熱處理工藝及設(shè)備講義

PAGEPAGE38熱處理工藝及設(shè)備教學(xué)內(nèi)容第一講：緒論（自我介紹，與學(xué)生溝通。）舉例：例1）：彈簧件：目前用于制作彈簧工件的材料有很多種。首先根據(jù)工件使用條件和要求選用合適的彈簧鋼，然后加工成形。這時雖然材料和工件的形狀都達到了彈簧工件的要求，但性能并沒有達到技術(shù)要求。這時工件在受力作用下就會發(fā)生塑性變形，無法起到彈簧工件的作用。要想使工件充分體現(xiàn)出彈簧的特性，就要根據(jù)所用具體材料進行相應(yīng)熱處理來滿足。例2）：家用菜刀、剪刀等，這些工件使用性能如何，熱處理的好與壞，直接影響刀具的質(zhì)量，如硬度低時，易出現(xiàn)卷刃現(xiàn)象，如硬度過高，易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象等。例3）：學(xué)生在鉗工實習(xí)時制作的小錘子。在鉗工制作錘子時，所用工具有：銼刀、鋸條和鉆頭等工具，它們同樣是金屬材料，為什么錘子能被加工得動？這說明這些工具的硬度比錘子的硬度高，所以能把錘子從原材料加工成錘子的形態(tài)。但在鉗工加工成形的錘子也只是一個半成品。因為雖然錘子的形狀，尺寸達到了要求，但它們的機械性能并沒有達到要求。如果這時用它錘擊工件，錘子本身就會出現(xiàn)變形。所以要想使錘子不但在尺寸和精度上達到要求而且在性能上也應(yīng)達到技術(shù)要求，為此就要通過進行熱處理來完成。例4）：古代刀劍，不經(jīng)過熱處理，是沒法上戰(zhàn)場使用的。引出本課程的教學(xué)目的：認識、理解、掌握、運用《熱處理工藝及設(shè)備》知識。0緒論0-1熱處理的起源和歷史春秋戰(zhàn)國時期，鑄鐵的石墨化退火和脫碳退火，應(yīng)用于農(nóng)具中；西漢時代，鋼鐵兵器的淬火提高硬度；三國時代，發(fā)現(xiàn)了淬火介質(zhì)對工件質(zhì)量的影響；漢魏時期，開始了化學(xué)熱處理；圖0-1熱處理工藝曲線示意圖明代，有了滲碳工藝；圖0-1熱處理工藝曲線示意圖由于歷史原因，新中國成立前的熱處理一直停滯不前。0-2熱處理的概念、工藝特點1、熱處理：采用適當?shù)姆绞綄虘B(tài)金屬或合金進行加熱、保溫和冷卻，以獲得所要求的組織結(jié)構(gòu)（或表面化學(xué)成分）與性能的工藝。性能包括：工藝性能、機械性能、物理性能和化學(xué)性能。1）加熱升溫的目的使金屬材料由低溫組織轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷亟M織（舉例：鋼在常溫下其內(nèi)部有珠光體、鐵素體、馬氏體、上、下貝氏體等組織。隨著溫度的升高，當達到727℃或超過727℃時，就發(fā)生了組織轉(zhuǎn)變。常溫的組織開始轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷氐慕M織，也就是向奧氏體轉(zhuǎn)變。）2）保溫的目的使工件燒透且組織轉(zhuǎn)變有充足的時間（工件有尺寸、形狀，加熱有快慢，工件芯部與外表溫度要求一致）3）冷卻的目的將金屬材料的高溫組織以不同的冷卻速度冷卻到室溫，獲得不同的室溫組織，從而達到不同的機械性能。2、工藝特點：熱處理工藝是機械制造過程中一個重要的組成環(huán)節(jié)，與其它工藝相比，有其工藝特點：1）熱處理工藝不改變工件的外部形態(tài)，只改變內(nèi)部組織形態(tài)，提高其內(nèi)在質(zhì)量，賦予各種使用性能；2）熱處理工藝不能獨立存在，可在機械制造過程中任何一個位置存在，與前后工序起相輔相成的作用；（舉例：機加工之前的高溫退火、鋁合金成品前的固溶處理等）3）操作溫度和過程時間范圍廣；（溫度可高達工件的熔點，也可低至零下幾十度，而時間短則幾秒長則上百小時）4）工藝控制精確；（溫度、時間的控制，冷去速度、方法的要求，熱處理時工件的擺放及移動速度等）5）加熱、冷卻介質(zhì)的多樣性和嚴格性；6）加熱冷卻的均勻性和區(qū)分性。0-3熱處理的分類1、按機械加工過程中的位置和作用分：（1）最終熱處理；（為獲得零件最后使用狀態(tài)所需性能的熱處理）（2）預(yù)先熱處理；（常在最終熱處理之前進行，為其他工藝做好組織性能準備）（3）補充熱處理。（常在最終熱處理之后進行，為了消除應(yīng)力或穩(wěn)定加工效果）2、按零件熱處理部位不同分：（1）整體熱處理；（2）局部熱處理；（3）表面熱處理；（4）區(qū)分熱處理。3、按零件化學(xué)成分是否要求變化分：（1）普通熱處理；（2）化學(xué)熱處理。4、按熱處理溫度分：（1）高溫熱處理；（2）中溫熱處理；（3）低溫熱處理；（4）冷處理。5、按工藝特點、組織轉(zhuǎn)變及形狀性能變化分：（1）基本熱處理退火、正火、淬火、回火、冷處理、時效等；（2）化學(xué)熱處理滲碳、滲氮、滲硼、滲金屬、多元滲等；（3）表面淬火火焰淬火、感應(yīng)淬火、滲液淬火、電接觸淬火、激光淬火等；（4）形變熱處理高溫形變熱處理、中溫形變熱處理、低溫形變熱處理；（5）復(fù)合熱處理滲碳淬火、表面淬火自行回火、鍛熱淬火、焊接余熱退火等。0-4國內(nèi)熱處理工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1、現(xiàn)狀：與發(fā)達國家相比，工藝水平低、質(zhì)量差、耗能大、成本高、產(chǎn)品缺乏競爭力；工藝研究和設(shè)備開發(fā)方面遠遠落后于發(fā)到國家，高端精密的熱處理工藝設(shè)備絕大部分從國外進口。2、發(fā)展趨勢：（1）節(jié)能減排，降低能耗，加強熱處理工藝過程的控制與管理，積極采用復(fù)合熱處理等新熱處理工藝；（2）推廣無氧化、防脫碳、防熱裂的熱處理工藝；（3）改造和引進自動化熱處理生產(chǎn)線；（4）減少污染、采用清潔能源、采用高效熱處理工藝。

第二講：金屬的加熱及鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變圖0-1熱處理工藝曲線示意圖提問學(xué)生：圖0-1熱處理工藝曲線示意圖1）熱處理的定義？熱處理的工藝過程？（畫右圖示意）2）熱處理按工藝、特點和形狀性能角度如何分類？1金屬的加熱及鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變1-1熱處理的加熱過程1、加熱物理過程：熱的傳遞方式：傳導(dǎo)——溫度不同的接觸物體間或同一物體中各部分之間的熱能傳遞過程；（舉例：烤紅薯、用暖水袋暖手等等）對流——流體流動時，流體質(zhì)點運動引起的熱能傳遞過程；（比如：暖氣管、空調(diào)、吹風(fēng)扇等等）輻射——物體間通過熱輻射在空間中傳遞熱能的過程。（比如：微波爐、太陽光等等）2、加熱影響因素：1）加熱介質(zhì)（畫出書中的表1-1，加以說明）一般來說，傳導(dǎo)比對流的加熱速度要快一倍以上（舉個例子：燒水）2）鋼件（或合金）成分（畫出書中的表1-2，加以說明）鋼的化學(xué)成分不同決定了其比熱、密度和導(dǎo)熱系數(shù)有差異，則影響著加熱速度；一般來說，加熱速度與導(dǎo)熱系數(shù)成正比、與比熱、密度成反比，即：v∝λ/cρ。（舉例，鋁鍋、銅壺。合金元素越多，則導(dǎo)熱系數(shù)越小、密度越大，不宜快速加熱）3）鋼件（或合金）形狀有效受熱表面積與體積之比，F(xiàn)/V，其越大，則加熱速度越大。3、加熱規(guī)范的一般原則：與零件有關(guān)，也與加熱設(shè)備、加熱方式、裝爐量及工藝要求有關(guān)1）加熱溫度確定（畫圖1-2加熱溫度優(yōu)選示意圖）過燒——金屬或合金在熱處理加熱時，由于加熱溫度接近其固相線附近，晶界氧化和開始部分熔化的現(xiàn)象。過熱——金屬或合金在加熱時，加熱溫度超過相變所需溫度，使組織和性能異常的現(xiàn)象。氧化——脫碳——2）加熱速度選擇采用小的（慢速）加熱速度：脆性大的工件、導(dǎo)熱性差的工件、大尺寸工件、復(fù)雜形狀的工件、殘余應(yīng)力大的工件、固體滲碳和退火工藝、具有嚴重偏析和夾渣物的工件。沒有以上因素的工件，從生產(chǎn)效率、節(jié)約資源考慮，都應(yīng)采用大的加熱速率。3）加熱方法選擇（畫出書中圖1-3示意）（1）冷爐裝料：需要加熱速度小的工件、裝爐量較多的情況；（2）到溫裝爐：加熱速度大、操作方便，截面溫差大，退火、正火、淬火等普遍采用的加熱方法；（3）高溫裝爐：爐溫比加熱溫度高100～150℃（4）低溫裝爐：低于600℃4）加熱時間確定理論計算法：一般來說，加熱時間包括：工件升溫時間、均熱時間、保溫時間；但理論計算時，加熱時間僅指升溫時間。（1）表面熱流密度恒定時：（傳給工件的熱量與工件吸收而升溫的熱量相等）（2）爐溫恒定時：（dτ時間內(nèi)傳遞給工件表面的熱量）經(jīng)驗計算法：τ=a×d常用有效厚度計算方法（畫圖1-4表示）1-2熱處理的加熱介質(zhì)：1、固體介質(zhì)：木炭、煙煤、石墨、剛玉砂、石英砂、碳化硅等，主要應(yīng)用于固體滲碳、滲金屬等固體化學(xué)熱處理及無氧化加熱。2、液體介質(zhì)：熔鹽、熔堿、熔融金屬、各種油類等，主要應(yīng)用于加熱質(zhì)量要求高的高碳高合金鋼的小零件、工模具的加熱及某些液體化學(xué)熱處理，也可用于等溫淬火冷卻。熔鹽——溫度140～1300℃熔融金屬——有毒、易污染、不易清理，幾乎不用；油浴——200℃3、氣體介質(zhì)：1）一般爐氣：CO、CO2、H2、O2、N2、CH4等，具有較大氧化性，普通工件加熱。2）放熱型（DX型）氣體：液化石油氣、天然氣、城市煤氣等，與空氣混合燃燒發(fā)生反應(yīng)后制得，常用于保護性氣體，光亮退火、光亮淬火、光亮熱處理。3）吸熱型（RX型）氣體：丙烷、丁烷、甲烷等，與少量空氣混合后，在高溫反應(yīng)罐中，經(jīng)觸媒作用反應(yīng)制得，常用于鋼件防止氧化脫碳，如氣體滲碳等。4）氨分解氣體：常用于不銹鋼、硅鋼片、低碳高合金鋼的光亮熱處理。5）氮基氣體、氫氣及木炭發(fā)生氣6）真空氣體1-3鋼在加熱過程中的轉(zhuǎn)變1、奧氏體的形成過程：形核和長大兩個基本過程，可分為四個階段（畫圖書中9-2示意）1）奧氏體的形核：Ac1溫度以上，珠光體不穩(wěn)定，在F和Fe3C的界面上優(yōu)先出現(xiàn)奧氏體的（這是因為相界面上碳濃度分布不均、原子排列不規(guī)則、能量較高狀態(tài)）2）奧氏體晶核長大：穩(wěn)定了的奧氏體晶核開始逐漸長大，依靠Fe、C原子的擴散，晶格改組為面心立方晶格；3）殘余滲碳體的溶解：鐵素體優(yōu)先溶解消失于奧氏體中，殘余的滲碳體需要時間來溶解消失；4）奧氏體均勻化：濃度不均，則需要長時間的C原子繼續(xù)擴散均勻，同時伴有奧氏體的合并現(xiàn)象。2、奧氏體的晶粒長大及控制1）奧氏體晶粒度：衡量奧氏體晶粒大小的尺度，對冷卻后鋼的組織和性能有著重要影響。表示方法有：經(jīng)理尺寸表示法（晶粒截面的平均直徑或單位面積內(nèi)的晶粒數(shù)目）；晶粒度級別指數(shù)G表示法——分8級，1最粗、8最細，一般5以上為細晶粒。2）奧氏體晶粒長大：起始晶粒度、實際晶粒度3）晶粒度大小的控制：（1）加熱溫度和保溫時間的控制；（2）加熱速度的控制；（快速加熱，短時間保溫細化晶粒）（3）鋼的化學(xué)成分；（可抑制晶粒長大的元素：Al、V、Ti、Zr、Nb、W、Cr、Mo等）（4）鋼的原始組織；（越細的組織越有利于晶粒長大）

