金屬材料及熱處理11鋼的熱處理篇(8)

1、1、Fe-C相圖與碳鋼2、鋼的加熱轉(zhuǎn)變（奧氏體化）3、 奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變（奧氏體分解， C曲線）4、 珠光體轉(zhuǎn)變與鋼的退火、正火5、 馬氏體轉(zhuǎn)變與鋼的淬火6、 淬火鋼的加熱轉(zhuǎn)變與鋼的回火7、 貝氏體轉(zhuǎn)變8、 表面淬火9、 化學(xué)熱處理10、熱處理的工藝基礎(chǔ)（略）六、六、碳鋼及鋼的熱處理碳鋼及鋼的熱處理9、化學(xué)熱處理1 1）概述）概述主要目的主要目的: :強(qiáng)化表面保護(hù)零件表面類似于表面淬火，基體綜合性能好，表面有良好的特殊性能表面淬火-提高表面的強(qiáng)度硬度增加耐磨性，而表面抗蝕性工件疲勞強(qiáng)度等均有改變雖然表面淬火對抗蝕性有一定幫助，但是要求表面有高的抗蝕性和硬度(超過Hv900(=HRC60)，表面

2、淬火無法實(shí)現(xiàn)因此要采用其他方法來對表面進(jìn)行改進(jìn)，方法很多，其中最常見的是化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是在熱作用和化學(xué)作用共同作用下改變鋼件表面的化學(xué)成分，組織，使化學(xué)熱處理是在熱作用和化學(xué)作用共同作用下改變鋼件表面的化學(xué)成分，組織，使之獲得所需性能的熱處理方法之獲得所需性能的熱處理方法. .與其他熱處理不同之處在于表面改變了化學(xué)成分與其他熱處理不同之處在于表面改變了化學(xué)成分. .其其他沒有改變成分他沒有改變成分. .分類：分類：化學(xué)熱處理種類有很多.根據(jù)鋼件表面滲入元素的不同，可分為兩大類1、滲入非金屬C/N/C+N，主要目的強(qiáng)化表面，耐蝕性也可提高2、滲入金屬或半金屬Cr/Al/Al+Cr/Si/B

3、/Mo/W/V/Ti，改善表面物理化學(xué)性能，抗氧抗蝕性；3、1和2可以相互結(jié)合，如C+B共滲基本過程：基本過程：在物理化學(xué)中已有相關(guān)講述，這里只簡單說明一下，可以分為三步1、活性原子形成C(焦碳，甲烷，煤油)N(NH3分解)2、活性原子吸附與吸收(遷移到表面，并滲入到金屬表面)3、活性原子在鋼件內(nèi)的擴(kuò)散(合乎擴(kuò)散定律)，最慢，擴(kuò)散過程為控制步驟，也是影響最終性能的主要過程。(濃度，分布，深度，最終性能) 向零件深處發(fā)展，在鋼表面形成一定的擴(kuò)散層。擴(kuò)散有兩種方式：擴(kuò)散有兩種方式：1、固溶體擴(kuò)散(滲C)；2、相變反應(yīng)擴(kuò)散(氮化)。2）表面滲碳處理）表面滲碳處理滲碳鋼：滲碳鋼：碳含量為0.10-0.

4、25%的低碳鋼，或低碳合金鋼，如 10，25，15Mn，20Cr等表淬零件用，常選用可淬硬鋼(中碳，高碳)滲碳則不需可淬硬鋼，因?yàn)闈B碳后表面碳含量可達(dá)0.8-1.1%(過析成分)滲碳成分與過程：滲碳成分與過程：根據(jù)選用化學(xué)介質(zhì)不同，可分為1、固體滲碳(用得少，易控制但質(zhì)量差，選用木炭，焦碳，加催滲劑BaCO3，Na2CO3都造成不均勻，零件埋在填滿固體劑的滲相內(nèi)密封加熱)2、液體滲碳(幾乎不用，通常選用含氰鹽類NaCN+BaCl2+kCl+NaCl+Na2CO3鹽浴，有劇毒，工件侵入內(nèi)加入即可)3、氣體滲碳(常用，氣體滲碳劑有有機(jī)液體如煤油酒精，有機(jī)物氣體如天然氣，液化石油氣及有機(jī)液體的裂解氣

