鋼的熱處理工藝

鋼的熱處理工藝第1頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

鋼的熱處理工藝是指通過加熱、保溫和冷卻的方法改變鋼的組織結(jié)構(gòu)以獲得工件所要求性能的一種熱加工工藝。熱處理工藝的分類根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得組織和性能的不同：普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）表面熱處理（表面淬火和化學(xué)熱處理等）特殊熱處理（形變熱處理、磁場熱處理等）根據(jù)熱處理在零件整個(gè)生產(chǎn)工藝過程中位置和作用的不同：預(yù)備熱處理最終熱處理2第2頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)鋼的退火和正火一、退火目的及工藝退火（annealing）是將鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1以上或以下溫度，保溫以后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織（珠光體類組織）的熱處理工藝。退火的主要目的是均勻鋼的化學(xué)成分及組織，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，改善鋼的成形及切削加工性能，并為淬火做好組織準(zhǔn)備。3第3頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)加熱溫度分：在臨界溫度以上的退火在臨界溫度以下的退火根據(jù)冷卻方式分：等溫退火連續(xù)冷卻退火4第4頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）完全退火完全退火是將鋼件或鋼材加熱至Ac3以上20～30℃，保溫足夠長時(shí)間，使組織完全奧氏體化后緩慢冷卻，以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。完全退火主要適用于亞共析鋼（wc=0.3%～0.6%），目的是細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度和改善鋼的切削加工性。低碳鋼和過共析鋼不宜采用完全退火。5第5頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

完全退火保溫時(shí)間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關(guān)。通常，加熱時(shí)間以工件有效厚度來計(jì)算。對于一般碳素鋼或低合金鋼工件，當(dāng)裝爐量不大時(shí)，在箱式爐中退火的保溫時(shí)間可按下式計(jì)算：=KD（min）式中，D－工件有效厚度（mm）；

K－加熱系數(shù)，一般K=1.5～2.0min/mm。若裝爐量過大，則應(yīng)根據(jù)具體情況延長保溫時(shí)間。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，退火冷卻至600℃左右即可出爐空冷。6第6頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

等溫退火是將奧氏體化后的鋼較快地冷至稍低于Ar1溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，再空冷至室溫。等溫退火可大大縮短退火時(shí)間，并達(dá)到與完全退火相同的目的，而且有利于鋼件獲得均勻的組織和性能。等溫退火適用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金鋼，不適用于大截面鋼件和大批量爐料。7第7頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月8第8頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）不完全退火不完全退火是將鋼加熱至Ac1～Ac3（亞共析鋼）或Ac1～Accm（過共析鋼）之間，經(jīng)保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。亞共析鋼的不完全退火起到適當(dāng)細(xì)化組織，消除內(nèi)應(yīng)力和降低硬度的作用。過共析鋼的不完全退火主要是為了獲得粒狀珠光體組織，以消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能，又稱為球化退火。9第9頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）球化退火球化退火是使鋼中碳化物球化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。球化退火是不完全退火的一種，加熱溫度一般為Ac1以上20～30℃，保溫2～4h。通常采用爐冷，或在Ar1以下20℃左右進(jìn)行較長時(shí)間等溫。球化退火主要用于共析鋼、過共析鋼以及合金工具鋼。球化退火的目的是降低硬度，均勻組織，改善切削加工性，并為淬火作組織準(zhǔn)備。10第10頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月a）一次加熱球化退火工藝b）等溫球化退火工藝c）往復(fù)球化退火（周期球化退火）工藝碳素工具鋼（T7～T10）的幾種球化退火工藝11第11頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月12第12頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

球化退火能獲得粒狀珠光體的原因：在高溫時(shí)，珠光體中的滲碳體片和網(wǎng)狀滲碳體（特別是其中的最薄部分），會沿著亞晶界和高位錯密度的部位逐漸溶解，使?jié)B碳體斷裂成形狀不一的點(diǎn)狀，然后這些點(diǎn)狀碳化物為了降低界面能會逐漸球化。球化退火前的冷加工或熱加工可以加速隨后的球化退火過程，因?yàn)檫@種加工可使?jié)B碳體碎化（形成亞晶界），而多量的亞晶界有利于滲碳體的局部溶解、斷裂和球化。13第13頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）均勻化退火均勻化退火又稱為擴(kuò)散退火，是將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。均勻化退火的目的是消除鑄錠或鑄件在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析，使成分和組織均勻化。14第14頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

均勻化退火加熱溫度通常為Ac3或Accm以上150～300℃，具體加熱溫度視偏析程度和鋼種而定。時(shí)間一般為10～15h。由于均勻化退火在高溫下長時(shí)間加熱，因此退火后晶粒粗大，可用完全退火或正火來細(xì)化晶粒，消除過熱缺陷。一般情況下盡量不采用均勻化退火，只是一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。15第15頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火為了消除鑄件、鍛件、焊接件和機(jī)械加工工件中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以提高尺寸穩(wěn)定性，防止工件變形和開裂，在精加工或淬火之前將工件加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為去應(yīng)力退火，也稱為低溫退火。去應(yīng)力退火溫度低，不改變工件原來的組織。鋼的去應(yīng)力退火加熱溫度一般為500～650℃，鑄鐵件為500～550℃，焊接鋼件為500～600℃。去應(yīng)力退火保溫時(shí)間根據(jù)鋼件的截面尺寸和裝爐量而定，鋼的保溫時(shí)間為3min/mm，鑄鐵為6min/mm。去應(yīng)力退火后應(yīng)盡量緩慢冷卻，以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。16第16頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

再結(jié)晶退火是把冷變形的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容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。經(jīng)過再結(jié)晶退火后，鋼的組織和性能恢復(fù)到冷變形前的狀態(tài)。一般鋼材的再結(jié)晶退火溫度為650～700℃，保溫時(shí)間為1～3h，通常在空氣中冷卻。當(dāng)鋼處于臨界冷變形量（6%～10%）時(shí)，應(yīng)采用正火或完全退火來代替再結(jié)晶退火，以免得到粗大的晶粒。17第17頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月二、正火目的及工藝正火（normalizing）是將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過共析鋼）以上適當(dāng)溫度，保溫以后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。

