31941機(jī)械工程材料及成形工藝3鋼的熱處理

——熱處理概述、熱處理原理、鋼的整體熱處理鋼的表面淬火與化學(xué)熱處理、熱處理新技術(shù)簡(jiǎn)介無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院2014年4月鋼的熱處理本章要點(diǎn)熱處理是提高機(jī)器零件質(zhì)量和延長(zhǎng)使用壽命的關(guān)鍵工序，也是充分發(fā)揮金屬材料潛力、節(jié)約材料的有效途徑。本章著重介紹鋼的熱處理的基本原理和常用熱處理方法。第一節(jié)鋼的熱處理概述第二節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第三節(jié)鋼的整體熱處理第四節(jié)鋼的表面淬火與化學(xué)熱處理第五節(jié)熱處理新技術(shù)簡(jiǎn)介參考資料：熱處理裝備發(fā)展趨勢(shì)第一節(jié)熱處理概述熱處理——采用適當(dāng)?shù)姆绞皆诠虘B(tài)下對(duì)金屬進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理工藝曲線：熱處理示意動(dòng)畫點(diǎn)擊動(dòng)畫分類特點(diǎn)常用方法整體熱處理是對(duì)工件整體進(jìn)行穿透加熱退火、正火、淬火+回火、調(diào)質(zhì)等表面熱處理是僅對(duì)工件的表面進(jìn)行的熱處理工藝表面淬火和回火（如感應(yīng)加熱淬火）、氣相沉積等化學(xué)熱處理是改變工件表層的化學(xué)成分、組織和性能滲碳、滲氮、碳氮共滲、氮碳共滲、滲金屬、多元共滲等熱處理分類（GB/T12603-2005）箱式爐臺(tái)車式電阻爐常用熱處理爐示例井式爐網(wǎng)帶爐熱處理多用爐生產(chǎn)線示例平衡臨界點(diǎn)：實(shí)際加熱臨界點(diǎn)：實(shí)際冷卻臨界點(diǎn)：A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm鋼的熱處理臨界點(diǎn)（臨界線）一、鋼的加熱轉(zhuǎn)變（奧氏體化）二、鋼的冷卻轉(zhuǎn)變（過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變）第二節(jié)鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變以共析鋼為例：

一、鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變

1、奧氏體的形成（又稱奧氏體化）奧氏體化的幾個(gè)階段：（1）形核與長(zhǎng)大（圖a,b）（2）殘余滲碳體的溶解（圖c）（3）奧氏體的均勻化（圖d）——表示晶粒大小的度量。可以用晶粒號(hào)、晶粒平均直徑、單位面積或單位體積內(nèi)晶粒的數(shù)目來(lái)表示。2、奧氏體晶粒度4級(jí)5級(jí)6級(jí)7級(jí)奧氏體的晶粒度示意圖如何測(cè)量奧氏體晶粒度？測(cè)量方法：參見(jiàn)GB/T6394-2002《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》3、奧氏體晶粒大小及影響因素奧氏體晶粒大小影響熱處理后的力學(xué)性能一般情況下，加熱時(shí)獲得細(xì)小均勻的奧氏體，熱處理后力學(xué)性能好影響奧氏體晶粒大小的因素：熱處理加熱工藝參數(shù)：奧氏體晶粒與加熱溫度T、保溫時(shí)間t有關(guān)，工藝參數(shù)應(yīng)合理化學(xué)成分：大多數(shù)合金元素（錳和磷除外）能阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。因此，合金鋼的奧氏體晶粒較細(xì)。原始組織：鋼的原始晶粒越細(xì)，奧氏體晶粒越細(xì)。熱處理加熱時(shí)希望獲得怎樣的奧氏體晶粒？欲細(xì)化晶粒：1.選好材料2.定好熱處理加熱參數(shù)

什么是過(guò)冷奧氏體？——A1線溫度以下暫時(shí)存在的奧氏體。二、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變冷卻轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì)是什么？——過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變

冷卻方式對(duì)熱處理的影響？——不同冷卻方式，獲得不同的組織與力學(xué)性能例如：45鋼，經(jīng)840℃加熱保溫后空冷、硬度小于209HBS；油冷、硬度達(dá)45HRC；水冷、硬度達(dá)56HRCNO1NO2NO3以下五個(gè)問(wèn)題需要回答：熱處理冷卻方式有哪些？NO4——等溫轉(zhuǎn)變、連續(xù)轉(zhuǎn)變

