《工程材料》第六章鋼的熱處理01

第六章

鋼的熱處理第一節(jié)

概述

鋼在冶煉、鑄造、鍛軋后獲得了一定形狀和性能，有些可以直接作為零件使用，但更多的零件或工具不能直接使用，沒有達到零件所需的性能（加工、使用）要求。熱處理是進一步提高鋼件性能非常有效的方法。第一節(jié)

概述一、概念與意義鋼的熱處理：將鋼通過加熱、保溫、冷卻過程來獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝方法。意義：熱處理是零件和工具制造過程重要的加工手段(零件設計＝形狀＋選材＋熱處理)。

熱處理改變了鋼的兩大性能：加工性能

使用性能。目前汽車80％、機床70％、軸承及模具幾乎100％的零部件要熱處理。1、熱處理工藝一般由加熱，保溫，冷卻三個過程組成。二、熱處理工藝的基本過程與分類2、熱處理工藝分類：①整體熱處理：退火、正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)（淬火＋回火）、穩(wěn)定化處理、固溶（水韌）處理等。汽車板簧的熱壓成型淬火動畫②表面熱處理：改變零件表面組織與性能，包括表面淬火、表面物理（化學）涂覆、氣相沉積等。動畫動畫③化學熱處理：高溫化學反應，使一種或多種元素滲入零件表面，改變表面組織與性能。如表面滲C、滲N、CN共滲等。上海汽車齒輪總廠多用密封箱式爐動畫三、鋼的相變熱處理為什么能改變鋼的性能？鋼在加熱、冷卻時發(fā)生相與組織的轉(zhuǎn)變。鋼在加熱或冷卻經(jīng)過平衡臨界點A1、A3、Acm時會發(fā)生相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。熱力學條件：過冷度（過熱度）。

鋼在冷卻時，轉(zhuǎn)變是在A1，A3，Acm線以下的地方進行。冷速越大，相變點偏離越大。當鋼在加熱時，轉(zhuǎn)變是在A1，A3，Acm線以上的地方進行。。實際加熱時相變溫度：Ac1，Ac3，Accm實際冷卻時相變溫度：Ar1,Ar3，Arcm第二節(jié)鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變

加熱是熱處理的第一個過程。由常溫相（F、Fe3C）加熱→A相（稱奧氏體化）

一、

共析鋼的奧氏體化（一）基本過程

共析鋼在A1點以下為P（F與Fe3C組成的混合物）。

加熱到A1線以上：F（體心立方，0.0218%C）

→A（面心立方）

；滲碳體（復雜晶格，6.69%C）溶入A，擴散至均勻分布（0.77%C）。A化過程四個階段：①A形核②A晶核長大③殘余Fe3C溶解④A均勻化A化過程是晶格重構(gòu)和鐵、碳原子擴散過程。（二）P（珠光體）向奧氏體轉(zhuǎn)變的影響因素（

1）加熱溫度影響PA，需“孕育期”；加熱溫度↑，原子擴散能力↑，孕育期↓,A化速度↑。（2）鋼的化學成分影響C

：C%↑→界面多→核心多→“A化”轉(zhuǎn)變快。合金元素：Cr、Mo、W、V、Nb、Ti強碳化物形成元素，“A均勻化”速度↓。Co、Ni非碳化物形成元素，“A化”速度↑。Al、Si、Mn影響較小。（3）原始組織影響P的層片狀越細，相界面積越大，“A化”晶核↑，碳原子擴散距離短，A化↑。（4）加熱速度影響加熱速度↑，A轉(zhuǎn)變溫度↑，孕育期短，A化速度↑。二、奧氏體晶粒大小及控制（一）奧氏體晶粒度晶體內(nèi)的晶粒大小用晶粒度級別來表達。通過對鋼的金相組織觀察，將其圖像放大100倍時制定的標準。1－4級晶粒度為本質(zhì)粗晶粒鋼；5－8級晶粒度為本質(zhì)細晶粒鋼。（二）奧氏體晶粒的長大本質(zhì)粗晶鋼：A晶粒隨溫度的升高而且迅速長大。

（Mn、P促進長大）本質(zhì)細晶鋼：A晶粒隨溫度升高到某一溫度時，才迅速長大。細化晶粒：碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等，Al生成AlN。第三節(jié)鋼的冷卻組織轉(zhuǎn)變