第三講：鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變提問復(fù)習(xí)：（1）加熱時間的確定？加熱溫度的確定？加熱速度的確定？（2）鋼在加熱過程中發(fā)生了哪些轉(zhuǎn)變？1-4鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變1-4-1冷卻條件對鋼性能的影響（畫書上表9-1）連續(xù)冷卻：將奧氏體化后的鋼件以一定的冷卻速度從高溫一直連續(xù)冷到室溫。等溫冷卻：把奧氏體化后的鋼件迅速冷到臨界點以下某個溫度，等溫保持一定時間后再冷至室溫。1-4-2過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）1、過冷奧氏體：臨界點以下暫時存在的奧氏體，是介穩(wěn)定相。TTT曲線（Time-Temperature-Transition）：反映過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)的實驗曲線，C曲線。（殘余奧氏體：未發(fā)生轉(zhuǎn)變的過冷奧氏體）2、共析碳鋼C曲線分析（畫出書上圖9-4C曲線圖）（1）C曲線中，A1溫度線是奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的臨界溫度；左邊和右邊的C曲線分別為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始線、終了線。（2）共分幾個區(qū)域：高于A1的奧氏體穩(wěn)定區(qū)、轉(zhuǎn)變開始線以左的過冷奧氏體區(qū)、轉(zhuǎn)變終了線以右和Ms點以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)、轉(zhuǎn)變開始線與終了線之間為過冷奧氏體和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的共存區(qū)。（3）過冷奧氏體在不同溫度等溫轉(zhuǎn)變時，都要經(jīng)過一段孕育期，即為縱坐標到轉(zhuǎn)變開始線之間的距離。550℃為鼻溫，孕育期最短、轉(zhuǎn)變時間最短。（4）發(fā)生三種轉(zhuǎn)變：高溫的珠光體轉(zhuǎn)變、中溫的貝氏體轉(zhuǎn)變、低溫的馬氏體轉(zhuǎn)變。1-4-3影響因素1、奧氏體成分的影響：碳濃度、合金元素2、奧氏體化狀態(tài)的影響：晶粒度、均勻化、晶體缺陷密度等3、應(yīng)力和塑性變形的影響：1-4-4過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線1、CCT曲線（continuous-cooling-transition）(畫圖書上9-8)CCT曲線的臨界冷卻速度（Vc）、TTT曲線的臨界冷卻速度（Vk）、上下臨界冷卻速度（這里，提問學(xué)生：a、要獲得全部馬氏體，冷卻曲線如何畫？全部為珠光體呢？）1-5珠光體轉(zhuǎn)變1-5-1定義：在高溫時發(fā)生的擴散性相變，生成鐵素體與滲碳體的機械混合物（寫出反應(yīng)式）典型的擴散型轉(zhuǎn)變，退火、正火和索氏體化處理時，發(fā)生的主要相變?yōu)橹楣怏w轉(zhuǎn)變。1-5-2組織形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能1、片狀珠光體：由具有一定厚度的片狀鐵素體與片狀滲碳體交替排列堆疊而成；分為片狀珠光體、細片狀珠光體（索氏體S）、極細片珠光體（屈氏體T）2、球狀珠光體：在鐵素體基體上分布著粒狀滲碳體組織；（球化退火）3、性能：片間距和粒度越小，則強度、硬度越高，塑性、韌性越好。一般來說，退火后球狀珠光體的性能比片狀珠光體的性能好。魏氏體組織會降低鋼的力學(xué)性能，應(yīng)該避免，或經(jīng)過正火、退火、鍛造來消除。1-6馬氏體轉(zhuǎn)變1-6-1定義：在較低的溫度下發(fā)生的無擴散性相變，生成碳在α-Fe中過飽和的間隙固溶體。典型的無擴散相變、淬火處理時，發(fā)生的主要相變?yōu)轳R氏體轉(zhuǎn)變。1-6-2主要特點：1、無擴散性相變、以共格切變的方式進行；2、具有一定的位向關(guān)系和慣習(xí)面；3、表面浮凸現(xiàn)象，說明是切變轉(zhuǎn)變；4、轉(zhuǎn)變在一個溫度范圍內(nèi)完成，必須冷卻到Mf以下，才能轉(zhuǎn)變完成，否則都會存在殘余奧氏體；5、高速長大，不需要孕育期。1-6-3形態(tài)及其亞結(jié)構(gòu)1、板條馬氏體：一般為低碳鋼、中碳鋼、不銹鋼的典型馬氏體組織，扁條狀和薄板狀；2、片狀馬氏體：一般為高碳鋼、中碳鋼、高鎳的鐵鎳合金的典型馬氏體組織，雙凸透鏡或竹葉狀；3、亞結(jié)構(gòu)：孿晶4、影響因素：奧氏體的碳含量、馬氏體形成溫度。1-6-4性能1、高強度、高硬度：固溶強化、相變強化、時效強化、細晶強化2、塑性和韌性：受碳含量及亞結(jié)構(gòu)影響馬氏體的強度主要取決于碳含量，塑性和韌性主要取決于亞結(jié)構(gòu)。1-7貝氏體轉(zhuǎn)變1-7-1定義：在中溫條件下進行碳原子擴散和鐵原子不擴散性轉(zhuǎn)變，形成殘余奧氏體與珠光體的混合物；1-7-2形態(tài)上貝氏體：350-550℃轉(zhuǎn)變，形成羽毛狀的貝氏體；下貝氏體：350℃以下轉(zhuǎn)變，形成針狀的貝氏體；粒狀貝氏體：貝氏體形成溫度最上部。1-7-3性能性能主要受到形成溫度、化學(xué)成分影響；下貝氏體具有良好的綜合力學(xué)性能，尤其韌性更加。

