第3章鋼的熱處理工藝

鋼的普通熱處理：退火、正火、淬火和回火鋼的表面熱處理表面淬火：火焰加熱、感應(yīng)加熱、激光加熱表面化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等鋼的特種熱處理：真空熱處理、可控氣氛熱處理、形變熱處理等第3章鋼的熱處理工藝1重要零部件的工藝路線:鑄造（或鍛造）退火(或正火)粗加工淬火回火精加工成品退火與正火冷卻速度較慢，主要用來(lái)改善材料工藝性能，消除殘余應(yīng)力、改善組織、細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度、改善切削性能等——預(yù)備熱處理獲得優(yōu)異的綜合力學(xué)性能——最終熱處理23.1鋼的退火與正火

3.1.1鋼的退火一）定義:

把零件加溫到臨界溫度以上30-50℃，保溫一段時(shí)間，然后隨爐冷卻的熱處理工藝。

二）目的:

消除應(yīng)力，降低硬度，細(xì)化晶粒，均勻成分和組織，提高力學(xué)性能或?yàn)樽罱K熱處理作組織準(zhǔn)備。

3三）分類退火重結(jié)晶退火低溫退火完全退火擴(kuò)散退火球化退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火普通退火等溫退火普通球化退火等溫球化退火往復(fù)球化退火4四）工藝參數(shù):5（1）完全退火A）工藝：

Ac3+（20~30℃），保溫后隨爐緩慢冷卻到500-600℃以下后在空氣中繼續(xù)冷卻

。B）特點(diǎn)：

加熱過(guò)程中獲得完全的奧氏體組織，冷卻后組織接近平衡組織。C）目的：

細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能。D）適用范圍：

用于亞共析成分的碳鋼及合金鋼的鑄件、鍛件以及熱軋型材。Ac3Ac1完全退火爐冷空冷6（2）等溫退火A）工藝：

Ac3+（20~30℃），保溫后快冷到Ar1之下某一溫度等溫，使A在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)镻，然后出爐空冷。B）特點(diǎn)：

轉(zhuǎn)變?cè)诤銣叵逻M(jìn)行，組織均勻，可大大縮短退火時(shí)間。C）目的：

同完全退火。D）適用范圍：用于降低硬度的碳鋼及合金鋼。500℃以下空冷Ac3Ac1爐冷完全退火等溫退火Ar17（3）球化退火A）工藝：

Ac1+（20~30℃），保溫2-4h后隨爐緩冷至600℃以下出爐空冷。B）特點(diǎn)：加熱過(guò)程中片狀滲碳體發(fā)生不完全溶解而斷開(kāi)，形成細(xì)小滲碳體，冷卻過(guò)程中以球粒狀析出彌散分布在鐵素體基體上。C）目的：

使熱軋、鍛造空冷后組織中的網(wǎng)狀二次滲碳體和珠光體中片層狀的滲碳體球化，降低硬度，改善切削性能，并為后續(xù)的淬火做好組織準(zhǔn)備。D）適用范圍：

過(guò)共析鋼、合金工具鋼。Ac3Ac1完全退火等溫退火球化退火8（4）擴(kuò)散退火（均勻化退火）A）工藝：是將鋼加熱到略低于固相線的溫度，長(zhǎng)時(shí)間保溫（10~20h）并緩冷，使化學(xué)成分和組織均勻化的退火工藝。B）特點(diǎn)：加熱溫度高，保溫時(shí)間長(zhǎng)。C）目的：消除晶內(nèi)偏析，使成分均勻化，其實(shí)質(zhì)就是使合金元素的原子充分?jǐn)U散。D）適用范圍：合金鋼鑄鐵和鑄錠。后續(xù)處理：保溫10～20h退火后晶粒較粗大，一般還須進(jìn)行完全退火或正火處理。9擴(kuò)散退火工藝10（5）去應(yīng)力退火A）工藝：

