機(jī)械工程材料及選用第四章熱處理2

1、1第四章 鋼的熱處理 第一節(jié) 鋼加熱時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變第二節(jié) 鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖第三節(jié) 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變組織與性能第四節(jié) 鋼的常規(guī)熱處理工藝第五節(jié) 鋼的表面處理工藝第六節(jié) 鋼的熱處理新技術(shù)(jsh)第七節(jié) 常見熱處理缺陷共九十六頁2第四節(jié) 鋼的常規(guī)(chnggu)熱處理工藝4.4.1 退火4.4.2 正火4.4.3 淬火(cu hu)4.4.4 回火共九十六頁34.4.3 淬火(cu hu)淬火：將鋼加熱到 Ac1 或Ac3以上3050C，保溫后快速冷卻以得到馬氏體組織的熱處理工藝稱為(chn wi)淬火。淬火工藝可分為：完全淬火和不完全淬火。共九十六頁44.4.3 淬火(cu hu)4.4.3.1

2、 完全淬火4.4.3.2 不完全淬火4.4.3.3 淬火介質(zhì)4.4.3.4 鋼的淬透性和淬硬性(yngxng)4.4.3.5 淬火冷卻方式共九十六頁54.4.3.1 完全(wnqun)淬火完全淬火工藝適合于亞共析鋼。完全淬火：是將亞共析鋼加熱到Ac3+ 3050C保溫，淬火后得到(d do)完全馬氏體組織的熱處理工藝。加熱溫度在Ac3以上可保證組織完全奧氏體化。如果加熱溫度在Ac1Ac3之間，則先共析鐵素體不能完全溶解，淬火后將得到馬氏體與鐵素體的雙相組織，從而使材料出現(xiàn)軟點(diǎn)。共九十六頁64.4.3 淬火(cu hu)4.4.3.1 完全淬火4.4.3.2 不完全淬火4.4.3.3 淬火介質(zhì)(

3、jizh)4.4.3.4 鋼的淬透性和淬硬性4.4.3.5 淬火冷卻方式共九十六頁7不完全淬火工藝適合于共析鋼和過共析鋼不完全淬火是將球化退火的共析鋼或過共析鋼加熱到Ac1+3050C保溫(bown)，保持部分粒狀碳化物未溶，淬火后得到馬氏體與粒狀碳化物混合組織的熱處理工藝。碳鋼淬火加熱(ji r)溫度Accm（a）亞共析鋼完全淬火（b）過共析鋼不完全淬火共九十六頁84.4.3.2 不完全(wnqun)淬火過共析鋼淬火加熱溫度一定不能超過Accm，否則將會(huì)產(chǎn)生以下不利影響 ：碳化物全部溶解將使奧氏體中碳濃度過高，Ms點(diǎn)降低，淬火后殘余(cny)奧氏體量增多；粒狀碳化物消失，淬火組織耐磨性降低。

4、鋼發(fā)生嚴(yán)重氧化、脫碳，降低表面質(zhì)量；增大淬火應(yīng)力，變形與開裂傾向增加；奧氏體晶粒粗化，淬火馬氏體粗大，鋼的脆性增加。共九十六頁94.4.3 淬火(cu hu)4.4.3.1 完全淬火4.4.3.2 不完全淬火4.4.3.3 淬火介質(zhì)4.4.3.4 鋼的淬透性和淬硬性(yngxng)4.4.3.5 淬火冷卻方式共九十六頁10淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度，才能得到馬氏體。理想淬火冷卻介質(zhì)應(yīng)滿足在高溫區(qū)冷速快、低溫區(qū)冷速慢的要求。常用的介質(zhì)有水、礦物油及新型(xnxng)淬火劑。水：最常用的淬火介質(zhì)，適用于小截面的碳鋼工件。水介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)：冷卻能力強(qiáng)、成本低、無污染；水介質(zhì)的缺點(diǎn)：在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)冷

5、速快，使得材料內(nèi)應(yīng)力大。4.4.3.3 淬火(cu hu)介質(zhì)共九十六頁11礦物油：冷卻速度比水慢得多，低溫區(qū)的冷卻能力更小，適用于合金鋼淬火，而不能用于碳鋼淬火。新型淬火劑：是以水或油為基，加入各種添加劑改變水或油的冷卻特性，達(dá)到理想冷卻效果(xiogu)的冷卻介質(zhì)。4.4.3.3 淬火(cu hu)介質(zhì)共九十六頁不同淬火劑冷卻曲線(qxin) 1 水，2 新型淬火劑，3 油共九十六頁134.4.3 淬火(cu hu)4.4.3.1 完全淬火4.4.3.2 不完全淬火4.4.3.3 淬火介質(zhì)(jizh)4.4.3.4 鋼的淬透性和淬硬性4.4.3.5 淬火冷卻方式共九十六頁144.4.3.4

