第09章熱處理工藝

1、p 鋼的退火和正火p 鋼的淬火和回火p 其它熱處理9.1 鋼的退火與正火 9.1.1 退火操作及其應(yīng)用 退火：將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻(例如隨爐冷卻)，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做“退火”。 1完全退火完全退火 方法：方法：將亞共析鋼加熱到將亞共析鋼加熱到Ac3以上以上2030，保溫一定時(shí)間緩慢冷卻，保溫一定時(shí)間緩慢冷卻(隨隨 爐冷卻或埋入石灰、干沙中自然冷卻爐冷卻或埋入石灰、干沙中自然冷卻)到到500以下，取出空冷。以下，取出空冷。 目的：目的：先得到均勻的奧氏體，緩慢冷先得到均勻的奧氏體，緩慢冷 卻轉(zhuǎn)變基本接近相圖描述轉(zhuǎn)變過程，卻轉(zhuǎn)變基本

2、接近相圖描述轉(zhuǎn)變過程，得到接近平衡組織，降低硬度，便于得到接近平衡組織，降低硬度，便于加工，消除內(nèi)應(yīng)力。加工，消除內(nèi)應(yīng)力。 用途：用途：碳鋼和合金鋼的鍛、鑄、軋制碳鋼和合金鋼的鍛、鑄、軋制型材，可作為一般要求工件的最終熱型材，可作為一般要求工件的最終熱處理，大多為重要零件的預(yù)先熱處理。處理，大多為重要零件的預(yù)先熱處理。 適用對(duì)象：適用對(duì)象：0.30.6%C。低碳或過共。低碳或過共 析鋼不適用。析鋼不適用。 保溫時(shí)間：保溫時(shí)間：t=KD (min)，D為工件有為工件有效厚度效厚度(mm)，一般，一般K=1.52.0min/mm。2等溫退火等溫退火 （來自于完全退火）（來自于完全退火） 完全退火需

3、要的時(shí)間很長，尤其是過冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，可以采用等溫退火等溫退火工藝取代完全退火。方法方法：加熱方法同上(將亞共析鋼加熱到Ac3以上3050，保溫一定時(shí)間)，在溫度到珠光體轉(zhuǎn)變開始前快速冷卻(打開爐門，甚至吹風(fēng))，至稍低于Ar1溫度等溫（珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)）保溫到珠光體轉(zhuǎn)變完畢后，取出空冷。 目的和用途目的和用途同完全退火，效率和組織控制較好。3. 球化退火（不完全退火） 方法：將過共析鋼加熱到Ac1以上3050，保溫2-4h，時(shí)間，冷卻到Ar1溫度附近時(shí)要足夠慢的冷卻(保溫冷卻，比隨爐冷卻還要緩慢)。 目的：最終組織為鐵素體的基體上均勻分布顆粒狀的滲碳體，稱為球狀珠光體。用途：降低過共

4、析鋼材料的硬度，保證足夠的韌性，便于進(jìn)行機(jī)械加工，均勻組織為以后淬火作好組織準(zhǔn)備。 4. 均勻化退火均勻化退火方法方法：將鋼加熱至略低于固相將鋼加熱至略低于固相線的溫度下長時(shí)間保溫，然后線的溫度下長時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學(xué)不均勻現(xiàn)緩慢冷卻以消除化學(xué)不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。象的熱處理工藝。 目的：目的：消除鑄錠或鑄件在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析或區(qū)域偏析，消除鑄錠或鑄件在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析或區(qū)域偏析，使成分或組織均勻化。使成分或組織均勻化。 用途：用途： 周期長，氧化脫碳嚴(yán)重，成本高，僅優(yōu)質(zhì)合金鋼和偏析較嚴(yán)周期長，氧化脫碳嚴(yán)重，成本高，僅優(yōu)質(zhì)合金鋼和偏析較嚴(yán)重的合金鋼才使用。重的合金

5、鋼才使用。 5. 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 方法方法：將鋼較慢將鋼較慢(100150/hr)加熱到加熱到500650(低于低于A1)，保溫后隨爐慢冷保溫后隨爐慢冷(50100/hr)到到200300以下出爐。以下出爐。 目的：目的：無相變發(fā)生，組織沒有明顯變化，可完全消除殘余內(nèi)應(yīng)力。無相變發(fā)生，組織沒有明顯變化，可完全消除殘余內(nèi)應(yīng)力。如果材料原始有大的彈性應(yīng)變能存在，可發(fā)生再結(jié)晶，組織也會(huì)有對(duì)如果材料原始有大的彈性應(yīng)變能存在，可發(fā)生再結(jié)晶，組織也會(huì)有對(duì)應(yīng)的變化。應(yīng)的變化。 用途：用途： 鍛造冷卻未全恢復(fù)塑性變形，鑄件的冷卻熱應(yīng)力，焊接構(gòu)件鍛造冷卻未全恢復(fù)塑性變形，鑄件的冷卻熱

