工程材料-第三章new-鋼的熱處理4-8

第三章

鋼的熱處理1鋼的熱處理§1概述§2鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變§4鋼的退火與正火§5鋼的淬火§6鋼的回火§7鋼的形變熱處理§8鋼的表面淬火§9鋼的化學熱處理§10熱處理對零件結(jié)構(gòu)的要求2鋼的熱處理：§1概述熱處理是改善金屬材料性能的一種重要加工工藝。它是在固態(tài)下通過加熱、保溫和冷卻的方法,改變合金的內(nèi)部組織,從而獲得所需性能的一種工藝操作。鋼的熱處理作用：提高鋼的力學性能;消除熱加工造成的缺陷。細化晶粒、消除偏析、降低內(nèi)應力；使鋼的組織和性能更加均勻。3§1概述鋼的熱處理主要有:普通熱處理(退火、正火、淬火、回火);表面熱處理(表面淬火和表面化學熱處理)。4§1概述熱處理工藝曲線：5§1概述溫度時間Tc大部分鋼的熱處理,如退火、正火、淬火等,都是將鋼加熱到臨界點(A1、A3、Acm)以上獲得全部或部分晶粒細小的奧氏體組織,然后根據(jù)不同的冷卻方式,奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織,從而使鋼具有不同的性能。熱處理工藝曲線：6鋼的熱處理：§1概述工藝曲線：特點：目的：分類：普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）表面熱處理（表面淬火、化學熱處理）特殊熱處理（形變、真空）7箱式電阻爐§1概述臺車式電阻爐連續(xù)式熱處理爐8§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變9§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變加熱：1.A1溫度以下的加熱；2.A1以上的加熱A1以上加熱，發(fā)生P向A的轉(zhuǎn)變。奧氏體化：將共、亞、過共析鋼分別加熱到A1、A3、Acm以上時，都完全轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗鄪W氏體，這個過程稱為奧氏體化103.1.1.共析鋼的奧氏體形成過程共析鋼在室溫的平衡組織為珠光體。當將其加熱至略高于A1溫度時,就會發(fā)生珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變。以形核與長大的方式進行?；具^程包括形核、長大、殘留滲碳體溶解和奧氏體成分均勻化四步。§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變11奧氏體晶粒的形成和長大殘余滲碳體的溶解奧氏體的均勻化（Fe、C原子的擴散）3.1.1.共析鋼的奧氏體形成過程§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變12奧氏體首先在鐵素體與滲碳體的相界面處形核,它是通過同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變α→γ和滲碳體的溶解來實現(xiàn)的。奧氏體晶核形成后,立即向鐵素體和滲碳體兩方面長大,它同樣是通過同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變α→γ和滲碳體的溶解來實現(xiàn)的。3.1.1.共析鋼的奧氏體形成過程§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變13由于α→γ的轉(zhuǎn)變速度大于滲碳體的溶解速度,當鐵素體完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣脮r,還有一部分滲碳體尚未溶解,這部分未溶滲碳體將隨加熱時間的延長而逐步溶解。當滲碳體剛?cè)芙馔戤厱r,奧氏體的成分是不均勻的,在原來滲碳體處含碳量較高,而在原來鐵素體處含碳量較低。只有經(jīng)過足夠長時間保溫,通過碳原子擴散才能使奧氏體的成分逐漸趨于均勻,最終得到成分均勻的單相奧氏體等軸晶粒,其ωc為0.77%。3.1.1.共析鋼的奧氏體形成過程§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變14奧氏體長大A一面與滲碳體相鄰，另一面與F相鄰。3.1.1.共析鋼的奧氏體形成過程§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變15A形成速度與T加熱、V加熱及鋼的原始組織有關(guān)1.加熱溫度愈高,過熱度愈大,奧氏體晶核數(shù)愈多,同時碳的擴散速度愈快,則奧氏體晶核的長大速度愈大,因而奧氏體形成速度愈快。因此,提高加熱溫度可加速珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變。2.加熱速度愈快,發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度越高,轉(zhuǎn)變的溫度范圍愈寬,完成轉(zhuǎn)變所需的時間也愈短,因此提高加熱速度可加速P向A轉(zhuǎn)變過程。3.1.1.共析鋼的奧氏體形成過程§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變163.1.2.亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體形成過程與共析鋼基本相同。亞共析鋼先共析鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)锳過共析鋼先共析二次滲碳體溶入AA3以上溫度Acm以上溫度§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變171.奧氏體的實際晶粒度繼續(xù)升高溫度奧氏體晶粒會自發(fā)地合并成較大的晶粒高溫下保溫時間長奧氏體晶粒的長大奧氏體轉(zhuǎn)變剛完成時,其晶粒是比較細小的。加熱溫度與保溫時間對晶粒度的影響：加熱溫度越高、保溫時間足夠長、晶粒長得越大§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.1.3.奧氏體晶粒大小及其控制181.實際晶粒度：在具體加熱條件下所得到的奧氏體晶粒大小稱為奧氏體的實際晶粒大小或奧氏體的實際晶粒度,它對鋼冷卻后的組織和性能有明顯影響。1）當奧氏體晶粒細小時,冷卻后的組織也細小,其強度較高,塑性、韌性較好;2）當奧氏體晶粒粗大時,以同樣條件冷卻后的組織也粗大。粗大的奧氏體晶粒會導致鋼的力學性能降低,特別是韌性下降,甚至在淬火時形成裂紋?！?.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變192.本質(zhì)晶粒度：

本質(zhì)粗晶粒鋼：

有些鋼的奧氏體晶粒隨加熱溫度升高會迅速長大;

