熱處理的基本知識

關于熱處理的基本知識鋼的熱處理§1鋼的熱處理概述§2鋼在加熱和冷卻時的轉變§3鋼的整體熱處理工藝§4鋼的表面熱處理工藝§5熱處理新技術簡介第2頁,共97頁，2024年2月25日，星期天熱處理的定義:時間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻§3-1鋼的熱處理概述第3頁,共97頁，2024年2月25日，星期天熱處理的主要目的:改變鋼的性能。熱處理的應用范圍:整個制造業(yè)。熱處理的分類熱處理整體熱處理表面熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學熱處理感應淬火火焰淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;§3-1鋼的熱處理概述第4頁,共97頁，2024年2月25日，星期天箱式電阻爐§3-1鋼的熱處理概述第5頁,共97頁，2024年2月25日，星期天臺車式電阻爐§3-1鋼的熱處理概述第6頁,共97頁，2024年2月25日，星期天連續(xù)式熱處理爐§3-1鋼的熱處理概述第7頁,共97頁，2024年2月25日，星期天

鋼的臨界點：平衡臨界點：加熱臨界點：冷卻臨界點：A1、

A3、

AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm§3-1鋼的熱處理概述第8頁,共97頁，2024年2月25日，星期天

鋼在加熱時奧氏體的形成過程又稱為奧氏體化。以共析鋼的奧氏體形成過程為例。

§2鋼在加熱和冷卻時的轉變1、奧氏體的形成(P

A)一、鋼在加熱時的轉變第9頁,共97頁，2024年2月25日，星期天

⑴奧氏體形核與晶核長大奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的界面上形成。奧氏體晶核形成以后，依靠鐵、碳原子的擴散，使鐵素體不斷向奧氏體轉變和滲碳體不斷溶入到奧氏體中去而進行的。⑵殘留滲碳體的溶解鐵素體全部消失以后，仍有部分剩余滲碳體未溶解，隨著時間的延長，這些剩余滲碳體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。⑶奧氏體均勻化滲碳體全部溶解完畢時，奧氏體的成分是不均勻的，只有延長保溫時間，通過碳原子的擴散才能獲得均勻化的奧氏體。亞共析鋼的加熱過程：過共析鋼的加熱過程：

§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第10頁,共97頁，2024年2月25日，星期天

奧氏體晶粒度的概念晶粒度：表示晶粒大小的尺度。鋼進行加熱時，當珠光體剛剛全部轉變?yōu)閵W氏體時，在一般情況下，奧氏體晶粒是比較細小而均勻的，此時的晶粒大小稱為奧氏體的起始晶粒度。

在某一具體的加熱條件下所得到的奧氏體晶粒大小稱為實際晶粒度。用以表明奧氏體晶粒長大傾向的晶粒度稱為本質晶粒度。通常采用標準試驗方法，即將鋼加熱到930±10℃，保溫3～8h后測定奧氏體晶粒大小，如晶粒大小級別在1～4級，稱為本質粗晶粒鋼；如晶粒大小在5～8級，則稱為本質細晶粒鋼。

2、奧氏體晶粒的長大§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第11頁,共97頁，2024年2月25日，星期天晶粒度的測定方法：930±10℃保溫3~8小時(100×)本質粗本質細§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第12頁,共97頁，2024年2月25日，星期天晶粒度的控制Al脫氧(本質細)Si/Mn脫氧(本質粗)§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第13頁,共97頁，2024年2月25日，星期天3.影響奧氏體晶粒長大的因素1.加熱溫度

