金屬處理工藝

1、2.4熱處理工藝2.4.1熱處理概述鋼的熱處理是鋼在固態(tài)下采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理工藝與其它工藝（切削加工、焊接、鑄造、壓力加工等）不同之處在于，其主要目的是通過改變鋼的組織來達(dá)到改變材料的加工工藝性能和使用性能，而不是改變零件的形狀和尺寸。通過熱處理能提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約鋼材。提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的使用壽命。所以熱處理在機(jī)械制造業(yè)中占有十分重要的地位。由于熱處理后鋼材的性能不同，根據(jù)實際的要求可采用的不同的熱處理方法，但各種熱處理工藝過程都是由加熱、保溫、冷卻三個階段組成的。為簡明表明表示熱處理的基本工藝過程，通常用溫度-時間坐標(biāo)繪出熱處理工

2、藝曲線，如圖2- 所示，曲線表示鋼件在加熱升溫階段，曲線表示鋼件加熱到規(guī)定溫度后處于保溫階段，曲線表示鋼件保溫結(jié)束以后進(jìn)行淬火冷卻。熱處理工藝曲線示意圖根據(jù)加熱和冷卻方式的不同以及組織、性能變化的特點，鋼的熱處理工藝可分類如下：2.4.2退火與正火熱處理工藝一般分為最終熱處理和預(yù)先熱處理。預(yù)先熱處理是為了消除或改善前道工序引起的某些缺陷，為最終熱處理做好準(zhǔn)備，退火和正火是工件預(yù)先熱處理的主要手段。有些工件經(jīng)退火或正火后已滿足要求，這些退火和正火就作為最終熱處理。一、退火退火是將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。1.退火的目的及分類退火的目的和分類退火的主要目的

3、是降低硬度，改善力學(xué)性能；消除組織缺陷，均勻化學(xué)成分；消除或減少內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸；為最終熱處理做組織準(zhǔn)備。退火的種類很多，通常根據(jù)退火加熱溫度可分為：2.常用退火工藝1)完全退火工藝 完全退火是將鐵碳合金加熱到完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。完全退火主要用于中、低碳鋼的鑄件、鍛件、熱軋鋼材和焊接件。鑄件冷凝過慢或鍛軋件終鍛、終軋溫度過高，會引起奧氏體晶粒粗大，使鋼材的塑性和韌性下降；焊接件焊后會引起過熱引起組織粗化、內(nèi)應(yīng)力、硬度高等缺陷；這些都采用完全退火來消除和改善。因此，完全退火的目的是：降低硬度，改善加工性；細(xì)化組織，為下一步淬火做準(zhǔn)備；增加塑性和韌性；消除內(nèi)

4、應(yīng)力。完全退火的工藝參數(shù)由加熱溫度、加熱速度、保溫時間和冷卻速度等組成，其工藝要點如下：a.加熱溫度：一般情況下碳鋼的完全退火溫度選用Ac3（3050），合金鋼選用Ac3（5090）。為了加快奧氏體化的過程，減少工藝時間，在生產(chǎn)中往往采用較高的溫度，而對含有多種合金元素的合金鋼，常采用更高的溫度。常用鋼的退火溫度見表。常用鋼的退火溫度（）b.加熱速度：形狀簡單的碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼可以隨爐升溫，不控制加熱速度。但形狀復(fù)雜或中、高合金鋼則應(yīng)控制加熱速度，中、高合金鋼因合金元素含量高，導(dǎo)熱性差，所以升溫不易過快，其加熱速度一般控制在80100/h，低于600700時控制在3070/h。c.保溫時間

5、：一般按有效截面厚度計算，實際生產(chǎn)中按1.52.5min/mm估算。保溫時間的確定，應(yīng)考慮鋼的成分、工件的尺寸和形狀、裝爐量以及采用的加熱爐特性等因素，合金鋼的保溫時間比碳鋼長一些，工件越大，裝爐量越多，保溫時間也越長。d.冷卻速度：在實際生產(chǎn)中，如冷卻速度過慢，會造成工件過軟；如冷卻速度過快，會造成硬度偏高，一般情況下碳鋼的冷卻速度為100150/h，低合金鋼冷卻速度為50100/h，高合金鋼為2070/h，工件隨爐冷到500左右可出爐空冷，也可埋入砂、灰堆中或冷卻坑中冷卻。2）等溫退火工藝 將鋼件或毛坯加熱到高于Ac3（或Ac1）溫度，保溫適當(dāng)時間后，較快地冷卻到珠光體溫度區(qū)間的某一溫度并

6、等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織，然后在空氣中冷卻的退火工藝，稱為等溫退火。等溫退火主要用于過冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金結(jié)構(gòu)鋼，可以減少合金鋼的退火時間。等溫退火工藝參數(shù)的選擇，下圖為等溫退火工藝曲線：等溫退火工藝曲線a.退火溫度：一般亞共析鋼的退火溫度為Ac3（3050），共析鋼或過共析鋼的退火溫度為Ac3（2040）。b.等溫溫度和等溫時間：在滿足性能要求的前提下，盡量選用珠光體轉(zhuǎn)變最快的速度。在實際生產(chǎn)中常用Ar1（2030）的溫度進(jìn)行等溫，等溫時間根據(jù)鋼的種類和裝爐量而定，一般合金鋼常用34h，高合金鋼可長一些。c.冷卻方法：以加熱溫度較快地冷至Ar1以下溫度等溫，等溫后在空氣中進(jìn)行冷

7、卻或緩慢冷卻。3）球化退火工藝 球化退火是使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的一種退火工藝。主要用于共析鋼和過共析鋼，因為共析鋼和過共析鋼中存在大量的片狀或細(xì)片狀珠光體，硬度較高，切削加工困難，通過球化退火，硬度降低，易于加工。球化退火的主要目的是：得到球狀珠光體，消除輕微網(wǎng)狀滲碳體，為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備；降低硬度，改善切削加工性；消除內(nèi)應(yīng)力，增加塑性和韌性。常用的球化退火工藝有3種（見圖），即：常用球化退火工藝曲線示意圖a.普通球化退火：將鋼加熱到稍高于Ac1溫度（一般為Ac1以上2030），保溫一定時間隨后緩慢冷卻到500以下空冷。常用球化退火工藝曲線見圖a）。b.等溫球化退火：實質(zhì)上是共析鋼和

8、過共析鋼的等溫退火，將鋼加熱到Ac1（2030）保溫，再快冷到Ar1（2030），等溫后冷卻至500空冷。其工藝曲線見圖b）。c.周期球化退火：將鋼加熱到Ac1（1020）保溫，后快冷，在Ar1（2030）等溫。其特點是反復(fù)循環(huán)數(shù)次后緩冷到小于500后空冷，有利于碳化物球化。一般用于共析或過共析鋼中粗片狀碳化物的球化，其工藝曲線見圖c）。在選擇工藝參數(shù)時應(yīng)注意下列問題：a.加熱溫度：加熱溫度過高，易造成片狀珠光體增多，硬度偏高；加熱溫度過低，造成碳化物溶解不充分，退火后得到片狀和細(xì)粒狀的碳化物，同樣也使硬度偏高。b.保溫時間：保溫時間太長，造成碳化物過度溶解和奧氏體較為均勻化，會出現(xiàn)粗大的球狀

