第2章 鋼熱處理工藝

1、金屬材料及熱處理主講教師：趙忠魁第二章 鋼的熱處理工藝 鋼的熱處理工藝 通過(guò)加熱、保溫和冷卻的方法改變鋼的組織結(jié)構(gòu)以獲得工件所要求性能的一種熱加工技術(shù)。熱處理設(shè)備 分類 普通熱處理（退火、正火、淬火、回火） 表面熱處理（表面淬火、化學(xué)熱處理） 形變熱處理一、退火 什么是退火？ 將鋼加熱到相變溫度Ac1以上或以下，保溫以后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）以獲得接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理工藝。 目的： 均勻鋼的化學(xué)成分及組織，細(xì)化晶粒， 調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化 ，改善，改善鋼鋼 的成形和切削加工性能，的成形和切削加工性能， 為淬火做好組織準(zhǔn)備。 （1）按加熱溫度分為

2、臨界溫度以上或以下按加熱溫度分為臨界溫度以上或以下臨界溫度以上l 完全退火l 擴(kuò)散退火l 不完全退火l 球化退火臨界溫度以下l 再結(jié)晶退火l 去應(yīng)力退火（2）按冷卻方式）按冷卻方式 等溫退火 連續(xù)冷卻退火 分類分類 加熱溫度范圍1.完全退火 概念概念 將鋼件或鋼材加熱到Ac3以上2030，經(jīng)完全奧氏體化后進(jìn)行隨爐緩慢冷卻，以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。A AC3C3+30 +30 50 50 爐冷爐冷A AC3C3500 500 ，空冷，空冷 目的目的 均勻組織，細(xì)化晶粒均勻組織，細(xì)化晶粒 降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力 改善鋼的切削加工性能改善鋼的切削加工性能實(shí)際生產(chǎn)中，實(shí)際生產(chǎn)

3、中，600出爐空冷出爐空冷。 適用鋼材適用鋼材: 中碳鋼（消除魏氏組織、晶粒粗大、帶狀組織等）A AC3C3+30 +30 50 50 中碳鋼：珠光體中碳鋼：珠光體+鐵素體鐵素體 等溫退火等溫退火 將奧氏體化后的鋼較快地冷卻到稍低于Ar1溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，再空冷到室溫的熱處理工藝。 縮短退火時(shí)間 適用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金鋼。（1）概念（2）目的（3）適用鋼種2.不完全退火 概念 將鋼加熱到Ac1Ac3(亞共析鋼)或Ac1Accm (過(guò)共析鋼)之間的雙相區(qū)，保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝。 對(duì)亞共析鋼，可代替完全退火。 對(duì)過(guò)共析鋼，即為球化退火。3.球化退火 概念概念 鋼隨爐升

4、溫加熱到鋼隨爐升溫加熱到Ac1Accm以下的雙相區(qū)以下的雙相區(qū)，保溫，保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝。后緩慢冷卻的熱處理工藝。 目的目的: 讓其中的碳化物讓其中的碳化物球化球化（粒化）和（?；┖拖W(wǎng)消除網(wǎng)狀的二次滲碳體狀的二次滲碳體。（因此叫做球化退火。）。（因此叫做球化退火。）主要適用于共析或過(guò)共析的工模具鋼主要適用于共析或過(guò)共析的工模具鋼 適用鋼種適用鋼種T10鋼球化退火組織 ( 化染 ) 500 4.擴(kuò)散退火（均勻化退火） 概念概念 將工件加熱到將工件加熱到略低于固相線的溫度略低于固相線的溫度（亞共析鋼通常為（亞共析鋼通常為10501150），長(zhǎng)時(shí)間（一般），長(zhǎng)時(shí)間（一般1020h）保溫

5、，然后隨）保溫，然后隨爐緩慢冷卻到室溫的熱處理工藝。爐緩慢冷卻到室溫的熱處理工藝。（也叫均勻化退火。） 目的目的均勻鋼內(nèi)部的化學(xué)成分，消除偏析。均勻鋼內(nèi)部的化學(xué)成分，消除偏析。主要于鑄造后的高合金鋼。主要于鑄造后的高合金鋼。 適用情況適用情況 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火退火5.去應(yīng)力退火 概念概念 為了消除由于變形加工以及鑄造、焊接過(guò)程引起的殘為了消除由于變形加工以及鑄造、焊接過(guò)程引起的殘余內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行的退火稱為余內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行的退火稱為去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火。 退火溫度退火溫度不超過(guò)不超過(guò)Ac1，一般，一般500650。6.再結(jié)晶退火 概念 把冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持適

6、當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶而消除加工硬化的熱處理工藝。二、正火 概念概念 將鋼材或鋼件加熱到將鋼材或鋼件加熱到臨界溫度以上臨界溫度以上，保溫后，保溫后空冷空冷的熱的熱處理工藝。處理工藝。 亞共析鋼的加熱溫度為Ac33050 過(guò)共析鋼的加熱溫度為Accm3050。索氏體 正火與退火的主要區(qū)別正火與退火的主要區(qū)別 冷卻速度不同，正火冷卻速度較大，得到的珠光體組冷卻速度不同，正火冷卻速度較大，得到的珠光體組織很細(xì)，因而強(qiáng)度和硬度也較高?？椇芗?xì)，因而強(qiáng)度和硬度也較高。 應(yīng)用應(yīng)用（1）消除網(wǎng)狀二次滲碳體）消除網(wǎng)狀二次滲碳體（2）作為最終熱處理，提高工件的力學(xué)性能）作為最終熱處理，提高工件的

