鋼的熱處理工藝課件

第6章

鋼的熱處理工藝

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鋼的熱處理工藝

返回總目錄教學(xué)提示：鋼的熱處理是提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，充分發(fā)揮現(xiàn)有材料的潛力的重要工藝方法，是鋼的熱處理理論在生產(chǎn)實(shí)踐中的具體應(yīng)用。運(yùn)用鋼的熱處理基本原理，結(jié)合C曲線，分析過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能是掌握鋼在熱處理過程中工藝—組織—性能變化規(guī)律的前提。根據(jù)零件的使用條件和性能要求，結(jié)合零件的加工工藝過程，采用合理的熱處理手段，是提高零件力學(xué)性能、提高零件使用壽命的必要條件。教學(xué)要求：本章要求學(xué)生在掌握鋼的熱處理原理的基礎(chǔ)上，熟悉常用熱處理工藝(退火、正火、淬火、回火、表面淬火和化學(xué)熱處理)的目的及其應(yīng)用范圍；明確熱處理在機(jī)械零件加工制造過程中的地位和作用，并能合理地制定典型零件(齒輪、軸)的加工工藝路線。掌握淬透性的概念以及淬透性曲線在選材中的實(shí)際應(yīng)用。教學(xué)提示：鋼的熱處理是提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，充分鋼的熱處理工藝是指根據(jù)鋼在加熱和冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律所制定的鋼在熱處理時具體的加熱、保溫和冷卻的工藝參數(shù)。熱處理工藝種類很多，根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得組織和性能的不同，鋼的熱處理工藝可分為：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)及特殊熱處理(形變熱處理、磁場熱處理等)。根據(jù)熱處理在零件生產(chǎn)工藝流程中的位置和作用，熱處理又可分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。鋼的熱處理工藝是指根據(jù)鋼在加熱和冷卻過程中的本章內(nèi)容●6.1鋼的普通熱處理●6.2鋼的表面熱處理●6.3鋼的化學(xué)熱處理●6.4鋼的熱處理新技術(shù)●小結(jié)●本章習(xí)題本章內(nèi)容●6.1鋼的普通熱處理6.1鋼的普通熱處理6.1.1退火

普通熱處理主要包括退火、正火、淬火和回火，一般也稱為熱處理的“四把火”。普通熱處理是最基本、最重要、應(yīng)用最為廣泛的熱處理方式。通常用來改變零件整體的組織和性能。退火是將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到工藝預(yù)定的某一溫度，經(jīng)保溫后緩慢冷卻下來(一般為隨爐冷卻或埋入石灰中)，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。根據(jù)鋼的成分和退火的目的、要求的不同，退火又可分為完全退火、等溫退火、球化退火、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火等。各種退火的加熱溫度范圍和工藝曲線如圖6.1所示。1.完全退火將鋼件或毛坯加熱到Ac3以上20℃～30℃，保溫一段時間，使鋼中組織完全轉(zhuǎn)變成奧氏體后，緩慢冷卻(一般為隨爐冷卻)到500℃～600℃以下出爐，在空氣中冷卻下來。所謂“完全”是指加熱時獲得完全的奧氏體組織。1)完全退火的目的6.1鋼的普通熱處理6.1.1退火改善熱加工造成的粗大、不均勻的組織；中碳以上碳鋼和合金鋼降低硬度從而改善其切削加工性能(一般情況下，工件硬度在170HB～230HB之間時易于切削加工，高于或低于這個硬度范圍時，都會使切削困難)；消除鑄件、鍛件及焊接件的內(nèi)應(yīng)力。圖6.1各種退火和正火工藝示意圖6.1鋼的普通熱處理改善熱加工造成的粗大、不均勻的組織；中碳以上碳2)適用范圍完全退火主要適用于含碳量為0.25%～0.77%的亞共析成分的碳鋼、合金鋼和工程鑄件、鍛件和熱軋型材。過共析鋼不宜采用完全退火，因?yàn)檫^共析鋼加熱至Accm以上緩慢冷卻時，二次滲碳體會以網(wǎng)狀沿奧氏體晶界析出，使鋼的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性顯著下降。2.等溫退火將鋼件或毛坯加熱至Ac3(或Ac1)以上20℃～30℃，保溫一定時間后，較快地冷卻至過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線“鼻尖”溫度附近并保溫(珠光體轉(zhuǎn)變區(qū))，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w后，再緩慢冷卻下來，這種熱處理方式為等溫退火。等溫退火的目的與完全退火相同，但是等溫退火時的轉(zhuǎn)變?nèi)菀卓刂疲塬@得均勻的預(yù)期組織，對于大型制件及合金鋼制件較適宜，可大大縮短退火周期。3.球化退火球化退火是將鋼件或毛坯加熱到略高于