6、應(yīng)力，焊接構(gòu)件的熱應(yīng)力，拉、拔、擠壓的加工硬化等都會(huì)存在殘余內(nèi)應(yīng)，利用去應(yīng)的熱應(yīng)力，拉、拔、擠壓的加工硬化等都會(huì)存在殘余內(nèi)應(yīng)，利用去應(yīng)力退火可以消除變形或其它原因產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。力退火可以消除變形或其它原因產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 9.1.2 正火正火將鋼加熱到將鋼加熱到Ac3和和Acm以上以上3050，保溫得到均勻的奧氏體后，從爐，保溫得到均勻的奧氏體后，從爐中取出自然空冷，發(fā)生珠光體型轉(zhuǎn)變的熱處理工藝稱為中取出自然空冷，發(fā)生珠光體型轉(zhuǎn)變的熱處理工藝稱為“正火正火”。實(shí)質(zhì)：完全奧氏體化實(shí)質(zhì)：完全奧氏體化+偽共析轉(zhuǎn)變偽共析轉(zhuǎn)變由于冷速大于退火，得到的珠光體組織較細(xì)，材料硬度和強(qiáng)度均比由于冷速大于退火，得到

7、的珠光體組織較細(xì)，材料硬度和強(qiáng)度均比退火要高。合金鋼在空氣中冷卻可能發(fā)生珠光體型、貝氏體型甚至退火要高。合金鋼在空氣中冷卻可能發(fā)生珠光體型、貝氏體型甚至馬氏體型相變，但正火一般是指空冷時(shí)珠光體轉(zhuǎn)變的這一部分。馬氏體型相變，但正火一般是指空冷時(shí)珠光體轉(zhuǎn)變的這一部分。用途：用途：1)中低碳鋼用正火代替退火進(jìn)行預(yù)先熱處理，改善加工性能。2)普通結(jié)構(gòu)鋼(中碳鋼)正火盡管未達(dá)到最佳性能，但可達(dá)到希望的強(qiáng)度和韌性，可以進(jìn)行機(jī)械加工，作為最終熱處理的成本較低。3)過共析鋼正火時(shí)，可抑制二次滲碳體網(wǎng)狀析出，對(duì)已經(jīng)存在網(wǎng)狀碳化物的工具鋼，利用正火先溶化后抑制，用來消除網(wǎng)狀碳化物，為下一部的球化處理作組織準(zhǔn)備。9

8、.2 鋼的淬火 淬火：將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫一定時(shí)間進(jìn)行奧氏體化，然后快速冷卻到Ms點(diǎn)以下，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝，叫作“淬火”。 目的：鋼的淬火組織主要是馬氏體，可以提高鋼的高硬度，保證高的耐磨性和承受高的接觸應(yīng)力。雖然馬氏體不是熱處理所要得到的最終組織，但馬氏體再經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕鼗?，可以得到需要的組織和使用性能，最終達(dá)到理想的性能。 淬火應(yīng)力： 熱應(yīng)力和組織應(yīng)力9.2.1 淬火加熱溫度 淬火加熱溫度的確定應(yīng)以獲得晶粒細(xì)小、成分均勻的奧氏體為原則，以便得到細(xì)小的馬氏體組織。 亞共析鋼：Ac3以上3050，鐵素體可以全部溶解得到得到單一的奧氏體，從而消除未溶鐵素體而帶來的軟相。也不宜過高，

9、防止奧氏體晶粒粗大帶來馬氏體粗大，并且溫度高帶來的熱變形也將嚴(yán)重。9.2.1 淬火加熱溫度 過共析鋼：淬火前要經(jīng)過球化處理（如果有網(wǎng)狀滲碳體，應(yīng)先正火予以消除）。含碳量在0.8以上時(shí)， Ac1以上3050。其組織是奧氏體和部分粒狀碳化物；這時(shí)得到的馬氏體有了足夠的硬度，同時(shí)保持未溶解的顆粒狀碳化物也可以提高材料的硬度和耐磨性。如果加熱溫度過高（1）Ms低，淬火后殘余奧氏體量增加反而降低硬度；（2）奧氏體晶粒粗化，淬火開裂的傾向加大；（3）脫碳氧化嚴(yán)重，降低鋼表面質(zhì)量；（4）增大淬火應(yīng)力。 9.2.1 淬火加熱溫度 淬火加熱溫度的確定應(yīng)以獲得晶粒細(xì)小、成分均勻的奧氏體為原則，以便得到細(xì)小的馬氏體