A1以下某一溫度（400~500℃），保溫后隨爐緩冷至200℃以下出爐空冷。B）特點(diǎn)：低溫退火，無(wú)組織變化。C）目的：

消除鑄、鍛、焊件等的殘余應(yīng)力。D）適用范圍：所有碳鋼。Ac3Ac1完全退火等溫退火去應(yīng)力退火球化退火11（6）再結(jié)晶退火A）工藝：將鋼加熱到再結(jié)晶溫度以上150~250℃（650-700℃），保溫1-3h后緩慢冷卻。B）目的：消除加工硬化，降低硬度，提高塑性、韌性，改善切削加工性和壓延成型性能。C）適用范圍：冷變形加工制品。12共析鋼球化退火組織(化染)700五）熱處理后的組織13T10鋼球化退火組織（化染）500143.1.2鋼的正火一）定義:

將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）和Accm（過(guò)共析鋼）以上30-50℃，保溫一段時(shí)間，完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，以得到P類型組織的熱處理工藝。

二）目的:

消除應(yīng)力，調(diào)整硬度，細(xì)化晶粒，均勻成分，為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。15三）工藝參數(shù)16四）熱處理后的組織

S（Wc=0.6～1.4%）S+F（Wc＜0.6%）五）正火的主要應(yīng)用

（1）作為最終熱處理正火可以細(xì)化晶粒，均勻化組織，減少亞共析鋼中的鐵素體含量，從而增加珠光體含量；由于冷卻較快，正火組織中珠光體片層較細(xì)，提高了鋼的強(qiáng)度和硬度。因此，對(duì)于機(jī)械性能要求不高的普通結(jié)構(gòu)鋼零件，可以用正火作為最終熱處理。17（2）作為預(yù)備熱處理

可消除中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛、焊等熱加工產(chǎn)生的組織缺陷，細(xì)化晶粒，均勻化組織，消除內(nèi)應(yīng)力，為后序熱處理作組織準(zhǔn)備。對(duì)過(guò)共析鋼正火可消除或抑制網(wǎng)狀二次滲碳體量的形成，為球化退火作組織準(zhǔn)備。如：T12鋼退火組織中的Fe3CⅡ網(wǎng)（連續(xù)網(wǎng)），球化退火前必須先進(jìn)行正火以消除Fe3CⅡ網(wǎng)，得到片層狀P然后再進(jìn)行球化退火。18（3）改善切削加工性一般來(lái)說(shuō)，鋼的硬度為170~230HB，組織中無(wú)大塊鐵素體時(shí)，切削加工性較好。對(duì)于低、中碳結(jié)構(gòu)，正火可得到合適的硬度，改善切削加工性。191）由于冷卻速度較退火快，所得組織比退火時(shí)要細(xì)；2）正火后的零件的強(qiáng)度和硬度比退火時(shí)高，且含碳量越高，差別越大；3）低碳鋼經(jīng)正火處理后的強(qiáng)度與硬度，與退火處理的差別不多，但正火處理是在爐外進(jìn)行，不占用設(shè)備，生產(chǎn)率高，所以低碳鋼多采用正火代替退火處理。4）中碳鋼的正火可替代調(diào)質(zhì)處理，為高頻淬火作準(zhǔn)備。5）高碳鋼可消除網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火做準(zhǔn)備。六）正火與退火的對(duì)比203.2鋼的淬火3.2.1淬火及其目的一）淬火的定義

把零件加溫到臨界溫度以上30～50℃，保溫一段時(shí)間，然后快速冷卻使A轉(zhuǎn)變?yōu)镸的熱處理工藝。

二）淬火的目的（淬火+回火）

淬火的目在于提高材料的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，與回火配合后可賦予工件最終的使用性能。1.提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性—采用淬火＋低回組織為M回＋ε-碳化物，用于各種工模具。2.提高彈性—采用淬火＋中回；組織為T(mén)回火（α+θ），用于各種彈簧。3.提高綜合性能－采用淬火＋高回；組織為S回火（α+θ），用于各種軸類。213.2.2淬火工藝（1）淬火加熱溫度22亞共析鋼：TA＝Ac3＋（30～50℃）T過(guò)高晶粒粗大；T過(guò)低欠熱，有自由F硬度不足。過(guò)共析鋼：TA＝Ac1＋（30～50℃）（1）T過(guò)高，碳化物溶解，M片％↑易于變形和開(kāi)裂；（2）選擇TA＝Ac1＋（30～50℃）溫度加熱保留部分未熔碳化物，以提高鋼的硬度與耐磨性，同時(shí)由于降低了A中的C含量，使基體的C％↓，使M條％↑，b↑，δ↑、αk↑。合金鋼：奧氏體化溫度可以適當(dāng)升高。因?yàn)榇蠖鄶?shù)合金元素都能阻礙A晶粒的長(zhǎng)大，使A化溫度升高。如：W18Cr4V鋼，AC1＝860～880℃，TA=1280℃，晶粒度為9級(jí)。23（2）淬火保溫時(shí)間

