熱處理基礎(chǔ)理論知識(shí)

1、1000熱處理基礎(chǔ)理論知識(shí)一熱處理基本原理1.碳合金的基本知識(shí)鋼和鐵常通稱為鐵碳合金，其基體金屬是鐵，合金中除鐵而外的其他組元如碳等，通稱為合金元素。我們通常在實(shí)際使用中只分析鐵碳二元合金系，合金系中基本相有鐵素體（F、a）、滲碳體（Fe）、奧氏體（丫）三種。1700160C(5：)4001394”CN1300oooGOoooO21001111*00以POO600400300Q200総cuB（旳奧氏體（A）液態(tài)洪+奧液態(tài)（L）氏體2Tfi1148CC_4J012279D/石墨在鐵液中的溶解度Iucm0.77$(o-Fc)鐵素體(F)奧氏體滲破體738匸727C滲碳體(C)(FqC)-鐵素體十滲

2、碳.230CKHe0.5L01.52.D2.53.()3.5404.55.05.56.0657.()-s(C)/%圖1鐵碳相圖根據(jù)Fe-Fe3C相圖，我們把鋼分三類：亞共析鋼（含碳量0.77%C）共析鋼（0.77%C）過(guò)共析鋼（0.772.11%C）鐵碳合金的組織與它的含碳量關(guān)系極大，所以它的性能也隨含碳量的多少而變。合金的室溫組織是鐵索體和滲碳體構(gòu)成的機(jī)械混合物，隨合金含碳量增加，合金中的滲碳體量愈來(lái)愈多，滲碳體的分布也隨之發(fā)生變化。2.奧氏體鐵一滲碳體相圖是研究鐵碳合金熱處理的基礎(chǔ)。例如，鋼加熱到A1溫度以上時(shí),將發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，形成奧氏體，而隨后進(jìn)行冷卻時(shí)，會(huì)因冷卻速度值不同而獲得穩(wěn)定組織

3、、不穩(wěn)定組織和介于兩者之間的所謂亞穩(wěn)定組織。這就說(shuō)明，經(jīng)過(guò)加熱和冷卻這樣的處理之后，可使鋼材表現(xiàn)出不同的性能。奧氏體的形成當(dāng)把鋼加熱到Acl溫度時(shí)，組織中的珠光體即開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，一般將奧氏體的形成過(guò)程分為生核、長(zhǎng)大、剩余滲碳體溶解和奧氏體成分均勻化四個(gè)階段。2.1奧氏體形核，奧氏體的晶核通常優(yōu)先地產(chǎn)生于珠光體中鐵索體與滲碳體的相界fflo因?yàn)樵谙嘟缍峡瘴幻芏容^高，原子排列較不規(guī)整，容易獲得形成奧氏體所需要的能量和濃度的條件。2.2奧氏體長(zhǎng)大奧氏體晶核形成后，一面與滲碳體相接，另一而與鐵素體相接。在靠近鐵素體處的碳含量較低，因此在奧氏體中出現(xiàn)了碳濃度梯度，引起了碳在奧氏體中不斷地由高濃度向

4、低濃度的擴(kuò)散。隨著碳擴(kuò)散的影響，奧氏體與鐵素體接觸處的碳濃度增高，而使奧氏體與滲碳體接觸處碳濃度降低，因此失去平衡。為了恢復(fù)平衡，滲碳體勢(shì)必不斷地溶解，又有碳原子溶入奧氏體，使其含碳量升高而恢復(fù)到奧氏體碳的最大溶解量，與此同時(shí)發(fā)生奧氏體的碳原子又向鐵素體擴(kuò)散，促使這部分鐵索體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，并使其自身的碳含量又下降，回復(fù)到奧氏體碳的最低溶解量。這樣碳濃度再一次失去平衡和恢復(fù)平衡這種反復(fù)循環(huán)過(guò)程，就使奧氏體一方而逐步向滲碳體長(zhǎng)大，另一方而向鐵素體長(zhǎng)大，直至鐵索體消失，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。2.3殘余碳化物（滲碳體）溶解珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體剛結(jié)束時(shí)，鋼中還保留一些未溶解的碳化物（滲碳體）。由于滲碳體的晶體

5、構(gòu)造和含碳量都與奧氏體差別很大，所以滲碳體向奧氏體溶解速度低于鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變速度，鐵素體總是比滲碳體先消失。殘余的滲碳體需要一定的時(shí)間，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，殘余滲碳體繼續(xù)溶解于奧氏體中，直至全部溶解。4奧氏體均勻化在剛形成的奧氏體品粒中碳濃度并不均勻，原滲碳體片層的區(qū)域含碳量高，原鐵素體區(qū)域的含碳量較低。碳原子的擴(kuò)散需要一定的時(shí)間，最后才能獲得成分均勻的奧氏體。因此，鋼在加熱時(shí)需要一定的保溫時(shí)間，這不但是為了使工件各處溫度一致，而且是為了得到成分均勻的奧氏體，以便在冷卻后獲得良好的組織與性能。從Fe-Fe3C相圖看，亞共析鋼在As以上溫度，組織中珠光體仍按上述過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，而只有把亞共析鋼