9、碳化物；保溫時間過短，造成碳化物溶解不夠，會有片狀碳化物出現(xiàn)。因此，在實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)鋼種、工件尺寸、裝爐量、爐型等因素具體確定保溫時間。c.冷卻速度：冷卻速度過快會使碳化物顆粒太細(xì)，降低硬度；冷卻速度過慢，會出現(xiàn)粗大的球狀碳化物，硬度過高。4）均勻化退火工藝 為了減少金屬鑄錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分的偏析和組織的不均勻性，將其加熱到高溫，長時間保溫，然后緩慢冷卻的退火工藝，稱為均勻化退火。均勻化退火主要應(yīng)用于大型鑄鋼件和合金鋼鋼錠。大型鑄鋼件和合金鋼鋼錠在鑄造過程中會產(chǎn)生化學(xué)成分不均勻。均勻化退火的目的是消除化學(xué)成分的不均勻性，減少偏析；消除內(nèi)應(yīng)力，改善加工性能。均勻化退火工藝參數(shù)的選擇：a.

10、加熱溫度：加熱溫度一般為Ac3（或Acm）（150250）。根據(jù)經(jīng)驗，碳鋼鑄件一般為9501000；低合金鋼鑄件為10001050；高合金鋼鑄件為10501100；高合金鋼錠為10001200。b.加熱速度：加熱速度一般控制在每小時100120/h。c.保溫時間：通常按有效截面厚度23min/mm。d.冷卻方法：隨爐緩冷至500350后出爐空冷。均勻化退火由于加熱溫度高，保溫時間長，必然會引起晶粒粗大，所以已成形的鑄件在均勻化退火后應(yīng)再進(jìn)行正火或完全退火。而對于鋼錠，由于軋制或鍛壓后還需進(jìn)行退火或正火處理，故可省去。5）去應(yīng)力退火工藝 去應(yīng)力退火是為了去除由于塑性形變加工、焊接等而造成的以及鑄

11、件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火。一般可在Ac1點以下加熱，保溫24h后，緩冷至200300再出爐空冷。去應(yīng)力退火適用于鑄件、焊接件、鍛軋件及機(jī)械加工件。鑄件及焊接件一般用500650，機(jī)械加工件則可用稍低些的溫度。二、正火1.正火工藝正火是將鋼加熱到Ac3（或Acm）（150250），保溫適當(dāng)時間后，在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的目的是：細(xì)化晶粒，并使組織均勻化；提高低碳鋼工件的硬度和切削加工性能；消除切削加工后的硬化現(xiàn)象和去除內(nèi)應(yīng)力；消除過共析鋼中的網(wǎng)狀碳化物，為下一步熱處理作好準(zhǔn)備。正火的加熱溫度在實際生產(chǎn)中常常略高一些，以促使奧氏體均勻化，增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性。下表為常用鋼材的正

12、火溫度及正火后硬度。常用鋼材的正火溫度及正火后硬度正火的加熱速度、保溫時間與完全退火相似。冷卻方式應(yīng)根據(jù)鋼的成分、工件的尺寸和形狀以及正火的性能要求而確定。對于一般小件可在空氣中冷卻，大件可用吹風(fēng)冷卻或噴霧冷卻。但對于一些高合金鋼，空氣冷卻已超過其臨界冷卻速度，屬于淬火而非正火。正火的冷卻速度比退火要快，可得到細(xì)密的珠光體，鋼的強度和硬度都比退火高。下表為45鋼、40Cr鋼退火、正火后的力學(xué)性能。45鋼、40Cr鋼退火、正火后的力學(xué)性能對照2.正火的應(yīng)用正火與退火相比周期短，節(jié)約能源，操作簡便，并可獲得較好的力學(xué)性能。所以在滿足工件性能要求的條件下，一般采用正火。下圖為碳鋼的硬度與熱處理的關(guān)系

13、。圖中陰影部分是適合一般切削加工的硬度范圍。從圖中可以看出，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)c低于0.5%的碳鋼，宜采用正火；碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)c高于0.5%的碳鋼，宜采用退火；高碳鋼宜采用球化退火。碳鋼的硬度與熱處理的關(guān)系對于中碳以上的合金鋼，一般可采用退火，這是因為合金元素使曲線右移，正火的冷卻速度較快，使硬度過高，不適合機(jī)械加工。2.4.3淬火和回火一、淬火淬火是將鋼件加熱到Ac3或Ac1點以上某一溫度，保持一定時間，然后以適當(dāng)速度冷卻，獲得馬氏體或貝氏作的組織的熱處理工藝。這一過程的實質(zhì)是完成從奧氏體向馬氏體或貝氏作的轉(zhuǎn)變。淬火的目的是為了提高鋼的強度、硬度、耐磨性等力學(xué)性能，從而滿足各種零件或工具的不同使用要求

14、。亦可以滿足一些特殊的物理、化學(xué)性能要求，如提高不銹鋼的耐蝕性、增加磁鋼的永磁性等。1.加熱介質(zhì)由于淬火后的工件留有加工余量少，因此淬火加熱時要求變形小，表面無氧化、脫碳，嚴(yán)格控制淬火加熱介質(zhì)，減少氧化脫碳使之保證工件淬火質(zhì)量。因此，根據(jù)對工件的要求應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)募訜峤橘|(zhì)。常用加熱介質(zhì)有空氣、熔鹽、保護(hù)氣氛、真空等。1）空氣：箱式、井式等電阻爐的加熱介質(zhì)多為空氣。加熱溫度越高，保溫時間越長，氧化脫碳越嚴(yán)重。氧化從200時就開始發(fā)生。脫碳一般在600以上發(fā)生。常用的防止氧化脫碳方法有裝箱法和涂料保護(hù)法。2）熔鹽：采用鹽浴爐加熱，將工件浸入熔鹽中，使工件不與氧氣接觸，具有加熱速度快、氧化脫碳傾向小，

15、并可局部加熱等優(yōu)點。3）保護(hù)氣氛：將制備的一定成分的氣體通入加熱爐中，可保護(hù)工件不被氧化脫碳，并得到光亮的表面，這種氣體介質(zhì)稱為保護(hù)氣氛。保護(hù)氣氛常用的有吸熱式氣氛、放熱式氣氛、滴注式氣氛以及氨分解氣氛。4）真空：將工件置于真空爐加熱，由于真空爐中氣體稀薄，壓力低于大氣壓，爐氣的氧化性與脫碳性氣體極小，可達(dá)到保護(hù)工件不氧化脫碳。真空處理具有如下許多優(yōu)點：不氧化、不脫碳，可實現(xiàn)光亮淬火；工件變形小；工件表面光亮；無污染，勞動條件好。2.加熱規(guī)范1）隨爐升溫：加熱緩慢，截面溫差小，用于大型鑄鍛件及高合金或復(fù)雜件；2）到溫入爐：加熱速度較快，截面溫差較大，多用于一般碳鋼鍛件的退火、正火及低合金鋼中小