鋼熱處理后后以不同的方式冷卻，其組織與性能如何？NO5——這個(gè)問(wèn)題的答案是本節(jié)重點(diǎn)，詳見(jiàn)以下分析1、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變圖（TTT曲線，C曲線）等溫轉(zhuǎn)變圖：（以共析鋼T8鋼為例）——“保溫溫度、轉(zhuǎn)變開(kāi)始、轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物”的關(guān)系等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（曲線，共析鋼）共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變圖分析（TTT曲線，C曲線）高溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變組織（高溫轉(zhuǎn)變顯微組織）（珠光體型產(chǎn)物）珠光體P索氏體S托氏體T片狀間距”與轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)高溫轉(zhuǎn)變?yōu)椤捌瑺罱M織”“力學(xué)性能”與片層大小有關(guān)等溫轉(zhuǎn)變組織（中溫轉(zhuǎn)變顯微組織）（貝氏體型產(chǎn)物）上貝氏體（B上）下貝氏體（B下）羽毛狀組織黑色針狀組織下貝氏體具有綜合力學(xué)性能，優(yōu)于上貝氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物上貝氏體轉(zhuǎn)變視頻珠光體轉(zhuǎn)變視頻亞共析鋼，過(guò)共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖亞共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖（TTT曲線，C曲線）過(guò)共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖（TTT曲線，C曲線）亞共析鋼首先析出“F”過(guò)共析鋼首先析出“Fe3C”淬火臨界冷速Vk——它是工件淬火時(shí)可抑制非馬氏體轉(zhuǎn)變的最小冷卻速度共析鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變圖（CCT曲線）2、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變冷速慢于VK，主要獲得高溫轉(zhuǎn)變P型組織冷速快于VK，主要獲得低溫轉(zhuǎn)變M組織圖中各線條的意義用等溫轉(zhuǎn)變曲線近似分析連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變“TTT曲線”在連續(xù)冷卻過(guò)程中的應(yīng)用注：用等溫轉(zhuǎn)變圖來(lái)估計(jì)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程是很粗略的，要比較精確地定性、定量說(shuō)明連續(xù)冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變，必須借助于連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（CCT曲線）VK：淬火臨界冷卻速度連續(xù)冷卻——不同速度下轉(zhuǎn)變組織與性能規(guī)律：冷卻速度越大，獲得的組織其強(qiáng)度硬度越高淬火時(shí)，并非冷速越大越好，冷速過(guò)大導(dǎo)致零件產(chǎn)生大的淬火內(nèi)應(yīng)力，是導(dǎo)致變形與開(kāi)裂的主要原因思考：什么是淬火理想冷速？冷卻速度組織性能馬氏體：碳溶于α-Fe中的過(guò)飽和固溶體。用“Ｍ”表示馬氏體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變特征：（1）低于MS溫度下的發(fā)生非擴(kuò)散相變，轉(zhuǎn)變速度快;（3）若溫度在Mf以上停止冷卻，轉(zhuǎn)變不完全有殘余奧氏體（A’）;（3）馬氏體轉(zhuǎn)變伴隨體積膨脹組織：

高碳馬氏體（WC＞1.0%），針狀馬氏體。硬度高而脆性大

低碳馬氏體（WC＜0.2%），板條狀馬氏體。具有良好的強(qiáng)度及較好的韌性高碳馬氏體低碳馬氏體馬氏體性能——馬氏體的性能主要取決于馬氏體中溶入的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)馬氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其硬度也越高馬氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.6%時(shí)，硬度增加很慢第三節(jié)鋼的整體熱處理四、回火預(yù)備熱處理最終熱處理一、退火二、正火三、淬火預(yù)備熱處理作用：消除前道工序的缺陷為后續(xù)工序作組織準(zhǔn)備最終熱處理作用：滿足使用性能要求什么是整體熱處理？——指對(duì)工件整體進(jìn)行穿透加熱的熱處理稱為整體熱處理整體熱處理的方法方法（四把火）預(yù)先熱處理：退火、正火最終熱處理：淬火、回火整體熱處理的作用作用典型零件的制造過(guò)程：鑄/鍛→預(yù)備熱處理→粗加工→最終熱處理→精加工一、退火（動(dòng)畫）——將工件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝1、退火目的：降低硬度、改善切削加工性能、均勻鋼的化學(xué)成分和組織、消除內(nèi)應(yīng)力2、退火方法：完全退火球化退火去應(yīng)力退火

