能力下降，使奧氏體轉(zhuǎn)變成非平衡組織貝氏體或馬氏體。根據(jù)轉(zhuǎn)變溫度及產(chǎn)物的不同，分為三種類型。珠光

11、體型轉(zhuǎn)變，在A1550等溫；貝氏體型轉(zhuǎn)變，在550Ms等溫；馬氏體型轉(zhuǎn)變，冷卻至MS以下。共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線 珠光體型轉(zhuǎn)變珠光體型轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變溫度：A1550，完全擴散片狀珠光體形成過程示意圖片狀珠光體形成過程示意圖 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和滲碳體。一方面需要Fe和C原子的充分擴散，另一方面需要進行晶格重構(gòu)。此相變也需要經(jīng)過形核和長大兩個基本過程。一個滲碳體片的生成，使周圍區(qū)域含碳量降低，為鐵素體的生核和長大創(chuàng)造了條件，因此緊靠滲碳體片生成了鐵素體片。鐵素體生長時向周圍奧氏體中排出多余的碳原子，又為滲碳體片的形成創(chuàng)造了條件。經(jīng)過鐵素體片與滲碳體片的交替生長，形成了層片狀珠光

12、體。 珠光體珠光體 符符 號：號：P等溫溫度：等溫溫度： A1 650層片間距：層片間距：0.4m 索氏體索氏體 符符 號：號：S等溫溫度：等溫溫度：650600層片間距：層片間距：0.20.4m 屈氏體屈氏體 符符 號：號：T等溫溫度：等溫溫度：600550層片間距：層片間距：vc的適用溫度區(qū)域在哪里？ 馬氏體轉(zhuǎn)變應(yīng)力什么時候產(chǎn)生？淬火冷卻速度選擇原則為：在保證馬氏體轉(zhuǎn)變的前提下，選擇較低的冷卻速度。 結(jié)論：在結(jié)論：在C曲線曲線“鼻尖鼻尖”溫度前需要快溫度前需要快速冷卻，在速冷卻，在 “鼻尖鼻尖”溫度之下慢速冷卻，溫度之下慢速冷卻，這樣可以減少馬氏體轉(zhuǎn)變前的熱應(yīng)力。這樣可以減少馬氏體轉(zhuǎn)變前的

13、熱應(yīng)力。 理想淬火冷卻速度示意圖理想淬火冷卻速度示意圖2 2 淬火的冷卻速度及冷卻介質(zhì)淬火的冷卻速度及冷卻介質(zhì)GCr15鋼的淬火裂紋常用淬火冷卻介質(zhì)的冷卻能力淬火冷卻介質(zhì)冷卻能力650550300200水（18）60027010%鹽水（18）1100300菜籽油20035熔鹽（鹽?。?5010水水 在高溫段水冷卻速度高，能夠滿足淬火需求；在低溫段冷卻速度過高，零件變形和開裂傾向相當(dāng)大。升高水溫，可以使其低溫冷卻速度降低；在水中加入的鹽或堿，可以提高其冷卻能力。 油油 高溫冷卻能力比水小，只適用于淬透性好、零件壁厚不大的零件；油的低溫冷卻能力低，淬火應(yīng)力小，能夠避免零件淬火變形和開裂，可以作為形

14、狀復(fù)雜零件的淬火介質(zhì)。熔融狀態(tài)的鹽熔融狀態(tài)的鹽 一般在加熱到100150間使用，能夠減小淬火應(yīng)力。淬火冷卻介質(zhì)淬火冷卻介質(zhì)淬火采用哪種冷卻方式，需根據(jù)零件使用要求、零件材料、零件形狀結(jié)構(gòu)、車間熱處理設(shè)備來綜合選擇。3 3 常見淬火冷卻方法常見淬火冷卻方法將奧氏體化后的零件，先淬入冷卻能力較強的水中，以避免發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。當(dāng)冷卻溫度至接近Ms點時，再將其取出淬入冷卻能力較差的油中，以減小零件的淬火應(yīng)力。該工藝操作復(fù)雜，適合于各種各樣的零件。 將奧氏體化后的零件直接淬入單一的冷卻介質(zhì)中進行組織轉(zhuǎn)變的淬火工藝。該工藝操作簡單，易于實現(xiàn)機械化和自動化。水淬時應(yīng)力較大，變形和開裂傾向大，油淬的淬火能力差