10、組織。 合金鋼：合金元素大多可以阻止奧氏體晶粒長大，為了合金元素的均勻，加熱溫度和保溫時(shí)間都要比碳鋼稍微提高一些。 另外考慮因素（1）工件尺寸：小件加熱快，溫度高引起棱角過熱，增大變形，故取下限，大件加熱慢，溫度低造成加熱不足，應(yīng)適當(dāng)提高；（2）工件形狀：復(fù)雜、易變形開裂的工件，在保證性能前提下采用較低溫度； （3）淬火介質(zhì)與方法：淬火介質(zhì)冷卻能力強(qiáng)，降低溫度減小應(yīng)力；等溫或者分級(jí)淬火，適當(dāng)提高溫度保證淬硬性（4）奧氏體晶粒長大傾向：9.2.2 淬火冷卻介質(zhì) 理想的淬火冷卻速度 為保證得到多的馬氏體，冷卻速度應(yīng)該大于臨界冷卻速度Vc；為防止零件變形、開裂，冷卻應(yīng)慢一些。所以理想的冷卻速度如圖，

11、開始冷卻慢一些，在快要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變時(shí)快冷，以躲開鼻子尖，隨后又慢冷讓馬氏體轉(zhuǎn)變慢慢的進(jìn)行。 常用淬火介質(zhì)p鹽水、堿水 1015的NaCl水溶液是最強(qiáng)的冷卻介質(zhì)。p清水 直接冷卻和沸騰的蒸汽冷卻，冷卻能力也很強(qiáng)。 p堿浴、硝鹽浴 熔融的氫氧化鈉、硝酸鹽、亞硝酸鹽導(dǎo)熱能力很強(qiáng)，在120180以上的高溫下有好的冷卻能力。 p礦物油 冷卻能力約為水的1/41/8，用于奧氏體較穩(wěn)定鋼，如大多數(shù)合金鋼，可以有效防止零件的變形開裂。 9.2.3 淬火方法 1. 單液淬火 直接放入某介質(zhì)(水或油)中冷卻到室溫。方法簡單，易于操作。 2. 雙液淬火(水淬油冷) 對(duì)復(fù)雜碳鋼零件，先在水或鹽水中快速冷卻，躲開鼻子溫

12、度，估計(jì)溫度低于500時(shí)立即轉(zhuǎn)入油中，放慢冷卻速度繼續(xù)冷卻到室溫。3. 分級(jí)淬火 淬入150260硝鹽浴中躲過了鼻尖，停留一段時(shí)間讓表面和心部溫度均勻，熱應(yīng)力松弛。取出空冷。 4. 等溫淬火 直接淬入硝鹽浴中保溫，發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。 5. 局部淬火 局部加熱法或局部冷卻法6. 冷處理 冷卻到室溫以下的過程稱為“冷處理”。 9.2.4 淬火組織缺陷 1.加熱缺陷 過熱、過燒、氧化脫碳、奧氏體晶粒過大等。2.硬度不足或出現(xiàn)軟點(diǎn) 前者是整體硬度低于要求，后者是個(gè)別部位硬度低于要求。產(chǎn)生原因有加熱不足，冷卻介質(zhì)的冷卻能力不夠，工件表面不干凈，局部散熱不良等。 3.變形與開裂 零件淬火后發(fā)生變形是熱應(yīng)力和

13、組織應(yīng)力綜合作用的結(jié)構(gòu)，完全不變形是困難的，但超量的變形甚至開裂則是要防止的。減小變形的途徑有：零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，避免過大的尺寸突變；淬火前組織要均勻，必要時(shí)經(jīng)過退火或正火；加熱溫度適當(dāng)，不要過熱；冷卻介質(zhì)和方法適當(dāng)，包括入水的角度；及時(shí)回火，防止當(dāng)時(shí)未裂在放置時(shí)開裂。 9.2.5 淬透性 當(dāng)試樣尺寸較大時(shí)，從表面向內(nèi)冷卻速度逐漸減小，當(dāng)冷卻速度低于Vc，就不能得到全部馬氏體，隨著深度的加深，馬氏體的數(shù)量愈來愈少，到達(dá)一定的深度后，冷卻速度低于Vc，根本不能發(fā)生馬氏體相變。所以大尺寸試樣想全部得到馬氏體是不可能的，隨著馬氏體數(shù)量的減少，對(duì)應(yīng)的硬度也不斷下降，通常把淬火鋼從表面到馬氏體

