工程材料-第三章new-鋼的熱處理4-8

第三章

鋼的熱處理1鋼的熱處理§1概述§2鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變§4鋼的退火與正火§5鋼的淬火§6鋼的回火§7鋼的形變熱處理§8鋼的表面淬火§9鋼的化學(xué)熱處理§10熱處理對(duì)零件結(jié)構(gòu)的要求2鋼的熱處理：§1概述熱處理是改善金屬材料性能的一種重要加工工藝。它是在固態(tài)下通過(guò)加熱、保溫和冷卻的方法,改變合金的內(nèi)部組織,從而獲得所需性能的一種工藝操作。鋼的熱處理作用：提高鋼的力學(xué)性能;消除熱加工造成的缺陷。細(xì)化晶粒、消除偏析、降低內(nèi)應(yīng)力；使鋼的組織和性能更加均勻。3§1概述鋼的熱處理主要有:普通熱處理(退火、正火、淬火、回火);表面熱處理(表面淬火和表面化學(xué)熱處理)。4§1概述熱處理工藝曲線：5§1概述溫度時(shí)間Tc大部分鋼的熱處理,如退火、正火、淬火等,都是將鋼加熱到臨界點(diǎn)(A1、A3、Acm)以上獲得全部或部分晶粒細(xì)小的奧氏體組織,然后根據(jù)不同的冷卻方式,奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織,從而使鋼具有不同的性能。熱處理工藝曲線：6鋼的熱處理：§1概述工藝曲線：特點(diǎn)：目的：分類：普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）表面熱處理（表面淬火、化學(xué)熱處理）特殊熱處理（形變、真空）7箱式電阻爐§1概述臺(tái)車式電阻爐連續(xù)式熱處理爐8§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變9§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變加熱：1.A1溫度以下的加熱；2.A1以上的加熱A1以上加熱，發(fā)生P向A的轉(zhuǎn)變。奧氏體化：將共、亞、過(guò)共析鋼分別加熱到A1、A3、Acm以上時(shí)，都完全轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗鄪W氏體，這個(gè)過(guò)程稱為奧氏體化103.1.1.共析鋼的奧氏體形成過(guò)程共析鋼在室溫的平衡組織為珠光體。當(dāng)將其加熱至略高于A1溫度時(shí),就會(huì)發(fā)生珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變。以形核與長(zhǎng)大的方式進(jìn)行?；具^(guò)程包括形核、長(zhǎng)大、殘留滲碳體溶解和奧氏體成分均勻化四步?！?.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變11奧氏體晶粒的形成和長(zhǎng)大殘余滲碳體的溶解奧氏體的均勻化（Fe、C原子的擴(kuò)散）3.1.1.共析鋼的奧氏體形成過(guò)程§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變12奧氏體首先在鐵素體與滲碳體的相界面處形核,它是通過(guò)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?chǔ)痢煤蜐B碳體的溶解來(lái)實(shí)現(xiàn)的。奧氏體晶核形成后,立即向鐵素體和滲碳體兩方面長(zhǎng)大,它同樣是通過(guò)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?chǔ)痢煤蜐B碳體的溶解來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3.1.1.共析鋼的奧氏體形成過(guò)程§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變13由于α→γ的轉(zhuǎn)變速度大于滲碳體的溶解速度,當(dāng)鐵素體完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣脮r(shí),還有一部分滲碳體尚未溶解,這部分未溶滲碳體將隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步溶解。當(dāng)滲碳體剛?cè)芙馔戤厱r(shí),奧氏體的成分是不均勻的,在原來(lái)滲碳體處含碳量較高,而在原來(lái)鐵素體處含碳量較低。只有經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間保溫,通過(guò)碳原子擴(kuò)散才能使奧氏體的成分逐漸趨于均勻,最終得到成分均勻的單相奧氏體等軸晶粒,其ωc為0.77%。3.1.1.共析鋼的奧氏體形成過(guò)程§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變14奧氏體長(zhǎng)大A一面與滲碳體相鄰，另一面與F相鄰。3.1.1.共析鋼的奧氏體形成過(guò)程§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變15A形成速度與T加熱、V加熱及鋼的原始組織有關(guān)1.加熱溫度愈高,過(guò)熱度愈大,奧氏體晶核數(shù)愈多,同時(shí)碳的擴(kuò)散速度愈快,則奧氏體晶核的長(zhǎng)大速度愈大,因而奧氏體形成速度愈快。因此,提高加熱溫度可加速珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變。2.加熱速度愈快,發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度越高,轉(zhuǎn)變的溫度范圍愈寬,完成轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間也愈短,因此提高加熱速度可加速P向A轉(zhuǎn)變過(guò)程。3.1.1.共析鋼的奧氏體形成過(guò)程§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變163.1.2.亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體形成過(guò)程與共析鋼基本相同。亞共析鋼先共析鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)锳過(guò)共析鋼先共析二次滲碳體溶入AA3以上溫度Acm以上溫度§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變171.奧氏體的實(shí)際晶粒度繼續(xù)升高溫度奧氏體晶粒會(huì)自發(fā)地合并成較大的晶粒高溫下保溫時(shí)間長(zhǎng)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大奧氏體轉(zhuǎn)變剛完成時(shí),其晶粒是比較細(xì)小的。加熱溫度與保溫時(shí)間對(duì)晶粒度的影響：加熱溫度越高、保溫時(shí)間足夠長(zhǎng)、晶粒長(zhǎng)得越大§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3.1.3.奧氏體晶粒大小及其控制181.實(shí)際晶粒度：在具體加熱條件下所得到的奧氏體晶粒大小稱為奧氏體的實(shí)際晶粒大小或奧氏體的實(shí)際晶粒度,它對(duì)鋼冷卻后的組織和性能有明顯影響。1）當(dāng)奧氏體晶粒細(xì)小時(shí),冷卻后的組織也細(xì)小,其強(qiáng)度較高,塑性、韌性較好;2）當(dāng)奧氏體晶粒粗大時(shí),以同樣條件冷卻后的組織也粗大。粗大的奧氏體晶粒會(huì)導(dǎo)致鋼的力學(xué)性能降低,特別是韌性下降,甚至在淬火時(shí)形成裂紋?！?.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變192.本質(zhì)晶粒度：

本質(zhì)粗晶粒鋼：

有些鋼的奧氏體晶粒隨加熱溫度升高會(huì)迅速長(zhǎng)大;