……完全退火——加熱完全奧氏體化（

Ac3+20~30℃）、保溫、緩慢冷卻，獲得接近平衡組織（F+P）的退火工藝。思考：低碳鋼和過(guò)共析鋼是否適宜？完全退火加熱溫度范圍完全退火溫度亞共析鋼完全退火組織主要適用于中碳和高碳成分的亞共析鋼降低硬度、均勻組織、去應(yīng)力AF+AA+Fe3CII球化退火——加熱至Ac1+20~30℃、保溫、隨爐緩冷到500-600℃時(shí)出爐空冷，獲得球狀珠光體組織（P球）。亦可采用等溫球化退火工藝。對(duì)比P球與P片性能差異？球化退火加熱溫度范圍球化退火溫度球狀珠光體P球片狀珠光體P片AF+AA+Fe3CII球化退火主要適用于碳含量高的過(guò)共析鋼鑄、鍛、焊件降低硬度改善切削加工性能，為最后熱處理作組織準(zhǔn)備

去應(yīng)力退火——500-650℃爐冷至200℃后空冷，組織不變，主要目的是消除工件前道工序造成的殘余應(yīng)力。去應(yīng)力退火適用于所有鋼去應(yīng)力退火加熱溫度范圍AF+AA+Fe3CII去應(yīng)力退火溫度AF+AA+Fe3CII二、正火（動(dòng)畫，視頻）——正火是將工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的加熱溫度通常在Ac3或Accm線以上30～50℃1、正火目的：調(diào)整硬度（比退火高）,改善切削加工性能細(xì)化組織，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備消除網(wǎng)狀Fe3CII，為球化退火做好組織準(zhǔn)備正火溫度2、退火與正火工藝比較3、正火與退火的選用從改善鋼的切削加工性能方面考慮

材料硬度在170-230HBS范圍時(shí)，切削加工性能最好故：低碳鋼用正火；中碳鋼完全退火和正火均可；高碳鋼用球化退火從獲得使用性能方面考慮

當(dāng)力學(xué)性能要求不高、或大工件不便淬火件，可用正火從經(jīng)濟(jì)性方面考慮

正火周期短，操作簡(jiǎn)便，工藝成本低，應(yīng)優(yōu)先用正火代替退火——是將工件加熱到Ac3或Ac1點(diǎn)以上某一溫度保持一定時(shí)間，然后以適當(dāng)速度快速冷卻獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。三、淬火（動(dòng)畫）1、淬火目的