Ac1

的溫度，經(jīng)長時間保溫，使鋼中二次滲碳體自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀(或稱球狀)滲碳體，然后以緩慢的速度冷卻到室溫的工藝方法。1)球化退火的目的降低硬度，均勻組織，改善切削加工性能，為淬火作準(zhǔn)備。6.1鋼的普通熱處理2)適用范圍6.1鋼的普通熱處理2)球化退火的適用范圍球化退火主要適用于碳素工具鋼、合金彈簧鋼、滾動軸承鋼和合金工具鋼等共析鋼和過共析鋼(含碳量大于0.77%)。4.擴(kuò)散退火為減少鋼錠、鑄件的化學(xué)成分和組織的不均勻性，將其加熱到略低于固相線溫度(鋼的熔點(diǎn)以下100℃～200℃)，長時間保溫并緩冷，使鋼錠等化學(xué)成分和組織均勻化。由于擴(kuò)散退火加熱溫度高，因此退火后晶粒粗大，可用完全退火或正火細(xì)化晶粒5.去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火又稱低溫退火。它是將鋼加熱到400℃～500℃(Ac1溫度以下)，保溫一段時間，然后緩慢冷卻到室溫的工藝方法。其目的是為了消除鑄件、鍛件和焊接件以及冷變形等加工中所造成的內(nèi)應(yīng)力。因去應(yīng)力退火溫度低、不改變工件原來的組織，故應(yīng)用廣泛。再結(jié)晶退火主要用于消除冷變形加工(如無冷軋、冷拉、冷沖)產(chǎn)生的畸變組織，消除加工硬化而進(jìn)行的低溫退火。加熱溫度為再結(jié)晶溫度(使變形晶粒再次結(jié)晶為無變形晶粒的溫度)以上150℃～250℃。再結(jié)晶退火可使冷變形后被拉長的晶粒重新形核長大為均勻的等軸晶，從而消除加工硬化效果。6.1鋼的普通熱處理2)球化退火的適用范圍6.1鋼的普通熱6.1.2正火正火是將鋼加熱到Ac3(亞共析鋼)和Accm(過共析鋼)以上30℃～50℃，經(jīng)過保溫一段時間后，在空氣中或在強(qiáng)制流動的空氣中冷卻到室溫的工藝方法。正火的目的為以下三點(diǎn)。1.作為最終熱處理對強(qiáng)度要求不高的零件，正火可以作為最終熱處理。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。2.作為預(yù)先熱處理截面較大的結(jié)構(gòu)鋼件，在淬火或調(diào)質(zhì)處理(淬火加高溫回火)前常進(jìn)行正火，可以消除魏氏組織和帶狀組織，并獲得細(xì)小而均勻的組織。對于含碳量大于0.77%的碳鋼和合金工具鋼中存在的網(wǎng)狀滲碳體，正火可減少二次滲碳體量，并使其不形成連續(xù)網(wǎng)狀，為球化退火作組織準(zhǔn)備。3.改善切削加工性能正火可改善低碳鋼(含碳量低于0.25%)的切削加工性能。含碳量低于0.25%的碳鋼，退火后硬度過低，切削加工時容易“粘刀”，表面粗糙度很差，通過正火使硬度提高至140HB～190HB，接近于最佳切削加工硬度，從而改善切削加工性能。6.1鋼的普通熱處理6.1.2正火6.1鋼的普通熱處理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。當(dāng)碳鋼的含碳量小于0.6%時。正火后組織為鐵素體+索氏體，當(dāng)含碳量大于0.6%時，正火后組織為索氏體。由于正火的生產(chǎn)周期短，設(shè)備利用率高，生產(chǎn)效率較高，因此成本較低，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。正火工藝示意圖如圖6.1所示。6.1鋼的普通熱處理正火比退火冷卻速度快，因而正火組織比退火組織6.1.3淬火淬火是指將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫后以大于臨界冷卻速度的冷速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。因此，淬火的目的就是為了獲得馬氏體，并與適當(dāng)?shù)幕鼗鸸に囅嗯浜?，以提高鋼的力學(xué)性能。淬火、回火是鋼的最重要的強(qiáng)化方法，也是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。作為各種機(jī)器零件、工具及模具的最終熱處理，淬火是賦予零件最終性能的關(guān)鍵工序1.淬火工藝1)淬火溫度亞共析鋼淬火加熱溫度為以上30℃～50℃；共析、過共析鋼淬火加熱溫度為Ac1以上30℃～50℃。鋼的淬火溫度范圍如圖6.2所示。6.1鋼的普通熱處理6.1.3淬火6.1鋼的普通熱處理圖6.2鋼的淬火溫度范圍6.1鋼的普通熱處理圖6.2鋼的淬火溫度范圍6.1鋼的普通熱處理亞共析碳鋼在上述淬火溫度加熱，是為了獲得晶粒細(xì)小的奧氏體，淬火后可獲得細(xì)小的馬氏體組織。若加熱溫度過高，則引起奧氏體晶粒粗化，淬火后得到的馬氏體組織也粗大，從而使鋼的性能嚴(yán)重脆化。若加熱溫度過低，如在Ac1~Ac3之間，則加熱時組織為奧氏體+鐵素體；淬火后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而鐵素體被保留下來，此時的淬火組織為馬氏體+鐵素體(+殘余奧氏體)，這樣就造成了淬火硬度的不足。共析鋼和過共析鋼在淬火加熱之前已經(jīng)球化退火了，故加熱到Ac1以上30℃～50℃不完全奧氏體化后，其組織為奧氏體和部分未溶的細(xì)粒狀滲碳體顆粒。淬火后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，未溶滲碳體顆粒被保留下來。由于滲碳體硬度高，因此它不但不會降低淬火鋼的硬度，而且還可以提高它的耐磨性；若加熱溫度過高，甚至在Accm以上，則滲碳體溶入奧氏體中的數(shù)量增大，奧氏體的含碳量增加，這不僅使未溶滲碳體顆粒減少，而且使Ms點(diǎn)下降，淬火后殘余奧氏體量增多，降低鋼的硬度與耐磨性。同時，加熱溫度過高，會引起奧氏體晶粒粗大，使淬火后的組織為粗大的片狀馬氏體，使顯微裂紋增多，鋼的脆性大為增加。粗大的片狀馬氏體，還使淬火內(nèi)應(yīng)力增加，極易引起工件的淬火變形和開裂。