本質(zhì)細(xì)晶粒鋼：有些鋼的奧氏體晶粒則不容易長(zhǎng)大,只是加熱到更高溫度時(shí)才開(kāi)始迅速長(zhǎng)大?！举|(zhì)晶粒度只表示鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的大小，并不表示奧氏體實(shí)際晶粒大小?！?.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變20奧氏體的晶粒度晶粒度起始晶粒度實(shí)際晶粒度本質(zhì)晶粒度晶粒度的控制Al脫氧(本質(zhì)細(xì))Si/Mn脫氧(本質(zhì)粗)§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變21起始晶粒度：奧氏體轉(zhuǎn)變剛剛完成，其晶粒邊界剛剛相互接觸時(shí)的奧氏體晶粒大小。很細(xì)小。§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變22晶粒度的測(cè)定方法：930±10℃保溫3~8小時(shí)(100×)本質(zhì)粗本質(zhì)細(xì)§3.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變233、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素1.加熱溫度

加熱溫度愈高，晶粒長(zhǎng)大速度越快，奧氏體晶粒也越粗大，熱處理時(shí)必須規(guī)定合適的加熱溫度范圍。2.保溫時(shí)間

隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒不斷長(zhǎng)大，但隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大速度越來(lái)越慢，且不會(huì)無(wú)限制地長(zhǎng)大下去?！?.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變243.加熱速度加熱速度越快，奧氏體化的實(shí)際溫度愈高，奧氏體的形核率大于長(zhǎng)大速度，獲得細(xì)小的起始晶粒。生產(chǎn)中常用快速加熱和短時(shí)保溫的方法來(lái)細(xì)化晶粒。4.冶煉和脫氧條件冶煉時(shí)用鋁脫氧，使之形成AlN微粒；或加入Nb、Zr、V、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素，形成難溶的碳化物顆粒。第二相微粒能阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，在一定溫度下晶粒不易長(zhǎng)大；只有當(dāng)超過(guò)一定溫度時(shí)，第二相微粒溶入奧氏體后，奧氏體才突然長(zhǎng)大?！?.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變255.含碳量的影響(有臨界值)

隨著奧氏體含碳量的增加，F(xiàn)e、C原子的擴(kuò)散速度增大，奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向增加。當(dāng)超過(guò)奧氏體飽和碳濃度以后，由于出現(xiàn)了殘余滲碳體，產(chǎn)生機(jī)械阻礙作用，使晶粒長(zhǎng)大傾向減小?！?.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變26§3.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變27§3.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變熱處理加熱、保溫獲得均勻、細(xì)小A晶粒冷卻組織轉(zhuǎn)變熱處理的關(guān)鍵28過(guò)冷奧氏體：鋼經(jīng)加熱和保溫轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體后,將其冷卻至臨界點(diǎn)(A1、A3、Acm)以下,奧氏體并不立即發(fā)生轉(zhuǎn)變而處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài),通常將這種在臨界點(diǎn)以下尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體稱為過(guò)冷奧氏體?！?.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變29過(guò)冷奧氏體的

冷卻方式§3.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變30（1）珠光體轉(zhuǎn)變3.2.1.過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變過(guò)程（2）貝氏體轉(zhuǎn)變（3）馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體§3.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變31（1）珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變

Fe、C擴(kuò)散＞0.4μm＜0.2μm0.4~0.2μmPSTP0.5110102103104105MsMf7006005004003002001000-100時(shí)間(s)溫度(℃)Ar1560§3.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變32§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變（1）珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變

只有C擴(kuò)散B下B上B馬氏體轉(zhuǎn)變

非擴(kuò)散切變M珠光體轉(zhuǎn)變

Fe、C擴(kuò)散＞0.4μm＜0.2μm0.4~0.2μmPSTP0.5110102103104105MsMf7006005004003002001000-100時(shí)間(s)溫度(℃)Ar156033（1）珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變：Fe、C的擴(kuò)散型相變Fe3CFFe3CPA1-560A邊界長(zhǎng)大致周圍貧碳§3.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變34Fe3CFFe3CA1-550某溫度保溫，在A晶界形成片狀滲碳體核心，滲碳體長(zhǎng)大是周圍貧碳，為F形核創(chuàng)造了條件，F(xiàn)晶核在滲碳體兩側(cè)形成，形成一個(gè)P晶核，F(xiàn)的長(zhǎng)大是周圍A中碳含量升高，又為新的滲碳體創(chuàng)造條件，如此反復(fù)，形成了F與滲碳體片層相間的P。（1）珠光體轉(zhuǎn)變§3.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變35珠光體轉(zhuǎn)變：擴(kuò)散相變

(Ar1～550℃,A→P（F+Fe3C）)1）在A1～650℃形成的珠光體，因?yàn)檫^(guò)冷度小，片間距較大(0.4m)，在500×以上的光學(xué)顯微鏡下，能分辨其片層狀形態(tài)；即為粗珠光體，習(xí)慣上稱為珠光體（P）?！?.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變36粗珠光體（P）§3.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變372）在650～600℃形成片間距較小的珠光體(0.2~0.4m)，在光學(xué)顯微鏡800~1500×能分辨出其為鐵素體薄層和碳化物（滲碳體）薄層交替重疊的復(fù)相組織稱為細(xì)珠光體或索氏體，用字母S表示（以英國(guó)冶金學(xué)家H?C?Sorby的名字命名）?！?.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變：擴(kuò)散相變

(Ar1～550℃,A→P（F+Fe3C）)38細(xì)珠光體或索氏體(S)§3.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變393）在600～550℃形成片層間距極小的珠光體(0.2m)

，在光學(xué)顯微鏡下高倍放大已無(wú)法分辨出其內(nèi)部構(gòu)造，在電子顯微鏡下可觀測(cè)到很薄的鐵素體層和碳化物（滲碳體）層交替重疊的復(fù)相組織，稱為極細(xì)珠光體或托氏體，用字母T表示（以法國(guó)金相學(xué)家L?Troost的名字命名）?！?.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變：擴(kuò)散相變