淬火保溫時(shí)間主要根據(jù)鋼的成分特點(diǎn)、加熱介質(zhì)和零件尺寸來(lái)確定。

（a）含碳量越高，含合金元素越多，導(dǎo)熱性越差，則保溫時(shí)間就越長(zhǎng)；（b）零件尺寸越大，保溫時(shí)間越長(zhǎng)；（c）生產(chǎn)中常根據(jù)熱處理手冊(cè)中的經(jīng)驗(yàn)公式確定保溫時(shí)間。24理想冷卻速度理想冷卻速度：1）在A1～650℃之間慢冷，以↓熱應(yīng)力；2）在650～400℃之間快冷，以避開(kāi)“鼻尖”防發(fā)生非M相變；3）在400℃以下慢冷，以↓組織應(yīng)力。（3）淬火冷卻介質(zhì)25常用淬火介質(zhì)介紹1．自來(lái)水（30℃以下）

冷卻特性：在650-550℃冷卻能力大、在Ms附近點(diǎn)冷速極快，淬硬能力較強(qiáng)。

應(yīng)用：自來(lái)水主要用于形狀簡(jiǎn)單，截面較大的碳鋼零件淬火，且組織應(yīng)力較大。

優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)、便宜、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2．鹽水（10％～15％NaCl（或NaOH，Na2CO3)水溶液、30℃）

冷卻特性：在650～300℃時(shí)冷速是自來(lái)水的10倍；在200℃時(shí)仍然很快。

應(yīng)用：用于水淬不透的形狀簡(jiǎn)單的碳素鋼。結(jié)論：碳素鋼一般采用水冷或鹽水冷卻。

263.油—20#機(jī)油，60～80℃

冷卻特性：600～550℃及200℃時(shí)冷卻速度低于水；

缺點(diǎn)：１）淬硬能力低；２）易于老化。

應(yīng)用：合金鋼淬火（因合金鋼的C曲線靠右，vc較小）

4.鹽浴和堿浴鹽浴和堿?。ㄓ扇苋诘腘aNO3+KNO3，KOH+NaOH，KCl+NaCl+BaCl2等組成）主要用作等溫淬火、分級(jí)淬火的冷卻介質(zhì)。273.2.3淬火方法1-單液淬火

指在一種淬火介質(zhì)中冷卻到底的工藝。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)我捍慊鸱ú僮骱?jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用較廣。缺點(diǎn)：?jiǎn)我捍慊鸾M織應(yīng)力、熱應(yīng)力都較大，淬火變形較大。水淬變形開(kāi)裂傾向大，油淬冷卻能力低，大件淬不硬。不同淬火法示意圖1－單液淬火2－雙液淬火3－分級(jí)淬火4－等溫淬火28將奧氏體化后的工件先在一種冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，避免珠光體轉(zhuǎn)變，當(dāng)工件冷至300℃左右時(shí)，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。目的：在650℃～Ms之間快冷：使v＞vＫ

在Ms以下慢冷以↓組織應(yīng)力。碳鋼：先水淬后油冷；合金鋼：先油后空氣。優(yōu)點(diǎn)：淬火應(yīng)力小，減少了變形和開(kāi)裂的可能性。缺點(diǎn)：在水中停留的時(shí)間不易控制，對(duì)操作技術(shù)要求較高。2-雙液淬火29先將奧氏體化后的工件淬入溫度稍高于Ms點(diǎn)的鹽?。ɑ驂A?。┲?，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，待工件內(nèi)外都達(dá)到介質(zhì)溫度，在奧氏體轉(zhuǎn)變前取出空冷完成馬氏體轉(zhuǎn)變。

分級(jí)淬火是在空冷中發(fā)生M相變的，內(nèi)應(yīng)力小。

3-分級(jí)淬火30指在B溫度區(qū)域等溫，發(fā)生B下轉(zhuǎn)變。內(nèi)應(yīng)力↓↓，變形小。不同淬火方法產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大小為：?jiǎn)我捍慊饝?yīng)力