正火過程的實(shí)質(zhì)是完全奧氏體化加偽共析轉(zhuǎn)變。當(dāng)鋼中含碳量為0.6%～1.4%時(shí)，正火組織中不出現(xiàn)先共析相，只有偽共析體或索氏體。含碳量小于0.6%的鋼，正火后除了偽共析體外，還有少量鐵素體。正火比退火冷卻速度快，因而正火組織比退火組織細(xì)，強(qiáng)度和硬度也比退火組織高。18第18頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月19第19頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月正火的目的和應(yīng)用1.改善低碳鋼的切削加工性能正火可用來細(xì)化低碳鋼制件的組織，提高硬度和韌性，改善切削加工性能。2.消除碳鋼中的熱加工缺陷正火可以消除中碳鋼鑄、鍛、軋件和焊接件中的魏氏組織、粗大晶粒和帶狀組織。20第20頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月3.消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火正火的冷卻速度較快，可抑制碳化物沿奧氏體晶界析出，從而達(dá)到消除網(wǎng)狀碳化物的目的，為球化退火作組織準(zhǔn)備。4.提高普通結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能正火可以細(xì)化晶粒，使組織均勻化，減少亞共析鋼中鐵素體含量，使珠光體含量增多并細(xì)化，從而提高鋼的強(qiáng)度、硬度和韌性。對于一些性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件，正火可以作為最終熱處理。21第21頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月三、退火和正火的選用含碳量wC小于0.25%的低碳鋼，通常采用正火代替退火。含碳量wC=0.25%～0.5%的中碳鋼也可用正火代替退火。含碳量wC=0.5%～0.75%的鋼，一般采用完全退火，以降低硬度、改善切削加工性能。含碳量wC大于0.75%的高碳鋼或工具鋼一般采用球化退火。如有網(wǎng)狀二次滲碳體存在，則應(yīng)先進(jìn)行正火以消除網(wǎng)狀碳化物。在鋼的使用性能和工藝性能能滿足的條件下，應(yīng)盡可能用正火代替退火。22第22頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月四、常見退火、正火缺陷1、過熱過熱是指工件加熱溫度偏高而使晶粒過度長大，以致力學(xué)性能降低的現(xiàn)象。對某些中、高碳鋼，過熱還常伴隨形成魏氏組織，使鋼的沖擊性能明顯降低。一般的晶粒粗大和魏氏組織可通過稍高于Ac3的正火或完全退火來消除。2、硬度偏高中碳鋼退火后硬度過高多由于退火冷速過快所致，高碳鋼硬度偏高主要是因球化不當(dāng)造成的，有時(shí)硬度偏高也與裝爐量過大、爐溫不均勻有關(guān)。對硬度偏高的工件，可通過重新退火來修正。23第23頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月3、黑斑黑斑多見于高碳鋼。當(dāng)高碳鋼加熱溫度過高（＞1000℃）、保溫時(shí)間過長或多次返修退火時(shí)，均容易使?jié)B碳體轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，使零件的?qiáng)度、塑性及表面粗糙度等級明顯降低（故也稱為“黑脆”）。出現(xiàn)黑斑的工件不能返修，只能報(bào)廢。4、球化不完全工具鋼球化退火常出現(xiàn)球化不完全（仍有部分片狀組織）的組織缺陷，可重新進(jìn)行球化退火。5、網(wǎng)狀組織網(wǎng)狀滲碳體（過共析鋼）或網(wǎng)狀鐵素體（亞共析鋼）會降低鋼的力學(xué)性能，必須嚴(yán)格控制。網(wǎng)狀組織主要是由于加熱溫度過高、冷速過慢所致，一般可通過正火來消除。24第24頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月6、反常組織退火時(shí)，若在Ar1溫度附近冷卻過慢，或在稍低于Ar1溫度長時(shí)間停留，在亞共析鋼的F先晶界上出現(xiàn)粗大的滲碳體（珠光體也較粗），在過共析鋼的Fe3C先周圍出現(xiàn)很寬的鐵素體，這種組織稱為反常組織。這種組織缺陷會使鋼淬火時(shí)形成軟點(diǎn)，可通過重新退火加以消除。7、氧化與脫碳淺的氧化脫碳層可在切削加工時(shí)去掉，厚的可通過滲碳來復(fù)碳。采用可控氣氛、真空加熱、流化床加熱等方式可有效防止氧化、脫碳。8、過燒過燒是由于加熱溫度過高，使晶界發(fā)生氧化，甚至局部晶界熔化的現(xiàn)象。過燒的工件不能返修，只能報(bào)廢。25第25頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)鋼的淬火和回火一、鋼的淬火淬火（quenching）：將鋼加熱至臨界點(diǎn)Ac3或Ac1以上一定溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度的冷速冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝。淬火的主要目的：使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體，然后配以不同溫度回火以獲得各種需要的性能。26第26頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月1.熱應(yīng)力工件加熱或冷卻時(shí)由于內(nèi)外溫差導(dǎo)致熱脹冷縮不一致而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫做熱應(yīng)力。工件淬火冷至室溫時(shí)，由熱應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力為表面受壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力。冷卻速度越大，則熱應(yīng)力越大。在相同冷卻介質(zhì)條件下，淬火加熱溫度越高、截面尺寸越大、鋼材熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)越大，均使工件內(nèi)外溫差越大，熱應(yīng)力越大。（一）淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力主要有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力兩種。27第27頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月28第28頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月2.組織應(yīng)力工件在冷卻過程中，由于內(nèi)外溫差造成組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)，引起內(nèi)外比體積的不同變化而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫做組織應(yīng)力。從奧氏體、珠光體、貝氏體到馬氏體，比體積逐漸增大。由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體將造成顯著的體積膨脹。組織應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力與熱應(yīng)力正好相反，表面為拉應(yīng)力，心部為壓應(yīng)力。組織應(yīng)力大小與鋼件尺寸，在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍的冷卻速度，鋼的導(dǎo)熱性和淬透性等因素有關(guān)。29第29頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月影響淬火內(nèi)應(yīng)力分布的因素（1）鋼中碳和合金元素的含量低碳鋼件淬火時(shí)，熱應(yīng)力起主導(dǎo)作用。隨著含碳量增加，熱應(yīng)力作用逐漸減弱，組織應(yīng)力逐漸增強(qiáng)。鋼中加入合金元素，其熱傳導(dǎo)系數(shù)下降，導(dǎo)致熱應(yīng)力和組織應(yīng)力增加。凡提高奧氏體穩(wěn)定性的合金元素，在工件沒有完全淬透的情況下，有增加組織應(yīng)力的作用。（2）工件尺寸在完全淬透的情況下，隨著工件直徑的增加，淬火的殘余應(yīng)力將由組織應(yīng)力型轉(zhuǎn)化為熱應(yīng)力型。30第30頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）淬火介質(zhì)和冷卻方法不同淬火介質(zhì)在不同溫度區(qū)間的冷卻能力是不相同的，因此會影響淬火內(nèi)應(yīng)力的分布。在Ms點(diǎn)以上高溫區(qū)冷卻速度較快，在Ms點(diǎn)以下冷卻速度較慢，為熱應(yīng)力型；反之則為組織應(yīng)力型。采用等溫淬火，熱應(yīng)力起主要作用。31第31頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月淬火變形規(guī)律熱應(yīng)力引起的變形表現(xiàn)為使工件沿最大尺寸方向收縮，沿最小尺寸方向脹大，力圖使工件的棱角變圓，平面凸起，變得趨于球狀，其形狀像一個(gè)真空中受內(nèi)壓的容器一樣。組織應(yīng)力造成的變形趨向恰好與熱應(yīng)力相反，它表現(xiàn)為工件沿最大尺寸方向伸長，沿最小尺寸方向收縮，力圖使工件棱角突出，平面內(nèi)凹，其外形像一個(gè)承受外壓的真空容器一樣。32第32頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月33第33頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月淬火裂紋的類型（1）縱向裂紋在工件完全淬透的情況下，因組織應(yīng)力過大，在表面拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生沿軸向由表面裂向心部的縱向裂紋，又稱為軸向裂紋。在Ms點(diǎn)以下盡量慢冷可有效地避免產(chǎn)生這種裂紋。（2）橫向裂紋（弧形裂紋）在未淬透的大型工件上，常由熱應(yīng)力引起由內(nèi)向外的橫向裂紋或弧形裂紋，這是由于在淬透層向非淬透層的過渡區(qū)出現(xiàn)最大拉應(yīng)力所致。適當(dāng)?shù)靥岣叽慊饻囟?，增加工件的淬硬層深度，有助于減少這類裂紋的形成傾向。34第34頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）網(wǎng)狀裂紋這是一種表面裂紋，深度較淺，一般在0.01～2mm范圍內(nèi)，裂紋構(gòu)成網(wǎng)狀，與工件外形無關(guān)。表面脫碳的高碳鋼件極易形成網(wǎng)狀裂紋，這是由于表面脫碳后，其馬氏體比容較小，從而在表面形成拉應(yīng)力所致。（4）剝離裂紋（表面剝落）這種裂紋一般產(chǎn)生在平行于表面的皮下，壓應(yīng)力向拉應(yīng)力急劇過渡的極薄區(qū)域內(nèi)。（5）顯微裂紋顯微裂紋是由微觀應(yīng)力的作用造成的，只有在顯微鏡下才能觀察到。顯微裂紋可顯著降低淬火工件的強(qiáng)度和塑性。35第35頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月36第36頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）淬火加熱溫度

亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac3以上30℃～50℃；共析鋼、過共析鋼淬火加熱溫度為Ac1以上30℃～50℃。低合金鋼一般為Ac1或Ac3以上50～100℃，高合金工具鋼可采取更高的淬火加熱溫度。37第37頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月亞溫淬火對于低碳鋼、低碳低合金鋼，淬火時(shí)加熱溫度略低于Ac3點(diǎn)（＋兩相區(qū)），稱為亞溫淬火。亞溫淬火可獲得鐵素體＋馬氏體（5%～20%）雙相組織，既可保證鋼的一定強(qiáng)度，又可保證鋼具備良好的塑性、韌性和沖壓成形性。38第38頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）淬火冷卻介質(zhì)