鋼在實際冷卻中的冷速較快，不同冷卻速度與方式的組織轉(zhuǎn)變比平衡轉(zhuǎn)變復雜得多。鋼的冷卻方式有兩種：1.等溫冷卻A化后的鋼，快速冷卻到A1以下某一溫度進行等溫，發(fā)生轉(zhuǎn)變后再冷卻到室溫。2.連續(xù)冷卻A化后的鋼，以不同的冷卻速度（空冷，爐冷，油冷，水冷等）連續(xù)冷卻到室溫。一、過冷奧氏體(A)的等溫轉(zhuǎn)變

A化鋼快冷到A1以下時處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但要經(jīng)過“孕育期”后才開始轉(zhuǎn)變。（一）過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）

共析鋼的等溫冷卻：不同的等溫溫度獲得不同的組織形態(tài)，其力學性能也差異較大。將不同等溫溫度的轉(zhuǎn)變開始時間和完了時間繪制出一幅等溫轉(zhuǎn)變圖，稱C曲線或TTT圖。共析鋼的過冷A在三個不同溫度區(qū)間，發(fā)生三種不同的組織轉(zhuǎn)變：高溫轉(zhuǎn)變：珠光體轉(zhuǎn)變，

P表示。Ar1～550℃中溫轉(zhuǎn)變：貝氏體轉(zhuǎn)變，B表示。550℃～Ms低溫轉(zhuǎn)變：馬氏體轉(zhuǎn)變，M表示。連續(xù)Ms～Mf

1、珠光體轉(zhuǎn)變1）等溫轉(zhuǎn)變溫度：Ar1－550℃，

產(chǎn)物：PA→P(F+Fe3C)轉(zhuǎn)變伴隨兩個過程：①鐵、碳原子的擴散；②晶格重構(gòu)（面心A轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心F和復雜立方Fe3C）

在P轉(zhuǎn)變區(qū)，隨過冷度增大，P的片間距變小。①過冷度較小時，獲得普通P組織（P）；②過冷度較大時，獲得細P組織，稱索氏體（S）；③過冷度更大時，獲得超細P組織，稱屈氏體（T）。a)珠光體8000×

(b)索氏體8000×

(c)屈氏體8000×

不同過冷度的P等溫轉(zhuǎn)變組織形態(tài)

P性能：取決于片層間距離，片層間距離越小↓，強度↑、硬度↑、塑性變形能力↑。2）珠光體的連續(xù)轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是珠光體（P）

A→P

（F+Fe3C）轉(zhuǎn)變過程：①鐵、碳原子的擴散；②晶格重構(gòu)（面心A轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心F和復雜立方Fe3C）。與等溫轉(zhuǎn)變不同點：孕育區(qū)后移；獲得片層間距離大小不一的P組織。2、貝氏體（B）型轉(zhuǎn)變1）B等溫轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間：550～Ms貝氏體組織是由含過飽和碳的鐵素體與滲碳體組成的兩相混合物。伴隨兩個過程：①碳原子的擴散；②晶格重構(gòu)（面心A轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心F和復雜立方Fe3C

）

上貝氏體約在C曲線鼻尖（550℃）至350℃范圍內(nèi)。

顯微鏡可看到上貝氏體組織是由成束的、從晶界向晶粒內(nèi)生長的鐵素體條，形態(tài)似“羽毛狀”。

下貝氏體：約在350℃至MS點溫度范圍內(nèi)形成。顯微鏡下可看到下貝氏體組織呈黑色針片狀形態(tài)（過飽和鐵素體）。電鏡下可看到針片狀中分布有與長軸成55～60o的短條狀碳化物。

B上和B下混合組織3）上B、下B性能比較

根據(jù)不同冷卻速度的相變繪制了連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（CTT），它更真實反映了實際零件在不同冷卻速度下，A轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌嗟牧?、溫度、時間（開始、終了線）二、過冷A鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變2）共析碳鋼和過共析碳鋼連續(xù)冷卻不發(fā)生A→B轉(zhuǎn)變（當含碳量在中碳以下，可以存在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)）

3、低溫區(qū)轉(zhuǎn)變，馬氏體（M）轉(zhuǎn)變

A化鋼快速冷卻進入M轉(zhuǎn)變區(qū)。

M是含過飽和碳的鐵素體。

M轉(zhuǎn)變速度極快，只發(fā)生γ→α的晶格重構(gòu)，無鐵、碳原子擴散。在Ms～Mf溫度范圍連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。