5、)表面濃度取決于氣氛(碳勢)一定溫度下爐內(nèi)氣氛與鋼件表面含碳量平衡時(shí)的相對含量(平衡時(shí)的相對碳含量，最大不超過擴(kuò)散溫度下固溶體的極限濃度)如圖為氣體滲碳示意圖如圖為氣體滲碳示意圖煤油分解-C吸收表面擴(kuò)展深處通常通過滴入調(diào)節(jié)煤油滴入的速度來控制氣氛碳勢，在一定溫度下爐內(nèi)氣氛與鋼件表面含碳量平衡時(shí)的相對含量對滲碳質(zhì)量起著決定作用。不應(yīng)簡單理解為滲碳等于脫碳.工件表面的碳量與氣氛里的碳含量達(dá)到一定的動態(tài)平衡時(shí)爐氣狀態(tài)(含碳量).因此如要滲碳則需氣氛碳含量上升，超過平衡狀態(tài).則會脫碳.到一定程度又達(dá)到平衡.通常氣氛碳含量上升，達(dá)到平衡表面碳含量上升.且鋼表面碳含量上升，則要求氣氛中碳含量上升。擴(kuò)散過程

6、分析擴(kuò)散過程分析(固溶體擴(kuò)散固溶體擴(kuò)散)設(shè)滲碳溫度為930(900-950)，滿足擴(kuò)散規(guī)律，擴(kuò)散層內(nèi)無新相產(chǎn)生，滲碳體，固溶體保持原點(diǎn)陣.表示濃度與滲碳條件有關(guān).但最大不超過極限固溶度，碳元素分布由表向里平滑下降，各處的成分可通過擴(kuò)散規(guī)律與定量分析，這里不講了.滲碳后緩冷的組織滲碳工藝及相應(yīng)熱處理1、滲碳加熱溫度900-950對于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼少數(shù)合金鋼可達(dá)1000-1050.通常900-930.因?yàn)樵诖藴囟人俣容^高，但奧氏體不致于過分粗化鑒定本質(zhì)粗與細(xì)的奧化加熱溫度，選擇熱處理工藝不一樣保溫時(shí)間，由滲碳方法，滲碳溫度所需滲層深度0.5-2.0mm而定.時(shí)間比較長.滲碳后熱處理滲碳后熱處理( (

7、淬火加低溫回火淬火加低溫回火) )淬火，也就包括滲碳后冷卻，冷卻說明在熱處理中前期處理不當(dāng)a，直接淬火，很少用，應(yīng)力大易產(chǎn)生變形開裂b，830-840預(yù)冷直接淬火，適用于本質(zhì)細(xì)鋼，在滲碳時(shí)不會奧氏體長得太粗相對于a，降低熱應(yīng)力不易產(chǎn)生變形與開裂表層析出部分碳化物，減少殘奧，產(chǎn)生盡量多的板馬.但是馬粗，加較多殘奧c，一次淬火適用于本質(zhì)細(xì)鋼，先緩冷，空冷，重新加熱到820-860淬火，對于合金鋼稍高，AC3 (840-860)心部奧化，淬火得到低碳馬氏體，改善性能，對于碳鋼，淬溫宜在AC1- AC3之間，如選AC3以上，對于表面而言，淬火溫度太高，易獲粗馬加較多殘奧d，二次淬火，多用于本質(zhì)多粗晶粒

8、鋼.滲碳后空冷，再加熱到AC3以上850-900淬火，細(xì)化心部消除表層可能存在網(wǎng)狀二次滲碳體.然后再到AC1+30-50(760-780)淬火，目的細(xì)化表層組織，獲細(xì)馬+均粒壯碳化物，并減少表層的殘余奧氏體。性能要求高或本質(zhì)粗晶粒鋼通常使用二次淬火。回火回火淬火后進(jìn)行低溫回火，淬火后進(jìn)行低溫回火，以消除淬火應(yīng)力，提韌性，并保持表面較高的硬度，疲勞強(qiáng)度。滲碳后緩冷的組織，930均奧化，因此，緩冷后的組織取決于成分(含碳量)，滲碳層深度的計(jì)算：滲碳層深度的計(jì)算：低碳鋼(表面到1/2過渡層)，低碳合金鋼(表面到過渡層靠心部一端)滲碳熱處理后的最終組織和性能滲碳熱處理后的最終組織和性能因鋼種不同，不同