15、，但淬火應(yīng)力較小。單液淬火雙液淬火分級淬火是將奧氏體化后的零件，先放入溫度略高于Ms點的鹽浴爐內(nèi)，進行短暫等溫(2-5min) ，然后取出空冷以得到馬氏體的工藝。零件在等溫中消除了溫差，從而減小了熱應(yīng)力，馬氏體轉(zhuǎn)變是在隨后的空冷中完成的，淬火應(yīng)力較小，零件變形和開裂傾向大大減小。由于鹽浴爐容積有限，該法僅適合小零件的淬火。等溫淬火是將奧氏體化后的零件，放入鹽浴爐內(nèi)快速冷卻至下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度（260400）長時間等溫，得到下貝氏體的淬火工藝。等溫淬火時變形開裂傾向小，且下貝氏體既具有較高的強度和硬度，又具有良好的塑性、韌性。其主要用于形狀復(fù)雜、尺寸較小、精度要求高的重要受力件。分分級級淬淬火火等

16、等溫溫淬淬火火深深冷冷處處理理在零件淬火后，繼續(xù)冷卻到室溫以下低于Mf的溫度（8070），使A全部轉(zhuǎn)化為的淬火工藝。深冷處理可完全消除A 。提高鋼的硬度和尺寸穩(wěn)定性。局部淬火局部淬火4 4 鋼的淬透性鋼的淬透性某鋼的CCT曲線如右圖，那么大小兩個已經(jīng)奧氏體化的零件能否淬火成M體呢？當(dāng)冷卻時間達c時，從該時刻零件上的溫度分布如曲線，可知：小壁厚零件的中心和外表面均低于tc，能夠完全淬透；大壁厚零件的表層溫度低于tc能淬上火，零件中心區(qū)域溫度高于tc，不能淬上火。零件上能淬火與不能淬火的分界在溫度等于tc的那個位置。該冷卻方式下臨界冷卻速度vc過（c, tc ）點。如果鋼冷卻時間達到c秒時，零件上

17、溫度處于tc以上的部分，都會發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，而使合金淬不上火。淬透性表示鋼淬火時獲得馬氏體的能力，通常用規(guī)定條件下的淬透層深度來表示。淬透性高的鋼，其淬透層深度大，厚大的零件也能淬透。為了便于測量，規(guī)定從淬火零件表面至半馬氏體區(qū)（M體積分數(shù)為50%）的距離為淬透層深度。淬透性是材料本身的性能，只與材料成分有關(guān)，與具體的熱處理工藝無關(guān)。C曲線或CCT曲線越靠右，淬透性越高。鋼的淬透性主要決定于合金元素的含量。除Co之外的合金元素，均能提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而減小其臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。如果有一種鋼的CCT曲線比前述鋼的右移了一些。在同樣冷卻條件下，此鋼可淬火的時間就延長為c1。零件冷

18、卻時就可多冷卻一段時間，使得鋼的溫度分布均比前者低，就有可能使零件的內(nèi)外均低于c1，從而使零件淬透。 末端淬火法將鋼材制作成25100的標(biāo)準(zhǔn)試樣；將該試樣加熱至奧氏體化溫度，保溫規(guī)定時間；放在專門的末端淬火裝置上，對試樣末端進行噴水冷卻；測量與水冷端不同部位的硬度。從試樣末端到試樣中部，其冷卻速度逐漸減小，因而淬火后馬氏體含量逐漸遞減，硬度逐漸降低。末端淬火法所測得的淬透性用J（HRC/d）來表示。J表示末端淬透性，d表示該點至末端的距離，HRC表示該處的洛氏硬度值。 臨界直徑法通過測定鋼在淬火介質(zhì)中心部能完全被淬透的最大直徑（D0）來表示該鋼的淬透性。顯然鋼的淬透性越好，其臨界直徑越大。 常