(Ar1～550℃,A→P（F+Fe3C）)40極細(xì)珠光體或托氏體（T）§3.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變41§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變：擴(kuò)散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)a)光學(xué)顯微組織（500×）b)電子顯微組織（8000×）圖6-7珠光體組織42§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物（2）貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變是介于P和M轉(zhuǎn)變之間的一種轉(zhuǎn)變。又稱“中溫轉(zhuǎn)變”。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是含碳過(guò)飽和的F和碳化物組成的機(jī)械混合物。根據(jù)形成的溫度不同，貝氏體分為上貝氏體和下貝氏體。下貝氏體具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，在生產(chǎn)中廣泛被應(yīng)用。43§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物（2）貝氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)A過(guò)冷到560-Ms溫度范圍內(nèi)某一溫度保溫時(shí)，首先沿奧氏體晶界形成含碳過(guò)飽和的鐵素體晶核并長(zhǎng)大。在該鐵素體中析出細(xì)小滲碳體。560-350°C，貝氏體呈羽毛狀，由許多相互平行的過(guò)飽和鐵素體片和在片間分布的斷續(xù)細(xì)小的滲碳體組成的混合物，為“上貝氏體”。44§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物（2）貝氏體轉(zhuǎn)變“上貝氏體”硬度高達(dá)40-45HRC，F(xiàn)片較粗，平行排列，塑性、韌性較差，生產(chǎn)上少用。45§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物（2）貝氏體轉(zhuǎn)變B下硬度高達(dá)50-60HRC，高硬度、兼有塑性、韌性好。350°C-Ms范圍內(nèi)，貝氏體呈針葉狀，由針葉狀的過(guò)飽和鐵素體和分布在其中的極細(xì)小的滲碳體粒子組成，為“下貝氏體”。46§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變：半擴(kuò)散相變（C）550℃～Ms,A→B)上貝氏體：550～350℃，過(guò)飽和片狀F＋滲碳體下貝氏體：350℃～Ms，過(guò)飽和針狀F＋彌散-Fe2.4C47§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變：半擴(kuò)散相變（C）550℃～Ms,A→B)上貝氏體：過(guò)飽和片狀F＋滲碳體，性脆無(wú)實(shí)用價(jià)值下貝氏體：過(guò)飽和針狀F＋彌散-Fe2.4C，綜合性能好貝氏體的顯微照片48§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻，抑制其擴(kuò)散性分解，在較低溫度下發(fā)生轉(zhuǎn)變?yōu)椤榜R氏體轉(zhuǎn)變”。馬氏體轉(zhuǎn)變屬于低溫轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為“馬氏體組織”。M是碳在α-Fe中的過(guò)飽和固溶體，有很高的強(qiáng)度和硬度。馬氏體轉(zhuǎn)變是鋼熱處理強(qiáng)化的主要手段。低溫發(fā)生，F(xiàn)e、C不能擴(kuò)散，F(xiàn)e的晶格改組通過(guò)切變方式完成，典型的非擴(kuò)散型相變。49§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體組織的形態(tài)：1.板條馬氏體是低、中碳鋼、不銹鋼等合金中馬氏體組織。由許多成群的、相互平行排列的板條所組成，稱“板條馬氏體”。亞結(jié)構(gòu)為高密度的位錯(cuò)。50§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體組織的形態(tài)：2.片狀馬氏體是中、高碳鋼及鐵鎳合金等合金中馬氏體組織。片狀馬氏體的空間形態(tài)呈雙凸透鏡狀，光學(xué)顯微鏡下呈針狀或竹葉狀，又稱針狀馬氏體。亞結(jié)構(gòu)為孿晶。51§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)：A轉(zhuǎn)變?yōu)镸時(shí)，只有晶格改組而無(wú)成分變化，A固溶的碳全部被保留到M晶格中，形成C在α-Fe中過(guò)飽和固溶體。C分布在α-Fe體心立方晶格的C軸上，引起C軸伸長(zhǎng)，a軸縮短，體心正方畸變。c/a>1稱為馬氏體的正方度含碳量高，正方度大52§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體的性能：硬度和強(qiáng)度鋼中馬氏體機(jī)械性能顯著特點(diǎn)是：高硬度和高強(qiáng)度。馬氏體硬度主要取決于含碳量。原因是：1.固溶強(qiáng)化。2.相變強(qiáng)化。3.時(shí)效強(qiáng)化。53§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（3）馬氏體轉(zhuǎn)變1.固溶強(qiáng)化：間隙原子碳處于α相晶格的扁八面體間隙中，造成晶格的正方畸變并形成一個(gè)應(yīng)力場(chǎng)。該應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)發(fā)生強(qiáng)烈的交互作用，從而提高馬氏體的強(qiáng)度。2.相變強(qiáng)化：馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)在晶體內(nèi)造成密度很高的晶格缺陷，無(wú)論板條狀馬氏體中的高密度位錯(cuò)還是片狀馬氏體中的孿晶都阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化馬氏體。3.時(shí)效強(qiáng)化：馬氏體形成以后，碳及合金元素的原子向位錯(cuò)或其他晶體缺陷處擴(kuò)散聚集或析出，使位錯(cuò)難以運(yùn)動(dòng)，從而造成馬氏體強(qiáng)化。54§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線3.過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物（3）馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體的性能：塑性和韌性馬氏體的塑性和韌性主要取決于馬氏體的亞結(jié)構(gòu)。片狀馬氏體具有高強(qiáng)度、高硬度，但韌性差，特點(diǎn)是硬而脆。板條馬氏體比片狀馬氏體韌性好得多。55§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變低碳(<0.2%)馬氏體：板條狀__高的強(qiáng)韌性56§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變高碳(>1.0%)馬氏體：片狀__硬而脆57§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變含碳量對(duì)馬氏體硬度的影響58§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線C曲線TTT曲線T_TemperatureT_Time

T_Transformation1.測(cè)定：轉(zhuǎn)變開(kāi)始線轉(zhuǎn)變終了線59§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線2.A等溫轉(zhuǎn)變圖分析轉(zhuǎn)變開(kāi)始線轉(zhuǎn)變終了線轉(zhuǎn)變開(kāi)始時(shí)間和終了時(shí)間隨等溫溫度的變化孕育期：轉(zhuǎn)變開(kāi)始前的時(shí)間。過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：（1）孕育期和轉(zhuǎn)變速度隨等溫溫度而變化。（2）轉(zhuǎn)變類型隨等溫溫度而變化60§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線2.A等溫轉(zhuǎn)變圖分析過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性同時(shí)由兩個(gè)因素控制；一個(gè)是舊相與新項(xiàng)之間的自由能差ΔG；另一個(gè)是原子的擴(kuò)散系數(shù)DA1DΔG200轉(zhuǎn)變速度轉(zhuǎn)變溫度奧氏體的轉(zhuǎn)變速度與過(guò)冷度的關(guān)系61§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變