6、加熱到As以上才能獲得單相奧氏體。珠光體通常，鋼在退火、正火和索氏體化處理時(shí)，發(fā)生的主要相變即使珠光體轉(zhuǎn)變。珠光體是由鐵索體與滲碳體機(jī)械混合組成的。根據(jù)其形態(tài)我們分為片狀珠光體和粒狀珠光體。片狀珠光體是由一層鐵素體與一層滲碳體緊密堆疊而成的。根據(jù)其層間距，我們又細(xì)分岀屈氏體和索氏體。粒狀珠光體是在鐵素體基體上分布著粒狀滲碳體的組織。工業(yè)上采用以上熱處理工藝，是為了使鋼獲得比較均勻、穩(wěn)定的組織。這類熱處理方法，可以作為預(yù)先熱處理，為后續(xù)的冷、熱成型加工順利進(jìn)行做好顯微組織準(zhǔn)備。馬氏體鋼經(jīng)奧氏體化后快速冷卻，抑制其擴(kuò)散性分解，在較低溫度下發(fā)生的轉(zhuǎn)變稱為馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體轉(zhuǎn)變是鋼件熱處理強(qiáng)化的主要手

7、段。由于鋼的種類、成分不同,以及熱處理?xiàng)l件的差界會(huì)使淬火馬氏體的形態(tài)和內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)及形成顯微裂紋的傾向性等發(fā)生很大變化。這些變化對(duì)馬氏體的機(jī)械性能影響很大。據(jù)其特征，大體可分兩類。4.1板條狀馬氏體板條狀馬氏體是低、中碳鋼，馬氏體時(shí)效鋼，不銹鋼等鐵系合金中形成的一種典型的馬氏體組織。因其顯微組織是由許多成群的板條組成，故稱為板條馬氏體。4.2片狀馬氏體鐵系合金中出現(xiàn)的另一種典型的馬氏體組織是片狀馬氏體，常見(jiàn)于淬火高、中碳鋼中。這種馬氏體的空間形態(tài)呈雙凸透鏡片狀，因與試樣磨而相截而在顯微鏡下呈現(xiàn)為針狀或竹葉狀，故又稱為針狀馬氏體或竹葉狀馬氏體。3影響Ms點(diǎn)的主要因素Ms點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)踐中具有很重要的

8、意義。如分級(jí)淬火的分級(jí)溫度，水油淬火的轉(zhuǎn)油溫度都應(yīng)在Ms點(diǎn)附近。Ms點(diǎn)還決定這馬氏體的亞結(jié)構(gòu)和性能。Ms點(diǎn)的高低還決定著淬火后得到的殘留奧氏體量多少，而控制一定量的殘留奧氏體則可以達(dá)到減小變形開(kāi)裂，穩(wěn)定尺寸及提高產(chǎn)品質(zhì)量等不同目的。4.3.1化學(xué)成分對(duì)Ms點(diǎn)的影響奧氏體化學(xué)成分對(duì)Ms點(diǎn)的影響十分顯著。一般來(lái)說(shuō)，Ms點(diǎn)主要取決于鋼的化學(xué)成分，其中又以碳含量的影響最為顯著，隨著含碳量的增加，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度下降。并且含碳量對(duì)Ms和Mf的影響并不完全一致。對(duì)Ms點(diǎn)的影響基本上呈連續(xù)的下降。對(duì)Mf點(diǎn)的影響，在含碳量小于0.6%左右時(shí)比Ms的下降更顯著，因而擴(kuò)大了馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度范圍；當(dāng)碳含量大于0.6%

9、時(shí),Mf點(diǎn)下降很緩慢，且因Mf點(diǎn)己降到0C以下，致使這類鋼在淬火冷至室溫的組織中將存在較多的殘留奧氏體。N對(duì)Ms點(diǎn)有類似C的影響鋼中常見(jiàn)合金元素如Mn、V、Cr、Cu、Mo、W、Ti等，均有使Ms點(diǎn)降低的作用，但效果不如C顯著。只有A1和C。有使Ms點(diǎn)提高的作用。降低Ms點(diǎn)的元素按其影響強(qiáng)烈的順序排列為：Mn、Ni、Cr、Mo、Cu、W、V、Ti。其中W、V、Ti等強(qiáng)碳化物形成元索在鋼中多以碳化物形式存在，淬火加熱時(shí)一般溶于奧氏體中其少，故對(duì)Ms點(diǎn)影響不大。若鋼中同時(shí)加入幾種合金元素，則其綜合影響比較復(fù)雜，如：鋼中含碳量增加時(shí)，CrMn、Mo降低Ms點(diǎn)的作用也增大。碳鋼中Si含量高時(shí)，Si降低