（1）提高鋼的強(qiáng)度和硬度

（2）獲得M或B下組織，配合適當(dāng)溫度回火，獲得鋼件最終使用性能淬火存在問(wèn)題：

（1）淬火內(nèi)應(yīng)力

（2）馬氏體組織不穩(wěn)定

（3）馬氏體韌性不高脆性較大淬火后一般需回火2、淬火加熱溫度亞共析鋼淬火加熱溫度：AC3以上30℃~50℃，使鋼完全奧氏體化，淬火后獲得全部馬氏體組織。共析、過(guò)共析鋼淬火加熱溫度：AC1以上30℃~50℃，得到奧氏體和部分二次滲碳體，淬火后得到馬氏體（共析鋼）或馬氏體加滲碳體（過(guò)共析鋼）組織。3、淬火冷卻速度、淬火介質(zhì)為什么要有合理的淬火冷卻速度？什么是理想淬火冷卻方式？一是使鋼淬成馬氏體必須有快冷速；二是冷速過(guò)快使淬火內(nèi)應(yīng)力增加使零件變形開(kāi)裂保證獲得馬氏體組織條件下減少淬火應(yīng)力，避免工件產(chǎn)生變形或開(kāi)裂過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定區(qū)，慢冷！過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定區(qū)，慢冷！過(guò)冷奧氏體不穩(wěn)定區(qū)，快冷！熱處理淬火液常用冷卻介質(zhì)有哪些？冷卻特征是什么？（1）水冷卻能力比較強(qiáng)，但在低溫時(shí)冷卻速度過(guò)快，產(chǎn)生比較大的淬火應(yīng)力（2）礦物油冷卻速度較慢，可有效減少淬火應(yīng)力，但容易發(fā)生非馬氏體轉(zhuǎn)變（3）熔鹽（鹽?。⑷蹓A（堿?。┮话阌糜诘葴卮慊?。如機(jī)油、變壓器油和柴油等。新型淬火劑有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油（4）新型淬火劑有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液（汽膜淬火劑）聚乙烯醇水溶液：常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.3%之間的水溶液，冷卻能力介于水和油之間。當(dāng)工件淬入該溶液時(shí)，工件表面形成一層蒸汽膜和一層凝膠薄膜，兩層膜使加熱工件冷卻。進(jìn)入沸騰階段后，薄膜破裂，工件冷卻加快，當(dāng)達(dá)到低溫時(shí)，聚乙烯醇凝膠膜復(fù)又形成，工件冷卻速度又下降，所以這種溶液在高、低溫區(qū)冷卻能力低，在中溫區(qū)冷卻能力高，有良好的冷卻特性（接近理想冷卻方式）三硝水溶液：由25%硝酸鈉+20%亞硝酸鈉+20%硝酸鉀+35%水組成。在高溫（650～500℃）時(shí)由于鹽晶體析出，破還蒸汽膜形成，冷卻能力接近于水。在低溫（300～200℃）時(shí)由于濃度極高，流動(dòng)性差，冷卻能力接近于油，故其可代替水－油雙介質(zhì)淬火汽膜淬火劑介紹4、常用淬火方法選擇適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒ㄍx用淬火介質(zhì)一樣，可以保證在獲得所要求的淬火組織和性能條件下，盡量減小淬火應(yīng)力，減少工件變形和開(kāi)裂傾向單介質(zhì)淬火：適用于形狀簡(jiǎn)單的小尺寸碳鋼件（水淬）和合金鋼件（油淬）雙介質(zhì)淬火：適用于尺寸較大的碳鋼件馬氏體分級(jí)淬火：適用于尺寸較小的刀具、量具和要求變形很小的精密件貝氏體等溫淬火：適宜處理形狀復(fù)雜、尺寸精度要求較高的小尺寸工具和重要的機(jī)器零件常用淬火方法：——指鋼在淬火后獲得馬氏體的能力，是材料固有的屬性5、鋼的淬透性（1）淬透性影響因素：與奧氏體化條件有關(guān)，過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性時(shí)，淬透性好與化學(xué)成分有關(guān)，一般合金鋼的淬透性優(yōu)于碳鋼（2）淬透性測(cè)量方法：淬硬層深度臨界淬透直徑“Dc”測(cè)量淬硬層深度測(cè)定（末端淬火法）——指從淬硬的工件表面量至規(guī)定硬度（一般為500HV）處的垂直距離幾種鋼的淬硬層比較硬度HRC臨界淬透直徑測(cè)定——指鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體或馬氏體組織時(shí)的最大直徑幾種鋼的臨界淬透直徑（3）淬透性意義——鋼的淬透性對(duì)于合理選用鋼材，正確制訂熱處理工藝，都具有非常重要的意義要求淬透工件：對(duì)于大截面、形狀復(fù)雜、在動(dòng)載荷下工作，承受軸向拉壓的連桿、螺栓、拉桿、鍛模等，要求表面和心部性能均勻一致的零件，應(yīng)選用淬透性良好的鋼材，以保證心部“淬透”可以不淬透工件：對(duì)于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)力（如軸類）、表面要求耐磨并承受沖擊力的零件，應(yīng)力主要集中在表面，可不淬透；對(duì)于焊接件：一般不選用淬透性好的鋼，否則在焊接和熱影響區(qū)出現(xiàn)淬火組織，造成焊件變形、開(kāi)裂。6、常見(jiàn)的熱處理缺陷（1）過(guò)熱和過(guò)燒（加熱保溫時(shí)）“過(guò)熱”——奧氏體晶粒粗大的缺陷“過(guò)燒”——奧氏體晶界出現(xiàn)局部熔化或者氧化的現(xiàn)象（2）氧化和脫碳（加熱保溫時(shí)）鋼件與爐氣中的02、H2O及CO2

等氧化性氣體發(fā)生化學(xué)作用，形成Fe3O4、

FeO等氧化物。使工件表面粗糙（3）變形和開(kāi)裂（淬硬冷卻時(shí)）由淬火內(nèi)應(yīng)力引起（組織應(yīng)力+熱應(yīng)力），引起形狀和尺寸的變化，甚至產(chǎn)生淬火裂紋（4）硬度不足和軟點(diǎn)其表面硬度低于應(yīng)有的硬度如何預(yù)防熱處理缺陷？1、回火目的（1）減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力；（2）穩(wěn)定組織，穩(wěn)定尺寸；（3）降低脆性、獲得所需力學(xué)性能