>雙液淬火

>分級(jí)淬火

>等溫淬火（應(yīng)力最?。?-等溫淬火不同淬火法示意圖1－單液淬火2－雙液淬火3－分級(jí)淬火4－等溫淬火31其它淬火5.局部淬火6.冷處理用干冰（固態(tài)CO2）和酒精混合獲得-70~-80℃的低溫，也可使用液化乙烯（-130℃）或液氮（-192℃）等介質(zhì)——提高硬度、耐磨性，穩(wěn)定尺寸，但應(yīng)力較大，應(yīng)注意及時(shí)回火。

32鋼淬透性——指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。

淬透層深度（δ）

表層（100％M）至半M層（50％M）的深度。淬透層深度（δ）越大，鋼的淬透性越好。淬透性與淬硬層深度關(guān)系：在尺寸、形狀均相同的條件下，淬透性大的鋼，淬硬層深度越深。3.2.4鋼的淬透性33

鋼的淬透性主要取決于鋼的臨界淬火速度大小，與工件尺寸、淬火介質(zhì)無(wú)關(guān)。鋼的臨界淬火速度越小，C曲線越靠右，鋼的淬透性越好。因此凡能提高過(guò)冷A穩(wěn)定性，使C曲線右移，從而降低臨界冷卻速度的因素，都能提高鋼的淬透性。（1）碳含量

在正常加熱條件下，亞共析鋼的C曲線隨碳含量的增加向右移，臨界冷卻速度降低，淬透性增大；過(guò)共析鋼的C曲線隨碳含量的增加向左移，臨界冷卻速度增大，淬透性降低。（2）合金元素

除Co和Al以外，大多數(shù)合金元素溶入奧氏體后均使C曲線向右移，降低臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。（1）影響淬透性的因素34（3）加熱條件

提高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間一方面可使更多的合金元素溶入奧氏體；同時(shí)使奧氏體晶粒長(zhǎng)大，成分均勻化，從而減少了形核率，二者都能穩(wěn)定過(guò)冷奧氏體，使C曲線向右移，提高鋼的淬透性。（4）鋼中未溶第二相

未溶入奧氏體的碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物，由于能促進(jìn)奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形核，減少過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使淬透性降低。35（2）鋼的淬硬性

鋼在理想條件下淬火所能達(dá)到的最高硬度稱為鋼的淬硬性。鋼的淬硬性主要取決于馬氏體中的碳含量，也就是淬火前奧氏體中碳含量，碳含量越高，淬硬性越好。淬硬性與鋼的淬透性是兩個(gè)不同的概念。36（3）淬透性的實(shí)際應(yīng)用1、大截面零件或動(dòng)載荷下工作應(yīng)選高淬透性鋼。2.形狀復(fù)雜的或形狀簡(jiǎn)單，尺寸較大的零件應(yīng)選高淬透性鋼。3.焊接零件應(yīng)選低淬透性鋼。37（4）淬透性的測(cè)量方法端淬試驗(yàn)示意圖標(biāo)準(zhǔn)：BG/T226-1988《鋼的淬透性末端淬火試驗(yàn)方法》鋼的淬透性用JHRC/d表示，其中d表示淬透性曲線上測(cè)試點(diǎn)至水冷端的距離（mm），HRC為該處的硬度值。J表示末端淬透性3839生產(chǎn)中也常用臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。所謂臨界淬火直徑，是指圓棒試樣在某介質(zhì)中淬火時(shí)所能得到的最大淬透直徑（即心部被淬成半馬氏體的最大直徑），用Do表示。在相同冷卻條件下，Do越大，鋼的淬透性越好。403.3鋼的回火

定義：回火是將淬火鋼加熱到Al以下某一溫度，經(jīng)保溫適當(dāng)時(shí)間后冷卻到室溫的熱處理工藝。

回火目的：１）淬火得到的淬火馬氏體組織很脆，存在較大的內(nèi)應(yīng)力，容易產(chǎn)生變形和開(kāi)裂。２）淬火馬氏體和殘余奧氏體都是亞穩(wěn)定組織，在適當(dāng)條件下有可能分解，導(dǎo)致零件形狀、尺寸和使用性能的變化。３）為獲得要求的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性。因此淬火鋼一般不直接使用，必須進(jìn)行回火。413.3.1回火的分類和應(yīng)用根據(jù)回火溫度對(duì)淬火鋼力學(xué)性能的要求，一般將回火分為三類：

