機械加工常見熱處理工藝

滲碳滲碳熱處理滲碳：是對金屬表面處理的一種，采用滲碳的多為低碳鋼或低合金鋼，具體方法是將工件置入具有活性滲碳介質(zhì)中，加熱到900--950攝氏度的單相奧氏體區(qū)，保溫足夠時間后，使?jié)B碳介質(zhì)中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳，心部仍保持原有成分。相似的還有低溫滲氮處理。這是金屬材料常見的一種熱處理工藝，它可以使?jié)B過碳的工件表面獲得很高的硬度，提高其耐磨程度。概述滲碳（carburizing/carburization）是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小于0.25%)。滲碳后﹐鋼件表面的化學成分可接近高碳鋼。工件滲碳后還要經(jīng)過淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲勞強度﹐并保持心部有低碳鋼淬火后的強韌性﹐使工件能承受沖擊載荷。滲碳工藝廣泛用于飛機﹑汽車和拖拉機等的機械零件﹐如齒輪﹑軸﹑凸輪軸等。滲碳工藝在中國可以上溯到2000年以前。最早是用固體滲碳介質(zhì)滲碳。液體和氣體滲碳是在20世紀出現(xiàn)并得到廣泛應用的。美國在20年代開始采用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲碳。30年代﹐連續(xù)式氣體滲碳爐開始在工業(yè)上應用。60年代高溫(960～1100℃)氣體滲碳得到發(fā)展。至70年代﹐出現(xiàn)了真空滲碳和離子滲碳。分類按含碳介質(zhì)的不同﹐滲碳可分為氣體滲碳、固體滲碳﹑液體滲碳﹑和碳氮共滲（氰化）。氣體滲碳是將工件裝入密閉的滲碳爐內(nèi)，通入氣體滲劑（甲烷、乙烷等）或液體滲劑（煤油或苯、酒精、丙酮等），在高溫下分解出活性碳原子，滲入工件表面，以獲得高碳表面層的一種滲碳操作工藝。固體滲碳是將工件和固體滲碳劑（木炭加促進劑組成）一起裝在密閉的滲碳箱中，將箱放入加熱爐中加熱到滲碳溫度，并保溫一定時間，使活性碳原子滲人工件表面的一種最早的滲碳方法。液體滲碳是利用液體介質(zhì)進行滲碳，常用的液體滲碳介質(zhì)有：碳化硅，“603”滲碳劑等。碳氮共滲（氰化）又分為氣體碳氮共滲、液體碳氮共滲、固體碳氮共滲。原理滲碳與其他化學熱處理一樣﹐也包含3個基本過程。①分解滲碳介質(zhì)的分解產(chǎn)生活性碳原子。②吸附活性碳原子被鋼件表面吸收后即溶到表層奧氏體中﹐使奧氏體中含碳量增加。③擴散表面含碳量增加便與心部含碳量出現(xiàn)濃度差﹐表面的碳遂向內(nèi)部擴散。碳在鋼中的擴散速度主要取決于溫度﹐同時與工件中被滲元素內(nèi)外濃度差和鋼中合金元素含量有關(guān)。滲碳零件的材料一般選用低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小於0.25%)。滲碳后必須進行淬火才能充分發(fā)揮滲碳的有利作用。工件滲碳淬火后的表層顯微組織主要為高硬度的馬氏體加上殘余奧氏體和少量碳化物﹐心部組織為韌性好的低碳馬氏體或含有非馬氏體的組織﹐但應避免出現(xiàn)鐵素體。一般滲碳層深度范圍為0.8～1.2毫米﹐深度滲碳時可達2毫米或更深。表面硬度可達HRC58～63﹐心部硬度為HRC30～42。滲碳淬火后﹐工件表面產(chǎn)生壓縮內(nèi)應力﹐對提高工件的疲勞強度有利。因此滲碳被廣泛用以提高零件強度﹑沖擊韌性和耐磨性﹐借以延長零件的使用壽命。滲碳工藝流程1、直接淬火低溫回火組織及性能特點：不能細化鋼的晶粒。工件淬火變形較大，合金鋼滲碳件表面殘余奧氏體量較多，表面硬度較低適用范圍：操作簡單，成本低廉用來處理對變形和承受沖擊載荷不大的零件，適用于氣體滲碳和液體滲碳工藝。2、預冷直接淬火、低溫回火淬火溫度800-850℃。組織及性能特點：可以減少工件淬火變形，滲層中殘余奧氏體量也可稍有降低，表面硬度略有提高，但奧氏體晶粒沒有變化。適用范圍：操作簡單，工件氧化、脫碳及淬火變形均小，廣泛應用于細晶粒鋼制造的各種工具。3、一次加熱淬火，低溫回火淬火溫度820-850℃或780-810℃。組織及性能特點：對心部強度要求較高者，采用820-850℃淬火，心部為低碳M，表面要求硬度高者，采用780-810℃淬火可以細化晶粒。適用范圍：適用于固體滲碳后的碳鋼和低合金鋼工件、氣體、液體滲碳的粗晶粒鋼，某些滲碳后不宜直接淬火的工件及滲碳后需機械加工的零件。4、滲碳高溫回火，一次加熱淬火，低溫回火淬火溫度840-860℃。組織及性能特點：高溫回火使M和殘余A分解，滲層中碳和合金元素以碳化物形式析出，便于切削加工及淬火后殘余A減少。適用范圍：主要用于Cr—Ni合金滲碳工件5、二次淬火低溫回火組織及性能特點：第一次淬火（或正火），可以消除滲碳層網(wǎng)狀碳化物及細化心部組織（850-870℃），第二次淬火主要改善滲層組織，對心部性能要求不高時可在材料的Ac1—Ac3之間淬火，對心部性能要求高時要在Ac3以上淬火。適用范圍：主要用于對力學性能要求很高的重要滲碳件，特別是對粗晶粒鋼。但在滲碳后需經(jīng)過兩次高溫加熱，使工件變形和氧化脫碳增加，熱處理過程較復雜。6、二次淬火冷處理低溫回火組織及性能特點：高于Ac1或Ac3（心部）的溫度淬火，高合金表層殘余A較多，經(jīng)冷處理（-70℃/-80℃）促使A轉(zhuǎn)變從而提高表面硬度和耐磨性。適用范圍：主要用于滲碳后不進行機械加工的高合金鋼工件。7、滲碳后感應加熱淬火低溫回火組織及性能特點：可以細化滲層及靠近滲層處的組織。淬火變形小，不允許硬化的部位不需預先防滲。適用范圍：各種齒輪和軸類工藝新發(fā)展?jié)B碳工藝是一個十分古老的工藝，在中國，最早可上溯到2000年以前。起先是用固體滲碳介質(zhì)滲碳。在20世紀出現(xiàn)液體和氣體滲碳并得到廣泛應用。后來又出現(xiàn)了真空滲碳和離子滲碳。到現(xiàn)在，滲碳工藝仍然具有非常重要的實用價值，原因就在于它的合理的設(shè)計思想，即讓鋼材表層接受各類負荷（磨損、疲勞、機械負載及化學腐蝕）最多的地方，通過滲入碳等元素達到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲勞強度及耐蝕性﹐而不必通過昂貴的合金化或其它復雜工藝手段對整個材料進行處理。這不僅能用低廉的碳鋼或合金鋼來代替某些較昂貴的高合金鋼，而且能夠保持心部有低碳鋼淬火后的強韌性﹐使工件能承受沖擊載荷。因此，完全符合節(jié)能、降耗，可持續(xù)發(fā)展的方向。近年來，出現(xiàn)了高濃度滲碳工藝，與傳統(tǒng)工藝在完全奧氏體區(qū)（溫度在900~950℃，滲碳后表面碳質(zhì)量分數(shù)為0.85%~1.05%）進行滲碳不同，它是在Ac1～Accm之間的不均勻奧氏體狀態(tài)下進行，其滲層表面碳濃度可高達2%～4%。其結(jié)果可獲得細小顆粒碳化物均勻、彌散分布的滲層。其滲碳溫度降至800℃～860℃溫度范圍，可實現(xiàn)一般鋼材滲碳后直接淬火；由于高濃度滲碳層含有很高數(shù)量（20%～50%）的彌散分布的碳化物，故顯示出比普通滲碳更優(yōu)異的耐磨性、耐蝕性，更高的接觸與彎曲疲勞強度，較高的沖擊韌度、較低的脆性及較好的回火穩(wěn)定性。