四、回火2．回火時(shí)組織和性能的變化回火時(shí)組織轉(zhuǎn)變過(guò)程200℃以下：馬氏體的分解200～300℃：殘余奧氏體分解250～400℃：滲碳體的形成400℃以上：滲碳體聚集長(zhǎng)大——將淬火后的工件重新加熱到A1線以下某一溫度，保溫后冷卻到室溫的工藝。淬火與回火配合，使工件獲得所需的使用性能隨著回火溫度升高，淬火內(nèi)應(yīng)力不斷下降或消除；硬度逐漸下降，塑性、韌性逐漸升高?；鼗饡r(shí)力學(xué)性能的變化硬度、強(qiáng)度下降↘塑性、韌性上升↗3、回火工藝及應(yīng)用回火方法回火溫度/℃回火組織回火后硬度適用范圍低溫回火<250M回58~64HRC要求高硬度和耐磨的工具和零件。如切削刀具、冷沖模具、量具、滾動(dòng)軸承、滲碳件等中溫回火250~500T回35~50HRC要求高屈服強(qiáng)度和一定韌性的彈性元件，熱作模具等高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）>500S回200~350HBS要求綜合力學(xué)性能的重要受力零件，如軸、齒輪、連桿、螺栓第四節(jié)鋼的表面淬火與化學(xué)熱處理一、鋼的表面淬火二、鋼的化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱表面淬火火焰加熱表面淬火……滲碳滲氮碳氮共滲齒輪活塞銷本節(jié)主要解決什么問(wèn)題有些零件對(duì)性能要求表面具有高的硬度和耐磨性，而心部則要求具有一定的強(qiáng)度、足夠的塑性和韌性。即“里韌外硬”舉例：表面熱處理：僅對(duì)鋼件表面進(jìn)行加熱、冷卻，以改變材料表面層組織和性能的工藝表面淬火：僅對(duì)工件表面層進(jìn)行的淬火，使表層獲得馬氏體組織。適合于要求表面具有較高硬度和耐磨性、心部具有一定強(qiáng)度的零件一、表面淬火常用表面淬火方法：（1）感應(yīng)加熱表面淬火（簡(jiǎn)稱感應(yīng)淬火）（2）火焰加熱表面淬火（3）電接觸加熱表面淬火1、感應(yīng)淬火（點(diǎn)擊視頻）感應(yīng)淬火原理示意圖原理：電磁感應(yīng)【集膚效應(yīng)】。鋼件在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流——電能轉(zhuǎn)變成熱能——迅速加熱至淬火溫度工藝：快速加熱：溫度為Ac3以上100~200℃快速冷卻：噴水水冷感應(yīng)淬火后需低溫回火（亦可自回火）組織與性能：表層：獲得M回，硬度高，具有耐磨性心部：組織不變，具有良好綜合性能δ=(500~600)/√f（mm）式中：δ——淬硬層深度，mm；f——電流頻率，Hz

感應(yīng)淬火方法與應(yīng)用

類別頻率范圍/Hz淬硬層／mm應(yīng)用舉例高頻感應(yīng)淬火200k～300k0.5～2在摩擦條件下工作的零件，如小齒輪、小軸中頻感應(yīng)淬火1k～10k2～8承受扭曲、壓力載荷的零件，如曲軸、大齒輪、主軸工頻感應(yīng)淬火5010～15承受扭曲、壓力載荷的大型零件，如冷軋輥感應(yīng)淬火頻率與淬硬層深度感應(yīng)淬火件的選材與技術(shù)條件適用材料：中碳成分的鋼適宜：40、45、40Cr、40MnB……技術(shù)條件：高頻淬火為例，淬硬層深度δ，0.5～2.0mm表面硬度，50~55HRC，具有良好的耐磨性心部性能，調(diào)質(zhì)處理，保證心部獲得強(qiáng)韌性