14、組織占50處的距離成為淬透層深度。實(shí)際淬透層的深度除了與材料本身有關(guān)外，還與試樣的大小、冷卻方式有密切的關(guān)系。 淬透層深度1. 淬透性的概念同樣形狀和尺寸的工件，在同樣加熱和冷卻條件下淬火，由于鋼種類不同，淬透層的深度將不同，把鋼在淬火后能獲得淬透層深度的一種性質(zhì)或獲得馬氏體的能力叫淬透性。它是一種材料特性，與零件的尺寸和淬火工藝無關(guān)，并不直接表明鋼淬火能得到多大的淬透層深度，同樣淬透性的鋼，用不同冷卻方法得到的淬透層深度是不一樣的 。淬透性淬硬性淬硬性 指在正常情況下，淬火后能得到多高的硬度，也就指在正常情況下，淬火后能得到多高的硬度，也就是形成全部馬氏體所能達(dá)到的最高硬度。顯然它決定于淬火

15、時(shí)是形成全部馬氏體所能達(dá)到的最高硬度。顯然它決定于淬火時(shí)奧氏體的含碳量奧氏體的含碳量。淬火后的實(shí)際硬度決定于鋼的淬硬性和實(shí)際。淬火后的實(shí)際硬度決定于鋼的淬硬性和實(shí)際獲得的馬氏體比例。獲得的馬氏體比例。 鋼的淬透性好壞取決于鋼的過冷奧氏體的穩(wěn)定性，即C曲線上的臨界冷卻速度?？偟膩碚f有：1)鋼的含碳量，共析鋼的淬透性最高；2)合金元素中除Co外，絕大部分都使C曲線右移，提高淬透性；鋼的成分組織不均勻，或因含有某些微量雜質(zhì)，組成第二相質(zhì)點(diǎn)存在，可促使奧氏體分解，降低鋼的淬透性；3)奧氏體化的溫度、時(shí)間參數(shù)影響奧氏體的均勻性和穩(wěn)定性，影響淬透程度，但這不全部為材料特征。 影響淬透性的因素影響淬透性的因

16、素2. 淬透性的測(cè)定方法淬透性的測(cè)定方法 目前普遍采用的是“末端淬火法”(簡稱端淬)方法，按國家標(biāo)準(zhǔn)GB22563執(zhí)行。 將f25100的試樣加熱奧氏體化后，迅速放在專門的設(shè)備中噴水冷卻。噴水條件：噴水管孔直徑f12.5，水溫23-30，自由水柱高度655mm，噴水口到端面距離12.5mm。測(cè)量出到端面不同距離的硬度，作出硬度距離曲線，即淬透性曲線。 淬透性的表示方法：淬透性的表示方法：JHRC-d，其中J表示端淬法，HRC為硬度，d到端面的距離。J40-6表示在淬透性帶上距末端6mm處的硬度為40HRC。顯然J40-6比J35-6淬透性好。圖10-9 末端淬火法示意圖a）淬火裝置 b）淬透性

17、曲線3. 淬透性的意義淬透性的意義 鋼的淬透性不同，淬火后表層和心部的組織、性能也有一定的差別，在機(jī)械設(shè)計(jì)和施工工藝主要注意以下問題：1)重要零件對(duì)心部性能要求較高的，如連桿、鍛模等，為保證心部的性能需要淬透，選用淬透性較高的鋼；對(duì)焊接件為減小熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)淬火組織，造成變形開裂，應(yīng)用淬透性較低的鋼為宜。 2)根據(jù)鋼的淬透性不同，在淬火時(shí)選用合適的淬火冷卻介質(zhì)。 3)對(duì)于大尺寸、低淬透性的鋼，反正淬不透，進(jìn)行淬火后回火的意義不大，經(jīng)常直接用正火來代替調(diào)質(zhì)，可以減少因淬火帶來的可能開裂，工藝簡單經(jīng)濟(jì)。 9.3 鋼的回火鋼的回火 9.3.1 回火概念回火概念 p 消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力 鋼在淬火后，