該工藝還具有適用性廣、對設(shè)備無特殊要求等優(yōu)點，具有較高的經(jīng)濟效益和實用價值，近年來在國內(nèi)外獲得競相研究與開發(fā)。為了防止?jié)B碳過程中奧氏體晶粒的粗化，一般都在鋼材中添加適量的鈦，通過形成碳氮化鈦粒子釘扎晶界而阻止晶粒長大。國家標準規(guī)定滲碳鋼中鈦添加量為0.04～0.08wt%。然而，最近有研究工作表明，當鈦含量超過0.032%，就會在滲碳鋼冶煉鑄錠凝固時析出氮化鈦。這種氮化鈦尺寸達到微米數(shù)量級，起不到阻止奧氏體晶粒長大的作用，反而由于這種呈立方體的粒子的尖角效應以及與基體組織的不連續(xù)性而成為微裂紋的策源地和裂紋擴展的中繼站，嚴重損害鋼材的韌塑性。工作還表明，將鈦含量降至0.02～0.032%，仍然能夠同樣有效地起到控制奧氏體晶粒長大的作用，而又可避免有害氮化鈦粒子的形成，因此是值得推薦的合理的選擇范圍。常見缺陷及其防止(一)碳濃度過高⒈產(chǎn)生原因及危害：如果滲碳時急劇加熱，溫度又過高或固體滲碳時用全新滲碳劑，或用強烈的催滲劑過多都會引起滲碳濃度過高的現(xiàn)象。隨著碳濃度過高，工件表面出現(xiàn)塊狀粗大的碳化物或網(wǎng)狀碳化物。由于這種硬脆組織產(chǎn)生，使?jié)B碳層的韌性急劇下降。并且淬火時形成高碳馬氏體，在磨削時容易出現(xiàn)磨削裂紋。⒉防止的方法①不能急劇加熱，需采用適當?shù)募訜釡囟?，不使鋼的晶粒長大為好。如果滲碳時晶粒粗大，則應在滲碳后正火或兩次淬火處理來細化晶粒。②嚴格控制爐溫均勻性，不能波動過大，在反射爐中固體滲碳時需特別注意。③固體滲碳時，滲碳劑要新、舊配比使用。催滲劑最好采用4—7%的BaCO3，不使用Na2CO3作催滲劑。(二)碳濃度過低⒈產(chǎn)生的原因及危害：溫度波動很大或催滲劑過少都會引起表面的碳濃度不足。最理想的碳濃度為0.9—1.0%之間，低于0.8%C，零件容易磨損。⒉防止的方法：①滲碳溫度一般采用920—940℃，滲碳溫度過低就會引起碳濃度過低，且延長滲碳時間；滲碳溫度過高會引起晶粒粗大。②催滲劑(BaCO3)的用量不應低于4%。(三)滲碳后表面局部貧碳：⒈產(chǎn)生的原因及危害：固體滲碳時，木炭顆粒過大或夾雜有石塊等雜質(zhì)，或催滲劑與木炭拌得不均勻，或工件所接觸都會引起局部無碳或貧碳。工件表面的污物也可以引起貧碳。⒉防止的方法①固體滲碳劑一定要按比例配制，攪拌均勻。②裝爐的工件注意不要有接觸。固體滲碳時要將滲碳劑搗實，勿使?jié)B碳過塌而使工件接觸。③卻除表面的污物。(四)滲碳濃度加劇過渡⒈產(chǎn)生的原因及危害：滲碳濃度突然過渡就是表面與中心的碳濃度變化加劇，不是由高到低的均勻過渡，而是突然過渡。產(chǎn)生此缺陷的原因是滲碳劑作用很強烈(如新配制的木炭，舊滲碳劑加得很少)，同時鋼中有Cr、Mn、Mo等合金元素是促使碳化物形成強烈，而造成表面高濃度，中心低濃度，并無過渡層。產(chǎn)生此缺陷后造成表里相當大的內(nèi)應力，在淬火過程中或磨削過程中產(chǎn)生裂紋或剝落現(xiàn)象。⒉防止的方法：滲碳劑新舊按規(guī)定配比制，使?jié)B碳緩和。用BaCO3作催滲劑較好，因為Na2CO3比較急劇。(五)磨加工時產(chǎn)生回火及裂紋⒈產(chǎn)生的原因：滲碳層經(jīng)磨削加工后表面引起軟化的現(xiàn)象，稱之為磨加工產(chǎn)生的回火。這是由于磨削時加工進給量太快，砂輪硬度和粒度或轉(zhuǎn)速選擇不當，或磨削過程中冷卻不充分，都易產(chǎn)生此類缺陷。這是因為磨削時的熱量使表面軟化的緣故。磨削時產(chǎn)生回火缺陷則零件耐磨性降低。表面產(chǎn)生六角形裂紋。這是因為用硬質(zhì)砂輪表面受到過份磨削，而發(fā)熱所致。也與熱處理回火不足，殘余內(nèi)應力過大有關(guān)。用酸浸蝕后，凡是有缺陷部位呈黑色，可與沒有缺陷處區(qū)別開來。這是磨削時產(chǎn)生熱量回火。使馬使體轉(zhuǎn)變?yōu)榍象w組織的緣故。其實，裂紋在磨削后肉眼即可看見。⒉防止的方法：①淬火后必須經(jīng)過充分回火或多次回火，消除內(nèi)應力。②采用40~60粒度的軟質(zhì)或中質(zhì)氧化鋁砂輪，磨削進給量不過大。③磨削時先開冷卻液，并注意磨削過程中的充分冷卻滲碳鋼的化學成分特點(1)滲碳鋼的含碳量一般都在0.15--0.25%范圍內(nèi),對于重載的滲碳體,可以提高到0.25--0.30%碳素滲碳鋼中,用得最多的是15和20鋼,它們經(jīng)滲碳和熱處理后表面硬度可達56--62HRC。但由于淬透性較低,只適用于心部強度要求不高、受力小、承受磨損的小型零件,如軸套、鏈條等.(2)合金元素在滲碳鋼中的作用是提高淬透性,細化晶粒,強化固溶體,影響滲層中的含碳量、滲層厚度及組織.在滲碳鋼中通常加入的合金元素有錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、硼等.低合金滲碳鋼如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其滲透性和心部強度均較碳素滲碳鋼高,可用于制造一般機械中的較為重要的滲碳件,如汽車、拖拉機中的齒輪、活塞銷等.中合金滲碳鋼如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和較高的強度及韌性,主要用以制造截面較大、承載較重、受力復雜的零件,如航空發(fā)動機的齒輪、軸等.固體滲碳;液體滲碳;氣體滲碳---滲碳溫度為900--950C,表面層w(碳)為0.8--1.2%,層深為0.5--2.0mm.滲碳后的熱處理---滲碳工件實際上應看作是由一種表面與中心含量相差懸殊碼復合材料.滲碳只能改變工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最終強化則必須經(jīng)過適當?shù)臒崽幚聿拍軐崿F(xiàn).滲碳后的工件均需進行淬火和低溫回火.淬火的目的是使在表面形成高碳馬氏體或高碳馬氏體和細粒狀碳化物組織.低溫回火溫度為150--200C.滲碳零件注意事項(1)滲碳前的預處理正火--目的是改善材料原始組織、減少帶狀、消除魏氏組織,使表面粗糙度變細,消除材料流線不合理狀態(tài).正火工藝;用860--980C空冷、179--217HBS.(2)滲碳后需進行機械加工的工件,硬度不應高于30HRC.(3)對于有薄壁溝槽的滲碳淬火零件,薄壁溝槽處不能先于滲碳之前加工.(4)不得用鍍鋅的方法防滲碳.氮化處理經(jīng)氮化處理后的工件氮化處理是指一種在一定溫度下一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。經(jīng)氮化處理的制品具有優(yōu)異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性。常見有液體滲氮、氣體滲氮、離子滲氮。氮化處理又稱為擴散滲氮。氣體滲氮在1923年左右，由德國人Fry首度研究發(fā)展并加以工業(yè)化。由于經(jīng)本法處理的制品具有優(yōu)異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫，其應用范圍逐漸擴大。例如鉆頭、螺絲攻、擠壓模、壓鑄模、鍜壓機用鍜造模、螺桿、連桿、曲軸、吸氣及排氣活門及齒輪凸輪等均有使用。二、氮化用鋼簡介傳統(tǒng)的合金鋼料中之鋁、鉻、釩及鉬元素對滲氮甚有幫助。