6、 鋼的淬透性和淬硬性(yngxng)淬透性工件淬火冷卻時(shí)，表面的冷卻速度(sd)高，內(nèi)部冷卻速度(sd)低。若工件內(nèi)部某深度處的冷卻速度低于臨界冷卻速度，則從該處向內(nèi)的中心部分將得到部分馬氏體或非馬氏體組織。淬透層深度：由鋼表面至內(nèi)部半馬氏體點(diǎn)（馬氏體占50%）的距離，也稱淬硬層深度。共九十六頁154.4.3.4 鋼的淬透性和淬硬性(yngxng)淬透性：鋼淬火后得到淬透層深度大小的能力(nngl)。淬透層深度越大，其淬透性越好。不同鋼材具有不同的淬透性。共九十六頁164.4.3.4 鋼的淬透性和淬硬性(yngxng)淬透性好的鋼適合于制造受力狀態(tài)復(fù)雜、要求整個(gè)截面具有均勻力學(xué)性能的零件，如連

7、桿、錘桿、鍛模等。淬透性低的鋼適合于制造只承受彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷、最大應(yīng)力在表層、心部受力小的零件，如機(jī)床主軸、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(zhun z)等。鋼的淬透性測(cè)定淬透性的測(cè)定方法：末端淬火法。共九十六頁17用末端(m dun)淬火法測(cè)定鋼的淬透性 共九十六頁184.4.3.4 鋼的淬透性和淬硬性(yngxng)將標(biāo)準(zhǔn)試樣加熱至奧氏體化后，迅速放入末端淬火試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行(jnxng)噴水冷卻。噴水端冷卻速度最大，沿軸向隨距離增大，冷卻速度逐漸減小，組織及硬度亦逐漸變化。從末端開始，每隔一定距離測(cè)量一個(gè)硬度值，得到試樣沿長(zhǎng)度方向上的硬度變化，繪制出曲線，稱為淬透性曲線。曲線上硬度變化最劇烈處即為50%馬氏體處。

8、共九十六頁19臨界淬透直徑是指圓鋼棒在給定冷卻介質(zhì)中淬火，使其心部淬透（馬氏體量占50%）的最大尺寸。臨界淬透直徑不僅取決于鋼的成分，也與介質(zhì)的冷卻能力有關(guān)。同一鋼棒在不同介質(zhì)中的臨界淬透直徑不同。淬硬性(yngxng)淬硬性是指鋼淬火后馬氏體組織所能達(dá)到的最高硬度。淬硬性取決于馬氏體中的含碳量，含碳量增加，則淬硬性增大。4.4.3.4 鋼的淬透性和淬硬性(yngxng)共九十六頁204.4.3 淬火(cu hu)4.4.3.1 完全淬火4.4.3.2 不完全淬火4.4.3.3 淬火介質(zhì)(jizh)4.4.3.4 鋼的淬透性和淬硬性4.4.3.5 淬火冷卻方式共九十六頁214.4.3.5 淬火

9、(cu hu)冷卻方式單液淬火(cu hu)將加熱的工件放入單一液體中進(jìn)行冷卻，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的淬火方式。適用于形狀簡(jiǎn)單、截面尺寸小的零件。共九十六頁224.4.3.5 淬火(cu hu)冷卻方式水/油雙液淬火將加熱的工件先淬入水中快速冷卻至Ms點(diǎn)以上，再出水入油繼續(xù)冷卻，轉(zhuǎn)變(zhunbin)為馬氏體的淬火方式。適用于形狀復(fù)雜的碳鋼件淬火，在Ms點(diǎn)以下冷速慢，可防止馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生裂紋 。共九十六頁23分級(jí)淬火將工件放入稍高于Ms點(diǎn)的鹽浴爐中保溫，在貝氏體轉(zhuǎn)變(zhunbin)之前取出空冷，得到馬氏體的淬火工藝。優(yōu)點(diǎn)：工件表面與內(nèi)部溫差小，馬氏體轉(zhuǎn)變緩慢，應(yīng)力小，不易變形開裂。適用于截面尺寸小