鋼從奧氏體狀態(tài)冷至Ms點(diǎn)以下所用的冷卻介質(zhì)叫做淬火介質(zhì)。淬火介質(zhì)應(yīng)保證：工件得到馬氏體，同時(shí)變形小，不開裂。常用淬火介質(zhì)有水、鹽水或堿水溶液，以及各種礦物油等。鋼的理想淬火冷卻曲線39第39頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月1、淬火介質(zhì)的分類根據(jù)物理特性，淬火介質(zhì)可分為兩大類：（1）淬火時(shí)發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)，包括水質(zhì)淬火劑、油質(zhì)淬火劑和水溶液等。當(dāng)赤熱工件淬入其中后，它會汽化沸騰，使工件強(qiáng)烈散熱。此外，在工件與介質(zhì)的界面上，還可以對流、傳導(dǎo)等方式進(jìn)行熱交換。（2）淬火時(shí)不發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)，包括各種熔鹽、熔堿、熔融金屬等。當(dāng)赤熱工件淬入其中時(shí)，它不會汽化沸騰，而只在工件與介質(zhì)的界面上，以傳導(dǎo)和對流的方式進(jìn)行熱交換。40第40頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月2、有物態(tài)變化淬火介質(zhì)的冷卻機(jī)理熾熱工件進(jìn)入淬火介質(zhì)（以水為例）中后，其冷卻過程大致可分為三個(gè)階段：（1）蒸汽膜階段當(dāng)工件進(jìn)入介質(zhì)的一瞬間，周圍介質(zhì)立即被加熱而汽化，在工件表面形成一層蒸汽膜，將工件與液體介質(zhì)隔絕。由于蒸汽膜的導(dǎo)熱性較差，故使工件的冷卻速度較慢。41第41頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）沸騰階段當(dāng)蒸汽膜破裂后，工件即與介質(zhì)直接接觸，介質(zhì)在工件表面激烈沸騰，通過介質(zhì)的汽化并不斷逸出氣泡而帶走了大量熱量，使冷卻速度變快。此階段一直持續(xù)到工件冷至介質(zhì)的沸點(diǎn)時(shí)為止。（3）對流階段當(dāng)工件冷至低于介質(zhì)的沸點(diǎn)時(shí)，主要依靠對流傳熱方式進(jìn)行冷卻，這時(shí)工件的冷速甚至比蒸汽膜階段還要緩慢。隨著工件表面與介質(zhì)的溫差不斷減小，冷卻速度越來越小。42第42頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

水不是理想的淬火介質(zhì)，適用于尺寸不大、形狀簡單的碳鋼工件淬火。此外，水溫對水的冷卻性能影響很大，因此淬火時(shí)水溫不應(yīng)超過30℃，通過加強(qiáng)水循環(huán)和工件的攪動可以提高工件在高溫區(qū)的冷卻速度。水中溶入鹽、堿等物質(zhì)減小了蒸汽膜的穩(wěn)定性，使蒸汽膜階段變短，從而加快了冷卻速度。例如10%NaCl水溶液較純水的冷卻能力提高10倍以上，而10%NaOH水溶液的冷卻能力更高。但這兩種水基淬火介質(zhì)在低溫區(qū)（300℃～200℃）的冷卻速度亦很快，因此適用于低碳鋼和中碳鋼的淬火。43第43頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

食鹽水溶液的冷卻能力在食鹽濃度較低時(shí)隨食鹽濃度的增加而提高，隨溫度提高，冷卻能力降低。堿水溶液作淬火介質(zhì)時(shí)，能和已氧化的工件表面發(fā)生反應(yīng)，淬火后工件表面呈銀白色，具有良好的外觀，但這種溶液對工件和設(shè)備腐蝕較大，淬火時(shí)有刺激性氣味，因此未能廣泛應(yīng)用。44第44頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

油也是一種常用的淬火介質(zhì)。目前工業(yè)上主要采用礦物油，如錠子油、機(jī)油等。油的主要優(yōu)點(diǎn)是低溫區(qū)的冷卻速度比水小得多，主要缺點(diǎn)是高溫區(qū)間冷卻能力低。提高油溫可以降低粘度，增加流動性，從而提高高溫區(qū)間的冷卻能力。但是油溫過高容易著火，一般應(yīng)控制在60℃～80℃。油適用于形狀復(fù)雜的合金鋼工件的淬火以及小截面、形狀復(fù)雜的碳鋼工件的淬火。45第45頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月3、其他淬火介質(zhì)（1）過飽和硝鹽水溶液常用的過飽和硝鹽水溶液成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為25％NaNO3＋20％NaNO2＋20％KNO3＋35％H2O，常稱為“三硝水溶液”，屬于有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)。其在高溫區(qū)冷速大于水（400℃/s），低溫區(qū)冷速介于水與油之間（40～100℃/s）。過飽和硝鹽水溶液淬火畸變、開裂傾向小，適用于要求淬火畸變較小的中、高碳鋼，低合金鋼，球墨鑄鐵等工件的淬火。溶液使用溫度為30～60℃，使用時(shí)應(yīng)注意攪拌，并注意防止工件帶出的廢液及隨后清洗的廢水對環(huán)境的污染。46第46頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）硝鹽浴硝鹽浴通常用硝酸鹽和亞硝酸鹽配制而成。其冷卻特性為：高溫區(qū)冷速快，低溫區(qū)冷速慢，但其冷速絕對值都不高，高溫區(qū)冷速介于水、油之間，低溫區(qū)冷速略低于油。為提高硝鹽浴的冷卻能力，常加入一定量的水，因淬火時(shí)水的汽化會吸收大量的熱，且水可增大鹽浴流動性，從而增大冷速。但若含水量太高（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞3％），易發(fā)生沸騰、飛濺傷人，并易引起工件畸變、開裂。硝鹽一般用于形狀復(fù)雜、易變形開裂工件或?qū)ψ冃我筝^嚴(yán)工件的等溫淬火和分級淬火。硝鹽的缺點(diǎn)是易造成環(huán)境污染，對工件有腐蝕氧化作用，應(yīng)盡量限制使用。47第47頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）堿浴常用的堿浴熔點(diǎn)和使用溫度較硝鹽浴低。堿浴使用時(shí)也常加入少量水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％～6％）。堿浴在高溫區(qū)的冷速比硝鹽浴大，低溫區(qū)與硝鹽浴相近。堿浴適用范圍與硝鹽浴類似。堿浴腐蝕性強(qiáng)，淬火冷卻后應(yīng)及時(shí)清洗工件。48第48頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月49第49頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）高分子聚合物水溶液①聚二醇（PAG）類淬火介質(zhì)

PAG淬火介質(zhì)是由聚二醇、水和添加劑組成的聚合物水溶液，是應(yīng)用較廣泛、使用效果較好的水溶性淬火介質(zhì)。其冷速介于水、油之間，高溫區(qū)和中溫區(qū)冷速較大，低溫區(qū)冷速較慢。

PAG淬火介質(zhì)的缺點(diǎn)：價(jià)格較貴，對溫度比較敏感，使用溫度范圍窄（通常為20～40℃），對濃度比較敏感，要求濃度控制比較準(zhǔn)確（通常為±1％）。50第50頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月②聚乙烯醇（PVA）淬火介質(zhì)此種淬火介質(zhì)是用聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的濃縮液與水配制而成的，濃縮液中加有防銹劑、防腐劑、消泡劑等。使用時(shí)用水將濃縮液稀釋到聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～0.3％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，冷速越慢。使用溫度為25～45℃。高溫區(qū)冷速與水相近；低溫區(qū)冷速較慢，接近于油；中溫區(qū)冷速較快。主要用于感應(yīng)加熱表面淬火，以及中碳鋼或中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的整體淬火。不適于鹽爐淬火件。聚乙烯醇類的淬火介質(zhì)價(jià)格較便宜，但容易老化，使用壽命較短，冷速波動大，排放物對環(huán)境有污染。51第51頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）淬火方法淬火方法的選擇，主要以獲得馬氏體、減少淬火應(yīng)力、減少工件的變形和開裂為依據(jù)。常用的淬火方法有：單液淬火、雙液淬火、分級淬火和等溫淬火。52第52頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月1.單液淬火法單液淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件放入某一種淬火介質(zhì)中，連續(xù)冷卻至介質(zhì)溫度的淬火方法。單液淬火法適用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件。一般來說，尺寸較大的碳鋼工件多采用水淬；小尺寸碳鋼件和過冷奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼件采用油淬。53第53頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月2.雙液淬火法雙液淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先在冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)中冷卻至接近Ms點(diǎn)溫度時(shí)，再立即轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變。一般用水作為快冷淬火介質(zhì)，油作為慢冷淬火介質(zhì)（水淬油冷）；有時(shí)也采用水淬空冷。尺寸較大的碳素鋼工件適宜采用雙液淬火法。雙液淬火的缺點(diǎn)是難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，轉(zhuǎn)換過早容易淬不硬，轉(zhuǎn)換過遲又容易淬裂。54第54頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月3.分級淬火法分級淬火法是將奧氏體狀態(tài)的工件首先淬入溫度略高于Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴爐中保溫，當(dāng)工件內(nèi)外溫度均勻后，再從浴爐中取出空冷至室溫，完成馬氏體轉(zhuǎn)變。分級淬火只適用于尺寸較小的工件，如刀具、量具和要求變形很小的精密工件。

