第3章鋼的熱處理工藝

1、1鋼的普通熱處理：退火、正火、淬火和回火鋼的普通熱處理：退火、正火、淬火和回火鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理表面淬火：火焰加熱、感應(yīng)加熱、激光加熱表面淬火：火焰加熱、感應(yīng)加熱、激光加熱表面化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲表面化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等等鋼的特種熱處理：真空熱處理、可控氣氛熱處理、形變熱處理等鋼的特種熱處理：真空熱處理、可控氣氛熱處理、形變熱處理等第第3章章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝2重要零部件的工藝路線重要零部件的工藝路線:鑄造（或鍛造）鑄造（或鍛造）退火退火(或正火或正火)粗加工粗加工淬火淬火回火回火精加工精加工成品成品退火與正火冷卻速度退火與正火冷卻速度較慢，主要

2、用來改善較慢，主要用來改善材料工藝性能，消除材料工藝性能，消除殘余應(yīng)力、改善組織、殘余應(yīng)力、改善組織、細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度、細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度、改善切削性能等改善切削性能等預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理獲得優(yōu)異的綜合獲得優(yōu)異的綜合力學(xué)性能力學(xué)性能最最終熱處理終熱處理33.1鋼的退火與正火鋼的退火與正火3.1.1鋼的退火鋼的退火一）定義一）定義: 把零件加溫到臨界溫度以上30-50 ，保溫一段時(shí)間，然后隨爐冷卻的熱處理工藝。 二）目的二）目的: 消除應(yīng)力，降低硬度，細(xì)化晶粒，均勻成分和組織，提高力學(xué)性能或?yàn)樽罱K熱處理作組織準(zhǔn)備。 4三）分類三）分類退火退火 重結(jié)晶重結(jié)晶退火退火低低 溫溫退火退火 完全退火完

3、全退火 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 球化退火球化退火 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 普通退火普通退火 等溫退火等溫退火普通球化退火普通球化退火等溫球化退火等溫球化退火往復(fù)球化退火往復(fù)球化退火5四）工藝參數(shù)四）工藝參數(shù):6（1）完全退火）完全退火A）工藝： Ac3+（2030 ），保溫后隨爐緩慢冷卻到500-600 以下后在空氣中繼續(xù)冷卻 。B）特點(diǎn)： 加熱過程中獲得完全的奧氏體組織，冷卻后組織接近平衡組織。C）目的： 細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能。D）適用范圍： 用于亞共析成分的碳鋼及合金鋼的鑄件、鍛件以及熱軋型材。Ac3Ac1完全退火完全退火爐冷爐冷空冷空冷7

4、（2）等溫退火）等溫退火A）工藝： Ac3+（2030），保溫后快冷到Ar1之下某一溫度等溫，使A在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)镻，然后出爐空冷。B）特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)變?cè)诤銣叵逻M(jìn)行，組織均勻，可大大縮短退火時(shí)間。C）目的： 同完全退火。D）適用范圍： 用于降低硬度的碳鋼及合金鋼。500500以下空冷以下空冷Ac3Ac1爐冷爐冷完全退火完全退火等溫退火等溫退火Ar18（3）球化退火）球化退火A）工藝： Ac1+（2030 ），保溫2-4 h后隨爐緩冷至600 以下出爐空冷 。B）特點(diǎn)： 加熱過程中片狀滲碳體發(fā)生不完全溶解而斷開，形成細(xì)小滲碳體，冷卻過程中以球粒狀析出彌散分布在鐵素體基體上。C）目的： 使熱軋、鍛造空冷

5、后組織中的網(wǎng)狀二次滲碳體和珠光體中片層狀的滲碳體球化，降低硬度，改善切削性能，并為后續(xù)的淬火做好組織準(zhǔn)備。D）適用范圍： 過共析鋼、合金工具鋼。Ac3Ac1完全退火完全退火等溫退火等溫退火球化退火球化退火9 （4）擴(kuò)散退火）擴(kuò)散退火 （均勻化退火）（均勻化退火）A）工藝：）工藝： 是將鋼加熱到略低于固相線的溫度，長(zhǎng)時(shí)間保溫（1020 h）并緩冷，使化學(xué)成分和組織均勻化的退火工藝。 B）特點(diǎn)：）特點(diǎn)： 加熱溫度高，保溫時(shí)間長(zhǎng)。C）目的：）目的： 消除晶內(nèi)偏析，使成分均勻化，其實(shí)質(zhì)就是使合金元素的原子充分?jǐn)U散。D）適用范圍：）適用范圍： 合金鋼鑄鐵和鑄錠。后續(xù)處理：后續(xù)處理： 保溫1020 h退火