（1）馬氏體的晶格結(jié)構(gòu)（體心正方結(jié)構(gòu)）晶格常數(shù)：c軸大于a軸，c/a

稱正方度。

M中的碳原子強制分布在晶胞的一些空隙處，使α-Fe晶格嚴重變形。M含碳量↑，正方度↑，A→M體積變化越大↑。高碳鋼淬火時容易變形和開裂。

（2）馬氏體的組織形態(tài)板條狀M（低C）和片狀M（高C）含C量＜0.25%時，基本上是板條馬氏體。含C量＞1.0%時，則大多數(shù)是針狀馬氏體。含C量0.25～1.0%，為板條M和針狀M的混和組織。

低碳馬氏體的組織形態(tài)高碳馬氏體的組織形態(tài)

（3）M的特點

a）硬度很高；b）M的塑性和韌性與其碳含量（或形態(tài)）有關(guān)。

低碳M，C過飽和度小，淬火變形小、內(nèi)應力低、大量位錯亞結(jié)構(gòu)，強度高，塑性、韌性也較好。

髙碳M，硬度高而塑性、韌性差。c)M轉(zhuǎn)變的不完全性：

含C量超過0.5%后，Mf溫度將到室溫，部分A未轉(zhuǎn)變，稱殘余A。殘余A不穩(wěn)定，受溫度、外力作用還會繼續(xù)轉(zhuǎn)變成M。

消除殘余A對零件精度的影響，可進行“冷處理”，（再冷至-78oC或-183oC）消除殘余A，增加硬度，耐磨性與尺寸穩(wěn)定性。A→P、A→B、A→M比較

4、亞共析、過共析鋼過冷奧氏體轉(zhuǎn)變

亞共析碳鋼的C曲線上多出一條先共析鐵素體曲線；

過共析碳鋼的C曲線上多出一條先共析滲碳體曲線。（三）、C曲線的影響因素

（一）鋼的成分對C曲線的影響因素1．含碳量：亞共析鋼：C%↑，A中C%↑→C曲線右移過共析鋼：C%↑，未溶Fe3C↑→利于形核→C曲線左移共析鋼：穩(wěn)定性最高（C曲線靠右）。2．合金元素除Co以外，所有合金元素溶入A中，增大過冷A穩(wěn)定性——右移非碳化物形成元素，Si、Ni、Cu,

不改變C曲線形狀強碳化物形成元素，Cr,Mo,W,V,Nb,Ti,改變C曲線形狀除Co、Al外，均使Ms、Mf

下降，殘余A↑第四節(jié)

鋼的整體熱處理工藝整體熱處理主要有：退火、正火、淬火、回火。分為兩類：①預先熱處理：消除上道工序造成的缺陷，改善零件的工藝性能，為后續(xù)加工（切削、變形加工、最終熱處理等）作好性能與組織準備（如退火、正火、調(diào)質(zhì)等）。②最終熱處理：使工件滿足使用條件下的性能要求。（如正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)等）一、淬火

