工程材料與金屬熱處理 課件 第3、4章 鋼的熱處理原理、鋼的熱處理工藝

第三章鋼的熱處理原理一.熱處理概述熱處理：把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中加熱、保溫、冷卻，以改變其組織，從而獲得所需性能的一種熱加工工藝。三個基本過程：加熱、保溫、冷卻作用：改善金屬材料的工藝性能；提高金屬材料的使用性能。二.鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變1、奧氏體轉(zhuǎn)變溫度與Fe-Fe3C相圖的關系A1Ac1Ar1SAccmAcmArcmAc3A3Ar3冷卻過程的固態(tài)相變需過冷度

鋼的熱處理中六個重要的溫度參數(shù)：

A1A3

Acm

；Ac1Ac3

Accm

——加熱過程Ar1Ar3

Arcm

——冷卻過程

F+Fe3C→A(727℃)

成分(C%)0.02186.690.77結構體心立方復雜斜方面心立方

說明奧氏體化中須兩個過程：①C成分變化：C的擴散②鐵晶格改組：Fe擴散2、奧氏體的形成-以共析鋼為例奧氏體形成過程

四個階段：1）奧氏體在F—Fe3C界面上形核（10秒）2）奧氏體向F及Fe3C兩側長大(幾百秒)3）剩余Fe3C的溶解；(千秒)4）奧氏體中C的擴散均勻化。(萬秒)圖共析鋼奧氏體形成過程示意圖任何固態(tài)相變均需形核與長大過程形核需要“三個起伏條件”：

成分起伏、結構起伏、能量起伏——故晶界或缺陷處易形核1）加熱溫度T↑，A晶粒長大；原因：T↑，奧氏體與珠光體的自由能差越大，轉(zhuǎn)變的推動力越大；T↑，原子擴散越快，因而碳的重新分布與鐵的晶格重組就越快，所以，使奧氏體的形核、長大，殘余滲碳體的溶解及奧氏體的均勻化都進行得越快。3、影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素2）加熱速度加熱速度越快，珠光體的過熱度越大，相變驅(qū)動力越大，轉(zhuǎn)變的開始溫度就越高。3）原始組織的影響鋼的原始組織越細，奧氏體的形成速度越快。。4）化學成分的影響C↑，奧氏體的形成速度加快；加入合金元素并不改變珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的基本過程，但能影響奧氏體的形成速度，一般都使之減慢。4、奧氏體的晶粒度及控制因素晶粒大小表示方法：晶粒尺寸，例如晶粒截面的平均直徑、平均面積或單位面積內(nèi)的晶粒數(shù)目等；晶粒度級別，晶粒度分8級，1級最粗，8級最細。計算式：

n=2N-1

N：晶粒度級別

n：1平方英寸視場中所包含的平均晶粒數(shù)(100X)。標準晶粒度等級示意圖

(1)初始晶粒度：奧氏體轉(zhuǎn)變剛結束時的晶粒大小。

——通常極細小(2)實際晶粒度：具體加熱條件下獲得的奧氏體晶粒大?、倥c具體熱處理工藝有關：熱處理溫度↑，時間↑，晶粒長大。②與晶粒是否容易長大有關

———

引入本質(zhì)晶粒度概念奧氏體有三種不同概念的晶粒度

(3)本質(zhì)晶粒度鋼在特定的加熱條件下，奧氏體晶粒長大的傾向性，分為本質(zhì)粗晶粒度和本質(zhì)細晶粒度。測定方法：加熱至860±10℃，保溫1h，若A晶粒1-4級：本質(zhì)粗晶粒度鋼，5-8級：本質(zhì)細晶粒度鋼。關于本質(zhì)晶粒度概念的要點：①表征該鋼種在通常的熱處理條件下A晶粒長大的趨勢，不代表真實、實際晶粒大小；②本質(zhì)粗晶粒度鋼實際晶粒度并非一定粗大，本質(zhì)細晶粒度鋼實際晶粒度并非一定細小；而與具體的熱處理工藝有關。③本質(zhì)晶粒度主要與成分或冶煉條件有關。影響奧氏體晶粒長大的因素①加熱溫度和保溫時間

