工程材料 第4章 鋼的熱處理-part2

5.7鋼的回火回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。一、回火的目的1、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力,防止變形或開裂.2、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。螺桿表面的淬火裂紋3、穩(wěn)定尺寸。淬火M和A’都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒筂與A’轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時變形。4、對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進行回火。二、鋼在回火時的轉(zhuǎn)變淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段。隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個階段變化。網(wǎng)帶式回火電爐㈠回火時組織轉(zhuǎn)變1、馬氏體的分解

100℃回火時，鋼的組織無變化。100-200℃加熱時，馬氏體將發(fā)生分解,從馬氏體中析出

-碳化物(

-FeXC)，使馬氏體過飽和度降低。析出的碳化物以細片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體，用M回表示。透射電鏡下的回火馬氏體形貌回火馬氏體在光鏡下M回為黑色，A’為白色。

0.2%C時，不析出碳化物。只發(fā)生碳在位錯附近的偏聚。2、殘余奧氏體分解200-300℃時,由于馬氏體分解，奧氏體所受的壓力下降,Ms上升，A’分解為

-碳化物和過飽和鐵素體，即M回。分,內(nèi)應(yīng)力大量消除，M回轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細粒狀Fe3C組織，稱回火托氏體，用T回表示。發(fā)生于250-400℃，此時，

-碳化物溶解于F中，并從鐵素體中析出Fe3C。到350℃,馬氏體含碳量降到鐵素體平衡成回火托氏體3、

-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C回火索氏體4、Fe3C聚集長大和鐵素體多邊形化400℃以上,Fe3C開始聚集長大。450℃以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅?這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體，用S回表示。淬火鋼硬度隨回火溫度的變化40鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系㈡回火時的性能變化回火時力學(xué)性能變化總的趨勢是隨回火溫度提高，鋼的強度、硬度下降，塑性、韌性提高。200℃以下，由于馬氏體中碳化物的彌散析出，鋼的硬度并不下降，高碳鋼硬度甚至略有提高。200-300℃，由于高碳鋼中A’轉(zhuǎn)變?yōu)镸回,硬度再次升高。大于300℃,由于Fe3C粗化，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體,硬度直線下降。三、回火脆性淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。在某些溫度范圍內(nèi)回火時，會出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱回火脆性。

1、第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在250-350℃回火時出現(xiàn)的脆性。這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會出現(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法?；鼗饡r應(yīng)避開這一溫度范圍。2、第二類回火脆性又稱可逆回火脆性。是指淬火鋼在500-650℃范圍內(nèi)回火后緩冷時出現(xiàn)的脆性.回火后快冷不出現(xiàn)，是可逆的。防止辦法：⑴回火后快冷。⑵加入合金元素W(約1%)、Mo(約0.5%)。該法更適用于大截面的零部件。四、回火種類根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類。淬火加高溫回火的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理，簡稱調(diào)質(zhì).廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強度同時，具有良好的塑性和韌性。

提高

e及

s，同時使工件具有一定韌性。在保留高硬度、高耐磨性的同時，降低內(nèi)應(yīng)力。

回火目的S回

T回

M回

回火組織500-650℃350-500℃150-250℃回火溫度高溫回火中溫回火低溫回火適用于彈簧熱處理彈簧熱處理5.8鋼的表面淬火表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進行淬火以強化零件表面的熱處理方法?；鹧婕訜岣袘?yīng)加熱表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限;②心部在保持一定的強度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。軸的感應(yīng)加熱表面淬火1、表面淬火用材料⑴0.4-0.5%C的中碳鋼。含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過高，心部韌性下降；⑵鑄鐵提高其表面耐磨性。機床導(dǎo)軌表面淬火齒輪2、預(yù)備熱處理⑴工藝：對于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火。調(diào)質(zhì)性能高，用于要求高的重要件，正火用于要求不高的普通件。⑵目的:①為表面淬火作組織準(zhǔn)備；②獲得最終心部組織。回火索氏體索氏體3、表面淬火后的回火采用低溫回火，溫度不高于200℃。回火目的為降低內(nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨。4、表面淬火+低溫回火后的組織表層組織為M回；心部組織為S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)。感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)淬火機床感應(yīng)加熱表面淬火示意圖5、表面淬火常用加熱方法⑴感應(yīng)加熱:利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。高頻感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱分為：①高頻感應(yīng)加熱頻率為100-1000KHz，淬硬層深度0.2-2mm應(yīng)用：中小型齒輪、軸傳動軸連續(xù)淬火感應(yīng)器感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖②中頻感應(yīng)加熱頻率為0.5-10kHz，淬硬層深度2-8mm。應(yīng)用：大中型齒輪、軸各種感應(yīng)器中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機車凸輪軸③工頻感應(yīng)加熱頻率為50Hz,淬硬層深度10-15mm應(yīng)用：大型零件各種感應(yīng)器感應(yīng)穿透加熱特點：淬火質(zhì)量好，表層組織細，硬度高，脆性小，生產(chǎn)頻率高，便于自動化。設(shè)備昂貴⑵火焰加熱:利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。方法簡單，無特殊設(shè)備，適用于單件，小批量生產(chǎn)操作熟練火焰加熱表面淬火示意圖火焰加熱表面淬火⑶激光熱處理:利用高能量密度的激光對工件表面進行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好。激光表面熱處理光斑：20-50mm2，淬硬層1-2mm應(yīng)用：氣缸，氣缸套，活塞環(huán)，凸輪軸優(yōu)點：淬火質(zhì)量好，組織細，硬度高，變形小，無污染，效率高，便于自動化。設(shè)備昂貴，在大規(guī)模生產(chǎn)中受到限制。激光表面熱處理5.9鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織,進而改變其性能的熱處理工藝。與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分。化學(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等?？煽貧夥諠B碳爐滲碳回火爐C、N：提高硬度，耐磨性，疲勞強度。B、Cr：耐磨，耐腐蝕AL、Si：耐熱，抗氧化S：減摩擦性一、化學(xué)熱處理的基本過程