10、、形狀復(fù)雜、淬透性好的鋼件。4.4.3.5 淬火(cu hu)冷卻方式共九十六頁24等溫淬火將加熱的工件放入處于貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的鹽浴爐中，保溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w的熱處理工藝(gngy)。適用于形狀復(fù)雜、要求具有較高硬度與強(qiáng)韌性的工模具。4.4.3.5 淬火(cu hu)冷卻方式共九十六頁25冷處理將淬火鋼件繼續(xù)冷到室溫以下，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。目的：提高硬度，增加尺寸穩(wěn)定性。冷處理適用于量具(lingj)及精密件等。4.4.3.5 淬火(cu hu)冷卻方式共九十六頁26第四節(jié) 鋼的常規(guī)(chnggu)熱處理工藝4.4.1 退火(tu hu)4.4.2

11、正火4.4.3 淬火4.4.4 回火共九十六頁274.4.4 回火(hu hu)回火是將淬火鋼加熱到Ac1以下溫度，保持12小時(shí)后冷卻的熱處理工藝。淬火鋼必須回火，回火是鋼熱處理的最后一道工序?；鼗鹉康模悍€(wěn)定淬火鋼件的組織形狀與尺寸。調(diào)整強(qiáng)度、硬度，降低(jingd)脆性，提高韌性與塑性。消除內(nèi)應(yīng)力，防止淬火件的變形與開裂。共九十六頁284.4.4 回火(hu hu)4.4.4.1 淬火鋼回火轉(zhuǎn)變(zhunbin)過程4.4.4.2 回火工藝的分類共九十六頁294.4.4.1 淬火鋼回火轉(zhuǎn)變(zhunbin)過程淬火共析鋼在不同回火溫度時(shí)將發(fā)生以下變化：馬氏體分解100200C，馬氏體開始分解

12、，部分碳原子脫溶析出-Fe2.4C，由于溫度低，析出不完全，馬氏體中的碳仍然(rngrn)過飽和。殘余奧氏體的分解200300C，馬氏體繼續(xù)分解，殘余奧氏體也發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，此時(shí)硬度下降不明顯。共九十六頁30碳化物的轉(zhuǎn)變(zhunbin)300400C，-Fe2.4C碳化物向滲碳體Fe3C轉(zhuǎn)變。同時(shí)，碳還繼續(xù)從-Fe固溶體析出。滲碳體粗化和-Fe回復(fù)與再結(jié)晶超過400C 回火，滲碳體（Fe3C）發(fā)生集聚粗化，-Fe中的碳已降到平衡濃度，固溶強(qiáng)化作用消失，-Fe發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，硬度、強(qiáng)度降低，韌性與塑性大大提高。4.4.4.1 淬火(cu hu)鋼回火轉(zhuǎn)變過程共九十六頁淬火鋼中馬氏體

13、的碳含量(hnling)、殘余奧氏體量、 內(nèi)應(yīng)力及碳化物粒子大小與回火溫度的關(guān)系 共九十六頁324.4.4 回火(hu hu)4.4.4.1 淬火鋼回火轉(zhuǎn)變(zhunbin)過程4.4.4.2 回火工藝的分類共九十六頁334.4.4.2 回火(hu hu)工藝的分類按照(nzho)回火溫度的不同，回火工藝可分為三大類：低溫回火回火溫度150200C，回火組織為低過飽和度的-Fe固溶體和極細(xì)-Fe2.4C的混合組織，稱為回火馬氏體。回火馬氏體仍然保持著淬火馬氏體的形態(tài)。高碳鋼的回火馬氏體為片狀，低碳鋼的回火馬氏體為板條狀。低溫回火目的：保持高硬度，降低脆性，降低內(nèi)應(yīng)力。共九十六頁34低溫回火適用

14、于工具、滾動(dòng)軸承、滲碳件、表面淬火件等要求高硬度工件。中溫回火回火溫度(wnd)350500C，回火組織為-Fe固溶體和極細(xì)粒狀滲碳體的混合組織，稱為回火屈氏體。中溫回火主要是為獲得高的彈性極限及較高韌性。主要用于彈簧的回火。4.4.4.2 回火工藝(gngy)的分類共九十六頁35高溫回火回火溫度500600C，組織為多邊形化的-Fe固溶體和細(xì)粒狀滲碳體的混合組織，稱回火索氏體。淬火+高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理目的：獲得具有足夠強(qiáng)度、硬度和良好的塑性、韌性配合的綜合力學(xué)性能。主要用于重要(zhngyo)結(jié)構(gòu)件，如軸、齒輪、曲軸等。4.4.4.2 回火工藝(gngy)的分類共九十六頁回火(h