回火組織：回火M，硬度可到58~64HRC

目的：是在保證淬火后工件的高硬度、高耐磨性的基礎(chǔ)上，降低淬火應(yīng)力，提高工件韌性。

應(yīng)用：處理各種切削刀具、冷作模具、量具、滾動(dòng)軸承、表面淬火件及滲碳件等。

（1）低溫回火（150~250℃）42回火針片狀馬氏體回火隱晶馬氏體43回火組織：

回火屈氏體（T回），硬度一般為35~45HRC。

金相形態(tài)：Fe3C呈微細(xì)粒狀彌散分布在F基體上。

目的：使鋼件具有高的彈性極限，屈服極限和一定的韌性。

應(yīng)用：各種彈簧。如：60Si2Mn、65Mn、60、65、85鋼。

（2）中溫回火（350～500℃）44組織：回火索氏體（S回），硬度一般為25-35HRC。

金相形態(tài)：在F基體上均勻分布細(xì)粒狀Fe3C。

性能：較高的強(qiáng)度和硬度，良好的塑性和韌性。即具有良好的綜合機(jī)械性能。

應(yīng)用：應(yīng)用于各種重要的機(jī)器結(jié)構(gòu)件，特別是受交變載荷的零件，如各種軸類、連桿、齒輪、螺栓等。如：40Cr、45、40CrNiMo鋼等。45鋼調(diào)質(zhì)處理得到回火索氏體：Fe3C呈細(xì)粒狀分布在F基體上。45鋼正火得到索氏體：Fe3C呈細(xì)片狀分布在F基體上。兩者性能截然不同。其組織、性能比較如下表：（3）高溫回火（500～650℃）45回火索氏體組織45鋼（20～40mm）調(diào)質(zhì)和正火組織及機(jī)械性能比較由此表可以看出：45鋼調(diào)質(zhì)處理的性能比正火后性能綜合機(jī)械性能好，不僅強(qiáng)度高，塑性、韌性也較好。463.3.2回火保溫時(shí)間回火保溫時(shí)間應(yīng)保證工件熱透，同時(shí)保證組織轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行?；鼗鸨貢r(shí)間一般可參考以下公式確定：tk=Kh+AhD式中：tK——回火保溫時(shí)間，min；Kh——回火保溫時(shí)間基數(shù)，min；Ah——回火保溫時(shí)間系數(shù)，min/mm；D——工件有效厚度，mm473.3.3回火后的冷卻一般在空氣中冷卻；對(duì)于一些重要的機(jī)器零件，為了防止重新產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，變形和開(kāi)裂，通常采用緩慢冷卻的方式；對(duì)于具有高溫回火脆性的鋼件，回火后應(yīng)進(jìn)行油冷或水冷，以抑制回火脆性。483.3.4淬火、回火時(shí)常見(jiàn)的工藝缺陷1.氧化和脫碳2.變形與開(kāi)裂3.硬度不足與軟點(diǎn)4.過(guò)熱與過(guò)燒過(guò)熱是指晶粒過(guò)分長(zhǎng)大，致使零件力學(xué)性能明顯降低的現(xiàn)象。過(guò)燒是指組織中沿晶界產(chǎn)生了氧化或熔化的現(xiàn)象。若加熱溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將引起零件過(guò)熱或過(guò)燒現(xiàn)象。零件一且產(chǎn)生過(guò)燒即成為廢品。49工業(yè)中如齒輪、凸輪、曲軸等對(duì)性能的要求為：表面高硬度、高強(qiáng)度及好的耐磨性，而心部高韌性，對(duì)這類零件需要進(jìn)行表面熱處理。表面淬火僅對(duì)鋼的表面快速加熱、冷卻，把表層淬成馬氏體，心部組織不變的熱處理工藝。3.4.1.1感應(yīng)加熱表面淬火在感應(yīng)圈內(nèi)通一交變電流，于是在感應(yīng)圈內(nèi)部和周圍同時(shí)產(chǎn)生與電流頻率相同的交變磁場(chǎng)，在工件中便產(chǎn)生感生電流，感應(yīng)電流在工件內(nèi)自成回路（渦流），由電能轉(zhuǎn)變成熱能，使工件表面快速加熱，隨后噴水快速冷卻就達(dá)到了表面淬火的目的。3.4鋼的表面熱處理50集膚效應(yīng)：感應(yīng)加熱時(shí)，感生電流集中在工件表面的一種效應(yīng)。感生電流的頻率（f）越大集膚效應(yīng)越強(qiáng)，電流透入深度越淺，淬透層越淺。碳鋼淬硬層深度與電流頻率的關(guān)系：=500/f0.51.淬透層深度δ=0.5～2mm時(shí)，選高頻加熱f=80~1000kHz。2.淬透層深度δ=3～6mm時(shí)，