因此加熱溫度過高是不適宜的。6.1鋼的普通熱處理亞共析碳鋼在上述淬火溫度加熱，是為了獲得晶粒細(xì)過共析鋼的正常淬火組織為隱晶(即細(xì)小片狀)馬氏體的基體上均勻分布著細(xì)小顆粒狀滲碳體以及少量殘余奧氏體，這種組織具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，同時又具有一定的韌性，符合高碳工具鋼零件的使用要求。2)淬火加熱保溫時間加熱保溫時間的影響因素比較多，它與加熱爐的類型、鋼種、工件尺寸大小等有關(guān)，一般根據(jù)熱處理手冊中的經(jīng)驗(yàn)公式確定。3)淬火冷卻方式冷卻是淬火的關(guān)鍵，冷卻的好壞直接決定了鋼淬火后的組織和性能。冷卻介質(zhì)應(yīng)保證：工件得到馬氏體，同時變形小，不開裂。理想的淬火曲線為650℃以上緩冷，以降低熱應(yīng)力。650℃～400℃快速冷卻，保證全部奧氏體不分解。400℃以下緩冷，減少馬氏體轉(zhuǎn)變時的相變應(yīng)力。圖6.3所示為鋼的理想淬火冷卻曲線。6.1鋼的普通熱處理過共析鋼的正常淬火組織為隱晶(即細(xì)小片狀)馬圖6.3鋼的理想淬火冷卻曲線目前工廠中常用的淬火冷卻介質(zhì)，主要是水、油。水：水在650℃～550℃高溫區(qū)冷卻能力較強(qiáng)，在300℃～200℃低溫區(qū)冷卻能力也強(qiáng)。淬火零件易變形開裂，因而適用于形狀簡單、截面較大的碳鋼零件的淬火。此外，水溫對水的冷卻特性影響很大，水溫升高，水在高溫區(qū)的冷卻能力顯著下降，而低溫區(qū)的冷卻能力仍然很強(qiáng)。因此淬火時水溫不應(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。6.1鋼的普通熱處理圖6.3鋼的理想淬火冷卻曲線目前工廠中常用在水中加入鹽、堿，其冷卻能力比清水更強(qiáng)。例如濃度為10%NaCl或10%NaOH的水溶液可使高溫區(qū)(650℃～550℃)的冷卻能力顯著提高，10%NaCl水溶液較純水的冷卻能力提高10倍以上，而10%NaOH的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。油：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)是在300℃～200℃低溫區(qū)的冷卻速度比水小得多，從而可大大降低淬火工件的相變應(yīng)力，減小工件變形和開裂傾向。油在650℃～550℃高溫區(qū)間冷卻能力低是其主要缺點(diǎn)。但是對于過冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，油是合適的淬火介質(zhì)。與水相反，提高油溫可以降低黏度，增加流動性，故可提高高溫區(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。為減少工件的變形，熔融狀態(tài)的鹽也常用作淬火介質(zhì)，稱作鹽浴。其特點(diǎn)是沸點(diǎn)高，冷卻能力介于水、油之間，常用于等溫淬火和分級淬火，處理形狀復(fù)雜、尺寸小、變形要求嚴(yán)格的工件等。常用堿浴、鹽浴的成分、熔點(diǎn)及使用溫度見表6-1。6.1鋼的普通熱處理在水中加入鹽、堿，其冷卻能力比清水更強(qiáng)。例如表6-1常用堿浴、鹽浴的成分、熔點(diǎn)及使用溫度熔鹽成分熔點(diǎn)/℃使用溫度/℃堿浴80%KOH+20%NaOH+6%H2O(外加)130140～250硝鹽55%KNO3+45%NaNO2137150～500硝鹽55%KNO3+45%NaNO3218230～550中性鹽30%KCl+20%NaCl+50%BaCl2560580～8002.淬火方法淬火方法的選擇，主要以獲得馬氏體和減少內(nèi)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：單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級淬火、等溫淬火。圖6.4所示為不同淬火方法示意圖。6.1鋼的普通熱處理表6-1常用堿浴、鹽浴的成分、熔點(diǎn)及使用溫度熔鹽成圖6.4不同淬火方法示意圖1—單介質(zhì)淬火1—雙介質(zhì)淬火3—分級淬火4—等溫淬火1)單介質(zhì)淬火工件在一種介質(zhì)中冷卻，如水淬、油淬。優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是在水中淬火應(yīng)力大，工件容易變形開裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑小，大型工件不易淬透。6.1鋼的普通熱處理圖6.4不同2)雙介質(zhì)淬火工件先在較強(qiáng)冷卻能力介質(zhì)中冷卻到300℃左右，再在一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，如：先水淬后油淬，可有效減少馬氏體轉(zhuǎn)變的內(nèi)應(yīng)力，減小工件變形開裂的傾向，可用于形狀復(fù)雜、截面不均勻的工件淬火。雙液淬火的缺點(diǎn)是難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時刻，轉(zhuǎn)換過早容易淬不硬，轉(zhuǎn)換過遲又容易淬裂。為了克服這一缺點(diǎn)，發(fā)展了分級淬火法。3)分級淬火工件在低溫鹽浴或堿浴爐中淬火，鹽浴或堿浴的溫度在Ms點(diǎn)附近，工件在這一溫度停留2min～5min，然后取出空冷，這種冷卻方式叫分級淬火。分級冷卻的目的，是為了使工件內(nèi)外溫度較為均勻，同時進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，可以大大減小淬火應(yīng)力，防止變形開裂。分級溫度以前都定在略高于Ms點(diǎn)，工件內(nèi)外溫度均勻以后進(jìn)入馬氏體區(qū)?，F(xiàn)在改進(jìn)為在略低于