7、力學(xué)性能（3）改善切削加工性能）改善切削加工性能（4）消除熱加工缺陷。）消除熱加工缺陷。三、退火和正火的選用 含碳量0.75鋼，選用球化退火 中碳鋼、合金鋼正火硬度高不易切削，選用完全退火 在要求不高時(shí)，盡量選用正火。2.1.3 淬火 概念概念 淬火是指將鋼加熱到淬火是指將鋼加熱到臨界溫度臨界溫度Ac3或或Ac1以上以上3050，保溫后以，保溫后以大于臨界冷卻速度大于臨界冷卻速度的冷速冷的冷速冷卻，得到卻，得到馬氏體或貝氏體組織馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。的熱處理工藝。 目的目的 獲得獲得馬氏體馬氏體，并與適當(dāng)?shù)幕鼗鸸に囅嗯浜希⑴c適當(dāng)?shù)幕鼗鸸に囅嗯浜?，提高鋼的力提高鋼的力學(xué)性能學(xué)性能。組

8、織：組織： 淬火組織在大多數(shù)情況下為淬火組織在大多數(shù)情況下為馬氏體馬氏體，有時(shí)也可能得到，有時(shí)也可能得到貝氏體貝氏體或者或者馬氏體與貝氏體的混合組織馬氏體與貝氏體的混合組織。此外還有。此外還有少量殘少量殘余奧氏體余奧氏體與與未溶第二相未溶第二相。 1. 淬火條件及分類淬火條件及分類 條件：條件： 合金能否淬火主要主要體現(xiàn)在合金在相圖上有沒有合金能否淬火主要主要體現(xiàn)在合金在相圖上有沒有多多型性改變型性改變或或固溶度改變固溶度改變。 分類：分類： 分為分為無(wú)多型性轉(zhuǎn)變的合金淬火無(wú)多型性轉(zhuǎn)變的合金淬火和和有多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火有多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火。 無(wú)多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火，又稱為無(wú)多型性轉(zhuǎn)變合金的

9、淬火，又稱為固溶處理固溶處理 以鋁合金為代表 有多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火，簡(jiǎn)稱有多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火，簡(jiǎn)稱淬火淬火 以鋼為代表 2. 淬火工藝參數(shù)的選擇淬火工藝參數(shù)的選擇 淬火加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻方式淬火加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻方式 過(guò)共析鋼淬火溫度： 一般為Ac1以上3050圖6-14是碳鋼的淬火溫度范圍。 亞共析鋼的淬火溫度： 一般為Ac3以上3050，淬火后獲得均勻細(xì)小的馬氏體組織。鋼的化學(xué)成分對(duì)加熱溫度的影響鋼的化學(xué)成分對(duì)加熱溫度的影響 工件尺寸及形狀的影響工件尺寸及形狀的影響 小工件采用較低的淬火溫度。反之，采用高的淬火溫度。 小工件加熱快，溫度高可能引起棱、角處過(guò)熱和增大變形，故淬

10、火溫度取下限。 大工件加熱慢，溫度低容易造成加熱不足及延長(zhǎng)工時(shí)，故應(yīng)適當(dāng)提高淬火溫度。 對(duì)形狀復(fù)雜，容易變形和開裂的工件，應(yīng)在保證性能要求的前提下，盡量采用較低的淬火溫度。 淬火介質(zhì)和淬火方法的影響淬火介質(zhì)和淬火方法的影響 采用冷卻能力很強(qiáng)的淬火劑時(shí)，為減少應(yīng)力，可適當(dāng)降低淬火溫度。 采用等溫淬火或分級(jí)淬火時(shí)，因所用熱浴的冷卻能力差，故應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高淬火溫度，以保證工件淬硬。 奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的影響 對(duì)本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，其淬火加熱溫度范圍較寬，所以為了提高加熱速度，縮短整個(gè)處理周期，可適當(dāng)提高淬火溫度。 2）加熱時(shí)間 保溫時(shí)間保溫時(shí)間指工件指工件裝爐后裝爐后，從，從爐溫回升

11、到淬火溫度時(shí)爐溫回升到淬火溫度時(shí)起，起，至至出爐止出爐止所需時(shí)間所需時(shí)間。 保溫時(shí)間包括兩段時(shí)間：保溫時(shí)間包括兩段時(shí)間： 一段是整個(gè)工件溫度達(dá)到淬火溫度所需要的時(shí)間，稱為一段是整個(gè)工件溫度達(dá)到淬火溫度所需要的時(shí)間，稱為工件透熱時(shí)間工件透熱時(shí)間； 另一段為整個(gè)工件組織完全轉(zhuǎn)變所需要的時(shí)間，稱為另一段為整個(gè)工件組織完全轉(zhuǎn)變所需要的時(shí)間，稱為組組織轉(zhuǎn)變所需時(shí)間織轉(zhuǎn)變所需時(shí)間。 保溫時(shí)間為保溫時(shí)間為工件透熱時(shí)間工件透熱時(shí)間與與組織轉(zhuǎn)變所需時(shí)間組織轉(zhuǎn)變所需時(shí)間之之和和。 保溫時(shí)間保溫時(shí)間按照零件按照零件最大厚度最大厚度或或條件厚度條件厚度來(lái)確定。來(lái)確定。 最大厚度最大厚度指零件指零件最厚截面處最厚截面處

12、的尺寸或的尺寸或疊放零件疊放零件的總厚度。的總厚度。 條件厚度條件厚度指零件指零件實(shí)際厚度實(shí)際厚度（壁厚）乘以（壁厚）乘以形狀系數(shù)形狀系數(shù)。 球形、正方形零件的形狀系數(shù)為0.75； 棒狀零件的形狀系數(shù)為1.0。保溫時(shí)間的影響因素保溫時(shí)間的影響因素 鋼的化學(xué)成分的影響 鋼中碳及合金元素含量越高，合金的導(dǎo)熱性下降，保溫時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)。高碳鋼的保溫時(shí)間大于低碳鋼，合金鋼的保溫時(shí)間大于碳素鋼，高合金鋼的保溫時(shí)間大于低合金鋼。 工件的形狀與尺寸的影響工件的形狀與尺寸的影響 當(dāng)加熱條件相同時(shí)，當(dāng)加熱條件相同時(shí)，保溫時(shí)間保溫時(shí)間隨其隨其有效厚度有效厚度的增的增大而延長(zhǎng)。大而延長(zhǎng)。 有效厚度指工件在受熱條件下在