這些元素在滲氮溫度中，與初生態(tài)的氮原子接觸時，就生成安定的氮化物。尤其是鉬元素，不僅作為生成氮化物元素，亦作為降低在滲氮溫度時所發(fā)生的脆性。其他合金鋼中的元素，如鎳、銅、硅、錳等，對滲氮特性并無多大的幫助。一般而言，如果鋼料中含有一種或多種的氮化物生成元素，氮化后的效果比較良好。其中鋁是最強的氮化物元素，含有0.85～1.5%鋁的滲氮結(jié)果最佳。在含鉻的鉻鋼而言，如果有足夠的含量，亦可得到很好的效果。但沒有含合金的碳鋼，因其生成的滲氮層很脆，容易剝落，不適合作為滲氮鋼。一般常用的滲氮鋼有六種如下：（1）含鋁元素的低合金鋼（標準滲氮鋼）（2）含鉻元素的中碳低合金鋼SAE4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800系。（3）熱作模具鋼（含約5%之鉻）SAEH11（SKD–61）H12，H13（4）肥粒鐵及麻田散鐵系不銹鋼SAE400系（5）奧氏體系不銹鋼SAE300系（6）析出硬化型不銹鋼17-4PH，17–7PH，A–286等含鋁的標準滲氮鋼，在氮化后雖可得到很高的硬度及高耐磨的表層，但其硬化層亦很脆。相反的，含鉻的低合金鋼硬度較低，但硬化層即比較有韌性，其表面亦有相當?shù)哪湍バ约澳褪男?。因此選用材料時，宜注意材料之特征，充分利用其優(yōu)點，俾符合零件之功能。至于工具鋼如H11（SKD61）D2（SKD–11），即有高表面硬度及高心部強度。三、氮化處理技術(shù)流程：1、滲氮前的零件表面清洗大部分零件，可以使用氣體去油法去油后立刻滲氮。部分零件也需要用汽油清洗比較好，但在滲氮前之最后加工方法若采用拋光、研磨、磨光等，即可能產(chǎn)生阻礙滲氮的表面層，致使?jié)B氮后，氮化層不均勻或發(fā)生彎曲等缺陷。此時宜采用下列二種方法之一去除表面層。第一種方法在滲氮前首先以氣體去油。然后使用氧化鋁粉將表面作abrasivecleaning。第二種方法即將表面加以磷酸皮膜處理（phosphatecoating）。2、滲氮爐的排除空氣將被處理零件置于滲氮爐中，并將爐蓋密封后即可加熱，但加熱至150℃以前須作爐內(nèi)排除空氣工作。排除爐內(nèi)的主要功用是防止氨氣分解時與空氣接觸而發(fā)生爆炸性氣體，及防止被處理物及支架的表面氧化。其所使用的氣體即有氨氣及氮氣二種。排除爐內(nèi)空氣的要領(lǐng)如下：①被處理零件裝妥后將爐蓋封好，開始通無水氨氣，其流量盡量可能多。②將加熱爐之自動溫度控制設(shè)定在150℃并開始加熱（注意爐溫不能高于150℃）。③爐中之空氣排除至10%以下，或排出之氣體含90%以上之NH3時，再將爐溫升高至滲氮溫度。3、氨的分解率滲氮是鋪及其他合金元素與初生態(tài)的氮接觸而進行，但初生態(tài)氮的產(chǎn)生，即因氨氣與加熱中的鋼料接觸時鋼料本身成為觸媒而促進氨之分解。雖然在各種分解率的氨氣下，皆可滲氮，但一般皆采用15～30%的分解率，并按滲氮所需厚度至少保持4～10小時，處理溫度即保持在520℃左右。4、冷卻大部份的工業(yè)用滲氮爐皆具有熱交換機，以期在滲氮工作完成后加以急速冷卻加熱爐及被處理零件。即滲氮完成后，將加熱電源關(guān)閉，使爐溫降低約50℃，然后將氨的流量增加一倍后開始啟開熱交換機。此時須注意觀察接在排氣管上玻璃瓶中，是否有氣泡溢出，以確認爐內(nèi)之正壓。等候?qū)霠t中的氨氣安定后，即可減少氨的流量至保持爐中正壓為止。當爐溫下降至150℃以下時，即使用前面所述之排除爐內(nèi)氣體法，導入空氣或氮氣后方可啟開爐蓋。四、氣體氮化技術(shù)：氣體氮化系于1923年由德國AFry所發(fā)表，將工件置于爐內(nèi)，利NH3氣直接輸進500～550℃的氮化爐內(nèi)，保持20～100小時，使NH3氣分解為原子狀態(tài)的（N）氣與（H）氣而進行滲氮處理，在使鋼的表面產(chǎn)生耐磨、耐腐蝕之化合物層為主要目的，其厚度約為0.02～0.02m/m，其性質(zhì)極硬Hv1000～1200，又極脆，NH3之分解率視流量的大小與溫度的高低而有所改變，流量愈大則分解度愈低，流量愈小則分解率愈高，溫度愈高分解率愈高，溫度愈低分解率亦愈低，NH3氣在570℃時經(jīng)熱分解如下：NH3→〔N〕Fe+3/2H2經(jīng)分解出來的N，隨而擴散進入鋼的表面形成。相的Fe2-3N氣體滲氮，一般缺點為硬化層薄而氮化處理時間長。氣體氮化因分解NH3進行滲氮效率低，故一般均固定選用適用于氮化之鋼種，如含有Al，Cr，Mo等氮化元素，否則氮化幾無法進行，一般使用有JIS、SACM1新JIS、SACM645及SKD61以強韌化處理又稱調(diào)質(zhì)因Al，Cr，Mo等皆為提高變態(tài)點溫度之元素，故淬火溫度高，回火溫度亦較普通之構(gòu)造用合金鋼高，此乃在氮化溫度長時間加熱之間，發(fā)生回火脆性，故預先施以調(diào)質(zhì)強韌化處理。NH3氣體氮化，因為時間長表面粗糙，硬而較脆不易研磨，而且時間長不經(jīng)濟，用于塑膠射出形機的送料管及螺旋桿的氮化。五、液體氮化技術(shù)：液體軟氮化主要不同是在氮化層里之有Fe3Nε相，F(xiàn)e4Nr相存在而不含F(xiàn)e2Nξ相氮化物，ξ相化合物硬脆在氮化處理上是不良于韌性的氮化物，液體軟氮化的方法是將被處理工件，先除銹，脫脂，預熱后再置于氮化坩堝內(nèi)，坩堝內(nèi)是以TF–1為主鹽劑，被加溫到560～600℃處理數(shù)分至數(shù)小時，依工件所受外力負荷大小，而決定氮化層深度，在處理中，必須在坩堝底部通入一支空氣管以一定量之空氣氮化鹽劑分解為CN或CNO，滲透擴散至工作表面，使工件表面最外層化合物8～9%wt的N及少量的C及擴散層，氮原子擴散入α–Fe基地中使鋼件更具耐疲勞性，氮化期間由于CNO之分解消耗，所以不斷要在6～8小時處理中化驗鹽劑成份，以便調(diào)整空氣量或加入新的鹽劑。液體軟氮化處理用的材料為鐵金屬，氮化后的表面硬度以含有Al，Cr，Mo，Ti元素者硬度較高，而其含金量愈多而氮化深度愈淺，如炭素鋼Hv350～650，不銹鋼Hv1000～1200，氮化鋼Hv800～1100。液體軟氮化適用于耐磨及耐疲勞等汽車零件，縫衣機、照相機等如氣缸套處理，氣門閥處理、活塞筒處理及不易變形的模具處。采用液體軟氮化的國家，西歐各國、美國、蘇俄、日本。六、離子氮化技術(shù)：此一方法為將一工件放置于氮化爐內(nèi)，預先將爐內(nèi)抽成真空達10-2～10-3Torr（㎜Hg）后導入N2氣體或N2+H2之混合氣體，調(diào)整爐內(nèi)達1～10Torr，將爐體接上陽極，工件接上陰極，兩極間通以數(shù)百伏之直流電壓，此時爐內(nèi)之N2氣體則發(fā)生光輝放電成正離子，向工作表面移動，在瞬間陰極電壓急劇下降，使正離子以高速沖向陰極表面，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)闅饽埽沟霉ぜ砻鏈囟鹊靡陨仙?，因氮離子的沖擊后將工件表面打出Fe.C.O.