本質(zhì)細晶粒鋼：有些鋼的奧氏體晶粒則不容易長大,只是加熱到更高溫度時才開始迅速長大。※本質(zhì)晶粒度只表示鋼在加熱時奧氏體晶粒長大傾向的大小，并不表示奧氏體實際晶粒大小?！?.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變20奧氏體的晶粒度晶粒度起始晶粒度實際晶粒度本質(zhì)晶粒度晶粒度的控制Al脫氧(本質(zhì)細)Si/Mn脫氧(本質(zhì)粗)§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變21起始晶粒度：奧氏體轉(zhuǎn)變剛剛完成，其晶粒邊界剛剛相互接觸時的奧氏體晶粒大小。很細小?！?.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變22晶粒度的測定方法：930±10℃保溫3~8小時(100×)本質(zhì)粗本質(zhì)細§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變233、影響奧氏體晶粒長大的因素1.加熱溫度

加熱溫度愈高，晶粒長大速度越快，奧氏體晶粒也越粗大，熱處理時必須規(guī)定合適的加熱溫度范圍。2.保溫時間

隨保溫時間的延長，晶粒不斷長大，但隨保溫時間的延長，晶粒長大速度越來越慢，且不會無限制地長大下去?！?.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變243.加熱速度加熱速度越快，奧氏體化的實際溫度愈高，奧氏體的形核率大于長大速度，獲得細小的起始晶粒。生產(chǎn)中常用快速加熱和短時保溫的方法來細化晶粒。4.冶煉和脫氧條件冶煉時用鋁脫氧，使之形成AlN微粒；或加入Nb、Zr、V、Ti等強碳化物形成元素，形成難溶的碳化物顆粒。第二相微粒能阻止奧氏體晶粒長大，在一定溫度下晶粒不易長大；只有當超過一定溫度時，第二相微粒溶入奧氏體后，奧氏體才突然長大。§3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變255.含碳量的影響(有臨界值)

隨著奧氏體含碳量的增加，F(xiàn)e、C原子的擴散速度增大，奧氏體晶粒長大的傾向增加。當超過奧氏體飽和碳濃度以后，由于出現(xiàn)了殘余滲碳體，產(chǎn)生機械阻礙作用，使晶粒長大傾向減小?！?.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變26§3.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變27§3.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變熱處理加熱、保溫獲得均勻、細小A晶粒冷卻組織轉(zhuǎn)變熱處理的關(guān)鍵28過冷奧氏體：鋼經(jīng)加熱和保溫轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體后,將其冷卻至臨界點(A1、A3、Acm)以下,奧氏體并不立即發(fā)生轉(zhuǎn)變而處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài),通常將這種在臨界點以下尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體稱為過冷奧氏體?！?.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變29過冷奧氏體的

冷卻方式§3.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變30（1）珠光體轉(zhuǎn)變3.2.1.過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變過程（2）貝氏體轉(zhuǎn)變（3）馬氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體§3.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變31（1）珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變

Fe、C擴散＞0.4μm＜0.2μm0.4~0.2μmPSTP0.5110102103104105MsMf7006005004003002001000-100時間(s)溫度(℃)Ar1560§3.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變32§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變（1）珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變

只有C擴散B下B上B馬氏體轉(zhuǎn)變

非擴散切變M珠光體轉(zhuǎn)變

Fe、C擴散＞0.4μm＜0.2μm0.4~0.2μmPSTP0.5110102103104105MsMf7006005004003002001000-100時間(s)溫度(℃)Ar156033（1）珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變：Fe、C的擴散型相變Fe3CFFe3CPA1-560A邊界長大致周圍貧碳§3.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變34Fe3CFFe3CA1-550某溫度保溫，在A晶界形成片狀滲碳體核心，滲碳體長大是周圍貧碳，為F形核創(chuàng)造了條件，F(xiàn)晶核在滲碳體兩側(cè)形成，形成一個P晶核，F(xiàn)的長大是周圍A中碳含量升高，又為新的滲碳體創(chuàng)造條件，如此反復，形成了F與滲碳體片層相間的P。（1）珠光體轉(zhuǎn)變§3.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變35珠光體轉(zhuǎn)變：擴散相變

(Ar1～550℃,A→P（F+Fe3C）)1）在A1～650℃形成的珠光體，因為過冷度小，片間距較大(0.4m)，在500×以上的光學顯微鏡下，能分辨其片層狀形態(tài)；即為粗珠光體，習慣上稱為珠光體（P）?！?.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變36粗珠光體（P）§3.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變372）在650～600℃形成片間距較小的珠光體(0.2~0.4m)，在光學顯微鏡800~1500×能分辨出其為鐵素體薄層和碳化物（滲碳體）薄層交替重疊的復相組織稱為細珠光體或索氏體，用字母S表示（以英國冶金學家H?C?Sorby的名字命名）?！?.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變：擴散相變

(Ar1～550℃,A→P（F+Fe3C）)38細珠光體或索氏體(S)§3.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變393）在600～550℃形成片層間距極小的珠光體(0.2m)

，在光學顯微鏡下高倍放大已無法分辨出其內(nèi)部構(gòu)造，在電子顯微鏡下可觀測到很薄的鐵素體層和碳化物（滲碳體）層交替重疊的復相組織，稱為極細珠光體或托氏體，用字母T表示（以法國金相學家L?Troost的名字命名）?！?.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變：擴散相變