18、存在較大的內(nèi)應(yīng)力，加上淬火馬氏體性能較脆時(shí)，容易出現(xiàn)開裂，有的零件淬火當(dāng)時(shí)未裂，在大的內(nèi)應(yīng)力作用下，放置或稍有受力就開裂。利用回火可以消除或減小內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到防止以后變形開裂。將淬火后的工件，加熱到A1以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻到室溫的一種熱處理工藝操作叫“回火”。 目的目的9.3.5 回火種類及其應(yīng)用回火種類及其應(yīng)用 回火溫度為回火溫度為150150250250，得到的組織為，得到的組織為回火馬氏體回火馬氏體，保留淬，保留淬火時(shí)的高硬度，消除淬火的殘余應(yīng)力。這時(shí)鋼有好的耐磨性，火時(shí)的高硬度，消除淬火的殘余應(yīng)力。這時(shí)鋼有好的耐磨性，常用于常用于刀具、量具、滾動(dòng)軸承、滲碳件及高頻表面淬

19、火工件、冷作模具的熱處理，回火溫度低于冷作模具的熱處理，回火溫度低于200200時(shí)，硬度可達(dá)到時(shí)，硬度可達(dá)到585864HRC64HRC。 低溫回火鋼大部分是淬火高碳鋼和高碳合金鋼，經(jīng)淬火并低溫回火后得到隱晶回火馬氏體和均勻細(xì)小的粒狀碳化物組織，具有很高的硬度和耐磨性，同時(shí)顯著降低了鋼的淬火應(yīng)力和脆性。對(duì)于淬火獲得低碳馬氏體的鋼，經(jīng)低溫回火后可減少內(nèi)應(yīng)力，并進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度和塑性，保持優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。低溫回火低溫回火 回火溫度為回火溫度為350350500500，得到的組織是回火屈氏體，在具有一定韌性的同時(shí)，有高的彈性極限和屈服強(qiáng)度。主要用于彈簧類和要求較高強(qiáng)度硬度又要一定韌性的工件，如

20、刀桿、軸套等。 中溫回火后工件的淬火應(yīng)力基本消失。因此鋼具有高的彈性極限，較高的強(qiáng)度和硬度，良好的塑性和韌性。故中溫回火主要用于各種彈簧零件及熱鍛模具。中溫回火中溫回火 回火溫度為500650，得到的組織是回火索氏體，目的是使鋼得到強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性有良好配合的綜合力學(xué)性能，尤其是沖擊韌性高，且可以直接進(jìn)行機(jī)械加工。淬火后進(jìn)行高溫回火的工藝通常稱為“調(diào)質(zhì)”處理。主要用于承受較大應(yīng)力，特別是有沖擊應(yīng)力場(chǎng)合下的結(jié)構(gòu)零件，如各種軸、連桿、齒輪等，對(duì)具有第二類回火脆性的鋼注意回火后應(yīng)在水或油中冷卻。 高溫回火 （一）淬火工件的過熱和過燒 工件在淬火加熱時(shí)，由于溫度過高或者時(shí)間過長造成奧氏體晶粒粗大

21、的缺陷叫做過熱。由于過熱不僅在淬火后得到粗大馬氏體組織，而且易于引起淬火裂紋。因此，淬火過熱的工件強(qiáng)度和韌性降低，易于產(chǎn)生脆性斷裂。輕微的過熱可用延長回火時(shí)間來補(bǔ)救。嚴(yán)重的過熱則需進(jìn)行一次細(xì)化晶粒退火，然后再重新淬火。 淬火加熱溫度太高，使奧氏體晶界出現(xiàn)局部熔化或者發(fā)生氧化的現(xiàn)象叫做過燒。過燒是嚴(yán)重的加熱缺陷，工件一旦過燒就無法補(bǔ)救，只能報(bào)廢。淬火加熱缺陷及其防止淬火加熱缺陷及其防止 淬火加熱時(shí)，鋼制零件與周圍加熱介質(zhì)相互作用往往會(huì)產(chǎn)生氧化和脫碳等缺陷。氧化使工件尺寸減小，表面光潔程度降低，并嚴(yán)重影響淬火冷卻速度，進(jìn)而使淬火工件出現(xiàn)軟點(diǎn)或硬度不足等新的缺陷。工件表面脫碳會(huì)降低淬火后鋼的表面硬度

22、、耐磨性，并顯著降低其疲勞強(qiáng)度。因此，淬火加熱時(shí)，在獲得均勻化奧氏體的同時(shí)，必須注意防止氧化和脫碳現(xiàn)象。（二）淬火加熱時(shí)的氧化和脫碳9.4 鋼的表面熱處理 機(jī)械零件在服役時(shí)，常常要求表面與心部具有不同的力學(xué)性能，能更好的發(fā)揮材料的潛力作用。例如在機(jī)械中常用的齒輪，表面承受巨大的接觸應(yīng)力，希望有高的硬度來提高其耐磨性和接觸疲勞抗力，同時(shí)又要傳遞動(dòng)力，齒部經(jīng)受彎曲疲勞，要求材料有高的韌性，但一般材料當(dāng)硬度高時(shí)韌性就差，然而若材料表面具有高硬度，心部有高的韌性就可以兼顧二者的需求，內(nèi)燃機(jī)的曲軸也是同樣的情況，傳遞動(dòng)力且軸頸處耐磨。達(dá)到材料表面和心部具有不同性能的方法可能多種：一種是相同的材料，表面和