選中頻加熱f=2500~8000Hz。3.淬透層深度δ=10～15mm時(shí)，選工頻加熱f=50Hz。感應(yīng)加熱表面淬火示意圖51（1）加熱速度極快，使Ac3↑↑，短時(shí)獲得高溫，從而使ΔT↑↑，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。（2）由于晶粒細(xì)小，得到隱晶M，強(qiáng)化了組織。（3）較高的表面殘余壓應(yīng)力，可提高工件的疲勞強(qiáng)度并降低缺口敏感性。（4）氧化和脫碳少，而且由于心部未被加熱，淬火變形小。（5）加熱溫度和淬硬層厚度易于控制，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。案例：如：機(jī)床主軸，承受較大載荷，要求具有良好的綜合力學(xué)性能，而且軸頸要求耐磨，硬度要求50～55HRC。可選45鋼整體調(diào)質(zhì)，然后軸頸進(jìn)行表面淬火+低溫回火處理。調(diào)質(zhì)處理即滿足整體性能要求，局部表面淬火又滿足了軸頸的硬度要求。感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)52感應(yīng)加熱表面淬火前、后的熱處理淬火前一般要進(jìn)行預(yù)先熱處理，為表面淬火作組織準(zhǔn)備，并可獲得最終的心部組織。當(dāng)心部性能要求不高時(shí)，一般采用正火；而重要零件如齒輪等，一般采用調(diào)質(zhì)作為預(yù)先熱處理。淬火后零件要進(jìn)行低溫回火（180~200℃），以減小淬火應(yīng)力?；鼗鸷蠼M織：表層為回火馬氏體，心部仍為預(yù)先熱處理組織。感應(yīng)加熱表面淬火零件的典型加工工藝路線為：鍛造正火或退火粗機(jī)加工調(diào)質(zhì)精機(jī)加工感應(yīng)加熱表面淬火低溫回火精磨533.4.1.2火焰加熱表面淬火1）火焰加熱表面淬火的基本方法542）火焰加熱表面淬火的特點(diǎn):*設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便,成本低。*淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。*適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。553.4.2化學(xué)熱處理一）化學(xué)熱處理概述對(duì)于某些齒輪類零件，如汽車變速箱齒輪，內(nèi)燃機(jī)凸輪等在工作中承受強(qiáng)烈的摩擦磨損，和較大的交變載荷，沖擊載荷。要求表面高硬度、高耐磨和高的接觸疲勞強(qiáng)度，一定的韌性；心部具有高的韌性和足夠高的強(qiáng)度。對(duì)這類材料需要進(jìn)行表面化學(xué)熱處理。化學(xué)熱處理是將工件置于一定的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，改變表面層的化學(xué)成分及顯微組織，從而使工件表層獲得所需特殊性能的熱處理工藝。56二）化學(xué)熱處理的基本過(guò)程:2.吸收:活性原子被零件表面吸收溶解。3.擴(kuò)散:活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層。1.分解:化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。CH42H2+[C]2NH33H2+2[N]573.4.2.1滲碳定義：將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，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+低溫回火，使表面獲得高碳回火M，具有高硬度、耐磨性和抗疲勞性能；而心部為低碳回火M或S，具有一定的強(qiáng)度和良好的韌性配合。用鋼：低碳鋼和低碳合金鋼如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMo等。方法：固體、氣體、液體滲碳，目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。58零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱固體滲劑：木炭+碳酸鹽（BaCO3或Na2CO3）（1）滲碳方法固體滲碳法示意圖59氣體滲碳法示意圖在井式滲碳爐中滴入煤油，煤油在高溫下裂解滲碳性介質(zhì)－甲烷氣體（CH4）和CO氣體及氫氣，該氣體在鋼的表面分解出活性碳原子-[C]，在較高溫度進(jìn)入鋼的表面。CH4→[C]+2H22CO→[C]＋CO2