“分級”溫度也可略低于Ms點(diǎn)，適用于較大工件的淬火。55第55頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月4.等溫淬火等溫淬火是將奧氏體化后的工件淬入Ms點(diǎn)以上某溫度鹽浴中，等溫保持足夠長時(shí)間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織，然后取出在空氣中冷卻的淬火方法。等溫淬火實(shí)際上是分級淬火的進(jìn)一步發(fā)展，所不同的是等溫淬火獲得下貝氏體組織，可顯著提高鋼的綜合力學(xué)性能。等溫淬火可以顯著減小工件變形和開裂傾向，適用于尺寸較小、形狀復(fù)雜、尺寸要求精密的工具和重要的機(jī)器零件。低碳鋼一般不采用等溫淬火，等溫淬火適用于中碳以上的鋼。56第56頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）鋼的淬透性1.淬透性的概念鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。淬透性的大小以鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度和硬度分布來表示。通常采用從淬火工件表面至半馬氏體區(qū)（淬火組織中馬氏體和非馬氏體組織各占一半）距離作為淬透層深度。57第57頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月58第58頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

淬透性與淬硬性的區(qū)別

淬透性是指鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，它主要取決于鋼的臨界冷卻速度，即取決于過冷奧氏體的穩(wěn)定性。過冷奧氏體越穩(wěn)定，臨界淬火速度越小，鋼在一定條件下淬透層深度越深，則鋼的淬透性越好。

淬硬性表示鋼淬火時(shí)的硬化能力，用淬成馬氏體可能得到的最高硬度表示。它主要取決于馬氏體中的含碳量。馬氏體中含碳量越高，鋼的淬硬性越高。淬透性和淬硬性沒有必然聯(lián)系。59第59頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

淬透性和實(shí)際條件下淬透層深度的區(qū)別淬透性是鋼的一種屬性，與工件形狀、尺寸和介質(zhì)冷卻能力無關(guān)。相同奧氏體化溫度下的同一鋼種，其淬透性是確定不變的，大小用規(guī)定條件下的淬透層深度表示。實(shí)際工件的淬透層深度是指具體條件下測定的半馬氏體區(qū)至工件表面的深度，它與鋼的淬透性、工件尺寸及淬火介質(zhì)的冷卻能力等許多因素有關(guān)。60第60頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月2.淬透性的測定方法測定淬透性常用的方法是末端淬火法，簡稱端淬法。淬透性曲線（端淬曲線）61第61頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

淬透性高的鋼，硬度下降趨勢較為平坦；而淬透性低的鋼，硬度呈急劇下降的趨勢。62第62頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于同一種鋼號的化學(xué)成分允許在一定范圍內(nèi)波動，因此手冊中給出的淬透性曲線通常是一條淬透性帶。根據(jù)淬透性曲線，通常用JHRC-d表示鋼的淬透性。其中，J表示末端淬透性，d表示至末端的距離，HRC表示在該處測得的硬度值，例如J40-6。端淬試驗(yàn)是由W.E.Jominy等在1938年建議采用的，因而國外常稱為“Jominytest”?！癑”是“Jominy”的字頭。63第63頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月3.淬透性的實(shí)際意義鋼的淬透性是正確選用鋼材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。如果工件淬透了，則其表里的性能均勻一致，能充分發(fā)揮鋼材的力學(xué)性能潛力；如果未淬透，則表里的性能便存在差異，尤其在回火后，心部的強(qiáng)韌性將比表層的低。因此多數(shù)結(jié)構(gòu)零件都希望在淬透的情況下使用。但是，也并非在任何情況下都要求淬透性越高越好。隨著各種零件的受力情況和工藝過程的不同，往往對淬透性有不同的要求。64第64頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月4.淬透性曲線的應(yīng)用根據(jù)端淬曲線合理選用鋼材，以滿足心部硬度的要求。預(yù)測工件淬火后硬度分布。根據(jù)端淬曲線選擇淬火介質(zhì)，制訂熱處理工藝。65第65頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（六）淬入淬火介質(zhì)的常用方法工件淬入淬火介質(zhì)時(shí)，一般應(yīng)做到：設(shè)法保證工件淬硬、淬深，盡量減小工件畸變，避免開裂，保證安全。軸類、細(xì)長工件應(yīng)垂直淬入介質(zhì)，并上、下運(yùn)動。套筒類工件應(yīng)沿軸線方向淬入介質(zhì)。盤類工件、薄片件應(yīng)垂直于液面淬入；大型薄片件應(yīng)快速垂直淬入，速度越快，變形越小。兩端大小不一的工件，應(yīng)大端先淬入。橫截面厚薄不一的工件，應(yīng)先淬入較厚部分（如半圓銼刀，應(yīng)半圓面向下、傾斜45淬入），以使冷卻均勻。66第66頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

有不通孔或者凹面的工件，應(yīng)使孔或凹面向上；具有十字形或H形的工件，不宜垂直淬入，而應(yīng)傾斜淬入，以利于氣泡排出。長方形帶通孔的工件（如沖模）應(yīng)垂直斜向淬入，以利于孔附近處冷卻。工件淬入介質(zhì)后，應(yīng)適當(dāng)運(yùn)動，以加速蒸汽膜的破裂，提高工件冷卻速度。一般情況下，冷速慢的部分應(yīng)迎水運(yùn)動；細(xì)長、薄片類工件淬入介質(zhì)時(shí)要拿穩(wěn)，不要晃動，淬入介質(zhì)時(shí)要快，在介質(zhì)中應(yīng)垂直運(yùn)動而不宜橫向擺動，否則易引起變形。截面厚薄差異大的工件，也可對冷卻快的部分進(jìn)行包扎（在加熱前用石棉、鐵皮等包扎），以使整個(gè)截面冷速均勻。67第67頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鋼的回火回火（tempering）是將淬火鋼在A1以下溫度加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當(dāng)方式冷卻到室溫的工藝過程。回火是緊接淬火的一道熱處理工藝，其主要目的是減少或消除淬火應(yīng)力，保證相應(yīng)的組織轉(zhuǎn)變，提高鋼的韌性和塑性，獲得硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性的適當(dāng)配合。回火溫度是決定回火鋼組織和性能最重要的因素，在生產(chǎn)中通常按所采用的溫度把回火分為三類，即低溫回火、中溫回火和高溫回火。68第68頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）低溫回火（150℃～250℃）

低溫回火的目的是在保持高硬度（58HRC～64HRC）、強(qiáng)度和耐磨性的情況下，適當(dāng)提高淬火鋼的韌性，同時(shí)顯著降低鋼的淬火應(yīng)力和脆性。低溫回火組織主要為回火馬氏體。低溫回火鋼大部分是淬火高碳鋼和淬火高合金鋼。在生產(chǎn)中，低溫回火大量應(yīng)用于刀具、量具、滾動軸承、滲碳工件、表面淬火工件等。精密量具、軸承、絲杠等零件為了減少在最后加工工序中形成的附加應(yīng)力，增加尺寸穩(wěn)定性，可增加一次在120℃～250℃，保溫時(shí)間長達(dá)幾十小時(shí)的低溫回火，有時(shí)稱之為人工時(shí)效或穩(wěn)定化處理。69第69頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）中溫回火（350℃～500℃）