16、件的淬火和回火；3）高溫入爐：比規(guī)定淬火溫度高出50100入爐，加熱速度快、截面溫差大，可用于中碳鋼及低合金鋼鍛件的正火、退火；4）分段加熱：即分段預(yù)熱，可以縮短高溫加熱時間，減少熱應(yīng)力，用于大型及高合金鋼件的退火、正火、淬火等3.淬火加熱溫度的確定鋼的化學(xué)成分是確定淬火加熱溫度的主要因素，碳鋼的淬火加熱溫度可用FeFeC3相圖來選擇，下圖所示為碳鋼的淬火溫度范圍。碳鋼的淬火溫度范圍1）亞共析鋼淬火溫度的確定 亞共析鋼的淬火溫度為Ac3（3050），淬火時要完全奧氏體化，淬火后得到細(xì)小均勻的馬氏體。如果溫度過高則產(chǎn)生晶粒粗大，使鋼變脆，溫度過低則形成不均勻組織，產(chǎn)生軟點。2）共折鋼和過共析鋼淬

17、火溫度的確定 共析鋼和過共析鋼的淬火溫度為Ac1（3050）。過共折鋼淬火加熱至Ac1Acm之間，其組織為奧氏體(部分未溶解細(xì)粒狀滲碳體)，淬火后奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而粒狀滲碳體保留下來，提高了硬度和耐磨性。如溫度過高，滲碳體全部溶解，淬火后，殘余奧氏體增多，硬度偏低，則性能變差。對于合金鋼，可以根據(jù)其臨界點來確定淬火加熱溫度，但考慮到合金鋼的合金碳化物很難溶解，所以淬火加熱溫度均高一些。一般低合金鋼淬火加熱溫度常選用臨界溫度以上70100，而中、高合金鋼的加熱溫度更高。除了上述根據(jù)鋼的臨界點選擇淬火溫度的原則外，對于同一化學(xué)成分的鋼，由于工件的形狀與尺寸，淬火冷卻介質(zhì)及淬火方法，鋼的原始組織

18、等不同，加熱溫度也不同。所以，在實際生產(chǎn)中必須考慮各種因素來確定淬火加熱溫度。4.淬火加熱時間的確定淬火加熱時間包括工件加熱到淬火溫度所需的升溫時間和使工件燒透及奧氏體均勻化所需的保溫時間，一般來說，在滿足工件各項技術(shù)要求的前提下，應(yīng)盡量縮短加熱時間，以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源。工件的加熱時間同以下幾個因素有關(guān)：1）鋼的成分 隨著鋼中碳或合金元素的增加，鋼的導(dǎo)熱性降低，應(yīng)延長加熱時間。2）工件尺寸及裝爐量 工件尺寸越大，裝爐量越多，則加熱時間越長。#加熱設(shè)備空氣電阻爐加熱速度比鹽浴爐慢，相應(yīng)加熱時間應(yīng)長一些。3）裝爐狀況 工件在爐中的置放間隙大，加熱時間短；置放的越密，加熱時間越長。4）爐溫 提

19、高爐溫可縮短加熱時間。工件可在淬火溫度入爐，亦也可將爐溫升到高于正常淬火溫度50100入爐。目前，生產(chǎn)中常根據(jù)工件的有效厚度來確定加熱時間，其經(jīng)驗公式如下：tKD式中t淬火加熱時間（min）；加熱系數(shù)（min/mm）；D工件的有效厚度（mm）；K排料系數(shù)。常見鋼的加熱系數(shù)工件的有效厚度是指能夠保證零件得到良好加熱條件的厚度。下圖所示為不同形狀工件有效厚度的計算圖。不同形狀工件有效厚度D的計算圖工件在爐中的放置對加熱時間有一定的影響，下表為工件裝爐位置與排料系數(shù)K值。工件裝爐位置與排料系數(shù)K值5.淬火冷卻1）冷卻介質(zhì) 淬火冷卻是淬火工藝的關(guān)鍵工序之一。淬火冷卻應(yīng)保證得到馬氏體組織。這就要求淬火冷

20、卻介質(zhì)有足夠的冷卻速度。但過快的冷卻速度會引起過大的淬火應(yīng)力。以致工件變形、開裂。所以淬火介質(zhì)的冷卻速度又不能過快，在滿足能獲得馬氏體的條件下，應(yīng)使冷卻速度盡可能低。在生產(chǎn)中，常用的淬火介質(zhì)有水及水溶液、油類、熔鹽、熔堿等。a.水及水溶液：水是應(yīng)用比較廣泛的淬火冷卻介質(zhì)。因為它便宜、安全、無污染，而且具有較高的冷卻能力，所以常用于形狀簡單，尺寸較大的中碳鋼零件。但水并不是理想的介質(zhì)。工件淬火時，水在需要快冷的550650“鼻尖”區(qū)域，處于蒸汽膜階段，冷卻速度較慢，而在200300需要緩慢冷的馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，卻處于沸騰階段，冷卻速度很快，產(chǎn)生極大的淬火應(yīng)力，使工件易變形、開裂。而且，水的溫度對冷卻

21、能力影響很大，水溫的提高會使冷卻能力急劇下降。為了克服這些缺點，工件淬入水后要不停地運動，破壞工件表面蒸汽膜的形成，同時水溫控制在40以下，還必須不斷補充新水。另外，冷卻水要保持清潔，否則也會降低冷卻能力。水中加入食鹽（NaCl）或堿類就形成了鹽或堿的水溶液。工件淬入后，鹽或堿的顆粒在工件表面再結(jié)晶析出，并發(fā)生爆裂，破壞了蒸汽膜，提高了高溫區(qū)的冷卻能力。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10的氯化鈉水溶液在550650范圍的冷卻能力比清水提高近10倍，而在低溫時與清水的冷卻速度接近，工件淬火后可得到高而均勻的硬度，還可減少變形，開裂的傾向。因此，工業(yè)上大多用氯化鈉水溶液。b.油類：油也是一種應(yīng)用較廣泛的冷卻介質(zhì)。油在