10、Ms點(diǎn)的影響很弱；而Ni-Cr鋼中Si含量高時(shí)，Si會(huì)引起Ms點(diǎn)明顯下降。4.3.2奧氏體化條件對(duì)Ms點(diǎn)的影響加熱溫度和時(shí)間對(duì)Ms點(diǎn)的影響較為復(fù)雜。加熱溫度和時(shí)間的增加有利于碳和合金元素進(jìn)一步溶入奧氏體中，會(huì)使Ms點(diǎn)下降。但是，隨加熱溫度升高，又會(huì)引起奧氏體晶粒長(zhǎng)大，如果排除了化學(xué)成分的變化，即在完全奧氏體化條件下加熱溫度的提高和時(shí)間的延長(zhǎng)將使Ms點(diǎn)有所提高（約在幾度到幾十度范圍內(nèi)）。3.3淬火速度對(duì)Ms點(diǎn)的影響在研究高速淬火對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)很多鐵基合金中Ms點(diǎn)過(guò)隨淬火速度增大而升高。在淬火速度低時(shí)，看不到Ms點(diǎn)隨淬火速度的變化。鋼的過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變鋼的熱處理過(guò)程基本上包括加熱和冷卻兩

11、個(gè)階段。熱處理后的性能在很大程度上取決與冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的類型和形態(tài)。將奧氏體迅速冷至臨界溫度以下的一定溫度，并在此溫度下進(jìn)行等溫，在等溫過(guò)程中所發(fā)生的相變稱為過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變。過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖綜合反映了過(guò)冷奧氏體在不同過(guò)冷度下等溫轉(zhuǎn)變的過(guò)程：轉(zhuǎn)變開(kāi)始和終了時(shí)間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和轉(zhuǎn)變量與溫度和時(shí)間的關(guān)系。由于等溫轉(zhuǎn)變圖的曲線通常呈“C”形狀，所以又稱C曲線。對(duì)碳鋼而言，亞共析鋼和過(guò)共析鋼的TTT圖的形狀基本上與共析鋼相似。但是,亞共析鋼奧氏體在低于仏的某一溫度范圍內(nèi)等溫時(shí)，首先析出先共析鐵素體（F3C）o在Cllll線左上方有一條先共析鐵素體開(kāi)始析岀線，隨著碳含量增加，該線向右下方移動(dòng)。與

12、亞共析鋼相似，過(guò)共析鋼（包括合金鋼）在Acm以上奧氏體化時(shí)，等溫轉(zhuǎn)變1山線的左上方有一條先共析碳化物析岀線，且隨含碳量增加逐漸向左上方移動(dòng)。下圖是45#鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變，我們用等溫轉(zhuǎn)變圖（TTT圖）來(lái)說(shuō)明：時(shí)間(s)45鋼(0.44%C,0.22%Si,0.66%Mn,0.15%Cr,0.02%V)的過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖從圖中看，把鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)以下各種不同溫度，并保溫，過(guò)冷奧氏體要經(jīng)歷一段時(shí)間后才開(kāi)始轉(zhuǎn)變，這段時(shí)間叫孕育期，過(guò)冷到“鼻子”以上A.以下溫度區(qū)的奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這樣的轉(zhuǎn)變叫珠光體轉(zhuǎn)變，在Ms線以下，過(guò)冷奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，這個(gè)溫度區(qū)叫馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。此外，鋼的馬氏體開(kāi)始

13、轉(zhuǎn)變溫度(Ms線)，隨鋼的含碳量升高而降低。并且，共析鋼的過(guò)冷奧氏體是最穩(wěn)定，在它的等溫轉(zhuǎn)變圖上，轉(zhuǎn)變曲線離溫度軸最遠(yuǎn)，亞共析鋼和過(guò)共析鋼其過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性較低，造成等溫轉(zhuǎn)變曲線向左方偏移。所以我們?cè)阡摷B碳時(shí)，當(dāng)表面碳含量增加達(dá)到過(guò)共析成分，并經(jīng)保溫?cái)U(kuò)散，使?jié)B層碳濃度達(dá)到共析點(diǎn)成分0.85%C,從而在冷卻過(guò)程中得到穩(wěn)定的過(guò)冷奧氏體，避開(kāi)了珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)，我們淬火的溫度的選擇也必須在Ms線以下。影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的因索1合金元素的影響一般的說(shuō)，除C。之外，常用合金元素都增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲轉(zhuǎn)變和降低轉(zhuǎn)變速度，使等溫轉(zhuǎn)變曲線向右移，延長(zhǎng)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始和終了時(shí)間。但是，應(yīng)該指出，合金