19、用鋼的臨界直徑 D0鋼鋼 號號臨界直徑臨界直徑/mm鋼鋼 號號臨界直徑臨界直徑/mm水水 淬淬油油 淬淬水水 淬淬油油 淬淬451316.559.535CrMo3642202860111761260Si2Mn55623246T101015850CrVA5562324065Mn2530172538CrMoA1A1008020Cr121961220CrMnTi2235152440Cr3038192830CrMnSi4050324035SiMn4046253440MnB50552840例3直徑分別為15mm、25mm、40mm的圓柱零件，要想淬透，請選取合適的材料和淬火介質(zhì)。解：根據(jù)表，直徑為15m

20、m的零件，選取60水冷；直徑為25mm的零件，選取65Mn水冷、直徑為40mm的零件，選取60Si2Mn水冷或油冷。馬氏體的強度、硬度和耐磨性能都極好，為得到馬氏體，進行淬火處理。它是鋼材強化的重要方法。鋼的淬透性是制訂淬火工藝規(guī)程的重要依據(jù)。淬透性好的鋼，能夠生產(chǎn)較大尺寸的高強度零件；淬透性差的鋼，只能生產(chǎn)小尺寸的高強度零件。淬火組織的不足之處：零件塑性、韌性很低，不具有良好的綜合力學(xué)性能；零件內(nèi)部存在很大的淬火殘余應(yīng)力，影響使用性能；馬氏體和殘余奧氏體都是不穩(wěn)定組織，在使用過程中會緩慢分解為穩(wěn)定組織，從而使零件變形。為了消除淬火應(yīng)力，提高塑性、韌性，穩(wěn)定零件尺寸，將淬火后的鋼加熱至Ac1以

21、下的某個溫度進行保溫，然后出爐空冷，此工藝稱為回火。在回火保溫過程中，馬氏體和殘余奧氏體逐漸分解，轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的合金相，即鐵素體和滲碳體。3.2.3 回火1 1 回火的作用回火的作用淬火組織、應(yīng)力隨回火淬火組織、應(yīng)力隨回火溫度升高的變化情況溫度升高的變化情況鋼淬火后獲得馬氏體加少量殘余奧氏體的組織，其強度、硬度有了大幅度的提高。淬火后組織一般為 M+AM+A或或M+A+FeM+A+Fe3 3C C。隨著溫度升高，高碳馬氏體在不同溫度下回火的組織轉(zhuǎn)變?nèi)缦隆?）M開始分解（100200） 淬火鋼在200以下回火時，馬氏體內(nèi)部析出極細小的-碳化物（分子式約為Fe2.4C），馬氏體的含碳量和正方度有所降

22、低。這種混合組織稱為回火馬氏體，用M回表示。2）AA分解（200300） 從200起殘余奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，至300基本轉(zhuǎn)變完畢，但殘余奧氏體數(shù)量有限，因此仍把鋼的組織稱為回火馬氏體M回。2 2 淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變M回仍具有馬氏體針狀特征。僅比淬火馬氏體易受侵蝕而變暗 。M回仍保留著淬火馬氏體的高硬度，但其淬火應(yīng)力和脆性均大幅度降低，而且在轉(zhuǎn)變過程中體積縮小。回火馬氏體回火馬氏體 500X 3）回火屈氏體的形成（300500）隨著碳原子擴散能力增強，從過飽和的鐵素體中不斷析出滲碳體，使基體含碳量降低，變?yōu)殍F素體。碳化物（Fe2.4C）轉(zhuǎn)變?yōu)榧毩顫B碳體。使鋼內(nèi)應(yīng)力