只有C擴(kuò)散B下B上B馬氏體轉(zhuǎn)變

非擴(kuò)散切變M珠光體轉(zhuǎn)變

Fe、C擴(kuò)散＞0.4μm＜0.2μm0.4~0.2μmPSTP孕育期最短過(guò)冷奧氏體區(qū)0.5110102103104105MsMf7006005004003002001000-100時(shí)間(s)溫度(℃)Ar1過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能56062§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線含C量對(duì)過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響多一條先共析析出線。共析鋼圖距縱坐標(biāo)比亞、過(guò)更遠(yuǎn)。隨著含C增加，亞右移，過(guò)左移，共析鋼最靠右63§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響除了鈷以外，所有合金元素溶入奧氏體后都使轉(zhuǎn)變曲線右移。

除鋁鈷外，其他元素溶入奧氏體后都使圖中的Ms和Mf降低。64§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中殘余奧氏體（A殘或A/）的形成65§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變1、碳的影響（4）影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的主要因素形狀(產(chǎn)物)位置(穩(wěn)定性)66§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變2、合金元素的影響形狀、位置、Co左移，其它右移，部分(Cr、Mo、W、V)雙C曲線67§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變3、加熱溫度和保溫時(shí)間的影響溫度高、時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致奧氏體成分均勻、晶粒粗大，未溶碳化物減少，過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性增加，C曲線右移。68§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變CCT曲線Continuous、

Cooling、

Transformation只有P、M轉(zhuǎn)變?chǔ)詋為臨界冷卻速度二、奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線在等溫線的右下方無(wú)B轉(zhuǎn)變多一條P轉(zhuǎn)變的終止線Kvk`P+AP+MPM69§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻與等溫冷卻的比較孕育期不同過(guò)冷度不同轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用70§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用1---爐冷A→P2---空冷A→S3---油淬A→T+M+A/4---水冷A→M＋A/k---臨界冷卻速度kPSMT連續(xù)冷卻速度線畫(huà)在鋼的A等溫轉(zhuǎn)變圖上，判斷實(shí)際組織。71第三節(jié)鋼的普通熱處理§3鋼的普通熱處理1.鍛造—退（正）火—粗加工—淬火—回火—精加工—成品2.鍛造—退火（正火）—切削加工—成品預(yù)備熱處理最終熱處理最終熱處理鋼的普通熱處理是將工件整體進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以使其獲得均勻的組織和性能的一種操作。包括：退火、正火、淬火和回火四種。72一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理退火是將工件加熱到臨界點(diǎn)（A1、A3、Acm）以上或在臨界點(diǎn)以下某一溫度保溫一定時(shí)間后，以十分緩慢的冷卻速度進(jìn)行冷卻的一種工藝操作。常用：完全退火、球化退火和去應(yīng)力退火。73一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理加熱溫度1.在臨界溫度（A1或A3）以上的退火；相變重結(jié)晶退火完全退火、不完全退火、球化退火、擴(kuò)散退火2.在臨界溫度以下的退火；再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火74鋼的退火加熱溫度范圍§4鋼的退火與正火SGP退火過(guò)程[視頻]500~650℃不完全退火擴(kuò)散退火75一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理1.完全退火：主要用于亞共析鋼成分的碳鋼及合金鋼的鑄件、鍛件及熱軋型材，焊接結(jié)構(gòu)件。將工件加熱至Ac3以上30-50°C,保溫一定時(shí)間后十分緩慢地冷卻至500°C以下，然后在空氣中冷卻，室溫下的組織為鐵素體和珠光體的混合物。目的：改善組織、細(xì)化晶粒、降低硬度、改善切削加工性。76一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理2.球化退火：主要用于共析鋼和過(guò)共析鋼成分的碳鋼及合金鋼。將工件加熱至Ac1以上30-50°C,保溫一定時(shí)間后隨爐緩慢冷卻至600°C以下出爐空冷，鋼中的片層滲碳體和網(wǎng)狀二次滲碳體發(fā)生球化，得到硬度更低韌性更好的球狀珠光體組織。目的：降低硬度、改善切削加工性能，為淬火做準(zhǔn)備，減小淬火變形和開(kāi)裂。77一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理3.去應(yīng)力退火：主要用于消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件及機(jī)加工件的殘留應(yīng)力，防止零件變形或產(chǎn)生裂紋、降低精度。將工件加熱至Ac1以下某溫度,一般隨爐緩慢加熱至500-650°C，保溫一定時(shí)間后，隨爐緩慢冷卻至200°C以下出爐空冷的工藝。去應(yīng)力退火后的組織不發(fā)生明顯變化，性能也無(wú)變化，殘余應(yīng)力得到松弛。78一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理4.擴(kuò)散退火：又稱均勻化退火。目的：為了消除晶內(nèi)偏析，使成分均勻化。將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度,長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后隨爐緩慢冷卻。實(shí)質(zhì)：使鋼中各元素的原子在奧氏體中進(jìn)行充分?jǐn)U散。工件經(jīng)過(guò)擴(kuò)散退火后，A晶粒十分粗大，必須進(jìn)行一次完全退火來(lái)細(xì)化。79一、鋼的退火§3鋼的普通熱處理4.再結(jié)晶退火：將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保溫適當(dāng)時(shí)間后，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶粒，同時(shí)消除加工硬化和殘余內(nèi)應(yīng)力的熱處理工藝。80一、鋼的退火

(降低硬度、消除應(yīng)力，細(xì)化晶粒)完全退火：亞共析鋼Ac3+30~50℃，緩冷到

600℃時(shí)空冷，得到F+P；等溫退火：同完全退火，可節(jié)省時(shí)間；球化退火：過(guò)共析鋼Ac1+20~30℃，消除網(wǎng)狀

碳化物，使之成為球狀；去應(yīng)力退火：500-650℃爐冷至200℃后空冷，

消除應(yīng)力。§4鋼的退火與正火81過(guò)共析鋼的退火組織§4鋼的退火與正火82二、鋼的正火正火目的：細(xì)化晶粒，提高硬度和強(qiáng)度

低碳鋼--提高硬度

高碳鋼—消除網(wǎng)狀滲碳體工藝過(guò)程：Ac3、Accm+30~50℃,保溫后空冷優(yōu)點(diǎn)：周期短、能耗少【視頻演示】§4鋼的退火與正火83一、鋼的淬火工藝淬火：將鋼件加熱到AC3(亞)或AC1（共與過(guò)）以上30-50°C，保溫一定時(shí)間后快速冷卻，以獲得馬氏體（下貝氏體）組織的一種工藝。§5鋼的淬火84一、鋼的淬火工藝加熱溫度：Ac3、Ac1