T↑、t↑，A晶粒長大；

T的影響遠大于t1250℃1050℃900℃保溫時間t晶粒度②含碳量在一定范圍內(nèi)，隨著鋼的含碳量增加，奧氏體晶粒長大的傾向增大，但是含碳量超過某一限度時，奧氏體晶粒反而變得細小。③成分

強烈阻礙：Al、V、Ti、Zr、Nb

原因：機械阻礙理論

——形成難溶碳、氮化物中等阻礙：Cr、W、Mo

促進長大：Mn、P、溶入A的C

┖降低鐵原子的結合力，促進鐵的擴散④鋼的原始組織越細，碳化物彌散度越大，奧氏體的起始晶粒越細小。三.鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變熱處理的兩種冷卻方式：等溫冷卻

定義：將奧氏體化后的鋼由高溫快速冷卻到臨界溫度以下某一溫度，保溫一段時間以進行等溫轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。

等溫淬火、等溫退火等。連續(xù)冷卻定義：將奧氏體化后的鋼從高溫連續(xù)冷卻到室溫，使奧氏體在一個溫度范圍內(nèi)發(fā)生連續(xù)轉(zhuǎn)變。爐冷、空冷、油冷、水冷等。圖

奧氏體不同冷卻方式示意圖1一等溫冷卻2一連續(xù)冷卻Tτ

A1MsMfA→MM+ARA過冷A→BA→PAPB700500200

τ孕HRC15404555>60110102103104105過冷奧氏體與奧氏體的區(qū)別產(chǎn)物：P：珠光體B：貝氏體M：馬氏體鼻點1、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖1）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線---C曲線①不同溫度下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同；高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(A1~550℃)：珠光體(P)——擴散型

中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(550℃~MS)

：貝氏體(B)—半擴散型

低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(MS~Mf)：馬氏體(M)——非擴散型②存在孕育期

——過冷奧氏體等溫分解所需的準備時間——代表A過冷穩(wěn)定性。③存在鼻點：

——孕育期最短，A過冷最不穩(wěn)定；④T轉(zhuǎn)↓，產(chǎn)物硬度↑。⑤馬氏體是過冷奧氏體連續(xù)冷卻中的一種轉(zhuǎn)變組織，非等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。將其畫入，使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線更完備、實用圖片狀珠光體形成示意圖（1）珠光體轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(A1~550℃)：珠光體(P)——擴散型

反應式為A→P(F+Fe3C)3）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織及其性能按層片間距不同又分為：

粗珠光體（P）：A1～650℃，片層較粗，10～20HRC。

索氏體（S）：650～600℃，片層較細，20～30HRC。

屈氏體(T)：600～550℃，片層極細，30～40HRC，P、S和T都是由滲碳體和鐵素體組成的層片狀機械混合物，只是由于層片的大小不同，決定了它們的力學性能各異。（2）貝氏體轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(550℃~MS)貝氏體(B)—半擴散型貝氏體有兩種常見的組織形態(tài)：上貝氏體和下貝氏體。

組織構成：α(C)+Fe3C

鐵素體：碳過飽和(0.03%)；成束、板條狀平行排列；位錯（108~109cm-2)；滲碳體：粒狀或短桿狀分布在F板條之間。上貝氏體Fe3C過飽和α相羽毛狀上貝氏體(550℃~350℃)圖上貝氏體顯微組織a)光學顯微組織500×b)電子顯微組織4000×下貝氏體(350℃~230℃)組織:α(C)+FexC

鐵素體：碳過飽和(0.3%)針、片狀，互不平行；更高密度位錯。滲碳體：粒狀或短桿狀平行分布在F相內(nèi)部。過飽和α相Fe3C針狀圖下貝氏體顯微組織a)光學顯微組織500×b)電子顯微組織12000×貝氏體的性能①強度和硬度

