熱處理的基本知識(shí)

關(guān)于熱處理的基本知識(shí)第1頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼的熱處理§1鋼的熱處理概述§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變§3鋼的整體熱處理工藝§4鋼的表面熱處理工藝§5熱處理新技術(shù)簡(jiǎn)介第2頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月熱處理的定義:時(shí)間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻§3-1鋼的熱處理概述第3頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月熱處理的主要目的:改變鋼的性能。熱處理的應(yīng)用范圍:整個(gè)制造業(yè)。熱處理的分類熱處理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)熱處理感應(yīng)淬火火焰淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;§3-1鋼的熱處理概述第4頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月箱式電阻爐§3-1鋼的熱處理概述第5頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月臺(tái)車式電阻爐§3-1鋼的熱處理概述第6頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)式熱處理爐§3-1鋼的熱處理概述第7頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月

鋼的臨界點(diǎn)：平衡臨界點(diǎn)：加熱臨界點(diǎn)：冷卻臨界點(diǎn)：A1、

A3、

AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm§3-1鋼的熱處理概述第8頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月

鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成過程又稱為奧氏體化。以共析鋼的奧氏體形成過程為例。

§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變1、奧氏體的形成(PA)一、鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變第9頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月

⑴奧氏體形核與晶核長(zhǎng)大奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的界面上形成。奧氏體晶核形成以后，依靠鐵、碳原子的擴(kuò)散，使鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變和滲碳體不斷溶入到奧氏體中去而進(jìn)行的。⑵殘留滲碳體的溶解鐵素體全部消失以后，仍有部分剩余滲碳體未溶解，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，這些剩余滲碳體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。⑶奧氏體均勻化滲碳體全部溶解完畢時(shí)，奧氏體的成分是不均勻的，只有延長(zhǎng)保溫時(shí)間，通過碳原子的擴(kuò)散才能獲得均勻化的奧氏體。亞共析鋼的加熱過程：過共析鋼的加熱過程：

§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第10頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月

奧氏體晶粒度的概念晶粒度：表示晶粒大小的尺度。鋼進(jìn)行加熱時(shí)，當(dāng)珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)，在一般情況下，奧氏體晶粒是比較細(xì)小而均勻的，此時(shí)的晶粒大小稱為奧氏體的起始晶粒度。

在某一具體的加熱條件下所得到的奧氏體晶粒大小稱為實(shí)際晶粒度。用以表明奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的晶粒度稱為本質(zhì)晶粒度。通常采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，即將鋼加熱到930±10℃，保溫3～8h后測(cè)定奧氏體晶粒大小，如晶粒大小級(jí)別在1～4級(jí)，稱為本質(zhì)粗晶粒鋼；如晶粒大小在5～8級(jí)，則稱為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。

2、奧氏體晶粒的長(zhǎng)大§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第11頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月晶粒度的測(cè)定方法：930±10℃保溫3~8小時(shí)(100×)本質(zhì)粗本質(zhì)細(xì)§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第12頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月晶粒度的控制Al脫氧(本質(zhì)細(xì))Si/Mn脫氧(本質(zhì)粗)§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第13頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月3.影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素1.加熱溫度

加熱溫度愈高，晶粒長(zhǎng)大速度越快，奧氏體晶粒也越粗大，熱處理時(shí)必須規(guī)定合適的加熱溫度范圍。2.保溫時(shí)間

隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒不斷長(zhǎng)大，但隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大速度越來越慢，且不會(huì)無限制地長(zhǎng)大下去?！?鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第14頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素3.加熱速度加熱速度越快，奧氏體化的實(shí)際溫度愈高，奧氏體的形核率大于長(zhǎng)大速度，獲得細(xì)小的起始晶粒。生產(chǎn)中常用快速加熱和短時(shí)保溫的方法來細(xì)化晶粒。4.冶煉和脫氧條件冶煉時(shí)用鋁脫氧，或加入Nb、Zr、V、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素，形成難溶的碳化物顆粒,阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，在一定溫度下晶粒不易長(zhǎng)大?！?鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第15頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素5.含碳量的影響(有臨界值)