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

隨保溫時間的延長，晶粒不斷長大，但隨保溫時間的延長，晶粒長大速度越來越慢，且不會無限制地長大下去。§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第14頁,共97頁，2024年2月25日，星期天影響奧氏體晶粒長大的因素3.加熱速度加熱速度越快，奧氏體化的實際溫度愈高，奧氏體的形核率大于長大速度，獲得細小的起始晶粒。生產中常用快速加熱和短時保溫的方法來細化晶粒。4.冶煉和脫氧條件冶煉時用鋁脫氧，或加入Nb、Zr、V、Ti等強碳化物形成元素，形成難溶的碳化物顆粒,阻止奧氏體晶粒長大，在一定溫度下晶粒不易長大?！?鋼在加熱和冷卻時的轉變第15頁,共97頁，2024年2月25日，星期天影響奧氏體晶粒長大的因素5.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原子的擴散速度增大，奧氏體晶粒長大的傾向增加。當超過奧氏體飽和碳濃度以后，由于出現(xiàn)了殘余滲碳體，產生機械阻礙作用，使晶粒長大傾向減小?！?鋼在加熱和冷卻時的轉變第16頁,共97頁，2024年2月25日，星期天

熱加保溫時間溫度臨界溫度A1連續(xù)冷卻等溫冷卻過冷奧氏體的兩種冷卻方式把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，快速冷卻到低于A1的某一溫度，并等溫停留一段時間，使奧氏體發(fā)生轉變，然后再冷卻到室溫。把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻到室溫。二、鋼在冷卻時的轉變§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第17頁,共97頁，2024年2月25日，星期天1、過冷奧氏體的等溫轉變§2鋼在加熱和冷卻時的轉變共析鋼的等溫轉變圖第18頁,共97頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產物轉變開始線A向產物轉變終止線

A+產物區(qū)產物區(qū)A1～550℃;高溫轉變區(qū);擴散型轉變;P轉變區(qū).550～Ms(230℃);中溫轉變區(qū);半擴散型轉變;

貝氏體(B)轉變區(qū).Ms～Mf(-50℃);低溫轉變區(qū);非擴散型轉變;

馬氏體(M)轉變區(qū).時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第19頁,共97頁，2024年2月25日，星期天珠光體轉變：擴散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)1）在A1～650℃形成的珠光體，因為過冷度小，片間距較大(0.4m)，在500×以上的光學顯微鏡下，能分辨其片層狀形態(tài)；即為粗珠光體，習慣上稱為珠光體（P）?！?鋼在加熱和冷卻時的轉變第20頁,共97頁，2024年2月25日，星期天2）在650～600℃形成片間距較小的珠光體(0.2~0.4m)，在光學顯微鏡800~1500×能分辨出其為鐵素體薄層和碳化物（滲碳體）薄層交替重疊的復相組織稱為細珠光體或索氏體，用字母S表示（以英國冶金學家H?C?Sorby的名字命名）。珠光體轉變：擴散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第21頁,共97頁，2024年2月25日，星期天3）在600～550℃形成片層間距極小的珠光體(0.2m)，在光學顯微鏡下高倍放大已無法分辨出其內部構造，在電子顯微鏡下可觀測到很薄的鐵素體層和碳化物（滲碳體）層交替重疊的復相組織，稱為極細珠光體或托氏體，用字母T表示（以法國金相學家L?Troost的名字命名）。珠光體轉變：擴散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第22頁,共97頁，2024年2月25日，星期天珠光體轉變：擴散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)a)光學顯微組織（500×）b)電子顯微組織（8000×）圖6-7珠光體組織§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第23頁,共97頁，2024年2月25日，星期天貝氏體轉變：半擴散相變（C）550℃～Ms,A→B)上貝氏體：550～350℃，過飽和片狀F＋滲碳體下貝氏體：350℃～Ms，過飽和針狀F＋彌散

-Fe2.4C§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第24頁,共97頁，2024年2月25日，星期天貝氏體轉變：半擴散相變（C）550℃～Ms,A→B)貝氏體的顯微照片上貝氏體：過飽和片狀F＋滲碳體，性脆無實用價值下貝氏體：過飽和針狀F＋彌散