第四講退火與正火提問：a、畫出C曲線；畫出CCT曲線；b、指出哪條是連續(xù)冷卻曲線，哪條是等溫冷卻曲線？并說明它們最終的相變產(chǎn)物。c、什么是馬氏體轉(zhuǎn)變？主要特點？第二章退火與正火退火與正火是生產(chǎn)中常用的預(yù)備熱處理工藝。一般為了消除鑄、鍛和焊件的內(nèi)應(yīng)力以及成分、組織的不均勻性，為下道工序做好組織準備。2-1退火的定義及分類一、退火：把鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近于平衡組織的熱處理工藝。溫度：高于Ac3、Ac1，或低于A1；（畫出書上圖9-1，并與鐵碳相圖對比說明A1A3Acm等溫度點）冷卻方式：隨爐冷卻；組織：平衡組織，珠光體組織。二、目的：在于均勻化學(xué)成分、改善機械性能及工藝性能、消除或減少內(nèi)應(yīng)力并為零件最終熱處理作好組織準備。要消除的組織缺陷一般有：魏氏體組織、帶狀組織、粗大晶粒等；后續(xù)的工藝操作一般有：切削加工、淬火等。三、分類：再結(jié)晶退火：加熱到再結(jié)晶溫度（低于A1），靠生成新晶粒及晶粒長大以消除由冷變形所引起的晶格歪曲與性能變化的一種熱處理工藝。相變重結(jié)晶退火：在相變溫度以上發(fā)生結(jié)構(gòu)、組織與性能變化的一種熱處理工藝。低溫退火：加熱到相變溫度以下，進行消除內(nèi)應(yīng)力，防止變形，降低硬度，恢復(fù)塑性和消除加工硬化，改善切削與沖壓加工性等的熱處理工藝，亦稱之為軟化退火或去應(yīng)力退火。2-2退火工藝（畫圖9-43）1、完全退火：為改善熱鍛、熱軋、焊接或鑄造過程由于溫度過高在鋼件內(nèi)出現(xiàn)的不良組織，提高機械性能，或為使鋼件軟化，以改善加工性能與消除內(nèi)應(yīng)力，而采用的熱處理工藝。a、加熱溫度：一般采用Ac3+（20～50b、加熱速度：不同鋼種采用不同加熱速度，一般的，碳鋼選150～200℃/h，低合金鋼選100℃/h，高合金鋼選50℃/h。對于大型工件及裝爐量大的工況，因透熱性差，宜在c、保溫時間：為使工件透燒，保證內(nèi)外組織轉(zhuǎn)變完成和均勻化，一般的，碳鋼選1.5～2min/mm，低合金鋼2～2.5min/mm，高合金鋼2.5～3min/mm。裝箱保護退火時，應(yīng)根據(jù)箱子大小和箱內(nèi)填充劑進行適當延長，一般需增加1～4h。d、冷卻速度：控制冷卻速度保證奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變?nèi)客瓿伞⒂植猾@得高的彌散度。碳鋼選100～200℃/h，低合金鋼選50～100℃/h，高合金鋼選20～e、冷卻方式：為了提高設(shè)備利用率，并使組織充分轉(zhuǎn)變，由退火溫度至550℃為爐冷，55f、應(yīng)用：碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼的鍛件、軋件、鑄件和焊接件，不宜用于過共析鋼件。2、不完全退火：為消除碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼因熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使鋼件軟化或改善工具鋼被切削性而采用的熱處理工藝。由于加熱溫度在兩相區(qū)進行，僅發(fā)生部分相變重結(jié)晶，鐵素體或碳化物形態(tài)、分布仍保留。a、加熱溫度：Ac1～Ac3或Ac1～Ac3b、加熱速度：同完全退火c、保溫時間：同完全退火d、冷卻速度：同完全退火e、冷卻方式：同完全退火f、應(yīng)用：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼和低合金工具鋼的熱鍛件和熱軋件。3、球化退火：是不完全退火的一種特例，使鋼中碳化物球化并均勻分布在鐵素體基體上，獲得粒狀珠光體的退火工藝。目的：改善工具鋼的可切削性；為淬火作好金相組織準備。a、球化退火工藝（畫圖2-2）（1）主要用于淬火或冷加工后鋼的球化；（2）多次重復(fù)使鋼中原晶界上的碳化物和珠光體中滲碳體經(jīng)過溶解和重新析出、聚集而達到球化目的；此方法適用于原始組織為珠光體的鋼；（3）主要使碳化物溶解，而后快速冷卻，以防網(wǎng)狀碳化物析出；（4）過共析鋼最常用的球化；（5）使網(wǎng)狀碳化物或大塊碳化物完全溶解，以利其后球化；（6）與（5）類似。b、影響球化質(zhì)量因素：化學(xué)成分：碳含量增加有利于球化，加入可形成碳化物的元素不利球化；原始組織：網(wǎng)狀碳化物很難球化，馬氏體、細小的珠光體或貝氏體有利于球化，冷變形后組織有利于球化；加熱溫度與等溫溫度：加熱溫度過高或過低、等溫溫度過高或過低，都不利于球化；球化時間：不宜過長，否則球化碳化物變粗，硬度下降；冷卻速度：冷卻速度會影響碳化物的彌散度，冷卻速度小有利于球化，采用緩慢冷卻進行球化退火是保證得到理想組織的重要因素。c、應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于工具鋼、軸承鋼和量具鋼，作為預(yù)先熱處理。4、等溫退火：與完全退火相同，但可有效縮短生產(chǎn)周期a、加熱溫度：Ac3+（20～50℃）或Ac1+（20～b、加熱速度：同完全退火c、保溫時間：同完全退火d、等溫溫度：根據(jù)C曲線及硬度要求確定e、冷卻速度：大件隨爐冷卻，小件空冷f、冷卻方式：>500℃隨爐冷，<g、應(yīng)用：球化退火不少是采用等溫退火縮短生產(chǎn)周期，用以消除Cr-Ni鋼及Cr-Ni-Mn鋼鍛件中的白點。5、擴散退火（均勻化退火）：為了消除和降低鑄件凝固時所引起的成分偏析，達到成分、組織均勻化的熱處理工藝。特點：高溫長時間加熱、能耗大、成本高，工件易過熱和燒損a、加熱溫度：根據(jù)合金元素含量及偏析程度而定，一般采用1050～120b、加熱速度：低合金鋼選100℃/h，高合金鋼選20c、保溫時間：2.5～3min/mmd、冷卻速度：低合金鋼選50～100℃/h，高合金鋼選20e、冷卻方式：同完全退火f、應(yīng)用：優(yōu)質(zhì)合金鋼鑄件；另外，經(jīng)擴散退火的鑄鋼件晶粒粗大，韌性塑性差，需要一次完全退火或正火來重新細化組織，提高機械性能。6、再結(jié)晶退火：把冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當時間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒，以消除加工硬化和殘余應(yīng)力的熱處理工藝。目的：消除冷作硬化、提高塑性、改善切削及壓延成型性能。a、加熱溫度：Tr+（150～250℃），Tr為再結(jié)晶溫度，0.4×熔化溫度，b、保溫時間：1～4hc、冷卻方式：空冷d、應(yīng)用：冷作加工（冷擠、冷拔、冷軋、冷彎等）件、成型加工件7、軟化或去應(yīng)力退火：為消除因變形加工及鑄造、焊接過程中引起的殘余內(nèi)應(yīng)力而進行的熱處理工藝。特點：消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、提高尺寸穩(wěn)定性、防止工件開裂和變形a、加熱溫度：一般的，鑄鐵500～600℃，碳鋼及低合金鋼550～650b、加熱速度：100～15c、保溫時間：2～6hd、冷卻速度：50～100e、冷卻方式：>500℃>400℃f、應(yīng)用：碳鋼與合金鋼的鍛件、機加工件，鑄鐵件，焊接結(jié)構(gòu)件。

第五講：退火與正火的應(yīng)用及其選擇提問：退火溫度、冷卻方式、組織？退火的目的？退火的分類？45#鋼的完全退火工藝？2-3退火工藝控制組織的基本原則（1）退火處理后珠光體的形狀決定于退火加熱溫度；（一般的，退火溫度高，奧氏體成分越均勻，可獲得片狀珠光體，反之，退火溫度低，組織成分不均勻，可獲得粒狀或球狀珠光體）（2）退火溫度過低，且保溫時間不足，原始組織中片狀組織沒有被破壞，則退火組織仍可能保留細片狀珠光體；（3）退火溫度過低，且冷卻速度過快，致使碳化物結(jié)晶核心細而多，退火組織可獲得點狀珠光體；（4）冷卻速度不影響珠光體的形狀，但決定了碳化物的彌散度，因而決定了退火后的硬度；（5）欲獲較軟組織，可將鋼加熱到臨界點（Ac1）以上30℃處保溫，然后冷卻到Ac1以下30℃處保溫；（6）退火緩冷到500℃左右，就可以放置于空氣中冷卻，對組織轉(zhuǎn)變已無影響；（7）欲細化淬火的粗大過熱組織，可通過提高退火時的奧氏體化溫度（Ac3+60～100℃）或延長奧氏體化保溫時間的辦法或適當提高加熱速度進行奧氏體化，使奧氏體晶粒發(fā)生再結(jié)晶，從而消除組織結(jié)構(gòu)的遺傳性。2-4正火工藝一、正火概念將鋼加熱到Ac3或Acm以上適當溫度，保溫一定時間后在空氣中冷卻，從而得到珠光體型組織的熱處理工藝。目的：加速合金碳化物的溶解和奧氏體均勻化，為了消除熱加工所造成組織缺陷，消除網(wǎng)狀碳化物，細化晶粒，為淬火作好準備，同時也可為不重要零件作為提高機械性能的最終熱處理而采用正火處理。二、工藝規(guī)范a、加熱溫度：亞共析鋼Ac3+40～60℃，過共析鋼Acm+40～b、保溫時間：1.5～2min/mmc、冷卻方式：空冷，對大件可用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)工件堆放距離等方法控制鋼的冷卻速率。d、應(yīng)用：碳鋼和合金鋼鑄件、鍛件、板材、管材、帶材或型鋼。應(yīng)注意的是：（1）正火是退火的一個特例，只適用與碳鋼與某些低合金鋼，常由于鋼種、截面尺寸不同其結(jié)果差異較大；（碳鋼空冷為珠光體組織，合金鋼空冷可為珠光體組織或貝氏體組織或馬氏體組織；大型鍛件空冷相當于爐冷，低合金鋼細小件空冷接近于淬火）（2）糾正過熱嚴重的鋼一般采用兩次正火，即高溫正火（Ac3+100～150℃）+低溫正火；（3）較大截面的鋼材采用高溫正火Ac3+100℃；2-5退火與正火的選擇一、退火與正火鋼的組織與性能（1）組織a、正火組織比退火細；b、正火冷速比退火大，先共析產(chǎn)物（F、Fe3C）不能充分析出；（例如：45#鋼退火后組織為45%F+55%c、合金鋼中碳化物穩(wěn)定，加熱不易溶于奧氏體中，退火后形成粒狀珠光體，但正火后粒狀碳化物分布在馬氏體基體上導(dǎo)致硬度高，故正火不作為合金鋼機加工之前的預(yù)先熱處理；d、退火正火均可使鋼的晶粒細化，但加熱溫度不能過高，否則正火會形成魏氏體組織，退火會形成過熱粗晶粒組織；（2）性能一般的，正火鋼的性能要比退火鋼的性能好。二、退火與正火的選擇（1）為改善組織缺陷并為淬火作好金相組織準備時：對亞共析鋼，一般選擇完全退火或正火；對碳鋼和低合金鋼且零件尺寸不太小，一般選擇正火；對過共析鋼，選擇球化退火；（2）為改善加工性能時：鋼的被切削性的最理想硬度為HB160～210；組織上看，亞共析鋼的片狀組織比球狀組織的被切削性好，共析鋼和過共析鋼的球狀組織被切削性能好，因此：低碳鋼和低碳合金鋼選用正火；中碳鋼和中碳合金鋼選用退火（完全退火或不完全退火）；零件小或薄的中碳合金結(jié)構(gòu)鋼（40CrMn、38CrMoV等）選用正火+高溫回火；共析鋼與過共析鋼選用球化退火；高合金鋼（18Cr2Ni4W等）選用軟化退火；（3）為改善冷加工變形能力時：采用軟化退火與再結(jié)晶退火，其退火溫度：碳鋼600℃，合金鋼700℃（4）為消除殘余內(nèi)應(yīng)力時：一般采用軟化退火，但退火溫度有區(qū)別：焊接結(jié)構(gòu)件采用600～650℃，已精加工的零件采用200℃零件的內(nèi)應(yīng)力消除程度與退火溫度的高低和保溫時間的長短有關(guān)；（溫度越高時間越長，越徹底）（5）為提高零件的機械性能時：只為提高機械性能的碳鋼件，采用正火；即要求一定的機械性能又要求改善切削性能的含碳量較高的鋼件，采用退火；（6）為消除化學(xué)成分不均勻性時：成分偏析不嚴重時，可退火也可正火；很嚴重時，采用擴散退火。作業(yè)：畫出共析碳鋼的TTT圖。為獲得下列組織應(yīng)選用何種冷卻方法？并在TTT圖中畫出冷卻曲線。（1）S+P；（2）全部B下；（3）M+AR；（4）T+M+AR；（5）T+B+M+AR簡述退火工藝方法的種類、目的、特點及用途；指出下列鋼種正火的主要目的及正火后的組織：（1）20鋼齒輪；（2）45鋼小軸；（3）T12鋼銼刀由于發(fā)現(xiàn)鍛軋后的GCr9SiMn軸承鋼中存在網(wǎng)狀碳化物和片狀珠光體，同時為淬火做組織準備，應(yīng)采用何種預(yù)備熱處理？并給出具體的工藝參數(shù)和工藝路線圖。