1、介質(zhì)(滲劑)的分解:分解的同時釋放出活性原子。如：滲碳CH4→2H2+[C]氮化2NH3→3H2+2[N]2、工件表面的吸收:活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。3、原子向內(nèi)部擴散。

氮化擴散層二、鋼的滲碳

是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。1、滲碳目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，同時保持心部良好的韌性。2、滲碳用鋼為含0.1-0.25%C的低碳鋼、低碳合金鋼。碳高則心部韌性降低。經(jīng)滲碳的機車從動齒輪氣體滲碳法示意圖3、滲碳方法⑴氣體滲碳法將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳氣氛中滲碳。滲劑為氣體(煤氣、液化氣等)或有機液體(煤油、甲醇等)。優(yōu)點:質(zhì)量好,效率高；缺點:滲層成分與深度不易控制。鋼的固體滲碳零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱鋼的固體滲碳爐⑵固體滲碳法將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。滲劑為木炭、炭黑。優(yōu)點：操作簡單；缺點：滲速慢，勞動條件差。⑶真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳氣體加熱滲碳。優(yōu)點:表面質(zhì)量好,滲碳速度快。真空滲碳爐4、滲碳溫度：為900-950℃。滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）：一般為0.5-2mm。低碳鋼滲碳緩冷后的組織滲碳層表面含碳量：以0.85-1.05為最好。滲碳緩冷后組織：表層為P+網(wǎng)狀Fe3CⅡ;心部為F+P;中間為過渡區(qū)。5、滲碳后的熱處理淬火+低溫回火,回火溫度為160-180℃。淬火方法有：⑴預(yù)冷淬火法滲碳后預(yù)冷到略高于Ar1溫度直接淬火。滲碳后的熱處理示意圖⑵一次淬火法：即滲碳緩冷后重新加熱淬火。⑶二次淬火法：即滲碳緩冷后第一次加熱為心部Ac3+30-50℃，細化心部；第二次加熱為Ac1+30-50℃，細化表層。

滲碳后的熱處理示意圖常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+30-50℃淬火+低溫回火。此時組織為：表層：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)心部：M回+F（淬透時），F(xiàn)+P（淬不透時）滲碳淬火后的表層組織M+F三、鋼的氮化

氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。1、氮化用鋼井式氣體氮化爐為含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳鋼。常用鋼號為38CrMoAl。2、氮化溫度為500-570℃氮化層厚度不超過0.6-0.7mm。3、常用氮化方法氣體氮化法與離子氮化法。氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。離子氮化法是在電場作用下，使電離的氮離子高速沖擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時間短，氮化層脆性小。離子氮化爐離子氮化法4、氮化的特點及應(yīng)用⑴氮化件表面硬度高（HV1000-2000），耐磨性高。⑵疲勞強度高。由于表面存在壓應(yīng)力。氮化層組織38CrMoAl氮化層硬度⑶工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進行熱處理。⑷耐蝕性好，因為表層形成的氮化物化學(xué)穩(wěn)定性高氮化的缺點：工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨及耐蝕件。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等?？p紉機用氮化件經(jīng)氮化的機車曲軸滲碳與滲氮的工藝特點處理后是否需要熱處理處理時間(h)處理溫度(℃)名稱需要3～9900～950滲碳不需要20～50500～600滲氮鋼的碳氮共滲合金結(jié)構(gòu)鋼HRC53～60中溫氣體碳氮共滲800～8601～8以滲碳為主0.5～0.8mm淬火+低溫回火合金工具鋼HRC54～63低溫氣體碳氮共滲500～6001～6以滲氮為主0.1～0.4mm不需要材料性能名稱溫度(℃)時間(h)作用滲層熱處理5.10表面處理新技術(shù)近年來，金屬材料表面處理新技術(shù)得到了迅速發(fā)展，開發(fā)出許多新的工藝方法，這里只介紹主要的幾種。

全方位離子注入與沉積設(shè)備一、熱噴涂技術(shù)

將熱噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，用高壓氣流使其霧化并噴射于工件表面形成涂層的工藝稱為熱噴涂。利用熱噴涂技術(shù)可改善材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及絕緣性等。廣泛用于包括航空航天、原子能、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域。等離子熱噴涂1、涂層的結(jié)構(gòu)熱噴涂層是由無數(shù)變形粒子相互交錯呈波浪式堆疊在一起的層狀結(jié)構(gòu)，粒子之間存在著孔隙和氧化物夾雜缺陷。噴涂層與基體之間以及噴涂層中顆粒之間主要熱噴涂層組織是通過鑲嵌、咬合、填塞等機械形式連接的，其次是微區(qū)冶金結(jié)合及化學(xué)鍵結(jié)合。2、熱噴涂方法常用的熱噴涂方法有：①火焰噴涂:多用氧-乙炔火焰作為熱源