隨著奧氏體含碳量的增加，F(xiàn)e、C原子的擴(kuò)散速度增大，奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向增加。當(dāng)超過奧氏體飽和碳濃度以后，由于出現(xiàn)了殘余滲碳體，產(chǎn)生機(jī)械阻礙作用，使晶粒長(zhǎng)大傾向減小。§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第16頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月

熱加保溫時(shí)間溫度臨界溫度A1連續(xù)冷卻等溫冷卻過冷奧氏體的兩種冷卻方式把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，快速冷卻到低于A1的某一溫度，并等溫停留一段時(shí)間，使奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻到室溫。二、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第17頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月1、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變圖第18頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū).550～Ms(230℃);中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;

貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū).Ms～Mf(-50℃);低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;

馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū).時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第19頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月珠光體轉(zhuǎn)變：擴(kuò)散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)1）在A1～650℃形成的珠光體，因?yàn)檫^冷度小，片間距較大(0.4m)，在500×以上的光學(xué)顯微鏡下，能分辨其片層狀形態(tài)；即為粗珠光體，習(xí)慣上稱為珠光體（P）。§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第20頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月2）在650～600℃形成片間距較小的珠光體(0.2~0.4m)，在光學(xué)顯微鏡800~1500×能分辨出其為鐵素體薄層和碳化物（滲碳體）薄層交替重疊的復(fù)相組織稱為細(xì)珠光體或索氏體，用字母S表示（以英國冶金學(xué)家H?C?Sorby的名字命名）。珠光體轉(zhuǎn)變：擴(kuò)散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第21頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月3）在600～550℃形成片層間距極小的珠光體(0.2m)，在光學(xué)顯微鏡下高倍放大已無法分辨出其內(nèi)部構(gòu)造，在電子顯微鏡下可觀測(cè)到很薄的鐵素體層和碳化物（滲碳體）層交替重疊的復(fù)相組織，稱為極細(xì)珠光體或托氏體，用字母T表示（以法國金相學(xué)家L?Troost的名字命名）。珠光體轉(zhuǎn)變：擴(kuò)散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第22頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月珠光體轉(zhuǎn)變：擴(kuò)散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)a)光學(xué)顯微組織（500×）b)電子顯微組織（8000×）圖6-7珠光體組織§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第23頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月貝氏體轉(zhuǎn)變：半擴(kuò)散相變（C）550℃～Ms,A→B)上貝氏體：550～350℃，過飽和片狀F＋滲碳體下貝氏體：350℃～Ms，過飽和針狀F＋彌散-Fe2.4C§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第24頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月貝氏體轉(zhuǎn)變：半擴(kuò)散相變（C）550℃～Ms,A→B)貝氏體的顯微照片上貝氏體：過飽和片狀F＋滲碳體，性脆無實(shí)用價(jià)值下貝氏體：過飽和針狀F＋彌散-Fe2.4C，綜合性能好§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第25頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月馬氏體轉(zhuǎn)變：非擴(kuò)散相變，Ms以下,A→M馬氏體__過飽和的固溶體c/a>1稱為馬氏體的正方度含碳量高，正方度大§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第26頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月低碳(<0.2%)馬氏體：板條狀__高的強(qiáng)韌性§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第27頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月高碳(>1.0%)馬氏體：片狀__硬而脆§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第28頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月2、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變只有P、M轉(zhuǎn)變vk為臨界冷卻速度§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第30頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用v1---爐冷A→Pv2---空冷A→Sv3---油冷A→T+Mv4---水冷A→M＋A/vk---臨界冷卻速度vkPSMT§2鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第31頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月一、鋼的退火