中溫回火組織主要為回火托氏體。中溫回火后工件的淬火應(yīng)力基本消除，具有高的彈性極限，較高的強(qiáng)度和硬度（35HRC～45HRC以上），以及良好的塑性和韌性。中溫回火主要應(yīng)用于各種彈簧零件和熱鍛模具。有些鋼種（如一些彈簧鋼）在中溫范圍內(nèi)回火時(shí)，可能發(fā)生回火脆性，對于具有第二類回火脆性的鋼，回火后應(yīng)該快冷（水冷或油冷），其它鋼種則空冷。70第70頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）高溫回火（500℃～650℃）

高溫回火的組織為回火索氏體。通常將淬火和隨后的高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理。高溫回火后鋼具有強(qiáng)度和硬度、塑性和韌性都較好的優(yōu)良綜合力學(xué)性能。高溫回火廣泛應(yīng)用于中碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼制造的各種受力比較復(fù)雜的重要結(jié)構(gòu)零件，如發(fā)動機(jī)曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車半軸、機(jī)床齒輪及主軸等，也可作為某些精密工件如量具、模具等的預(yù)先熱處理。71第71頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

回火保溫時(shí)間應(yīng)保證工件各部分溫度均勻，同時(shí)保證組織轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行，并盡可能降低或消除內(nèi)應(yīng)力。生產(chǎn)上一般工件的回火時(shí)間均為1～2h。在要求硬度的一定范圍內(nèi)，回火溫度越高，需要的回火保溫時(shí)間越短；在一定回火溫度下，隨著保溫時(shí)間的延長，硬度將逐漸下降。工件回火后一般在空氣中冷卻。對于一些重要的機(jī)器零件和工、模具，為了防止重新產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和變形、開裂，通常都采用緩慢的冷卻方式。對于有高溫回火脆性的鋼件，回火后應(yīng)進(jìn)行油冷或水冷，以抑制回火脆性。72第72頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月三、淬火加熱缺陷及其防止（一）淬火工件的過熱和過燒

過熱：工件在淬火加熱時(shí)，由于溫度過高或者時(shí)間過長造成奧氏體晶粒粗大的缺陷叫做過熱。淬火過熱的工件強(qiáng)度和韌性降低，易于產(chǎn)生脆性斷裂。輕微的過熱可用延長回火時(shí)間來補(bǔ)救。嚴(yán)重的過熱則需進(jìn)行一次細(xì)化晶粒退火，然后再重新淬火。73第73頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

過燒：淬火加熱溫度太高，使奧氏體晶界出現(xiàn)局部熔化或者發(fā)生氧化的現(xiàn)象叫做過燒。過燒是嚴(yán)重的加熱缺陷，工件一旦過燒就無法補(bǔ)救，只能報(bào)廢。74第74頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）淬火加熱時(shí)的氧化和脫碳1.氧化氧化是鋼件在加熱時(shí)，鐵與合金元素原子和爐氣中的O2、H2O及CO2等氧化性氣體發(fā)生的化學(xué)作用。防止氧化的方法很多，如①對鹽浴進(jìn)行脫氧；②采用保護(hù)氣氛加熱；③消除工件表面的水漬和銹斑；④采用高溫短時(shí)快速加熱；⑤表面用涂料防護(hù)，等等。75第75頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月2.脫碳鋼件在加熱過程中，鋼中的碳與氣氛中的O2、H2O、CO2和H2等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成含碳?xì)怏w逸出鋼外，使鋼件表面含碳量降低，這種現(xiàn)象稱為脫碳。脫碳最嚴(yán)重時(shí)，可使表層變成鐵素體。表層脫碳后，內(nèi)層的碳便向表面擴(kuò)散，這樣就使脫碳層逐漸加深。脫碳過程進(jìn)行的速度取決于表面化學(xué)反應(yīng)速度和碳原子的擴(kuò)散速度。加熱溫度越高，加熱時(shí)間越長，脫碳層越深。76第76頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）淬火硬度不足造成淬火工件硬度不足的原因有：加熱溫度過低或保溫時(shí)間不足表面脫碳冷卻速度不夠操作不當(dāng)淬透性低殘余奧氏體過多當(dāng)出現(xiàn)硬度不足時(shí)，應(yīng)分析其具體原因，采取相應(yīng)的針對措施。對已出現(xiàn)硬度不足的工件，可進(jìn)行高溫回火、退火或正火，以消除應(yīng)力，防止重新淬火時(shí)發(fā)生新的變形甚至開裂，然后再重新加熱淬火補(bǔ)救。同時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格管理爐溫測控儀表，定期校正及檢修。77第77頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）軟點(diǎn)鋼材或鋼件淬火硬化后，硬度偏低的局部小區(qū)域稱為軟點(diǎn)。產(chǎn)生軟點(diǎn)的主要原因有：欠熱冷卻不均勻淬火前原始組織不均勻碳濃度不均勻?qū)η皟煞N情況，可進(jìn)行一次回火，再重新加熱，并采用適當(dāng)?shù)拇慊鸾橘|(zhì)及淬火冷卻方法補(bǔ)救。第三種情況在淬火前應(yīng)進(jìn)行充分鍛造或進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)備熱處理，使組織盡量均勻化。對最后一種情況，如工件淬火后不再加工，則很難補(bǔ)救。78第78頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）組織缺陷有些工件，根據(jù)服役條件，除要求一定硬度外，還要求金相組織達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)級別。常見不符合要求的組織缺陷有如下幾種：馬氏體組織粗大游離鐵素體過多網(wǎng)狀組織殘余奧氏體量過多79第79頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月四、回火常見缺陷1、硬度不合格回火硬度過高、過低或不均勻，主要是由于回火溫度過低、過高或爐溫不均勻造成的。回火后硬度過低需返修，重新淬火、回火?；鼗鸷笥捕冗^高可按回火規(guī)范重新回火。硬度不均勻的原因，可能是由于一次裝爐量過多，或選用加熱爐不當(dāng)所致。如果回火在氣氛爐中進(jìn)行，應(yīng)使?fàn)t內(nèi)氣流強(qiáng)迫循環(huán)，使?fàn)t內(nèi)溫度均勻。80第80頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月2、回火后工件發(fā)生畸變通常是由于回火前工件內(nèi)應(yīng)力不平衡、回火時(shí)應(yīng)力松弛、應(yīng)力重新分布所致。采用回火校直法、熱點(diǎn)校直法等可避免或消除回火后的畸變。3、韌性過低在第一類回火脆性區(qū)回火的工件，或具有第二類回火脆性的工件回火后沒有快冷，都會使工件產(chǎn)生回火脆性。對第一類回火脆性，只有通過重新加熱淬火、另選回火溫度消除。對于第二類回火脆性，可以采用重新加熱回火然后快冷的方法消除。81第81頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)其他類型熱處理一、鋼的形變熱處理形變熱處理是將塑性變形和熱處理有機(jī)結(jié)合在一起的一種復(fù)合工藝，是將形變強(qiáng)化與相變強(qiáng)化綜合起來的一種復(fù)合強(qiáng)韌化處理方法。目的：提高鋼的強(qiáng)度，改善鋼的塑性和韌性，簡化工藝，節(jié)約能源。82第82頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月形變熱處理強(qiáng)韌化的機(jī)理1.顯微組織細(xì)化形變熱處理能使馬氏體細(xì)化，其細(xì)化程度隨形變量的增大而增大。2.位錯密度和亞結(jié)構(gòu)的變化形變時(shí)在奧氏體中形成大量位錯，并大部分為隨后形成的馬氏體所繼承，因而使馬氏體的位錯密度比普通淬火時(shí)高得多，這是形變淬火后使鋼具有較高強(qiáng)化效果的主要原因。3.碳化物的彌散強(qiáng)化作用在奧氏體形變過程中會發(fā)生碳化物的析出，鋼形變淬火后，這種大量細(xì)小的碳化物便分布于馬氏體基體中，具有很大的彌散強(qiáng)化作用。83第83頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）高溫形變熱處理高溫形變熱處理是將鋼加熱至Ac3以上，在穩(wěn)定的奧氏體溫度范圍內(nèi)進(jìn)行變形，然后立即淬火，使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變并回火，以獲得需要的性能。

高溫形變熱處理適用于一般碳鋼、低合金鋼結(jié)構(gòu)零件以及機(jī)械加工量不大的鍛件或軋材，如連桿、曲軸、彈簧、葉片及各種農(nóng)機(jī)具零件。84第84頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