23、心部經(jīng)過不同方式的熱處理；另一種方法是通過改變材料表面成分的方法來達(dá)到具有不同的性能。 9.4.1 表面淬火表面淬火 1.基本原理：基本原理： 首先對(duì)零件進(jìn)行整體熱處理，讓零件心部達(dá)到首先對(duì)零件進(jìn)行整體熱處理，讓零件心部達(dá)到要求的性能，例如軸、機(jī)床齒輪類先進(jìn)行調(diào)質(zhì)，再利用快要求的性能，例如軸、機(jī)床齒輪類先進(jìn)行調(diào)質(zhì)，再利用快速加熱的方法，只將工件的部分表層奧氏體化，然后淬火。速加熱的方法，只將工件的部分表層奧氏體化，然后淬火。表面淬火不改變材料的化學(xué)成分，只表面獲得馬氏體組織，表面淬火不改變材料的化學(xué)成分，只表面獲得馬氏體組織，得到強(qiáng)化和硬化心部組織并不發(fā)生變化，保持高的韌性。得到強(qiáng)化和硬化心部

24、組織并不發(fā)生變化，保持高的韌性。2.淬火組織：淬火組織： 加熱時(shí)，從表面到心部的溫度不同，淬火后組加熱時(shí)，從表面到心部的溫度不同，淬火后組織也不同，最表層加熱溫度到織也不同，最表層加熱溫度到 Ac3以上，為細(xì)小的馬氏體，以上，為細(xì)小的馬氏體，可能有少量未溶的鐵素體；次表層溫度在可能有少量未溶的鐵素體；次表層溫度在Ac1Ac3之間，之間，加熱組織為鐵素體加奧氏體，淬火組織為鐵素體加馬氏體加熱組織為鐵素體加奧氏體，淬火組織為鐵素體加馬氏體或鐵素體加屈氏體；里層溫度在或鐵素體加屈氏體；里層溫度在 Ac1以下，未奧氏體化，不以下，未奧氏體化，不可能形成馬氏體，心部依然保留原始組織?？赡苄纬神R氏體，心部

25、依然保留原始組織。鋼的表面淬火 當(dāng)感應(yīng)圈中通過一定頻率交流電時(shí)，在其內(nèi)外將產(chǎn)生與電流變化頻率相同的交變磁場(chǎng)。若將工件放入感應(yīng)圈內(nèi)，在交變磁場(chǎng)作用下，工件內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生與感應(yīng)圈內(nèi)所通電流頻率相同而方向相反的感應(yīng)電流。由于感應(yīng)電流沿工件表面形成封閉回路，故通常稱為渦流。此渦流將電能變成熱能，使工件加熱。渦流在被加熱工件中的分布由表面至心部呈指數(shù)規(guī)律衰減。因此，渦流主要分布于工件表面，工件內(nèi)部幾乎沒有電流通過。這種現(xiàn)象叫做集膚效應(yīng)或表面效應(yīng)。感應(yīng)加熱就是利用集膚效應(yīng)，依靠電流熱效應(yīng)把工件表面迅速加熱到淬火溫度的。感應(yīng)圈用純銅管制作，內(nèi)通冷卻水。當(dāng)工件表面在感應(yīng)圈內(nèi)加熱到相變溫度時(shí)，立即噴水或浸水冷卻，實(shí)

26、現(xiàn)表面淬火工藝。趨膚效應(yīng)的原理及工藝3. 加熱方法加熱方法感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火工件置于中頻或高頻工件置于中頻或高頻(500-500kHz)的交的交變磁場(chǎng)中，在工件上有感應(yīng)電流，由于變磁場(chǎng)中，在工件上有感應(yīng)電流，由于電流的集膚效應(yīng)，電流集中于表層，大電流的集膚效應(yīng)，電流集中于表層，大的電流產(chǎn)生的熱量將工件表面迅速達(dá)到的電流產(chǎn)生的熱量將工件表面迅速達(dá)到 8001000，然后迅速置于水中或噴，然后迅速置于水中或噴水冷卻，達(dá)到表層淬硬的結(jié)果。由于加水冷卻，達(dá)到表層淬硬的結(jié)果。由于加熱速度快，溫度高，奧氏體晶粒細(xì)，硬熱速度快，溫度高，奧氏體晶粒細(xì)，硬度高于普通淬火硬度度高于普通淬火硬度23H