+30~50℃保溫碳鋼：

水冷，得細(xì)小M+A/合金鋼：

油或空冷，得M+Fe3C+A/§5鋼的淬火85一、鋼的淬火工藝淬火加熱：為什么亞共析鋼加熱溫度為AC3+(30-50)?共析鋼和過(guò)共析鋼為AC1+（30-50）？§5鋼的淬火86鋼的理想淬火工藝§5鋼的淬火在孕育期較短處快速冷卻在以下緩慢冷卻，減小組織應(yīng)力，防變形可開(kāi)裂87§5鋼的淬火兩個(gè)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為1.2%的碳鋼薄試樣，分別加熱到780℃和900℃，保溫相同時(shí)間奧氏體化后，以大于淬火臨界冷卻速度冷卻至室溫，試分析：

（1）哪個(gè)溫度淬火后馬氏體晶粒較粗大？

（2）哪個(gè)溫度淬火后馬氏體硬度較高？

（3）哪個(gè)溫度淬火后殘余奧氏體較多？（4）哪個(gè)溫度淬火后未熔碳化物較多？（5）你認(rèn)為哪個(gè)溫度加熱淬火合適？為什么？88二、淬火介質(zhì)常用：水、鹽水和油水：在工件表面形成蒸汽膜，降低冷去速度，表面有未淬硬的軟點(diǎn)鹽水：工件表面析出鹽晶體具有爆炸作用，破壞了蒸汽膜、氧化膜，表面光潔。柴油：減小變形和開(kāi)裂。（合金鋼）§5鋼的淬火89三、淬火方法單液淬火：直冷，簡(jiǎn)單易操作雙液淬火：先快后慢，降低應(yīng)力分級(jí)淬火：快-恒-快，應(yīng)力極低等溫淬火：得到B下〔工模具、彈簧〕局部淬火：量具等的局部區(qū)域冷處理：-70～-80℃，降低A殘%，穩(wěn)定尺寸§5鋼的淬火90淬火工藝曲線§5鋼的淬火圖

各種淬火方法示意圖1-單液淬火法；2-雙液淬火法；3-分級(jí)淬火法；4-等溫淬火法1．單液淬火法

單液淬火是將加熱到奧氏體化后的工件放入一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法（曲線1），如水淬和油淬等。其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、易機(jī)械化和自動(dòng)化，適合形狀簡(jiǎn)單的工件。91淬火工藝曲線§5鋼的淬火圖

各種淬火方法示意圖1-單液淬火法；2-雙液淬火法；3-分級(jí)淬火法；4-等溫淬火法2．雙液淬火法雙液淬火是將加熱到奧氏體化的工件先放入一種冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻以避免珠光體轉(zhuǎn)變，當(dāng)工件冷卻到300℃(Ms)左右時(shí)，放入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法（曲線2）。常用的雙液淬火法有水淬油冷、油淬空冷等。淬火時(shí)內(nèi)應(yīng)力小，減小了變形和開(kāi)裂的傾向。主要用于形狀復(fù)雜的工件。92淬火工藝曲線§5鋼的淬火圖

各種淬火方法示意圖1-單液淬火法；2-雙液淬火法；3-分級(jí)淬火法；4-等溫淬火法3．分級(jí)淬火法分級(jí)淬火是將奧氏體化的工件放入溫度稍高于Ms點(diǎn)的淬火介質(zhì)（熔融的鹽浴）中，保溫一定時(shí)間，待工件各部分的溫度基本一致時(shí)取出，再進(jìn)行緩冷的方法（線3）。分級(jí)淬火時(shí)工件內(nèi)部溫度比較均勻，組織轉(zhuǎn)變幾乎同時(shí)進(jìn)行，減少了內(nèi)應(yīng)力，降低了變形和開(kāi)裂的傾向。熔融鹽等介質(zhì)的冷卻能力有限，僅適用于截面尺寸比較小的工件。93淬火工藝曲線§5鋼的淬火圖

各種淬火方法示意圖1-單液淬火法；2-雙液淬火法；3-分級(jí)淬火法；4-等溫淬火法4．等溫淬火法等溫淬火是將工件置于溫度高于Ms點(diǎn)的淬火介質(zhì)中，保溫一定時(shí)間，使其轉(zhuǎn)變成下貝氏體，然后取出空冷（圖3曲線4）。其特點(diǎn)是保證工件具有較高硬度的同時(shí)，還具有較高的韌性，淬火變形小。此法一般也僅適用于截面尺寸比較小的工件。94淬火工藝曲線§5鋼的淬火圖

各種淬火方法示意圖1-單液淬火法；2-雙液淬火法；3-分級(jí)淬火法；4-等溫淬火法5．深冷處理鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度Mf常低于室溫甚至于更低的溫度。將鋼淬火冷卻到室溫后，再放到Mf溫度以下的介質(zhì)（如干冰或液氮）中繼續(xù)冷卻稱為深冷處理。它可減少鋼中殘留奧氏體量，有利于提高鋼昀硬度和耐磨性，并使工件尺寸穩(wěn)定，常用于軸承和精密量具。95§5鋼的淬火a)單液淬火b)雙液淬火c)分級(jí)淬火d)等溫淬火淬火工藝曲線96局部淬火方法§5鋼的淬火97三、鋼的淬透性

(鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火淬透—表面、心部都是M未淬透—表面高硬度M心部無(wú)，硬度偏低98三、鋼的淬透性

(鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火99三、鋼的淬透性

(鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火1001.淬透性的概念

(鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火表層與心部淬透性的差別半馬氏體區(qū)合金元素對(duì)淬透性的影響淬透性與淬硬性的區(qū)別101合金元素使C曲線右移，降低vk，提高鋼的淬透性。是影響淬透性的最主要因素。含碳量碳鋼中的含碳量愈接近共析成分，其C曲線愈靠右。vk愈小，淬透性越好。奧氏體化溫度提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長(zhǎng)大，成分均勻化，從而減少珠光體的形核率，降低鋼的vk，增大其淬透性。鋼中未溶第二相碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物，可成為奧氏體分解的非自發(fā)核心，使vk增大，降低淬透性。影響淬透性的因素(vK)§5鋼的淬火102影響淬透性的因素(vK)§5鋼的淬火1032.淬透性的測(cè)定