加熱到相變溫度（亞共析鋼Ac3、過共析鋼Ac1）以上30℃～50℃，A化，保溫，快速冷卻：

A→M（馬氏體）+A’（殘余奧氏體）

M（馬氏體）具有高硬度(35～65HRC)和高耐磨性。冷卻速度是淬火過程的重要因素,可以通過淬火介質(zhì)來進行控制：

700℃以上，慢，減小熱應力。

650-400℃，快，避開C曲線。

400℃以下，慢，減輕相變應力。中碳鋼（半軸）淬火溫度℃

40MnB

40CrMnMo

40Cr840±10840±10

840～860高碳鋼（軸承）淬火溫度℃

GCr15GCr15SiMn840±5825±5二、回火

鋼件淬火后,為消除內(nèi)應力和調(diào)整性能,再加熱到Ac1以下某一溫度,保溫,然后冷卻到室溫的熱處理工藝。一般是熱處理的最后一道工序。

1．低溫回火：150℃～250℃。目的：消除淬火應力，提高工件韌性，不改變淬火后的高硬度和高耐磨性。適于刀具、冷作模具、量具、軸承、滲碳或表面淬火件等。

低碳低合金鋼齒輪滲碳淬火后低溫回火。

高碳工具鋼鋸條、銼刀等淬火后低溫回火處理。

2．中溫回火

回火溫度：350℃～500℃。

用途：主要用于彈簧、彈性夾頭及鍛模件（中、高碳鋼）。

組織：F基體+彌散分布大量細粒狀滲碳體（回火屈氏體)。保留馬氏體形態(tài)。

性能：彈性極限和屈服強度較高，有一定韌性，硬度35～45HRC。3.高溫回火

溫度：500℃～650℃。

組織：鐵素體基體+粒狀滲碳體（回火索氏體）。

性能：具有強度、硬度、塑性和韌性都較好的綜合機械性能。硬度25HRC～35HRC。

淬火＋高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理。

用途：中碳（合金）鋼件。

受力情況復雜的重要零件，如軸、齒輪、連桿等。

調(diào)質(zhì)件舉例4.回火脆性現(xiàn)象：①250-400℃左右：M條或片邊界析出斷續(xù)薄殼狀C化物。不可逆，應避開這一溫度區(qū)。②450℃～650℃：含Cr、Ni、Mn等的結(jié)構(gòu)鋼，緩慢冷卻而產(chǎn)生脆性（Sn、P在A晶界偏聚）?？赡妫偌訜峥炖湎?。加入1%Ｗ或0.5%Ｍo等可抑制。鋼的淬透性和淬硬性1．淬透性：低中碳鋼件淬火時獲得淬硬深度的能力（或零件獲得50％M組織的深度），淬透性越好，淬火獲得的淬硬深度越大。

淬透性主要取決于合金元素的含量。合金元素改變VK

（臨界冷卻速度）。不同合金量中碳鋼的淬透性及調(diào)質(zhì)后的性能比較經(jīng)濟型鋼（如45、40Cr）制造零件的最終熱處理選擇。2．淬硬性：鋼在淬火后M（馬氏體）獲得硬度的能力。淬硬性主要取決于M中C%。C%↑→淬硬性↑。如低碳鋼淬火獲得的馬氏體的硬度要低于中碳鋼淬火獲得的馬氏體的硬度。3．淬透性與淬硬性的區(qū)別：淬透性是鋼件淬火后從表面向心部獲得馬氏體深度的能力，淬透性主要取決于合金元素的含量。淬硬性是鋼件淬火后獲得馬氏體的硬度。淬硬性主要取決于鋼的含碳量。鋼的表面熱處理和化學熱處理工藝感應加熱表面淬火1．原理：交變磁場→感應電流→工件電阻→加熱，集膚效應→表面加熱。2．分類：

a.高頻200-300KHz，淬硬深度0.5-2mm

。

b.中頻2500-8000Hz，

淬硬深度2-5mm。

c.工頻50Hz，淬硬深度10-15mm。3．適用鋼種：中碳鋼和中碳合金鋼4．特點：

a.加熱速度快(幾秒—幾十秒),表面迅速A化。b.晶粒細小，淬火得到極細馬氏體，硬度↑，脆性↓c.殘余壓應力→提高壽命d.不易氧化、脫碳、變形小e.工藝易控制，設備成本高感應加熱表面淬火5．典型表面淬火零件（軸類）工藝路線

鍛造→退火或正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火→低溫(自)回火→精磨

雙橋車貫通軸汽車轉(zhuǎn)向節(jié)

傳動軸伸縮叉

汽車后橋差速器

鋼的化學熱處理

－滲碳溫度：AC3以上；900~950℃，

目的：提高表面硬度、耐磨性，使心部仍保持一定的強度和良好的塑性和韌性。典型零件：汽車齒輪、撥叉、萬向節(jié)等。

常用鋼種：低碳鋼，低碳合金鋼

20CrMnTi、20CrMo、20Cr、20MnVB

加熱溫度↑、保溫時間↑→滲碳層厚度↑典型滲碳零件（齒輪類）加工工藝路線鍛造→正火→切削加工→滲碳→直接淬火→清洗→低溫回火→噴丸→磨削

滲碳工藝：將工件裝在密封的滲碳爐中，加熱到900℃～950℃，向爐內(nèi)滴入煤油、苯、甲醇、丙烷等有機液體或通入煤氣、天然氣等，通過化學反應產(chǎn)生活性碳原子，使鋼件表面滲碳。