(Ar1～550℃,A→P（F+Fe3C）)40極細珠光體或托氏體（T）§3.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變41§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變：擴散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)a)光學顯微組織（500×）b)電子顯微組織（8000×）圖6-7珠光體組織42§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物（2）貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變是介于P和M轉(zhuǎn)變之間的一種轉(zhuǎn)變。又稱“中溫轉(zhuǎn)變”。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是含碳過飽和的F和碳化物組成的機械混合物。根據(jù)形成的溫度不同，貝氏體分為上貝氏體和下貝氏體。下貝氏體具有優(yōu)良的綜合機械性能，在生產(chǎn)中廣泛被應用。43§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物（2）貝氏體轉(zhuǎn)變當A過冷到560-Ms溫度范圍內(nèi)某一溫度保溫時，首先沿奧氏體晶界形成含碳過飽和的鐵素體晶核并長大。在該鐵素體中析出細小滲碳體。560-350°C，貝氏體呈羽毛狀，由許多相互平行的過飽和鐵素體片和在片間分布的斷續(xù)細小的滲碳體組成的混合物，為“上貝氏體”。44§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物（2）貝氏體轉(zhuǎn)變“上貝氏體”硬度高達40-45HRC，F(xiàn)片較粗，平行排列，塑性、韌性較差，生產(chǎn)上少用。45§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物（2）貝氏體轉(zhuǎn)變B下硬度高達50-60HRC，高硬度、兼有塑性、韌性好。350°C-Ms范圍內(nèi)，貝氏體呈針葉狀，由針葉狀的過飽和鐵素體和分布在其中的極細小的滲碳體粒子組成，為“下貝氏體”。46§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變：半擴散相變（C）550℃～Ms,A→B)上貝氏體：550～350℃，過飽和片狀F＋滲碳體下貝氏體：350℃～Ms，過飽和針狀F＋彌散-Fe2.4C47§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變：半擴散相變（C）550℃～Ms,A→B)上貝氏體：過飽和片狀F＋滲碳體，性脆無實用價值下貝氏體：過飽和針狀F＋彌散-Fe2.4C，綜合性能好貝氏體的顯微照片48§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻，抑制其擴散性分解，在較低溫度下發(fā)生轉(zhuǎn)變?yōu)椤榜R氏體轉(zhuǎn)變”。馬氏體轉(zhuǎn)變屬于低溫轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為“馬氏體組織”。M是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，有很高的強度和硬度。馬氏體轉(zhuǎn)變是鋼熱處理強化的主要手段。低溫發(fā)生，F(xiàn)e、C不能擴散，F(xiàn)e的晶格改組通過切變方式完成，典型的非擴散型相變。49§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體組織的形態(tài)：1.板條馬氏體是低、中碳鋼、不銹鋼等合金中馬氏體組織。由許多成群的、相互平行排列的板條所組成，稱“板條馬氏體”。亞結(jié)構(gòu)為高密度的位錯。50§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體組織的形態(tài)：2.片狀馬氏體是中、高碳鋼及鐵鎳合金等合金中馬氏體組織。片狀馬氏體的空間形態(tài)呈雙凸透鏡狀，光學顯微鏡下呈針狀或竹葉狀，又稱針狀馬氏體。亞結(jié)構(gòu)為孿晶。51§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)：A轉(zhuǎn)變?yōu)镸時，只有晶格改組而無成分變化，A固溶的碳全部被保留到M晶格中，形成C在α-Fe中過飽和固溶體。C分布在α-Fe體心立方晶格的C軸上，引起C軸伸長，a軸縮短，體心正方畸變。c/a>1稱為馬氏體的正方度含碳量高，正方度大52§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體的性能：硬度和強度鋼中馬氏體機械性能顯著特點是：高硬度和高強度。馬氏體硬度主要取決于含碳量。原因是：1.固溶強化。2.相變強化。3.時效強化。53§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（3）馬氏體轉(zhuǎn)變1.固溶強化：間隙原子碳處于α相晶格的扁八面體間隙中，造成晶格的正方畸變并形成一個應力場。該應力場與位錯發(fā)生強烈的交互作用，從而提高馬氏體的強度。2.相變強化：馬氏體轉(zhuǎn)變時在晶體內(nèi)造成密度很高的晶格缺陷，無論板條狀馬氏體中的高密度位錯還是片狀馬氏體中的孿晶都阻礙位錯運動，從而強化馬氏體。3.時效強化：馬氏體形成以后，碳及合金元素的原子向位錯或其他晶體缺陷處擴散聚集或析出，使位錯難以運動，從而造成馬氏體強化。54§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體的性能：塑性和韌性馬氏體的塑性和韌性主要取決于馬氏體的亞結(jié)構(gòu)。片狀馬氏體具有高強度、高硬度，但韌性差，特點是硬而脆。板條馬氏體比片狀馬氏體韌性好得多。55§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變低碳(<0.2%)馬氏體：板條狀__高的強韌性56§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變高碳(>1.0%)馬氏體：片狀__硬而脆57§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變含碳量對馬氏體硬度的影響58§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線C曲線TTT曲線T_TemperatureT_Time

T_Transformation1.測定：轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線59§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線2.A等溫轉(zhuǎn)變圖分析轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線轉(zhuǎn)變開始時間和終了時間隨等溫溫度的變化孕育期：轉(zhuǎn)變開始前的時間。過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變特點：（1）孕育期和轉(zhuǎn)變速度隨等溫溫度而變化。（2）轉(zhuǎn)變類型隨等溫溫度而變化60§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線2.A等溫轉(zhuǎn)變圖分析過冷奧氏體的穩(wěn)定性同時由兩個因素控制；一個是舊相與新項之間的自由能差ΔG；另一個是原子的擴散系數(shù)DA1DΔG200轉(zhuǎn)變速度轉(zhuǎn)變溫度奧氏體的轉(zhuǎn)變速度與過冷度的關(guān)系61§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變

只有C擴散B下B上B馬氏體轉(zhuǎn)變

非擴散切變M珠光體轉(zhuǎn)變

Fe、C擴散＞0.4μm＜0.2μm0.4~0.2μmPSTP孕育期最短過冷奧氏體區(qū)0.5110102103104105MsMf7006005004003002001000-100時間(s)溫度(℃)Ar1過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能56062§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線含C量對過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響多一條先共析析出線。共析鋼圖距縱坐標比亞、過更遠。隨著含C增加，亞右移，過左移，共析鋼最靠右63§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線合金元素對過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響除了鈷以外，所有合金元素溶入奧氏體后都使轉(zhuǎn)變曲線右移。