(降低硬度、消除應(yīng)力，細(xì)化晶粒)完全退火：亞共析鋼Ac3+30~50℃，緩冷到

600℃時(shí)空冷，得到F+P；等溫退火：同完全退火，可節(jié)省時(shí)間；球化退火：過共析鋼Ac1+20~30℃，消除網(wǎng)狀

碳化物，使之成為球狀；去應(yīng)力退火：500-650℃爐冷至200℃后空冷，

消除應(yīng)力?！?鋼的退火與正火第32頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月過共析鋼的退火組織§4鋼的退火與正火第33頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼的退火加熱溫度范圍§4鋼的退火與正火SGP退火過程[視頻]500~650℃第34頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鋼的正火正火目的：細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度

低碳鋼--提高硬度

高碳鋼—消除網(wǎng)狀滲碳體工藝過程：Ac3、Accm+30~50℃,保溫后空冷優(yōu)點(diǎn)：周期短、能耗少【視頻演示】§4鋼的退火與正火第35頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月一、鋼的淬火工藝加熱溫度：Ac3、Ac1

+30~50℃保溫碳鋼：

水冷，得細(xì)小M+A/合金鋼：

油或空冷，得M+Fe3C+A/§5鋼的淬火第36頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼的理想淬火工藝§5鋼的淬火第37頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月二、淬火方法單液淬火：直冷，簡(jiǎn)單易操作雙液淬火：先快后慢，降低應(yīng)力分級(jí)淬火：快-恒-快，應(yīng)力極低等溫淬火：得到B下〔工模具、彈簧〕局部淬火：量具等的局部區(qū)域冷處理：-70～-80℃，降低A殘%，穩(wěn)定尺寸§5鋼的淬火第38頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月淬火工藝曲線§5鋼的淬火a)單液淬火b)雙液淬火c)分級(jí)淬火d)等溫淬火第39頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月局部淬火方法§5鋼的淬火第40頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月三、鋼的淬透性

(鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火第41頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月1.淬透性的概念

(鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火表層與心部淬透性的差別半馬氏體區(qū)合金元素對(duì)淬透性的影響淬透性與淬硬性的區(qū)別第42頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月合金元素使C曲線右移，降低vk，提高鋼的淬透性。是影響淬透性的最主要因素。含碳量碳鋼中的含碳量愈接近共析成分，其C曲線愈靠右。vk愈小，淬透性越好。奧氏體化溫度提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長(zhǎng)大，成分均勻化，從而減少珠光體的形核率，降低鋼的vk，增大其淬透性。鋼中未溶第二相碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物，可成為奧氏體分解的非自發(fā)核心，使vk增大，降低淬透性。影響淬透性的因素(vK)§5鋼的淬火第43頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月影響淬透性的因素(vK)§5鋼的淬火第44頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月2.淬透性的測(cè)定

(末端淬火法及臨界直徑測(cè)定法)§5鋼的淬火末端淬火法:

用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的端淬試樣(Φ25×100mm)，經(jīng)奧氏體化后，對(duì)其端面噴水冷卻。冷卻后沿軸線方向測(cè)出硬度-距水冷端距離的關(guān)系曲線，即淬透性曲線。根據(jù)淬透性曲線可以對(duì)不同鋼種的淬透性大小進(jìn)行比較、推算出鋼的臨界淬火直徑，確定鋼件截面上的硬度分布情況等。

第45頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月

末端淬透性:

J_末端淬透性，d_至末端距離，HRC_該處測(cè)得的硬度§5鋼的淬火第46頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月2.淬透性的測(cè)定

(臨界直徑測(cè)定法及端淬試驗(yàn)法)§5鋼的淬火臨界直徑測(cè)定法:

鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體或50%馬氏體組織時(shí)的最大直徑稱為臨界直徑，以D0表示。臨界直徑測(cè)定法就是制作一系列直徑不同的圓棒，淬火后分別測(cè)定各試樣截面上沿直徑分布的硬度U曲線，從中找出中心恰為半馬氏體組織的圓棒，該圓棒直徑即為臨界直徑。臨界直徑越大，表明鋼的淬透性越高。