27、RC，象，象45、40Cr、40MnB經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)后表面淬火，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)后表面淬火，表層硬度大于表層硬度大于50HRC。感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)功率越大，頻率越高，淬硬層越淺。如感應(yīng)功率越大，頻率越高，淬硬層越淺。如20-500kHz獲得的淬硬層獲得的淬硬層2mm，而，而0.510kHz下淬硬層為下淬硬層為26mm。此外感應(yīng)圈的形狀和結(jié)構(gòu)對(duì)淬火質(zhì)量也有很大。此外感應(yīng)圈的形狀和結(jié)構(gòu)對(duì)淬火質(zhì)量也有很大的影響。的影響。 火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火用氧乙炔用氧乙炔(或其它燃料氣或其它燃料氣)的高溫火焰，可達(dá)近的高溫火焰，可達(dá)近3000，快速加熱工件的表面，使表層迅速達(dá)到淬火溫度，噴

28、水冷快速加熱工件的表面，使表層迅速達(dá)到淬火溫度，噴水冷卻，也能達(dá)到表面淬火的目的。根據(jù)操作者控制，淬硬層卻，也能達(dá)到表面淬火的目的。根據(jù)操作者控制，淬硬層深度可在深度可在0.86mm范圍。優(yōu)點(diǎn)是簡單、方便、價(jià)廉，特范圍。優(yōu)點(diǎn)是簡單、方便、價(jià)廉，特別是大型工件，但質(zhì)量的控制完全決定于操作者。別是大型工件，但質(zhì)量的控制完全決定于操作者。 1）感應(yīng)加熱時(shí)，由于電磁感應(yīng)和集膚效應(yīng)，工件表面在極短時(shí)間里達(dá)到Ac3以上很高的溫度，而工件心部仍處于相變點(diǎn)之下。 2）感應(yīng)加熱升溫速度快，保溫時(shí)間極短。 3）感應(yīng)加熱表面淬火后，工件表層強(qiáng)度高，由于馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生體積膨脹，故在工件表層產(chǎn)生很大的殘留壓應(yīng)力，因此可

29、以顯著提高其疲勞強(qiáng)度并降低缺口敏感性。 4）感應(yīng)加熱表面淬火后，工件的耐磨性比普通淬火的高。感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn) 5）感應(yīng)加熱淬火件的沖擊韌度與淬硬層深度和心部原始組織有關(guān)。 6）感應(yīng)加熱淬火時(shí)，由于加熱速度快，無保溫時(shí)間，工件一般不產(chǎn)生氧化和脫碳問題，又因工件內(nèi)部未被加熱，故工件淬火變形小。 7）感應(yīng)加熱淬火的生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，淬火層深度又易于控制，適于批量生產(chǎn)形狀簡單的機(jī)器零件，因此得到廣泛應(yīng)用。感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)9.4.2 化學(xué)熱處理簡介化學(xué)熱處理簡介 化學(xué)熱處理是將材料置于一定的化學(xué)介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中化學(xué)熱處理是

30、將材料置于一定的化學(xué)介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中一種或幾種元素的原子滲入工件表層，一種或幾種元素的原子滲入工件表層，以改變工件表層化學(xué)成分和以改變工件表層化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，來獲得心部和表層兼顧有不同性能要求的熱處理方法。組織結(jié)構(gòu)，來獲得心部和表層兼顧有不同性能要求的熱處理方法。 過程：過程：1)介質(zhì)分解出活性原子介質(zhì)分解出活性原子 介質(zhì)加熱分解釋放出待滲活性原子；介質(zhì)加熱分解釋放出待滲活性原子；2)界面上的原子交換界面上的原子交換 活性原子被材料表面吸收和溶解；活性原子被材料表面吸收和溶解；3)材料內(nèi)原子的擴(kuò)散材料內(nèi)原子的擴(kuò)散 吸收滲入的原子向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)吸收滲入的原子向內(nèi)部擴(kuò)散，形