等元素飛濺出來與氮離子結(jié)合成FeN，由此氮化鐵逐漸被吸附在工件上而產(chǎn)生氮化作用，離子氮化在基本上是采用氮氣，但若添加碳化氫系氣體則可作離子軟氮化處理，但一般統(tǒng)稱離子氮化處理，工件表面氮氣濃度可改變爐內(nèi)充填的混合氣體（N2+H2）的分壓比調(diào)節(jié)得之，純離子氮化時，在工作表面得單相的r′（Fe4N）組織含N量在5.7～6.1%wt，厚層在10μn以內(nèi)，此化合物層強韌而非多孔質(zhì)層，不易脫落，由于氮化鐵不斷的被工件吸附并擴散至內(nèi)部，由表面至內(nèi)部的組織即為FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N順序變化，單相ε（Fe3N）含N量在5.7～11.0%wt，單相ξ（Fe2N）含N量在11.0～11.35%wt，離子氮化首先生成r相再添加碳化氫氣系時使其變成ε相之化合物層與擴散層，由于擴散層的增加對疲勞強度的增加有很多助。而蝕性以ε相最佳。離子氮化處理的度可從350℃開始，由于考慮到材質(zhì)及其相關(guān)機械性質(zhì)的選用處理時間可由數(shù)分鐘以致于長時間的處理，本法與過去利用熱分解方化學反應而氮化的處理法不同，本法系利用高離子能之故，過去認為難處理的不銹鋼、鈦、鈷等材料也能簡單的施以優(yōu)秀的表面硬化處理。相關(guān)標準GB/T11354-2005鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗GB/T18177-2008鋼件的氣體滲氮HB/Z79-1995航空結(jié)構(gòu)鋼及不銹鋼滲氮工藝說明書JB/T6956-2007鋼鐵件的離子滲氮JB/T8491.5-2008機床零件熱處理技術(shù)條件5滲氮、氮碳共滲JB/T9172-1999齒輪滲氮、氮碳共滲工藝及質(zhì)量控制JB/T9173-1999齒輪碳氮共滲工藝及質(zhì)量控制QJ2539.3-1993化學熱處理鋼的氣體滲氮CB3385-1991鋼鐵零件滲氮層深度測定方法高頻科技名詞定義中文名稱：高頻英文名稱：highfrequency;HF高頻及感應加熱技術(shù)目前對金屬材料加熱效率最高、速度最快，且低耗環(huán)保。它已經(jīng)廣泛應用于各行各業(yè)對金屬材料的熱加工、熱處理、熱裝配及焊接、熔煉等工藝中。它不但可以對工件整體加熱，還能對工件局部的針對性加熱；可實現(xiàn)工件的深層透熱，也可只對其表面、表層集中加熱；不但可對金屬材料直接加熱，也可對非金屬材料進行間接式加熱。等等。因此，感應加熱技術(shù)必將在各行各業(yè)中應用越來越廣泛。簡介用感應電流使工件局部加熱的表面熱處理工藝。這種熱處理工藝常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有時也用于整體淬火和回火。20世紀30年代初，美國、蘇聯(lián)先后開始應用感應加熱方法對零件進行表面淬火。隨著工業(yè)的發(fā)展，感應加熱熱處理技術(shù)不斷改進,應用范圍也不斷擴大。基本原理將工件放入感應器(線圈)內(nèi)，當感應器中通入一定頻率的交變電流時，周圍即產(chǎn)生交變磁場。交變磁場的電磁感應作用使工件內(nèi)產(chǎn)生封閉的感應電流——渦流。感應電流在工件截面上的分布很不均勻，工件表層電流密度很高，向內(nèi)逐漸減小,這種現(xiàn)象稱為集膚效應。工件表層高密度電流的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽贡韺拥臏囟壬?，即實現(xiàn)表面加熱。電流頻率越高，工件表層與內(nèi)部的電流密度差則越大，加熱層越薄。在加熱層溫度超過鋼的臨界點溫度后迅速冷卻，即可實現(xiàn)表面淬火。分類根據(jù)交變電流的頻率高低，可將感應加熱熱處理分為超高頻、高頻、超音頻、中頻、工頻5類。①超高頻感應加熱熱處理所用的電流頻率高達27兆赫，加熱層極薄，僅約0.15毫米，可用于圓盤鋸等形狀復雜工件的薄層表面淬火。②高頻感應加熱熱處理所用的電流頻率通常為200～300千赫，加熱層深度為0.5～2毫米,可用于齒輪、汽缸套、凸輪、軸等零件的表面淬火。③超音頻感應加熱熱處理所用的電流頻率一般為20～30千赫，用超音頻感應電流對小模數(shù)齒輪加熱，加熱層大致沿齒廓分布，粹火后使用性能較好。④中頻感應加熱熱處理所用的電流頻率一般為2.5～10千赫，加熱層深度為2～8毫米，多用于大模數(shù)齒輪、直徑較大的軸類和冷軋輥等工件的表面淬火。⑤工頻感應加熱熱處理所用的電流頻率為50～60赫，加熱層深度為10～15毫米，可用于大型工件的表面淬火。特點和應用感應加熱的主要優(yōu)點是①不必整體加熱，工件變形小，電能消耗小。②無公害。③加熱速度快，工件表面氧化脫碳較輕。④表面淬硬層可根據(jù)需要進行調(diào)整，易于控制。⑤加熱設(shè)備可以安裝在機械加工生產(chǎn)線上，易于實現(xiàn)機械化和自動化，便于管理，且可減少運輸，節(jié)約人力，提高生產(chǎn)效率。⑥淬硬層馬氏體組織較細，硬度、強度、韌性都較高。⑦表面淬火后工件表層有較大壓縮內(nèi)應力，工件抗疲勞破斷能力較高。感應加熱熱處理也有一些缺點與火焰淬火相比，感應加熱設(shè)備較復雜，而且適應性較差，對某些形狀復雜的工件難以保證質(zhì)量。感應加熱廣泛用于齒輪、軸、曲軸、凸輪、軋輥等工件的表面淬火，目的是提高這些工件的耐磨性和抗疲勞破斷的能力。汽車后半軸采用感應加熱表面淬火，設(shè)計載荷下的疲勞循環(huán)次數(shù)比用調(diào)質(zhì)處理約提高10倍。感應加熱表面淬火的工件材料一般為中碳鋼。為適應某些工件的特殊需要，已研制出供感應加熱表面淬火專用的低淬透性鋼。高碳鋼和鑄鐵制造的工件也可采用感應加熱表面淬火。淬冷介質(zhì)常用水或高分子聚合物水溶液。設(shè)備感應加熱熱處理的設(shè)備主要由電源設(shè)備、淬火機床和感應器組成。電源設(shè)備的主要作用是輸出頻率適宜的交變電流。高頻電流電源設(shè)備有電子管高頻發(fā)生器和可控硅變頻器兩種。中頻電流電源設(shè)備是發(fā)電機組。一般電源設(shè)備只能輸出一種頻率的電流,有些設(shè)備可以改變電流頻率，也可以直接用50赫的工頻電流進行感應加熱。電源設(shè)備的選擇與工件要求的加熱層深度有關(guān)。加熱層深的工件，應使用電流頻率較低的電源設(shè)備；加熱層淺的工件，應使用電流頻率較高的電源設(shè)備。選擇電源設(shè)備的另一條件是設(shè)備功率。加熱表面面積增大，需要的電源功率相應加大。當加熱表面面積過大時或電源功率不足時，可采用連續(xù)加熱的方法，使工件和感應器相對移動，前邊加熱，后邊冷卻。但最好還是對整個加熱表面一次加熱。這樣可以利用工件心部余熱使淬硬的表層回火，從而使工藝簡化，還可節(jié)約電能。感應加熱淬火機床的主要作用是使工件定位并進行必要的運動。此外還應附有提供淬火介質(zhì)的裝置。淬火機床可分為標準機床和專用機床，前者適用于一般工件，后者適用于大量生產(chǎn)的復雜工件。進行感應加熱熱處理時，為保證熱處理質(zhì)量和提高熱效率，必須根據(jù)工件的形狀和要求，設(shè)計制造結(jié)構(gòu)適當?shù)母袘?。常用的感應器有外表面加熱感應器、?nèi)孔加熱感應器、平面加熱感應器、通用型加熱感應器、特型加熱感應器、單一型加熱感應器、復合型加熱感應器，熔煉加熱爐等。蘸火\淬火蘸火是淬火的通稱。指把金屬工件加熱到一定溫度，然后浸入冷卻劑（油、水等）急速冷卻，目的是增加硬度。