22、高溫階段（550650）的冷卻能力比水小，故常用于淬透性較高的合金鋼或尺寸較小的碳鋼零件。隨著油溫的升高，油會變稀而增加流動性冷卻能力增強，改善了淬火效果。但是油溫太高又易著火，所以使用時一般把油溫控制在80以下，不宜超過100120。油還存在老化問題，須采用澄清、過濾及更換新油等方法，以維持其冷卻能力。油的最大優(yōu)點是在200300馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)冷卻非常緩慢，減少了工件的變形和開裂傾向。另外，用油淬火的工件，淬火后需清洗干凈。常用的淬火油是全損耗系統(tǒng)油，現(xiàn)在又開發(fā)出快速淬火油、光亮淬火油、真空淬火油、高溫淬火油等品種。c.鹽浴和堿?。蝴}浴（堿?。┦侵耕}類（堿類）加熱溶化后的液體介質(zhì)。鹽浴和堿浴的

23、冷卻能力介于水、油之間，主要用于復(fù)雜形狀的碳素鋼、碳素工具鋼以及合金工具鋼小件的淬火。堿浴和鹽浴可加入一定比例的水，可使溶點降低，增加冷卻速度，但水不能太多，一般控制在26。2）淬火冷卻方法 工件淬火時，既要保證組織和性能，又要減少變形和開裂等缺陷，因此，除了正確地進(jìn)行加熱、合理地選擇淬火介質(zhì)外，也要選擇合適的冷卻方法。冷卻方法按照特點分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、分級淬火、等溫淬火和自回火淬火等。a.單液淬火：將工件加熱至淬火溫度并保溫后，放入單一淬火介質(zhì)中，冷卻至150100時取出或冷至室溫。這種方法主要用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件，也可用于局部淬硬的工件。單液淬火冷卻介質(zhì)主要是水和油。單液

24、淬火的優(yōu)點是操作簡便，易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，但由于水和油的冷卻性能不太理想，其使用范圍有很大的局限性。b.雙介質(zhì)淬火：將工件加熱奧氏體化后，先浸入一種冷卻能力強的介質(zhì)，在鋼件還未到達(dá)該淬火介質(zhì)溫度之前取出馬上浸入另一種冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻，如先水后油、先水后空氣等。這樣可以減少馬氏體轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形和開裂。這種方法常用來處理形狀較復(fù)雜的工件，如碳素工具鋼中的鉆頭、鉸刀等。雙介質(zhì)淬火一般對碳鋼采用水淬油冷，合金鋼采用油淬空冷。合金鋼或高速鋼用油淬火時，從油中取出如見閃光，則冷卻時間不足，如無閃光冒青煙，則時間剛好。c.分級淬火：分級淬火是將奧氏體化的工件，隨后淬入溫度稍高于或稍

25、低于鋼的Ms的液態(tài)介質(zhì)（鹽浴或堿?。┲?，保持適當(dāng)時間，待工件的內(nèi)、外層都達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷，以獲得馬氏體組織的淬火。分級淬火由于在Ms點附近保溫，隨后空冷工件截面幾乎同時形成馬氏體組織，減少了淬火應(yīng)力和變形。適用于處理尺寸不大，形狀較復(fù)雜的碳鋼及低合金鋼工件。d.等溫淬火：工件加熱到奧氏體化后，隨之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間（260400）等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火工藝。等溫淬火后得到的是貝氏體組織，貝氏體綜合力學(xué)性能較高，同時內(nèi)應(yīng)力較小，所以工件不易變形、開裂，而且淬火后的碳鋼和低合金鋼不需回火處理。這種方法適用于處理要求變形小、韌性和強度高、尺寸不大的工件。二、回火回火是指鋼件

26、淬硬后，再加熱到Ac1點以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫，獲得較穩(wěn)定組織及所需力學(xué)性能的熱處理工藝，回火的目的如下：降低應(yīng)力和脆性，防止斷裂；獲得良好的綜合力學(xué)性能；防止工件變形、穩(wěn)定工件尺寸；改善加工性能。按回火溫度不同，回火可分為低溫回火、中溫回火、高溫回火三類。1）低溫回火 回火溫度一般150250，低溫回火的目的是降低應(yīng)力，減少脆性和變形；得到回火馬氏體組織，使工件保持高硬度和高耐磨性。一般用于滲碳及碳氮共滲件，碳素、合金鋼量具和刃具，以及滾動軸承鋼零件。低溫回火后的硬度一般為HRC5564。2）中溫回火 回火溫度為300500，中溫回火的目的是提高工件的沖擊韌度，使工件具

27、有高彈性和屈服強度，獲得回火屈氏體組織。一般用于處理彈簧、發(fā)條、鍛模及抗沖擊工具。中溫回火后的硬度為HRC3545。3）高溫回火 回火溫度為500650，習(xí)慣上將淬火加高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理?；鼗鸬哪康氖谦@得良好綜合力學(xué)性能的回火索氏體組織，使工件具有較低的硬度、強度和較高的塑性韌性。一般用于處理連桿、軸類、螺釘?shù)冉Y(jié)構(gòu)零件。另外，還可作為表面淬火、滲氮的預(yù)先熱處理。高溫回火硬度一般為HRC3545。在生產(chǎn)中，通常按照鋼的回火硬度要求來選擇回火溫度?；鼗饻囟扰c硬度的關(guān)系曲線可在熱處理及有關(guān)手冊中查到。一般情況下，淬火溫度高，工件尺寸小，宜取上限回火溫度，反之則取下限溫度。回火時間的基本原則保證工件

28、能透燒和組織轉(zhuǎn)變充分，以及應(yīng)力得到消除。鋼的硬度隨著回火時間的延長而下降。在確定回火時間時，還應(yīng)考慮合金元素的影響，合金元素使鋼的導(dǎo)熱性變差，因此合金鋼的回火時間應(yīng)長一些。實際生產(chǎn)中，一般采用空氣中緩慢冷卻。但為消除含鉻、錳、鎳等元素的合金鋼的回火脆性，應(yīng)采用在水中或油中快冷。2.4.4表面熱處理對于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)等交變載荷及沖擊載荷并在摩擦條件下工作的零件，如齒輪、軸類、軋輥等，不但要求表面有高的強度、硬度、耐磨性和疲勞強度，還要求零件心部有足夠的塑性和韌性，以便零件的表面和心部實現(xiàn)良好的性能配合。普通的熱處理方法不能滿足這些性能要求，生產(chǎn)上常用表面淬火的方法。表面淬火的方法是將工件表層金屬

29、迅速加熱至相變點以上，而心部未被加熱，然后迅速冷卻，是零件表層獲得馬氏體而心部仍為原是組織的“外硬內(nèi)韌”狀態(tài)。表面淬火的材料一般含碳量在0.40.5之間。為了保證心部較好的塑性和韌性，在表面淬火前進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。表面淬火的方法主要有感應(yīng)加熱、火焰加熱、電解液加熱、電接觸加熱、脈沖加熱、激光加熱、電子束加熱等。不同表面淬火及化學(xué)熱處理性能的對比一、感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火是利用電磁感應(yīng)原理，在工件表面產(chǎn)生密度很高的感應(yīng)電流，并使工件表面迅速加熱至奧氏體狀態(tài)，然后快速冷卻獲得馬氏體組織的淬火方法。當(dāng)感應(yīng)圈中通過一定頻率交流電時，在其內(nèi)外將產(chǎn)生與電流變化頻率相同的交變磁場。感應(yīng)圈內(nèi)工件在