第六講：淬火工藝及鋼的淬透性提問：正火的概念及工藝規(guī)范？小而薄的40CrMn鋼零件（中碳合金結(jié)構(gòu)鋼）要改善其切削加工性能，可選擇什么熱處理工藝？第三章淬火與回火（鋼的淬火與回火是熱處理工藝中最重要的、應(yīng)用最廣泛的工序；淬火可顯著提高鋼的強度和硬度，回火即可消除淬火內(nèi)應(yīng)力又可得到強度、硬度和韌性的不同配合，因此，淬火和回火是密不可分的兩道熱處理工藝，往往作為工件的最終熱處理工藝）3-1淬火一、定義淬火：將鋼加熱到一定溫度（高于Ac3或Ac1）后，并保溫一定時間，隨后快速冷卻，使其得到不平衡狀態(tài)組織（馬氏體或下貝氏體組織）的熱處理工藝。1、臨界冷卻速度（νc）（畫書上圖3-1）上臨界速度νc：全部獲得馬氏體組織的最小冷卻速度；下臨界速度νc·：全部獲得珠光體組織的最大冷卻速度；2、淬火（獲得全部馬氏體組織）的必要條件冷速：大于上臨界速度(ν>νc)溫度：低于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（t<Ms）二、目的1、提高鋼的硬度和耐磨性2、提高綜合機械性能（強度、韌性、塑性等）3、改善鋼的特殊性能（磁鋼的高矯頑力、不銹鋼的高耐蝕性、耐熱鋼的高溫強度等）不平衡狀態(tài)組織，就是不穩(wěn)定組織，不全是馬氏體，可以有殘余奧氏體，生產(chǎn)上使用一般都需要較穩(wěn)定組織。三、分類（畫書上表9-3）3-2淬火介質(zhì)（冷卻介質(zhì)、淬火劑、冷卻劑）一、對淬火冷卻介質(zhì)的要求淬火介質(zhì)，必須要求足夠的冷卻速度，保證獲得所需要的組織和性能，但不能使工件變形及開裂。1、理想淬火介質(zhì)(畫圖3-2)根據(jù)C曲線分為三個溫度區(qū)：奧氏體穩(wěn)定區(qū)>650℃，奧氏體不穩(wěn)定區(qū)650～400℃，奧氏體較為穩(wěn)定區(qū)<400℃。理想的淬火冷卻曲線（畫圖3-3）：在鼻子上面的高溫區(qū)應(yīng)緩冷減小熱應(yīng)力，在鼻子附近須快冷防過冷奧氏體分解，而在Ms點附近應(yīng)盡量緩冷減少馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織應(yīng)力。理想淬火介質(zhì)要求（畫表3-1）2、淬火介質(zhì)的分類與要求分類：第一類：淬火時不發(fā)生物態(tài)變化（輻射、傳導(dǎo)、對流進行降溫），有熔鹽、熔堿與空氣；第二類：淬火時發(fā)生物態(tài)變化（汽化進行降溫），有水、油、水溶液。要求：（1）具有一定冷卻能力，成分穩(wěn)定不變質(zhì)、粘度小、流動性好，無毒無味，不腐蝕工件，淬火后易于清洗，來源廣、價格低。（2）相變角度上，奧氏體不穩(wěn)定區(qū)冷卻能力大，不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，馬氏體形成區(qū)冷卻能力小一些，可保證淬火后質(zhì)量。3、淬火介質(zhì)的冷卻機理（1）第一類：通過淬火介質(zhì)的自身性質(zhì)（導(dǎo)熱性、比熱、粘度、介質(zhì)溫度等）影響冷卻能力；（2）第二類：通過物態(tài)變化過程的吸熱，影響冷卻能力。第二類冷卻可分三個階段：蒸汽冷卻、沸騰冷卻、對流冷卻，要求：蒸汽冷卻不能太長，沸騰冷卻應(yīng)劇烈，對流冷卻開始溫度要高于馬氏體轉(zhuǎn)變點。4、影響因素（1）自身內(nèi)在因素：比熱、汽化熱、蒸汽壓、導(dǎo)熱性、粘度、表面張力；（2）外界因素：添加物、介質(zhì)溫度、攪拌、工件淬火溫度、工件尺寸5、淬硬能力的評定急冷度（鋼的硬化層深度）：H=α/λ，α為鋼表面與淬火介質(zhì)的熱交換系數(shù)，λ為鋼的導(dǎo)熱系數(shù)。二、常用淬火介質(zhì)1、水高溫區(qū)冷速較低，低溫區(qū)冷速很大，導(dǎo)致工件極易開裂（馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織應(yīng)力開裂）優(yōu)點：清潔、安全、廉價、不需要清洗等；缺點：只適合形狀簡單、尺寸不大的碳鋼工件。2、鹽水、堿水溶液蒸汽膜階段極短，冷卻能力大，可獲得高而均勻的硬度優(yōu)點：冷卻均勻、無軟點產(chǎn)生，淬裂傾向??；缺點：可腐蝕工件和設(shè)備、要清洗、對人體有害。3、油優(yōu)點：工件變形與開裂傾向??；缺點：粘度影響冷卻能力，只適合合金鋼和小截面的碳鋼工件（畫表9-5，常用淬火介質(zhì)的冷卻特性）

第七講：淬火方法和淬火工藝規(guī)范提問：淬火的必要條件？淬火介質(zhì)的分類及冷卻機理？3-3淬火方法工件具體情況與淬火介質(zhì)（盡量減小淬火應(yīng)力、工件變形，防止開裂），決定淬火方法。1、單液淬火（1）定義：指將加熱到淬火溫度并保溫一定時間后的工件放入一種淬火介質(zhì)連續(xù)冷卻至室溫的淬火方法。（畫圖3-16a）（2）淬火介質(zhì)：水（碳鋼）、油（合金鋼）、空氣、各種水溶性介質(zhì)（3）優(yōu)缺點：操作簡單、經(jīng)濟、易實現(xiàn)機械化、應(yīng)用最廣；但對某些形狀復(fù)雜的工件水淬易變形開裂而油淬硬度不足。2、雙液淬火（1）定義：將工件加熱到淬火溫度并保溫一定時間后，先浸入一種冷卻能力強的介質(zhì)中（使過冷奧氏體不發(fā)生向珠光體轉(zhuǎn)變），待其冷卻到稍高于Ms后立即轉(zhuǎn)入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻（使過冷奧氏體緩慢轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體）的淬火方法。（畫圖3-16b）（2）淬火介質(zhì)：水、油、空氣等；一般都是水淬+空冷+油冷。（3）優(yōu)缺點：殘余應(yīng)力小、不易變形和開裂；但對操作者技術(shù)和經(jīng)驗水平要求高，水冷時間不易控制。（4）水冷時間控制的經(jīng)驗：a、按每5-6mm有效厚度約1s計算；b、振動或水的響聲停止的一瞬間；c、工件表面變黑，再延長一倍時間。3、分級淬火（1）定義：將工件加熱到淬火溫度并保溫一定時間后，由奧氏體溫度淬入稍高于或稍低于Ms溫度的液態(tài)介質(zhì)中，并適當保溫直至工件各部分溫度達到淬火介質(zhì)的溫度，然后取出空冷至室溫，以獲得馬氏體組織的淬火方法。（畫圖3-16c）（2）淬火介質(zhì)：油、熔鹽、空氣等。（3）優(yōu)缺點：不易開裂和變形（殘余應(yīng)力小）；但尺寸穩(wěn)定性差（殘余奧氏體增多），只適合于變性要求嚴格且尺寸較小的工件。4、等溫淬火（1）定義：將工件加熱到淬火溫度并保溫一定時間后，快冷到下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)（260-400℃）等溫保持足夠時間，獲得下貝氏體組織的淬火方法。（畫圖3-16d）（2）淬火介質(zhì)：熔鹽等。（3）優(yōu)缺點：強度、硬度高，塑性、韌性好，淬火應(yīng)力小，變形?。坏贿m合于形狀復(fù)雜、尺寸較小、精度要求高的工件。3-4淬火工藝規(guī)范1、淬火加熱溫度淬火的主要工藝參數(shù)之一，根據(jù)鋼的臨界點來確定，同時還應(yīng)考慮工件的形狀尺寸、原始組織、加熱速度、冷卻介質(zhì)和冷卻方式等因素。碳鋼淬火加熱溫度范圍的一般原則：（1）亞共析鋼：Ac3+40-60℃依據(jù)：a、應(yīng)保證加熱時得到成分均勻的奧氏體；b、應(yīng)保證加熱時得到細小的奧氏體晶粒；c、盡可能低的氧化脫碳及淬火后的變形開裂傾向；d、獲得高的機械性能。原因：（根據(jù)鐵碳相圖可知）a、若加熱溫度低于Ac3，（則加熱后組織為奧氏體+鐵素體，）淬火后得到馬氏體與鐵素體的混合物，這是不完全淬火，硬度和強度較低；b、而超過Ac3溫度過高，（則奧氏體晶粒粗大）淬火后馬氏體粗大、且容易造成氧化脫碳嚴重，變形開裂傾向大，韌性不好。（2）共析鋼和過共析鋼：Ac1+40-60℃依據(jù)：a、應(yīng)保證加熱時碳或合金元素充分溶解，得到較高的硬度和耐磨性；b、應(yīng)保證加熱時奧氏體晶粒不粗大；c、獲得較高的機械性能。原因：a、溫度低于Ac1，則無法進行奧氏體轉(zhuǎn)變；b、溫度高于Acm，則碳化物溶解，馬氏體組織粗大，且氧化脫碳嚴重，殘余奧氏體增多，致使硬度和耐磨性降低；另外，脆性增加，淬火變形開裂傾向增大。（3）合金鋼：由臨界點Ac1或Ac3決定，但要考慮合金元素的作用依據(jù)：a、含有有利于碳化物形成的元素時，淬火溫度可偏高些；b、含碳、錳較高的本質(zhì)粗晶粒鋼，淬火溫度應(yīng)偏低。（4）其他情況：a、組織方面：有嚴重帶狀組織、球狀組織時，可適當提高淬火溫度；碳化物偏析嚴重、片狀組織時可適當降低淬火溫度；b、工件形狀尺寸方面：形狀簡單、尺寸較大時，可適當提高淬火溫度；形狀復(fù)雜、尺寸較小時，淬火溫度應(yīng)適當降低些；c、淬火介質(zhì)方面：油淬時取上限，水淬時取上限；d、爐型方面：鹽浴爐加熱時取下限，箱式爐加熱時取上限；e、返修工件及加熱脫碳傾向嚴重的工件，取下限；而要求紅硬性的工件，取上限。（各種不同牌號鋼的臨界點、淬火介質(zhì)、淬火溫度范圍，都可以在鋼的熱處理工藝手冊上找到，但具體的工藝參數(shù)確定，還是要根據(jù)實際生產(chǎn)和試驗確定。）2、淬火加熱時間升溫時間+保溫時間τ=α·k·Dα為加熱系數(shù)（可查）；k為裝爐修正系數(shù)（取1.5-2.0）；D為有效厚度；3、淬火介質(zhì)選擇（1）選擇油冷的情況：a、形狀簡單、要求不嚴的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、彈簧鋼、薄壁高碳鋼制件；b、45鋼、高碳鋼、低碳鋼滲碳件等的厚度小于4mm，直徑小于5mm；c、45鋼，要求HRC25-29(厚度小于50mm)，或HRC20-24（厚度小于75mm）。（2）選擇水淬的情況：a、形狀簡單，尺寸較大的45鋼或中碳鋼制件；b、形狀簡單的高碳鋼或低碳鋼滲碳件。（3）選擇堿浴、硝鹽浴的情況：a、形狀復(fù)雜、尺寸小的45鋼、高碳鋼制件，堿?。籦、形狀復(fù)雜、要求變形小的合金鋼制件，堿浴或硝鹽浴。4、冷卻方式遵循下列原則：a、細長的工件（鉆頭、絲錐、銼刀等）應(yīng)垂直淬入介質(zhì)中，否則將發(fā)生彎曲；b、薄而平的工件（圓盤銑刀等）應(yīng)立著淬入介質(zhì)中；c、薄壁環(huán)狀工件，其軸應(yīng)垂直液面淬入介質(zhì)；d、具有凹面的工件，不要使凹面向下淬入介質(zhì)中，否則凹面處會產(chǎn)生蒸汽膜。