23、消除，硬度下降，彈性極限提高?；鼗鸹鼗鹎象w T回 500X回火回火索氏體 S回 500X4）回火索氏體的形成（500650）隨著原子擴散能力進一步增強，滲碳體聚集長大成尺寸較大的顆粒；片狀或板條狀鐵素體通過再結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S狀鐵素體。使鋼強度、硬度下降，但塑性、韌性明顯升高。 鐵素體基本上彌散分布著大量細粒狀滲碳體的組織，稱為回火屈氏體，用T回表示。多邊形等軸晶鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織，稱為回火索氏體，用S回表示。 低溫回火（低溫回火（150150250250）低溫回火消除了大部分淬火應(yīng)力，基體含碳量有所降低。低溫回火馬氏體仍具有很高的硬度和強度，M回硬度為5864 HRC，具有良

24、好的耐磨性。低溫回火主要用于各種高碳工具鋼、滾動軸承鋼、滲碳鋼，以及低碳合金鋼。低碳馬氏體由于自回火，一般不需要低溫回火。 分為：分為：低溫回火，（150250） 中溫回火，（350500） 高溫回火，（500650）3 3 回火分類及作用回火分類及作用中溫回火（中溫回火（350350500500）它使淬火應(yīng)力全部消除，強度和硬度有所下降，硬度為3545HRC；同時合金的塑性韌性得到提高。中碳鋼中溫回火后，彈性極限保持最高的水平。中溫回火主要用于彈簧鋼、鍛造模具鋼的熱處理。 高溫回火（高溫回火（50500 0650650） 淬火+高溫回火又稱為調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理消除淬火應(yīng)力，強度和硬度明顯下降，

25、但塑性、韌性大大提高，回火后硬度為200330HBS，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。回火索氏體具有高的強度、塑性和韌性。調(diào)質(zhì)處理主要用于受力復(fù)雜，需要綜合機械性能高的零件。用于連桿、螺栓、齒輪、軸類等重要機器零件。 250350發(fā)生第一類回火脆性500650發(fā)生第二類回火脆性，出現(xiàn)在某些合金鋼中?？梢酝ㄟ^在鋼中加入Mo、W，或是回火后快冷等措施來消除。4 4 回火脆性回火脆性在某溫度下回火時k明顯降低的現(xiàn)象，稱為回火脆性。鋼回火溫度與性能的關(guān)系鋼回火溫度與性能的關(guān)系（WC0.41%，WMn=0.72%） 回火脆性產(chǎn)生的溫度回火脆性產(chǎn)生的溫度化學(xué)熱處理是將零件放入化學(xué)介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原

26、子滲入零件表層，從而改變零件表層化學(xué)成分和組織，使零件表層和心部性能不同的熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理不僅改變表層的組織，也改變表層化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理可提高零件表面的淬硬性、耐磨性、耐腐蝕性以及抗疲勞性能?；瘜W(xué)熱處理包括如下四個基本工藝過程：加熱將零件加熱到有利于吸收滲入元素原子的溫度；分解進入爐內(nèi)的化合物（又稱為滲劑）在一定條件下分解，釋放出需要滲入零件表面的活性原子；吸收吸附在零件表面上的活性原子被零件表面所吸收；擴散活性原子由表層向零件內(nèi)部擴散形成具有一定厚度的擴散層。3.3 化學(xué)熱處理固體滲碳原理固體滲碳原理滲碳是將低碳鋼零件放入滲碳介質(zhì)中，加熱至900950保溫，使?jié)B碳劑分解釋放出活性碳

27、原子，滲入零件表面，提高零件表層的含碳量，從而增加零件表面淬硬性的一種熱處理工藝。滲碳的主要目的是在保持零件心部良好韌性的同時，提高其表面的硬度、耐磨性和疲勞強度。滲碳主要用于那些對表面耐磨性要求較高，并承受較大沖擊載荷的零件。3.3.1 鋼的滲碳1 1 活性碳的產(chǎn)生活性碳的產(chǎn)生 固體滲碳實際上是通過氣體介質(zhì)進行的。固體滲碳時零件表面含碳量主要受奧氏體飽和溶解度限制。固體滲碳箱固體滲碳箱1 1）固體滲碳）固體滲碳氣體滲碳是將零件放入密封的滲碳爐內(nèi)，在高溫（一般為900950）氣體介質(zhì)中的滲碳。滲碳氣體的主要組成物是CO、H2、CO2、CH4、H2O、O2等。CO和CH4起滲碳作用，其余的起脫碳