13、最快傳熱方向上的有效厚度指工件在受熱條件下在最快傳熱方向上的截面厚度。截面厚度。加熱爐類型的影響 加熱爐類型不同，加熱速度不同，保溫時(shí)間也不同。鉛浴爐、鹽浴爐、空氣電阻爐加熱速度依次降低，當(dāng)其它條件相同時(shí)，三者的保溫時(shí)間之比大致為2:3:6。 計(jì)算保溫時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)公式為：Dt Dkt裝爐情況的影響 工件的保溫時(shí)間與工件在爐中的放置及排列情況有較大關(guān)系。一般在保溫時(shí)間公式再乘上裝爐方式修正系數(shù)k。淬火保溫時(shí)間經(jīng)驗(yàn)公式為：。 淬火冷卻的基本原則淬火冷卻的基本原則 淬入時(shí)應(yīng)保證工件得到最均勻的冷卻； 應(yīng)以最小阻力方向淬入； 還應(yīng)考慮工件的重心穩(wěn)定。 淬火要得到馬氏體組織，同時(shí)又要避免產(chǎn)生變形和開裂淬火

14、要得到馬氏體組織，同時(shí)又要避免產(chǎn)生變形和開裂 在在“鼻尖鼻尖”溫度（溫度（650）以上，）以上，在保證不出現(xiàn)珠光體類型組織的前提在保證不出現(xiàn)珠光體類型組織的前提下，可以盡量緩冷；下，可以盡量緩冷； 在在“鼻尖鼻尖”溫度附近（溫度附近（650-400）則必須快冷，以躲開）則必須快冷，以躲開“鼻鼻尖尖”，保證不產(chǎn)生非馬氏體相變；，保證不產(chǎn)生非馬氏體相變； 在在Ms點(diǎn)附近又可以緩冷，以減點(diǎn)附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的相變應(yīng)力。輕馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的相變應(yīng)力。 常用的淬火冷卻介質(zhì)是常用的淬火冷卻介質(zhì)是水水、鹽鹽或或堿的水溶液堿的水溶液和和各種礦物各種礦物油油、植物油植物油。3. 淬火冷卻介質(zhì) 常用的

15、淬火冷卻介質(zhì)：常用的淬火冷卻介質(zhì)：水水、油油（各種礦物油各種礦物油、植物油植物油）鹽鹽或或堿的水溶液堿的水溶液和和有機(jī)物質(zhì)的水溶液及乳化液有機(jī)物質(zhì)的水溶液及乳化液 。實(shí)際使用的淬火介質(zhì)分為兩大類。 淬火時(shí)發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)。這類介質(zhì)包括水質(zhì)淬火劑、油質(zhì)淬火劑和水溶液等 淬火時(shí)不發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)。這類淬火包括各種熔鹽、熔堿、熔融金屬等 新型淬火介質(zhì)：新型淬火介質(zhì)：有機(jī)聚合物淬火劑有機(jī)聚合物淬火劑 、無(wú)機(jī)物水溶液無(wú)機(jī)物水溶液淬火劑淬火劑、流態(tài)床冷卻流態(tài)床冷卻 原則原則：保證在獲得所要求的淬火組織和性能條件下，盡量減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

16、裂傾向。小淬火應(yīng)力，減少工件變形和開裂傾向。時(shí)間時(shí)間溫度MsA1單液淬火單液淬火雙液淬火雙液淬火分級(jí)淬火分級(jí)淬火等溫淬火等溫淬火4 淬火方法淬火方法1）單液淬火）單液淬火概念概念 將奧氏體狀態(tài)的工件放入一將奧氏體狀態(tài)的工件放入一種淬火介質(zhì)中一直冷卻到室溫的種淬火介質(zhì)中一直冷卻到室溫的淬火方法。淬火方法。特點(diǎn)特點(diǎn) 操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化適用范圍適用范圍 形狀簡(jiǎn)單的碳鋼和合金鋼工形狀簡(jiǎn)單的碳鋼和合金鋼工件。件。 2）雙液淬火）雙液淬火 工件先在較強(qiáng)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 優(yōu)點(diǎn)：可有效減少馬氏體轉(zhuǎn)變的內(nèi)應(yīng)力，減小工件

17、變形開裂的傾向 應(yīng)用：形狀復(fù)雜、截面不均勻的工件淬火 缺點(diǎn)：難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，轉(zhuǎn)換過(guò)早容易淬不硬，轉(zhuǎn)換過(guò)遲又容易淬裂。 3）分級(jí)淬火）分級(jí)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(diǎn)附近，停留25min，然后取出空冷 目的：A.工件內(nèi)外溫度較為均勻B.進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，以大大減小淬火應(yīng)力，防止變形開裂 4）等溫淬火）等溫淬火 分為貝氏體等溫淬火和馬氏體等溫淬火 （1）貝氏體等溫淬火 工件在等溫鹽浴中淬火，等溫停留較長(zhǎng)時(shí)間，直到貝氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束，取出空冷. 鹽浴溫度: 貝氏體區(qū)的下部(稍高于Ms) 目的: 獲得下貝氏體，以提高強(qiáng)度、硬度、韌性和耐磨性。 應(yīng)用：用于中、高碳鋼 2