Ms點(diǎn)的溫度分級。實(shí)踐表明，在Ms點(diǎn)以下分級的效果更好。例如，高碳鋼模具在160℃的堿浴中分級淬火，既能淬硬，變形又小，所以應(yīng)用很廣泛。6.1鋼的普通熱處理2)雙介質(zhì)淬火6.1鋼的普通熱處理4)等溫淬火工件在等溫鹽浴中淬火，鹽浴溫度在貝氏體區(qū)的下部(稍高于Ms)，工件等溫停留較長時間，直到貝氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束，取出空冷。等溫淬火用于中碳以上的鋼，目的是為了獲得下貝氏體，以提高強(qiáng)度、硬度、韌性和耐磨性。低碳鋼一般不采用等溫淬火。3.鋼的淬透性1)淬透性的基本概念淬透性是鋼的固有屬性，它是選材和制定熱處理工藝的重要依據(jù)之一。淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。其大小用鋼在一定條件下淬火所獲得的淬透層深度來表示。同樣形狀和尺寸的工件，用不同的鋼材制造，在相同的條件下淬火，淬透層較深的鋼，其淬透性較好。淬透層的深度規(guī)定為由工件表面至半馬氏體區(qū)的深度。半馬氏體區(qū)的組織是由50%馬氏體和50%分解產(chǎn)物組成的。這樣規(guī)定是因?yàn)榘腭R氏體區(qū)的硬度變化顯著，同時組織變化明顯，并且在酸蝕的斷面上有明顯的分界線，很容易測試。6.1鋼的普通熱處理4)等溫淬火6.1鋼的普通熱處理淬透性主要取決于鋼的臨界冷卻速度，取決于過冷奧氏體的穩(wěn)定性。應(yīng)當(dāng)注意，鋼的淬透性與淬硬性是兩個不同的概念，后者是指鋼淬火后形成的馬氏體組織所能達(dá)到的硬度，它主要取決于馬氏體中的含碳量。2)淬透性的測量方法目前測定鋼淬透性最常用的方法是末端淬火法，簡稱端淬法。此法通常用于測定優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼的淬透性，也可用于測定彈簧鋼、軸承鋼和工具鋼的淬透性。我國GB/T226—1988《鋼的淬透性末端淬火試驗(yàn)方法》規(guī)定的試樣形狀、尺寸及試驗(yàn)原理如圖6.5所示。試驗(yàn)時將25×100mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣加熱至奧氏體狀態(tài)后迅速取出置于試驗(yàn)裝置上，對末端噴水冷卻，試樣上距末端越遠(yuǎn)的部分，冷卻速度越小，因此硬度值越低。試樣冷卻完畢后，沿其軸線方向相對的兩側(cè)各磨去0.2mm～0.5mm，在此平面上從試樣末端開始，每隔1.5mm測一點(diǎn)硬度，繪出硬度與至末端距離的關(guān)系曲線，稱為端淬曲線。由于同一種鋼號的化學(xué)成分允許在一定范圍內(nèi)波動，因而相關(guān)手冊中給出的不是一條曲線，而是一條帶，稱之為淬透性帶，如圖6.6所示。6.1鋼的普通熱處理淬透性主要取決于鋼的臨界冷卻速度，取決于過冷根據(jù)鋼的淬透性曲線，鋼的淬透性值通常用表示。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。例如淬透性值，即表示在淬透性帶上距末端5mm處的硬度值為40HRC，即表示距末端10mm～15mm處的硬度值為35HRC。另外，在生產(chǎn)中也常用“臨界直徑”來表示鋼的淬透性。它是指圓柱形試樣在某種淬火介質(zhì)中淬火時，心部剛好為半馬氏體組織的最大圓柱形直徑，用D0表示。顯然，在相同的冷卻條件下，D0越大，則鋼的淬透性也越大。表6-2列出了幾種常用鋼在水和油中淬火時的臨界淬透直徑。6.1鋼的普通熱處理根據(jù)鋼的淬透性曲線，鋼的淬透性值通常用圖6.5端淬試驗(yàn)示意圖圖6.6wc=45%鋼的淬透性帶6.1鋼的普通熱處理圖6.5端淬試驗(yàn)示意圖表6-2幾種常用鋼在水和油中淬火時的臨界淬透直徑鋼號D0水/mmD0油/mm心部組織4510～186～850%M6020～259～1550%M40Mn18～3810～1850%M40Cr20～3612～2450%M18CrMnTi32～5012～2050%MT8~T1215～185～795%M6.1鋼的普通熱處理表6-2幾種常用鋼在水和油中淬火時的臨界淬透直徑鋼號D3)淬透性的實(shí)際意義鋼的淬透性在生產(chǎn)中有重要的實(shí)際意義，工件在整體淬火條件下，從表面至中心是否淬透，對其機(jī)械性能有重要影響。在拉伸、壓縮、彎曲或剪切應(yīng)力的作用下，工件尺寸較大的零件，例如齒輪類、軸類零件，希望整個截面都能被淬透，從而保證零件在整個截面上的機(jī)械性能均勻一致，此時應(yīng)選用淬透性較高的鋼種制造。如果鋼的淬透性低，工件整個截面不能被全部淬透，則從表面到心部的組織不一樣，力學(xué)性能也不相同。此時，心部的機(jī)械性能，特別是沖擊韌性很低。另外，對于形狀復(fù)雜、要求淬火變形小的工件(如精密模具、量具等)，如果選用淬透性較高的鋼，則可以在較緩和的介質(zhì)中淬火，減小淬火應(yīng)力，因而工件變形較小。但是并非任何工件都要求選用淬透性高的鋼，在某些情況下反而希望鋼的淬透性低些。例如承受彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷的軸類零件，其外層承受應(yīng)力最大，軸心部分應(yīng)力較小，因此選用淬透性較小的鋼，淬透工件半徑的1/3～1/2即可。表面淬火用鋼也應(yīng)采用低淬透性鋼，淬火時只是表層得到馬氏體。焊接用鋼也希望淬透性小，目的是為了避免焊縫及熱影響區(qū)在焊后冷卻過程中淬火得到馬氏體，從而防止焊接構(gòu)件的變形和開裂。一般情況下，淬透性好的鋼要比淬透性差的鋼的價(jià)格高。6.1鋼的普通熱處理3)淬透性的實(shí)際意義6.1鋼的普通熱處4)影響淬透性的因素①含碳量：在碳鋼中，共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好；亞共析鋼隨含碳量增加，臨界冷速減小，淬透性提高；過共析鋼隨含碳量增加，臨界冷速增加，淬透性降低。②合金元素：除鈷以外，其余合金元素溶于奧氏體后，降低臨界冷卻速度，使過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線右移，提高鋼的淬透性，因此合金鋼的淬透性往往比碳鋼要好。③奧氏體化溫度：提高鋼材的奧氏體化溫度，將使奧氏體成分均勻、晶粒長大，因而可減少珠光體的形核率，降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性。但奧氏體晶粒長大，生成的馬氏體也會比較粗大，會降低鋼材常溫下的力學(xué)性能。④鋼中未溶第二相：鋼加熱奧氏體化時，未溶入奧氏體中的碳化物、氮化物及其他非金屬夾雜物，會成為奧氏體分解的非自發(fā)形核核心，使臨界冷卻速度增大，降低淬透性。淬透性好的鋼材經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，整個截面都是回火索氏體，力學(xué)性能均勻，強(qiáng)度高，韌性好；而淬透性差的鋼表層為回火索氏體，心部為片狀索氏體+鐵素體，心部強(qiáng)韌性差。因此，鋼材的淬透性是影響工件選材和熱處理強(qiáng)化效果的重要因素。圖