高溫形變熱處理在提高鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的同時(shí)，能改善鋼的塑性和韌性。

形變溫度和形變量顯著影響高溫形變熱處理的強(qiáng)化效果。一般終軋溫度以900℃左右為宜；形變量控制在20%～40%之間可獲得最佳的拉伸、沖擊、疲勞性能及斷裂韌度。85第85頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）低溫形變熱處理

低溫形變熱處理是將鋼加熱至奧氏體狀態(tài)，迅速冷卻至Ac1以下、Ms點(diǎn)以上過冷奧氏體亞穩(wěn)溫度范圍進(jìn)行大量塑性變形，然后立即淬火并回火至所需的性能。低溫形變熱處理示意圖86第86頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

低溫形變熱處理僅適用于珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)之間（400～550℃）有很長孕育期的某些合金鋼。低溫形變熱處理在鋼的塑性和韌性不降低或降低不多的情況下，可以顯著提高鋼的強(qiáng)度和疲勞極限，提高鋼的耐磨損和耐回火性。此外，低溫形變熱處理由于變形溫度較低，要求變形速度快，故需用功率大的設(shè)備進(jìn)行塑性變形。87第87頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鋼的表面淬火表面淬火是將工件快速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，僅使表面層獲得淬火組織的熱處理方法。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部，表面淬火使用的熱源必須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。根據(jù)工件表面加熱熱源的不同，表面淬火主要可分為感應(yīng)加熱、激光加熱、電子束加熱和火焰加熱等表面淬火工藝。88第88頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（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，并使之迅速加熱至奧氏體狀態(tài)，隨后快速冷卻獲得馬氏體組織的淬火方法。89第89頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月感應(yīng)加熱表面淬火與普通淬火相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：①加熱速度快，生產(chǎn)率高，適合批量生產(chǎn)；②加熱時(shí)間短，氧化、脫碳輕微；③零件因不進(jìn)行整體加熱，故熱處理變形?。虎鼙砻嬗捕雀?，缺口敏感性小，沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度及耐磨性均有很大提高；⑤設(shè)備緊湊，使用簡單，勞動強(qiáng)度低；⑥不僅可應(yīng)用于零件表面、內(nèi)孔淬火，還可用于零件的穿透加熱及化學(xué)熱處理。90第90頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

感應(yīng)加熱透入工件表層的深度主要取決于電流頻率。感應(yīng)電流頻率越高，電流透入深度越小，工件加熱層越薄。根據(jù)電流頻率，感應(yīng)加熱表面淬火可分為三類：（1）高頻感應(yīng)加熱表面淬火（2）中頻感應(yīng)加熱表面淬火（3）工頻感應(yīng)加熱表面淬火91第91頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

感應(yīng)加熱表面淬火通常選用中碳鋼或中碳合金鋼，其表面淬火前的原始組織應(yīng)為調(diào)質(zhì)態(tài)或正火態(tài)。常用的工藝路線為：鍛造→退火或正火→粗加工→調(diào)質(zhì)或正火→精加工→感應(yīng)加熱表面淬火→低溫回火→精磨→成品。92第92頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）火焰加熱表面淬火

火焰加熱表面淬火是利用乙炔－氧氣或煤氣－氧氣混合氣體的燃燒火焰，將工件表面迅速加熱到淬火溫度，隨后以浸水或噴水方式進(jìn)行激冷，使工件表層轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體而心部組織不變的工藝方法。

火焰加熱表面淬火的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡單、成本低、工件大小不受限制。缺點(diǎn)是：淬火硬度和淬透層深度不易控制，常取決于操作工人的技術(shù)水平和熟練程度；生產(chǎn)效率低，只適合單件和小批量生產(chǎn)。93第93頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）激光加熱表面淬火

激光加熱表面淬火是將高功率密度的激光束照射到工件表面，使表面層快速加熱到奧氏體區(qū)或熔化溫度，依靠工件本身熱傳導(dǎo)迅速自冷而獲得一定淬硬層或熔凝層。激光加熱表面淬火的優(yōu)點(diǎn)是淬火質(zhì)量好，表層組織超細(xì)化，硬度高（比常規(guī)淬火高6~10HRC），脆性極小，工件變形小，自冷淬火，不需回火，節(jié)約能源，無環(huán)境污染，生產(chǎn)效率高，便于自動化。缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，在生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用受到了限制。94第94頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月三、真空熱處理

真空熱處理是指在低于101.325kPa（1atm）的環(huán)境中進(jìn)行加熱和冷卻的熱處理工藝，包括真空淬火、真空退火、真空回火、真空滲碳、真空滲金屬等。根據(jù)真空度的高低，可劃分為四級：低真空：1.33×103～1.33Pa

中真空：1.33×10-1～1.33×10-2Pa

高真空：1.33×10-3

～1.33×10-5Pa

超高真空：＜1.33×10-5Pa95第95頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月1、真空熱處理的特點(diǎn)（1）表面保護(hù)作用在真空中加熱的氧及氧化性氣體的含量極低，可使工件在無氧化、脫碳的情況下加熱。（2）凈化表面在高溫、真空狀態(tài)下，金屬表面氧化物和污物會發(fā)生分解和揮發(fā)，然后由真空泵抽氣排出，使工件表面得到凈化。（3）脫氣作用真空下氣體分壓很低，故氣體在金屬中的溶解度將明顯減小。真空度越高，脫氣效果越好。在同樣的真空度下，提高溫度可增進(jìn)脫氣效果。氫、氧、氮幾種氣體中，氫較氧、氮擴(kuò)散容易，故在真空熱處理時(shí)脫氫較容易，脫氧、脫氮較難。96第96頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）脫脂作用工件表面的油污（碳、氫、氧的化合物）等在真空加熱時(shí)可分解為氫、水蒸氣和二氧化碳等氣體，被真空泵排出。（5）蒸發(fā)現(xiàn)象合金鋼在真空加熱時(shí)，一些蒸氣壓高的合金元素（如Mn、Cr等）將從表面蒸發(fā)逸出。蒸發(fā)出來的氣態(tài)金屬會粘附在爐子的低溫部分和工件表面上（真空鍍膜），使工件表面粗糙，工件之間相互粘連，而且會損害加熱爐并引起蒸發(fā)物在以后的再蒸發(fā)。因此，必須設(shè)法避免。97第97頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月四、鋼的化學(xué)熱處理將金屬工件放入含有某種活性原子的化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱使介質(zhì)中的原子擴(kuò)散滲入工件一定深度的表層，改變其化學(xué)成分和組織并獲得與心部不同性能的熱處理工藝叫做化學(xué)熱處理。根據(jù)滲入元素的不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮（氮化）、碳氮共滲、多元共滲、滲硼、滲金屬等。98第98頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）化學(xué)熱處理的一般過程化學(xué)熱處理的一般過程通常是由分解、吸附和擴(kuò)散三個(gè)基本過程組成的。（相互銜接而又同時(shí)進(jìn)行）分解：在一定溫度下，從滲劑中分解出含有被滲元素“活性原子”的過程。如：滲碳2CO→CO2+[C]CH4→2H2+[C]CO+H2→H2O+[C]

滲氮2NH3→3H2+2[N]活性原子：初生的、原子態(tài)（即未結(jié)合成分子）的原子。99第99頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

吸附：具有高能狀態(tài)的活性原子沖入鐵晶格表面原子引力場范圍之內(nèi)，被鐵表面晶格捕獲并溶解的過程。擴(kuò)散：鋼件表面吸收并溶解被滲元素活性原子后，由于造成表面和心部的濃度差而發(fā)生被滲元素的原子從高濃度表面向內(nèi)部定向遷移的現(xiàn)象。分解、吸附和擴(kuò)散三個(gè)基本過程相互聯(lián)系、相互制約。一般情況下，擴(kuò)散是化學(xué)熱處理的主要控制過程。當(dāng)表面擴(kuò)散元素的濃度超過在基體金屬中的溶解度極限時(shí)，就會在表面形成化合物。這種擴(kuò)散引起相結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)象叫做反應(yīng)擴(kuò)散（或相變擴(kuò)散）。100第100頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）鋼的滲碳將低碳鋼件放入滲碳介質(zhì)中，在900～950℃加熱保溫，使活性碳原子滲入鋼件表面并獲得高碳滲層的工藝方法叫做滲碳。目的：通過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，使工件表面具有高的硬度、耐磨性和良好的抗疲勞性能，而心部具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。（表硬心韌）101第101頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