第八講：鋼的淬透性和回火提問：淬火方法有哪些？亞共析鋼的淬火溫度可以選擇700度么，為什么？碳含量為0.8%的高碳鋼可以在920度進行淬火么，為什么？3-5鋼的淬透性（淬透性是鋼的主要熱處理工藝性能，它對合理選用材料及正確制訂熱處理工藝具有十分重要的意義）一、淬透性和淬硬性1、淬透性（1）概念：指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，是鋼的一種屬性。（2）大?。和ǔＳ靡?guī)定條件下淬火獲得淬透層的深度來表示。（3）淬透層深度：由工件表面到半馬氏體區(qū)（馬氏體和非馬氏體組織各一半的區(qū)域）的深度。（4）淬透性的好壞：由鋼的臨界冷速或過冷奧氏體的穩(wěn)定性決定。2、淬硬性（1）概念：指鋼淬火后所能達到的最高硬度，取決于馬氏體的碳含量。（2）大?。河晒ぜ挠捕戎祦肀硎?。（3）影響因素：碳含量、冷卻速度、工件尺寸、晶粒度大小等。淬透性和淬硬性之間沒有線性關(guān)系，淬透性表征工件獲得馬氏體厚度的能力，而淬硬性表征工件獲得最高硬度的能力。二、淬透性和組織、性能之間的關(guān)系（畫圖3-8）1、完全淬透：整個截面組織與性能一致，則綜合機械性能會較高；2、芯部未淬透：芯部與表面組織與性能不一致，則芯部綜合機械性能會比表面差；3、只有淺層淬透：只有表層的綜合性能好，但整體的綜合機械性能會很差。三、影響淬透性的因素：1、奧氏體化學(xué)成分：主要影響C曲線的位置和鋼的臨界冷卻速度；（冷卻速度愈小或C曲線位置右移，則奧氏體穩(wěn)定性越好，越不易轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，則越有利于形成馬氏體，則淬透性越好；2、奧氏體均勻度和奧氏體化溫度：奧氏體均勻度和奧氏體化溫度越高，越有利于鋼的淬透性；3、奧氏體晶粒度：晶粒越大，越有利于鋼的淬透性。4、奧氏體中非金屬夾雜物和穩(wěn)定碳化物：越多，則淬透性越差；（因為降低了奧氏體的穩(wěn)定性，從而增大了臨界冷卻速度，則降低了淬透性）5、原始組織：片狀、粗大、球狀的組織越有利于淬透性。四、影響硬化層厚度的因素影響淬透性的因素都會影響硬化層厚度，另外，冷卻速度、淬火介質(zhì)、工件形狀等也對硬化層厚度有影響。五、淬透性的評定標準（畫圖3-10）（評定淬透性的標準一般通常認為應(yīng)除馬氏體外，還允許含有一定百分數(shù)的非馬氏體組織）一般來說，淬透性的評定標準：表面至半馬氏體組織的距離。六、淬透性表示和測定方法1、斷口法（畫圖3-11）：試樣橫截面的硬度分布曲線，或直接測橫截面的硬化層深度；2、臨界直徑表示法：某種淬火介質(zhì)中，所能得到最大的淬透直徑，用D0來表示，D0越大，則淬透性越好。（鋼的臨界淬透直徑可查）3、末端淬火法：（畫圖9-47）普遍采用的方法半馬氏體區(qū)離試樣末端距離越大，則淬透性越好。用J（HRC/d）表示，J表示末端淬透性，d表示至水冷端距離。七、淬透性在生產(chǎn)中的應(yīng)用和意義1、應(yīng)用：a、連桿螺栓，承受均勻狡辯的拉（壓）應(yīng)力，必須保證整個截面均勻一致的組織和性能；b、承受彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的軸類，其危險應(yīng)力一般在離表面至1/4或1/3的半徑處，這個部位需要高強高韌性，其它部位承受應(yīng)力較低不需要太高的強度，特別是芯部，若完全淬透，反而會使壽命降低；c、熱鍛模，要求高強高韌，硬化層深度越高，壽命越高。d、彈簧，必須淬透，且要求全部獲得90%以上馬氏體，否則會引起彈性極限顯著降低。2、意義：a、為使用部門和機械設(shè)計人員在選擇鋼種時提供了一項重要的參考數(shù)據(jù)；b、熱處理工作者可依據(jù)鋼的淬透性決定在工藝上能否采用緩和的冷卻介質(zhì)，減少工件的熱應(yīng)力和變形開裂等缺陷；c、恰如其分的選擇具有適當淬透性的鋼種，可節(jié)約資源，降低成本，節(jié)能環(huán)保。3-6回火回火是熱處理過程中的最后一道工序，關(guān)系著工件的使用壽命。一、定義：將淬火鋼加熱至Ac1以下某一溫度并保溫一定時間后，以適當方式冷到室溫，使不穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定組織的熱處理工藝。二、目的：a、消除或減小工件的淬火應(yīng)力；b、適當降低硬度、提高塑性和韌性，得到較高的綜合機械性能；c、穩(wěn)定組織，使工件尺寸在長期使用過程中不發(fā)生變化。三、分類：1、低溫回火（150-250℃a、組織：回火馬氏體，淬火應(yīng)力部分消除，顯微裂紋大部分愈合；b、性能：保持了淬火馬氏體的高強度高硬度和良好耐磨性，又適當提高了韌性；c、冷卻方式：空冷；d、應(yīng)用：工、模、量具，滾動軸承，滲碳淬火和高頻表面淬火件等。2、中溫回火（350-500℃a、組織：回火屈氏體，淬火應(yīng)力基本消除；b、性能：具有高的彈性極限、較好的塑性和韌性；c、冷卻方式：空冷；d、應(yīng)用：彈簧鋼件和熱鍛模具淬火件等3、高溫回火（500-650℃）：（又稱“調(diào)質(zhì)”a、組織：回火索氏體；b、性能：具有良好的綜合機械性能；c、冷卻方式：水冷或油冷；d、應(yīng)用：中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車拖拉機半軸、機床主軸、齒輪等重要的機器零件。4、多次回火由于殘余奧氏體和內(nèi)應(yīng)力不能很好消除，因此需要進行多次回火；有高速鋼、高合金鋼，特別是具有回火硬化的鋼。四、回火工藝制定1、回火溫度選擇a、采用強烈淬火介質(zhì)時，取上限，分級或等溫淬火時，取下限；b、采用冷油淬火時，取下限；c、裝箱工件，取上限，不裝箱工件取下限；d、箱式回火取上限，鹽浴爐回火取下限；2、回火時間選擇空氣爐中按2-5min/mm選取，最短不低于30-40min；液體介質(zhì)中，時間可縮短50-60%的時間。3、回火注意事項：a、淬火后工件不能放到第二天才回火；（自然時效的因素）b、250-400℃（特別是300℃）是第一類回火脆性區(qū)，要盡量避免在此溫度區(qū)回火；具有第二類回火脆性的鋼材450五、時效鋼淬火冷卻到室溫后，殘余奧氏體會發(fā)生轉(zhuǎn)變而使體積膨脹，同時鋼中馬氏體會發(fā)生分解而體積收縮，從而引起鋼的變形。對于尺寸穩(wěn)定性要求高的精密工件，需要進行時效處理。（其它金屬或合金，其熱處理工藝也包括四把火，只是淬火一般稱為固溶，回火稱為人工時效）作業(yè)：何謂鋼的淬透性？淬硬性？說明影響淬透性、淬硬性和淬透層深度的因素。試述淬火的目的、淬火方法、并比較各種淬火方法的優(yōu)缺點。