特點(diǎn)與應(yīng)用范圍：時(shí)間短效率高、變形小、淬硬層易控制，需投資設(shè)備及制用感應(yīng)圈；適宜大批生產(chǎn)應(yīng)用舉例：機(jī)床齒輪，用40Cr，加工工藝路線如下下料→鍛造→正火→機(jī)械加粗加工→調(diào)質(zhì)處理→機(jī)械精（半精加工）→感應(yīng)淬火、低溫回火→精加工

請(qǐng)同學(xué)們分析工藝路線中各熱處理工藝的作用火焰淬火：常用氧-乙炔火焰對(duì)零件表面進(jìn)行加熱點(diǎn)擊（動(dòng)畫）2、其他表面淬火多功能激光加工中心激光淬火激光加熱表面淬火，或局部淬火定義：化學(xué)熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，改變材料表面化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。作用：強(qiáng)化硬化金屬表面；保護(hù)金屬表面（如耐高溫、耐腐蝕）種類：滲非金屬（滲碳、滲氮、滲硼等）滲金屬（滲鉻、滲鋁等）過(guò)程：分解、吸收、擴(kuò)散二、化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理的基本過(guò)程（2）吸收:活性原子被零件表面吸收和溶解（3）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（1）分解:化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子以滲碳為例：2CO+O2CO2+〔C〕介質(zhì)：活性碳[C]方法：固體（干將莫邪劍的故事）、液體、氣體滲碳。滲碳新技術(shù)，“真空滲碳、離子滲碳”等工藝：溫度T，900~950℃，時(shí)間t，0.1~0.15mm/小時(shí)作用：獲得表面高碳及高硬度，保持心部低碳及韌性固體滲碳示意圖井式氣體滲碳爐外形1、滲碳（點(diǎn)擊視頻）莫邪干將煉劍處：杭州莫干山吳王闔閭與莫邪干將劍：蘇州干將路與虎丘劍池固體滲碳應(yīng)用小故事（莫邪與干將劍）滲碳件選材：低碳成分鋼，20、20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4技術(shù)條件：表面滲層深度，0.5~2.5mm表面碳含量，0.85%~1.05%；表面硬度高耐磨，58~64HRC（滲碳、淬火+低溫回火）心部良好強(qiáng)韌性耐沖擊滲碳件選材及技術(shù)條件低碳鋼滲碳緩慢冷卻后組織思考：（1）滲碳后經(jīng)淬火、低溫回火組織？（2）與淬火方法？（直接淬火、一次淬火、二次淬火）滲碳工藝應(yīng)用應(yīng)用范圍:汽車變速齒輪、凸輪、軸、活塞銷滲碳件工藝線舉例：20CrMnTi，汽車變速齒輪下料→鍛造→正火→機(jī)械加粗加工→滲碳→機(jī)械精（半精加工）→淬火、低溫回火→精加工汽車齒輪滲碳、直接淬火、低溫回火工藝思考：滲碳件工藝路線中各熱處理工藝的作用滲碳零件示例方法：

氣體滲氮（采用氨氣NH3）離子滲氮工藝：溫度500~560℃，時(shí)間：氣體滲氮30~50小時(shí)滲氮后不必再進(jìn)行其他熱處理滲氮件選材：常用鋼，38CrMoAlA特點(diǎn)：（1）表面硬度高（相當(dāng)于65HRC～72HRC）560～600℃不降（2）變形很小，滲氮層?。ㄒ话銥?.3~0.6mm）。（3）耐腐蝕優(yōu)良（4）氣體滲氮時(shí)間很長(zhǎng)滲氮層的組織白亮層（Fe2-3N,

Fe4N)→次層（Fe4N+F）→心部2、滲氮（氮化）滲氮工藝應(yīng)用適用范圍：適合于要求表面耐磨、耐疲勞的精密零件。磨床主軸、鏜床鏜桿、精密機(jī)床絲杠、內(nèi)燃機(jī)曲軸、精密齒輪、量具等滲氮件工藝路線舉例：38CrMoAlA鍛造→退火→機(jī)械粗加工→調(diào)質(zhì)處理→機(jī)械精加工→去應(yīng)力退火→粗磨→滲氮→精磨或研磨思考：滲氮件工藝路線中各熱處理工藝的作用——在奧氏體狀態(tài)下，同時(shí)將碳、氮滲入工件表層，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝。溫度：820～860℃，滲層深度為0.5～0.8mm，需4～6ｈ4、氮碳共滲（軟氮化）