6.7

為淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后力學(xué)性能的比較。6.1鋼的普通熱處理4)影響淬透性的因素6.1鋼的普通圖6.7淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后力學(xué)性能的比較6.1鋼的普通熱處理圖6.7淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后力學(xué)性能的比較6.1鋼6.1.4回火將淬火后的零件加熱到低于Ac1的某一溫度并保溫，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火?；鼗鹗蔷o接淬火的一道熱處理工藝，大多數(shù)淬火鋼都要進(jìn)行回火?；鼗鸬哪康氖菫榱朔€(wěn)定工件組織和尺寸，減小或消除淬火應(yīng)力，提高鋼的塑性和韌性，獲得工件所需的力學(xué)性能，以滿足不同工件的性能要求。鋼在淬火后，得到的馬氏體和殘余奧氏體組織是不穩(wěn)定的，存在著自發(fā)向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鸺訜峥杉铀龠@種自發(fā)轉(zhuǎn)變過程。根據(jù)轉(zhuǎn)變發(fā)生的過程和形成的組織，回火可分為四個階段。第一階段(200℃以下)：馬氏體分解。第二階段(200℃～300℃)：殘余奧氏體分解。第三階段(250℃～400℃)：碳化物的轉(zhuǎn)變。第四階段(400℃以上)：滲碳體的聚集長大與相的再結(jié)晶。制定鋼的回火工藝時，應(yīng)根據(jù)鋼的化學(xué)成分、工件的性能要求以及工件淬火后的組織和硬度來正確選擇回火溫度、保溫時間、回火后的冷卻方式等，以保證工件回火后能獲得所需要性能。決定工件回火后的組織和性能最重要的因素是回火溫度。生產(chǎn)中根據(jù)工件所要求的力學(xué)性能、所用的回火溫度的高低，可將回火分為低溫、中溫和高溫回火。6.1鋼的普通熱處理6.1.4回火6.1鋼的普通熱處理1.低溫回火低溫回火溫度范圍一般為150℃～250℃，得到回火馬氏體組織。低溫回火鋼大部分是淬火高碳鋼和淬火高合金鋼。經(jīng)低溫回火后得到隱晶馬氏體加細(xì)粒狀碳化物組織，即回火馬氏體。亞共析鋼低溫回火后組織為回火馬氏體(回火M)；過共析鋼低溫回火后組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體。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，同時顯著降低鋼的淬火應(yīng)力和脆性。在生產(chǎn)中低溫回火大量應(yīng)用于工具、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℃，保溫時間長達(dá)幾十小時的低溫回火，有時稱為人工時效或穩(wěn)定化處理。

2.中溫回火中溫回火溫度一般在350℃～500℃之間，回火組織是在鐵素體基體上大量彌散分布著細(xì)粒狀滲碳體，即回火屈氏體組織?；鼗鹎象w組織中的鐵素體還保留著馬氏體的形態(tài)。中溫回火后工件的內(nèi)應(yīng)力基本消除，具有高的彈性極限和屈服極限、較高的強(qiáng)度和硬度(35℃～45HRC)、良好的塑性和韌性。中溫回火主要用于各種彈簧零件及熱鍛模具。6.1鋼的普通熱處理1.低溫回火2.中溫回火3.高溫回火高溫回火溫度為500℃～650℃，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。高溫回火的組織為回火索氏體，即細(xì)粒狀滲碳體和鐵素體?；鼗鹚魇象w中的鐵素體為發(fā)生再結(jié)晶的多邊形鐵素體。高溫回火后鋼具有強(qiáng)度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能，硬度為25HRC～35HRC，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。除上述三種回火方法之外，某些不能通過退火來軟化的高合金鋼，可以在600℃～680℃進(jìn)行軟化回火。鋼在不同溫度下回火后硬度隨回火溫度的變化，以及鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系如圖6.8、圖6.9所示。6.1鋼的普通熱處理3.高溫回火6.1鋼的普通熱處理圖6.8鋼的硬度隨回火溫度的變化圖6.940鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系圖6.1鋼的普通熱處理圖6.8鋼的硬度隨回火溫度的變化圖6.944.回火脆性鋼在回火時會產(chǎn)生回火脆性現(xiàn)象，即在250℃～400℃和450℃～650℃兩個溫度區(qū)間回火后，鋼的沖擊韌性明顯下降(見圖

6.10)。這種脆化現(xiàn)象稱為回火脆性。根據(jù)脆化現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理和溫度區(qū)間，回火脆性可分為兩類：1)第一類回火脆性(低溫回火脆性)鋼在250℃～350℃范圍內(nèi)回火時出現(xiàn)的脆性稱為低溫回火脆性。因?yàn)檫@種回火脆性產(chǎn)生后無法消除，所以也稱它為不可逆回火脆性?；鼗鸷蟮睦鋮s速度對這種脆性沒有影響。低溫回火脆性產(chǎn)生的原因是由于回火馬氏體中分解出穩(wěn)定的細(xì)片狀化合物而引起的。為了防止低溫回火脆性，通常的辦法是避免在脆化溫度范圍內(nèi)回火，有時為了保證要求的力學(xué)性能，必須在脆化溫度回火時，可采取等溫淬火。2)第二類回火脆性(高溫回火脆性)有些合金鋼尤其是含Cr、Ni、Mn等元素的合金鋼，在450℃～650℃高溫回火后緩冷時，會使沖擊韌性下降的現(xiàn)象，而回火后快冷則不出現(xiàn)脆性。這種脆性稱為高溫回火脆性，有時也稱可逆回火脆性。這種脆性的產(chǎn)生與加熱和冷卻條件有關(guān)。6.1鋼的普通熱處理4.回火脆性6.1鋼的普通熱處理圖6.10鋼的韌性與回火溫度的關(guān)系6.1鋼的普通熱處理圖6.10鋼的韌性與回火溫度的關(guān)系6.1鋼的普通熱處6.2鋼的表面熱處理許多機(jī)器零件，如齒輪、凸輪、曲軸等是在彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷下工作，同時受到強(qiáng)烈的摩擦、磨損和沖擊。這時應(yīng)力沿工件斷面的分布是不均勻的，越靠近表面應(yīng)力越大，越靠近心部應(yīng)力越小。這種工件只需要一定厚度的表層得到強(qiáng)化，表層硬而耐磨，心部仍可保留高韌性狀態(tài)。要同時滿足這些要求，僅僅依靠選材是比較困難的，用普通的熱處理也無法實(shí)現(xiàn)。這時可通過表面熱處理的手段來滿足工件的使用要求。僅對鋼的表面快速加熱、冷卻，把表層淬成馬氏體，心部組織不變的熱處理工藝稱為表面熱處理。按照加熱方式，較常用的表面熱處理方法有：感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火和電接觸加熱表面淬火等。6.2鋼的表面熱處理許多機(jī)器零件，如齒輪、6.2.1感應(yīng)加熱表面熱處理1.基本原理感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理。將工件置于用銅管制成的感應(yīng)圈中，向感應(yīng)圈中通交流電時，在它的內(nèi)部和周圍將產(chǎn)生一個與電流頻率相同的交變磁場，若把工件置于磁場中，則在工件(導(dǎo)體)內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于電阻的作用工件被加熱。由于交流電的“集膚效應(yīng)”，靠近工件表面電流密度最大，而工件心部電流幾乎為零。幾秒內(nèi)工件表面溫度就可以達(dá)到800℃～1000℃，而心部仍接近室溫。當(dāng)表層溫度升高至淬火溫度時，立即噴液冷卻使工件表面淬火。圖6.11為感應(yīng)加熱表面淬火示意圖。6.2鋼的表面熱處理6.2.1感應(yīng)加熱表面熱處理6.2鋼的表面熱處理圖6.11感應(yīng)加熱表面淬火示意圖6.2鋼的表面熱處理圖6.11感應(yīng)加熱表面淬火示意圖6.2鋼的表面熱處理電流透入工件表層的深度主要與電流頻率有關(guān)，頻率越高，透入層深度越小。對于碳鋼，淬硬層深度與電流頻率存在以下關(guān)系：式中——淬硬層深度(mm)；