表面淬火不改變表層的化學(xué)成分，而是依靠表面加熱淬火來改變表層的組織，從而達(dá)到表面強(qiáng)化的目的；而滲碳并經(jīng)淬火加低溫回火則能同時(shí)改變表層的化學(xué)成分和組織，因而能更有效地提高表層的性能。根據(jù)滲碳劑的不同，滲碳方法有固體滲碳、氣體滲碳和離子滲碳。其中，氣體滲碳應(yīng)用最廣泛。102第102頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月1.固體滲碳（packcarburizing，solidcarburizing）固體滲碳裝置示意圖

固體滲碳是將低碳鋼件放入裝滿固體滲碳劑的滲碳箱中，密封后送入爐中加熱至滲碳溫度保溫，以便活性碳原子滲入工件表層。103第103頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

固體滲碳劑主要由供碳劑和催化劑組成。常用供碳劑為顆粒狀木炭、焦炭，催滲劑為碳酸鹽（BaCO3、Na2CO3、CaCO3等）。所用木炭應(yīng)雜質(zhì)少，活性較高。104第104頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

滲碳劑的選擇應(yīng)根據(jù)工件技術(shù)要求而定，要求滲層厚、表面碳含量高時(shí)，應(yīng)選用活性高的滲碳劑；含碳化物形成元素的鋼，應(yīng)選用活性較低的滲碳劑。固體滲碳不需要專用滲碳設(shè)備，適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)成本低廉。缺點(diǎn)是加熱時(shí)間長，生產(chǎn)效率低，勞動條件差，滲碳質(zhì)量不易控制等，滲碳后很難進(jìn)行直接淬火。105第105頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月2.離子滲碳（plasmacarburizing）

原理：將工件裝入真空室內(nèi)（低于0.1MPa），通入甲烷或丙烷氣，同時(shí)在工件（陰極）和陽極之間施加直流高電壓，使氣體激發(fā)，引起輝光放電，產(chǎn)生等離子體，生成的碳離子高速轟擊工件表面而滲碳。優(yōu)點(diǎn)：由于輝光放電及離子轟擊的作用，離子態(tài)的碳活性更高，且工件表面形成大量微觀缺陷，離子滲碳速度大大加快，比普通滲碳縮短時(shí)間約50％；表面碳含量和滲層深度易控制；可消除晶界內(nèi)氧化，畸變較?。还?jié)能、節(jié)氣，無環(huán)境污染。106第106頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月3.氣體滲碳

氣體滲碳是把零件放入含有氣體滲碳介質(zhì)的密封高溫爐罐中進(jìn)行碳的滲入。氣體滲碳介質(zhì)可分為兩大類：一是液體介質(zhì)（含有碳?xì)浠衔锏挠袡C(jī)液體），如煤油、苯、醇類和丙酮等，使用時(shí)直接滴入高溫爐罐內(nèi)，經(jīng)裂解后產(chǎn)生活性碳原子；二是氣體介質(zhì)，如天然氣、丙烷氣及煤氣等，使用時(shí)直接通入高溫爐罐內(nèi)，經(jīng)裂解后用于滲碳。107第107頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體滲碳工藝參數(shù)（1）滲碳溫度通常選擇在900℃～950℃。對于薄層滲碳，可取880℃～900℃。（2）滲碳時(shí)間滲碳層深度與時(shí)間的關(guān)系可用下式表示：＝kt1/2式中，：滲碳層深度（mm）；

t：滲碳時(shí)間（h）；

k：與溫度有關(guān)的常數(shù)，在875℃、900℃、920℃、930℃時(shí)，k分別為0.45、0.54、0.63、0.647。108第108頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

實(shí)際生產(chǎn)中，常根據(jù)滲碳平均速度來估算滲碳保溫大致時(shí)間。例如，在井式滲碳爐920℃下用煤油對20CrMnTi鋼滲碳，其保溫時(shí)間可按0.25mm/h來估算。不同介質(zhì)、碳勢、爐型、溫度、裝爐量下的準(zhǔn)確滲碳時(shí)間，應(yīng)通過工藝試驗(yàn)來確定。碳勢是表征爐內(nèi)含碳?xì)夥赵谝欢囟认赂淖児ぜ砻嫣己磕芰Φ膮?shù)，通常用低碳碳素鋼箔片在含碳?xì)夥罩械钠胶馓己縼肀硎尽Ｌ紕菰礁?，則該氣氛能提供的活性碳原子越多，即滲碳能力越強(qiáng)。109第109頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）滲碳劑流量在滲碳不同階段，所需滲碳劑流量不同。滲碳劑的流量應(yīng)隨時(shí)間延長相應(yīng)減少。一般需考慮以下幾方面：裝爐量大小。零件總的有效滲碳面積越大，滲劑的流量應(yīng)越大。碳勢。要求的碳勢越高，滲碳劑的流量應(yīng)越大。滲碳罐及工裝的狀況。新的爐罐、工裝，碳含量往往很低，滲碳時(shí)會吸收大量的碳原子，初次使用時(shí)應(yīng)進(jìn)行預(yù)滲碳，以免在滲碳過程中影響爐內(nèi)碳勢。110第110頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

爐罐的容積。容積增大，滲碳劑的流量要相應(yīng)增大。滲碳劑的種類。產(chǎn)氣量大、活性強(qiáng)的滲碳劑，所需流量較小；反之較大。此外，滲劑的流量還與鋼種、滲碳工藝等因素有關(guān)。生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)具體情況靈活掌握。（4）爐壓通常爐內(nèi)應(yīng)維持正壓（98～392Pa），以防止空氣進(jìn)入爐內(nèi)，并有利于爐內(nèi)廢氣的排除。爐壓太小，也影響有機(jī)滴液的分解和吸收，增大爐壓，有利于反應(yīng)向氣體分子數(shù)減少的方向進(jìn)行。111第111頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

常用于滲碳的鋼為低碳鋼（wc=0.15%～0.25%）或低碳合金鋼，滲碳緩冷組織表層為珠光體加二次滲碳體的過共析組織，往里是共析組織、亞共析組織的過渡區(qū)，直到心部的原始組織。滲碳層深度按（過共析層＋共析層＋1/2過渡區(qū)）計(jì)算。112第112頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月低碳鋼滲碳緩冷后的組織113第113頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳層深度檢測法（1）斷口目測法將滲碳工件淬火后打斷，觀察斷口形貌。滲碳層呈白瓷狀，中心未滲碳部分呈灰色纖維狀。（2）金相測量法滲碳緩冷后的試樣經(jīng)磨制、腐蝕后，在顯微鏡下測定。碳鋼：從表面垂直量至1/2過渡區(qū)，其滲碳層包括過共析層＋共析層＋1/2過渡區(qū)，并要求過共析層與共析層之和應(yīng)占總層深的75％以上；合金鋼：從表面垂直量至出現(xiàn)心部原始組織為止，包括過共析層＋共析層＋過渡區(qū)全部，并要求過共析層與共析層之和應(yīng)占總層深的50％以上。114第114頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）硬度測量法根據(jù)GB/T9450—2005規(guī)定，硬化層深度（CHD，mm）是指滲碳工件（或采用與工件尺寸、形狀等相近的試樣）經(jīng)淬火、回火后，自表面到維氏硬度為550HV處的垂直距離。測定硬度所采用的試驗(yàn)力為9.807N（1kgf）。（4）剝層化學(xué)分析法將20mm×120mm圓柱試樣滲碳后緩冷，由表及里逐層車削，并進(jìn)行化學(xué)分析，繪出碳含量梯度分布曲線，據(jù)此確定滲碳層深度及表面碳含量。此法精確可靠，但取樣和分析較麻煩，生產(chǎn)中很少采用，多用于滲碳新工藝研究和試驗(yàn)新滲碳鋼種。115第115頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

一般滲碳零件表層含碳量最好控制在0.85%～1.05%左右，滲層碳濃度變化應(yīng)當(dāng)平緩。滲層厚度一般為0.5～2mm。滲碳層的含碳量和深度依靠控制通入的滲碳劑量、滲碳時(shí)間和滲碳溫度來保證。當(dāng)滲碳零件有不允許高硬度的部位時(shí)，該部位可采取鍍銅或涂抗?jié)B涂料的方法來防止?jié)B碳，也可采取多留加工余量的方法，待零件滲碳后在淬火前去掉該部位的滲碳層（退碳）。116第116頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳后的熱處理