-Fe2.4C，綜合性能好§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第25頁,共97頁，2024年2月25日，星期天馬氏體轉變：非擴散相變，Ms以下,A→M馬氏體__過飽和的固溶體c/a>1稱為馬氏體的正方度含碳量高，正方度大§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第26頁,共97頁，2024年2月25日，星期天低碳(<0.2%)馬氏體：板條狀__高的強韌性§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第27頁,共97頁，2024年2月25日，星期天高碳(>1.0%)馬氏體：片狀__硬而脆§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第28頁,共97頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共97頁，2024年2月25日，星期天2、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變只有P、M轉變vk為臨界冷卻速度§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第30頁,共97頁，2024年2月25日，星期天過冷奧氏體等溫轉變曲線

在連續(xù)冷卻中的應用v1---爐冷A→Pv2---空冷A→Sv3---油冷A→T+Mv4---水冷A→M＋A/vk---臨界冷卻速度vkPSMT§2鋼在加熱和冷卻時的轉變第31頁,共97頁，2024年2月25日，星期天一、鋼的退火

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

600℃時空冷，得到F+P；等溫退火：同完全退火，可節(jié)省時間；球化退火：過共析鋼Ac1+20~30℃，消除網狀

碳化物，使之成為球狀；去應力退火：500-650℃爐冷至200℃后空冷，

消除應力?！?鋼的退火與正火第32頁,共97頁，2024年2月25日，星期天過共析鋼的退火組織§4鋼的退火與正火第33頁,共97頁，2024年2月25日，星期天鋼的退火加熱溫度范圍§4鋼的退火與正火SGP退火過程[視頻]500~650℃第34頁,共97頁，2024年2月25日，星期天二、鋼的正火正火目的：細化晶粒，提高強度

低碳鋼--提高硬度

高碳鋼—消除網狀滲碳體工藝過程：Ac3、Accm+30~50℃,保溫后空冷優(yōu)點：周期短、能耗少【視頻演示】§4鋼的退火與正火第35頁,共97頁，2024年2月25日，星期天一、鋼的淬火工藝加熱溫度：Ac3、Ac1

+30~50℃保溫碳鋼：

水冷，得細小M+A/合金鋼：

油或空冷，得M+Fe3C+A/§5鋼的淬火第36頁,共97頁，2024年2月25日，星期天鋼的理想淬火工藝§5鋼的淬火第37頁,共97頁，2024年2月25日，星期天二、淬火方法單液淬火：直冷，簡單易操作雙液淬火：先快后慢，降低應力分級淬火：快-恒-快，應力極低等溫淬火：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鋼的淬火第38頁,共97頁，2024年2月25日，星期天淬火工藝曲線§5鋼的淬火a)單液淬火b)雙液淬火c)分級淬火d)等溫淬火第39頁,共97頁，2024年2月25日，星期天局部淬火方法§5鋼的淬火第40頁,共97頁，2024年2月25日，星期天三、鋼的淬透性

(鋼在淬火時獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火第41頁,共97頁，2024年2月25日，星期天1.淬透性的概念

(鋼在淬火時獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火表層與心部淬透性的差別半馬氏體區(qū)合金元素對淬透性的影響淬透性與淬硬性的區(qū)別第42頁,共97頁，2024年2月25日，星期天合金元素使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鋼的淬火第43頁,共97頁，2024年2月25日，星期天影響淬透性的因素(vK)§5鋼的淬火第44頁,共97頁，2024年2月25日，星期天2.淬透性的測定

(末端淬火法及臨界直徑測定法)§5鋼的淬火末端淬火法:

用標準尺寸的端淬試樣(Φ25×100mm)，經奧氏體化后，對其端面噴水冷卻。冷卻后沿軸線方向測出硬度-距水冷端距離的關系曲線，即淬透性曲線。根據淬透性曲線可以對不同鋼種的淬透性大小進行比較、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。

第45頁,共97頁，2024年2月25日，星期天

末端淬透性:

J_末端淬透性，d_至末端距離，HRC_該處測得的硬度§5鋼的淬火第46頁,共97頁，2024年2月25日，星期天2.淬透性的測定

(臨界直徑測定法及端淬試驗法)§5鋼的淬火臨界直徑測定法:

鋼材在某種介質中淬冷后，心部得到全部馬氏體或50%馬氏體組織時的最大直徑稱為臨界直徑，以D0表示。臨界直徑測定法就是制作一系列直徑不同的圓棒，淬火后分別測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。

第47頁,共97頁，2024年2月25日，星期天§5鋼的淬火部分常用鋼材的臨界淬透直徑第48頁,共97頁，2024年2月25日，星期天§5鋼的淬火3.淬透性的應用：受力情況：軸向拉壓、彎曲與扭轉重要與否：重要的軸、齒輪、連桿彈簧：要求大的屈強比(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第49頁,共97頁，2024年2月25日，星期天§5鋼的淬火淬透性的應用：第50頁,共97頁，2024年2月25日，星期天§5鋼的淬火淬透性的應用：第51頁,共97頁，2024年2月25日，星期天鋼經過淬火后必須回火！?。』鼗鹉康模合龖?，防止工件開裂回火工藝：Ac1以下保溫后緩冷§6鋼的回火第52頁,共97頁，2024年2月25日，星期天一、淬火鋼的回火轉變馬氏體分解（100～350℃）回火M(低過飽和α＋ε-Fe2.4C)[Fig6-35]殘余奧氏體的分解（200～300℃）B下碳化物的轉變（250～400℃）ε-Fe2.4C轉變?yōu)镕e3C滲碳體的聚集長大和α相再結晶（>400℃）成為粒狀Fe3C，600℃后粗化§6鋼的回火第53頁,共97頁，2024年2月25日，星期天回火鋼的組織和性能轉變§6鋼的回火第54頁,共97頁，2024年2月25日，星期天二、回火的分類及應用低溫回火（150～250℃）回火M(低過飽和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細粒狀HRC25~35淬火+高溫回火——調質【視頻演示】§6鋼的回火第55頁,共97頁，2024年2月25日，星期天二、回火的分類及應用§6鋼的回火不同含碳量碳鋼的

回火溫度與硬度的關系第56頁,共97頁，2024年2月25日，星期天一種淬火方式：形變強化+熱處理強化分類：§7鋼的形變熱處理第57頁,共97頁，2024年2月25日，星期天1、低溫形變熱處理Ar1以下（500~600℃）變形量60~90%抗拉強度可達3300MPa超高強度鋼的熱處理飛機起落架、模具、沖頭、板簧§7鋼的形變熱處理第58頁,共97頁，2024年2月25日，星期天2、高溫形變熱處理Ac1以上變形強化程度有限強度提高，韌塑性大大提高鍛件、曲軸、連桿、葉片、彈簧§7鋼的形變熱處理第59頁,共97頁，2024年2月25日，星期天概述有需求：

如汽車、拖拉機上的傳動齒輪，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：方法簡單：

通過快速加熱與立即淬火冷卻相結合的方法來實現(xiàn)表硬、心韌§8鋼的表面淬火第60頁,共97頁，2024年2月25日，星期天一、感應加熱表面淬火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】§8鋼的表面淬火『硬度分布』第61頁,共97頁，2024年2月25日，星期天感應加熱表面淬火的分類高頻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。

§8鋼的表面淬火第62頁,共97頁，2024年2月25日，星期天感應加熱表面淬火的特點淬火溫度高：(Ac3+80～150℃)表面硬、脆性低：高2～3HRC，低的脆性。疲勞強度高：表面產生體積膨脹而形成壓應力。表面質量好、變形小：不易氧化、脫碳，變形小。生產過程易于控制：適用于大批量生產。不足：設備較貴、復雜零件的感應器不易制造。§8鋼的表面淬火第63頁,共97頁，2024年2月25日，星期天二、火焰加熱表面淬火常用氧-乙炔火焰對零件表面進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的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。缺點是加熱不均，易造成工件表面過熱，淬火質量不穩(wěn)定。