14、元素只有固溶于奧氏體中時(shí)才能起上述作用。否則，由于存在未溶解的碳化物或夾雜物，他們將其非均質(zhì)品核的作用，促使過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致C曲線向左移按照合金元索對(duì)過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變影響的性質(zhì)不同，可分為兩大類：第一類屬于非（或弱）碳化物形成元素。他們對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響在性質(zhì)上與碳的影響相似，即減慢珠光體和貝氏體的形成，降低Ms點(diǎn)。這類合金元素中最重要的是N1和MnoCu和Si的影響較小。第二類屬于碳化物形成元素。其中的大多數(shù)減慢鐵素體一珠光體形成的作用大于減慢貝氏體形成的作用，同時(shí)也降低Ms點(diǎn)。2奧氏體晶粒尺寸的影響超細(xì)的奧氏體晶粒（13.5級(jí)）會(huì)加速過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的影響較

15、小；粗大的奧氏體品粒（3.5級(jí)），顯著推遲珠光體轉(zhuǎn)變，而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變僅稍有推遲作用。5.3原始組織、加熱溫度和保溫時(shí)間的影響工業(yè)用鋼在相同加熱條件下，原始組織越細(xì)，越容易得到較均勻的奧氏體，使等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，Ms點(diǎn)降低：當(dāng)原始組織相同時(shí)，提高奧氏體化溫度或延長(zhǎng)奧氏體化時(shí)間，將促使碳化物溶解、成分均勻和奧氏體晶粒長(zhǎng)大，也會(huì)使等溫轉(zhuǎn)變曲線右移。4變形的影響變形對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變有加速的作用。鋼的臨界冷卻速度為了使鋼件在淬火后得到完全馬氏體組織，應(yīng)使奧氏體從淬火溫度至Ms點(diǎn)的冷卻過(guò)程不發(fā)生分解。為此，鋼件的冷卻速度應(yīng)大于某一臨界值，此臨界值稱為臨界淬火速度或臨界冷卻速度，通常用Vc表示之。Vc時(shí)得到

16、完全馬氏體組織（包括殘余奧氏體）的最低冷卻速度，Vc值表征了鋼接受淬火的能力，它是決定鋼件淬透層深度的主要因索，也是合理選用鋼材和正確制定熱處理工藝的重要依據(jù)之一。影響臨界冷卻速度的因素：1碳含量低碳鋼隨含碳量增高,Vc顯著降低;但是，從0.3%C增加到約1.0%C,Vc降低不多；碳含量超過(guò)約1.0%C后，Vc增高。大部分合金元索（除Co外）在溶入奧氏體時(shí)，都增大過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，降低Vc。如有未溶解或未完全溶解則反而使Vc趨于增大。6.2奧氏體晶粒度隨著奧氏體晶粒尺寸增大，Vc降低。奧氏體晶粒度對(duì)抑制珠光體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度的影響較大，而對(duì)抑制貝氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度的影響較小。3奧氏體化

17、溫度多數(shù)鋼在高溫加熱時(shí)，會(huì)使奧氏體晶粒增大，促使碳化物及其他非金屬夾雜物溶入和奧氏體成分均勻化，這將推遲過(guò)冷奧氏體的擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變和降低Vc。6.4奧氏體中非金屬夾雜物和穩(wěn)定碳化物硫化物、氧化物、氮化物及難溶入奧氏體的穩(wěn)定碳化物等都阻礙加熱保溫時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，而且在淬火時(shí)可以促使非馬氏體組織的形成，從而增大Vc。鋼在冷卻過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力有兩種一種是它從高溫冷卻時(shí)由于熱脹冷縮，從表而到心部產(chǎn)生的內(nèi)部力（壓應(yīng)力），叫熱應(yīng)力。一種是冷卻過(guò)程中進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變時(shí)，由于體積變化產(chǎn)生的內(nèi)部力（拉應(yīng)力），叫組織應(yīng)力。鋼在淬火時(shí)所形成的殘余應(yīng)力，使這兩種力作用的綜合結(jié)果。當(dāng)零件形狀差并較大或薄壁件淬火時(shí)，將產(chǎn)生很大