60滲碳溫度：900～950℃;滲碳時(shí)間：根據(jù)滲層深度的要求來(lái)確定，一般為3～9小時(shí)。（2）滲碳后的組織滲碳件表層的碳濃度一般控制在1.0%左右，因此滲碳件緩冷后外層為過(guò)共析組織P+Fe3CⅡ，心部為原始低碳亞共析組織F+P，中間為過(guò)渡組織。一般規(guī)定，從表層到過(guò)渡層的一半處的深度為滲層厚度。滲碳溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)，則得到的滲層深度越厚。61滲層組織（滲碳后緩慢冷卻，從內(nèi)層到外層組織）:

原始組織－亞共析層－共析層－過(guò)共析層低碳鋼緩冷后的顯微組織62（3）滲碳后的熱處理（1）直接淬火法（１）滲碳后零件出爐直接進(jìn)入冷卻介質(zhì)淬火。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)率高。缺點(diǎn)：零件在滲碳時(shí)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期高溫加熱，奧氏體晶粒容易長(zhǎng)大。淬火后M粗大，殘余奧氏體較多。另外淬火變形較大。適用：一般只用于本質(zhì)細(xì)晶粒的合金滲碳鋼或耐磨性要求比較低和承載能力低的工件。（２）為了減少變形，滲碳后工件預(yù)冷到略高于心部Ar3的溫度后再淬火。63（2）一次加熱淬火法一次淬火法是將工件滲碳后空冷到室溫（正火），然后再重新加熱淬火。對(duì)心部組織性能要求較高的合金滲碳鋼工件，淬火加熱溫度略高于心部的Ac3，目的是使心部晶粒細(xì)化，并得到低碳馬氏體組織。對(duì)于承載不大而表面性能要求較高的工件，加熱溫度應(yīng)選用Ac1以上30~50℃，使表層晶粒細(xì)化，而心部組織變化不大。64（3）二次加熱淬火法二次淬火法，工件滲碳后首先正火，然后再重新加熱淬火。第一次淬火加熱到Ac3以上30~50℃，細(xì)化心部組織。第二次淬火加熱到Ac1以上30~50℃，使表面層獲得細(xì)馬氏體和均勻分布的粒狀滲碳體組織。二次淬火法工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，變形大。二次淬火法適用于表面要求高耐磨性、心部要求良好韌性的零件。65滲碳淬火后熱處理及工藝路線滲碳淬火后要在160~180℃進(jìn)行低溫回火，以消除淬火應(yīng)力，提高韌性。滲碳零件的典型工藝路線一般為：鍛造正火機(jī)加工滲碳淬火低溫回火精磨滲碳層一般按工件輪廓分布，不需滲碳的部位，如內(nèi)花鍵部位，可鍍銅防滲。66滲碳鋼淬火、回火后的性能（1）滲碳件表面為過(guò)共析鋼，淬火、低溫回火后表層組織為回火M、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體混合組織，硬度可達(dá)60~62HRC；而心部組織為低碳回火馬氏體（淬透時(shí)），硬度為30~45HRC，或S或T、F混合組織（未淬透時(shí)），硬度為138~185HBS。因此滲碳淬火工件表面硬度高，具有良好的耐磨性，心部具有很好的塑性和韌性。（2）表層形成高碳馬氏體時(shí)，體積膨脹較大，結(jié)果在表面層形成殘余壓應(yīng)力，因而提高了工件的疲勞強(qiáng)度。673.4.2.2滲氮定義：滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面，形成含氮硬化層的化學(xué)熱處理工藝。目的：提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性等。常用滲氮方法：有氣體滲氮、離子滲氮、氮碳共滲（軟氮化）等。生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣體滲氮。氮化鋼：中碳鋼、中碳合金鋼，一般都采用能形成穩(wěn)定氮化物的中碳合金鋼，如38CrMoAlA、38CrWVAlA等。Al、Cr、Mo、W、V等合金元