31、成一定的擴(kuò)散層，以保溫時(shí)間來控制擴(kuò)散層的深度。散層，以保溫時(shí)間來控制擴(kuò)散層的深度。 種類：種類： 鋼利用化學(xué)熱處理能改變的成分有鋼利用化學(xué)熱處理能改變的成分有C、N、O、H、B等原子等原子尺寸較小的元素或少數(shù)活性元素，如尺寸較小的元素或少數(shù)活性元素，如Al。在熱處理中無論有意或。在熱處理中無論有意或無意使鋼表層發(fā)生成分變化的有氧化還原、脫碳、無意使鋼表層發(fā)生成分變化的有氧化還原、脫碳、滲碳滲碳、氮化、氮化、滲硼、滲鋁等。滲硼、滲鋁等。 9.4.3 滲滲 碳碳 1.目的及用途：目的及用途： 提高鋼制工件表面的含碳量然后淬火，達(dá)到提高工件提高鋼制工件表面的含碳量然后淬火，達(dá)到提高工件表面硬度、耐磨

32、性和抗接觸疲勞性，并使心部具有良好的塑性和韌表面硬度、耐磨性和抗接觸疲勞性，并使心部具有良好的塑性和韌性。主要用于承受強(qiáng)摩擦、沖擊應(yīng)力及易發(fā)生接觸疲勞損傷的零件，性。主要用于承受強(qiáng)摩擦、沖擊應(yīng)力及易發(fā)生接觸疲勞損傷的零件，如汽車齒輪、銷軸、鏈條、套筒、摩擦片等。如汽車齒輪、銷軸、鏈條、套筒、摩擦片等。2. 滲碳用鋼滲碳用鋼 低碳鋼或低碳合金鋼，淬火后心部得到低碳馬氏體，保持好的塑性低碳鋼或低碳合金鋼，淬火后心部得到低碳馬氏體，保持好的塑性和韌性。和韌性。3.滲碳方法：滲碳方法：為了環(huán)保和便于控制，目前基本上都采用氣體滲碳法。通入爐內(nèi)的為了環(huán)保和便于控制，目前基本上都采用氣體滲碳法。通入爐內(nèi)的有

33、丙烷、天然氣或滴入甲醇、乙醇、丙酮、煤油等，經(jīng)過一次高溫有丙烷、天然氣或滴入甲醇、乙醇、丙酮、煤油等，經(jīng)過一次高溫分解后，氣體的主要成分有分解后，氣體的主要成分有CO、CO2、H2、H2O、CH4、N2等。按等。按化學(xué)平衡原理，存在一定量的活性碳化學(xué)平衡原理，存在一定量的活性碳C，可以向奧氏體中溶解。，可以向奧氏體中溶解。4. 基本原理基本原理分解、吸附、擴(kuò)散 三過程a. 活性原子的產(chǎn)生活性原子的產(chǎn)生 2CO CO2+C；CH4 2H2+C; CO+H2 H2O+C 對(duì)于滲氮： 2NH3 3H2+2N ; 由于活性原子處于高能狀態(tài)，能克服鋼件表面鐵原子的結(jié)合力進(jìn)入其表層晶格。加入催化劑促進(jìn)活性

34、原子的產(chǎn)生 ，如Na2CO3、BaCO3等分解放出CO2, CO2再和碳粒反應(yīng)生成CO, CO在鋼表面反應(yīng)分解出 C。b. 活性原子的活性原子的吸附吸附和和擴(kuò)散擴(kuò)散 鋼件表面存在很多位錯(cuò)和晶界露頭，為活性原子滲入提供了通道。表面越干凈、越新鮮，粗糙度高，吸附能力越強(qiáng)。一般滲前對(duì)鋼件表面采用化學(xué)方法進(jìn)行輕微侵蝕，促進(jìn)原子吸附和擴(kuò)散。5. 控制參數(shù)1) 控制氣體的成分決定表層的含碳量；2) 滲碳溫度高，原子的活動(dòng)能力強(qiáng)，滲碳速度快，同樣滲層深度可節(jié)省時(shí)間，提高生成率；過高的溫度會(huì)使?jié)B碳時(shí)間內(nèi)奧氏體晶粒過快長大，一般鋼件常用920；3) 滲層深度用滲碳保溫的時(shí)間來保證。過共析層共析層過渡層6. 滲碳后的熱處理滲碳后的熱處理 為保證表層的硬度，滲碳后必需進(jìn)行淬火低溫回火。淬火方法通常有：1)利用滲碳加熱的溫度出爐直接淬火或在空氣中稍停留(預(yù)冷) 。用于簡單、要求不高的工件。2)滲碳后期將爐溫調(diào)節(jié)到合適的溫度進(jìn)行控制預(yù)冷保溫，工件內(nèi)外溫度都降低到某一水平，取出直接淬火。增加保溫階段，產(chǎn)品質(zhì)量更好一些，主要用于淬透性好的