§8鋼的表面淬火第64頁,共97頁，2024年2月25日，星期天火焰加熱表面淬火示意圖§8鋼的表面淬火第65頁,共97頁，2024年2月25日，星期天三、激光加熱表面淬火能量密度104～108W/cm2

淬硬深度0.3～0.5mm形狀復雜、盲孔等均可§8鋼的表面淬火第66頁,共97頁，2024年2月25日，星期天概述（1）化學熱處理：

將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其表面化學成分、組織和性能的熱處理工藝?；瘜W熱處理的主要特點是：

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。其主要作用是強化和保護金屬表面。§9鋼的化學熱處理第67頁,共97頁，2024年2月25日，星期天概述（2）化學熱處理的基本過程為：

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；擴散——滲入原子在一定溫度下，由表層向內部擴散形成一定深度的擴散層。

§9鋼的化學熱處理第68頁,共97頁，2024年2月25日，星期天概述（3）化學熱處理方法：滲碳、碳氮共滲可提高鋼的硬度、耐磨性及疲勞性質；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。

§9鋼的化學熱處理第69頁,共97頁，2024年2月25日，星期天一、鋼的滲碳將鋼件在滲碳介質中加熱并保溫使碳原子滲入表層的化學熱處理工藝。目的是使低碳(wc=0.10~0.25%)鋼件表面得到高碳(wc=1.0~1.2%)，經適當?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度及較高的塑性、韌性，適用于同時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?！?鋼的化學熱處理第70頁,共97頁，2024年2月25日，星期天鋼的滲碳原理示意圖§9鋼的化學熱處理第71頁,共97頁，2024年2月25日，星期天1、氣體滲碳（1）方法：滴注式滲碳介質：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℃)，向爐內滴入煤油、苯、甲醇、丙酮等有機液體，在高溫下分解成CO、CO2、H2及CH4等氣體組成的滲碳氣氛，在高溫下與工件接觸時便在工件表面進行下列反應，生成活性碳原子?！?鋼的化學熱處理第72頁,共97頁，2024年2月25日，星期天1、氣體滲碳（2）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，并向內部擴散而形成一定深度的滲碳層。氣體滲碳的優(yōu)點是：

生產率高，勞動條件好，滲碳過程容易控制，容易實現(xiàn)機械化、自動化，適用于大批量生產。§9鋼的化學熱處理第73頁,共97頁，2024年2月25日，星期天2、固體滲碳滲碳工藝：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反應：

C+O2→2CO

BaCO3或Na2CO3→BaO（或Na2O）+CO2

CO2+C

→2CO2CO→[C]+CO2§9鋼的化學熱處理第74頁,共97頁，2024年2月25日，星期天3、滲碳層的組織及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——從表面到過渡區(qū)亞共析組織終止處的深度作為滲碳層的深度。

§9鋼的化學熱處理第75頁,共97頁，2024年2月25日，星期天滲碳層的組織§9鋼的化學熱處理過共析組織(P+Fe3CⅡ)共析組織(P)過渡區(qū)亞共析組織(P+F)原始亞共析組織(F+P)第76頁,共97頁，2024年2月25日，星期天滲碳層的熱處理（1）§9鋼的化學熱處理直接淬火法預冷至850～880℃后直接淬入油中或水中，180～200℃進行低溫回火。

預冷目的：減少淬火變形及開裂，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：操作簡單、成本低，生產率高，但在高溫下長期保溫，奧氏體晶粒易長大，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熱的情況下；此外預冷過程中，二次滲碳體沿奧氏體晶界呈網狀析出，對工件淬火后的性能不利。用途：大批量生產的汽車、拖拉機齒輪常用此法。