6、后晶粒較粗大，一般還須進(jìn)行完全退火或正火處理。10擴(kuò)散退火工藝擴(kuò)散退火工藝11（5）去應(yīng)力退火）去應(yīng)力退火A）工藝： A1以下某一溫度（400500 ），保溫后隨爐緩冷至200 以下出爐空冷。B）特點(diǎn)： 低溫退火，無組織變化。C）目的： 消除鑄、鍛、焊件等的殘余應(yīng)力。D）適用范圍： 所有碳鋼。Ac3Ac1完全退火完全退火等溫退火等溫退火去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火球化退火球化退火12（6）再結(jié)晶退火）再結(jié)晶退火A）工藝： 將鋼加熱到再結(jié)晶溫度以上150250 （650-700 ），保溫1-3 h后緩慢冷卻。B）目的： 消除加工硬化，降低硬度，提高塑性、韌性，改善切削加工性和壓延成型性能。 C）適用范圍

7、： 冷變形加工制品。13共析鋼球化退火組織 ( 化染 ) 700 五）熱處理后的組織五）熱處理后的組織 14 T10鋼球化退火組織（化染） 500 153.1.2 鋼的正火鋼的正火一）定義一）定義: 將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）和Accm（過共析鋼）以上30-50 ，保溫一段時(shí)間，完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，以得到P類型組織的熱處理工藝。 二）目的二）目的: 消除應(yīng)力，調(diào)整硬度，細(xì)化晶粒，均勻成分，為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。 16三）工藝參數(shù)三）工藝參數(shù)17四）熱處理后的組織四）熱處理后的組織 S （Wc=0.61.4%） S+F （Wc0.6%）五）正火的主要應(yīng)用五）正火的主要應(yīng)用 （1

8、）作為最終熱處理）作為最終熱處理 正火可以細(xì)化晶粒，均勻化組織，減少亞共析鋼中的鐵素體含量，從而增加珠光體含量； 由于冷卻較快，正火組織中珠光體片層較細(xì)，提高了鋼的強(qiáng)度和硬度。 因此，對(duì)于機(jī)械性能要求不高的普通結(jié)構(gòu)鋼零件，可以用正火作為最終熱處理。18（2）作為預(yù)備熱處理）作為預(yù)備熱處理 可消除中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛、焊等熱加工產(chǎn)生的組織缺陷，細(xì)化晶粒，均勻化組織，消除內(nèi)應(yīng)力，為后序熱處理作組織準(zhǔn)備。 對(duì)過共析鋼正火可消除或抑制網(wǎng)狀二次滲碳體量的形成，為球化退火作組織準(zhǔn)備。如：T12鋼退火組織中的Fe3C網(wǎng)（連續(xù)網(wǎng)），球化退火前必須先進(jìn)行正火以消除Fe3C網(wǎng)，得到片層狀P然后再進(jìn)行球化退火。19（3

9、）改善切削加工性）改善切削加工性 一般來說，鋼的硬度為170230 HB，組織中無大塊鐵素體時(shí)，切削加工性較好。對(duì)于低、中碳結(jié)構(gòu)，正火可得到合適的硬度，改善切削加工性。20 1）由于冷卻速度較退火快，所得組織比退火時(shí)要細(xì)； 2）正火后的零件的強(qiáng)度和硬度比退火時(shí)高，且含碳量越高，差別越大； 3）低碳鋼經(jīng)正火處理后的強(qiáng)度與硬度，與退火處理的差別不多，但正火處理是在爐外進(jìn)行，不占用設(shè)備，生產(chǎn)率高，所以低碳鋼多采用正火代替退火處理。 4）中碳鋼的正火可替代調(diào)質(zhì)處理，為高頻淬火作準(zhǔn)備。 5）高碳鋼可消除網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火做準(zhǔn)備。六）正火與退火的對(duì)比六）正火與退火的對(duì)比213.2 鋼的淬火鋼的淬火3.