18、）馬氏體等溫淬火 工件置于溫度稍低于Ms點(diǎn)的淬火介質(zhì)中保持，發(fā)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變，取出空冷。 這種等溫淬火相當(dāng)于低于Ms點(diǎn)的分級(jí)淬火特點(diǎn)A.冷卻速度大，過(guò)冷奧氏體不易分解；B.形成的馬氏體在等溫過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，使組織應(yīng)力下降；C.等溫過(guò)程工件各部分溫度趨于一致，空冷冷速較慢，繼續(xù)形成馬氏體量少，組織應(yīng)力小，變形開裂傾向小。 時(shí)間溫度 / MsA1表面中心空冷5）預(yù)冷淬火法 先將試樣空冷一定時(shí)間后置于淬火介質(zhì)中冷卻。 預(yù)冷可減小工件在隨后快冷時(shí)各處之間的溫差，變形開裂傾向減小。 時(shí)間溫度 / MsA1表面中心預(yù)冷5.鋼的淬透性鋼的淬透性1）淬透性的概念）淬透性的概念 指奧氏體化后的鋼在淬火

19、時(shí)獲得馬氏體的能力指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力 鋼的淬透性大小用鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深鋼的淬透性大小用鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度來(lái)表示。度來(lái)表示。 通常采用從淬火工件表面到半馬氏體區(qū)距離作為淬透層通常采用從淬火工件表面到半馬氏體區(qū)距離作為淬透層深度。深度。淬透性是鋼的固有屬性，其大小主要取決于鋼的臨界冷卻速率淬透性是鋼的固有屬性，其大小主要取決于鋼的臨界冷卻速率Vc。 50%M表面心部淬硬層大尺寸工件的淬透情況示意圖2）淬透性的測(cè)量方法）淬透性的測(cè)量方法(1)斷口檢驗(yàn)法斷口檢驗(yàn)法 根據(jù)淬火后鋼材根據(jù)淬火后鋼材斷口組織的粗細(xì)斷口組織的粗細(xì)來(lái)判斷淬透深度。來(lái)判斷淬透深

20、度。 淬透部分的組織較細(xì)淬透部分的組織較細(xì)，呈，呈絹狀斷口絹狀斷口，未淬透部分的組織較粗未淬透部分的組織較粗。 該法只適用于該法只適用于非合金鋼非合金鋼，特別是，特別是碳素工具鋼碳素工具鋼。 （2）P-F法法 這是這是標(biāo)準(zhǔn)化的斷口檢驗(yàn)法標(biāo)準(zhǔn)化的斷口檢驗(yàn)法. 主要適用于主要適用于工具鋼工具鋼。 P代表代表淬透深度淬透深度，F(xiàn)表示表示斷口的形貌斷口的形貌。F根據(jù)瑞典標(biāo)準(zhǔn)采用根據(jù)瑞典標(biāo)準(zhǔn)采用斷口晶粒度斷口晶粒度No.110，10個(gè)級(jí)別加以評(píng)定。個(gè)級(jí)別加以評(píng)定。 （3）熱鹽水試驗(yàn)法）熱鹽水試驗(yàn)法 把長(zhǎng)、寬各把長(zhǎng)、寬各25.4mm，厚，厚2.5mm的試樣在的試樣在6090的的10鹽水中淬火后，在鹽水中淬

21、火后，在規(guī)定的位置測(cè)量其硬度規(guī)定的位置測(cè)量其硬度HRC。 該方法用于測(cè)量該方法用于測(cè)量低淬透性鋼低淬透性鋼的淬透性。的淬透性。 （4）臨界直徑法。）臨界直徑法。 對(duì)對(duì)不同直徑不同直徑的一組的一組圓柱體圓柱體試樣淬火，找出試樣淬火，找出截面中心恰好是含截面中心恰好是含50%馬氏體的試樣馬氏體的試樣，其直徑大小規(guī)定為，其直徑大小規(guī)定為臨界淬透直徑臨界淬透直徑D0。 在相同的冷卻條件下，在相同的冷卻條件下，D0越大，則鋼的淬透性也越大。越大，則鋼的淬透性也越大。冷卻介質(zhì)的冷速不同，臨界淬透直徑冷卻介質(zhì)的冷速不同，臨界淬透直徑D0也不同。也不同。 鋼材在冷卻強(qiáng)度無(wú)限大的冷卻介質(zhì)中淬火，試樣能夠淬透的最

22、大直徑，稱為理想臨界直徑Di。 Di是排除淬火介質(zhì)的影響而反映鋼固有的淬透性的判據(jù)。 試驗(yàn)時(shí)，先將標(biāo)準(zhǔn)試樣加熱至奧氏體化狀態(tài)，然后迅速放在端淬試驗(yàn)臺(tái)上噴水冷卻。(5)末端淬火法末端淬火法，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱端淬法端淬法 試樣冷卻完畢后，沿其軸線方向相對(duì)的兩側(cè)各磨去0.40.5mm，在此平面上從試樣末端開始，測(cè)量1.5mm、3mm、5mm、7mm、9mm、11mm、13mm、15mm前8個(gè)測(cè)量點(diǎn)和以后每隔5mm的硬度值，繪出硬度與至末端距離的關(guān)系曲線，稱為端淬曲線。 由于同一種鋼號(hào)的化學(xué)成分允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，因而相關(guān)手冊(cè)中給出的不是一條曲線，而是一條帶，稱之為淬透性帶 鋼的淬透性值通常用J-d 表示