第77頁,共97頁，2024年2月25日，星期天滲碳層的熱處理（2）§9鋼的化學熱處理一次淬火法：

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

適用于比較重要的零件，如高速柴油機齒輪等。第78頁,共97頁，2024年2月25日，星期天滲碳層的熱處理（3）§9鋼的化學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，使心部組織細化，消除表層網狀滲碳體；然后再加熱到Ac1以上(一般為750～800℃)油淬，最后在180～200℃進行回火。二次淬火法使工件表層和心部組織被細化，從而獲得較好的力學性能。但工藝復雜，成本高；工件經反復加熱冷卻后易產生變形和開裂。所以只適用于少數(shù)對性能要求特別高的工件。第79頁,共97頁，2024年2月25日，星期天滲碳工件的一般工藝路線§9鋼的化學熱處理

鍛造（問題）→正火（目的）→機械加工【可否與滲碳工藝倒置】→滲碳（組織）→淬火+低溫回火→精加工第80頁,共97頁，2024年2月25日，星期天滲碳工件的最終組織§9鋼的化學熱處理淬火+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。對于低碳鋼如15、20鋼，其心部組織為鐵素體+珠光體，硬度相當于10～15HRC；對于低碳合金鋼如20CrMnTi，心部組織為回火低碳馬氏體+鐵素體，硬度為35～45HRC。第81頁,共97頁，2024年2月25日，星期天滲碳工件的實際應用§9鋼的化學熱處理

設計技術條件：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防止?jié)B碳或多留加工余量。

第82頁,共97頁，2024年2月25日，星期天二、鋼的氮化（滲氮）§9鋼的化學熱處理滲氮一般在Ac1溫度以下使活性氮原子滲入工件表面的化學熱處理工藝。目的提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞性質、耐蝕性及熱硬性。分類氣體滲氮和離子滲氮。第83頁,共97頁，2024年2月25日，星期天1、氣體氮化（1）§9鋼的化學熱處理氣體滲氮在氣體介質中進行滲氮的工藝稱為氣體滲氮。工藝過程在滲氮爐內通入氨氣，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，在保溫過程中向里擴散，形成滲氮層。第84頁,共97頁，2024年2月25日，星期天1、氣體氮化（2）§9鋼的化學熱處理工藝特點：溫度低：500～600℃〔常用550～570℃〕，遠低于滲碳溫度。由于氮在鐵素體中有一定的溶解能力，無需加熱到高溫。時間長：20～50h，氮化層厚度為0.4～0.6mm。需調質預處理：改善機加工性能和獲得均勻的回火索氏體組織，保證較高的強度和韌性。第85頁,共97頁，2024年2月25日，星期天1、氣體氮化（3）§9鋼的化學熱處理滲氮件的性能〔表面強化和表面保護〕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生殘余壓應力，疲勞極限提高達15%～35%；高的耐蝕性能致密的耐蝕的氮化物，使工件在水、過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。第86頁,共97頁，2024年2月25日，星期天1、氣體氮化（4）§9鋼的化學熱處理應用：交變載荷下工作并要求耐磨的重要結構零件，如高速傳動的精密齒輪、高速柴油機曲軸、高精度機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。第87頁,共97頁，2024年2月25日，星期天1、氣體氮化（5）§9鋼的化學熱處理技術要求：應注明氮化層深度、表面硬度、氮化部位、心部硬度等，對于零件上不需滲氮的部位鍍錫或鍍銅保護，或增加加工余量、氮化后去除。工藝路線：鍛造→正火→粗加工→調質

→精加工→去應力→粗磨→氮化

→精磨或研磨

第88頁,共97頁，2024年2月25日，星期天2、離子滲氮（1）§9鋼的化學熱處理離子滲氮：在低于一個大氣壓的滲氮氣氛中，利用工件(陰極)和陽極之間產生的輝光放電進行滲氮的工藝稱為離子滲氮。離子滲氮工藝過程第