3、碳氮共滲——同時(shí)滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學(xué)熱處理，也稱軟氮化。溫度：560℃±10℃，保溫時(shí)間一般為3h～4h4、其他化學(xué)熱處理感應(yīng)淬火、滲碳、滲氮工藝比較工藝溫度/℃時(shí)間/h后續(xù)熱處理性能變形適用材料舉例經(jīng)濟(jì)性感應(yīng)淬火Ac3以上100~200~低溫回火表面：50~55HRC心部：綜合性能小4540Cr40CrNi大批量時(shí)好氣體滲碳930～9503～9淬火+低溫回火表面：58～64HRC心部：強(qiáng)韌性大2020Cr20CrMnTi一般氣體滲氮500～60020～50不需要表面：950～1200HV相當(dāng)于65~72HRC心部：綜合性能小38CrMoAl差本節(jié)小結(jié)第五節(jié)熱處理新技術(shù)簡(jiǎn)介一、真空熱處理二、可控氣氛熱處理三、形變熱處理四、激光淬火與電子束淬火少無(wú)浪費(fèi)能源少無(wú)有害排放少無(wú)質(zhì)量分散少無(wú)疇變少無(wú)氧化加熱少無(wú)脫碳少無(wú)廢品和返修品少無(wú)人工熱處理熱處理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

（摘自中國(guó)熱處理行業(yè)十二五規(guī)劃）一、真空熱處理真空熱處理爐可實(shí)現(xiàn)滲碳、淬火、回火零件表面無(wú)氧化、脫碳工藝控制精度高產(chǎn)品合格率高

真空熱處理應(yīng)用實(shí)例（1）真空高壓氣淬爐最高工作溫度：1350℃；溫度均勻性：±5℃；極限真空度：＜5Pa；氣淬壓力：1MPa；爐溫均勻度：±5℃