10、2.1淬火及其目的淬火及其目的一）淬火的定義一）淬火的定義 把零件加溫到臨界溫度以上30 50 ，保溫一段時(shí)間，然后快速冷卻使A轉(zhuǎn)變?yōu)镸的熱處理工藝。 二）淬火的目的（淬火二）淬火的目的（淬火+回火）回火） 淬火的目在于提高材料的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，與回火配合后可賦予工件最終的使用性能。 1.提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性采用淬火低回 組織為M回-碳化物，用于各種工模具。 2.提高彈性采用淬火中回； 組織為T回火 （+），用于各種彈簧。 3.提高綜合性能采用淬火高回； 組織為S回火 （+），用于各種軸類。223.2.2 淬火工藝淬火工藝（1）淬火加熱溫度）淬火加熱溫度23 亞共析鋼：亞共析鋼：TAAc

11、3 （3050 ） T過高晶粒粗大；T過低欠熱，有自由F硬度不足。 過共析鋼：過共析鋼：TAAc1（3050 ） （1）T過高，碳化物溶解，M片易于變形和開裂； （2）選擇TAAc1（3050 ）溫度加熱保留部分未熔碳化物，以提高鋼的硬度與耐磨性，同時(shí)由于降低了A中的C含量，使基體的C，使M條，b， 、k 。 合金鋼：合金鋼：奧氏體化溫度可以適當(dāng)升高。因?yàn)榇蠖鄶?shù)合金元素都能阻礙A 晶粒的長(zhǎng)大，使A化溫度升高。 如：W18Cr4V鋼，AC1860880 ，TA=1280 ，晶粒度為9級(jí)。 24（2 2）淬火保溫時(shí)間）淬火保溫時(shí)間 淬火保溫時(shí)間主要根據(jù)鋼的成分特點(diǎn)、加熱介質(zhì)和零件尺寸來確定。 含碳

12、量越高，含合金元素越多，導(dǎo)熱性越差，則保溫時(shí)間就越長(zhǎng)；零件尺寸越大，保溫時(shí)間越長(zhǎng)；生產(chǎn)中常根據(jù)熱處理手冊(cè)中的經(jīng)驗(yàn)公式確定保溫時(shí)間。25理想冷卻速度理想冷卻速度理想冷卻速度： 1）在A1650 之間慢冷，以熱應(yīng)力； 2）在650400 之間快冷，以避開“鼻尖”防發(fā)生非M相變； 3）在400 以下慢冷，以組織應(yīng)力。 （3 3）淬火冷卻介質(zhì)）淬火冷卻介質(zhì)26常用淬火介質(zhì)介紹常用淬火介質(zhì)介紹1自來水（自來水（30 以下）以下） 冷卻特性：冷卻特性：在650-550 冷卻能力大、在Ms附近點(diǎn)冷速極快，淬硬能力較強(qiáng)。 應(yīng)用：應(yīng)用：自來水主要用于形狀簡(jiǎn)單，截面較大的碳鋼零件淬火，且組織應(yīng)力較大。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)

13、：經(jīng)濟(jì)、便宜、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2鹽水（鹽水（1015NaCl（或（或NaOH，Na2CO3)水溶液、水溶液、30 ） 冷卻特性：冷卻特性：在650300 時(shí)冷速是自來水的10倍；在200 時(shí)仍然很快。 應(yīng)用：應(yīng)用：用于水淬不透的形狀簡(jiǎn)單的碳素鋼。結(jié)論：碳素鋼一般采用水冷或鹽水冷卻。結(jié)論：碳素鋼一般采用水冷或鹽水冷卻。 273. 油油20#機(jī)油，機(jī)油，6080 冷卻特性：冷卻特性：600550 及200 時(shí)冷卻速度低于水； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：）淬硬能力低；）易于老化。 應(yīng)用：應(yīng)用：合金鋼淬火（因合金鋼的C曲線靠右，vc較?。?4. 鹽浴和堿浴鹽浴和堿浴 鹽浴和堿?。ㄓ扇苋诘腘aNO3+KNO3，KOH