18、的應(yīng)力，引起變形開(kāi)裂。因此，我們?cè)谔幚砣缁住⒁r套、撥叉等零件時(shí)，釆取熱油淬火，以減少淬火時(shí)熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼件淬火后獲得的組織，主要是馬氏體或馬氏體加殘留奧氏體。在室溫下，這兩種組織都處于亞穩(wěn)定狀態(tài)之下，并趨于向鐵素體加滲碳體（碳化物）穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化。會(huì)或就是釆用加熱等手段，是亞穩(wěn)定的淬火組織，向相對(duì)穩(wěn)定的回火組織轉(zhuǎn)化的工藝過(guò)程?；鼗饻囟龋鶕?jù)鋼件的性能要求和淬火鋼的性質(zhì)而定，而且都在A1溫度以下。熱處理基本工藝方法（退火、正火、淬火、回火、化學(xué)熱處理、高頻）1鋼的退火與正火1.1退火和正火的目的：是為工件冷熱加工服務(wù)的熱處理方法，如降低硬度，細(xì)化組織，改善切削加工性，去除殘

19、余應(yīng)力，以作為其他熱處理如淬火前的預(yù)處理.目前我們所進(jìn)行熱處理的齒輪、軸、撥叉等，都是在鍛、鑄后，經(jīng)過(guò)正火處理,消除了鍛造和鑄造缺陷.1.2退火是將鋼材或鋼件加熱到適當(dāng)溫度，經(jīng)過(guò)保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝.完全退火等溫退火退火球化退火去應(yīng)力退火擴(kuò)散退火3正火是將鋼材或鋼件加熱到臨界點(diǎn)Ac3或Acm以上適當(dāng)溫度，經(jīng)保溫一定時(shí)間后在空氣中冷卻，以獲得珠光體型組織的熱處理工藝.鋼的淬火與回火淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)As或Ac以上某一溫度，保持一定時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝.回或是把經(jīng)過(guò)淬火的工件加熱到Acl以下適當(dāng)溫度保持一定時(shí)間，然后

20、以符合要求的方法冷卻，使工件的強(qiáng)度和韌性達(dá)到恰當(dāng)配合的熱處理工藝。回火的目的：鋼淬火后，其組織和內(nèi)部應(yīng)力都是不穩(wěn)定的，這時(shí)鋼的硬度雖然很高，但脆性大，為了穩(wěn)定淬火鋼的組織和蓋上昂的機(jī)械性能，必須進(jìn)行回火處理?；鼗鸱值蜏?、中溫和高溫三種低碳鋼回火時(shí)，一般選低溫回火，其組織轉(zhuǎn)變不明顯，鋼的機(jī)械性能基本上不發(fā)生變化，可以獲得較為優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。高碳鋼回火，一般也選低溫回火，高碳鋼淬火組織為片狀馬氏體加上一定數(shù)量的殘余奧氏體。在200C以下回火，因析出大量細(xì)小碳化物，鋼的硬度不僅不下降，反而稍有提高，這種現(xiàn)象叫做彌散強(qiáng)化。低碳合金鋼滲碳后，心部成分不變，表層屬高碳鋼，所以我們對(duì)滲碳鋼選擇200C以

21、下回火?；瘜W(xué)熱處理將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中，使一種或幾種化學(xué)元素的原子滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理的基本過(guò)程1.1介質(zhì)的分解過(guò)程;滲劑的分解過(guò)程,是介質(zhì)發(fā)生分解反應(yīng)，釋放岀活性原子的過(guò)程.1.2活性原子的吸收過(guò)程:為了使碳原子滲入鋼中就必須使鋼處于奧氏體狀態(tài).1.3滲入原子的擴(kuò)散過(guò)程工件表面的形狀和尺寸不同也會(huì)在相同的工藝條件下獲得不同深度的滲層,擴(kuò)散層的深度或體積的形成與工件表而的I山率有關(guān)當(dāng)一個(gè)筒形試樣滲入元素自孔內(nèi)向外壁方向擴(kuò)散時(shí)（沿凹表而），滲入元索將隨著向外層的遷移而不斷被散開(kāi)（外層總比內(nèi)層有更大的體積），從而使?jié)B入元素在向外層擴(kuò)散后該元索

22、的濃度總比平面滲入或自圓柱形試樣表面向內(nèi)擴(kuò)散時(shí)要低，平均深度也較淺,這種形式的擴(kuò)散可稱為發(fā)散型.反之圓柱體表而的擴(kuò)散則與之相反,最外壁表而積最大,沿凸表而越向內(nèi)部擴(kuò)散，每一層的體積相對(duì)減少，從而使?jié)B入元素有向內(nèi)聚的趨勢(shì)，稱內(nèi)聚型.在相同熱處理規(guī)范下，當(dāng)表而積等量滲入時(shí)，顯然聚集型的擴(kuò)散易在表而獲得較高的濃度和較大的層深.滲碳的工藝過(guò)程1.滲碳介丿貢在工件表而產(chǎn)生活性碳原子，經(jīng)過(guò)表面吸收和擴(kuò)散將碳滲入低碳鋼或低碳合金鋼工件表層,使其達(dá)到或略高于共析成分時(shí)的含碳量，以便將工件淬火和低溫回火后，其表而的硬度、強(qiáng)度，特別是疲勞強(qiáng)度和耐磨性，較心部都育顯著提高，而心部仍保持一定的強(qiáng)度和良好的韌性.固體介