百科名片淬火鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體1化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。淬火目的淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。淬火工藝將金屬工件加熱到某一適當溫度并保持一段時間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學性能，如淬火使永磁鋼增強其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。淬火時的快速冷卻會使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應力，當其大到一定程度時工件便會發(fā)生扭曲變形甚至開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火4類。淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和檢測方法：淬火工件的硬度HR-150型電動洛氏硬度計淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度計測定其HRC值。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測定HRA值，而厚度小于0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小于5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計測定其HRN值。在焊接中碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區(qū)中可能發(fā)生淬火現(xiàn)象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設(shè)法防止的。由于淬火后金屬硬而脆，產(chǎn)生的表面殘余應力會造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎(chǔ)上，消除冷裂紋的手段之一。淬火對厚度、直徑較小的零件使用比較合適，對于過大的零件，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問題，此時應考慮在鋼材中加入鉻等合金來增加強度。淬火是鋼鐵材料強化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相(表1)，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火后鋼件內(nèi)部有較大的淬火內(nèi)應力，因而不宜直接應用，必須進行回火。表1鋼中鐵基固溶體的顯微硬度值淬火工藝的應用淬火工藝在現(xiàn)代機械制造工業(yè)得到廣泛的應用。機械中重要零件，尤其在汽車、飛機、火箭中應用的鋼件幾乎都經(jīng)過淬火處理。為滿足各種零件干差萬別的技術(shù)要求，發(fā)展了各種淬火工藝。如，按接受處理的部位，有整體、局部淬火和表面淬火；按加熱時相變是否完全，有完全淬火和不完全淬火(對于亞共析鋼，該法又稱亞臨界淬火)；按冷卻時相變的內(nèi)容，有分級淬火，等溫淬火和欠速淬火等。工藝過程包括加熱、保溫、冷卻3個階段。下面以鋼的淬火為例，介紹上述三個階段工藝參數(shù)選擇的原則。淬火加熱溫度淬火加熱溫度以鋼的相變臨界點為依據(jù)，加熱時要形成細小、均勻奧氏體晶粒，淬火后獲得細小馬氏體組織。碳素鋼的淬火加熱溫度范圍如圖1所示。淬火加熱溫度范圍由本圖示出的淬火溫度選擇原則也適用于大多數(shù)合金鋼，尤其低合金鋼。亞共析鋼加熱溫度為Ac3溫度以上30～50℃。從圖上看，高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體(A)區(qū)內(nèi)，故稱為完全淬火。如亞共析鋼加熱溫度高于Ac1、低于Ac3溫度，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，即為不完全(或亞臨界)淬火。過共析鋼淬火溫度為Ac1溫度以上30～50℃，這溫度范圍處于奧氏體與滲碳體(A+C)雙相區(qū)。因而過共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織。這-組織狀態(tài)具有高硬度和高耐磨性。對于過共析鋼，若加熱溫度過高，先共析滲碳體溶解過多，甚至完全溶解，則奧氏體晶粒將發(fā)生長大，奧氏體碳含量也增加。淬火后，粗大馬氏體組織使鋼件淬火態(tài)微區(qū)內(nèi)應力增加，微裂紋增多，零件的變形和開裂傾向增加；由于奧氏體碳濃度高，馬氏體點下降，殘留奧氏體量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。常用鋼種淬火的溫度參見表2。表2常用鋼種淬火的加熱溫度實際生產(chǎn)中，加熱溫度的選擇要根據(jù)具體情況加以調(diào)整。如亞共析鋼中碳含量為下限，當裝爐量較多，欲增加零件淬硬層深度等時可選用溫度上限；若工件形狀復雜，變形要求嚴格等要采用溫度下限。淬火保溫淬火保溫時間由設(shè)備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設(shè)備功率等多種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內(nèi)部溫度均勻趨于一致。對各類淬火，其保溫時間最終取決于在要求淬火的區(qū)域獲得良好的淬火加熱組織。加熱與保溫是影響淬火質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，奧氏體化獲得的組織狀態(tài)直接影響淬火后的性能。-般鋼件奧氏體晶?？刂圃?～8級。淬火冷卻要使鋼中高溫相——奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成低溫亞穩(wěn)相——馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷淬火冷卻卻過程中，淬火冷卻表面與心部的冷卻速度有-定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況。為保證整個截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應力，可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質(zhì)和冷卻方式。冷卻階段不僅零件獲得合理的組織，達到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。淬火方式單介質(zhì)淬火工件在一種介質(zhì)中冷卻，如水淬、油淬。優(yōu)點是操作簡單，易于實現(xiàn)機械化，應用廣泛。缺點是在水中淬火應力大，工件容易變形開裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑小，大型工件不易淬透。