(末端淬火法及臨界直徑測(cè)定法)§5鋼的淬火末端淬火法:用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的端淬試樣(Φ25×100mm)，經(jīng)奧氏體化后，對(duì)其端面噴水冷卻。冷卻后沿軸線方向測(cè)出硬度-距水冷端距離的關(guān)系曲線，即淬透性曲線。根據(jù)淬透性曲線可以對(duì)不同鋼種的淬透性大小進(jìn)行比較、推算出鋼的臨界淬火直徑，確定鋼件截面上的硬度分布情況等。

104末端淬透性:

J_末端淬透性，d_至末端距離，HRC_該處測(cè)得的硬度§5鋼的淬火1052.淬透性的測(cè)定

(臨界直徑測(cè)定法及端淬試驗(yàn)法)§5鋼的淬火臨界直徑測(cè)定法:

鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體或50%馬氏體組織時(shí)的最大直徑稱為臨界直徑，以D0表示。臨界直徑測(cè)定法就是制作一系列直徑不同的圓棒，淬火后分別測(cè)定各試樣截面上沿直徑分布的硬度U曲線，從中找出中心恰為半馬氏體組織的圓棒，該圓棒直徑即為臨界直徑。臨界直徑越大，表明鋼的淬透性越高。

106§5鋼的淬火部分常用鋼材的臨界淬透直徑107§5鋼的淬火3.淬透性的應(yīng)用：受力情況：軸向拉壓、彎曲與扭轉(zhuǎn)重要與否：重要的軸、齒輪、連桿彈簧：要求大的屈強(qiáng)比(σs/σb)階梯軸：可初車后淬火焊接件：不宜選擇淬透性高的鋼材108§5鋼的淬火淬透性的應(yīng)用：109§5鋼的淬火淬透性的應(yīng)用：110鋼經(jīng)過(guò)淬火后必須回火?。?！回火目的：消除應(yīng)力，防止工件開(kāi)裂回火工藝：Ac1以下保溫后緩冷§6鋼的回火111鋼淬火后得到的M和殘A在室溫下處于亞穩(wěn)狀態(tài)，有轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的F和滲碳體的趨勢(shì)?！?鋼的回火112一、淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變馬氏體分解（100～350℃）回火M(低過(guò)飽和α＋ε-Fe2.4C)[Fig6-35]殘余奧氏體的分解（200～300℃）B下碳化物的轉(zhuǎn)變（250～400℃）ε-Fe2.4C轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C滲碳體的聚集長(zhǎng)大和α相再結(jié)晶（>400℃）成為粒狀Fe3C，600℃后粗化§6鋼的回火113回火鋼的組織和性能轉(zhuǎn)變§6鋼的回火114二、回火的分類及應(yīng)用§6鋼的回火低溫回火（150～250℃）回火M(低過(guò)飽和F針＋ε-Fe2.4C)保證高硬度，用于工模具等HRC58~62中溫回火（350～500℃）回火屈氏體，F(xiàn)針＋Fe3C極細(xì)粒狀

HRC35~45，用于各種彈性元件高溫回火（500～650℃）回火索氏體，F(xiàn)多邊形＋Fe3C細(xì)粒狀

HRC25~35淬火+高溫回火——調(diào)質(zhì)【視頻演示】115二、回火的分類及應(yīng)用§6鋼的回火不同含碳量碳鋼的

回火溫度與硬度的關(guān)系116一種淬火方式：形變強(qiáng)化+熱處理強(qiáng)化§7鋼的形變熱處理分類：形變→相變低溫形變（T＜Ar1）高溫形變（T＞Ac1）形變+相變相變→形變1171、低溫形變熱處理§7鋼的形變熱處理Ar1以下（500~600℃）變形量60~90%抗拉強(qiáng)度可達(dá)3300MPa超高強(qiáng)度鋼的熱處理飛機(jī)起落架、模具、沖頭、板簧1182、高溫形變熱處理§7鋼的形變熱處理Ac1以上變形強(qiáng)化程度有限強(qiáng)度提高，韌塑性大大提高鍛件、曲軸、連桿、葉片、彈簧119概述§8鋼的表面淬火有需求：

如汽車、拖拉機(jī)上的傳動(dòng)齒輪，其表面硬度要求為58～62HRC，而心部硬度則要求為33～38HRC；精密鏜床主軸，要求其與滑動(dòng)軸承配合的表面硬度不低于900HV，而心部硬度為248～286HBS。成本低：方法簡(jiǎn)單：

通過(guò)快速加熱與立即淬火冷卻相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)表硬、心韌120一、感應(yīng)加熱表面淬火§8鋼的表面淬火δ≈600/f1/2

式中：δ為電流透入的

深度，mm；

f為電流頻率，Hz【集膚效應(yīng)】『硬度分布』121感應(yīng)加熱表面淬火的分類§8鋼的表面淬火高頻70～1000KHz，常用200～300KHz，淬硬深度為0.5～2mm。中小模數(shù)齒輪、軸類零件等。中頻500～10000Hz，常用2500～8000Hz，淬硬深度2～10mm，直徑較大的軸類和較大模數(shù)的齒輪等。工頻50Hz，淬硬深度達(dá)10～15mm。直徑大于300mm的軋輥及軸類零件等。超音頻20～40KHz，(音頻<20KHz)，淬硬深度在2mm以上，適用于模數(shù)為3～6的齒輪及鏈輪、花鍵軸、凸輪等。

122感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)§8鋼的表面淬火淬火溫度高：(Ac3+80～150℃)表面硬、脆性低：高2～3HRC，低的脆性。疲勞強(qiáng)度高：表面產(chǎn)生體積膨脹而形成壓應(yīng)力。表面質(zhì)量好、變形?。翰灰籽趸⒚撎?，變形小。生產(chǎn)過(guò)程易于控制：適用于大批量生產(chǎn)。不足：設(shè)備較貴、復(fù)雜零件的感應(yīng)器不易制造。123二、火焰加熱表面淬火§8鋼的表面淬火常用氧-乙炔火焰對(duì)零件表面進(jìn)行加熱常用材料為中碳鋼和中碳合金鋼，如35、45、40Cr、65Mn等；還可用于灰鑄鐵、合金鑄鐵等鑄鐵件。淬硬深度一般為2～6mm。主要適用于單件或小批量生產(chǎn)的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。缺點(diǎn)是加熱不均，易造成工件表面過(guò)熱，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。

124火焰加熱表面淬火示意圖§8鋼的表面淬火125三、激光加熱表面淬火§8鋼的表面淬火能量密度104～108W/cm2

淬硬深度0.3～0.5mm形狀復(fù)雜、盲孔等均可126概述（1）§9鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理：