15、u hu)索氏體 共九十六頁37第四章 鋼的熱處理 第一節(jié) 鋼加熱時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變第二節(jié) 鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖第三節(jié) 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變組織與性能第四節(jié) 鋼的常規(guī)熱處理工藝第五節(jié) 鋼的表面處理工藝第六節(jié) 鋼的熱處理新技術(shù)(jsh)第七節(jié) 常見熱處理缺陷共九十六頁38第五節(jié) 鋼的表面(biomin)處理4.5.1 表面淬火4.5.2 表面(biomin)化學(xué)熱處理共九十六頁394.5.1 表面淬火4.5.1.1 感應(yīng)加熱(ji r)表面淬火4.5.1.2 激光加熱表面淬火共九十六頁404.5.1.1 感應(yīng)(gnyng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火是以電磁感應(yīng)原理和集膚效應(yīng)為基礎(chǔ)，對(duì)工件表面進(jìn)行快速加熱，

16、在變溫中完成奧氏體化，并迅速冷卻淬火的熱處理工藝。感應(yīng)加熱表面淬火適合碳含量(hnling)0.30.5%的中碳鋼和中碳合金鋼，常用于齒輪、軸和鋼軌等工件。加熱原理感應(yīng)圈中的交變電流產(chǎn)生同頻交變磁場(chǎng)，使感應(yīng)圈內(nèi)的工件產(chǎn)生感應(yīng)電流。由于集膚效應(yīng)，工件表層電流密度最大，心部電流密度幾乎為零。因此工件表層被迅速加熱，而心部溫度不變。共九十六頁齒輪的感應(yīng)(gnyng)加熱表面淬火 共九十六頁軸的感應(yīng)(gnyng)加熱表面淬火共九十六頁43感應(yīng)加熱的頻率電流頻率越高，加熱層越薄。通過選擇不同的加熱頻率，可獲得(hud)不同的加熱層深度，從而得到不同的淬硬層深度。常用的感應(yīng)加熱電流有高頻，中頻和工頻三種頻

17、率。高頻感應(yīng)加熱：常用頻率在200300KHz之間，淬火層深度為0.52mm；中頻感應(yīng)加熱：常用頻率為25008000Hz，淬火層深度28mm，可用于處理曲軸、凸輪軸、鋼軌等；4.5.1.1 感應(yīng)(gnyng)加熱表面淬火共九十六頁44工頻感應(yīng)加熱：頻率為50Hz，淬火層深度增加至1020mm，適合于大直徑鋼材的深層加熱淬火。預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理是指為隨后的機(jī)加工或最終(zu zhn)熱處理提供良好的機(jī)加性能或組織形態(tài)而進(jìn)行的熱處理。感應(yīng)加熱淬火只改變工件的表層組織，對(duì)心部組織和性能不產(chǎn)生影響。因此表面淬火前要先進(jìn)行預(yù)備熱處理，準(zhǔn)備好心部的組織和性能。4.5.1.1 感應(yīng)(gnyng)加熱表面

18、淬火共九十六頁45預(yù)備熱處理工藝：中碳合金鋼：采用調(diào)質(zhì)處理，得到回火索氏體組織；中碳鋼：采用正火處理，得到索氏體組織。特點(diǎn)：感應(yīng)加熱速度極快，奧氏體化溫度高，轉(zhuǎn)變時(shí)間短，晶粒細(xì)小(xxio)，得到極細(xì)的隱晶馬氏體組織，硬度高于普通淬火的硬度。感應(yīng)加熱淬火使工件表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高了疲勞強(qiáng)度。感應(yīng)加熱表面淬火后，必須進(jìn)行低溫回火。4.5.1.1 感應(yīng)(gnyng)加熱表面淬火共九十六頁464.5.1 表面淬火4.5.1.1 感應(yīng)加熱(ji r)表面淬火4.5.1.2 激光加熱表面淬火共九十六頁47激光表面淬火是用激光束掃描工件表面，使表面迅速升溫奧氏體化，當(dāng)激光束移開后，通過熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)表面自