23、丿頁(yè)滲碳?xì)怏w介質(zhì)滲碳滲碳液態(tài)介質(zhì)滲碳特殊滲碳艾協(xié)林箱式爐及Ipsen連續(xù)爐均為可控氣氛的氣體滲碳，保護(hù)氣為發(fā)生爐產(chǎn)生的吸熱式氣氛保護(hù)氣的組成(丙烷：空氣=1:7.2):C0(23.6%)比(31.5%)N：(44.9%)當(dāng)爐內(nèi)溫度低通入N：氣滲碳后期降溫時(shí)通入晶界氧化(非馬)丙烷氣為富化氣，使?jié)B碳主要?dú)怏w，他在爐內(nèi)裂解在零件表而分解出活性碳原子滲層的技術(shù)要求滲層的表而含碳量、滲層深度、滲碳淬火、回火后的表而硬度，心部硬度及金相組織要求(包括碳化物分布的級(jí)別，殘余奧氏體等級(jí)，表而和心部組織粗細(xì))。提高滲碳件表層含碳量將提高淬火后的表而硬度，但過(guò)高含碳量淬火后出現(xiàn)大量殘余奧氏體將降低表而硬度，同時(shí)

24、也將影響滲碳件的其他機(jī)械性能。增加表層含碳量將提高鋼的耐磨性，這與馬氏體中含碳量增加以及形成均勻分布的過(guò)剩碳化物有關(guān)。表層含碳量0.61.1%接觸疲勞強(qiáng)度最高。4.滲碳工藝傳統(tǒng)的滲碳工藝如下：分四個(gè)階段：排氣、強(qiáng)滲、擴(kuò)散、降溫為得到預(yù)期的表層含碳量，滲碳層的深度以及濃度梯度和正常的滲碳組織，在滲碳工藝中應(yīng)當(dāng)控制滲談介質(zhì)的活性（爐內(nèi)碳勢(shì)）、滲碳溫度、滲碳時(shí)間、及冷卻方式。在一定時(shí)間內(nèi)滲碳溫度越高，滲碳層越深，提高滲碳溫度可顯著加速滲碳過(guò)程。但過(guò)高的滲碳溫度將導(dǎo)致晶粒粗化，表層碳濃度過(guò)高而形成網(wǎng)狀碳化物及在淬火后形成大量殘余奧氏體，并且在淬火時(shí)增加變形開(kāi)裂傾向，降低滲碳設(shè)備的使用壽命。所以我們目前

25、常用910930Co在薄層滲碳時(shí)可采用較低滲碳溫度,此時(shí)滲碳速度較慢，易于控制滲碳層的深度。如細(xì)齒變速箱上的齒輪。延長(zhǎng)時(shí)間也能使?jié)B層增加提高碳勢(shì)但過(guò)高碳勢(shì)同樣是表而出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物和淬火后形成大量殘余奧氏體滲碳后直接淬火我們現(xiàn)在所用滲碳鋼屬于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，滲碳時(shí)晶粒不易長(zhǎng)大，將零件自滲碳溫度降至略高于Ars的溫度，然后淬火，這樣可減少零件變形，并且由奧氏體中析岀部分二次滲碳體，減少淬火后表層殘余奧氏體量，提高表層硬度。滲碳件在淬透情況下，其金相組織表層為淬火馬氏體+殘余奧氏體+部分二次滲碳體；心部為低碳馬氏體。低溫回火后，表層為回火馬氏體+殘余奧氏體+部分二次滲碳體；心部為低碳回火馬氏體。為了改

26、善鋼的某些使用性能，而把一種或幾種合金元索滲入到固態(tài)鋼表面的操作，統(tǒng)稱為化學(xué)熱處理。由于碳在鐵素體中的溶解度幾乎為零，因此，如果想把碳滲入鋼中的話，就應(yīng)當(dāng)使鋼處于溶解能力較強(qiáng)的奧氏體狀態(tài)。從鐵一碳相圖看，只有把鋼加熱到A1以上溫度，才能達(dá)到這個(gè)條件。合金在加熱和冷卻時(shí)，備有一個(gè)實(shí)際相變溫度與之相對(duì)應(yīng)，通常是在Al、A3和Acm三個(gè)理論相變溫度的代號(hào)中加注字母，而以Acl、Ac3和Acm表示鋼在加熱時(shí)的實(shí)際相變溫度，以Ari、Ar3和Arm表示鋼在冷卻時(shí)的實(shí)際相變溫度。奧氏體的形成當(dāng)把亞共析鋼加熱到Acl溫度時(shí)，組織中的珠光體即開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，一般將奧氏體的形成過(guò)程分為生核、長(zhǎng)大、剩余滲碳體溶