第47頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月§5鋼的淬火部分常用鋼材的臨界淬透直徑第48頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月§5鋼的淬火3.淬透性的應(yīng)用：受力情況：軸向拉壓、彎曲與扭轉(zhuǎn)重要與否：重要的軸、齒輪、連桿彈簧：要求大的屈強(qiáng)比(σs/σb)階梯軸：可初車后淬火焊接件：不宜選擇淬透性高的鋼材第49頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月§5鋼的淬火淬透性的應(yīng)用：第50頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月§5鋼的淬火淬透性的應(yīng)用：第51頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼經(jīng)過淬火后必須回火！?。』鼗鹉康模合龖?yīng)力，防止工件開裂回火工藝：Ac1以下保溫后緩冷§6鋼的回火第52頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月一、淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變馬氏體分解（100～350℃）回火M(低過飽和α＋ε-Fe2.4C)[Fig6-35]殘余奧氏體的分解（200～300℃）B下碳化物的轉(zhuǎn)變（250～400℃）ε-Fe2.4C轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C滲碳體的聚集長(zhǎng)大和α相再結(jié)晶（>400℃）成為粒狀Fe3C，600℃后粗化§6鋼的回火第53頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月回火鋼的組織和性能轉(zhuǎn)變§6鋼的回火第54頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月二、回火的分類及應(yīng)用低溫回火（150～250℃）回火M(低過飽和F針＋ε-Fe2.4C)保證高硬度，用于工模具等HRC58~62中溫回火（350～500℃）回火屈氏體，F(xiàn)針＋Fe3C極細(xì)粒狀HRC35~45，用于各種彈性元件高溫回火（500～650℃）回火索氏體，F(xiàn)多邊形＋Fe3C細(xì)粒狀HRC25~35淬火+高溫回火——調(diào)質(zhì)【視頻演示】§6鋼的回火第55頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月二、回火的分類及應(yīng)用§6鋼的回火不同含碳量碳鋼的

回火溫度與硬度的關(guān)系第56頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月一種淬火方式：形變強(qiáng)化+熱處理強(qiáng)化分類：§7鋼的形變熱處理第57頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月1、低溫形變熱處理Ar1以下（500~600℃）變形量60~90%抗拉強(qiáng)度可達(dá)3300MPa超高強(qiáng)度鋼的熱處理飛機(jī)起落架、模具、沖頭、板簧§7鋼的形變熱處理第58頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月2、高溫形變熱處理Ac1以上變形強(qiáng)化程度有限強(qiáng)度提高，韌塑性大大提高鍛件、曲軸、連桿、葉片、彈簧§7鋼的形變熱處理第59頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月概述有需求：

如汽車、拖拉機(jī)上的傳動(dòng)齒輪，其表面硬度要求為58～62HRC，而心部硬度則要求為33～38HRC；精密鏜床主軸，要求其與滑動(dòng)軸承配合的表面硬度不低于900HV，而心部硬度為248～286HBS。成本低：方法簡(jiǎn)單：

通過快速加熱與立即淬火冷卻相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)表硬、心韌§8鋼的表面淬火第60頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月一、感應(yīng)加熱表面淬火δ≈600/f1/2

式中：δ為電流透入的

深度，mm；

f為電流頻率，Hz【集膚效應(yīng)】§8鋼的表面淬火『硬度分布』第61頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月感應(yīng)加熱表面淬火的分類高頻70～1000KHz，常用200～300KHz，淬硬深度為0.5～2mm。中小模數(shù)齒輪、軸類零件等。中頻500～10000Hz，常用2500～8000Hz，淬硬深度2～10mm，直徑較大的軸類和較大模數(shù)的齒輪等。工頻50Hz，淬硬深度達(dá)10～15mm。直徑大于300mm的軋輥及軸類零件等。超音頻20～40KHz，(音頻<20KHz)，淬硬深度在2mm以上，適用于模數(shù)為3～6的齒輪及鏈輪、花鍵軸、凸輪等。