30、交變磁場作用下，工件內(nèi)就會產(chǎn)生與感應(yīng)圈頻率相同而方向相反的感應(yīng)電流。由于感應(yīng)電流沿工件表面形成封閉回路，通常稱為渦流。此渦流將電能變?yōu)闊崮?，使工件加熱。渦流在被加熱工件中的分布由表面至心部呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律衰減。因此，渦流主要分布于工件表面，工件內(nèi)部幾乎沒有電流通過。這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。感應(yīng)加熱就是利用集膚效應(yīng)，依靠電流熱效應(yīng)把工件表面迅速加熱到淬火溫度的。感應(yīng)圈用純銅管制做，內(nèi)通冷卻水。當(dāng)工件表面在感應(yīng)圈內(nèi)加熱到相變溫度時，立即噴水或浸水冷卻，實現(xiàn)表面淬火工藝。感應(yīng)加熱電流透入工件表面的深度與感應(yīng)電流的頻率有關(guān)，如下式所示：式中感應(yīng)電流透入深度（mm）f電流頻率（Hz）可以看出，電流頻率愈高，感應(yīng)

31、電流透入工件表面的深度愈淺。根據(jù)零件尺寸及硬化層深度的要求選擇不同的電流頻率，感應(yīng)加熱可分為三類。感應(yīng)加熱淬火分類及應(yīng)用分類工作電流頻率淬硬層深（mm）特性及應(yīng)用范圍高頻加熱200300KHz0.52.5主要用于中小模數(shù)（m=1.58）及中小尺寸的軸類零件表面加熱淬火中頻加熱50010000Hz210主要用于大中模數(shù)的齒輪、花健軸表面輪廓淬火和曲軸、凸輪軸等工頻加熱50Hz1015主要用于較大直徑零件的穿透加熱及大直徑零件如軋輥、車輪、大型模具等表面淬火感應(yīng)加熱淬火的優(yōu)點是加熱速度快，加熱時間只需幾秒或幾十秒，生產(chǎn)率高。而且工件表面氧化脫碳少，變形小，工件表面質(zhì)量高。奧氏體在較大的過熱度下進(jìn)行

32、轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變速度快，晶粒細(xì)小，淬火后獲得細(xì)小隱針馬氏體，表面硬度比一般淬火硬度高HRC23，耐磨性好，而且脆性小。此外，由于表面層存在較大殘余壓應(yīng)力，可提高工件疲勞強度。淬火加熱溫度及淬火層深度容易控制，便于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。其缺點是設(shè)備昂貴，調(diào)整和維修較復(fù)雜。二、火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是用乙炔氧或其他可燃?xì)怏w燃燒時形成的高溫火焰將工件表面加熱到相變溫度以上，然后立即噴水淬火冷卻的方法?；鹧婕訜岽慊鸬拇阌矊由疃瓤赏ㄟ^調(diào)整噴嘴到工件表面的距離、改變噴嘴移動速度來控制，距離越近、速度越慢，淬硬層深度越深。其深度一般為28mm。火焰表面淬火零件的材料常用中碳鋼及中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，還可以用于灰

33、鑄鐵、合金鑄鐵進(jìn)行表面淬火，例如車床床身導(dǎo)軌表面淬火?；鹧姹砻娲慊鸱椒ㄔO(shè)備簡單，操作方便，成本的，適用于單件、小批量生產(chǎn)的大型零件和需要局部淬火及外形復(fù)雜的工具和零件，如大型的軸類、大模數(shù)齒輪和大型工裝模具等。但火焰表面淬火容易過熱，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定，限制了它在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛適用?，F(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)中采用專用火焰加熱淬火機(jī)床能有效地穩(wěn)定淬火質(zhì)量，進(jìn)行大批量連續(xù)生產(chǎn)?；鹧婕訜岜砻娲慊鹗疽鈭D2.4.5化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理是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表層，以改變其化學(xué)其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。它與表面淬火不同，表面淬火是通過改變表面層組織的辦法來改

34、變表面層的性能，而化學(xué)熱處理是用改變工件表層成分的辦法來改變工件表面的組織和性能。化學(xué)熱處理的分類根據(jù)滲入元素分類滲入非金屬單元滲：C、N、B等多元共滲：CN、ON等深入金屬Al、Cr、Ti、V等AlSi、AlCr、AlV等根據(jù)滲入元素對工件表面性能的作用分類提高滲碳層強度及耐磨性（滲：C、N、V等）提高抗氧化、耐高溫性能（滲：Al、Cr等）提高抗咬合、抗擦傷性能（滲：S、P等）提高抗腐蝕性能（滲：N、Si、Zn等）根據(jù)介質(zhì)的物理狀態(tài)固體法液體法氣體法一、滲碳為了增加工件表面的含碳量及一定的碳濃度梯度，將工件在滲碳介質(zhì)中加熱保溫，使碳原子滲入表層的化學(xué)熱處理工藝。滲碳處理是機(jī)械制造中應(yīng)用最廣泛

35、的一種化學(xué)熱處理工藝。滲碳處理廣泛用于表層要求高硬度、高的耐磨性及疲勞強度，而心部要求一定強度和高韌性，能承受高的沖擊韌性的零件，如汽車主軸、齒輪、軸承等。根據(jù)滲碳劑使用的不同狀態(tài)，滲碳法可分為：固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳和特殊滲碳法四大類。1.滲碳用鋼滲碳用鋼的含碳量一般在0.150.25%之間，為了提高心部強度，可以提高到0.30一般要求不高的滲碳件，多用碳素鋼來制造。由于碳素鋼淬透性差，心部強度低，淬火變形開裂變形傾向大，滲碳時晶粒容易長大。因此，對于工件橫截面較大、形狀復(fù)雜，表面耐磨性、疲勞強度、心部機(jī)械性能要求高的零件，多用合金滲碳鋼來制造。合金滲碳鋼中的合金元素主要有Cr、Ni、

36、Mn、W、Mo、Ti、V、B等。加入合金元素的主要作用是為了提高滲碳鋼的淬透性，Ti、V等還可以阻止?jié)B碳溫度下長時間保溫，奧氏體晶粒的長大。2.滲碳介質(zhì)和滲碳基本原理氣體滲碳常用的滲碳介質(zhì)有兩類：一類是吸熱式或放熱式可控氣氛，幾年來多使用氮基氣體作為載體氣，另外再加入某種碳?xì)浠衔铮ㄈ缣烊粴?、液化石油氣、城市煤氣等）作為富化氣用以提高并調(diào)節(jié)氣氛的碳勢，氣體介質(zhì)直接通入滲碳爐中進(jìn)行滲碳；另一種是含碳有機(jī)液體介質(zhì)，直接滴入高溫氣體滲碳爐中，在高溫下進(jìn)行分解產(chǎn)生出滲碳?xì)怏w。在滲碳溫度下(920)滲碳過程包括三個基本過程：一是由介質(zhì)（甲醇、煤油、異丙醇）分解出活性原子。如分解產(chǎn)生的一氧化碳和甲烷分解出