23、。J表示末端淬透性，d 表示從測(cè)量點(diǎn)到淬火端面的距離（單位為mm），表示該處的硬度值（或?yàn)镠RC，或?yàn)镠V30）。J35-15，表示距淬火端15mm 處的硬度值為35HRC；JHV450-10表示距淬火端10mm處的硬度值為450HV30。 主要因素是化學(xué)成分主要因素是化學(xué)成分 B.合金元素合金元素 除除Co以外，所有以外，所有溶于奧氏體中的合金元素都提高淬溶于奧氏體中的合金元素都提高淬透性透性。 未溶入奧氏體中的元素未溶入奧氏體中的元素，形成碳化物、氮化物及其，形成碳化物、氮化物及其他非金屬夾雜物，使臨界冷卻速度增大，他非金屬夾雜物，使臨界冷卻速度增大，降低淬透性降低淬透性。 奧氏體溫度奧氏

24、體溫度、塑性變形塑性變形及及外加應(yīng)力外加應(yīng)力都會(huì)影響淬透性。都會(huì)影響淬透性。4）影響淬透性的因素）影響淬透性的因素 含碳量。 共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好； 亞共析鋼隨含碳量增加，淬透性提高； 過(guò)共析鋼隨含碳量增加，淬透性降低。 7. 冷處理冷處理 將淬火后已冷到將淬火后已冷到室溫室溫的工件的工件繼續(xù)深冷繼續(xù)深冷至至零下溫度零下溫度，使，使淬火后保留下來(lái)的淬火后保留下來(lái)的殘余奧氏殘余奧氏體繼續(xù)向體繼續(xù)向馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變，達(dá)到減，達(dá)到減少或消除殘余奧氏體的目的。少或消除殘余奧氏體的目的。 工件經(jīng)冷處理后，其硬度和耐磨性得到較大提高，由于殘余奧氏體減小或者消除，尺寸穩(wěn)定性增加。 應(yīng)用：高碳

25、合金工具鋼、經(jīng)滲碳或碳氮共滲的結(jié)構(gòu)鋼零件 液氮淬火法是常用冷處理方法。 四、鋼的回火 什么是什么是回火回火？ 將淬火后的零件將淬火后的零件加熱到低于加熱到低于Ac1的某一溫度的某一溫度并并保溫保溫，然后，然后冷卻到室溫冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。的熱處理工藝稱為回火。 一般是緊接淬火以后的熱處理工藝。一般是緊接淬火以后的熱處理工藝。 淬火后淬火后回火目的回火目的 降低或消除內(nèi)應(yīng)力，以防止工件開裂和變形；降低或消除內(nèi)應(yīng)力，以防止工件開裂和變形； 減少或消除殘余奧氏體，以穩(wěn)定工件尺寸；減少或消除殘余奧氏體，以穩(wěn)定工件尺寸； 調(diào)整工件的內(nèi)部組織和性能，以滿足工件的調(diào)整工件的內(nèi)部組織和性能，以滿足

26、工件的 使用要求。使用要求。 低溫回火低溫回火 150250 特別適合刀具、量具、滾動(dòng)軸承和高頻表面淬火工件。大部分材特別適合刀具、量具、滾動(dòng)軸承和高頻表面淬火工件。大部分材料是淬火高碳鋼和高碳合金鋼料是淬火高碳鋼和高碳合金鋼中溫回火中溫回火 350500 主要用于各種彈簧零件和熱鍛磨具。主要用于各種彈簧零件和熱鍛磨具。高溫回火高溫回火 500650 主要適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，用來(lái)制作曲軸、連桿、主要適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，用來(lái)制作曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車半軸、機(jī)場(chǎng)主軸、齒輪等連桿螺栓、汽車半軸、機(jī)場(chǎng)主軸、齒輪等鋼件淬火后進(jìn)行高溫回火的熱處理工藝又稱調(diào)質(zhì)處理 回火工藝回火工

27、藝 按照回火后性能要求，淬火以后的回火有低溫回火，中溫回火、高溫回火。 按照回火溫度和工件所要求的性能，一般將回火分為三類鋼的回火回火索氏體回火索氏體 回火屈氏體回火屈氏體 回火馬氏體回火馬氏體 回火馬氏體回火馬氏體 回火后鋼的的組織回火后鋼的的組織馬氏體馬氏體2. 回火時(shí)間的確定回火時(shí)間的確定 列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：bDt 3. 回火后冷卻回火后冷卻 一般鋼種回火保溫后，大都在空氣中冷卻。 重要零件為了避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，采用緩慢冷卻。 回火脆性較明顯的合金鋼（Cr鋼、Cr-Mn鋼、Si-Mn鋼），為了避免回火脆性的產(chǎn)生，在450650回火后，需油冷、水冷。 2.2 鋼的表面熱處理 什么是表面熱處理？

28、 僅對(duì)鋼的表面快速加熱、冷卻，把表層淬成馬氏體，使表面獲得高硬度和耐磨性，而心部仍保持原來(lái)良好的韌性和塑性的熱處理方法，稱為表面熱處理。 注意：表面熱處理不改變鋼的成分。 按加熱方式可分為 感應(yīng)加熱 火焰加熱 電接觸加熱 激光加熱 加熱器通入電流，工件表面在幾秒鐘之內(nèi)迅速加熱到遠(yuǎn)高于Ac3以上的溫度，接著迅速冷卻工件（例如向加熱了的工件噴水冷卻）表面，在零件表面獲得一定深度的硬化層。 2.2.1 感應(yīng)加熱表面熱處理感應(yīng)加熱表面熱處理 1. 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱 感應(yīng)線圈通以交流電時(shí)，就會(huì)在它的內(nèi)部和周圍產(chǎn)生與交流頻率相同的交變磁場(chǎng)。若把工件置于感應(yīng)磁場(chǎng)中，則其內(nèi)部將產(chǎn)生感應(yīng)電流并由于電阻的作用被加