f

——電流頻率(Hz)。可見，電流頻率越大，淬硬層深度越薄。因此，通過改變交流電的頻率，可以得到不同厚度的淬硬層，生產(chǎn)中一般根據(jù)工件尺寸大小及所需淬硬層的深度來選用感應(yīng)加熱的頻率，見表6-3。表6-3電流頻率與淬硬層深度的關(guān)系電流頻率淬硬層深度/mm應(yīng)用高頻200kHz～300kHz0.5～2.0中小型零件，如小模數(shù)齒輪，中小直徑軸類零件中頻2500Hz～8000Hz2～5大模數(shù)齒輪、大直徑軸類零件工頻50Hz10～15軋輥、火車車輪等大件6.2鋼的表面熱處理電流透入工件表層的深度主要與電流頻率有關(guān)，頻感應(yīng)加熱設(shè)備的頻率不同，其使用范圍也不同。高頻加熱表面淬火主要用于中小模數(shù)齒輪和軸類零件；中頻加熱表面淬火主要用于曲軸、凸輪和大模數(shù)齒輪；工頻加熱表面淬火主要用于冷軋輥和車輪等。2.感應(yīng)加熱表面熱處理的特點(diǎn)(1)由于感應(yīng)加熱速度極快，過熱度增大，使鋼的臨界點(diǎn)升高，故感應(yīng)加熱淬火溫度(工件表面溫度)高于一般淬火溫度。(2)由于感應(yīng)加熱速度快，奧氏體晶粒不易長大，淬火后獲得非常細(xì)小的隱晶馬氏體組織，使工件表層硬度比普通淬火高2HRC～3HRC，耐磨性也有較大提高。(3)表面淬火后，淬硬層中馬氏體的比體積較原始組織大，因此表層存在很大的殘余壓應(yīng)力，能顯著提高零件的彎曲、抗扭疲勞強(qiáng)度。小尺寸零件可提高2～3倍，大尺寸零件可提高20%～30%。(4)由于感應(yīng)加熱速度快、時間短，故淬火后無氧化、脫碳現(xiàn)象，且工件變形也很小，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動化。由于以上特點(diǎn)，感應(yīng)加熱表面淬火在熱處理生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，形狀復(fù)雜的零件處理比較困難。感應(yīng)加熱淬火后，為了減小淬火應(yīng)力和降低脆性，需進(jìn)行170℃～200℃的低溫回火，尺寸較大的工件也可利用淬火后的工件余熱進(jìn)行自回火。6.2鋼的表面熱處理感應(yīng)加熱設(shè)備的頻率不同，其使用范圍也不同。高3.感應(yīng)加熱適用的鋼種與應(yīng)用舉例感應(yīng)加熱表面淬火一般適用于中碳鋼和中碳低合金鋼(含碳量0.4%～0.5%)，如45、40Cr、40MnB等。用于齒輪、軸類零件的表面硬化，提高耐磨性和疲勞強(qiáng)度。表面淬火零件一般先通過調(diào)質(zhì)或正火處理，使心部保持較高的綜合力學(xué)性能，表層則通過表面淬火+低溫回火獲得高硬度大于50HRC、高耐磨性。一般感應(yīng)加熱淬火零件的加工工藝路線為：下料→鍛造→退火或正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火→低溫回火→(粗磨→時效→精磨)。例：某機(jī)床主軸選用40Cr鋼制造，制作工藝如下：下料→鍛造成毛坯→退火或正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→高頻感應(yīng)加熱淬火→低溫回火→研磨→入庫主軸在制作過程中有兩道中間熱處理工序，鍛造之后毛坯件退火采用完全退火或正火，目的是消除鍛造應(yīng)力，均勻成分，消除帶狀組織，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，改善切削加工性能。精加工之前的調(diào)質(zhì)熱處理有兩個重要目的：第一個目的是賦予主軸(整體)良好的綜合力學(xué)性能；第二目的是調(diào)整好表層組織，為感應(yīng)加熱淬火作組織準(zhǔn)備。感應(yīng)加熱淬火并低溫回火，屬于最終熱處理，賦予主軸軸頸部位(表層)的抗摩擦、磨損性能和高的接觸疲勞強(qiáng)度。6.2鋼的表面熱處理3.感應(yīng)加熱適用的鋼種與應(yīng)用舉例6.26.2.2火焰加熱表面熱處理火焰加熱表面淬火是一種利用乙炔—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，隨后以浸水和噴水方式進(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。圖6.12為火焰加熱表面熱處理示意圖。圖6.12火焰加熱表面熱處理示意圖