37、活性碳原子：2COCO2+CCH42H2+C二是活性碳原子被工件表面吸收。三是被吸收碳原子向工件內(nèi)部擴(kuò)散。滲碳過程由分解、吸收、擴(kuò)散三個過程組成，三個過程又是同時發(fā)生的，全部過程存在著復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)。3.滲碳前的預(yù)備處理1）正火 鍛造后的齒輪鍛坯應(yīng)進(jìn)行正火，正火溫度一般為890950，保溫時間根據(jù)鍛坯有效尺寸、裝爐情況及爐型而定，鍛坯出爐后不應(yīng)堆放冷卻，而應(yīng)散開空冷或噴霧冷卻。對于某些合金結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)采用正火加回火工藝時，正火溫度略高于滲碳溫度，回火溫度為600680。2）等溫退火 對于高精度齒輪，為增加預(yù)處理組織均勻性，可采用等溫退火工藝。3）去應(yīng)力處理 對要求高的齒輪以及模數(shù)大于14的齒輪

38、，齒形粗加工后應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火處理或在600680進(jìn)行高溫回火。4.滲碳處理前的準(zhǔn)備工作1）探傷對可靠度要求高的齒輪應(yīng)進(jìn)行超聲波或磁粉探傷檢驗，其技術(shù)指標(biāo)可按國家標(biāo)準(zhǔn)或各行業(yè)規(guī)定。2）表面清理待滲碳的齒輪及吊裝夾具均應(yīng)進(jìn)行清理或置于450550爐內(nèi)氣化脫脂，除去表面油污、鐵屑及其他有害雜物。3）防滲措施對齒輪不需滲碳的部位，可以采用防滲涂料涂敷表面。防滲涂料應(yīng)附著牢固，滲碳處理后應(yīng)易脫落，且對齒輪表面質(zhì)量無有害影響。也可采用鍍銅或預(yù)留加工量等防滲措施。4）吊裝夾具根據(jù)處理設(shè)備類型及齒輪的結(jié)構(gòu)特點設(shè)計吊裝夾具。原則：夾具的結(jié)構(gòu)、尺寸應(yīng)保證其在高溫狀態(tài)下具有足夠的剛性。吊裝夾具經(jīng)多次使用后不應(yīng)對齒

39、輪有較大的畸變影響，必要時必須及時更換。夾具應(yīng)保證在處理過程中齒輪各部位加熱、冷卻均勻，滲碳?xì)夥樟鲃泳鶆颍⑹股a(chǎn)操作安全方便。5）隨爐試樣隨爐試樣材料應(yīng)與被處理齒輪材料相同，其形狀尺寸應(yīng)能代表齒輪實際處理情況。仿形試樣或齒形試樣，應(yīng)至少含有3個輪齒。齒根以下截面厚度等于齒根圓齒厚的二分之一，或根據(jù)齒輪模數(shù)選取，一般應(yīng)大于10mm；齒寬為齒根圓齒厚的23倍。6）滲碳原料的選用根據(jù)熱處理設(shè)備的類型、滲碳原料的特性及供應(yīng)狀況選擇。滴注式氣體滲碳爐可采用專用滲碳油、煤油、丙酮、異丙醇、醋酸乙酯、甲苯等任一種作滲碳劑，用甲醇作稀釋劑。可控氣氛滲碳時，吸熱式氣氛原料氣為天然氣和液化石油氣。5.氣體滲碳法

40、氣體滲碳法是將工件放入密封的滲碳爐內(nèi)，使工件在930高溫的滲碳?xì)夥罩羞M(jìn)行滲碳。通入的有機(jī)物液體（甲醇、煤油、異丙醇）在高溫下分解，產(chǎn)生活性碳原子，并被加熱到奧氏體狀態(tài)的工件表面吸收，而后向鋼內(nèi)部擴(kuò)散。滲碳時最主要的工藝參數(shù)是加熱溫度和保溫時間。加熱溫度愈高，滲碳速度就愈快，且擴(kuò)散層的厚度也愈深。1）滲碳工藝規(guī)范a.裝爐 將準(zhǔn)備就緒的齒輪和隨爐試樣安放在吊裝夾具上。對于中、小模數(shù)的薄壁齒輪應(yīng)采用掛裝或托墊形式的夾具，對帶有花鍵孔的齒輪應(yīng)支承合理。齒輪裝在夾具上時，輪齒之間不得有搭接，且輪齒工作面之間應(yīng)留有足夠間隙。井式氣體滲碳爐的中檢試樣可在齒輪裝爐后或排氣結(jié)束后放入試樣孔。b.排氣 齒輪裝爐后

41、，溫度達(dá)750以上的大量滴入甲醇，達(dá)850后再通入滲碳劑當(dāng)采用井式氣體滲碳爐處理易畸變和可靠度要求高的齒輪以及裝爐量較大時，應(yīng)采取分段均溫加熱方式，同時通入氮氣開始排氣，爐溫升至750后滴入甲醇。當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定的滲碳溫度，且爐氣碳勢達(dá)0.8時，即為排氣結(jié)束，轉(zhuǎn)入強滲階段。c.滲碳溫度和時間 滲碳溫度一般為890930。滲碳時間根據(jù)鋼材特性、滲層深度要求、滲碳溫度、滲碳原料特性、爐型等條件決定。氣體滲碳典型工藝d.擴(kuò)散 對于要求滲層梯度平緩的齒輪，強滲后應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)散。但當(dāng)要求有效硬化層深度小于1mm時，可不進(jìn)行擴(kuò)散。當(dāng)使用井式氣體滲碳爐時，在強滲階段后期取出中檢試樣，檢驗滲層深度，根據(jù)技術(shù)要求適時

42、轉(zhuǎn)入擴(kuò)散階段。從強滲階段轉(zhuǎn)入擴(kuò)散階段時，一般溫度不變，并應(yīng)合理調(diào)整滲碳原料的比例及用量，必要時可通入能快速降低爐內(nèi)碳熱的氣體，如氮氣等。當(dāng)使用井式氣體滲碳爐時，在擴(kuò)散階段末期檢查中檢試樣，根據(jù)要求的滲層深度及表面含碳量確定實際擴(kuò)散時間。e.碳勢控制原則 強滲期碳勢控制：一般情況下，在不出現(xiàn)炭黑及工件表面碳化物級別允許的前提下，在強滲期爐內(nèi)應(yīng)具有最高碳勢，以獲得最快的滲速。擴(kuò)散期碳勢控制：一般以工件表層達(dá)到設(shè)計要求的碳濃度確定爐內(nèi)碳勢。當(dāng)有微機(jī)控制時，應(yīng)能根據(jù)齒輪滲層碳濃度分布的設(shè)計要求進(jìn)行自動測控。f.降溫處理 根據(jù)材料及工藝要求，滲碳后采用不同的降溫處理。需直接淬火的齒輪，可在滲碳爐內(nèi)降溫至