σs(B上)<σs(B下)原因：上貝氏體的形成溫度較高，鐵素體條粗大，碳的過飽和度低，因而其強度和硬度較低。②韌性

ak（B下）》ak（B上）原因：B上中碳化物分布條間，有明顯方向性，尺寸較大；馬氏體：C在α-Fe中的過飽和固溶體。（3）馬氏體轉(zhuǎn)變

低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(MS~Mf)：馬氏體(M)——非擴散型①單元體(單晶體)板條狀②組合特征：0.1~0.3μm<10μm馬氏體束一些位向相同的板條晶構成馬氏體束；原奧氏體晶粒中含3~5個位向不同的M束板條馬氏體內(nèi)有大量的位錯，這些位錯分布不均勻，形成胞狀亞結構，也稱“位錯馬氏體”③主要存在低、中碳鋼及馬氏體時效鋼、不銹鋼等鐵基合金中。板條馬氏體①單元體：片狀，中間厚、兩邊薄—凸透鏡狀或針狀；②組合特征：Ⅰ片與片之間不平行，約呈60°；

Ⅱ晶粒大小不等，先大后小，先形成的M片貫穿A晶粒；③亞結構：平行的細小孿晶——孿晶馬氏體。∟形成的溫度較低——低溫馬氏體高碳鋼中常出現(xiàn)——高碳馬氏體，存在大量顯微裂紋

（孿晶通常分布在馬氏體的中部，不擴展到馬氏體片的邊緣區(qū)，在邊緣區(qū)存在高密度為錯）片狀馬氏體

馬氏體的性能(1)硬度和強度

特點：總體：高硬度、高強度

注意：Ⅰ、硬度、強度主要取決于C%,Me影響小。

C%↑,馬氏體HRC↑。Ⅱ、須注意馬氏體硬度與鋼硬度的差異。C%↑,淬火鋼HRC↑,0.6%C后基本趨于定值。鋼中馬氏體強化機制：①C的固溶強化：②相變強化(亞結構強化)：高密度位錯、孿晶、層錯；③時效(沉淀)強化：C向缺陷處擴散偏聚或析出，釘扎位錯。C%σ0.6121：未時效2：0℃時效3hFe-Ni-C合金馬氏體④晶界強化。∟低碳M“自回火”。（2）塑性與韌性片狀M：硬而脆；板條M：強而韌∟與亞結構有關板條M塑韌性好的原因：①含碳量低,過飽和度??；②淬火內(nèi)應力小，形成微裂紋的敏感度小；高碳片狀M塑韌性差的原因：①C過飽和度高，畸變大，②淬火內(nèi)應力大，形成微裂紋的敏感度高。馬氏體轉(zhuǎn)變的特點①無擴散性②切變共格馬氏體轉(zhuǎn)變是新相在母相特定的晶面（慣習面）上形成，并以的母相切變來保持共格的相變過程。③不完全性:轉(zhuǎn)變在一定溫度范圍內(nèi)進行，存在殘余奧氏體。④轉(zhuǎn)變快速性：M形成速度極快，10-5~10-7S⑤馬氏體轉(zhuǎn)變的可逆性：重新加熱時，已形成的馬氏體又能無擴散地轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。

珠光體、貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變特點比較轉(zhuǎn)變類型珠光體貝氏體馬氏體轉(zhuǎn)變溫度高溫(Ar1~550℃)中溫(BS~MS)低溫(<MS)擴散性Fe、C、Me擴散C擴散;Fe、Me不擴散C、Fe、Me均不擴散組成相兩相組織：α+Fe3C兩相組織：α(C)+FexC單相：C過飽和α(C)共格性無共格性共格性共格性

Vc：連續(xù)冷卻中全部A過→M的最小V冷——臨界淬火速度——上臨界冷卻速度VC′：連續(xù)冷卻中全部

A過→P的最大V冷—下臨界冷卻速度①：P；②：M；③：P+M共析碳鋼TTT與CCT曲線A1MsMfTτC′CVcVc′MM+PP

共析碳鋼CCT曲線

共析碳鋼TTT曲線PS

Pk①②③Vc′′2、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖冷卻速度對轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型的影響：可用VC、VC′判斷。當V>VC時，A過冷→M；