§8鋼的表面淬火第62頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)淬火溫度高：(Ac3+80～150℃)表面硬、脆性低：高2～3HRC，低的脆性。疲勞強(qiáng)度高：表面產(chǎn)生體積膨脹而形成壓應(yīng)力。表面質(zhì)量好、變形小：不易氧化、脫碳，變形小。生產(chǎn)過程易于控制：適用于大批量生產(chǎn)。不足：設(shè)備較貴、復(fù)雜零件的感應(yīng)器不易制造?！?鋼的表面淬火第63頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月二、火焰加熱表面淬火常用氧-乙炔火焰對(duì)零件表面進(jìn)行加熱常用材料為中碳鋼和中碳合金鋼，如35、45、40Cr、65Mn等；還可用于灰鑄鐵、合金鑄鐵等鑄鐵件。淬硬深度一般為2～6mm。主要適用于單件或小批量生產(chǎn)的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。缺點(diǎn)是加熱不均，易造成工件表面過熱，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。

§8鋼的表面淬火第64頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月火焰加熱表面淬火示意圖§8鋼的表面淬火第65頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月三、激光加熱表面淬火能量密度104～108W/cm2

淬硬深度0.3～0.5mm形狀復(fù)雜、盲孔等均可§8鋼的表面淬火第66頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月概述（1）化學(xué)熱處理：

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，以改變其表面化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。化學(xué)熱處理的主要特點(diǎn)是：

表層不僅有組織的變化，而且有成分的變化，故性能改變的幅度大。其主要作用是強(qiáng)化和保護(hù)金屬表面?！?鋼的化學(xué)熱處理第67頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月概述（2）化學(xué)熱處理的基本過程為：

加熱——將工件加熱到一定溫度使之有利于吸收滲入元素活性原子；分解——由化合物分解或離子轉(zhuǎn)變而得到滲入元素活性原子；吸收——活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶體或化合物；擴(kuò)散——滲入原子在一定溫度下，由表層向內(nèi)部擴(kuò)散形成一定深度的擴(kuò)散層。

§9鋼的化學(xué)熱處理第68頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月概述（3）化學(xué)熱處理方法：滲碳、碳氮共滲可提高鋼的硬度、耐磨性及疲勞性質(zhì)；滲氮、滲硼、滲鉻使工件表面特別硬，可顯著提高耐磨性和耐蝕性；滲鋁可提高耐熱抗氧化性；滲硫可提高減摩性；滲硅可提高耐酸性等。最常用：滲碳、滲氮和碳氮共滲及氮碳共滲。

§9鋼的化學(xué)熱處理第69頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月一、鋼的滲碳將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原子滲入表層的化學(xué)熱處理工藝。目的是使低碳(wc=0.10~0.25%)鋼件表面得到高碳(wc=1.0~1.2%)，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?淬火+低溫回火)后獲得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定強(qiáng)度及較高的塑性、韌性，適用于同時(shí)受磨損和較大沖擊載荷的低碳、低合金鋼零件，如齒輪、活塞銷、套筒及要求很高的噴油嘴偶件等?！?鋼的化學(xué)熱處理第70頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼的滲碳原理示意圖§9鋼的化學(xué)熱處理第71頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月1、氣體滲碳（1）方法：滴注式滲碳介質(zhì)：苯、醇、煤油等液體工藝：將工件裝在密封的滲碳爐中，加熱到900～950℃(常用930℃)，向爐內(nèi)滴入煤油、苯、甲醇、丙酮等有機(jī)液體，在高溫下分解成CO、CO2、H2及CH4等氣體組成的滲碳?xì)夥?，在高溫下與工件接觸時(shí)便在工件表面進(jìn)行下列反應(yīng)，生成活性碳原子?！?鋼的化學(xué)熱處理第72頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月1、氣體滲碳（2）生成活性碳原子：2CO→[C]+CO2CH4→[C]+2H2CO+H2→[C]+H2O隨后活性碳原子被鋼表面吸收而溶入奧氏體中，并向內(nèi)部擴(kuò)散而形成一定深度的滲碳層。氣體滲碳的優(yōu)點(diǎn)是：