14、+NaOH，KCl+NaCl+BaCl2等組成）主要用作等溫淬火、分級(jí)淬火的冷卻介質(zhì)。 283.2.3 方法方法1-單液淬火單液淬火 指在一種淬火介質(zhì)中冷卻到底的工藝。 優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)我捍慊鸱ú僮骱?jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用較廣。 缺點(diǎn)：?jiǎn)我捍慊鸾M織應(yīng)力、熱應(yīng)力都較大，淬火變形較大。水淬變形開裂傾向大，油淬冷卻能力低，大件淬不硬。不同淬火法示意圖1單液淬火 2雙液淬火3分級(jí)淬火 4等溫淬火29 將奧氏體化后的工件先在一種冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，避免珠光體轉(zhuǎn)變，當(dāng)工件冷至300 左右時(shí)，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。 目的：目的：在650 Ms之間快冷：使v v 在Ms以下慢冷以組織

15、應(yīng)力。碳鋼：先水淬后油冷；合金鋼：先油后空氣。優(yōu)點(diǎn)：淬火應(yīng)力小，減少了變形和開裂的可能性。缺點(diǎn)：在水中停留的時(shí)間不易控制，對(duì)操作技術(shù)要求較高。 2-雙液淬火雙液淬火 30 先將奧氏體化后的工件淬入溫度稍高于Ms點(diǎn)的鹽浴（或堿?。┲?，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，待工件內(nèi)外都達(dá)到介質(zhì)溫度，在奧氏體轉(zhuǎn)變前取出空冷完成馬氏體轉(zhuǎn)變。 分級(jí)淬火是在空冷中發(fā)分級(jí)淬火是在空冷中發(fā)生生M相變的，內(nèi)應(yīng)力小。相變的，內(nèi)應(yīng)力小。 3-分級(jí)淬火分級(jí)淬火 31 指在B溫度區(qū)域等溫，發(fā)生B下轉(zhuǎn)變。內(nèi)應(yīng)力，變形小。 不同淬火方法產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大小為： 單液淬火應(yīng)力 雙液淬火 分級(jí)淬火 等溫淬火（應(yīng)力最?。?4-等溫淬火等溫淬火 不同淬火法

16、示意圖1單液淬火 2雙液淬火3分級(jí)淬火 4等溫淬火32其它淬火其它淬火 5.局部淬火局部淬火 6.冷處理冷處理 用干冰（固態(tài)CO2）和酒精混合獲得-70-80的低溫，也可使用液化乙烯（-130 ）或液氮（-192 ）等介質(zhì)提高硬度、耐磨性，穩(wěn)定尺寸，但應(yīng)力較大，應(yīng)注意及時(shí)回火。 33 鋼淬透性指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。 淬透層深度（淬透層深度（） 表層（100M）至半M層（50M）的深度。淬透層深度（）越大，鋼的淬透性越好。 淬透性與淬硬層深度關(guān)系： 在尺寸、形狀均相同的條件下，淬透性大的鋼，淬硬層深度越深。3.2.4 鋼的淬透性鋼的淬透性34 鋼的淬透性主要取決于鋼的臨界淬火速度大小，與

17、工件尺寸、淬火介質(zhì)無關(guān) 。n 鋼的臨界淬火速度越小，C曲線越靠右，鋼的淬透性越好。因此凡能提高過冷A穩(wěn)定性，使C曲線右移，從而降低臨界冷卻速度的因素，都能提高鋼的淬透性。（1）碳含量碳含量 在正常加熱條件下，亞共析鋼的C曲線隨碳含量的增加向右移，臨界冷卻速度降低，淬透性增大；過共析鋼的C曲線隨碳含量的增加向左移，臨界冷卻速度增大，淬透性降低。（2）合金元素合金元素 除Co和Al以外，大多數(shù)合金元素溶入奧氏體后均使C曲線向右移，降低臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。（1）影響淬透性的因素）影響淬透性的因素35（3）加熱條件加熱條件 提高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間一方面可使更多的合金元素溶入奧氏體；同時(shí)使