除鋁鈷外，其他元素溶入奧氏體后都使圖中的Ms和Mf降低。64§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變過程中殘余奧氏體（A殘或A/）的形成65§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變1、碳的影響（4）影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的主要因素形狀(產(chǎn)物)位置(穩(wěn)定性)66§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變2、合金元素的影響形狀、位置、Co左移，其它右移，部分(Cr、Mo、W、V)雙C曲線67§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變3、加熱溫度和保溫時間的影響溫度高、時間長導致奧氏體成分均勻、晶粒粗大，未溶碳化物減少，過冷奧氏體穩(wěn)定性增加，C曲線右移。68§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變CCT曲線Continuous、

Cooling、

Transformation只有P、M轉(zhuǎn)變υk為臨界冷卻速度二、奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線在等溫線的右下方無B轉(zhuǎn)變多一條P轉(zhuǎn)變的終止線Kvk`P+AP+MPM69§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻與等溫冷卻的比較孕育期不同過冷度不同轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同實際生產(chǎn)中的應用70§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

在連續(xù)冷卻中的應用1---爐冷A→P2---空冷A→S3---油淬A→T+M+A/4---水冷A→M＋A/k---臨界冷卻速度kPSMT連續(xù)冷卻速度線畫在鋼的A等溫轉(zhuǎn)變圖上，判斷實際組織。71第三節(jié)鋼的普通熱處理§3鋼的普通熱處理1.鍛造—退（正）火—粗加工—淬火—回火—精加工—成品2.鍛造—退火（正火）—切削加工—成品預備熱處理最終熱處理最終熱處理鋼的普通熱處理是將工件整體進行加熱、保溫和冷卻，以使其獲得均勻的組織和性能的一種操作。包括：退火、正火、淬火和回火四種。72一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理退火是將工件加熱到臨界點（A1、A3、Acm）以上或在臨界點以下某一溫度保溫一定時間后，以十分緩慢的冷卻速度進行冷卻的一種工藝操作。常用：完全退火、球化退火和去應力退火。73一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理加熱溫度1.在臨界溫度（A1或A3）以上的退火；相變重結(jié)晶退火完全退火、不完全退火、球化退火、擴散退火2.在臨界溫度以下的退火；再結(jié)晶退火、去應力退火74鋼的退火加熱溫度范圍§4鋼的退火與正火SGP退火過程[視頻]500~650℃不完全退火擴散退火75一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理1.完全退火：主要用于亞共析鋼成分的碳鋼及合金鋼的鑄件、鍛件及熱軋型材，焊接結(jié)構(gòu)件。將工件加熱至Ac3以上30-50°C,保溫一定時間后十分緩慢地冷卻至500°C以下，然后在空氣中冷卻，室溫下的組織為鐵素體和珠光體的混合物。目的：改善組織、細化晶粒、降低硬度、改善切削加工性。76一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理2.球化退火：主要用于共析鋼和過共析鋼成分的碳鋼及合金鋼。將工件加熱至Ac1以上30-50°C,保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻至600°C以下出爐空冷，鋼中的片層滲碳體和網(wǎng)狀二次滲碳體發(fā)生球化，得到硬度更低韌性更好的球狀珠光體組織。目的：降低硬度、改善切削加工性能，為淬火做準備，減小淬火變形和開裂。77一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理3.去應力退火：主要用于消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件及機加工件的殘留應力，防止零件變形或產(chǎn)生裂紋、降低精度。將工件加熱至Ac1以下某溫度,一般隨爐緩慢加熱至500-650°C，保溫一定時間后，隨爐緩慢冷卻至200°C以下出爐空冷的工藝。去應力退火后的組織不發(fā)生明顯變化，性能也無變化，殘余應力得到松弛。78一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理4.擴散退火：又稱均勻化退火。目的：為了消除晶內(nèi)偏析，使成分均勻化。將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度,長時間保溫，然后隨爐緩慢冷卻。實質(zhì)：使鋼中各元素的原子在奧氏體中進行充分擴散。工件經(jīng)過擴散退火后，A晶粒十分粗大，必須進行一次完全退火來細化。79一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理4.再結(jié)晶退火：將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保溫適當時間后，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶粒，同時消除加工硬化和殘余內(nèi)應力的熱處理工藝。80一、鋼的退火

(降低硬度、消除應力，細化晶粒)完全退火：亞共析鋼Ac3+30~50℃，緩冷到

600℃時空冷，得到F+P；等溫退火：同完全退火，可節(jié)省時間；球化退火：過共析鋼Ac1+20~30℃，消除網(wǎng)狀

碳化物，使之成為球狀；去應力退火：500-650℃爐冷至200℃后空冷，

消除應力。§4鋼的退火與正火81過共析鋼的退火組織§4鋼的退火與正火82二、鋼的正火正火目的：細化晶粒，提高硬度和強度

低碳鋼--提高硬度

高碳鋼—消除網(wǎng)狀滲碳體工藝過程：Ac3、Accm+30~50℃,保溫后空冷優(yōu)點：周期短、能耗少【視頻演示】§4鋼的退火與正火83一、鋼的淬火工藝淬火：將鋼件加熱到AC3(亞)或AC1（共與過）以上30-50°C，保溫一定時間后快速冷卻，以獲得馬氏體（下貝氏體）組織的一種工藝。§5鋼的淬火84一、鋼的淬火工藝加熱溫度：Ac3、Ac1

+30~50℃保溫碳鋼：

水冷，得細小M+A/合金鋼：

油或空冷，得M+Fe3C+A/§5鋼的淬火85一、鋼的淬火工藝淬火加熱：為什么亞共析鋼加熱溫度為AC3+(30-50)?共析鋼和過共析鋼為AC1+（30-50）？§5鋼的淬火86鋼的理想淬火工藝§5鋼的淬火在孕育期較短處快速冷卻在以下緩慢冷卻，減小組織應力，防變形可開裂87§5鋼的淬火兩個碳質(zhì)量分數(shù)均為1.2%的碳鋼薄試樣，分別加熱到780℃和900℃，保溫相同時間奧氏體化后，以大于淬火臨界冷卻速度冷卻至室溫，試分析：