29、熱。 感應(yīng)電流在工件表層密度最大，而心部幾乎為零，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。 電流透入工件表層的深度主要與電流頻率關(guān)系： 通過(guò)頻率的選用可以得到不同工件所要求的淬硬層深度。 電流頻率越高，感應(yīng)電流透入深度越淺，加熱層也越薄。f500第一類：超高頻感應(yīng)加熱淬火電流頻率：27MHz 淬硬層深度： 0.15mm應(yīng)用：圓盤鋸等形狀復(fù)雜工件 第二類 高頻感應(yīng)加熱淬火 常用電流頻率：200300kHz 淬硬層深度： 0.52.0mm 應(yīng)用：適用于中小模數(shù)的齒輪及中小尺寸的軸類零件等。 第二類 中頻感應(yīng)加熱淬火 常用電流頻率：25008000Hz 淬硬層深度： 26mm 應(yīng)用：適用于較大尺寸的軸和大中模數(shù)的齒輪

30、等。 第三類 工頻感應(yīng)加熱淬火 電流頻率：50赫茲 淬硬層深度：可達(dá)1015mm 應(yīng)用：大直徑零件如軋輥、火車車輪等的表面淬火。 感應(yīng)加熱表面淬火的分類感應(yīng)加熱表面淬火的分類據(jù)電流頻率的不同，分為四類： 感應(yīng)加熱適用的材料 中碳鋼和中碳低合金鋼，如45、40Cr、40MnB等。 這些鋼經(jīng)預(yù)先熱處理（正火或調(diào)質(zhì)處理）后再表面淬火，心部有較高的綜合機(jī)械性能，表面也有較高的硬度和耐磨性。 鑄鐵也是適合于表面淬火的材料組織組織 A.亞共析鋼亞共析鋼 圖2.18 45鋼高頻感應(yīng)淬火后的組織和硬度整個(gè)加熱層分為三個(gè)區(qū)。1區(qū)：加熱溫度超過(guò)Ac3，淬火得到完全馬氏體組織。越靠近表面，馬氏體組織越粗大，越靠近里

31、面，馬氏體則較細(xì)，帶有隱針狀特征。2區(qū)：溫度Ac1Ac3之間，淬火得到馬氏體和鐵素體混合組織。越遠(yuǎn)離表面，溫度越低，鐵素體量越大。該層為過(guò)渡層。3區(qū)：溫度低于Ac1，不會(huì)發(fā)生馬氏體相變，仍保留原始組織。 B.過(guò)共析鋼 表層組織為馬氏體+碳化物+殘余奧氏體，過(guò)渡層為馬氏體+碳化物+少量屈氏體，心部組織為珠光體+碳化物。 感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn) 由于感應(yīng)加熱速度極快，過(guò)熱度增大，使鋼的臨界點(diǎn)升高，故感應(yīng)加熱淬火溫度(工件表面溫度)高于一般淬火溫度。由于感應(yīng)加熱速度快，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，淬火后獲得非常細(xì)小的隱晶馬氏體組織，使工件表層硬度比普通淬火高2HRC3HRC，耐磨性也有較大提高。表面淬火后，

32、淬硬層中馬氏體的比體積較原始組織大，因此表層存在很大的殘余壓應(yīng)力，能顯著提高零件的彎曲、抗扭疲勞強(qiáng)度。小尺寸零件可提高23 倍，大尺寸零件可提高20%30%。由于感應(yīng)加熱速度快、時(shí)間短，故淬火后無(wú)氧化、脫碳現(xiàn)象，且工件變形也很小，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。2火焰加熱表面淬火 火焰加熱淬火是火焰加熱溫度很高（約火焰加熱淬火是火焰加熱溫度很高（約3000以以上），能將工件迅速加熱到淬火溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)燒嘴的上），能將工件迅速加熱到淬火溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)燒嘴的位置和移動(dòng)速度，可以獲得不同厚度的淬硬層。位置和移動(dòng)速度，可以獲得不同厚度的淬硬層。 用乙炔氧或煤氣氧等火焰直接加熱工件表面，然后立即噴水冷卻，以獲得

33、表面硬化效果的淬火方法。 特點(diǎn) 概念2.3 鋼的化學(xué)熱處理 化學(xué)熱處理是將鋼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工件表層，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進(jìn)表面性能，滿足技術(shù)要求的熱處理過(guò)程。 常用的化學(xué)熱處理有滲碳、滲氮（俗稱氮化）、碳氮共滲（俗稱氰化和軟氮化）等。還有滲硫、滲硼、滲鋁、滲釩、滲鉻等。 發(fā)蘭、磷化可以歸為表面處理，不屬于化學(xué)熱處理。 化學(xué)熱處理過(guò)程包括分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程。 2.3.1 滲碳 滲碳就是將鋼件置于具有足夠碳勢(shì)的介質(zhì)中加熱奧氏體化并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝。 目的：通過(guò)滲碳及隨后的淬火和低溫回火，使工件表面具有高的硬度、耐磨性和良好

34、的抗疲勞性能，而心部具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性。 與表面淬火相比，滲碳主要用于那些對(duì)表面有較高耐磨性要求，并承受較大沖擊載荷的零件。 滲碳用鋼為低碳鋼及低碳合金鋼，如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。 滲碳方法可以分為氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳 1.氣體滲碳 是將工件置于密封的氣體滲碳爐內(nèi)，加熱到完全奧氏體化溫度（一般900-950），并通入滲碳介質(zhì)使工件滲碳。 介質(zhì)： A. 向爐內(nèi)滴入易分解的有機(jī)液體（如煤油、苯、甲醇、醋酸乙酯等） B.直接通入氣體介質(zhì)（天然氣、丙烷氣及煤氣等 ）通過(guò)在鋼的表面上發(fā)生反應(yīng)，形成活性碳原子。反應(yīng)如下： 鋼的氣體滲碳鋼的