18、奧氏體晶粒長(zhǎng)大，成分均勻化，從而減少了形核率，二者都能穩(wěn)定過冷奧氏體，使C曲線向右移，提高鋼的淬透性。 （4）鋼中未溶第二相鋼中未溶第二相 未溶入奧氏體的碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物，由于能促進(jìn)奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形核，減少過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使淬透性降低。36（2）鋼的淬硬性）鋼的淬硬性 鋼在理想條件下淬火所能達(dá)到的最高硬度稱為鋼的淬硬性淬硬性。 鋼的淬硬性淬硬性主要取決于馬氏體中的碳含量馬氏體中的碳含量，也就是淬火前奧氏體中碳含量，碳含量越高，淬硬性越好。 淬硬性與鋼的淬透性是兩個(gè)不同的概念。 37 （3）淬透性的實(shí)際應(yīng)用淬透性的實(shí)際應(yīng)用1、大截面零件或動(dòng)載荷下工作應(yīng)選高淬透性鋼。2. 形

19、狀復(fù)雜的或形狀簡(jiǎn)單，尺寸較大的零件應(yīng)選高淬透性鋼。3. 焊接零件應(yīng)選低淬透性鋼。 38 （4）淬透性的測(cè)量方法淬透性的測(cè)量方法端淬試驗(yàn)示意圖標(biāo)準(zhǔn)：BG/T 226-1988 鋼的淬透性末端淬火試驗(yàn)方法 鋼的淬透性用JHRC/d 表示，其中d表示淬透性曲線上測(cè)試點(diǎn)至水冷端的距離（mm），HRC為該處的硬度值。 J表示末端淬透性3940 生產(chǎn)中也常用臨界淬火直徑臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。所謂臨界淬火直徑，是指圓棒試樣在某介質(zhì)中淬火時(shí)所能得到的最大淬透直徑（即心部被淬成半馬氏體的最大直徑），用Do表示。在相同冷卻條件下，Do越大，鋼的淬透性越好。413.33.3鋼的回火鋼的回火 定義：定義：回火是

20、將淬火鋼加熱到Al以下某一溫度，經(jīng)保溫適當(dāng)時(shí)間后冷卻到室溫的熱處理工藝。 回火目的：回火目的： ）淬火得到的淬火馬氏體組織很脆，存在較大的內(nèi)應(yīng)力，容易產(chǎn)生變形和開裂。 ）淬火馬氏體和殘余奧氏體都是亞穩(wěn)定組織，在適當(dāng)條件下有可能分解，導(dǎo)致零件形狀、尺寸和使用性能的變化。 ）為獲得要求的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。因此淬火鋼一般不直接使用，必須進(jìn)行回火。因此淬火鋼一般不直接使用，必須進(jìn)行回火。423.3.1 回火的分類和應(yīng)用回火的分類和應(yīng)用 根據(jù)回火溫度對(duì)淬火鋼力學(xué)性能的要求，一般將回火分為三類 ： 回火組織：回火組織：回火M，硬度可到5864 HRC 目的：目的：是在保證淬火后工件的高硬度、高耐磨性

21、的基礎(chǔ)上，降低淬火應(yīng)力，提高工件韌性。 應(yīng)用：應(yīng)用：處理各種切削刀具、冷作模具、量具、滾動(dòng)軸承、表面淬火件及滲碳件等。 （1）低溫回火（）低溫回火（150250 ）43回火針片狀馬氏體回火針片狀馬氏體回火隱晶馬氏體回火隱晶馬氏體44回火組織：回火組織： 回火屈氏體（T回），硬度一般為3545 HRC。 金相形態(tài)：金相形態(tài)：Fe3C呈微細(xì)粒狀彌散分布在F基體上。目的：目的：使鋼件具有高的彈性極限，屈服極限和一定的韌性。 應(yīng)用：應(yīng)用：各種彈簧。 如：60Si2Mn、65Mn、60、65、85鋼。 （2）中溫回火（）中溫回火（350 500 ）45組織：組織：回火索氏體（S回），硬度一般為25-35

22、 HRC。金相形態(tài)：在F基體上均勻分布細(xì)粒狀Fe3C 。性能：性能：較高的強(qiáng)度和硬度，良好的塑性和韌性。即具有良好的綜合機(jī)械性能。 應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用于各種重要的機(jī)器結(jié)構(gòu)件，特別是受交變載荷的零件，如各種軸類、連桿、齒輪、螺栓等。如：40Cr、45、40CrNiMo鋼等。 45鋼調(diào)質(zhì)處理得到回火索氏體：鋼調(diào)質(zhì)處理得到回火索氏體：Fe3C呈細(xì)粒狀分布在呈細(xì)粒狀分布在F基體上?；w上。45鋼正火得到索氏體：鋼正火得到索氏體：Fe3C呈細(xì)片狀分布在呈細(xì)片狀分布在F基體上。基體上。兩者性能截然不同。其組織、性能比較如下表：兩者性能截然不同。其組織、性能比較如下表：（3）高溫回火（）高溫回火（500650