19、冷淬火的熱處理工藝。激光表面淬火的特點(diǎn)：能量集中(jzhng)，熱影響區(qū)小，熱應(yīng)力??；可對(duì)大工件的局部表面或溝槽孔的側(cè)面淬火；淬硬層與基體結(jié)合良好，淬火變形小，硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度高。4.5.1.2 激光(jgung)加熱表面淬火共九十六頁48激光表面淬火組織：超細(xì)板條馬氏體、超細(xì)碳化物加高位錯(cuò)密度殘余(cny)奧氏體。激光重熔合金化：在鋼件表面涂覆所需成分的金屬粉，用大功率激光束照射使之熔化，獲得極薄的合金熔化層，然后迅速冷凝，獲得高性能合金化表層，以滿足耐磨、抗蝕等特殊性能要求。4.5.1.2 激光(jgung)加熱表面淬火共九十六頁同步注粉式激光(jgung)表面熔覆處理示意圖共九十六

20、頁50表面淬火應(yīng)用(yngyng)實(shí)例用42CrMo鋼制造東風(fēng)(dngfng)內(nèi)燃機(jī)車牽引齒輪，要求性能：“齒面硬而不脆，齒心韌而不軟”。加工及熱處理工藝路線如下： 鍛造 退火 機(jī)加工 調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火） 感應(yīng)加熱表面淬火 + 低溫回火 精加工組織和性能：表面：回火馬氏體，硬度高、耐磨性好。心部：回火索氏體，強(qiáng)韌性配合好、抗彎和抗疲勞性能高。共九十六頁51第五節(jié) 鋼的表面(biomin)處理4.5.1 表面淬火4.5.2 表面(biomin)化學(xué)熱處理共九十六頁524.5.2 表面(biomin)化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是通過改變表面成分和組織(zzh)結(jié)構(gòu)，來提高材料表面性能的表面改性處

21、理工藝。基本過程：在一定溫度下由化學(xué)介質(zhì)分解出活性原子，活性原子被工件表面吸收并向內(nèi)部擴(kuò)散，形成合金化表層?；瘜W(xué)熱處理工藝包括：滲碳、氮化、碳氮共滲、軟氮化、滲硫、滲硼、滲硅、滲金屬等。共九十六頁534.5.2 表面(biomin)化學(xué)熱處理4.5.2.1 氣體(qt)滲碳4.5.2.2 氣體氮化4.5.2.3 氣體碳氮共滲4.5.2.4 離子注入技術(shù)共九十六頁54滲碳：將低碳鋼置于富碳?xì)夥罩?，加熱至奧氏體相區(qū)保溫，以提高表面碳含量的一種熱處理工藝。目的：獲得(hud)高碳高硬度及高耐磨性的表面。常用的滲碳工藝有氣體、液體和固體滲碳三類。氣體滲碳質(zhì)量容易控制，生產(chǎn)效率高，應(yīng)用范圍最廣。4.5.

22、2.1 氣體(qt)滲碳共九十六頁55氣體滲碳是將工件置于密封的富碳?xì)夥諣t中加熱、保溫，使碳滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。氣體滲碳的滲劑有煤油、苯、甲醇等液態(tài)介質(zhì)(jizh)和天然氣、液化石油氣、煤氣等氣體介質(zhì)(jizh)。滲碳時(shí)滲劑發(fā)生以下反應(yīng)，分解形成活性C原子:CH4C+2H2 2COC+CO2 CO+H2C+H2O4.5.2.1 氣體(qt)滲碳共九十六頁井式氣體滲碳(shn tn)爐結(jié)構(gòu)示意圖共九十六頁井式氣體(qt)滲碳爐實(shí)物圖 共九十六頁58適用材料：碳含量(hnling)為0.100.25%的低碳鋼，如15、20、25、20Cr、20MnVB、20CrMnTi等鋼種。氣體滲碳工

23、藝加熱溫度為Ac3+ 5080C，約900950C。滲后表層最高碳量應(yīng)控制在0.81.0%水平。滲碳層組織滲碳件橫截面的成分由表及里為：過共析區(qū)、共析區(qū)、亞共析區(qū)、逐漸過渡到原始碳量區(qū)。4.5.2.1 氣體(qt)滲碳共九十六頁59碳濃度隨表面深度(shnd)的變化共九十六頁60滲碳后緩冷至室溫的組織為：表層過共析區(qū)：珠光體+網(wǎng)狀滲碳體；近表層共析區(qū)：珠光體；內(nèi)層亞共析區(qū)：珠光體+鐵素體；心部原始碳量區(qū)：鐵素體+少量珠光體。滲層過渡區(qū)：共析碳量區(qū)與原始碳量區(qū)之間的區(qū)域。滲層有效厚度(hud)：從表面到過渡區(qū)的一半處的距離。 4.5.2.1 氣體(qt)滲碳共九十六頁低碳鋼滲碳(shn tn)緩