當V<VC′時，A過冷→P；

當VC′<V<VC

時，A過冷→P+M**實際中由于CCT曲線測量難，可用TTT曲線代替CCT曲線作定性分析，判斷獲得M的難易程度。**連續(xù)冷卻的VC值是等溫冷卻C曲線中與鼻點相切的VC的1.5倍，故可用等溫冷卻C曲線中VC代替或估算.3、過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖的應用可以利用等溫轉(zhuǎn)變圖定性和近似地分析鋼在連續(xù)冷卻時組織轉(zhuǎn)變的情況。等溫轉(zhuǎn)變圖對于制訂等溫退火、等溫淬火、分級淬火以及變形熱處理工藝具有指導作用。利用連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖可以定性和定量地顯示鋼在不同冷卻速度下所獲得的組織和硬度。第四章鋼的熱處理工藝4.1鋼的熱處理工藝分類普通熱處理：”四把火”退火、正火、淬火、回火表面熱處理：表面淬火（火焰加熱、感應加熱）化學熱處理（滲碳、滲氮、碳氮共滲）形變熱處理：控制軋制（形變）控制冷卻4.2鋼的普通熱處理1、退火定義：將鋼加熱到一定溫度并保溫一定時間，然后以緩慢的速度冷卻，使之獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。分類：退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火、去應力退火和再結晶退火等圖各種退火工藝規(guī)范示意圖a)加熱溫度范圍b)工藝曲線工藝規(guī)范特點目的適用范圍

①工藝：完全奧氏體化②組織：層片狀珠光體①↓硬度，改善切削加工性能；②細化晶粒；③消除內(nèi)應力；④減輕組織不均勻性(消除魏氏組織等)亞共析鋼、合金鋼的鑄、鍛、熱軋、焊件的預備熱處理(切削加工前或熱處理前的預備熱處理)

AC3+20~30℃

AC3

AC1

tT（1）完全退火45鋼鍛造后與完全退火后機械性能狀態(tài)σb(Mpa)σs(Mpa)δ(%)ψ(%)αk

(kJ.m-2)HB鍛造650~750300~4005~1520~40200~400230完全退火600~700300~35015~2040~50400~600200完全退火后強硬度有所下降，而塑韌性較大幅度提高。主要目的：改善組織均勻性以及加工性能。工藝規(guī)范特點目的適用范圍

①工藝：不完全奧氏體化②組織：球狀(粒狀)珠光體①降低(過)共析鋼硬度適合切削；②為最終熱處理（淬火與低溫回火）做組織準備含碳量較高的工、模具鋼的預備熱處理

AC1+20~30℃ACm或AC3

AC1

tT（2）球化退火——不完全退火的一種工藝關鍵：①Fe3C形態(tài)控制②K球的大小控制

←控制奧氏體化程度?！刂七^冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變的溫度。片狀與球狀珠光體組織切削性能比較層片狀珠光體粒(球)狀珠光體刀具T12鋼球化退火與完全退火的性能比較：

球化退火的強硬度更低，塑韌性更好，利于切削加工。狀態(tài)σb(Mpa)δ(%)ψ(%)HB完全退火8101530230球化退火6202040180T12鋼完全退火與球化退火后性能比較T12鋼完全退火與球化退火后組織比較完全退火、球化退火的工藝缺陷：周期長；變溫轉(zhuǎn)變——組織大小不均——開發(fā)出等溫退火。（3）等溫退火——是完全退火、球化退火工藝的改進——普通退火——等溫完全退火——等溫球化退火

AC3+20~30℃AC3

Ar1

tTAc1

AC1+20~30℃

Ar1-20~30℃高速鋼等溫退火與普通退火工藝曲線870~880

℃tT4h3h等溫退火普通退火40℃/h720~740

℃爐冷15℃/h空冷空冷等溫退火優(yōu)勢1）縮短工藝時間：高速鋼40h→20h；2）組織均勻：碳化物球大小一致。工藝規(guī)范特點目的適用范圍

(1)高溫、長時間；(2)需再經(jīng)重結晶工藝(完全退火或正火)以細化晶粒消除或減輕偏析、帶狀組織等合金鋼錠大型鑄鋼件tTAC3或ACm+200~300℃AC3或ACm（4）擴散（均勻化）退火工藝名稱工藝規(guī)范目的適用范圍再結晶退火①