23、 ）46回火索氏體組織回火索氏體組織45鋼（鋼（ 2040 mm）調(diào)質(zhì)和正火組織及機(jī)械性能比較）調(diào)質(zhì)和正火組織及機(jī)械性能比較 由此表可以看出：45鋼調(diào)質(zhì)處理的性能比正火后性能綜合機(jī)械性能好，不僅強(qiáng)度高，塑性、韌性也較好。 473.3.2 回火保溫時(shí)間回火保溫時(shí)間回火保溫時(shí)間應(yīng)保證工件熱透，同時(shí)保證組織轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行。回火保溫時(shí)間一般可參考以下公式確定：tk=Kh+AhD式中：tK回火保溫時(shí)間，min； Kh回火保溫時(shí)間基數(shù)，min； Ah回火保溫時(shí)間系數(shù)，min/mm； D工件有效厚度，mm483.3.3 回火后的冷卻回火后的冷卻 一般在空氣中冷卻； 對(duì)于一些重要的機(jī)器零件，為了防止重新產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)

24、力，變形和開裂，通常采用緩慢冷卻的方式； 對(duì)于具有高溫回火脆性的鋼件，回火后應(yīng)進(jìn)行油冷或水冷，以抑制回火脆性。493.3.4 淬火、回火時(shí)常見的工藝缺陷淬火、回火時(shí)常見的工藝缺陷 1.氧化和脫碳 2.變形與開裂 3.硬度不足與軟點(diǎn) 4.過熱與過燒 過熱過熱是指晶粒過分長(zhǎng)大，致使零件力學(xué)性能明顯降低的現(xiàn)象。 過燒過燒是指組織中沿晶界產(chǎn)生了氧化或熔化的現(xiàn)象。若加熱溫度過高或保溫時(shí)間過長(zhǎng)，將引起零件過熱或過燒現(xiàn)象。零件一且產(chǎn)生過燒即成為廢品。 50 工業(yè)中如齒輪、凸輪、曲軸等對(duì)性能的要求為：表面高硬度、高強(qiáng)度及好的耐磨性，而心部高韌性，對(duì)這類零件需要進(jìn)行表面熱處理。 表面淬火表面淬火 僅對(duì)鋼的表面快

25、速加熱、冷卻，把表層淬成馬氏體，心部組織不變的熱處理工藝。3.4.1.1 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火 在感應(yīng)圈內(nèi)通一交變電流，于是在感應(yīng)圈內(nèi)部和周圍同時(shí)產(chǎn)生與電流頻率相同的交變磁場(chǎng)，在工件中便產(chǎn)生感生電流，感應(yīng)電流在工件內(nèi)自成回路（渦流），由電能轉(zhuǎn)變成熱能，使工件表面快速加熱，隨后噴水快速冷卻就達(dá)到了表面淬火的目的 。3.4 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理51集膚效應(yīng)：感應(yīng)加熱時(shí)，感生電流集中在工件表面的一種效應(yīng)。感生電流的頻率（f）越大集膚效應(yīng)越強(qiáng)，電流透入深度越淺，淬透層越淺。 碳鋼淬硬層深度與電流頻率的關(guān)系：=500/f0.51.淬透層深度=0.52 mm時(shí)， 選高頻加熱 f=801

26、000 kHz 。2.淬透層深度=36 mm時(shí)， 選中頻加熱f=25008000 Hz。3.淬透層深度=1015 mm時(shí)， 選工頻加熱f=50 Hz。感應(yīng)加熱表面淬火示意圖感應(yīng)加熱表面淬火示意圖52（1）加熱速度極快，使Ac3，短時(shí)獲得高溫，從而使T，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。（2）由于晶粒細(xì)小，得到隱晶M，強(qiáng)化了組織。（3）較高的表面殘余壓應(yīng)力，可提高工件的疲勞強(qiáng)度并降低缺口敏感性。（4） 氧化和脫碳少，而且由于心部未被加熱，淬火變形小。（5）加熱溫度和淬硬層厚度易于控制，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 案例：案例： 如：機(jī)床主軸，承受較大載荷，要求具有良好的綜合力學(xué)性能，而且軸頸要求耐磨，硬度要求50