24、冷后的顯微組織共九十六頁62滲碳后熱處理工件滲碳后需進(jìn)行淬火+低溫回火處理，以使工件表面具有高硬度、心部具有足夠的強(qiáng)韌性。淬火滲碳后淬火方法主要有直接淬火、一次淬火。直接淬火法：滲碳后經(jīng)預(yù)冷到略高于A3 ( 830850 )的溫度，進(jìn)行水或油淬火的熱處理工藝。淬火后表面組織(zzh)為： M粗大+ Fe3C+ AR心部組織與鋼的淬透性有關(guān)為： M低碳+ F+ T、S4.5.2.1 氣體(qt)滲碳共九十六頁63直接淬火變形大，適合對(duì)性能要求(yoqi)不高的零件。一次淬火法：滲碳后隨爐冷卻或空冷到室溫，再重新加熱到淬火溫度進(jìn)行淬火的熱處理工藝。一次淬火可以減少工件變形。對(duì)表面性能要求高的工件，

25、滲碳后通常加熱到略高于共析溫度Ac1。淬火后的組織為：表層：M高碳 + Fe3C心部：M低碳+ F+ T、S4.5.2.1 氣體(qt)滲碳共九十六頁64低溫回火滲碳淬火工件必須進(jìn)行150250低溫回火，消除淬火應(yīng)力(yngl)、提高韌性?；鼗鸷蟊韺咏M織：細(xì)小的片狀回火馬氏體+少量滲碳體，硬度HRC5862。心部組織取決于滲碳件的淬透性。普通低碳鋼如15、20鋼，心部組織為鐵素體+珠光體，硬度HRC10 15；4.5.2.1 氣體(qt)滲碳共九十六頁65低碳合金鋼如20CrMnTi，心部組織為回火低碳馬氏體+鐵素體，硬度大于HRC35，呈現(xiàn)較高的強(qiáng)度和足夠高的韌性(rn xn)、塑性。 滲層

26、碳量通?？刂圃?.9%1.1%，碳含量過高會(huì)使?jié)B碳層變脆、殘余奧氏體增多、表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度降低；而如果滲層碳含量過低，則回火馬氏體中的碳含量低，滲層硬度低、耐磨性差。4.5.2.1 氣體(qt)滲碳共九十六頁664.5.2 表面(biomin)化學(xué)熱處理4.5.2.1 氣體(qt)滲碳4.5.2.2 氣體氮化4.5.2.3 氣體碳氮共滲4.5.2.4 離子注入技術(shù)共九十六頁67氮化是指鋼件表面滲入氮原子的熱處理工藝。氣體氮化：在500550C加熱使氨氣發(fā)生分解(fnji)反應(yīng)，得到活性氮原子：2NH3 3H2 + 2N氮原子被鋼表面吸收并向內(nèi)擴(kuò)散，在表面形成氮化層，隨爐冷至200C出

27、爐。4.5.2.2 氣體(qt)氮化共九十六頁68氮化的特點(diǎn):氮化前需進(jìn)行調(diào)質(zhì)預(yù)處理，使工件心部獲得強(qiáng)韌性配合優(yōu)良的回火索氏體。細(xì)小、彌散、高硬度的氮化物分布在基體上，使氮化層無需其它熱處理既具有高硬度、高耐磨性。氮化層表面殘余壓應(yīng)力高，疲勞極限高。氮化是最后一道(ydo)工序，處理溫度低，無須淬火、回火，變形小，精度高。4.5.2.2 氣體(qt)氮化共九十六頁69氮化層為致密、化學(xué)穩(wěn)定性高的相，對(duì)水、濕空氣、熱蒸汽以及弱堿性液體具有較好的抗蝕性。氮化處理時(shí)間長(zhǎng)，滲層?。ǖ陀?.6mm），脆性大。不宜承受大的接觸應(yīng)力和沖擊載荷。氮化處理通常針對(duì)特殊鋼種，38CrMoAl是典型(dinxng)

28、的氮化鋼，其中合金元素Al、Cr、Mo可與氮形成合金氮化物，穩(wěn)定性極高。4.5.2.2 氣體(qt)氮化共九十六頁38CrMoAl鋼氮化層的顯微(xin wi)組織 共九十六頁氮化層的形貌(xn mo) 共九十六頁724.5.2 表面(biomin)化學(xué)熱處理4.5.2.1 氣體(qt)滲碳4.5.2.2 氣體氮化4.5.2.3 氣體碳氮共滲4.5.2.4 離子注入技術(shù)共九十六頁73碳氮共滲：同時(shí)(tngsh)向鋼表面滲入碳、氮原子的工藝。分為低溫氣體碳氮共滲和中溫氣體碳氮共滲。低溫氣體碳氮共滲低溫氣體碳氮共滲是在570C以下進(jìn)行的以滲氮為主的碳氮共滲工藝，也稱氣體軟氮化，滲劑是尿素。主要用于