①消除加工硬化②完全消除殘余應力冷塑性變形件去應力退火②消除內(nèi)應力，防工件變形鑄、鍛、焊、沖壓、機加工件（5）再結晶退火與去應力退火AC1650~700℃300~650℃tT①②2、正火1）定義鋼加熱到AC3或ACm以上的A區(qū)域，保持一定時間后在空氣中冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的工藝—又稱?；?。2）目的①細化晶粒，消除鑄鍛焊件組織缺陷；②提高低碳鋼硬度，改善切削加工性能；③消除高碳鋼網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準備；④型材或大型復雜鑄鋼件的最終熱處理。正火與退火的區(qū)別加熱溫度較高；冷卻速度較快；獲得組織較細(索氏體)；強硬度與塑韌性較高；生產(chǎn)效率較高。①②①正火②退火碳鋼正火與退火后的硬度（HB）狀態(tài)結構鋼軟的中等的硬的工具鋼退火正火～125～140～160～190～185～230～220～270正火與退火態(tài)45鋼機械性能狀態(tài)σb(MPa)δ(%)αk

(J.cm-2)HB正火700~80015~2050~80220完全退火650~70015~2040~60180注：正火態(tài)強硬度與塑韌性均較高3、正火與退火的選用C%<0.25%低碳鋼——多用正火；提高硬度C%:0.25~0.5%——可正火、可完全退火C%:0.5~0.75%——完全退火；C%>0.75%——球化退火C%>0.9%——

有網(wǎng)狀碳化物┗正火(消網(wǎng))＋球化退火注意：1、退火與正火—珠光體類型組織的應用；2、能用正火處則不用退火。正火可作為大件或不重要工件的最終熱處理，而退火一般不作為最終熱處理淬火與回火是強化鋼最常用的熱處理工藝方法。先淬火再根據(jù)需要配以不同溫度回火，獲得所需的力學性能。淬火：是以獲得馬氏體或(和貝氏體)為目的的熱處理工藝方法。4、鋼的淬火與回火碳鋼：亞共析鋼：AC3+30~50℃

過共析鋼：AC1+30~50℃1）淬火加熱溫度鋼的淬火溫度范圍

2）合理選擇淬火冷卻介質(zhì)①水：

鼻溫：150℃/s；Ms：450℃/s。

優(yōu)點：冷卻能力強；成本低。缺點：M轉(zhuǎn)變溫區(qū)冷速過大，變形；應用：小尺寸、形狀簡單碳鋼件。

②油：鼻溫：60~70℃/s；Ms：50℃/s；

優(yōu)點：M轉(zhuǎn)變溫區(qū)冷速小，不易變形；缺點：鼻溫區(qū)冷速較小，不易淬透；應用：合金鋼件。鋼的淬透性概念淬透層深度

由工件表面→半馬氏體點（50%M）的深度。奧氏體化的鋼在淬火時獲得馬氏體的能力用鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度表示其大小。V表V心V表V心VC淬透層深度VC100%M50%M圖鋼的淬透性淬硬性鋼淬火時的硬化能力，用淬成馬氏體能得到的最高硬度表示。

——主要取決于馬氏體中的C%。

淬透性主要取決于鋼的化學成分（特別是合金元素）并由此決定的臨界冷卻速度

。淬透性與淬硬性圖鋼中馬氏體硬度與碳含量的關系TτA1MS分級淬火雙液淬火等溫淬火單液淬火3）正確選擇淬火方法單液淬火

——尺寸小、形狀簡單的碳鋼、合金鋼件。雙液淬火（水淬油冷）

——尺寸較大碳鋼件。分級淬火稍高于MS，鹽?。?/p>

——小尺寸工模具、變形小、精密件。等溫淬火淬火熱應力、組織應力小，變形小

——形狀復雜、尺寸精密件。5、回火

定義：將淬火后的鋼重新加熱到低于Ac1以下某一溫度，經(jīng)保溫后，使淬火組織轉(zhuǎn)變成為穩(wěn)定的回火組織，再冷卻到室溫的熱處理工藝方法。淬火鋼的組織：馬氏體或馬氏體加殘留奧氏體組成，它是不穩(wěn)定的組織，內(nèi)應力大、脆、易變形或開裂。目的：為了消除應力，穩(wěn)定組織，提高鋼件的塑性、韌性，獲得塑性、韌性、硬度、強度適當配合的力學性能?；鼗鸱N類