27、55 HRC?？蛇x45鋼整體調(diào)質(zhì)，然后軸頸進(jìn)行表面淬火+低溫回火處理。調(diào)質(zhì)處理即滿足整體性能要求，局部表面淬火又滿足了軸頸的硬度要求。 感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)53感應(yīng)加熱表面淬火前、后的熱處理感應(yīng)加熱表面淬火前、后的熱處理 淬火前一般要進(jìn)行預(yù)先熱處理，為表面淬火作組織準(zhǔn)備，并可獲得最終的心部組織。當(dāng)心部性能要求不高時(shí)，一般采用正火；而重要零件如齒輪等，一般采用調(diào)質(zhì)作為預(yù)先熱處理。 淬火后零件要進(jìn)行低溫回火（180200 ），以減小淬火應(yīng)力。 回火后組織：表層為回火馬氏體，心部仍為預(yù)先熱處理組織。 感應(yīng)加熱表面淬火零件的典型加工工藝路線為： 鍛造正火或退火粗機(jī)加工調(diào)質(zhì)精機(jī)加

28、工感應(yīng)加熱表面淬火低溫回火精磨543.4.1.2 火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火 1）火焰加熱表面淬火的基本方法）火焰加熱表面淬火的基本方法552）火焰加熱表面淬火的特點(diǎn)）火焰加熱表面淬火的特點(diǎn):*設(shè)備簡(jiǎn)單設(shè)備簡(jiǎn)單, 操作方便操作方便, 成本低。成本低。*淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。*適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。563.4.2 3.4.2 化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理一）化學(xué)熱處理概述一）化學(xué)熱處理概述 對(duì)于某些齒輪類零件，如汽車變速箱齒輪，內(nèi)燃機(jī)凸輪等在工作中承受強(qiáng)烈的摩擦磨損，和較大的交變載荷，沖擊載荷。要求表面高硬度、高耐磨和高的接觸疲勞強(qiáng)度，一定的

29、韌性；心部具有高的韌性和足夠高的強(qiáng)度。對(duì)這類材料需要進(jìn)行表面化學(xué)熱處理?；瘜W(xué)熱處理化學(xué)熱處理 是將工件置于一定的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，改變表面層的化學(xué)成分及顯微組織，從而使工件表層獲得所需特殊性能的熱處理工藝。 57二）化學(xué)熱處理的基本過程二）化學(xué)熱處理的基本過程:2.吸收吸收: 活性原子被零件表面吸收溶解?；钚栽颖涣慵砻嫖杖芙?。 3.擴(kuò)散擴(kuò)散: 活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層?；钚栽佑闪慵砻嫦騼?nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層。1.分解分解: 化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子?；瘜W(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。CH4 2H2 +C2NH3

30、 3H2+2N583.4.2.1 滲碳滲碳 定義：定義：將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝。目的：目的：通過滲碳及隨后的淬火+低溫回火，使表面獲得高碳回火M，具有高硬度、耐磨性和抗疲勞性能；而心部為低碳回火M或S，具有一定的強(qiáng)度和良好的韌性配合。用鋼：低碳鋼和低碳合金鋼如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMo等。 方法：方法：固體、氣體、液體滲碳，目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。59零件零件滲碳劑滲碳劑試棒試棒蓋蓋泥封泥封滲碳箱滲碳箱固體滲劑：木炭+碳酸鹽（BaCO3或Na2CO3）（1）滲碳方法）滲碳方法固體滲碳法示意圖60氣體滲碳法示意圖 在井式滲碳爐中滴入