28、作用。當(dāng)氣氛中的CO和CH4增加時，反應(yīng)將向右進行，分解出來的活性碳原子增多；活性碳原子吸附在工件表面，并向鋼的內(nèi)部擴散。2 2）氣體滲碳）氣體滲碳 2222422/122OCCOOHCHCOHCCHCOCCO氣體滲碳氣體滲碳2 2 滲碳件的熱處理與組織滲碳件的熱處理與組織鋼件滲碳后，從表面到心部形成了一個碳濃度梯度層。滲碳后緩冷，由表面向內(nèi)依次為過共析區(qū)、共析區(qū)、亞共析區(qū)，直至原始組織。這種組織不能完全滿足零件外硬里韌的使用要求。因此，滲碳后須進行淬火和回火。在淬透情況下，淬火后表層金相組織為M高碳A+Fe3CII，心部為M低碳。低溫回火后，表層為：M回高碳A+Fe3CII，硬度為5862H

29、RC，心部為回火低碳馬氏體。 20CrMnTi20CrMnTi滲碳后緩冷組織滲碳后緩冷組織直接淬火工藝示意圖直接淬火工藝示意圖180-200180-200滲碳滲碳900-930900-930回火回火溫度溫度/時間時間淬火淬火A A1 1滲碳件的強韌性能取決于滲碳層深度和滲碳層的碳含量。低碳鋼零件滲碳處理后，表層強度高于心部強度。研究表明：表層含碳量為0.81.05較合適，此時碳濃度梯度較平緩；如滲層碳化物的數(shù)量過多，疲勞強度、沖擊韌性、斷裂韌性等變差；心部組織強度、硬度偏低時，容易使?jié)B層脫落；硬度過高時，沖擊韌性和疲勞壽命降低。 滲碳層厚度一般為0.5-2mm，厚度與滲碳時間的關(guān)系如下。 一般

30、滲碳件的加工工藝路線為：鍛造鍛造正火正火機加工機加工滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回火精磨精磨K3 3 滲碳后性能滲碳后性能 滲碳后零件表里性能分布滲碳后零件表里性能分布3.3.2 鋼的滲氮滲氮是在A1以下溫度（520600）將活性氮原子N滲入鋼件表面，以提高其硬度、耐磨性、疲勞強度和耐腐蝕性能的一種化學(xué)熱處理工藝。在溫度大于380時，氨氣熱分解而獲得活性氮原子，即活性氮原子滲入零件表面并在擴散作用下，使零件表面獲得一定厚度的滲氮層。滲氮后隨爐冷卻到200以下出爐。滲氮后，零件表層由連續(xù)分布、致密的氮化物構(gòu)成，而其心部組織與預(yù)備熱處理相同。 23322HNNH目前滲氮鋼多數(shù)是wc0.150.45

31、的合金結(jié)構(gòu)鋼。此外，一些冷作模具鋼、熱作模具鋼及高速鋼等也適于滲氮處理。 滲氮熱處理工藝滲氮熱處理工藝向鋼表層同時滲入碳和氮的化學(xué)熱處理，稱為碳氮共滲。根據(jù)滲入溫度可將碳氮共滲分為高溫（790920）碳氮共滲和低溫（520580）碳氮共滲。高溫碳氮共滲以滲碳為主，低溫碳氮共滲是以滲氮為主。碳氮共滲兼有兩者的優(yōu)點：氮使A1溫度降低，共滲溫度較低，零件不易過熱，滲后直接淬火，變形較?。粷B入速度較快，可縮短工藝周期；表層硬度較高，滲層較深，硬度、耐磨性與疲勞強度較高，且承載能力比滲氮時大大提高。氮提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，故滲層淬透性較高。用碳氮共滲取代薄層滲碳（層深 0.75 mm），應(yīng)用越來越廣。