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)是淬火硬度和淬透性深度不易控制，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)。6.2鋼的表面熱處理6.2.2火焰加熱表面熱處理圖6.12火焰加熱表面熱6.3鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使介質(zhì)中的一種或幾種元素原子滲入工件表層，以改變鋼件表層化學(xué)成分和組織，進(jìn)而達(dá)到改進(jìn)表面性能，滿足技術(shù)要求的熱處理工藝。表面化學(xué)成分改變是通過以下三個基本過程實(shí)現(xiàn)的：①化學(xué)介質(zhì)的分解，通過加熱使化學(xué)介質(zhì)釋放出待滲元素的活性原子，例如滲碳時CH4→2H2+[C]，滲氮時2NH3→3H2+2[N]；②活性原子被鋼件表面吸收和溶解，進(jìn)入晶格內(nèi)形成固溶體或化合物；③原子由表面向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層。按表面滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等。目前，生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的化學(xué)熱處理是滲碳、滲氮和碳氮共滲。6.3鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將鋼件置6.3.1滲碳將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。其目的是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)度和良好的韌性。滲碳并經(jīng)淬火加低溫回火與表面淬火不同，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。1.滲碳方法圖6.13氣體滲碳裝置示意圖滲碳方法有氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。目前，廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。氣體滲碳法是將低碳鋼或低碳合金鋼工件置于密封的滲碳爐中，加熱至完全奧氏體化溫度(奧氏體溶碳量大，有利于碳的滲入)，通常是900℃～950℃，并通入滲碳介質(zhì)使工件滲碳。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，使用時直接通入高溫爐罐內(nèi)，經(jīng)裂解后用于滲碳。圖6.13為氣體滲碳裝置示意圖6.3鋼的化學(xué)熱處理6.3.1滲碳6.3鋼的化學(xué)熱處理圖6.13氣體滲碳裝置示意圖2.滲碳后的組織常用于滲碳的鋼為低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3等。滲碳后滲層中的含碳量表面最高(約1.0%)，由表及里逐漸降低至原始含碳量。所以滲碳后緩冷組織自表面至心部依次為：過共析組織(珠光體＋碳化物)、共析組織(珠光體)、亞共析組織(珠光體+鐵素體)的過渡層，直至心部的原始組織。對于碳鋼，滲層深度規(guī)定為：從表層到過渡層一半(50%P+50%F)的厚度。圖6.14為低碳鋼滲碳緩冷后的顯微組織。圖6.14低碳鋼滲碳緩冷后的顯微組織6.3鋼的化學(xué)熱處理圖6.13氣體滲碳裝置示意圖2.滲碳后根據(jù)滲層組織和性能的要求，一般零件表層含碳量最好控制在0.85%～1.05%之間，若含碳量過高，會出現(xiàn)較多的網(wǎng)狀或塊狀碳化物，則滲碳層變脆，容易脫落；含碳量過低，則硬度不足，耐磨性差。滲碳層含碳量和滲碳層深度依靠控制通入的滲碳劑量、滲碳時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，如裝配孔等，應(yīng)在設(shè)計(jì)圖樣上予以注明。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(即退碳)。3.滲碳后的熱處理工件滲碳后必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，否則就達(dá)不到表面強(qiáng)化的目的。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，如圖6.15所示。工件滲碳后隨爐[見圖