35、氣體滲碳圖5-29 氣體滲碳爐滲碳過(guò)程可分為三個(gè)階段 （1）滲碳介質(zhì)的分解 CnH2n+2（n+1）H2+nC CnH2nnH2+nC 2COCO2+C CO+H2H2O+C（2）碳原子的吸收。 （3）碳原子的擴(kuò)散。 2.固體滲碳 是將工件和固體滲碳劑裝入滲碳箱中，用蓋子和耐火泥封好，然后放在爐中加熱至900950，保溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，得到一定厚度的滲碳層。 固體滲碳劑通常是一定粒度的木炭與15%20%的碳酸鹽（BaCO3或Na2CO3）的混合物。木炭提供滲碳所需要的活性炭原子，碳酸鹽起催化作用，反應(yīng)如下：零件零件滲碳劑滲碳劑試棒試棒蓋蓋泥封泥封滲碳箱滲碳箱 3.滲碳工藝及組織滲碳工藝及組織 滲碳

36、處理的工藝參數(shù)是滲碳溫度和滲碳時(shí)間。 由于奧氏體的溶碳能力較大，因此滲碳溫度必須高于Ac3溫度。加熱溫度越高，則滲碳速度越快，滲碳層越厚，生產(chǎn)率也越高。但為了避免奧氏體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大，所以滲碳溫度不能太高，通常為900950。 在溫度一定的情況下，滲碳時(shí)間取決于滲碳層的厚度。 滲碳后的組織滲碳后的組織 滲碳的鋼為低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3 等。 滲碳后緩冷組織自表面至心部依次為：過(guò)共析組織(珠光體碳化物)、共析組織(珠光體)、亞共析組織(珠光體+鐵素體)的過(guò)渡層，直至心部的原始組織。 對(duì)于碳鋼，滲層深度規(guī)定為：從表層到過(guò)渡層一半(50%P+50%-Fe

37、)的厚度。 4.滲碳后的熱處理滲碳工藝的加熱溫度高，時(shí)間較長(zhǎng)，還需淬火才能達(dá)到硬度要求，所以鋼滲碳以后必須進(jìn)行熱處理才能達(dá)到預(yù)期目的。如汽車、機(jī)車、礦山機(jī)械、起重機(jī)械等用的大量傳動(dòng)齒輪都采用滲碳熱處理工藝提高其耐磨損性能。 滲碳件的熱處理方法有三種，如圖6-21所示。 圖2.22 滲碳后熱處理示意圖2.3.2滲氮（氮化） 目的目的:提高零件表面硬度提高零件表面硬度(可達(dá)可達(dá)10001200HV)、耐磨性、疲、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性等勞強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性等 。氮化工藝氮化工藝氣體氮化氣體氮化離子氮化離子氮化包括包括: 與氣體氮化相比，離子氮化的特點(diǎn)是處理周期短，僅為氣體與氣體氮化相比

38、，離子氮化的特點(diǎn)是處理周期短，僅為氣體氮化的氮化的1/31/4（例如（例如38CrMoAl鋼，氮化層深度若達(dá)到鋼，氮化層深度若達(dá)到0.350.7mm，氣體氮化一般需，氣體氮化一般需70小時(shí)，而離子氮化僅需小時(shí)，而離子氮化僅需1520小小時(shí)），零件的表面不易形成連續(xù)的白色脆性層。時(shí)），零件的表面不易形成連續(xù)的白色脆性層。概念：概念：滲氮滲氮是指在是指在一定溫度一定溫度下使下使活性氮原子活性氮原子滲入工件表面，滲入工件表面，形成形成含氮硬化層含氮硬化層的的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理工藝。工藝。 滲氮原理滲氮原理 應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合 要求處理精度高、沖擊載荷小、抗磨損能力強(qiáng)的零件，要求處理精度高、沖擊載荷小

39、、抗磨損能力強(qiáng)的零件，如一些精密零件、精密齒輪都可用氮化工藝處理。如一些精密零件、精密齒輪都可用氮化工藝處理。2/1ktd 供氮介質(zhì)為無(wú)水氨氣或氨+氫或氨+氮，滲氮分三個(gè)階段。（1）氨氣分解。NH3=N+3/2 H2，或Fe+NH3=Fe(N)+ 3/2 H2 （2）氮原子的吸收。少數(shù)被吸收，多數(shù)氮原子結(jié)合成氮?dú)庖莩?。表面易生?化合物，氮原子熔于化合物層，并向內(nèi)擴(kuò)散。（3）氮原子的擴(kuò)散。氮原子的原子半徑比碳原子小，擴(kuò)散系數(shù)比C原子大。滲氮層深度隨時(shí)間呈拋物線的關(guān)系。2.滲氮熱處理滲氮熱處理 滲氮后不需要熱處理滲氮后不需要熱處理。這是由于滲氮是通過(guò)氮原子和。這是由于滲氮是通過(guò)氮原子和鐵原子或合

40、金元素形成氮化物來(lái)強(qiáng)化合金。鐵原子或合金元素形成氮化物來(lái)強(qiáng)化合金。 滲氮鋼件的心部性能由滲氮前熱處理決定滲氮鋼件的心部性能由滲氮前熱處理決定。 滲氮前熱處理一般為調(diào)質(zhì)處理滲氮前熱處理一般為調(diào)質(zhì)處理。 淬火溫度淬火溫度由鋼的由鋼的Ac3決定；決定； 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)取決于鋼的淬透性；取決于鋼的淬透性； 回火溫度回火溫度的選擇不僅要根據(jù)對(duì)心部的硬度要求的選擇不僅要根據(jù)對(duì)心部的硬度要求 3. 滲氮工藝滲氮工藝 1）滲氮溫度和時(shí)間 滲氮溫度。滲氮溫度影響滲氮層的深度和硬度。滲氮溫度越低，表面硬度升高、滲層深度下降。 滲氮時(shí)間。滲氮時(shí)間影響滲層深度和硬度。滲氮時(shí)間越長(zhǎng)，滲層越大，表面硬度越高。2）氣體氮