32、3.3.3 碳氮共滲電阻爐是靠電阻發(fā)熱加熱的爐子，分箱式爐、井式爐和臺車式三種。1 1）箱式電阻爐）箱式電阻爐 該種爐子通用性強，可進行多種熱處理，缺點是爐溫不均勻，易氧化脫碳。按其工作溫度，可分為高溫、中溫及低溫三種。1 1加熱元件加熱元件2 2工件工件3 3耐熱鋼爐底板耐熱鋼爐底板1 1 電阻爐電阻爐3.4.1 常用熱處理設(shè)備3.4 熱處理設(shè)備、技術(shù)條件及工序位置 2 2）臺車式電阻爐）臺車式電阻爐它是箱式電阻爐的改進型，主要用于大工件的正火、退火及淬火加熱。1工件2加熱元件3爐底板4臺車架3 3）井式電阻爐）井式電阻爐電阻加熱井式爐分為高溫、中溫、低溫電阻爐和井式氣體滲碳爐四種。（1）低

33、溫井式電阻爐爐溫均勻、裝卸料方便，適用于淬火工件的回火處理或有色金屬的熱處理。（2）中溫井式電阻爐常用作淬火、退火、正火等工序的加熱。（3）井式氣體滲碳爐爐膛密封性好，風(fēng)扇機構(gòu)使?fàn)t內(nèi)氣氛加熱加速循環(huán)，爐內(nèi)溫度均勻?？捎糜跉怏w滲碳，氣體氮化、淬火加熱等熱處理。是利用熔鹽作為加熱介質(zhì)的熱處理設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單、爐溫均勻、加熱速度快，不易氧化脫碳，多用于淬火加熱。按熱源方式的不同，鹽浴爐分為外熱式和內(nèi)熱式兩種。2 2 鹽浴爐鹽浴爐1爐體；2爐底空隙；3耐熱磚及絕緣磚層；4電熱元件；5坩堝；6爐蓋；7吸風(fēng)管；8鐘罩；9熱點偶；10接線罩；11接線柱外熱式鹽浴爐的熱源采用外部加熱。電極鹽浴爐，在井狀爐膛內(nèi)

34、插入或在爐墻中埋入電極，通以低電壓大電流的交流電，借助熔鹽的電阻發(fā)出熱能，使熔鹽達到要求的溫度，并使鹽中的工件加熱。 埋入式鹽浴爐埋入式鹽浴爐 電阻坩堝鹽浴爐電阻坩堝鹽浴爐1絕熱層；2耐熱層；3爐膛；4啟動電阻；5插入式電極3.4.2 3.4.2 熱處理技術(shù)條件和工序位置熱處理技術(shù)條件和工序位置熱處理技術(shù)條件須根據(jù)材料成分及性能要求確定，將其標(biāo)注在零件圖上。它包括：熱處理方法；處理后應(yīng)達到的性能。一般零件以硬度值作為熱處理技術(shù)條件；重要零件如果需要還可標(biāo)出強度、塑性、韌性等指標(biāo)和金相組織要求；化學(xué)熱處理零件，應(yīng)標(biāo)注處理部位和滲層深度。 在零件圖中標(biāo)注的熱處理要求一定是零件最終狀態(tài)最終狀態(tài)的要求

35、。1 熱處理技術(shù)條件技術(shù)要求技術(shù)要求1.10.2與序號6凹模實際尺寸配作，保證雙面間隙0.2；2.11與凸模固定板緊配，過盈量0.01mm；3.3.熱處理熱處理585862HRC62HRC；4.裝后磨平上端面。 技術(shù)要求技術(shù)要求局部熱處理：局部熱處理：353540HRC40HRC根據(jù)熱處理的目的和熱處理在加工過程中的位置不同，熱處理分為預(yù)備熱處理和最終熱處理兩類。 2 熱處理工序位置的確定典型零件的制造過程：典型零件的制造過程：鑄鑄/ /鍛鍛預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理粗加工粗加工最終熱處理最終熱處理精加工精加工1 1）預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理為消除熱加工所造成的晶粒粗大、組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力等不良影響，并為后續(xù)加工工序作組織準(zhǔn)備的熱處理