43、840880保溫0.51h后投入淬火介質(zhì)中冷卻；需重要加熱淬火的齒輪，在滲碳爐內(nèi)降溫至820880保溫適當(dāng)時間后移至冷卻裝置中冷卻，并應(yīng)采取防氧化脫碳措施，齒輪冷至350以下方可空冷；當(dāng)齒面有較大加工留量時可采用空冷；鎳鉻含量較高的材料，冷至150250后進(jìn)行高溫回火。2）淬火工藝規(guī)范a.直接淬火 齒輪經(jīng)過氣體滲碳后在滲碳爐內(nèi)降溫至840880保溫0.51h，然后投入淬火介質(zhì)中冷卻。用井式氣體滲碳爐處理的齒輪，出爐后應(yīng)盡快投入淬火介質(zhì)內(nèi)，以避免表面產(chǎn)生異常組織。b.一次加熱淬火 一般加熱溫度為820860。對用連續(xù)式氣體滲碳爐或密封箱式爐滲碳的齒輪，為細(xì)化晶粒在冷卻裝置中冷至600后，再重新加

44、熱至淬火溫度。（a）直接淬火（b）一次加熱淬火（c）二次加熱淬火圖2- 淬火工藝圖c.二次加熱淬火 第一次淬火加熱溫度為860880，保溫后淬火冷卻，待工時冷至室溫后再進(jìn)行第二次淬火，其第二次加熱溫度為780800，冷卻方法同前。3）清洗烘干 齒輪及吊裝夾具經(jīng)淬火冷卻至適當(dāng)溫度后方可進(jìn)行清洗烘干。4）回火工藝規(guī)范 齒輪清洗后應(yīng)及時低溫回火，一般間隔不超過4h。根據(jù)圖樣技術(shù)要求的硬度及鋼種確定回火溫度，一般為160220，回火時間為24h。對于高鎳鉻鋼大型齒輪要充分回火，一般為1020h。對于高精度齒輪，磨齒后應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力回火，溫度為140160，保溫時間不少于2h。5）冷處理 一般齒輪不采用冷

45、處理。對于精度和可靠度要求高的齒輪，當(dāng)滲碳表層組織中有過多殘余奧氏體，且最終硬度要求58HRC以上時方進(jìn)行冷處理。齒輪在冷處理前后均應(yīng)進(jìn)行低溫回火處理，以免產(chǎn)生顯微裂紋。冷處理溫度為7080，時間為2h，大齒輪適當(dāng)延長時間。齒輪經(jīng)冷處理后應(yīng)使其溫度回升到室溫，再進(jìn)行低溫回火，但間隔不得超過4h。6）噴砂或噴丸 熱處理后齒輪按要求進(jìn)行噴砂清理或噴丸強化。目的：清除表面氧化皮；表面形成壓應(yīng)力提高疲勞壽命。二、滲氮在一定的溫度下（一般在Ac1一下）使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝稱為滲氮。鋼件經(jīng)滲氮后可獲得高的表面硬度（HV10001200）、高的耐磨性、高的疲勞強度、紅硬性級高的耐蝕性，并

46、且熱處理變形小。滲氮可分為氣體滲氮、液體滲氮和離子滲碳等。目前工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的是氣體滲氮法，它是利用氨氣在加熱時分解出活性氮原子，被鋼吸收后在其表面形成滲氮層，同時向心部擴(kuò)散。氨的分解反應(yīng)如下：2NH33H2+2N滲氮工件的加工工藝路線如下：鍛造退火粗加工調(diào)質(zhì)半精加工去應(yīng)力退火精加工去應(yīng)力退火粗磨滲氮（精磨）。1.滲氮用鋼滲氮齒輪常用鋼2.滲氮工藝1）等溫滲氮 等溫滲氮溫度較低、氮化物分散度較大，表面硬度高（HV=10002000），變形小，脆性低。但周期長、深層淺、成本高。適用于要求硬度高、形狀復(fù)雜、尺寸精密、滲層淺的零件。等溫滲氮工藝曲線2）二段氮化 與等溫氮化相比，二段氮化所得表面硬度

47、稍低，變形稍有增大。但滲氮速度快，適用于要求滲氮層較深批量較大的零件。二段氮化工藝曲線3）三段滲氮 三段氮化能進(jìn)一步提高滲速，但硬度、脆性、變形等均較等溫氮化差。三段滲氮工藝曲線生產(chǎn)中根據(jù)實際的技術(shù)要求選擇合適的滲氮工藝。下表為常用鋼的滲氮工藝。常用鋼在氨中滲氮的工藝參數(shù)3.滲氮層的質(zhì)量檢測1）外觀和變形 正常滲氮中的表面應(yīng)為銀灰色而無光澤，不應(yīng)有局部亮點（區(qū)）存在。一般發(fā)亮表明該處未滲氮。滲氮處理產(chǎn)生變形傾向最小。滲氮件的變形檢查與其它工序的變形檢查沒有本質(zhì)的不同，只是滲氮件的表面粗糙度細(xì)，留磨量小，有的工件甚至不再精磨，所以要求測量滲氮變形要更加仔細(xì)、精確。2）滲氮層組織 正常的金相組織由

48、表及里依次為心部。在生產(chǎn)實踐中，若白亮層是單一的相，它并不脆，若白亮層為相，則隨著相的增加、脆性加大。只要脆性合格，仍判定為合格。在緊靠白亮層的區(qū)域內(nèi)，有時出現(xiàn)針狀、魚骨狀、網(wǎng)狀或脈狀白色氮化物，若少量出現(xiàn)脆性不大，若出現(xiàn)粗大、連續(xù)的氮化物時，脆性必然超標(biāo)，甚至發(fā)生滲氮層的剝落。按GB/T11354-1989鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗規(guī)定，滲氮層組織中氮化物12級合格，疏松12級合格。3）滲氮層硬度 由于滲氮層薄硬度高，所以對表面硬度的檢查一般都采用維氏硬度計（HV）或者表面洛氏硬度計（HRN），若對滲氮層中的化合物層測定硬度或在試驗中要測定滲層的硬度分布，測繪硬度曲線時，應(yīng)使用顯微