滲碳使低碳(0.15～0.30%)鋼件表面獲得高濃度碳（約0.8－1.2%）。

氣體滲碳爐氣體滲碳裝置示意圖現(xiàn)代熱處理設備—連續(xù)式滲碳熱處理自動線現(xiàn)代熱處理設備—多用密封滲碳箱式爐

三、退火與正火退火：

將鋼件加熱、保溫、緩慢冷卻的熱處理工藝。一般屬于預先熱處理。目的：1．降低鋼件硬度，有利于變形加工或切削加工

（HB=160~230）；2．消除殘余應力，穩(wěn)定鋼件尺寸并防止變形和開裂；3．細化晶粒，改善組織，提高鋼的機械性能；4．為最終熱處理（淬火，回火）做好組織準備。

退火分為：

1、完全退火，2、等溫退火，3、擴散（均勻化）退火，4、球化退火，5、去應力退火，6、再結(jié)晶退火。（一）完全退火加熱溫度：Ac3以上30-50℃，保溫，隨爐緩冷到600oC以下，出爐空冷。完全退火目的：①細化晶粒；②獲得“平衡組織”，調(diào)整硬度→切削性↑；③消除內(nèi)應力。

應用：亞共折鋼(碳鋼、合金鋼)的鑄件、鍛件、熱軋型材及焊接鑄件。不適用于過共析鋼。完全退火冷卻速度緩慢，時間少則十幾小時，多則數(shù)天。

40CrMnMo重型車半軸：完全退火（HB≤255）

→冷加工→整體調(diào)質(zhì)→感應淬火

（二）.等溫退火

對于較小零件，等溫退火可代替完全退火。零件在A化溫度快冷到等溫溫度進行等溫轉(zhuǎn)變，獲得均勻的F+P組織，再空冷至室溫。等溫退火時間短，效率高。（三）球化退火（不完全退火）使用范圍：用于共析或過共析成分的碳鋼和合金鋼。目的：球化滲碳體，降低硬度，改善切削性能，為淬火做好組織準備。工藝：過共析鋼加熱到Ac1以上10-30oC，保溫，緩慢冷卻或等溫轉(zhuǎn)變，再到600oC以下出爐空冷。工藝特點：加熱至Ac1線以上后，F(xiàn)e3C不能完全溶解，由片狀Fe3C逐漸斷開形成細小均勻的球狀Fe3C，分布在A基體上。組織：球狀P（F+球狀Fe3C

）。

硬度↓，切削性↑

T7-T13碳素工具鋼、GCr15的球化退火硬度(HB)187-217

，容易進行切削加工。高速工具鋼改善切削性的退火W18Cr4V(850～870℃)W6Mo5CrV2(840～860℃)HB≤255

（四）.擴散退火（均勻化退火）

目的：消除枝晶偏析，使成分均勻。工藝：鑄錠或鑄件加熱到Ac1以上，保溫，隨爐冷卻。特點：高溫、長時間加熱。后果：粗大晶粒（可再用完全退火或正火消除）擴散退火消除偏析的舉例設計汽車半軸套管用貝氏體鋼，鋼成分：22Mn2SiVB空冷組織為粒狀貝氏體。但經(jīng)某鋼廠冶煉、連鑄連軋、再高溫加熱穿管、空冷后獲得的組織卻是貝氏體＋鐵素體（HB240-260）。原因是連鑄連軋時產(chǎn)生了嚴重偏析。驗證：重新加熱至1250℃10小時擴散退火，金相中鐵素體消失，HB290-330。（五）.去應力退火（低溫退火）目的：消除鑄件，鍛件，焊接件，冷沖壓件及機加工件中的殘余應力。避免殘余應力引起的變形或開裂。工藝：加熱到600-650oC，保溫一定的時間，然后隨爐緩慢冷卻到200oC再出爐空冷。

用球墨鑄鐵、合金鑄鐵制造的凸輪軸需先進行去應力退火→再冷加工→最終熱處理（等溫淬火）3Cr13,4Cr13量塊工藝：噴砂→氣體滲氮→精磨→去應力退火(450℃×3h)→研磨→自然穩(wěn)定化處理→研磨至成品

60、65Mn鋼冷拔絲材繞制彈簧后需進行去應力退火（六）.再結(jié)晶退火Ac1以下50-150oC，目的：消除加工硬化。鉚釘：再結(jié)晶或完全退火鉚釘正火：