9、的熱處理組織各異(淬火不同)表現(xiàn)在晶粒細(xì)化，第二相Fe3C的形貌分布，殘奧的多少理想組織表面為回馬+細(xì)小均勻的粒狀碳化物HRC60，有時(shí)候也可能有少量的下貝(殘奧產(chǎn)生的)，心部因鋼種而異，淬透性低的低碳鋼，心部P+F，HRC10-15，淬透性高的低碳合金鋼，心部為回火低碳馬氏體(或屈氏體或索氏體) +F，HRC25-45，20CrMnTi另外，還有鋼種，熱處理方法，零件尺寸大小.尺寸大，心部即使是合金鋼可能得不到回火低碳馬氏體.一般滲碳零件的工藝路線一般滲碳零件的工藝路線鍛造正火(去鍛造產(chǎn)生的缺陷，調(diào)整性能易于加工)機(jī)加工滲碳注意：1、滲碳前一般不需要其他熱處理，調(diào)整組織。2、滲碳后一定要淬火

10、加低溫回火，不能高回。3、有時(shí)要用去碳機(jī)加工，去除本不需要滲碳而滲碳的部分滲碳層。也可用鍍銅等的防止?jié)B碳)淬火加低回精加工。3）氮化）氮化一般過程同滲碳：一般過程同滲碳：NH3N吸收表面擴(kuò)散氮化層周期較長，為了縮短氮化周期，離子氮化采用輝光放電的物理現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)氮化氮化的主要目的：氮化的主要目的：主要目的，提高表面硬度，耐磨性，疲勞強(qiáng)度，抗蝕性，優(yōu)點(diǎn)是無須淬火即提高耐磨熱硬性，氮化溫度低，處理時(shí)不易產(chǎn)生變形開裂除了提高表面硬度耐磨性，提高抗蝕性，疲勞強(qiáng)度熱硬度，主要優(yōu)點(diǎn)是無須淬火即提高耐磨熱硬性，氰化溫度低，處理時(shí)不易產(chǎn)生變形開裂為了縮短氮化周期，采用潔凈氮化，鍍鈦氮化，離子氮化等離子氮化：離子氮

11、化：采用輝光放電的物理現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)氮化NH3-N+H+e在電場作用下，以高能氮原子轟擊工件表面，氮正離子轉(zhuǎn)變?yōu)榈?，吸收并擴(kuò)散。具體工藝過程不講了，主要是了解氮化層組織性能及氮化工件工藝路線氮化層組織：氮化層組織：擴(kuò)散過程（相變反應(yīng)擴(kuò)散特點(diǎn)）擴(kuò)散過程（相變反應(yīng)擴(kuò)散特點(diǎn)）擴(kuò)散層為多相Fe2(CN)密排六方-氮化物相 面心立方 Fe固溶體，滲入元素在固溶體中濃達(dá)到飽和后，如繼續(xù)增加則出現(xiàn)新相，擴(kuò)散層中滲入元素呈跳躍式突變，如基體為純組元，則擴(kuò)散層中不會有兩相區(qū)，只是由幾個(gè)濃度突變的單相層組成.氮化層組織與氮濃度有關(guān)氮化層組織與氮濃度有關(guān)氮量大于6.1-， ， ， 大于0.1- ， ，小0.1-.通常

12、，氮化處理表層氮量大于6.1，因此，氮化工件氮化層的組織為+ + 如要抗蝕表面需形成一層致密的氮化層，則要求表面為相 氮含量大于6.1，如需高硬，則需形成相.一般要求氮化層深度0.6-0.7mm以上碳鋼的氮化層情況.合金鋼則除此外，還有AlN，MoN等N與合金元素形成的氮化物存在.這些相有十分明顯的沉淀強(qiáng)化效應(yīng).對工件表面熱硬性的提高有利.氮化鋼及氮化工件生產(chǎn)工藝路線：氮化鋼及氮化工件生產(chǎn)工藝路線：氮化鋼氮化鋼含Cr，Al，Mo等合金元素的鋼最常見的38CrMoAl調(diào)質(zhì)鋼，40Cr，35CrMo，42CrMo，12Cr2Ni4 A，18CrNiW，另外不銹鋼，耐熱鋼均可氮化生產(chǎn)工藝路線生產(chǎn)工藝路線鍛造退火或正火(消除鍛造引起的缺陷，應(yīng)力，易于加工)粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)(保證整體綜合性能良好，為氮化做準(zhǔn)備，調(diào)整組織性能)精加工去應(yīng)力退火(消除精加工引起的表面應(yīng)力，對氮化有一定影響，減少氮化處變形)粗磨氮化氮化(目的，氮化前要調(diào)質(zhì)，氮化后一般不要再進(jìn)行熱處理，溫度低，對基體影響小，且緩冷，變形應(yīng)力小，因此后面不需要低溫回火)精磨不需要低溫回火4）如何選擇表淬，滲碳，滲氮工藝）如何選擇表淬，滲碳，滲氮工藝比較優(yōu)劣