第九講：感應(yīng)加熱淬火期中課堂隨考：（一個學(xué)時）一、名詞解釋（共30分，每個5分）熱處理珠光體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變軟化退火淬火淬透性二、簡答題（共70分）1、加熱溫度確定的一般原則？（10分）2、試述淬火的目的、淬火方法、并比較各種淬火方法的優(yōu)缺點。（20分）3、何謂鋼的淬透性？淬硬性？說明影響淬透性、淬硬性和淬透層深度的因素。（20分）4、Φ30×78mm的40Cr鋼鍛件要進行完全退火處理，則其完全退火工藝參數(shù)分別是多少？并畫出完全退火工藝曲線。（20分）4表面淬火表面熱處理：表面強化處理（不改變工件表面化學(xué)成分）、化學(xué)熱處理（改變工件表面化學(xué)成分）。表面淬火：將工件表面快速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，僅使表面層獲得淬火組織，而芯部仍然保持淬火前組織（調(diào)質(zhì)或正火組織）的熱處理方法。優(yōu)點：工藝簡單、變形小、生產(chǎn)率高等。缺點：設(shè)備費用昂貴、不適用于單件生產(chǎn)。分類：按供給表面能量形式的不同而分：感應(yīng)加熱淬火、火焰加熱淬火、電接觸加熱淬火、電解液加熱淬火、激光加熱淬火、電子束加熱淬火、等等。表面淬火用材料：一般為0.35%-0.50%C的中碳鋼，如45#、40Cr鋼等4-1感應(yīng)加熱表面淬火（高頻淬火）利用電磁感應(yīng)原理進行加熱按設(shè)備產(chǎn)生頻率不同可分為高頻（100-1000kHz）：常用200-300kHz，可獲硬化層深度0.5-2mm，主要用于中小模數(shù)齒輪和小軸的表面淬火，電源設(shè)備為電子管式高頻發(fā)生器；中頻（1-10kHz）：常用2.5-8kHz，可獲3-6mm深硬化層，主要用于要求淬硬層較深的零件，如曲軸、凸輪軸、大中模數(shù)齒輪，較大尺寸軸及鋼軌等，電源設(shè)備為中頻發(fā)電機或可控硅中頻發(fā)生器；工頻（50Hz）：硬化層深度10-15mm以上，適用于大直徑鋼材的穿透加熱及要求淬硬層深的大工件，如軋輥等，不需要變頻設(shè)備。一、優(yōu)點：（1）內(nèi)熱源直接加熱、加熱速度快、熱效率高、節(jié)能顯著；（2）只加熱工件表面，變形?。唬?）加熱時間短、氧化脫碳少‘（4）表面硬度高，缺口敏感性小，疲勞強度、耐磨性有較大提高；（5）可用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼代替合金結(jié)構(gòu)鋼；（6）不僅應(yīng)用于工件表面和內(nèi)孔，還可以應(yīng)用于工件穿透加熱與化學(xué)熱處理；（7）設(shè)備緊湊、使用簡便、勞動條件好；（8）易于在加工生產(chǎn)線中，對加熱過程進行精確控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。二、感應(yīng)加熱原理（畫圖9-48）將工件置于銅管制成的感應(yīng)圈中，向感應(yīng)圈通以一定頻率的交變電流，其周圍即產(chǎn)生與電流變化頻率相同的交變磁場，則工件內(nèi)產(chǎn)生與感應(yīng)圈頻率相同而方向相反的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流沿工件表面自成回路，將電能轉(zhuǎn)化成熱能，使工件加熱。這些自成回路的感應(yīng)電流稱為渦流，在被加熱工件中的分布由表及里呈指數(shù)規(guī)律衰減，主要集中在工件表層，內(nèi)部幾乎沒有，此現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。感應(yīng)加熱淬火：利用感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)，迅速加熱工件表面層至淬火溫度，立即噴液或浸液冷卻使工件表面淬火。通入感應(yīng)圈的電流頻率越高，感應(yīng)渦流的集膚效應(yīng)越強烈，故電流透入深度越薄，淬硬層深度也越薄。δ=（500-600）/f1/2三、對相變的影響（加熱時間僅幾秒或十幾秒就達到淬火溫度，對相變有一定影響）1、對加熱相變影響a、奧氏體形成——提高加熱速度，使相變點Ac1、Ac3、Acm都升高；（因短時間內(nèi)到達理論相變點溫度后，其內(nèi)部由于擴散不及時，不能有效進行奧氏體形核，則迫使相變點升高溫度，才能獲取更大的能量形核長大。）b、奧氏體均勻化——提高加熱速度，奧氏體相變溫度Ac1升c、奧氏體晶粒大小——提高加熱速度，奧氏體晶粒變細；（類似于提高冷卻速度，凝固組織越細?。?、對冷卻相變影響加熱速度快，奧氏體成分不均勻、存在未溶碳化物與高碳偏聚區(qū)（相當于熔體內(nèi)有異質(zhì)點和成分過冷，則很容易形核），則很不穩(wěn)定，c曲線左移，很容易發(fā)生相變；高碳區(qū)的奧氏體容易轉(zhuǎn)變成高碳針片狀馬氏體，低碳區(qū)的奧氏體容易形成低碳板條狀馬氏體。3、對回火相變影響由于馬氏體成分不均勻性較大，容易發(fā)生轉(zhuǎn)變，因此回火溫度不宜偏高，要偏低。

第十講：表面感應(yīng)淬火提問：a、表面熱處理分為哪幾類？激光加熱淬火屬于哪類？b、現(xiàn)有一個小模數(shù)的齒輪，需要進行1mm深的表面強化熱處理，應(yīng)采用什么熱處理手段？四、高頻淬火后的組織與性能1、組織（畫圖4-7）分為三個區(qū)：第Ⅰ區(qū)（完全淬火層）：溫度高于Ac3，全部馬氏體組織；第Ⅱ區(qū)（過渡層）：溫度在Ac3～Ac,1之間，馬氏體+未溶鐵素體；第Ⅲ區(qū)：溫度在Ac,1以下，珠光體（或珠光體+鐵素體）。（如果加熱層較深，在硬化層中還可出現(xiàn)：馬氏體+貝氏體、或馬氏體+貝氏體+屈氏體+少量鐵素體）2、硬化層的測量硬度法、斷口法、金相法、腐蝕法3、性能（1）硬度：比普通淬火后硬度高2-3個HRC；（2）耐磨性：比普通淬火件的耐磨性高，但比滲碳淬火件要低；（3）疲勞強度：顯著提高工件的疲勞強度。五、工藝1、頻率的選擇根據(jù)工件的尺寸和硬化層厚度要求，選擇電流頻率。頻率越高，透入深度越淺；反之越深。硬化層厚度應(yīng)小于透入層厚度，最好為透入層厚度的一半。2、單位表面功率（比功率ΔP）（可通過查表獲得）比功率大小決定了加熱速度的快慢與加熱溫度的高低；工件加熱所需功率為：P1=ΔP·FcFc為工件淬火加熱面積3、加熱溫度與加熱速度加熱速度提高，則加熱溫度也要相應(yīng)提高4、加熱時間一般利用圖表來確定；5、移動速度工件的移動速度與一次淬火的加熱時間相當；加熱功率確定時，移動速度越慢，淬火溫度越高，硬化層越厚；6、淬火冷卻介質(zhì)一般為水，也可用乳化液；冷卻方式為水噴，壓力為0.1-0.3Mpa（不能太高，否則會淬裂），水溫為15-30℃（超過30℃不易淬硬）；冷卻時間為1-2倍的高頻淬火加熱時間；連續(xù)淬火時，一般在加熱結(jié)束后2-10s內(nèi)停止冷卻。7、高頻淬火質(zhì)量評定（1）金相組織與硬度金相組織分10級：1-2級為過熱粗針馬氏體；3級為略有過熱的中等針狀馬氏體；4-5級為細針馬氏體；6級為隱晶馬氏體；7級為碳濃度分布不均勻的隱晶馬氏體；8級為加熱不足的馬氏體、屈氏體和少量鐵素體；9-10級為不完全淬火的馬氏體和大量鐵素體。高頻淬火工件以4-6級為理想組織。硬度：根據(jù)設(shè)計要求。（2）硬化層測定a、從表面測量至50%M+50%T處；b、從表面測量至20%鐵素體處；等等8、影響高頻淬火質(zhì)量因素（1）化學(xué)成分：主要涉及到碳含量，要嚴格控制；（比如40Cr鋼為0.37%-0.42%C、45鋼為0.42%-0.47%C）（2）原始組織：要求細小、均勻；（3）表面脫碳與過熱：表面脫碳會硬度值降低，過熱會產(chǎn)生粗針馬氏體和大量殘余奧氏體。9、提高高頻淬火件性能及精度的措施（1）合理確定硬化層厚度與分布；（2）原始組織應(yīng)采用正火或調(diào)質(zhì)處理；（3）合理設(shè)計感應(yīng)器；（保證加熱和冷卻均勻）六、回火工藝目的：消除內(nèi)應(yīng)力、消除脆性，保持高硬度和高耐磨性。（1）爐內(nèi)回火；（2）自行回火；（利用工件高頻淬火后的余熱）（3）高頻回火；（4）高頻淬火件要立即回火；（可穩(wěn)定組織、消除內(nèi)應(yīng)力）4-2火焰表面淬火1、定義：將工件置于可燃氣體產(chǎn)生的火焰中加熱到奧氏體化溫度，經(jīng)水或水溶液冷卻，獲得一定硬度和硬化層厚度的一種表面淬火方法；2、優(yōu)點：對各種形狀與尺寸工件表面進行局部淬火，設(shè)備簡單、使用方便，成本低廉、無氧化脫碳、變形小、淬火后表面清潔；3、缺點：淬火溫度不易控制，易過熱，硬化層厚度不易控制。4-3電解液加熱表面淬火1、優(yōu)點：可對工件進行局部淬火，工藝及設(shè)備簡單、變形小、成本低廉、無氧化脫碳等；2、缺點：溫度不易控制，易過熱或熔化。作業(yè)：淬火加熱溫度的選取原則？影響高頻淬火件質(zhì)量的因素有哪些？提高措施有哪些？高頻感應(yīng)淬火后，工件的組織分布如何？其性能又有哪些變化？