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它的表層，以改變其表面化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。化學(xué)熱處理的主要特點(diǎn)是：

表層不僅有組織的變化，而且有成分的變化，故性能改變的幅度大。其主要作用是強(qiáng)化和保護(hù)金屬表面。127概述（2）§9鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理的基本過(guò)程為：

加熱——將工件加熱到一定溫度使之有利于吸收滲入元素活性原子；分解——由化合物分解或離子轉(zhuǎn)變而得到滲入元素活性原子；吸收——活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶體或化合物；擴(kuò)散——滲入原子在一定溫度下，由表層向內(nèi)部擴(kuò)散形成一定深度的擴(kuò)散層。

128概述（3）§9鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理方法：滲碳、碳氮共滲可提高鋼的硬度、耐磨性及疲勞性質(zhì)；滲氮、滲硼、滲鉻使工件表面特別硬，可顯著提高耐磨性和耐蝕性；滲鋁可提高耐熱抗氧化性；滲硫可提高減摩性；滲硅可提高耐酸性等。最常用：滲碳、滲氮和碳氮共滲及氮碳共滲。

129一、鋼的滲碳§9鋼的化學(xué)熱處理將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原子滲入表層的化學(xué)熱處理工藝。目的是使低碳(wc=0.10~0.25%)鋼件表面得到高碳(wc=1.0~1.2%)，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?淬火+低溫回火)后獲得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定強(qiáng)度及較高的塑性、韌性，適用于同時(shí)受磨損和較大沖擊載荷的低碳、低合金鋼零件，如齒輪、活塞銷、套筒及要求很高的噴油嘴偶件等。130鋼的滲碳原理示意圖§9鋼的化學(xué)熱處理1311、氣體滲碳（1）§9鋼的化學(xué)熱處理方法：滴注式滲碳介質(zhì)：苯、醇、煤油等液體工藝：將工件裝在密封的滲碳爐中，加熱到900～950℃(常用930℃)，向爐內(nèi)滴入煤油、苯、甲醇、丙酮等有機(jī)液體，在高溫下分解成CO、CO2、H2及CH4等氣體組成的滲碳?xì)夥?，在高溫下與工件接觸時(shí)便在工件表面進(jìn)行下列反應(yīng)，生成活性碳原子。1321、氣體滲碳（2）§9鋼的化學(xué)熱處理生成活性碳原子：2CO→[C]+CO2CH4→[C]+2H2CO+H2→[C]+H2O隨后活性碳原子被鋼表面吸收而溶入奧氏體中，并向內(nèi)部擴(kuò)散而形成一定深度的滲碳層。氣體滲碳的優(yōu)點(diǎn)是：

生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好，滲碳過(guò)程容易控制，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，適用于大批量生產(chǎn)。1332、固體滲碳§9鋼的化學(xué)熱處理滲碳工藝：工件+滲碳劑密封裝入滲碳箱中，

加熱至900～950℃保溫。固體滲碳劑：碳粉和碳酸鹽(BaCO3或Na2CO3)

的混合物?；瘜W(xué)反應(yīng)：

C+O2→2CO

BaCO3或Na2CO3→BaO（或Na2O）+CO2

CO2+C

→2CO2CO→[C]+CO21343、滲碳層的組織及熱處理§9鋼的化學(xué)熱處理表面的含碳量最高：wc=1.0%左右，由表及里，

含碳量逐漸降低，直至原始含碳量。組織由表及里為：

(P+Fe3CⅡ)→(P)→(P+F)→(F+P)滲碳層的深度：

碳鋼——從表面到過(guò)渡區(qū)亞共析組織一半處的深度為滲碳層的深度；

合金鋼——從表面到過(guò)渡區(qū)亞共析組織終止處的深度作為滲碳層的深度。

135滲碳層的組織§9鋼的化學(xué)熱處理過(guò)共析組織(P+Fe3CⅡ)共析組織(P)過(guò)渡區(qū)亞共析組織(P+F)原始亞共析組織(F+P)136滲碳層的熱處理（1）§9鋼的化學(xué)熱處理直接淬火法預(yù)冷至850～880℃后直接淬入油中或水中，180～200℃進(jìn)行低溫回火。

預(yù)冷目的：減少淬火變形及開(kāi)裂，使表層析出碳化物，降低奧氏體的含碳量，從而降低淬火后的殘余奧氏體量，提高表層硬度。特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、成本低，生產(chǎn)率高，但在高溫下長(zhǎng)期保溫，奧氏體晶粒易長(zhǎng)大，影響淬火后工件的性能，故只適用于滲碳件的心部和表層都不過(guò)熱的情況下；此外預(yù)冷過(guò)程中，二次滲碳體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，對(duì)工件淬火后的性能不利。用途：大批量生產(chǎn)的汽車、拖拉機(jī)齒輪常用此法。

137滲碳層的熱處理（2）§9鋼的化學(xué)熱處理一次淬火法：

工件經(jīng)滲碳空冷后，再重新加熱至淬火溫度（如830～860℃）進(jìn)行淬火，然后在180～200℃回火。這種方法在工件重新加熱時(shí)奧氏體晶粒得到細(xì)化，使鋼的性能得到提高。用途

適用于比較重要的零件，如高速柴油機(jī)齒輪等。138滲碳層的熱處理（3）§9鋼的化學(xué)熱處理二次淬火法滲碳空冷后，先加熱到Ac3以上(一般為850～900℃)油淬，使心部組織細(xì)化，消除表層網(wǎng)狀滲碳體；然后再加熱到Ac1以上(一般為750～800℃)油淬，最后在180～200℃進(jìn)行回火。二次淬火法使工件表層和心部組織被細(xì)化，從而獲得較好的力學(xué)性能。但工藝復(fù)雜，成本高；工件經(jīng)反復(fù)加熱冷卻后易產(chǎn)生變形和開(kāi)裂。所以只適用于少數(shù)對(duì)性能要求特別高的工件。139滲碳工件的一般工藝路線§9鋼的化學(xué)熱處理鍛造（問(wèn)題）→正火（目的）→機(jī)械加工【可否與滲碳工藝倒置】→滲碳（組織）→淬火+低溫回火→精加工140滲碳工件的最終組織§9鋼的化學(xué)熱處理淬火+低溫回火：