（1）哪個溫度淬火后馬氏體晶粒較粗大？

（2）哪個溫度淬火后馬氏體硬度較高？

（3）哪個溫度淬火后殘余奧氏體較多？（4）哪個溫度淬火后未熔碳化物較多？（5）你認為哪個溫度加熱淬火合適？為什么？88二、淬火介質(zhì)常用：水、鹽水和油水：在工件表面形成蒸汽膜，降低冷去速度，表面有未淬硬的軟點鹽水：工件表面析出鹽晶體具有爆炸作用，破壞了蒸汽膜、氧化膜，表面光潔。柴油：減小變形和開裂。（合金鋼）§5鋼的淬火89三、淬火方法單液淬火：直冷，簡單易操作雙液淬火：先快后慢，降低應力分級淬火：快-恒-快，應力極低等溫淬火：得到B下〔工模具、彈簧〕局部淬火：量具等的局部區(qū)域冷處理：-70～-80℃，降低A殘%，穩(wěn)定尺寸§5鋼的淬火90淬火工藝曲線§5鋼的淬火圖

各種淬火方法示意圖1-單液淬火法；2-雙液淬火法；3-分級淬火法；4-等溫淬火法1．單液淬火法

單液淬火是將加熱到奧氏體化后的工件放入一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法（曲線1），如水淬和油淬等。其特點是操作簡單、易機械化和自動化，適合形狀簡單的工件。91淬火工藝曲線§5鋼的淬火圖

各種淬火方法示意圖1-單液淬火法；2-雙液淬火法；3-分級淬火法；4-等溫淬火法2．雙液淬火法雙液淬火是將加熱到奧氏體化的工件先放入一種冷卻能力較強的介質(zhì)中冷卻以避免珠光體轉(zhuǎn)變，當工件冷卻到300℃(Ms)左右時，放入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法（曲線2）。常用的雙液淬火法有水淬油冷、油淬空冷等。淬火時內(nèi)應力小，減小了變形和開裂的傾向。主要用于形狀復雜的工件。92淬火工藝曲線§5鋼的淬火圖

各種淬火方法示意圖1-單液淬火法；2-雙液淬火法；3-分級淬火法；4-等溫淬火法3．分級淬火法分級淬火是將奧氏體化的工件放入溫度稍高于Ms點的淬火介質(zhì)（熔融的鹽?。┲?，保溫一定時間，待工件各部分的溫度基本一致時取出，再進行緩冷的方法（線3）。分級淬火時工件內(nèi)部溫度比較均勻，組織轉(zhuǎn)變幾乎同時進行，減少了內(nèi)應力，降低了變形和開裂的傾向。熔融鹽等介質(zhì)的冷卻能力有限，僅適用于截面尺寸比較小的工件。93淬火工藝曲線§5鋼的淬火圖

各種淬火方法示意圖1-單液淬火法；2-雙液淬火法；3-分級淬火法；4-等溫淬火法4．等溫淬火法等溫淬火是將工件置于溫度高于Ms點的淬火介質(zhì)中，保溫一定時間，使其轉(zhuǎn)變成下貝氏體，然后取出空冷（圖3曲線4）。其特點是保證工件具有較高硬度的同時，還具有較高的韌性，淬火變形小。此法一般也僅適用于截面尺寸比較小的工件。94淬火工藝曲線§5鋼的淬火圖

各種淬火方法示意圖1-單液淬火法；2-雙液淬火法；3-分級淬火法；4-等溫淬火法5．深冷處理鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度Mf常低于室溫甚至于更低的溫度。將鋼淬火冷卻到室溫后，再放到Mf溫度以下的介質(zhì)（如干冰或液氮）中繼續(xù)冷卻稱為深冷處理。它可減少鋼中殘留奧氏體量，有利于提高鋼昀硬度和耐磨性，并使工件尺寸穩(wěn)定，常用于軸承和精密量具。95§5鋼的淬火a)單液淬火b)雙液淬火c)分級淬火d)等溫淬火淬火工藝曲線96局部淬火方法§5鋼的淬火97三、鋼的淬透性

(鋼在淬火時獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火淬透—表面、心部都是M未淬透—表面高硬度M心部無，硬度偏低98三、鋼的淬透性

(鋼在淬火時獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火99三、鋼的淬透性

(鋼在淬火時獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火1001.淬透性的概念

(鋼在淬火時獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火表層與心部淬透性的差別半馬氏體區(qū)合金元素對淬透性的影響淬透性與淬硬性的區(qū)別101合金元素使C曲線右移，降低vk，提高鋼的淬透性。是影響淬透性的最主要因素。含碳量碳鋼中的含碳量愈接近共析成分，其C曲線愈靠右。vk愈小，淬透性越好。奧氏體化溫度提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長大，成分均勻化，從而減少珠光體的形核率，降低鋼的vk，增大其淬透性。鋼中未溶第二相碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物，可成為奧氏體分解的非自發(fā)核心，使vk增大，降低淬透性。影響淬透性的因素(vK)§5鋼的淬火102影響淬透性的因素(vK)§5鋼的淬火1032.淬透性的測定

(末端淬火法及臨界直徑測定法)§5鋼的淬火末端淬火法:用標準尺寸的端淬試樣(Φ25×100mm)，經(jīng)奧氏體化后，對其端面噴水冷卻。冷卻后沿軸線方向測出硬度-距水冷端距離的關(guān)系曲線，即淬透性曲線。根據(jù)淬透性曲線可以對不同鋼種的淬透性大小進行比較、推算出鋼的臨界淬火直徑，確定鋼件截面上的硬度分布情況等。