49、硬度計（HM）。4）滲氮層脆性 根據(jù)GB/T 11354-1989鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗中規(guī)定，脆性分為5級，可直接依據(jù)維氏硬度計壓頭的壓痕形狀來評定。規(guī)定12級合格。5）滲氮層深度 在GB/T 11354-1989鋼鐵零件滲氮層深度測量和金相組織檢驗中規(guī)定：采用維氏硬度計，試驗力為2.94N（0.3kgf）從試樣表面測至比基體硬度高50HV處的垂直距離為滲氮層深度。當(dāng)用不同測量方法對滲氮層深度值有爭議時，以硬度法作為仲裁方法。2.5表面處理工藝表面處理是應(yīng)用物理、化學(xué)、機(jī)械等方法改變固體材料表面成分或組織結(jié)構(gòu),獲得所需要的性能,以提高產(chǎn)品的可靠性或延長使用壽命的各種技術(shù)的總稱。

50、表面處理在基體材料表面上人工形成一層與基體的機(jī)械、物理和化學(xué)性能不同的表層的工藝方法，目的是滿足產(chǎn)品的耐蝕性、耐磨性、裝飾或其他特種功能要求。2.5.1熱噴涂一、技術(shù)原理及特點熱噴涂是采用各種熱源使涂層材料加熱熔化或半熔化，然后用高速氣體使涂層材料分散細(xì)化并高速撞擊到基體表面形成涂層的工藝過程。主要分類如下圖：圖1-1 熱噴涂的分類熱噴涂工藝流程包括基體表面預(yù)處理、熱噴涂、后處理、精加工等過程。 二、熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用1.噴涂耐腐蝕涂層采用熱噴涂技術(shù)可以噴涂耐各種介質(zhì)腐蝕的保護(hù)涂層，如鋅、鋁、不銹鋼、鎳合金、蒙耐爾合金、青銅以及氧化鋁、氧化鉻陶瓷涂層和塑料等。2.噴涂耐磨涂層如在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、密封

51、軸頸、活塞環(huán)、主動齒輪軸頸等滑動磨損部位，噴涂各種鐵基或鎳基耐磨合金涂層，或氧化鋁、氧化鉻等耐磨陶瓷涂層和鎳基或鈷基碳化鎢涂層。3.噴涂耐高溫涂層4.噴涂功能涂層圖4- 為熱噴涂工藝流程圖。圖1-2 熱噴涂工藝流程圖2.5.2電鍍技術(shù)電鍍是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，在直流電的作用下，以被鍍基體金屬為陰極，以欲鍍金屬或其它惰性導(dǎo)體為陽極，通過電解作用，在基體表面上獲得結(jié)合牢固的金屬膜的表面工程技術(shù)。電鍍的目的是改善基體材料的外觀，賦予材料表面的各種物理化學(xué)性能，如耐蝕性、裝飾性、耐磨性、釬焊性以及導(dǎo)電、磁、光學(xué)性能等。電鍍具有工藝設(shè)備簡單、操作方便、加工成本低、操作溫度低等特點，是表面工程技

52、術(shù)中最常用的方法之一。不同溶液和工藝參數(shù)下得到的鍍層，性能和用途也不同。按鍍層的性能可將其分為：（1）防護(hù)性鍍層在大氣或其它環(huán)境下，可延緩基體金屬發(fā)生腐蝕的鍍層。如：鋼鐵基體上的鋅和鋅合金鍍層、鎘鍍層等。防護(hù)裝飾性鍍層在大氣環(huán)境中，既可減緩基體金屬的腐蝕，又起到裝飾作用的鍍層。（2）功能性鍍層能明顯改善基體金屬的某些特性的鍍層，包括耐磨鍍層，如鍍硬鉻；減摩鍍層，如鉛錫合金等；導(dǎo)電鍍層，如銀、金等；導(dǎo)磁鍍層，如鎳鐵合金、鎳鈷合金、鎳磷合金等；釬焊性鍍層，如錫鉛合金、錫鈰合金等；其它功能性鍍層還有吸熱鍍層、反光鍍層、防滲鍍層、抗氧化鍍層、耐酸鍍層等。為了達(dá)到預(yù)期的使用目的，任一電鍍層都必須滿足如下

53、三個基本條件：第一，與基體金屬結(jié)合牢固，附著力好；第二，鍍層完整，結(jié)晶細(xì)致，孔隙少；第三，鍍層厚度分布均勻。此外，對單一鍍種和不同鍍種組合的鍍層，我國已制訂與國際接軌的相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。鍍層的質(zhì)量應(yīng)滿足零件在不同環(huán)境下使用的技術(shù)要求。電鍍層的質(zhì)量主要體現(xiàn)在它的物理化學(xué)性能、組織結(jié)構(gòu)和表面特征等。鍍層質(zhì)量主要取決于鍍層金屬自身的性能，但鍍液的組成、電鍍規(guī)范、基體金屬的特征及前處理工藝等也有較大影響。2.5.3激光合金化一、激光合金化的原理與特性激光合金化是金屬材料表面局部改性處理的一種新方法，它利用高能密度激光束使添加的合金元素與基體材料表面薄層同時熔化、混合，在很短的時間內(nèi)形成厚的表面合金。利用該

54、技術(shù)可使廉價的普通材料表面獲得優(yōu)異的耐磨、耐腐蝕、耐熱等性能，以取代昂貴的整體合金；可改善不銹鋼、鋁合金和鈦合金的耐磨性能；亦可制備傳統(tǒng)冶金方法無法得到的某些特種材料，如超導(dǎo)合金、表面金屬玻璃等。與普通電弧表面硬化和等離子噴涂相比，激光合金化有下列優(yōu)越性：1）激光輻射能量高度集中，可通過空氣進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播；2）是一種快速處理方法，有效利用能量；3）能準(zhǔn)確地控制功率密度與加熱速度，從而變形小。而電弧硬化與等離子噴涂采用的是不均勻加熱和冷卻，在急冷過程中有熱沖擊，造成變形和開裂，隨后往往需要校直和打磨加工；4）能使難以接近的和局部的區(qū)域合金化，而且利用激光的深聚焦，在不規(guī)則的零件上可得到均勻的合金化深度?；谏鲜鎏攸c，激光合金化在金屬加工工業(yè)中逐漸獲得各種應(yīng)用。迄今適合于激光合金化的基材有普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、鈦合金、鋁合金，合金化元素包括Gr、Ni、W、Ti、Mn、B、V、Co、Mo。2.5.4激光熔覆激光溶覆是利用高能激光束輻照，通過迅速熔化、擴(kuò)展和凝固，在基材表面熔覆一層具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的材料，構(gòu)成一種新的復(fù)合材料，以彌補基體所缺少的高性能?？梢愿鶕?jù)工件的工況要求，熔覆各種（設(shè)計）成分的金屬或非金屬，制備耐熱、耐蝕、耐磨、抗氧化、抗疲勞或具有光、電、磁特性的表面覆層。通過激光熔覆，可在低熔點材料上熔覆一層