29、中碳鋼和中碳低合金鋼，如40Cr 等。目的：提高鋼的耐磨性、抗咬合和抗擦傷能力。4.5.2.3 氣體(qt)碳氮共滲共九十六頁74特點(diǎn)：處理時(shí)間短，滲層薄，僅0.010.02mm。共滲層具有一定的韌性，脆性小，不易發(fā)生剝落。處理溫度低，工件變形小，適用范圍廣。中溫氣體碳氮共滲中溫氣體碳氮共滲是在820860C進(jìn)行(jnxng)的以滲碳為主的碳氮共滲工藝。主要用于低碳鋼和低碳低合金鋼，如20CrMnTi，25CrMnMo等。4.5.2.3 氣體(qt)碳氮共滲共九十六頁754.5.2.3 氣體(qt)碳氮共滲共滲設(shè)備與氣體滲碳基本相同，滲劑為煤油和氨氣，通過反應(yīng)提供活性碳、氮原子，進(jìn)行以碳為主的

30、碳氮共滲，滲層厚度0.31.0mm?；瘜W(xué)反應(yīng)如下： NH3+COHCN+H2O NH3+CH4HCH+3H 2 2HCNH2+2C+2N碳的滲入深度大于氮，且隨溫度(wnd)升高，滲層中碳量增多而氮量減少，滲層厚度增大。共九十六頁764.5.2.3 氣體(qt)碳氮共滲碳氮共滲后需進(jìn)行淬火+低溫回火，滲層組織為細(xì)片狀回火馬氏體加適量的粒狀碳、氮化合物及少量殘余奧氏體。共滲層的耐磨性、抗疲勞性及抗蝕性均高于滲碳層。碳氮共滲的溫度低于滲碳，奧氏體晶粒較細(xì)，滲后直接淬火變形小，氣體碳氮共滲正取代汽車(qch)齒輪的滲碳工藝。 共九十六頁774.5.2 表面(biomin)化學(xué)熱處理4.5.2.1 氣

31、體滲碳(shn tn)4.5.2.2 氣體氮化4.5.2.3 氣體碳氮共滲4.5.2.4 離子注入技術(shù)共九十六頁78表面離子注入技術(shù)在改善工模具的耐磨性抗蝕性及提高硬度方面效果突出。離子注入是把擬注入原子電離成離子，通過強(qiáng)電場(chǎng)加速后轟擊工件，注入其表面形成離子注入層，從而改變表層成分和結(jié)構(gòu)(jigu)，獲得所需性能。離子注入可在工件表面形成平衡合金、過飽和固溶體、化合物、亞穩(wěn)態(tài)相陶瓷復(fù)合層或非晶表層。4.5.2.4 離子注入技術(shù)(jsh)共九十六頁79離子注入的特點(diǎn)(tdin):可將任何元素注入金屬表面，注入的濃度大，例如可使鋼表面的氮濃度提高上萬倍；改變金屬表層組分和結(jié)構(gòu)的同時(shí)，形成晶格畸變

32、和高密度位錯(cuò)網(wǎng)，增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，使金屬表層強(qiáng)化；彌散的高硬度析出物可提高表面硬度和耐磨性；使表面產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力，提高工件疲勞強(qiáng)度；離子注入在室溫下進(jìn)行，不會(huì)引起工件變形。4.5.2.4 離子注入技術(shù)(jsh)共九十六頁80第四章 鋼的熱處理 第一節(jié) 鋼加熱時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變第二節(jié) 鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖第三節(jié) 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變組織與性能(xngnng)第四節(jié) 鋼的常規(guī)熱處理工藝第五節(jié) 鋼的表面處理工藝第六節(jié) 鋼的熱處理新技術(shù)第七節(jié) 常見熱處理缺陷共九十六頁81第六節(jié) 鋼的熱處理新技術(shù)(jsh)4.6.1 真空(zhnkng)熱處理4.6.2 形變熱處理共九十六頁824.6.1 真空(zhnkng)熱