鋼件加熱至完全A化后置與空氣中冷卻。目的與退火基本相同；可為最終熱處理。與退火區(qū)別：溫度高于退火；在空氣中冷卻。（一）正火工藝：

加熱溫度:低碳鋼：

Ac3以上100-150℃；中碳鋼：

Ac3以上50-100℃；高碳鋼：

Acm以上30-50℃

1、正火用于最終熱處理：力學性能要求不高的普通鋼結(jié)構(gòu)件,為消除鑄、鍛造及焊接生產(chǎn)中的過熱缺陷，通過正火進行重結(jié)晶來細化組織，提高機械性能。a.細化A晶粒，組織均勻化。b.亞共析鋼中F%↓，P%↑，細化→強度，韌性、硬度↑。淬火易開裂的大型或復雜形狀零件，可用正火作為最終熱處理。

2、正火是滲碳鋼零件淬火前的預先熱處理工藝：

目的：改善切削加工性（調(diào)節(jié)硬度：160-220HB）。

20CrMnTi、20CrMo鋼汽車齒輪的制造工藝：鍛造→正火→切削加工→滲碳、淬火→清洗→低溫回火→噴丸→磨削低要求的切削加工性能，鋼的硬度在160-220HB較好，軟則“粘刀”，硬則“打刀”。高要求的切削加工性能，不但要考慮鋼的硬度（170-190HB），更要考慮鋼的組織形態(tài)。3.正火作為中、高碳鋼重要零件的預先熱處理：改善組織，消除缺陷，消除魏氏組織，減輕帶狀組織；可減小工件淬火變形與開裂。為調(diào)質(zhì)做好準備。4.正火用于過共析鋼消除網(wǎng)狀滲碳體（Fe3C）處理，為球化退火做好組織準備。

淬火、退火、正火的選擇：1．最終熱處理→淬火（調(diào)質(zhì)）或正火。2．切削加工：

低、中碳鋼→正火（齒輪、軸類）如20CrMnTi、45鋼中碳合金鋼→完全退火。如40CrMnMo高碳鋼、合金工具鋼→正火（消網(wǎng)C）+球化退火。熱處理研究專題

汽車重要鋼件

節(jié)能熱處理新技術(shù)

（汽車齒輪部分）我國是能耗大國

近年，我國每年的能源消耗增長是生產(chǎn)總值（GDP）增長的近三倍。而發(fā)達國家的能源消耗增長是GDP增加的0.5倍。節(jié)能減排是目前極為關(guān)注的課題。機械零件熱處理用的熱處理爐是“電老虎”。汽車鋼件熱處理耗能巨大。如何在熱處理工序中消滅熱處理，同時不降低零件質(zhì)量。汽車重要鋼件主要包括齒輪、軸、軸承、連桿、前橋、大梁等承受較大載荷的零件。汽車重要鋼件－變速箱中齒輪汽車變速箱汽車后橋內(nèi)的各種齒輪汽車齒輪—低碳低合金鋼滲碳零件傳統(tǒng)工藝：鍛造→正火→機械加工→滲碳淬火→清洗后低溫回火→精加工→→→→

滲碳、淬火鍛造（模鍛）正火耗能工序齒輪在機加前的熱加工工序有鍛造、正火。零件正火耗能約400-480kw.h/T。1、等溫正火工藝

95年前，我國汽車零件加工技術(shù)與國外相差很大，在使用含Mo合金滲碳鋼（如20CrMo、20CrMnMo）制造齒輪零件時，出現(xiàn)零件運行噪音大、壽命短，加工精度低、刀具消耗大等問題。我校研究認為，主要原因就出在一直不被重視的正火工藝上。但并未引起國內(nèi)的重視。利用鍛造余熱進行等溫正火的節(jié)能熱處理工藝

直到引進德國捷達轎車生產(chǎn)線后，國產(chǎn)齒輪毛坯（16～28CrMo鋼）加工變形大且無規(guī)律、加工精度低、裝車噪聲大等等問題變得更加突出，無法達到指標要求。只能從德國高價進口毛坯。進口的毛坯同樣在一汽加工后無論是加工精度還是變形程度都大大好于國產(chǎn)齒輪毛坯。