104末端淬透性:

J_末端淬透性，d_至末端距離，HRC_該處測得的硬度§5鋼的淬火1052.淬透性的測定

(臨界直徑測定法及端淬試驗法)§5鋼的淬火臨界直徑測定法:

鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體或50%馬氏體組織時的最大直徑稱為臨界直徑，以D0表示。臨界直徑測定法就是制作一系列直徑不同的圓棒，淬火后分別測定各試樣截面上沿直徑分布的硬度U曲線，從中找出中心恰為半馬氏體組織的圓棒，該圓棒直徑即為臨界直徑。臨界直徑越大，表明鋼的淬透性越高。

106§5鋼的淬火部分常用鋼材的臨界淬透直徑107§5鋼的淬火3.淬透性的應用：受力情況：軸向拉壓、彎曲與扭轉(zhuǎn)重要與否：重要的軸、齒輪、連桿彈簧：要求大的屈強比(σs/σb)階梯軸：可初車后淬火焊接件：不宜選擇淬透性高的鋼材108§5鋼的淬火淬透性的應用：109§5鋼的淬火淬透性的應用：110鋼經(jīng)過淬火后必須回火?。?！回火目的：消除應力，防止工件開裂回火工藝：Ac1以下保溫后緩冷§6鋼的回火111鋼淬火后得到的M和殘A在室溫下處于亞穩(wěn)狀態(tài)，有轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的F和滲碳體的趨勢?！?鋼的回火112一、淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變馬氏體分解（100～350℃）回火M(低過飽和α＋ε-Fe2.4C)[Fig6-35]殘余奧氏體的分解（200～300℃）B下碳化物的轉(zhuǎn)變（250～400℃）ε-Fe2.4C轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C滲碳體的聚集長大和α相再結(jié)晶（>400℃）成為粒狀Fe3C，600℃后粗化§6鋼的回火113回火鋼的組織和性能轉(zhuǎn)變§6鋼的回火114二、回火的分類及應用§6鋼的回火低溫回火（150～250℃）回火M(低過飽和F針＋ε-Fe2.4C)保證高硬度，用于工模具等HRC58~62中溫回火（350～500℃）回火屈氏體，F(xiàn)針＋Fe3C極細粒狀

HRC35~45，用于各種彈性元件高溫回火（500～650℃）回火索氏體，F(xiàn)多邊形＋Fe3C細粒狀

HRC25~35淬火+高溫回火——調(diào)質(zhì)【視頻演示】115二、回火的分類及應用§6鋼的回火不同含碳量碳鋼的

回火溫度與硬度的關(guān)系116一種淬火方式：形變強化+熱處理強化§7鋼的形變熱處理分類：形變→相變低溫形變（T＜Ar1）高溫形變（T＞Ac1）形變+相變相變→形變1171、低溫形變熱處理§7鋼的形變熱處理Ar1以下（500~600℃）變形量60~90%抗拉強度可達3300MPa超高強度鋼的熱處理飛機起落架、模具、沖頭、板簧1182、高溫形變熱處理§7鋼的形變熱處理Ac1以上變形強化程度有限強度提高，韌塑性大大提高鍛件、曲軸、連桿、葉片、彈簧119概述§8鋼的表面淬火有需求：

如汽車、拖拉機上的傳動齒輪，其表面硬度要求為58～62HRC，而心部硬度則要求為33～38HRC；精密鏜床主軸，要求其與滑動軸承配合的表面硬度不低于900HV，而心部硬度為248～286HBS。成本低：方法簡單：

通過快速加熱與立即淬火冷卻相結(jié)合的方法來實現(xiàn)表硬、心韌120一、感應加熱表面淬火§8鋼的表面淬火δ≈600/f1/2

式中：δ為電流透入的

深度，mm；

f為電流頻率，Hz【集膚效應】『硬度分布』121感應加熱表面淬火的分類§8鋼的表面淬火高頻70～1000KHz，常用200～300KHz，淬硬深度為0.5～2mm。中小模數(shù)齒輪、軸類零件等。中頻500～10000Hz，常用2500～8000Hz，淬硬深度2～10mm，直徑較大的軸類和較大模數(shù)的齒輪等。工頻50Hz，淬硬深度達10～15mm。直徑大于300mm的軋輥及軸類零件等。超音頻20～40KHz，(音頻<20KHz)，淬硬深度在2mm以上，適用于模數(shù)為3～6的齒輪及鏈輪、花鍵軸、凸輪等。

122感應加熱表面淬火的特點§8鋼的表面淬火淬火溫度高：(Ac3+80～150℃)表面硬、脆性低：高2～3HRC，低的脆性。疲勞強度高：表面產(chǎn)生體積膨脹而形成壓應力。表面質(zhì)量好、變形?。翰灰籽趸⒚撎?，變形小。生產(chǎn)過程易于控制：適用于大批量生產(chǎn)。不足：設(shè)備較貴、復雜零件的感應器不易制造。123二、火焰加熱表面淬火§8鋼的表面淬火常用氧-乙炔火焰對零件表面進行加熱常用材料為中碳鋼和中碳合金鋼，如35、45、40Cr、65Mn等；還可用于灰鑄鐵、合金鑄鐵等鑄鐵件。淬硬深度一般為2～6mm。主要適用于單件或小批量生產(chǎn)的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。缺點是加熱不均，易造成工件表面過熱，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。

124火焰加熱表面淬火示意圖§8鋼的表面淬火125三、激光加熱表面淬火§8鋼的表面淬火能量密度104～108W/cm2

淬硬深度0.3～0.5mm形狀復雜、盲孔等均可126概述（1）§9鋼的化學熱處理化學熱處理：

將金屬或合金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，以改變其表面化學成分、組織和性能的熱處理工藝?；瘜W熱處理的主要特點是：