雙介質(zhì)淬火工件先在較強冷卻能力介質(zhì)中冷卻到300℃左右，再在一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，如：先水淬后油淬，可有效減少馬氏體轉(zhuǎn)變的內(nèi)應力，減小工件變形開裂的傾向，可用于形狀復雜、截面不均勻的工件淬火。雙液淬火的缺點是難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時刻，轉(zhuǎn)換過早容易淬不硬，轉(zhuǎn)換過遲又容易淬裂。為了克服這一缺點，發(fā)展了分級淬火法。分級淬火工件在低溫鹽浴或堿浴爐中淬火，鹽浴或堿浴的溫度在Ms點附近，工件在這一溫度停留2min～5min，然后取出空冷，這種冷卻方式叫分級淬火。分級冷卻的目的，是為了使工件內(nèi)外溫度較為均勻，同時進行馬氏體轉(zhuǎn)變，可以大大減小淬火應力，防止變形開裂。分級溫度以前都定在略高于Ms點，工件內(nèi)外溫度均勻以后進入馬氏體區(qū)?，F(xiàn)在改進為在略低于Ms點的溫度分級。實踐表明，在Ms點以下分級的效果更好。例如，高碳鋼模具在160℃的堿浴中分級淬火，既能淬硬，變形又小，所以應用很廣泛。等溫淬火工件在等溫鹽浴中淬火，鹽浴溫度在貝氏體區(qū)的下部(稍高于Ms)，工件等溫停留較長時間，直到貝氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束，取出空冷。等溫淬火用于中碳以上的鋼，目的是為了獲得下貝氏體，以提高強度、硬度、韌性和耐磨性。低碳鋼一般不采用等溫淬火。表面淬火表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火的方法。表面淬火時通過快速加熱，使剛件表面很快到淬火的溫度，在熱量來不及穿到工件心部就立即冷卻，實現(xiàn)局部淬火。感應淬火感應加熱就是利用電磁感應?在工件內(nèi)產(chǎn)生渦流而將工件進行加熱。正火百科名片正火，又稱?；?，是將工件加熱至Ac3或Acm以上40~60℃，保溫一段時間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風冷卻的金屬熱處理工藝。其目的是在于使晶粒細化和碳化物分布均勻化，去除材料的內(nèi)應力，降低材料的硬度。簡介正火，又稱?；?，是將工件加熱至Ac3(Ac是指加熱時自由鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度，一般是從727℃到912℃之間)或Acm(Acm是實際加熱中過共析鋼完全奧氏體化的臨界溫度線)以上30~50℃，保溫一段時間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風冷卻的金屬熱處理工藝。其目的是在于使晶粒細化和碳化物分布均勻化。正火與退火的不同點是正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細一些，其機械性能也有所提高。另外，正火爐外冷卻不占用設(shè)備，生產(chǎn)率較高，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來代替退火。正火的主要應用范圍有：①用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預處理。②用于中碳鋼，可代替調(diào)質(zhì)處理作為最后熱處理，也可作為用感應加熱方法進行表面淬火前的預備處理。③用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網(wǎng)狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。④用于鑄鋼件，可以細化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能。⑤用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時較大的開裂傾向。⑥用于球墨鑄鐵，使硬度、強度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機、柴油機的曲軸、連桿等重要零件。⑦過共析鋼球化退火前進行一次正火，可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，以保證球化退火時滲碳體全部球?；?。正火后的組織：亞共析鋼為F+S，共析鋼為S，過共析鋼為S+二次滲碳體，且為不連續(xù)。正火主要用于鋼鐵工件。一般鋼鐵正火與退火相似，但冷卻速度稍大，組織較細。有些臨界冷卻速度（見淬火）很小的鋼，在空氣中冷卻就可以使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這種處理不屬于正火性質(zhì)，而稱為空冷淬火。與此相反，一些用臨界冷卻速度較大的鋼制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到馬氏體，淬火的效果接近正火。鋼正火后的硬度比退火高。正火時不必像退火那樣使工件隨爐冷卻，占用爐子時間短，生產(chǎn)效率高，所以在生產(chǎn)中一般盡可能用正火代替退火。對于含碳量低于0.25%的低碳鋼，正火后達到的硬度適中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火為切削加工作準備。對含碳量為0.25～0.5%的中碳鋼，正火后也可以滿足切削加工的要求。對于用這類鋼制作的輕載荷零件，正火還可以作為最終熱處理。高碳工具鋼和軸承鋼正火是為了消除組織中的網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作組織準備。普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理，由于正火后工件比退火狀態(tài)具有更好的綜合力學性能，對于一些受力不大、性能要求不高的普通結(jié)構(gòu)零件可將正火作為最終熱處理，以減少工序、節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率。此外，對某些大型的或形狀較復雜的零件，當淬火有開裂的危險時，正火往往可以代替淬火、回火處理，作為最終熱處理。目的（1）去除材料的內(nèi)應力（2）降低材料的硬度這樣是為了接下來的加工做準備。和退火差不多的作用，只是為了提高效率，降低成本。鋼件的熱處理工藝—正火鋼的熱處理種類分為整體熱處理和表面熱處理兩大類。常用的整體熱處理有退火，正火、淬火和回火；表面熱處理可分為表面淬火與化學熱處理兩類。正火是將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50℃,保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火的主要目的是細化組織，改善鋼的性能，獲得接近平衡狀態(tài)的組織。正火與退火工藝相比，其主要區(qū)別是正火的冷卻速度稍快，所以正火熱處理的生產(chǎn)周期短。故退火與正火同樣能達到零件性能要求時，盡可能選用正火。