31、煤油，煤油在高溫下裂解滲碳性介質(zhì)甲烷氣體（CH4）和CO氣體及氫氣，該氣體在鋼的表面分解出活性碳原子-C，在較高溫度進(jìn)入鋼的表面。CH4 C + 2H2 2CO C CO2 61滲碳溫度：滲碳溫度：900950 ;滲碳時(shí)間：滲碳時(shí)間：根據(jù)滲層深度的要求來確定，一般為39小時(shí)。（2）滲碳后的組織）滲碳后的組織 滲碳件表層的碳濃度一般控制在1.0%左右，因此滲碳件緩冷后外層為過共析組織P+Fe3C，心部為原始低碳亞共析組織F+P，中間為過渡組織。 一般規(guī)定，從表層到過渡層的一半處的深度為滲層厚度。滲碳溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)，則得到的滲層深度越厚。62滲層組織 （滲碳后緩慢冷卻，從內(nèi)層到外層組織）: 原

32、始組織亞共析層共析層過共析層低碳鋼緩冷后的顯微組織低碳鋼緩冷后的顯微組織63（3）滲碳后的熱處理）滲碳后的熱處理（1）直接淬火法）直接淬火法（）滲碳后零件出爐直接進(jìn)入冷卻介質(zhì)淬火。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)率高。缺點(diǎn)：零件在滲碳時(shí)經(jīng)過長(zhǎng)期高溫加熱，奧氏體晶粒容易長(zhǎng)大。淬火后M粗大，殘余奧氏體較多。另外淬火變形較大。適用：一般只用于本質(zhì)細(xì)晶粒的合金滲碳鋼或耐磨性要求比較低和承載能力低的工件。（）為了減少變形，滲碳后工件預(yù)冷到略高于心部Ar3的溫度后再淬火。 64（2）一次加熱淬火法）一次加熱淬火法一次淬火法是將工件滲碳后空冷到室溫（正火），然后再重新加熱淬火。對(duì)心部組織性能要求較高的合金滲碳鋼工

33、件，淬火加熱溫度略高于心部的Ac3，目的是使心部晶粒細(xì)化，并得到低碳馬氏體組織。對(duì)于承載不大而表面性能要求較高的工件，加熱溫度應(yīng)選用Ac1以上3050 ，使表層晶粒細(xì)化，而心部組織變化不大。 65（3）二次加熱淬火法）二次加熱淬火法二次淬火法 ，工件滲碳后首先正火，然后再重新加熱淬火。第一次淬火加熱到Ac3以上3050，細(xì)化心部組織。第二次淬火加熱到Ac1以上3050，使表面層獲得細(xì)馬氏體和均勻分布的粒狀滲碳體組織。二次淬火法工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，變形大。二次淬火法適用于表面要求高耐磨性、心部要求良好韌性的零件。 66滲碳淬火后熱處理及工藝路線滲碳淬火后熱處理及工藝路線 滲碳淬火后要在

34、160180 進(jìn)行低溫回火，以消除淬火應(yīng)力，提高韌性。 滲碳零件的典型工藝路線一般為：鍛造正火機(jī)加工滲碳淬火低溫回火精磨 滲碳層一般按工件輪廓分布，不需滲碳的部位，如內(nèi)花鍵部位，可鍍銅防滲。 67滲碳鋼淬火、回火后的性能滲碳鋼淬火、回火后的性能 （1）滲碳件表面為過共析鋼，淬火、低溫回火后表層組織為回火M、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體混合組織，硬度可達(dá)6062 HRC； 而心部組織為低碳回火馬氏體（淬透時(shí)），硬度為3045 HRC，或S或T、F混合組織（未淬透時(shí)），硬度為138185 HBS。 因此滲碳淬火工件表面硬度高，具有良好的耐磨性，心部具有很好的塑性和韌性。 （2）表層形成高碳馬氏體時(shí)，

35、體積膨脹較大，結(jié)果在表面層形成殘余壓應(yīng)力，因而提高了工件的疲勞強(qiáng)度。 683.4.2.2 滲氮滲氮定義：定義：滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面，形成含氮硬化層的化學(xué)熱處理工藝。目的：目的：提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性等。常用滲氮方法：常用滲氮方法：有氣體滲氮、離子滲氮、氮碳共滲（軟氮化）等。生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣體滲氮。 氮化鋼：氮化鋼：中碳鋼、中碳合金鋼，一般都采用能形成穩(wěn)定氮化物的中碳合金鋼，如38CrMoAlA、38CrWVAlA等。Al、Cr、Mo、W、V等合金元素與N結(jié)合形成的氮化物能起到彌散強(qiáng)化作用，使氮化層達(dá)到很高的硬度。69案例：案例： 45鋼、 40