第十一講：化學(xué)熱處理提問：高頻淬火后的組織分為幾個區(qū)？高頻淬火件的理想組織應(yīng)該為多少級？提高高頻淬火件性能及精度的措施有哪些？5化學(xué)熱處理5-1概述一、定義：將工件放在活性介質(zhì)中加熱到一定溫度，使工件表面與周圍介質(zhì)起化學(xué)作用，工件表面的化學(xué)成分發(fā)生變化，隨之改變其金相組織與性能的一種熱處理工藝。作用：強化表面、保護表面特點：a、表面化學(xué)成分發(fā)生改變；b、既有各種物理化學(xué)過程，又有復(fù)雜的冶金過程（滲層與金屬基體緊密結(jié)合）；c、滲層與金屬基體間無明顯的分界面，兩者的組織、成分與性能呈梯度變化；（與電鍍及磷化或氧化處理的區(qū)別）二、分類廣義上分：表面擴散滲入、表面合金復(fù)層滲入元素分：非金屬滲入、金屬滲入；單元滲入、多元滲入；（畫表5-1）滲入元素對鋼表面性能的作用：a、提高表面硬度、耐磨性；b、提高抗咬合、抗擦傷能力；c、提高抗氧化性、抗蝕性。（畫表5-2）5-2化學(xué)熱處理的基本過程分解、吸收、擴散一、分解過程：滲劑發(fā)生分解反應(yīng)例如：滲碳劑的分解2CO→CO2+[C]CH4→2H2+[C]滲氮劑的分解2NH3→3H2+2[C]（活性原子：指那些在一定化學(xué)反應(yīng)中剛產(chǎn)生的，以原子狀態(tài)存在的元素。）滲劑中分解出活性原子的速度，與滲劑的性質(zhì)、數(shù)量、分解溫度以及有無催化劑有關(guān)。二、吸收過程：活性原子被鋼件表面吸收吸收方式：溶解、形成化合物例如：[C]向奧氏體中溶解，[N]向鐵素體中溶解；若達到飽和，則形成碳化物或氮化物；一般來說，金屬滲入元素與鐵形成置換固溶體，非金屬滲入元素溶于鐵中形成間隙固溶體。吸收過程的強弱與活性介質(zhì)的分解速度、滲入元素的性質(zhì)、擴散速度、鋼的成分及其表面狀態(tài)有關(guān)。三、擴散過程：滲入原子由表面向內(nèi)部擴散，并形成一定厚度的擴散層擴散速度與濃度梯度、溫度、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、滲入元素性質(zhì)等因素有關(guān)。三個過程互相制約，分解是前提，擴散是關(guān)鍵。滲層深度與溫度、時間、表面濃度有關(guān)。5-3滲層的形成過程與結(jié)構(gòu)一、多相滲層的形成過程（畫圖5-2、5-3）提高滲層最外層的濃度梯度，是加速化學(xué)熱處理的一個重要途徑。而要達到高的濃度梯度，必須提供高濃度的爐氣和潔凈的活性表面。二、滲層的組織結(jié)構(gòu)1、溫度的影響（畫圖5-4）溫度越高，則α固溶體層越厚；2、冷卻速度的影響（畫圖5-5）緩冷，有助于滲入元素繼續(xù)向工件內(nèi)部擴散。5-4滲碳理想滲碳工藝必須滿足的要求：1）表層獲得所要求的碳含量；一般要求的范圍為0.8%-1.05%。耐磨要求取上限，強韌要求取下限。（亞共析成分時，耐磨性和硬度不理想；高于1.05%時，易形成網(wǎng)狀或塊狀碳化物，脆性大，容易剝落；而在此范圍內(nèi)，經(jīng)淬火和低溫回火后滲層組織為馬氏體+細小碳化物，高硬度、高耐磨性。）2）合適的滲碳層厚度；一般機械零件滲碳層厚度在0.5-2.0mm范圍內(nèi)。（與工件大小和服役條件有關(guān)）3）平緩的濃度梯度；（陡峭的濃度梯度易發(fā)生應(yīng)力集中而斷裂）4）盡可能短的滲碳時間及穩(wěn)定的滲碳質(zhì)量。滲碳質(zhì)量決定于滲碳層厚度、表面碳濃度及理想的濃度分布。滲碳溫度：要高于Ac3，一般在900～940℃范圍，且有提高的趨勢，為了減少生產(chǎn)時間。滲碳時間：與滲層厚度呈拋物線關(guān)系，時間越長，厚度越大。δ=Kτ1/2一、氣體滲碳——目前應(yīng)用最廣泛的一種滲碳方法1、優(yōu)點：生產(chǎn)周期短（約為固體滲碳周期的一半）、質(zhì)量均勻、易于控制、操作方便。2、設(shè)備：井式爐（RJJ型）（最普遍應(yīng)用的一種爐子）3、滲劑：煤油、醇類、酮類（直接滴入爐內(nèi)熱烈分解而獲得滲碳氣氛）滲劑選擇要滿足下列條件：a、產(chǎn)氣量高；b、產(chǎn)生的炭黑少；c、含硫量低。（1）煤油：可分解出極強滲碳作用的碳氫化合物（如CH4、C3H8），但容易形成炭黑和焦油；（2）甲醇或乙醇：不易產(chǎn)生活性碳原子，一般作為稀釋劑或排氣劑；（3）丙酮：較多量活性碳原子，滲碳能力強，且清潔環(huán)保。4、排氣工藝：在重新裝入滲碳件后，需要滴入排氣劑或滲碳劑，排出爐內(nèi)的O2、H2O、CO2等氧化性氣體。5、滲碳工藝：（1）一段滲碳法：操作簡單、但滲碳層濃度、梯度及生產(chǎn)周期不理想；（2）分段滲碳法：強滲階段和擴散階段（畫圖5-11）

第十二講：滲碳提問：化學(xué)熱處理的定義、特點及分類？化學(xué)熱處理的基本過程？滲層的組織結(jié)構(gòu)主要由什么來決定？二、液體滲碳1、缺點：高溫揮發(fā)、有毒、管理保存不便、成本高、污染環(huán)境。2、設(shè)備：鹽浴爐3、滲劑：a、氰化物鹽?。ㄓ卸?、已被禁止）；b、“603”鹽?。?%Na2CO3+15%KCl+10%NaCl+20%（NH2）2c、中性鹽：35%K2CO3（或Na2CO3）+25%KCl+25%NaCl+15%SiC（或木炭、粉或石墨）4、工藝：（1）“603”液體滲碳：a、滲碳溫度920～940℃；b、裝爐量為鹽浴總量的50-70%；c、（2）無毒液體滲碳（中性鹽浴）：a、滲碳溫度1000℃；b、滲碳時間4h；c、滲層厚度1.5mm三、固體滲碳1、本質(zhì)：依靠CO氣氛進行滲碳2、設(shè)備：滲碳箱（裝有固體滲碳劑的箱子）、加熱爐3、滲劑：能產(chǎn)生活性碳原子的固體物質(zhì)（木炭、焦炭、鋸木屑等）+催化劑（BaCO3、Na2CO3等）4、非滲碳部位防止?jié)B碳方法：a、鍍銅；b、涂膏劑；c、滲碳厚度2倍的加工余量（這里可以提問學(xué)生，為何要2倍以上，不能1倍或3倍。主要從滲碳厚度的計算角度考慮）。四、滲碳件的熱處理1、鋼滲碳后的緩冷組織a、一般來說，表面碳含量大于0.8%時，表面組織為：Fe3CⅡb、若碳含量大于1.1%時，則Fe3CⅡc、若碳含量很高，超過奧氏體的最大碳含量（2.11%，這里可以提問學(xué)生），則出現(xiàn)嚴重的網(wǎng)狀滲碳體外，還可能出現(xiàn)大塊狀的滲碳體；而在合金滲碳鋼中，不會出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體，出現(xiàn)顆粒狀或大塊狀碳化物。2、滲碳件熱處理需滿足要求：（1）合理的滲層金相組織；（不允許網(wǎng)狀碳化物，殘余奧氏體應(yīng)少，表面硬度不低于HRC58）（2）足夠的心部強度，HRC38-45；（不允許有大量鐵素體，重要工件不允許淬火后有未溶解鐵素體）（3）表面層只允許有極少量局部脫碳發(fā)生；（4）盡可能較少熱處理后的變形。工藝：（1）直接淬火法（畫圖5-12）a、優(yōu)點：方便、節(jié)能、生產(chǎn)率高、脫碳少、變形小；b、缺點：淬火溫度較高，晶粒較粗大，表層殘余奧氏體量增多，容易變形和表層硬度降低，無法消除表面嚴重的網(wǎng)狀碳化物組織。c、生產(chǎn)上很少使用直接淬火法，一般采用預(yù)冷后淬火法（降溫到略高于Ar3，然后淬火，如圖5-12）d、預(yù)冷后淬火法，是氣體滲碳連續(xù)作業(yè)爐的生產(chǎn)上廣泛采用的熱處理方法。e、由于此法晶粒容易粗大，僅適用于本質(zhì)細晶粒鋼。（2）一次淬火法（畫圖5-13）a、優(yōu)點：與直接淬火法相同，適用于細晶粒鋼；b、缺點：淬火溫度高，表面殘余奧氏體量大，無法消除表面嚴重的網(wǎng)狀碳化物組織。（3）兩次淬火法（畫圖5-14）a、缺點：工藝復(fù)雜、工件易變形、易氧化脫碳、周期長、成本高；b、第一次淬火作用細化芯部晶粒，消除表面網(wǎng)狀碳化物，第二次淬火作用細化表層晶粒；c、僅適用于為了消除網(wǎng)狀碳化物而采用的熱處理工藝。3、滲碳層厚度測定方法斷口目測法（工廠爐前使用）、金相測定法（日常檢驗使用）、剝層化學(xué)分析法（科學(xué)研究使用）五、缺陷及防止1、大塊狀或網(wǎng)狀碳化物防止：嚴格控制表面碳濃度；消除：適當提高淬火溫度、兩次淬火、正火+淬火、高溫回火2、滲碳層過厚或太薄防止：嚴格控制工藝參數(shù)；消除：太薄可通過補滲3、滲碳層不均勻清洗工件表面、工件裝爐合理布置、定期清理爐內(nèi)積碳等措施防止4、淬火硬度不足滲碳層濃度偏低造成的，可通過嚴格控制工藝參數(shù)及工藝過程防止；熱處理工藝不合理造成的，可通過嚴格選擇和控制淬火溫度進行防止5、心部硬度過高或不足硬度不足：提高淬火溫度，使鐵素體完全溶解；硬度過高：適當降低淬火溫度。6、表面氧化與腐蝕清潔工件表面、提純滲碳劑、烘干滲碳劑等措施防止