回火溫度↑－－內(nèi)應力↓，強硬度↓，塑韌性↑?！鶕?jù)溫度不同劃分回火種類。（1）低溫回火（150~200℃）

組織：回火馬氏體(與淬火馬氏體比較)

性能：保持高強硬度；內(nèi)應力和脆性↓；韌性略↑。應用：①工、模具鋼；②低碳馬氏體鋼。（2）中溫回火（250~500℃）

組織：回火托氏體，它還保持著馬氏體的形態(tài)，內(nèi)應力基本消除。性能：基體已回復；內(nèi)應力↓↓；彈性極限高；較高的強硬度與良好韌性。應用：彈簧鋼、熱鍛模。（3）高溫回火（500~650℃）組織回火索氏體。性能內(nèi)應力基本消除，強度與韌性最佳配合——綜合機械性能高。應用重要結構件，軸、齒輪。

圖40Cr鋼經(jīng)不同溫度回火后的力學性能注：直徑D=12mm，油淬。常用表面熱處理的方法有：表面淬火化學熱處理4.3鋼的表面熱處理表面淬火：僅對工件表層進行淬火的熱處理工藝。原理：通過快速加熱，使鋼的表層奧氏體化，在熱量尚未充分傳到零件中心時就立即予以冷卻淬火，得到馬氏體組織。目的：使工件表面獲得高硬度和高耐磨性，而心部保持較好的塑性和韌性，以提高其在扭轉(zhuǎn)、彎曲、循環(huán)應力或在摩擦、沖擊、接觸應力等工作條件下的使用壽命。1、鋼的表面淬火適用：中碳鋼、中碳合金鋼。方法：火焰加熱表面淬火、感應加熱表面淬、電接觸加熱表面淬火、激光加熱表面淬火。原理：利用感應電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應，使工件表面受到局部加熱，并進行快速冷卻的淬火工藝。特點：①加熱速度快。②淬火質(zhì)量好。③淬硬層深度易于控制，易實現(xiàn)機械化和自動化，適用于大批量生產(chǎn)。1）感應加熱表面淬火①高頻感應加熱表面淬火常用頻率為80～1000kHz，淬硬層深度為0.5～2mm。用于淬硬層較薄的中、小模數(shù)齒輪和中、小尺寸軸類零件等。感應加熱表面淬火類型②中頻感應加熱表面淬火常用頻率為2500～8000Hz，淬硬層深度為2～10mm。主要用于大、中模數(shù)齒輪和較大直徑軸類零件等。③工頻感應加熱表面淬火電流頻率為50Hz，淬硬層深度為lO～20mm。用于大直徑零件（如軋輥、火車車輪等）的表面淬火和大直徑鋼件的穿透加熱?；鹧婕訜岜砻娲慊鹗且环N利用乙炔，氧氣或煤氣-氧氣混合氣體的燃燒火焰，將工件表面迅速加熱到淬火溫度，隨后以浸水和噴水方式進行激冷，使工件表層轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體而心部組織不變的工藝方法。特點：設備簡單、成本低；淬火質(zhì)量不穩(wěn)定；適合單件和小批量生產(chǎn)。2）火焰加熱表面淬火化學熱處理——將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，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。不僅改變了鋼表面的組織，而且表面層的化學成分也發(fā)生了變化，因而能更有效地改變零件表層的性能。根據(jù)滲入元素分類：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等?；瘜W熱處理的基本過程分解吸收擴散2、鋼的化學熱處理滲碳——將鋼件置于滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。目的：提高鋼件表層的含碳量，淬火與回火后表面硬、心部韌。材料：低碳鋼、低碳合金鋼。滲碳后處理：淬火及低溫回火。工藝路線：鍛造→正火→機械加工→滲碳→淬火+低溫回火。滲碳方法：固體滲碳法、液體滲碳法和氣體滲碳法三種。1）鋼的滲碳低碳鋼件滲碳后表層含碳量0.85％～1.05％為最佳。