在一次參加國內(nèi)轎車國產(chǎn)化的研討會上，專家們就齒輪毛坯切削性不穩(wěn)定，變形大等問題展開研討。我校劉云旭教授根據(jù)多年的研究成果提出了改進正火工藝的技術(shù)方案，即：《齒輪毛坯采用等溫正火技術(shù)方案》。一汽專家們在束手無策的情況下打破陳規(guī),同意我校的《方案》，并由我校為一汽研發(fā)等溫正火工藝及其自動生產(chǎn)線。

1996年，我國第一臺等溫正火自動線設備在一汽專用車廠投入使用，所處理的齒輪毛坯由德國專家親自隨意抽樣檢測（冷加工與變形）均達到指標要求。國產(chǎn)化得到認可。該自動線96年獲《國家級重點新產(chǎn)品》等溫正火工藝及自動線引起國內(nèi)轟動，隨后我校又為國內(nèi)其他企業(yè)生產(chǎn)了5套等溫正火自動線，國內(nèi)一些設備制造廠也相繼仿造，至今，國內(nèi)已有近百臺“等溫正火自動線”投入使用。連續(xù)式等溫正火自動線（杭州前進齒輪箱）

現(xiàn)在國內(nèi)幾乎所有的汽車滲碳零件毛坯（齒輪、齒軸、萬向節(jié)、撥叉、方向機球頭等）的正火工藝都改為等溫正火工藝，各汽車制造廠也都要求零件毛坯“必須經(jīng)過等溫正火處理”才能訂貨。因此，現(xiàn)在汽車滲碳零件的預先熱處理是等溫正火而不是普通正火。

汽車齒輪的制造工序應改為：鍛造→等溫正火→機加→滲碳淬火→清洗→低溫回火→精加工“等溫正火”與“普通正火”的區(qū)別

（硬度相同，組織狀態(tài)不同）

普通正火中的相變過程（A→F＋P）是在一個較大溫度范圍內(nèi)進行，組織不均勻，并可能有非平衡組織，出現(xiàn)打刀、粘刀現(xiàn)象，使表面切應力增大且不均勻，滲碳淬火后零件變形量大。

采用等溫正火工藝，相變過程是在同一預定的溫度進行完全轉(zhuǎn)變，組織為均勻的F＋P，使零件冷加工精度大大提高，切削力均勻，滲碳淬火變形小而均勻，裝車精度提高。也大大降低刀具消耗。

目前等溫正火設備存在的問題新設計制造的網(wǎng)帶式等溫正火生產(chǎn)線由加熱爐、預冷室、速冷室、等溫爐及傳動系統(tǒng)、計算機集散控制系統(tǒng)構(gòu)成。加熱爐預冷室速冷室等溫爐預冷室速冷室計算機集散控制系統(tǒng)2、利用鍛造余熱進行等溫正火的節(jié)能新工藝及裝置等溫正火技術(shù)提高零件質(zhì)量，而耗能并不減少。但正是因為有了等溫正火技術(shù)，使得利用鍛造余熱進行等溫正火的節(jié)能措施成為可能。

利用鍛造余熱進行等溫正火是否可行,先要理解正火目的。在教科書上，正火的目的多為：改善組織、消除偏析、調(diào)整硬度、細化晶粒。一汽的標準，對正火的晶粒度要求7－8級。正火的真正目的，是提高鋼的切削加工性能。好的切削加工性要求：

a.強度低（易進刀）、脆性大（易斷屑）；

b.組織狀態(tài)：均勻性要好，不得有過硬、過韌、過軟、粗大的組織組成物存在。

我們試驗測得三種工藝下的晶粒度與組織狀態(tài)：普通正火晶粒較?。?－8級）組織不均勻等溫正火晶粒較小（7－8級）組織均勻余熱等溫正火晶粒較大（4－5級）組織均勻研究與實踐表明：滲碳鋼鍛（軋）件的奧氏體晶粒在3－5級、顯微組織為小塊狀先共析鐵素體＋細珠光體時的切削加工性能最好?，F(xiàn)已證實，德國的齒輪毛坯晶粒度就是3－5級，有很好的切削加工性。我們分別用普通正火和余熱等溫正火兩種工藝路線對零件進行處理，然后比較它們的切削性能。普通正火處理余熱等溫正火處理

本章結(jié)束三、利用鍛造余熱控制冷卻（等溫處理）工藝替代表面（感應）淬火前的調(diào)質(zhì)（或正火）處理