第十三講：滲氮及碳氮共滲提問：固體、液體、氣體滲碳三種工藝相比較而言，哪種滲碳速度最快？哪種滲層碳濃度分布最均勻？滲碳件熱處理需要滿足的要求？為了消除氣體滲碳件滲層的網(wǎng)狀碳化物，能否采用一次淬火法？5-5滲氮（氮化）一、概述1、定義：將氮滲入鋼件表面層的化學(xué)熱處理。2、鋼件滲氮后特點：（1）表面硬度高，熱硬性和熱穩(wěn)定性好（如在600℃左右能維持高硬度和高力學(xué)性能），耐磨性好；（2）變形小（因為滲氮溫度低，500-700℃）；（3）疲勞強度可提高25%-30%，高頻淬火后，更可提高50%；（4）耐腐蝕能力大大提高；（5）不再熱處理；3、缺點：工藝時間長、成本高、滲氮層薄而脆3、滲氮過程：NH3分解、活性N原子的吸收、N原子的擴散氨氣的分解是個可逆過程：，同時4、氨分解率（對滲層的質(zhì)量有影響）、氮原子吸收率（對滲氮時間有影響）二、Fe-N相圖與組織（畫圖5-15）三、滲氮用鋼一般只選擇滲氮鋼（高合金鋼38CrMoAl等，合金元素與N形成的合金氮化物性能高），不選擇碳鋼（碳鋼不能獲得高硬度和高耐磨性，形成的氮化物不穩(wěn)定，高溫易分解和聚集粗化）四、滲碳工藝1、工藝路線：下料→鍛造→正火→粗車→調(diào)質(zhì)→半精車→穩(wěn)定處理→粗磨→時效→半精磨→不滲氮部位防護處理→滲氮→精磨→研磨→裝配（提問與滲碳工藝的區(qū)別在那里？）2、滲氮前處理1）調(diào)質(zhì)處理：改善工件機械加工性能，獲得均勻的回火索氏體組織；回火溫度越高，工件硬度越低，基體組織碳化物彌散度越小，氮原子越容易滲入。2）穩(wěn)定處理及時效：都是為了徹底消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減小變形；穩(wěn)定處理溫度要低于回火溫度，時效溫度要低于穩(wěn)定處理溫度，且時間都要很長。（如T4280坐標鏜床主軸，38CrMoAlA鋼，調(diào)質(zhì)回火溫度為650-670℃，2.5h，穩(wěn)定處理溫度為620-640℃，10h，而時效處理為180-2003、滲氮1）等溫滲氮（一級滲氮、一段滲氮）（畫圖5-16）a、一般溫度為480-530℃b、溫度低、周期長、滲層較淺；c、應(yīng)用于尺寸精密、硬度高的工件。2）二段滲氮（二級滲氮）——目前應(yīng)用最廣泛的滲氮工藝（畫圖5-17）a、第一段溫度較低，為了獲得高彌散度、高硬度的合金氮化物；b、第二段溫度較高，增加擴散速度，縮短滲氮時間；3）三段滲氮（三級滲氮）：第二段滲氮溫度比二段滲氮的溫度高，所以滲氮速度快同一滲氮厚度，等溫滲氮所花時間最長，二段滲氮可節(jié)省15%的時間，三段滲氮可節(jié)省50%的時間。五、影響滲氮質(zhì)量的因素1、滲氮溫度：要適中，太高或太低都不利于獲得理想滲層性能；2、滲氮時間：一般不超過100h，再增加對滲層厚度和性能影響不大；3、氨分解率：分解率要適中，太低或太高會影響滲層氮濃度和性能，過高會降低硬度；4、工件的變形：變形后很難校直。六、滲氮后質(zhì)量檢查1、厚度檢查：金相法、斷口法2、硬度檢查：輕型洛氏硬度計（HRN）、維氏硬度計（HV）3、脆性檢查：根據(jù)維氏硬度計壓頭的棱錐在工件表面上的壓痕形狀，分為四級1級-不脆，壓痕邊緣完整無缺；2級-略脆，壓痕邊緣有輕微崩碎；3級-脆，壓痕邊緣崩碎較大；4級-極脆，壓痕邊緣嚴重脆裂。七、性能1、硬度和耐磨性：硬度比滲碳件高很多，耐磨性大大優(yōu)于滲碳件（磨損僅為滲碳件的1/4）；2、紅硬性：600℃以下，高溫硬度幾乎不變，但即使超過900℃，硬度也不會低于未滲氮的硬度；3、疲勞性能：滲氮層內(nèi)形成的壓應(yīng)力，使抗疲勞能力增強，滲層越厚，則抗疲勞能力越好；4、耐腐蝕性能：除了海水、酸性介質(zhì)中腐蝕性能不好外，在其它介質(zhì)中的耐腐蝕性能十分優(yōu)良。5-6氮碳共滲（軟氮化）（液體氮碳工藝有毒被限制）氣體氮碳工藝較為普遍，溫度較低（500-600℃），滲氮為主、滲碳為輔5-7碳氮共滲（液體碳氮共滲工藝有毒被限制）氣體碳氮共滲較為普遍，低溫時（520-580℃）相當于氮碳共滲，高溫（790-930兼具滲碳工藝（滲層硬度分布曲線較平緩而能承受較大的工作負荷）和滲氮工藝（高硬度、優(yōu)異耐磨性、低溫、周期短等）的優(yōu)點5-8滲硼為了獲得高硬度、良好的抗蝕性（硫酸、鹽酸和堿中，但硝酸不耐腐蝕）5-9滲鉻為了獲得抗氧化性、耐蝕性（耐酸、耐堿、耐熱）5-10滲鋁為了獲得高溫抗氧化性

第十四講：熱處理工藝設(shè)計提問：滲氮工藝的特點及缺點？滲氮前要進行哪些工序？滲氮工藝有哪幾種？為何要分段滲氮？碳氮共滲工藝以滲什么元素為主？6熱處理工藝設(shè)計a、熱處理工藝設(shè)計考慮：可靠性、安全性、再現(xiàn)性、經(jīng)濟性。b、熱處理工藝設(shè)計的主要任務(wù)是：決定工件的幾何形狀與加工精度，提出工件服役條件下所要求各種性能及滿足性能要求應(yīng)選用的材料，確定適當?shù)幕炯庸ぢ肪€，并考慮到在生產(chǎn)準備與制造時的經(jīng)濟性和方便性。c、設(shè)計應(yīng)根據(jù)：工件要求、技術(shù)條件、工廠規(guī)模、產(chǎn)品特點、產(chǎn)品失效形式、現(xiàn)場條件等，確定熱處理設(shè)備，以達到提高工件質(zhì)量、便于管理、降低成本。6-1熱處理件結(jié)構(gòu)形狀要求一、設(shè)計1、避免應(yīng)力集中：（畫圖8-1）1）界面急劇變化的工件（淬火時產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力，引起變形或開裂），采用平滑過渡或圓弧過渡；2）外形尖銳、尖角的工件（淬裂的策源地），用圓弧代替尖角；3）工件的孔或模具型腔，孔之間應(yīng)有一定距離。2、盡量簡單、均衡、規(guī)則、對稱（畫圖8-2）：1）球形優(yōu)于立方體、長方體，圓柱體優(yōu)于圓錐體，圓形截面優(yōu)于橢圓形截面，方形截面優(yōu)于矩形截面；2）盡可能的把各種功能孔的尺寸與位置布置成均衡對稱；3）輔助孔不應(yīng)位于交叉刃口的延長線上，更不應(yīng)靠近小銳角；（畫圖8-3）4）盲孔盡可能改為通孔；3、防止降低工件機械強度：工件薄壁或者性能最差部位，盡可能通過選材和工藝規(guī)范防止性能降低；4、充分考慮熱處理工藝性：淬透性、淬硬性、變形和開裂傾向、過熱敏感性、氧化脫碳敏感性等工藝指標與材料選擇、成本控制、生產(chǎn)周期、出現(xiàn)廢品的情況有關(guān)；二、設(shè)計中的實際措施（由于形狀和尺寸各異，不可能遵循以上設(shè)計原則）（1）設(shè)計成合理形狀，淬硬后再磨去不必要部位；（2）非對稱形狀的工件，可在不重要位置或具有加工余量位置采用加工工藝孔等措施改善散熱條件；（3）大型形狀復(fù)雜工件，可采用拼鑲結(jié)構(gòu)，解決加工難、熱處理難；（4）刻字、印痕的位置應(yīng)離應(yīng)力集中程度高的孔盡量遠。6-2正確選擇工件材料一、選材原則：（1）機械性能、物理性能、化學(xué)性能應(yīng)滿足工件的服役條件要求；（2）應(yīng)具有良好的加工工藝性能（如鍛造、切削、變形淬裂危險性小等）；（3）經(jīng)濟性好（來源廣泛、價格低、成品率高、管理方便等），工件壽命長。二、滿足服役條件要求：服役條件（拉伸負荷、往復(fù)負荷、彈性變形、沖擊負荷、磨損）、失效分析三、具有良好的加工工藝性能：(冷加工工藝、熱加工工藝)重選或修改重選或修改初選材料制定加工工藝路線提出對材料的工藝性能要求綜合比較初選材料確定材料不合格四、選材方法：1、承受拉伸沖擊多種負荷時（要求高強度、高韌性），選質(zhì)量效應(yīng)小、淬透性好的鋼，如合金鋼；若要求精度高、變形小，則選用油淬鋼（合金鋼），不選水淬鋼（碳鋼）；在滿足使用性能的前提下，盡量選用低含碳量的鋼（低碳鋼的塑性和韌性比高碳鋼要好）；2、承受交變負荷時，要考慮材料的強度、韌性、抗疲勞強度，還要考慮工件表面粗糙度、凹槽、螺紋、棱角、材質(zhì)、組織、內(nèi)部缺陷等等；3、承受沖擊負荷時，要考慮碳含量或合金元素含量、回火組織、晶粒度等；4、承受摩擦磨損時，主要考慮碳、氮元素的表面含量及淬火組織；（滑動摩擦?xí)r中低碳鋼，滾動摩擦?xí)r軸承鋼）5、表面硬化處理工件，要考慮材料成分、硬化層厚度、冷卻速度、芯部硬度等因素；6-3工藝設(shè)計包括：工藝在整個工件加工制造過程中的位置、工藝選擇、工藝規(guī)程的擬定一、位置：（畫圖8-5）性能要求不高、要求較高的一般工件、要求較高的精密工件二、工藝選擇：1、熱處理技術(shù)條件：需要考慮材料，組織，硬化層、滲碳層、滲氮層的厚度，機械性能（抗拉性能指標、沖擊性能指標、硬度指標這三個指標來衡量）；2、工藝性考慮：先進性、可行性、經(jīng)濟性3、工廠生產(chǎn)條件和生產(chǎn)類型4、節(jié)能環(huán)保要求三、金相組織：在滿足使用性能的條件下，盡量控制工件的組織使晶界斷裂轉(zhuǎn)化為晶內(nèi)斷裂（如下貝氏體、馬氏體）四、熱處理工藝規(guī)程擬定1、保證質(zhì)量節(jié)約成本；2、選擇合適的熱處理工藝；3、選擇合理的加熱與冷卻方法；4、力求優(yōu)化各工序，避免重復(fù)；5、確定工藝間的質(zhì)量檢查和控制方法，及其使用的設(shè)備。6-4熱處理工藝在加工工藝中的地位預(yù)先熱處理、冷熱加工配合6-5設(shè)計思路及效果評定思路：采用節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)和設(shè)備；評定：達到技術(shù)要求、質(zhì)量穩(wěn)定、經(jīng)濟效益明顯等

第十五講：熱處理設(shè)備提問：熱處理工藝設(shè)計的主要任務(wù)？工件材料的選取原則？熱處理工藝規(guī)程擬定需要主要的問題？7熱處理設(shè)備7-1傳熱理論：傳導(dǎo)傳熱、對流傳熱、輻射傳熱（閱讀加熱爐或者材料熱傳輸原理相關(guān)知識）7-2筑爐材料包括：耐火材料、隔熱材料、爐外和爐內(nèi)