針狀回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體

硬度為58～64HRC，而心部則隨鋼的淬透性而定。對(duì)于低碳鋼如15、20鋼，其心部組織為鐵素體+珠光體，硬度相當(dāng)于10～15HRC；

對(duì)于低碳合金鋼如20CrMnTi，心部組織為回火低碳馬氏體+鐵素體，硬度為35～45HRC。141滲碳工件的實(shí)際應(yīng)用§9鋼的化學(xué)熱處理設(shè)計(jì)技術(shù)條件：滲碳層深度、表面硬度、心部硬度及不允許滲碳的部位等，

不允許滲碳的部位：可采用鍍銅的方法來(lái)防止?jié)B碳或多留加工余量。

142二、鋼的氮化（滲氮）§9鋼的化學(xué)熱處理滲氮一般在Ac1溫度以下使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。目的提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞性質(zhì)、耐蝕性及熱硬性。分類氣體滲氮和離子滲氮。1431、氣體氮化（1）§9鋼的化學(xué)熱處理氣體滲氮在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮的工藝稱為氣體滲氮。工藝過(guò)程在滲氮爐內(nèi)通入氨氣，在380℃以上氨分解出活性氮原子:2NH3→3H2+2[N]活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保溫過(guò)程中向里擴(kuò)散，形成滲氮層。1441、氣體氮化（2）§9鋼的化學(xué)熱處理工藝特點(diǎn)：溫度低：500～600℃〔常用550～570℃〕，遠(yuǎn)低于滲碳溫度。由于氮在鐵素體中有一定的溶解能力，無(wú)需加熱到高溫。時(shí)間長(zhǎng)：20～50h，氮化層厚度為0.4～0.6mm。需調(diào)質(zhì)預(yù)處理：改善機(jī)加工性能和獲得均勻的回火索氏體組織，保證較高的強(qiáng)度和韌性。1451、氣體氮化（3）§9鋼的化學(xué)熱處理滲氮件的性能〔表面強(qiáng)化和表面保護(hù)〕高硬度、高耐磨性合金氮化物層，1000~1100HV，而且在600～650℃下保持不下降；疲勞極限高滲氮層的體積增大產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，疲勞極限提高達(dá)15%～35%；高的耐蝕性能致密的耐蝕的氮化物，使工件在水、過(guò)熱的蒸氣和堿性溶液中都很穩(wěn)定；變形很小這是由于滲氮溫度低。1461、氣體氮化（4）§9鋼的化學(xué)熱處理應(yīng)用：交變載荷下工作并要求耐磨的重要結(jié)構(gòu)零件，如高速傳動(dòng)的精密齒輪、高速柴油機(jī)曲軸、高精度機(jī)床主軸及在高溫下工作的耐熱、耐蝕、耐磨零件如齒輪套、閥門、排氣閥等。技術(shù)要求：需選用含與N親合力大的Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的合金鋼，如38CrMoAlA、35CrAlA、38CrMo等。1471、氣體氮化（5）§9鋼的化學(xué)熱處理技術(shù)要求：應(yīng)注明氮化層深度、表面硬度、氮化部位、心部硬度等，對(duì)于零件上不需滲氮的部位鍍錫或鍍銅保護(hù)，或增加加工余量、氮化后去除。工藝路線：鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)

→精加工→去應(yīng)力→粗磨→氮化

→精磨或研磨

1482、離子滲氮（1）§9鋼的化學(xué)熱處理離子滲氮：在低于一個(gè)大氣壓的滲氮?dú)夥罩?，利用工?陰極)和陽(yáng)極之間產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行滲氮的工藝稱為離子滲氮。離子滲氮工藝過(guò)程1492、離子滲氮（2）§9鋼的化學(xué)熱處理工藝過(guò)程：真空度10-1~10-2Torr(1Torr=1mmHg=133.3Pa)的離子滲氮爐中，通入NH3，工件－，爐壁＋，400~750V，氨氣被電離成氨和氫的正離子和電子，陰極工件表面形成一層紫色輝光，高能量氮離子高速轟擊工件表面，動(dòng)能熱能，工件表面溫升到450~650℃；同時(shí)氮離子在陰極上奪取電子后，還原成氮原子滲入工件表面，形成滲氮層。另外，氮離子轟擊工件表面時(shí)，還能產(chǎn)生陰極濺射效應(yīng)而濺射出鐵離子，鐵離子形成氮化鐵(FeN)附著在工件表面并依次分解為Fe2N、Fe3N、Fe4N放出氮原子向工件內(nèi)部擴(kuò)散，形成滲氮層。1502、離子滲氮（3）§9鋼的化學(xué)熱處理工藝特點(diǎn)：速度快、周期短。38CrMoAlA要達(dá)到0.53~0.7mm深的滲層，15~20h（氣體滲氮法50h）。質(zhì)量高。由于陰極濺射有抑制生成脆性層的作用，所以明顯提高滲氮層的韌性和疲勞性質(zhì)。工件變形小。陰極濺射效應(yīng)使工件尺寸略有減小，可抵消氮化物形成引起的尺寸增大。適用于處理精密零件和復(fù)雜零件，如38CrMoAlA鋼制成的長(zhǎng)900~1000mm、外徑27mm的螺桿，滲氮后其彎曲變形小于5μm。1512、離子滲氮（4）§9鋼的化學(xué)熱處理工藝特點(diǎn)：對(duì)材料的適應(yīng)性強(qiáng)。滲氮用鋼、碳鋼、合金鋼和鑄鐵都能進(jìn)行離子滲氮，但專用滲氮鋼（如38CrMoAlA）效果最佳。缺點(diǎn)：投資高，溫度分布不均，測(cè)溫困難和操作要求嚴(yán)格等。152三、氣體氮碳共滲（氣體軟氮化）§9鋼的化學(xué)熱處理在氣體介質(zhì)中對(duì)工件同時(shí)滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學(xué)熱處理工藝稱為氣體氮碳共滲。目前氮碳共滲已廣泛應(yīng)用于模具、量具、高速鋼刀具、曲軸、齒輪、氣缸套等耐磨件的處理，但由于表層碳氮化合物層太薄，僅有0.01~0.02mm，不宜用于重載條件下。尿素分解(NH2)2CO→CO+2H2+2[N]2CO→CO2+[C]

153四、氣體碳氮共滲

§9鋼的化學(xué)熱處理在氣體介質(zhì)中將碳和氮同時(shí)滲入工件表層并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝稱為氣體碳氮共滲。提高工件表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。

常用于處理汽車、機(jī)床的各種齒輪、蝸輪、蝸桿和軸類零件(20CrMnTi)。CH4+NH3→HCN+3H2

CO+NH3→HCN+H2O2HCN→H2+2[C]+2[N]154一、零件外形要避免尖角或棱角