33、處理在真空中進(jìn)行的熱處理稱為真空熱處理。包括真空淬火、真空退火、真空回火和真空化學(xué)熱處理等。真空熱處理具有如下優(yōu)點(diǎn)：減少變形：真空中加熱速度很慢，工件變形小。凈化表面：工件表面的氧化物、油污(yu w)等在真空中分解，可得光亮的表面，并提高耐磨性、疲勞強(qiáng)度，防止工件表面氧化。脫氣作用：可改善鋼的韌性， 提高工件使用壽命。 共九十六頁83第六節(jié) 鋼的熱處理新技術(shù)(jsh)4.6.1 真空(zhnkng)熱處理4.6.2 形變熱處理共九十六頁844.6.2 形變(xngbin)熱處理形變熱處理是將形變與相變結(jié)合在一起的熱處理工藝，它利用形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的綜合作用來提高(t go)強(qiáng)度，改善塑性、

34、韌性。按照形變與相變過程的先后，形變熱處理分為：先形變后相變的形變熱處理；形變與相變同時(shí)進(jìn)行的形變熱處理；先相變后形變的形變熱處理。 共九十六頁85低溫形變淬火(cu hu)將高合金鋼加熱至奧氏體化后，快速冷卻到珠光體和貝氏體形成溫度范圍進(jìn)行形變，在發(fā)生相變前迅速淬火得到細(xì)小馬氏體組織的熱處理工藝。特點(diǎn)：低溫形變淬火+低溫回火處理后，鋼的強(qiáng)度大幅度提高，且韌性與塑性不降低。強(qiáng)化機(jī)理：沉淀強(qiáng)化：形變使奧氏體析出細(xì)小碳化物產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化；形變強(qiáng)化：奧氏體的高密度位錯(cuò)被馬氏體繼承，強(qiáng)度提高；細(xì)晶強(qiáng)化：馬氏體組織細(xì)化，改善強(qiáng)韌性。4.6.2 形變(xngbin)熱處理共九十六頁86高溫形變淬火將鋼加熱到

35、Ac3以上，并在此溫度下進(jìn)行(jnxng)形變，然后淬火并低溫回火的熱處理工藝。特點(diǎn)：在提高強(qiáng)度的同時(shí)，大幅度改善材料的韌性與塑性。機(jī)理：馬氏體晶粒細(xì)化、馬氏體內(nèi)位錯(cuò)密度提高、位錯(cuò)馬氏體比例增大。4.6.2 形變(xngbin)熱處理共九十六頁87高溫形變正火將鋼加熱到Ac3以上，并在此溫度下進(jìn)行形變，然后空冷或控制冷卻(lngqu)的熱處理工藝。特點(diǎn)：同時(shí)提高強(qiáng)度、韌性，降低冷脆性。機(jī)理：通過熱變形與再結(jié)晶細(xì)化晶粒。等溫形變熱處理 將鋼加熱到Ac3以上，快速冷卻到珠光體形成溫度區(qū)，等溫進(jìn)行形變的同時(shí)發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。特點(diǎn)：同時(shí)提高強(qiáng)度、韌性。4.6.2 形變(xngbin)熱處理共

36、九十六頁低溫(dwn)形變淬火高溫(gown)形變淬火高溫形變正火等溫形變熱處理形變熱處理類型示意圖共九十六頁89第四章 鋼的熱處理 第一節(jié) 鋼加熱時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變第二節(jié) 鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖第三節(jié) 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變組織與性能第四節(jié) 鋼的常規(guī)熱處理工藝第五節(jié) 鋼的表面(biomin)處理工藝第六節(jié) 鋼的熱處理新技術(shù)第七節(jié) 常見熱處理缺陷共九十六頁90第七節(jié) 常見(chn jin)熱處理缺陷常見熱處理缺陷有氧化、脫碳、過熱、過燒、變形和開裂以及硬度不足等。氧化：高溫下鐵與氧氣、水蒸汽等發(fā)生氧化反應(yīng): 2Fe+O2=2FeO 3Fe+2O2=Fe3O4 4Fe+3O2=2Fe2O3氧化皮由外向內(nèi)組成分別為：Fe2O3 、Fe3O4和FeO。鐵的氧化物結(jié)構(gòu)疏松、易脫落，對(duì)鋼件無保護(hù)作用。脫碳：800C以上，碳氧親和力大于鐵氧親和力，鋼件表層(biocng)的碳與氧發(fā)生反應(yīng)而燒損，表層(biocng)碳量低于平均含量。氧化和脫碳是加熱過程中不可避免的現(xiàn)象。共