大部分中、低碳鋼的坯料一般都采用正火熱處理。一般合金鋼坯料常采用退火，若用正火，由于冷卻速度較快，使其正火后硬度較高，不利于切削加工?；鼗鹉康蘑艤p少或消除淬火內(nèi)應力，防止工件變形或開裂；⑵獲得工藝要求的力學性能；⑶穩(wěn)定工件尺寸；⑷對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用退火則軟化周期太長，而采用回火軟化則既能降低硬度，又能縮短軟化周期。對于未經(jīng)淬火的鋼，回火是沒有意義的，而淬火鋼不經(jīng)回火一般也不能直接使用。為避免淬火件在放置過程中發(fā)生變形或開裂，鋼件經(jīng)淬火后應及時進行回火。名詞定義中文名稱：回火英文名稱：tempering定義：將淬火后的鋼，在AC1以下加熱、保溫后冷卻下來的熱處理工藝。應用學科：電力（一級學科）；熱工自動化、電廠化學與金屬（二級學科）將經(jīng)過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當溫度，保溫一段時間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的金屬熱處理。或?qū)⒋慊鸷蟮暮辖鸸ぜ訜岬竭m當溫度，保溫若干時間，然后緩慢或快速冷卻。一般用以減低或消除淬火鋼件中的內(nèi)應力，或降低其硬度和強度，以提高其延性或韌性。[1]鋼的回火回火是工件淬硬后加熱到AC1以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鹨话憔o接著淬火進行，其目的是：（a）消除工件淬火時產(chǎn)生的殘留應力，防止變形和開裂；（b）調(diào)整工件的硬度、強度、塑性和韌性，達到使用性能要求；（c）穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度；（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件獲得所需性能的最后一道重要工序。按回火溫度范圍，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火?；鼗鸱诸悽诺蜏鼗鼗鸸ぜ?50~250℃進行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火殘留應力和脆性回火后得到回火馬氏體，指淬火馬氏體低溫回火時得到的組織。力學性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。應用范圍：刃具、量具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火的零件等。⑵中溫回火工件在350～500℃之間進行的回火。目的是得到較高的彈性和屈服點，適當?shù)捻g性。預先熱處理回火后得到回火屈氏體，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內(nèi)分布著極其細小球狀碳化物（或滲碳體）的復相組織。力學性能：35～50HRC，較高的彈性極限、屈服點和一定的韌性。應用范圍：彈簧、鍛模、沖擊工具等。⑶高溫回火工件在500℃以上進行的回火。目的是得到強度、塑性和韌性都較好的綜合力學性能?；鼗鸷蟮玫交鼗鹚魇象w，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內(nèi)分布著細小球狀碳化物（包括滲碳體）的復相組織。力學性能：200～350HBS，較好的綜合力學性能。應用范圍：廣泛用于各種較重要的受力結(jié)構(gòu)件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類零件等。工件淬火并高溫回火的復合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)不僅作最終熱處理，也可作一些精密零件或感應淬火件預先熱處理。45鋼正火和調(diào)質(zhì)后性能比較見下表所示。45鋼（φ20mm～φ40mm）正火和調(diào)質(zhì)后性能比較熱處理方法力學性能力學性能力學性能力學性能組織σb/Mpaδ×100Ak/JHBS正火700～80015～2040～64163～220索氏體+鐵素體調(diào)質(zhì)750～85020～2564～96210～250回火索氏體（由于百度的表格功能太差，所以這里不夠美觀）鋼淬火后在300℃左右回火時，易產(chǎn)生不可逆回火脆性，為避免它，一般不在250～350℃范圍內(nèi)回火。含鉻、鎳、錳等元素的合金鋼淬火后在500～650℃回火，緩冷易產(chǎn)生可逆回火脆性，為防止它，小零件可采用回火時快冷；大零件可選用含鎢或鉬的合金鋼。注意事項將淬火成馬氏體的鋼加熱到臨界點A1以下某個溫度，保溫適當時間，再冷到室溫的一種熱處理工藝?；鼗鸬哪康脑谟谙慊饝?，使鋼的組織轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定狀態(tài)。在不降低或適當降低鋼的硬度和強度的條件下改善鋼的塑性和韌性，以獲得所希望的性能。中碳和高碳鋼淬火后通常硬度很高，但很脆，一般需經(jīng)回火處理才能使用。鋼中的淬火馬氏體，是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，具有體心正方結(jié)構(gòu)，其正方度c/a隨含碳量的增加而增大（c/a=1+0.045wt%C）。馬氏體組織在熱力學上是不穩(wěn)定的，有向穩(wěn)定組織過渡的趨勢。許多鋼淬火后還有一定量的殘留奧氏體，也是不穩(wěn)定的，回火過程中將發(fā)生轉(zhuǎn)變。因此，回火過程本質(zhì)上是在一定溫度范圍內(nèi)加熱粹火鋼，使鋼中的熱力學不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡的復雜轉(zhuǎn)變過程。轉(zhuǎn)變的內(nèi)容和形式則視淬火鋼的化學成分和組織，以及加熱溫度而有所不同（見馬氏體相變）二次預熱。調(diào)整淬硬鋼以便使用的第三步通常是回火。除了等溫淬火鋼通常在淬火狀態(tài)下使用外，大多數(shù)鋼都不能在淬火狀態(tài)下使用。為產(chǎn)生馬氏體而采取的激冷使鋼很硬，產(chǎn)生宏觀內(nèi)應力和微觀內(nèi)應力，使材料塑性很低，脆性極大。為減少這種危害，可通過將鋼再加熱到A1線低溫轉(zhuǎn)變以下某一溫度。淬火鋼回火時產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變化是時間和溫度的函數(shù)?其中溫度是最重要的。必須要強調(diào)，回火不是硬化方法，而是剛好相反。回火鋼是將經(jīng)熱處理硬化的鋼?通過回火時的再加熱來釋放應力、軟化和提高塑性?；鼗鹨鸬慕Y(jié)構(gòu)變化和性能改變?nèi)Q于鋼重新加熱的溫度。溫度越高，效果越大，所以溫度的選擇通常取決于犧牲硬度和強度換取塑性和韌性的程度。重新加熱到100℃以下，對淬火普碳鋼影響不大，在100℃到200℃之間?結(jié)構(gòu)會發(fā)生某些變化，在200℃以上?結(jié)構(gòu)和性能顯著變化。