（2）智能型真空滲碳淬火爐最高工作溫度：1300℃；爐溫均勻性：±5℃；控溫精度：±0.1℃；極限真空度：4×10Pa；壓升率：0.65Pa/h；淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間：25s；氣冷壓強(qiáng)：油淬爐2bar，氣淬爐6bar、10bar、12bar；硬化層深度偏差±0.1mm二、可控氣氛熱處理可實(shí)現(xiàn)滲碳、滲氮、淬火、回火零件表面氧化、脫碳輕微工藝控制精度高自動(dòng)化程度高產(chǎn)品合格率高箱式多用爐大型井式滲碳爐可控氣氛熱處理應(yīng)用實(shí)例預(yù)抽真空熱處理生產(chǎn)線最高工作溫度：950℃；一次裝爐量：600kg；前室預(yù)抽真空極限真空度：133Pa；爐溫均勻度：±5℃；爐氣碳勢(shì)控制精度：±0.05%C。高溫可控氣氛多用爐最高工作溫度：1100℃；工作區(qū)尺寸：1800×1200×850mm；爐溫均勻性≤±5℃；碳勢(shì)控制精度≤±0.05%C；空爐升溫時(shí)間≤5h；空爐損失≤60kW；表面溫升（爐體）≤45℃；最大裝爐量：3500kg；滲層深度偏差：±10%?？煽貧夥諢崽幚響?yīng)用實(shí)例底裝料立式多用爐生產(chǎn)線最高工作溫度：1050℃；控溫精度≤±1℃；爐溫均勻性≤±5℃；碳勢(shì)控制精度≤±0.05%C；表面溫升≤45℃。大型可控氣氛井式滲碳爐最高工作溫度：1000℃；爐溫均勻性：±5℃；爐溫穩(wěn)定度：±1℃；碳勢(shì)均勻性：±0.05%C；碳勢(shì)穩(wěn)定度：±0.02%C；表面溫升：爐體≤40℃，爐蓋≤45℃?？煽貧夥諢崽幚響?yīng)用實(shí)例真空可控氣氛滲氮爐額定功率：105kW；爐溫均勻度：±3.5℃；表面溫升：35℃；極限真空度：4.6Pa；工作真空度：15Pa?；钚云岭x子氮化爐最大裝爐量：1500kg；空爐升溫時(shí)間：≤1.35h；表面溫升：≤28℃；爐溫均勻度：≤±3℃；溫度控制精度：≤±1℃；壓力控制精度：≤±3pa；流量控制精度：≤±0.5%?？煽貧夥諠B氮爐可控氣氛熱處理應(yīng)用實(shí)例控制氣氛井式滲氮爐工作溫度：650℃；爐溫均勻度：≤±5℃；爐溫穩(wěn)定度：±1℃；表面溫升：爐殼表面25℃，爐蓋表面50℃；氮?jiǎng)菥鶆蚨龋骸堋?.05%Np；氮?jiǎng)菘刂凭龋骸堋?.02%Np。精密可控氣氛箱式滲氮爐最高工作溫度：800℃；工作區(qū)尺寸：900×1500×850mm；空爐升溫時(shí)間≤2.5h；溫度均勻度≤±3℃；表面溫升≤45℃；空爐損失≤24kW；最大裝爐量：1500kg可控氣氛罩式滲氮爐最高工作溫度：750℃；爐溫均勻度：±3℃。三、形變熱處理——是將塑性變形和熱處理結(jié)合，以提高工件力學(xué)性能的復(fù)合工藝優(yōu)點(diǎn)：使工件獲得一般加工處理達(dá)不到的高強(qiáng)度與高韌性的良好結(jié)合。同時(shí)，形變熱處理還大大簡(jiǎn)化了金屬材料或工件的生產(chǎn)流程，節(jié)約了能源。不足：受設(shè)備和工藝條件影響，對(duì)形狀比較復(fù)雜的工件進(jìn)行形變熱處理尚有困難；形變熱處理后工件的切削加工和焊接也有一定困難應(yīng)用：目前主要用于形狀簡(jiǎn)單的小尺寸零件。如軸承、連桿、板彈簧和鏈輪等。四、激光淬火與電子束淬火1、激光淬火——以激光作為能源，以極快的速度加熱工件的自冷淬火。激光發(fā)出能量密度極高，能以極快速度加熱工件表面，自冷淬火后使工件表面得到強(qiáng)化。2、電子束淬火——以電子束作為能源，以極快的速度加熱工件的自冷淬火。用電子槍轟擊工件表面，將電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使工件表面層急速加熱，自冷淬火后使工件表面得到?qiáng)化。電子束淬火的能量利用率可達(dá)80%，大大高于激光淬火。激光與電子束熱處理特點(diǎn)與應(yīng)用特點(diǎn)：兩種表面淬火工藝不受鋼材種類限制，加熱區(qū)域小，加熱速度極快，不需淬火介質(zhì)，淬火質(zhì)量高，工件表面光潔，且無(wú)工業(yè)污染。應(yīng)用：目前主要用于精密零件和關(guān)鍵零件的局部表面淬火，也用于對(duì)微孔、溝槽和不通孔等部位進(jìn)行淬火。參考資料：熱處理裝備發(fā)展趨勢(shì)一、加熱設(shè)備——節(jié)能二、工藝過(guò)程——精確三、監(jiān)控技術(shù)——遠(yuǎn)程四、淬火冷卻——可控五、輔助設(shè)備——節(jié)水六、三廢排放——環(huán)保當(dāng)代技術(shù)水平提高越來(lái)越依賴于設(shè)備。因此，熱處理裝備一定程度上決定了熱處理的水平。以下介紹熱處理裝備，分以下幾個(gè)方面一、加熱設(shè)備——節(jié)能1、真空熱處理2、可控氣氛熱處理3、加熱爐全纖維爐襯4、IGBT晶體管感應(yīng)加熱技術(shù)5、計(jì)算機(jī)精密控制技術(shù)6、化學(xué)熱處理催滲技術(shù)

纖維保溫材料爐襯二、工藝過(guò)程——精確自動(dòng)化的生產(chǎn)方式操作者站通過(guò)控制按鈕操作料車的半自動(dòng)方式已被淘汰，操作者只需要將產(chǎn)品的信息和工藝號(hào)輸入控制計(jì)算機(jī)中，并且將裝好的料筐放在備料臺(tái)上，按下啟動(dòng)程序按鈕即可。熱處理設(shè)備用圍欄封閉，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將自動(dòng)地控制全部過(guò)程。生產(chǎn)線功能多樣化

在一條生產(chǎn)線上組合多用爐、氮化爐、清洗機(jī)、回火爐等各種熱處理設(shè)備，提高設(shè)備的綜合利用率。系統(tǒng)還可設(shè)置優(yōu)先等級(jí)，確保需要的產(chǎn)品優(yōu)先完成。料車裝卸料定位采用編碼器定位，料車行走采用激光定位