表層不僅有組織的變化，而且有成分的變化，故性能改變的幅度大。其主要作用是強化和保護金屬表面。127概述（2）§9鋼的化學熱處理化學熱處理的基本過程為：

加熱——將工件加熱到一定溫度使之有利于吸收滲入元素活性原子；分解——由化合物分解或離子轉(zhuǎn)變而得到滲入元素活性原子；吸收——活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶體或化合物；擴散——滲入原子在一定溫度下，由表層向內(nèi)部擴散形成一定深度的擴散層。

128概述（3）§9鋼的化學熱處理化學熱處理方法：滲碳、碳氮共滲可提高鋼的硬度、耐磨性及疲勞性質(zhì)；滲氮、滲硼、滲鉻使工件表面特別硬，可顯著提高耐磨性和耐蝕性；滲鋁可提高耐熱抗氧化性；滲硫可提高減摩性；滲硅可提高耐酸性等。最常用：滲碳、滲氮和碳氮共滲及氮碳共滲。

129一、鋼的滲碳§9鋼的化學熱處理將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原子滲入表層的化學熱處理工藝。目的是使低碳(wc=0.10~0.25%)鋼件表面得到高碳(wc=1.0~1.2%)，經(jīng)適當?shù)臒崽幚?淬火+低溫回火)后獲得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定強度及較高的塑性、韌性，適用于同時受磨損和較大沖擊載荷的低碳、低合金鋼零件，如齒輪、活塞銷、套筒及要求很高的噴油嘴偶件等。130鋼的滲碳原理示意圖§9鋼的化學熱處理1311、氣體滲碳（1）§9鋼的化學熱處理方法：滴注式滲碳介質(zhì)：苯、醇、煤油等液體工藝：將工件裝在密封的滲碳爐中，加熱到900～950℃(常用930℃)，向爐內(nèi)滴入煤油、苯、甲醇、丙酮等有機液體，在高溫下分解成CO、CO2、H2及CH4等氣體組成的滲碳氣氛，在高溫下與工件接觸時便在工件表面進行下列反應，生成活性碳原子。1321、氣體滲碳（2）§9鋼的化學熱處理生成活性碳原子：2CO→[C]+CO2CH4→[C]+2H2CO+H2→[C]+H2O隨后活性碳原子被鋼表面吸收而溶入奧氏體中，并向內(nèi)部擴散而形成一定深度的滲碳層。氣體滲碳的優(yōu)點是：

生產(chǎn)率高，勞動條件好，滲碳過程容易控制，容易實現(xiàn)機械化、自動化，適用于大批量生產(chǎn)。1332、固體滲碳§9鋼的化學熱處理滲碳工藝：工件+滲碳劑密封裝入滲碳箱中，

加熱至900～950℃保溫。固體滲碳劑：碳粉和碳酸鹽(BaCO3或Na2CO3)

的混合物?；瘜W反應：

C+O2→2CO

BaCO3或Na2CO3→BaO（或Na2O）+CO2

CO2+C

→2CO2CO→[C]+CO21343、滲碳層的組織及熱處理§9鋼的化學熱處理表面的含碳量最高：wc=1.0%左右，由表及里，

含碳量逐漸降低，直至原始含碳量。組織由表及里為：

(P+Fe3CⅡ)→(P)→(P+F)→(F+P)滲碳層的深度：

碳鋼——從表面到過渡區(qū)亞共析組織一半處的深度為滲碳層的深度；

合金鋼——從表面到過渡區(qū)亞共析組織終止處的深度作為滲碳層的深度。

135滲碳層的組織§9鋼的化學熱處理過共析組織(P+Fe3CⅡ)共析組織(P)過渡區(qū)亞共析組織(P+F)原始亞共析組織(F+P)136滲碳層的熱處理（1）§9鋼的化學熱處理直接淬火法預冷至850～880℃后直接淬入油中或水中，180～200℃進行低溫回火。

預冷目的：減少淬火變形及開裂，使表層析出碳化物，降低奧氏體的含碳量，從而降低淬火后的殘余奧氏體量，提高表層硬度。特點：操作簡單、成本低，生產(chǎn)率高，但在高溫下長期保溫，奧氏體晶粒易長大，影響淬火后工件的性能，故只適用于滲碳件的心部和表層都不過熱的情況下；此外預冷過程中，二次滲碳體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，對工件淬火后的性能不利。用途：大批量生產(chǎn)的汽車、拖拉機齒輪常用此法。

137滲碳層的熱處理（2）§9鋼的化學熱處理一次淬火法：

工件經(jīng)滲碳空冷后，再重新加熱至淬火溫度（如830～860℃）進行淬火，然后在180～200℃回火。這種方法在工件重新加熱時奧氏體晶粒得到細化，使鋼的性能得到提高。用途

適用于比較重要的零件，如高速柴油機齒輪等。138滲碳層的熱處理（3）§9鋼的化學熱處理二次淬火法滲碳空冷后，先加熱到Ac3以上(一般為850～900℃)油淬，使心部組織細化，消除表層網(wǎng)狀滲碳體；然后再加熱到Ac1以上(一般為750～800℃)油淬，最后在180～200℃進行回火。二次淬火法使工件表層和心部組織被細化，從而獲得較好的力學性能。但工藝復雜，成本高；工件經(jīng)反復加熱冷卻后易產(chǎn)生變形和開裂。所以只適用于少數(shù)對性能要求特別高的工件。139滲碳工件的一般工藝路線§9鋼的化學熱處理鍛造（問題）→正火（目的）→機械加工【可否與滲碳工藝倒置】→滲碳（組織）→淬火+低溫回火→精加工140滲碳工件的最終組織§9鋼的化學熱處理淬火+低溫回火：