滲碳后的熱處理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法。117第117頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月1.直接淬火法工件滲碳后隨爐（圖(a)）或出爐預(yù)冷到稍高于心部成分的Ar3溫度（圖(b)）（避免析出鐵素體），然后直接淬火，這就是直接淬火法。淬火后還需進(jìn)行低溫回火，以消除淬火應(yīng)力。預(yù)冷的目的主要是減少零件與淬火介質(zhì)的溫差，以減少淬火應(yīng)力和零件的變形。直接淬火法只適用于過熱傾向小的本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，如20CrMnTi等。118第118頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月2.一次淬火法零件滲碳結(jié)束出爐后緩慢冷卻至室溫，然后再重新加熱淬火，最后進(jìn)行低溫回火，稱為一次淬火法（圖(c)）。一次淬火法可以細(xì)化滲碳時(shí)形成的粗大組織，提高力學(xué)性能。淬火溫度的選擇應(yīng)兼顧表層和心部。如果強(qiáng)化心部，則加熱到Ac3以上，使其淬火后得到低碳馬氏體組織；如果強(qiáng)化表層，需加熱到Ac1以上。一次淬火法適用于組織和性能要求較高的零件，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。119第119頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月3.二次淬火法工件滲碳冷卻后兩次加熱淬火，即為兩次淬火法（圖(d)）。二次淬火后再進(jìn)行低溫回火。第一次淬火加熱溫度一般為心部的Ac3以上，目的是細(xì)化心部組織，同時(shí)消除表層的網(wǎng)狀碳化物。第二次淬火加熱溫度一般為Ac1以上，使?jié)B層獲得細(xì)小粒狀碳化物和隱晶馬氏體，以保證獲得高強(qiáng)度和高耐磨性。二次淬火法工藝復(fù)雜，成本高，效率低，變形大，僅用于要求表面高耐磨性和心部高韌性的重要零件（如航空業(yè)某些重要件）。120第120頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼件滲碳熱處理后的最終組織

滲碳件經(jīng)淬火并低溫回火后，表層組織為高碳細(xì)針狀回火馬氏體+細(xì)粒狀滲碳體或碳化物+少量殘余奧氏體，其硬度為58~64HRC。心部組織隨鋼種而異，低碳鋼（如15、20鋼）淬透性差，為鐵素體+珠光體，硬度相當(dāng)于10~15HRC；低碳合金鋼（如20CrMnTi）淬透性好，心部為低碳回火馬氏體（+少量鐵素體），硬度為35~45HRC。121第121頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月滲碳零件常用的加工工藝路線為：

汽車、機(jī)車、礦山機(jī)械、起重機(jī)械等使用的大量傳動齒輪都采用滲碳熱處理工藝提高其耐磨損性能。122第122頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月例：某汽車變速箱齒輪采用20CrMnTi鋼制造，其制造工藝如下：下料→鍛造→正火→粗車并銑齒成型→精銑齒輪→滲碳→淬火+低溫回火→研磨→入庫鍛造后的正火是中間熱處理，目的是降低鍛造內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、均勻化學(xué)成分、改善切削加工性能。滲碳、淬火并低溫回火是最終熱處理，目的是提高齒輪的抗磨損性能和抗接觸疲勞性能。123第123頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）鋼的滲氮向鋼件表面滲入氮元素，形成富氮硬化層的化學(xué)熱處理稱為滲氮（nitriding），通常也稱為氮化。滲氮層的特點(diǎn)：高的硬度和耐磨性；很好的熱穩(wěn)定性；高的疲勞強(qiáng)度和抗咬合性能；良好的耐蝕性能；變形小且變形的規(guī)律性強(qiáng)。124第124頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月

氮化鋼通常是含有Al、Cr、Mo等合金元素的鋼，最常用的滲氮鋼是38CrMoAlA鋼，該鋼滲氮后表面硬度可達(dá)1000～1200HV。Cr12、Cr12MoV等工模具鋼也可進(jìn)行滲氮處理。鋼件滲氮后一般不進(jìn)行熱處理，為了提高鋼件心部的強(qiáng)韌性，滲氮前必須進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。一般零件滲氮工藝路線如下：鍛造→退火（或正火）→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→去應(yīng)力退火→粗磨→滲氮→精磨或研磨。125第125頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼的氮化組織126第126頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月井式氣體氮化爐離子氮化爐127第127頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的滲氮方法氣體滲氮離子滲氮1、氣體滲氮（gasnitriding）在可提供活性氮原子的氣體中進(jìn)行的滲氮稱為氣體滲氮。常用的氣體滲氮劑為氨氣（NH3）。氣體滲氮工藝參數(shù)主要是滲氮溫度、滲氮保溫時(shí)間和氨分解率。128第128頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）滲氮溫度滲氮溫度通常為480～560℃。形狀復(fù)雜、表面硬度要求高的零件選下限，如溫度選得過低，則滲氮速度過慢。一般要求滲氮層較厚而表面硬度不高時(shí)，可選540～550℃滲氮。（2）滲氮保溫時(shí)間保溫時(shí)間的選擇與滲氮溫度有關(guān)。溫度一定時(shí)，滲氮層深度主要取決于保溫時(shí)間。滲氮初期，滲氮層深度隨時(shí)間延長增加較快，但后期，深度的增加明顯變慢。例如38CrMoAlA鋼，當(dāng)滲氮層深度為0.4mm時(shí)，滲氮速度為0.02mm/h；當(dāng)滲氮層深度為0.4～0.7mm時(shí)，滲氮速度為0.005mm/h。129第129頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）氨分解率氨分解率：在某一溫度下，分解的氮、氫混合氣體占爐氣總體積的百分比。＝（氫氣體積＋氮?dú)怏w積）/罐內(nèi)氣體總體積×100％分解率的大小取決于滲氮溫度、氨氣的流量、爐內(nèi)壓力、零件的表面情況及有無催化劑等因素。實(shí)踐表明，當(dāng)氨分解率為20％～40％左右時(shí)較適宜，對鋼件吸收氮最為有利，硬度也較高。130第130頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月2、離子滲氮（plasmanitriding）離子滲氮：在低真空（10-1～10-2Pa）含氮?dú)夥罩?，利用工件（陰極）和陽極間產(chǎn)生的輝光放電現(xiàn)象進(jìn)行滲氮的工藝。與普通氣體滲氮相比，離子滲氮的主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）滲氮速度快，時(shí)間短當(dāng)滲氮層深度為0.3～0.5mm時(shí)，離子滲氮所需時(shí)間僅為普通氣體滲氮的1/3～1/5。（2）滲氮質(zhì)量好（3）工件變形小特別適合處理精密零件和形狀復(fù)雜零件。（4）滲氮前不需去鈍處理131第131頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）容易實(shí)現(xiàn)局部滲氮對局部滲氮的零件，可采用保護(hù)罩等簡單屏蔽的方法，免去鍍層及隨后的清理工序。（6）適用于各種材料對滲氮鋼、碳鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鑄鐵和非鐵金屬等均能進(jìn)行滲氮。離子滲氮的缺點(diǎn)是投資高，準(zhǔn)確測溫困難，設(shè)備操作與調(diào)整較繁瑣，對大型爐子及混裝工件情況，各處溫度往往不均勻。132第132頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）鋼的碳氮共滲向鋼件表層同時(shí)滲入碳和氮的過程稱為碳氮共滲，也叫做氰化。根據(jù)共滲溫度的不同，碳氮共滲可分為高溫（900～950℃）、中溫（700～880℃）和低溫（500～570℃）三種。目前工業(yè)上廣泛應(yīng)用的是中溫和低溫氣體碳氮共滲。碳氮共滲零件的性能介于滲碳與滲氮零件之間。中溫氣體碳氮共滲多用于提高結(jié)構(gòu)零件（如齒輪、蝸輪、軸類件）的硬度、耐磨性和疲勞性能。低溫氣體碳氮共滲又稱為軟氮化，是以滲氮為主，主要用于提高工模具的耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗咬合性。133第133頁，課件共145頁，創(chuàng)作于2023年2月中溫氣體碳氮共滲