27、解和奧氏體成分均勻化四個(gè)階段。亞共析鋼在Ac以上溫度，組織中珠光體仍按上述過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，而只有把亞共析鋼加熱到Ac3以上才能獲得單相奧氏體。目前我們使用的滲碳鋼，材料為8620H或8627RH以及20CrMnTi,均屬于亞共析鋼，其化學(xué)成分如下：CMnNiCrMoSiS620H0.180230.70.90.4070.40.60.150250.15-0.3S627RH0.25030.70.90.4070.40.60.150250.15-0.320CrNi30.170240.30.62.753250.60.9CMnCrTi20CrMnTi0.170240.8-1.10l0l300.060.12

28、因其碳含量在0.2%C,所以我們選擇的滲碳溫度在900C以上，以獲得單相均勻的奧氏體組織，從而使碳能滲入鋼中。同時(shí)由于鋼件在此溫度得到單相奧氏體，滲碳體己完全溶解，從而也保證了在淬火冷卻時(shí)心部能得到無(wú)擴(kuò)散型的板條馬氏體。5.滲碳件常見(jiàn)缺陷5.1滲碳層中網(wǎng)狀或大塊碳化物產(chǎn)生原因是滲劑活性太高是表而含碳量過(guò)高和滲碳后冷卻速度太慢。消除辦法是進(jìn)行Acm以上的高溫淬火或正火。5.2滲碳層中大量殘余奧氏體產(chǎn)生原因是滲碳濃度太高，使表而含碳量過(guò)高和淬火溫度過(guò)高。消除辦法是進(jìn)行高溫回火后重新加熱淬火冷處理。5.3黑色組織（非馬）表層組織中出現(xiàn)沿晶界斷續(xù)的網(wǎng)狀黑色組織。產(chǎn)生原因是由于滲碳介質(zhì)中的氧向內(nèi)擴(kuò)散，在

29、晶界上形成路、猛、鈦等元素的氧化物,使得晶界處合金元索貧化，造成局部淬透性下降，而出現(xiàn)了黑色的奧氏體分解產(chǎn)物（屈氏體）。5.4過(guò)熱滲碳時(shí)過(guò)熱或滲碳后淬火加熱時(shí)過(guò)熱，將使鋼的晶粒過(guò)分長(zhǎng)大而增加脆性。5.5表而脫碳產(chǎn)生原因是滲碳后期滲碳?xì)夥仗紕?shì)太低，或滲碳后冷卻及加熱時(shí)保護(hù)不良所致。消除辦法是進(jìn)行補(bǔ)滲，或磨削掉脫碳層，或噴丸處理（脫碳層W002mm）5.6表層含碳量過(guò)低產(chǎn)生原因是滲碳?xì)夥諠舛冗^(guò)低，滲碳溫度低，滲碳時(shí)間短，滲碳爐漏氣，零件表而沉積碳黑，裝爐量太多等。消除辦法是補(bǔ)滲。5.7滲碳層深度不足產(chǎn)生原因是滲碳溫度偏低，滲碳時(shí)間過(guò)短，滲劑濃度不足，爐子漏氣，裝爐量過(guò)多，零件表而積碳或氧化，試樣檢

30、驗(yàn)不準(zhǔn)。消除辦法是補(bǔ)滲。5.8滲碳層過(guò)深產(chǎn)生原因是滲碳溫度偏高，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。5.9滲碳層不均勻產(chǎn)生原因是零件表而不清潔或積碳，爐溫不均勻，爐內(nèi)氣氛循環(huán)不良或漏氣，原材料帶狀組織嚴(yán)重。消除辦法是補(bǔ)滲，為避免層深增加太多，滲碳溫度可適當(dāng)取低些（如890C）,這樣在深的部位層深增加少，而淺的部位可增加多些。5.10表而腐蝕及氧化產(chǎn)生原因是滲劑中含有硫和硫酸鹽，零件表而不清潔，爐子漏氣。5.11心部硬度不足產(chǎn)生原因是淬火加熱溫度偏低或保溫時(shí)間不夠，心部有未溶解的鐵素體；另外淬火時(shí)冷卻速度不夠，心部有奧氏體分解產(chǎn)物。消除辦法是重新加熱淬火。碳氮共滲用碳、氮同時(shí)滲入金屬表而的化學(xué)熱處理稱為碳氮共滲我們目前采