表層為過共析組織（珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體），與其相鄰為共析組織（珠光體），再向里為亞共析組織的過渡層（珠光體和鐵素體），心部為原低碳鋼組織（鐵素體和少量珠光體）工件的滲碳層深度取決于工件尺寸和工作條件，一般為0.5～2.5mm。為使工件表面具有高硬度、高耐磨性，必須對滲碳工件進行淬火和低溫回火。滲碳后的組織及熱處理1）直接淬火工件從滲碳溫度預冷到略高于心部Ar3的某一溫度，立即放入水或油中。預冷是為了減少淬火應力和變形。滲碳后常用的淬火方法圖滲碳后熱處理示意圖a)、b)直接淬火c)一次淬火d)二次淬火第一次淬火是為了改善心部組織和消除表面網(wǎng)狀二次滲碳體，加熱溫度為Ac3以上30～50℃。2）一次淬火圖滲碳后熱處理示意圖a)、b)直接淬火c)一次淬火d)二次淬火第二次淬火是為細化工件表層組織，獲得細馬氏體和均勻分布的粒狀二次滲碳體，加熱溫度為Ac1以上30～50℃，二次淬火法工藝復雜，生產(chǎn)周期長，成本高，變形大，只適用于表面耐磨性和心部韌性要求高的零件。3）二次淬火圖滲碳后熱處理示意圖a)、b)直接淬火c)一次淬火d)二次淬火滲氮：在一定溫度，一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞強度和耐蝕性。常用滲氮方法①氣體滲氮：在有活性氮原子的氣體中進行滲氮。②離子滲氮：在低于1×105Pa的滲氮氣氛中，利用工件（陰極）和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電進行滲氮的工藝。2）鋼的滲氮氮原子的滲入使?jié)B氮層內(nèi)形成殘留壓應力，可提高疲勞強度（25％～35％）；滲氮層表面由致密的、連續(xù)的氮化物組成，使工件具有很高的耐蝕性；滲氮溫度低，工件變形小；滲氮層很薄（＜0.6～0.70mm），滲氮后只能精磨、研磨或拋光。滲氮層較脆，不能承受沖擊力，生產(chǎn)周期長（例如0.3～0.5mm的滲層，需要30～50h），成本高。滲氮前零件須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，獲得回火索氏體組織，以提高心部的性能。滲氮后不需再熱處理。滲氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交變載荷以及要求耐熱、耐蝕、耐磨的零件的重要零件。滲氮和滲碳相比有何特點？方法:固體碳氮共滲氣體碳氮共滲液體碳氮共滲高溫中溫低溫3）碳氮共滲技術定義:向鋼的表面同時滲入碳和氮原子的過程。目的:獲得具有表硬里韌性能的零件。工藝合金結構鋼HRC53～60820～8604～6以滲碳為主0.5～0.8mm淬火+低溫回火中溫氣體碳氮共滲合金工具鋼HRC54～63低溫氣體碳氮共滲500～6003～4以滲氮為主0.1～0.4mm不需要材料性能名稱溫度(℃)時間(h)作用滲層熱處理定義：用活性硼原子滲入鋼件表層并形成鐵的硼化物的化學熱處理工藝。特點：提高鋼件的表面硬度(1300～2000HV)和耐磨性，同時具有良好的耐熱性和耐蝕性。目前用得最多的是鹽浴滲硼，最常用的鹽浴滲硼劑是由無水硼砂加碳化硼、硼鐵或碳化硅組成。其中硼砂提供活性硼原子，碳化硅或碳化硼是還原劑。通常滲硼溫度為900～950℃，時間為4～6h，滲硼層深度可達0.1～0.3mm。4）鋼的滲硼定義：在爐氣成分可控的熱處理爐內(nèi)進行的熱處理。分類：吸熱式氣氛放熱式氣氛滴注式氣氛4、鋼的熱處理新技術1）可控氣氛熱處理定義：在0.0133～1.33Pa真空度的真空介質(zhì)中對工件進行熱處理的工藝。優(yōu)點：減少工件變形減少和防止工件氧化凈化工件表面脫氣作用應用：幾乎全部熱處理工藝均可以進行真空熱處理，淬火介質(zhì)也由最初僅能氣淬發(fā)展到現(xiàn)在的油淬、水淬、硝鹽淬火等。2）真空熱處理定義：利用陰極(工件)和陽極