生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好，滲碳過程容易控制，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，適用于大批量生產(chǎn)?！?鋼的化學(xué)熱處理第73頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月2、固體滲碳滲碳工藝：工件+滲碳劑密封裝入滲碳箱中，

加熱至900～950℃保溫。固體滲碳劑：碳粉和碳酸鹽(BaCO3或Na2CO3)

的混合物?；瘜W(xué)反應(yīng)：

C+O2→2CO

BaCO3或Na2CO3→BaO（或Na2O）+CO2

CO2+C

→2CO2CO→[C]+CO2§9鋼的化學(xué)熱處理第74頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月3、滲碳層的組織及熱處理表面的含碳量最高：wc=1.0%左右，由表及里，

含碳量逐漸降低，直至原始含碳量。組織由表及里為：

(P+Fe3CⅡ)→(P)→(P+F)→(F+P)滲碳層的深度：

碳鋼——從表面到過渡區(qū)亞共析組織一半處的深度為滲碳層的深度；

合金鋼——從表面到過渡區(qū)亞共析組織終止處的深度作為滲碳層的深度。

§9鋼的化學(xué)熱處理第75頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳層的組織§9鋼的化學(xué)熱處理過共析組織(P+Fe3CⅡ)共析組織(P)過渡區(qū)亞共析組織(P+F)原始亞共析組織(F+P)第76頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳層的熱處理（1）§9鋼的化學(xué)熱處理直接淬火法預(yù)冷至850～880℃后直接淬入油中或水中，180～200℃進(jìn)行低溫回火。

預(yù)冷目的：減少淬火變形及開裂，使表層析出碳化物，降低奧氏體的含碳量，從而降低淬火后的殘余奧氏體量，提高表層硬度。特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、成本低，生產(chǎn)率高，但在高溫下長(zhǎng)期保溫，奧氏體晶粒易長(zhǎng)大，影響淬火后工件的性能，故只適用于滲碳件的心部和表層都不過熱的情況下；此外預(yù)冷過程中，二次滲碳體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，對(duì)工件淬火后的性能不利。用途：大批量生產(chǎn)的汽車、拖拉機(jī)齒輪常用此法。

第77頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳層的熱處理（2）§9鋼的化學(xué)熱處理一次淬火法：

工件經(jīng)滲碳空冷后，再重新加熱至淬火溫度（如830～860℃）進(jìn)行淬火，然后在180～200℃回火。這種方法在工件重新加熱時(shí)奧氏體晶粒得到細(xì)化，使鋼的性能得到提高。用途

適用于比較重要的零件，如高速柴油機(jī)齒輪等。第78頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳層的熱處理（3）§9鋼的化學(xué)熱處理二次淬火法滲碳空冷后，先加熱到Ac3以上(一般為850～900℃)油淬，使心部組織細(xì)化，消除表層網(wǎng)狀滲碳體；然后再加熱到Ac1以上(一般為750～800℃)油淬，最后在180～200℃進(jìn)行回火。二次淬火法使工件表層和心部組織被細(xì)化，從而獲得較好的力學(xué)性能。但工藝復(fù)雜，成本高；工件經(jīng)反復(fù)加熱冷卻后易產(chǎn)生變形和開裂。所以只適用于少數(shù)對(duì)性能要求特別高的工件。第79頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳工件的一般工藝路線§9鋼的化學(xué)熱處理