針狀回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體

硬度為58～64HRC，而心部則隨鋼的淬透性而定。對于低碳鋼如15、20鋼，其心部組織為鐵素體+珠光體，硬度相當于10～15HRC；

對于低碳合金鋼如20CrMnTi，心部組織為回火低碳馬氏體+鐵素體，硬度為35～45HRC。141滲碳工件的實際應用§9鋼的化學熱處理設(shè)計技術(shù)條件：滲碳層深度、表面硬度、心部硬度及不允許滲碳的部位等，

不允許滲碳的部位：可采用鍍銅的方法來防止?jié)B碳或多留加工余量。

142二、鋼的氮化（滲氮）§9鋼的化學熱處理滲氮一般在Ac1溫度以下使活性氮原子滲入工件表面的化學熱處理工藝。目的提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞性質(zhì)、耐蝕性及熱硬性。分類氣體滲氮和離子滲氮。1431、氣體氮化（1）§9鋼的化學熱處理氣體滲氮在氣體介質(zhì)中進行滲氮的工藝稱為氣體滲氮。工藝過程在滲氮爐內(nèi)通入氨氣，在380℃以上氨分解出活性氮原子:2NH3→3H2+2[N]活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保溫過程中向里擴散，形成滲氮層。1441、氣體氮化（2）§9鋼的化學熱處理工藝特點：溫度低：500～600℃〔常用550～570℃〕，遠低于滲碳溫度。由于氮在鐵素體中有一定的溶解能力，無需加熱到高溫。時間長：20～50h，氮化層厚度為0.4～0.6mm。需調(diào)質(zhì)預處理：改善機加工性能和獲得均勻的回火索氏體組織，保證較高的強度和韌性。1451、氣體氮化（3）§9鋼的化學熱處理滲氮件的性能〔表面強化和表面保護〕高硬度、高耐磨性合金氮化物層，1000~1100HV，而且在600～650℃下保持不下降；疲勞極限高滲氮層的體積增大產(chǎn)生殘余壓應力，疲勞極限提高達15%～35%；高的耐蝕性能致密的耐蝕的氮化物，使工件在水、過熱的蒸氣和堿性溶液中都很穩(wěn)定；變形很小這是由于滲氮溫度低。1461、氣體氮化（4）§9鋼的化學熱處理應用：交變載荷下工作并要求耐磨的重要結(jié)構(gòu)零件，如高速傳動的精密齒輪、高速柴油機曲軸、高精度機床主軸及在高溫下工作的耐熱、耐蝕、耐磨零件如齒輪套、閥門、排氣閥等。技術(shù)要求：需選用含與N親合力大的Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的合金鋼，如38CrMoAlA、35CrAlA、38CrMo等。1471、氣體氮化（5）§9鋼的化學熱處理技術(shù)要求：應注明氮化層深度、表面硬度、氮化部位、心部硬度等，對于零件上不需滲氮的部位鍍錫或鍍銅保護，或增加加工余量、氮化后去除。工藝路線：鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)

→精加工→去應力→粗磨→氮化

→精磨或研磨

1482、離子滲氮（1）§9鋼的化學熱處理離子滲氮：在低于一個大氣壓的滲氮氣氛中，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稱為離子滲氮。離子滲氮工藝過程1492、離子滲氮（2）§9鋼的化學熱處理工藝過程：真空度10-1~10-2Torr(1Torr=1mmHg=133.3Pa)的離子滲氮爐中，通入NH3，工件－，爐壁＋，400~750V，氨氣被電離成氨和氫的正離子和電子，陰極工件表面形成一層紫色輝光，高能量氮離子高速轟擊工件表面，動能熱能，工件表面溫升到450~650℃；同時氮離子在陰極上奪取電子后，還原成氮原子滲入工件表面，形成滲氮層。另外，氮離子轟擊工件表面時，還能產(chǎn)生陰極濺射效應而濺射出鐵離子，鐵離子形成氮化鐵(FeN)附著在工件表面并依次分解為Fe2N、Fe3N、Fe4N放出氮原子向工件內(nèi)部擴散，形成滲氮層。1502、離子滲氮（3）§9鋼的化學熱處理工藝特點：速度快、周期短。38CrMoAlA要達到0.53~0.7mm深的滲層，15~20h（氣體滲氮法50h）。質(zhì)量高。由于陰極濺射有抑制生成脆性層的作用，所以明顯提高滲氮層的韌性和疲勞性質(zhì)。工件變形小。陰極濺射效應使工件尺寸略有減小，可抵消氮化物形成引起的尺寸增大。適用于處理精密零件和復雜零件，如38CrMoAlA鋼制成的長900~1000mm、外徑27mm的螺桿，滲氮后其彎曲變形小于5μm。1512、離子滲氮（4）§9鋼的化學熱處理工藝特點：對材料的適應性強。滲氮用鋼、碳鋼、合金鋼和鑄鐵都能進行離子滲氮，但專用滲氮鋼（如38CrMoAlA）效果最佳。缺點：投資高，溫度分布不均，測溫困難和操作要求嚴格等。152三、氣體氮碳共滲（氣體軟氮化）§9鋼的化學熱處理在氣體介質(zhì)中對工件同時滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學熱處理工藝稱為氣體氮碳共滲。目前氮碳共滲已廣泛應用于模具、量具、高速鋼刀具、曲軸、齒輪、氣缸套等耐磨件的處理，但由于表層碳氮化合物層太薄，僅有0.01~0.02mm，不宜用于重載條件下。尿素分解(NH2)2CO→CO+2H2+2[N]2CO→CO2+[C]

153四、氣體碳氮共滲

§9鋼的化學熱處理在氣體介質(zhì)中將碳和氮同時滲入工件表層并以滲碳為主的化學熱處理工藝稱為氣體碳氮共滲。提高工件表面硬度、耐磨性和疲勞強度。

常用于處理汽車、機床的各種齒輪、蝸輪、蝸桿和軸類零件(20CrMnTi)。CH4+NH3→HCN+3H2

CO+NH3→HCN+H2O2HCN→H2+2[C]+2[N]154一、零件外形要避免尖角或棱角