31、用的碳氮共滲工藝是中溫碳氮共滲（780880C）,大都應(yīng)用于結(jié)構(gòu)鋼耐磨件，一般滲層在1mm左右。碳氮共滲與滲碳相比有以下優(yōu)點(diǎn)；由于碳、氮同時(shí)滲入，滲層表面具有比滲碳更高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，同時(shí)氮降低了奧氏體形成溫度，可在較低溫度下進(jìn)行共滲，工件不易過(guò)熱，而且可直接淬火，淬火變形小。碳、氮同時(shí)滲入可使?jié)B層淬透性提高，因而可在較緩和的淬火介質(zhì)中淬火。另外碳氮共滲的滲速較快，可以縮短工藝周期。共滲介質(zhì)氨氣加滲碳?xì)怏w氣體碳氮共滲組織：在常用溫度下進(jìn)行共滲處理后，滲層中的碳含量約為0.71.0%,含氮量約為0.150.5%。淬火后，共滲組織應(yīng)由細(xì)針狀馬氏體、適量的碳氮化合物和少量殘余奧氏體組成。淬

32、火后，由于最外層的含氮量較高，造成殘余奧氏體量較多，故碳氮共滲間最外層的硬度要比第二層低一些，但共滲層硬度的最高值比單純滲碳高。六常見(jiàn)故障、判斷、原因分析及后果，采取的措施交接班應(yīng)做的工作檢查工藝記錄是否完整、工藝運(yùn)行是否正常（溫度、碳勢(shì)、油溫），各流量計(jì)是否正確，各壓力表（水壓、淬火油壓、爐壓）是否正常，淬火油液面高度是否合適。多用爐部分21碳勢(shì)顯示為零氧探頭參比氣是否合適，吹掃氣是否開(kāi)著（時(shí)手動(dòng)還是電磁閥關(guān)不?。茏邮欠衩撀?、接線是否斷開(kāi)（通知當(dāng)值電工檢查）。后果：丙烷氣常通，爐內(nèi)實(shí)際碳勢(shì)很高，爐膛和氧探頭嚴(yán)重積碳，氧探頭損壞，工件產(chǎn)生碳化物、A+M超標(biāo)，層深厚，零件報(bào)廢。采取的措施：根

33、據(jù)檢查的具體情況分別采取調(diào)整參比氣、關(guān)掉吹掃氣，關(guān)斷丙烷氣，通知工藝人員。2.2碳勢(shì)達(dá)不到設(shè)定值參比氣是否合適，丙烷氣量是否合適，空氣電磁閥是否處于接通狀態(tài)，管道是否漏氣，氧探頭中毒。后果：爐內(nèi)貧碳或嚴(yán)重枳碳，工件層深不合適，金相組織不合格采取的措施：調(diào)整丙烷氣量，手動(dòng)吹掃氧探頭，修理電磁閥23碳勢(shì)波動(dòng)大丙烷量和空氣量太大，氧探頭損壞2.4降溫階段（8759后）碳勢(shì)升高氨氣量太大，爐內(nèi)積碳嚴(yán)重采取的措施：調(diào)整氨氣量，停爐燒碳黑5上位機(jī)故障或停電上位機(jī)上顯示當(dāng)前滲碳層深值為零。后果：不降溫，工件層深厚采取的措施：按工藝時(shí)間手動(dòng)跳段降溫2.6淬火時(shí)未將料盤(pán)拉到前室料盤(pán)在后室推過(guò)位，料盤(pán)裝偏，推頭未

34、抬起。判斷：看后室限位桿是否回原位并打開(kāi)觀察窗觀察，前室兩個(gè)踏板限位是否壓上。采取的措施：調(diào)空爐設(shè)定值為淬火溫度、碳勢(shì)為0.85%C,通氮?dú)獯蜷_(kāi)前室爐門(mén)，檢查推頭，校正料盤(pán)位置，關(guān)閉外爐門(mén)，恢復(fù)爐氣并保溫一定時(shí)間后手動(dòng)淬火。7油溫冷卻緩慢觀察油冷卻器溫度表和冷卻水溫。后果：冷卻性能下降，零件硬度不合適和表面非馬超標(biāo)釆取的措施：打開(kāi)排油閥，放掉管路內(nèi)氣體2.8油溫過(guò)低加熱是否關(guān)閉，油溫設(shè)定值是否合適后果：冷卻不均勻，變形大、易開(kāi)裂采取的措施：打開(kāi)加熱，調(diào)整設(shè)定值29淬火油里有水水壓高于油壓，水油交換器泄漏后果：淬火時(shí)油劇烈沸騰，引起著火燒損爐子，工件岀現(xiàn)淬火軟點(diǎn)采取的措施：切斷可燃性氣體，通入氮?dú)?，關(guān)閉外爐門(mén)，切斷加熱降溫2.10后室風(fēng)扇壞，加熱輻射管壞，淬火油液面高度不夠3連續(xù)爐部分3.1零件裝