41、勢(shì)的選擇 控制氨分解率。選擇氨分解率時(shí)的基本原則是，欲使氣氛氮?jiǎng)莞?，?yīng)選擇低分解率；反之，要獲得低氮?jiǎng)荩瑒t選擇高分解率。 控制氣氛氮?jiǎng)荨８鶕?jù)滲氮溫度及實(shí)驗(yàn)圖來(lái)確定白層生成門檻值，按照比例配置NH3+H2混合氣，控制NH3的流量。 根據(jù)滲氮目的不同，滲氮工藝分為兩大類： 一類是以提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度等為主要目的而進(jìn)行的滲氮，稱為強(qiáng)化滲氮； 一類是以提高工件表面抗腐蝕性能為目的的滲氮，稱為為抗腐蝕滲氮。 5. 常用滲氮工藝常用滲氮工藝 （1）等溫滲氮 （2）多段滲氮工藝 （3）抗腐蝕滲氮 滲氮溫度較高 3碳氮共滲（碳氮共滲（氰化處理）什么是碳氮共滲？什么是碳氮共滲？ 碳氮共滲是同時(shí)向

42、零件滲入碳氮共滲是同時(shí)向零件滲入C、N兩種元素的化學(xué)兩種元素的化學(xué)熱處理工藝。熱處理工藝。氰化氰化液體氰化液體氰化氣體氰化氣體氰化中溫氰化中溫氰化低溫氰化低溫氰化液體氰化有毒，污染環(huán)境，勞動(dòng)條件差液體氰化有毒，污染環(huán)境，勞動(dòng)條件差中溫氣體滲氮工藝中溫氣體滲氮工藝以以滲碳為主滲碳為主，用于提高結(jié)構(gòu)件，用于提高結(jié)構(gòu)件(如齒輪、如齒輪、蝸輪、軸類件蝸輪、軸類件)的硬度、耐磨性和疲勞性；的硬度、耐磨性和疲勞性；低氣體滲氮工藝低氣體滲氮工藝以以滲氮為主滲氮為主，主要用于提高工模具的表面硬，主要用于提高工模具的表面硬度、耐磨性和抗咬合性。度、耐磨性和抗咬合性。 碳氮共滲件常選用碳氮共滲件常選用低碳或中碳鋼

43、低碳或中碳鋼及及中碳合金鋼中碳合金鋼 共滲后可直接淬火和低溫回火 滲層組織滲層組織：細(xì)片細(xì)片(針針)回火馬氏體回火馬氏體加加少量粒狀碳氮化合物少量粒狀碳氮化合物和和殘余奧氏體殘余奧氏體，硬度為，硬度為5863HRC；心部組織與硬度心部組織與硬度：取決于鋼的成分和淬透性。：取決于鋼的成分和淬透性。 催滲技術(shù)催滲技術(shù)能能縮短化學(xué)熱處理的工藝過(guò)程周期縮短化學(xué)熱處理的工藝過(guò)程周期和和提高滲層質(zhì)量。提高滲層質(zhì)量。 常用催滲劑為常用催滲劑為稀土稀土 2.4 鋼的熱處理新技術(shù)鋼的熱處理新技術(shù) 2.4.1 可控氣氛熱處理可控氣氛熱處理 在爐氣成分可控的熱處理爐內(nèi)進(jìn)行的熱處理稱為可控氣氛熱處理。 可控氣氛則是實(shí)

44、現(xiàn)無(wú)氧化加熱的最主要措施。 正確控制熱處理爐內(nèi)的爐氣成分，可為某種熱處理過(guò)程提供元素的來(lái)源。 A.吸熱式氣氛: 氣體反應(yīng)中需要吸收外熱源的能量，才能使反應(yīng)向正方向發(fā)生的熱處理氣氛。 B.放熱式氣氛:依靠自身的燃燒放熱反應(yīng)而制成的氣體,放出大量熱量 C.滴注式氣氛 2.4.2 真空熱處理真空熱處理 真空熱處理是在0.0133Pa1.33Pa真空度的真空介質(zhì)中對(duì)工件進(jìn)行熱處理的工藝。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：真空熱處理真空熱處理無(wú)氧化無(wú)氧化、無(wú)脫碳無(wú)脫碳、無(wú)元素貧化無(wú)元素貧化，可以實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)光亮熱處理光亮熱處理，可以使零件可以使零件脫脂脫脂、脫氣脫氣，避免表面污染避免表面污染和和氫脆氫脆；同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)控制加熱和冷卻控制加熱和冷卻，減少熱處理變形減少熱處理變形。提高提高材料性能材料性能；還具有便于還具有便于自動(dòng)化自動(dòng)化、柔性化柔性化和和清潔熱處理清潔熱處理等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。 2.4.3 離子滲擴(kuò)熱處理離子滲擴(kuò)熱處理 離子滲擴(kuò)熱處理離子滲擴(kuò)熱處理是利用是利用陰極陰極(工件工件)和和陽(yáng)極陽(yáng)極間的間的輝光放電輝光放電產(chǎn)生產(chǎn)生的的等離子體等離子體轟擊轟擊工件，使工件表層的工件，使工件表層的成分成分、組織組織及及性能性能發(fā)發(fā)生變化的熱處理工藝。生變化的熱處理工藝。 1. 離子滲氮離子滲氮 在真空室內(nèi)進(jìn)行。工件