鍛造（問題）→正火（目的）→機(jī)械加工【可否與滲碳工藝倒置】→滲碳（組織）→淬火+低溫回火→精加工第80頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳工件的最終組織§9鋼的化學(xué)熱處理淬火+低溫回火：

針狀回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體

硬度為58～64HRC，而心部則隨鋼的淬透性而定。對(duì)于低碳鋼如15、20鋼，其心部組織為鐵素體+珠光體，硬度相當(dāng)于10～15HRC；對(duì)于低碳合金鋼如20CrMnTi，心部組織為回火低碳馬氏體+鐵素體，硬度為35～45HRC。第81頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳工件的實(shí)際應(yīng)用§9鋼的化學(xué)熱處理

設(shè)計(jì)技術(shù)條件：滲碳層深度、表面硬度、心部硬度及不允許滲碳的部位等，

不允許滲碳的部位：可采用鍍銅的方法來防止?jié)B碳或多留加工余量。

第82頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鋼的氮化（滲氮）§9鋼的化學(xué)熱處理滲氮一般在Ac1溫度以下使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。目的提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞性質(zhì)、耐蝕性及熱硬性。分類氣體滲氮和離子滲氮。第83頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月1、氣體氮化（1）§9鋼的化學(xué)熱處理氣體滲氮在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮的工藝稱為氣體滲氮。工藝過程在滲氮爐內(nèi)通入氨氣，在380℃以上氨分解出活性氮原子:2NH3→3H2+2[N]活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保溫過程中向里擴(kuò)散，形成滲氮層。第84頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月1、氣體氮化（2）§9鋼的化學(xué)熱處理工藝特點(diǎn)：溫度低：500～600℃〔常用550～570℃〕，遠(yuǎn)低于滲碳溫度。由于氮在鐵素體中有一定的溶解能力，無需加熱到高溫。時(shí)間長(zhǎng)：20～50h，氮化層厚度為0.4～0.6mm。需調(diào)質(zhì)預(yù)處理：改善機(jī)加工性能和獲得均勻的回火索氏體組織，保證較高的強(qiáng)度和韌性。第85頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月1、氣體氮化（3）§9鋼的化學(xué)熱處理滲氮件的性能〔表面強(qiáng)化和表面保護(hù)〕高硬度、高耐磨性合金氮化物層，1000~1100HV，而且在600～650℃下保持不下降；疲勞極限高滲氮層的體積增大產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，疲勞極限提高達(dá)15%～35%；高的耐蝕性能致密的耐蝕的氮化物，使工件在水、過熱的蒸氣和堿性溶液中都很穩(wěn)定；變形很小這是由于滲氮溫度低。第86頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月1、氣體氮化（4）§9鋼的化學(xué)熱處理應(yīng)用：交變載荷下工作并要求耐磨的重要結(jié)構(gòu)零件，如高速傳動(dòng)的精密齒輪、高速柴油機(jī)曲軸、高精度機(jī)床主軸及在高溫下工作的耐熱、耐蝕、耐磨零件如齒輪套、閥門、排氣閥等。技術(shù)要求：需選用含與N親合力大的Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的合金鋼，如38CrMoAlA、35CrAlA、38CrMo等。第87頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月1、氣體氮化（5）§9鋼的化學(xué)熱處理技術(shù)要求：應(yīng)注明氮化層深度、表面硬度、氮化部位、心部硬度等，對(duì)于零件上不需滲氮的部位鍍錫或鍍銅保護(hù)，或增加加工余量、氮化后去除。工藝路線：鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)

→精加工→去應(yīng)力→粗磨→氮化

→精磨或研磨

第88頁，課件共97頁，創(chuàng)作于2023年2月2、離子滲氮（1）§9鋼的化學(xué)熱處理離子滲氮：在低于一個(gè)大氣壓的滲氮?dú)夥罩?，利用工?陰極)和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行滲氮的工藝稱為離子滲氮。離子滲氮工藝過程第89頁，課件