在緊靠著A1溫度以下的長時間加熱會產(chǎn)生與球化退火過程類似的球化結(jié)構(gòu)。在工業(yè)上，通常要避免在250℃到425℃范圍內(nèi)回火，因為這個范圍內(nèi)回火的鋼經(jīng)常會產(chǎn)生無法解釋的脆性或塑性喪失現(xiàn)象。一些合金鋼在425℃到600℃范圍內(nèi)，也會產(chǎn)生“回火脆性”，特別是從（或通過）這個溫度范圍緩慢冷卻時出現(xiàn)。當這些鋼必須高溫回火時，它們通常加熱到600℃以上并快速冷卻。當然，從這個溫度快冷不會產(chǎn)生硬化，因為沒有進行奧氏體化。碳鋼的回火過程淬火碳鋼回火過程中的組織轉(zhuǎn)變對于各種鋼來說都有代表性?；鼗疬^程包括馬氏體分解，碳化物的析出、轉(zhuǎn)化、聚集和長大，鐵素體回復和再結(jié)晶，殘留奧氏體分解等四類反應。低、中碳鋼回火過程中的轉(zhuǎn)變示意地歸納在圖1中。根據(jù)它們的反應溫度，可描述為相互交疊的四個階段。回火第一階段回火（250℃以下）馬氏體在室溫是不穩(wěn)定的，填隙的碳原子可以在馬氏體內(nèi)進行緩慢的移動，產(chǎn)生某種程度的碳偏聚。隨著回火溫度的升高，馬氏體開始分解，在中、高碳鋼中沉淀出ε-碳化物（圖2），馬氏體的正方度減小。高碳鋼在50～100℃回火后觀察到的硬度增高現(xiàn)象，就是由于ε-碳化物在馬氏體中產(chǎn)生沉淀硬化的結(jié)果（見脫溶）。ε-碳化物具有密排六方結(jié)構(gòu)，呈狹條狀或細棒狀，和基體有一定的取向關(guān)系。初生的ε-碳化物很可能和基體保持共格。在250℃回火后，馬氏體內(nèi)仍保持含碳約0.25%。含碳低于0.2%的馬氏體在200℃以下回火時不發(fā)生ε-碳化物沉淀，只有碳的偏聚，而在更高的溫度回火則直接分解出滲碳體?；鼗鸬诙A段回火（200～300℃）殘留奧氏體轉(zhuǎn)變。回火到200～300℃的溫度范圍，淬火鋼中原來沒有完全轉(zhuǎn)變的殘留奧氏體，此時將會發(fā)生分解，形成貝氏體組織。在中碳和高碳鋼中這個轉(zhuǎn)變比較明顯。含碳低于0.4%的碳鋼和低合金鋼，由于殘留奧氏體量很少，所以這一轉(zhuǎn)變基本上可以忽略不計。第三階段回火（200～350℃）馬氏體分解完成，正方度消失。ε-碳化物轉(zhuǎn)化為滲碳體(Fe3C）。這一轉(zhuǎn)化是通過ε-碳化物的溶解和滲碳體重新形核長大方式進行的。最初形成的滲碳體和基體保持嚴格的取向關(guān)系。滲碳體往往在ε-碳化物和基體的界面上、馬氏體界面上、高碳馬氏體片中的孿晶界上和原始奧氏體晶粒界上形核（圖3）。形成的滲碳體開始時呈薄膜狀，然后逐漸球化成為顆粒狀的Fe3C。回火第四階段回火（350～700℃）滲碳體球化和長大，鐵素體回復和再結(jié)晶。滲碳體從400℃開始球化，600℃以后發(fā)生集聚性長大。過程進行中，較小的滲碳體顆粒溶于基體，而將碳輸送給選擇生長的較大顆粒。位于馬氏體晶界和原始奧氏體晶粒間界上的碳化物顆粒球化和長大的速度最快，因為在這些區(qū)域擴散容易得多。鐵素體在350～600℃發(fā)生回復過程。此時在低碳和中碳鋼中，板條馬氏體的板條內(nèi)和板條界上的位錯通過合并和重新排列，使位錯密度顯著降低，并形成和原馬氏體內(nèi)板條束密切關(guān)聯(lián)的長條狀鐵素體晶粒。原始馬氏體板條界可保持穩(wěn)定到600℃；在高碳鋼中，針狀馬氏體內(nèi)孿晶消失而形成的鐵素體，此時也仍然保持其針狀形貌。在600～700℃間鐵素體內(nèi)發(fā)生明顯的再結(jié)晶，形成了等軸鐵素體晶粒。此后，F(xiàn)e3C顆粒不斷變粗，鐵素體晶粒逐漸長大。合金元素的影響對一般回火過程的影響合金元素硅能推遲碳化物的形核和長大，并有力地阻滯ε-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體；鋼中加入2%左右硅可以使ε-碳化物保持到400℃。在碳鋼中，馬氏體的正方度于300℃基本消失，而含Cr、Mo、W、V、Ti和Si等元素的鋼，在450℃甚至500℃回火后仍能保持一定的正方度。說明這些元素能推遲鐵碳過飽和固溶體的分解。反之，Mn和Ni促進這個分解過程（見合金鋼）。合金元素對淬火后的殘留奧氏體量也有很大影響。殘留奧氏體圍繞馬氏體板條成細網(wǎng)絡(luò)；經(jīng)300℃回火后這些奧氏體分解，在板條界產(chǎn)生滲碳體薄膜。殘留奧氏體含量高時，這種連續(xù)薄膜很可能是造成回火馬氏體脆性（300～350℃）的原因之一。合金元素，尤其是Cr、Si、W、Mo等，進入滲碳體結(jié)構(gòu)內(nèi)，把滲碳體顆粒粗化溫度由350～400℃提高到500～550℃，從而抑制回火軟化過程，同時也阻礙鐵素體的晶粒長大。特殊碳化物和次生硬化當鋼中存在濃度足夠高的強碳化物形成元素時，在溫度為450～650℃范圍內(nèi)，能取代滲碳體而形成它們自己的特殊碳化物。形成特殊碳化物時需要合金元素的擴散和再分配，而這些元素在鐵中的擴散系數(shù)比C、N等元素要低幾個數(shù)量級。因此在形核長大前需要一定的溫度回火條件。基于同樣理由，這些特殊碳化物的長大速度很低。在450～650℃形成的高度彌散的特殊碳化物，即使長期回火后仍保持其彌散性。圖4表明，在450～650℃之間合金碳化物的形成對基體產(chǎn)生強化作用，使鋼的硬度重新升高，出現(xiàn)峰值。這一現(xiàn)象稱為次生硬化?；鼗痄撛诨鼗鸷蟮男阅艽慊痄摶鼗鸷蟮男阅苋Q于它的內(nèi)部顯微組織；鋼的顯微組織又隨其化學成分、淬火工藝及回火工藝而異。碳鋼在100～250℃之間回火后能獲得較好的力學性能。合金結(jié)構(gòu)鋼在200～700℃之間回火后的力學性能的典型變化如圖5所示。從圖5可以看出，隨著回火溫度的升高，鋼的抗拉強度σb單調(diào)下降；屈服強度σ0.3先稍升高而后降低；斷面收縮率ψ和伸長率δ不斷改善；韌性（用斷裂韌度K1c為指標）總的趨勢是上升，但在300～400℃之間和500～550℃之間出現(xiàn)兩個極小值，相應地被稱為低溫回火脆性與高溫回火脆性。因此，為了獲得良好的綜合力學性能，合金結(jié)構(gòu)鋼往往在三個不同溫度范圍回火：超高強度鋼約在200～300℃；彈簧鋼在460℃附近；調(diào)質(zhì)鋼在550～650℃回火。碳素及合金工具鋼要求具有高硬度和高強度，回火溫度一般不超過200℃?；鼗饡r具有次生硬化的合金結(jié)構(gòu)鋼、模具鋼和高速鋼等都在500～650℃范圍內(nèi)回火。回火回火脆性低溫回火脆性許多合金鋼淬火成馬氏體后在250～400℃回火中發(fā)生的脆化現(xiàn)象。已經(jīng)發(fā)生的脆化不能用重新加熱的方法消除，因此又稱為不可逆回火脆性。引起低溫回火脆性的回火軟化性原因已作了大量研究。普遍認為，淬火鋼在250～400℃范圍內(nèi)回火時，滲碳體在原奧氏體晶界或在馬氏體界面上析出，形成薄殼，是導致低溫回火脆性的主要原因。鋼中加入一定量的硅，推遲回火時滲碳體的形成，可提高發(fā)生低溫回火脆性的溫度，所以含硅的超高強度鋼可在300～320℃回火而不發(fā)生脆化，有利于改進綜合力學性能。高溫回火脆性許多合金鋼淬火后在500～550℃之間回火，或在600℃以上溫度回火后以緩慢的冷卻速度通過500～550℃區(qū)間時發(fā)生的脆化現(xiàn)象。如果重新加熱到600℃以上溫度后快速冷卻，可