6.15(a)]或出爐預(yù)冷[見圖

6.15(b)]到稍高于心部成分的Ar3溫度(避免析出鐵素體)，然后直接淬火，這就是直接淬火法。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。直接淬火法工藝簡單、生產(chǎn)效率高、成本低、氧化脫碳傾向小。但因工件在滲碳溫度下長時間保溫，奧氏體晶粒粗大，淬火后則形成粗大馬氏體，性能下降，所以只適用于過熱傾向小的本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，如20CrMnTi等。6.3鋼的化學(xué)熱處理根據(jù)滲層組織和性能的要求，一般零件表層含碳量零件滲碳終了出爐后緩慢冷卻，然后再重新加熱淬火，這稱為一次淬火法[見圖6.15(c)]。這種方法可細(xì)化滲碳時形成的粗大組織，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，需加熱到以上。這種方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。工件滲碳冷卻后兩次加熱淬火，即為兩次淬火法，如圖6.15(d)所示。一次淬火加熱溫度一般為心部的以上，目的是細(xì)化心部組織，同時消除表層的網(wǎng)狀碳化物。二次淬火加熱溫度一般為以上，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。該工藝復(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。滲碳件淬火后都要在160℃～180℃范圍內(nèi)進(jìn)行低溫回火。淬火加回火后，滲碳層的組織由高碳回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體組成，其硬度可達(dá)到58HRC～64HRC，具有高的耐磨性。心部組織與鋼的淬透性及工件的截面尺寸有關(guān)。全部淬透時是低碳馬氏體；未淬透時是低碳馬氏體加少量鐵素體或屈氏體加鐵素體。6.3鋼的化學(xué)熱處理零件滲碳終了出爐后緩慢冷卻，然后再重新加熱淬火(a)、(b)直接淬火(c)一次淬火(d)二次淬火圖6.15滲碳后熱處理示意圖6.3鋼的化學(xué)熱處理(a)、(b)直接淬火(c)一次淬火(d)二次淬火6一般滲碳零件的加工工藝路線為下料→鍛造→正火→機(jī)加工→滲碳→淬火+低溫回火→精加工↑→去碳機(jī)加工→淬火+低溫回火汽車、機(jī)車、礦山機(jī)械、起重機(jī)械等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。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。鍛造后正火是中間熱處理，目的是降低鍛造應(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。6.3鋼的化學(xué)熱處理一般滲碳零件的加工工藝路線為6.3鋼的6.3.2氮化滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面，形成含氮硬化層的化學(xué)熱處理工藝。其目的是提高零件表面硬度(可達(dá)1000HV～1200HV)、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性等。滲氮主要用于耐磨性要求高，耐蝕性和精度要求高的零件，有許多零件(如高速柴油機(jī)的曲軸、氣缸套、鏜床的鏜桿、螺桿、精密主軸、套筒、蝸桿、較大模數(shù)的精密齒輪、閥門以及量具、模具等)，它們在表面受磨損、腐蝕和承受交變應(yīng)力及動載荷等復(fù)雜條件下工作，表面要求具有高的硬度、耐磨性、強(qiáng)度、耐腐蝕、耐疲勞等，而心部要求具有較高的強(qiáng)度和韌性。更重要的是還要求熱處理變形小，尺寸精確，熱處理后最好不要再進(jìn)行機(jī)加工。這些要求用滲碳是不能完全達(dá)到的，而滲氮卻可以完全滿足這些要求。常用的滲氮方法有氣體滲氮、離子滲氮、氮碳共滲(軟氮化)等。生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣體滲氮。氣體滲氮是將氨氣通入加熱至滲氮溫度的密封滲氮爐中，使其分解出活性氮原子(2NH3→3H2+2[N])并被鋼件表面吸收、擴(kuò)散形成一定厚度的滲氮層。滲氮主要通過在工件表面形成氮化物層來提高工件硬度和耐磨性。氮和許多合金元素如Cr、Mo、Al等均能形成細(xì)小的氮化物。這些高硬度、高穩(wěn)定性的合金氮化物6.3鋼的化學(xué)熱處理6.3.2氮化6.3鋼的化學(xué)熱處理呈彌散分布，可使?jié)B氮層具有更高的硬度和耐磨性，故滲氮用鋼常含有Al、Mo、Cr等，而38CrMoAl鋼成為最常用的滲氮鋼，其次也有用40Cr、40CrNi、35CrMn等鋼種。由于氨氣分解溫度較低，故通常的滲氮溫度在500℃～580℃之間。在這種較低的處理溫度下，氮原子在鋼中擴(kuò)散速度很慢，因此，滲氮所需時間很長，滲氮層也較薄。例如38CrMoAl鋼制造的軸類零件，要獲得0.4mm～0.6mm的滲氮層深度，滲氮保溫時間需50h以上。滲氮溫度低且滲氮后不再進(jìn)行熱處理，所以工件變形小。鑒于此，許多精密零件非常適宜進(jìn)行滲氮處理。為了提高鋼件心部的強(qiáng)韌性，需要在滲氮前對工件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。滲氮主要缺點(diǎn)是工藝時間太長，例如得到0.3mm～0.5mm的滲氮層，一般為20h～50h，而得到相同厚度的滲碳層只需要3h左右。滲氮成本高，滲氮層薄(0.3mm～0.6mm)而脆。一般零件氮化工藝路線如下：鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→除應(yīng)力→粗磨→氮化→精磨或研磨。6.3鋼的化學(xué)熱處理呈彌散分布，可使?jié)B氮層具有更高的硬度和耐磨性，故滲氮用鋼常含6.3.3碳氮共滲(稀土催滲)碳氮共滲是同時向鋼件表面滲入碳和氮原子的化學(xué)熱處理工藝，也俗稱為氰化。碳氮共滲零件的性能介于滲碳與滲氮零件之間。目前中溫(780℃～880℃)氣體碳氮共滲和低溫(500℃～600℃)氣體氮碳共滲(即氣體軟氮化)的應(yīng)用較為廣泛。前者主要以滲碳為主，用于提高結(jié)構(gòu)件(如齒輪、蝸輪、軸類件)的硬度、耐磨性和疲勞性；而后者以滲氮為主，主要用于提高工模具的表面硬度、耐磨性和抗咬合性。碳氮共滲件常選用低碳或中碳鋼及中碳合金鋼，共滲后可直接淬火和低溫回火，其滲層組織為：細(xì)片(針)回火馬氏體加少量粒狀碳氮化合物和殘余奧氏體，硬度為

58HRC～63HRC；心部組織和硬度取決于鋼的成分和淬透性。催滲技術(shù)作為一種能縮短化學(xué)熱處理的工藝過程周期和提高滲層質(zhì)量的方法，能顯著地提高生產(chǎn)效率，自20世紀(jì)80年代，我國學(xué)者首先發(fā)現(xiàn)稀土催滲現(xiàn)象后，催滲研究就在我國蓬勃發(fā)展起來。由于起步早，參與面廣，我國催滲技術(shù)的研究水平目前處于國際領(lǐng)先水平。我國是稀土資源大國，大力發(fā)展稀土在化學(xué)熱處理領(lǐng)域的應(yīng)用，可充分發(fā)揮資源優(yōu)勢以獲得最佳的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果。6.3鋼的化學(xué)熱處理6.3.3碳氮共滲(稀土催滲)6.3鋼的化學(xué)熱處理在碳氮共滲過程中加入稀土，不僅可以活化滲入介質(zhì)，縮短化學(xué)熱處理的工藝過程周期，還能使?jié)B層組織結(jié)構(gòu)發(fā)生新的變化，改善共滲層組織，起到微合金化作用，使鋼共滲層性能得到提高。氣相用稀土碳氮共滲劑的配制原則，是在碳氮共滲劑的基礎(chǔ)上加入含稀土的有機(jī)溶劑，混溶后的共滲劑按一定要求滴入普通滴注式氣體滲碳(氮)爐，即可實(shí)現(xiàn)稀土碳氮共滲，也可以將碳氮共滲劑和含稀土的有機(jī)溶劑分別滴入爐內(nèi)來實(shí)現(xiàn)稀土碳氮共滲。6.3鋼的化學(xué)熱處理在碳氮共滲過程中加入稀土，不僅可以活化滲入介6.4鋼的熱處理新技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，熱處理生產(chǎn)技術(shù)也發(fā)生著深刻的變化。先進(jìn)熱處理技術(shù)正走向定量化、智能化和精確控制的新水平，各種工程和功能新材料、新工藝，為熱處理技術(shù)提供了更加廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景。近代熱處理技術(shù)的主要發(fā)展方向可以概括為八個方面，即少無(LessorNon)污染、少無畸變、少無質(zhì)量分散、少無能源浪費(fèi)、少無氧化、少無脫碳、少無廢品、少無人工。6.4鋼的熱處理新技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛6.4.1可控氣氛熱處理在爐氣成分可控的熱處理爐內(nèi)進(jìn)行的熱處理稱為可控氣氛熱處理。在熱處理時實(shí)現(xiàn)無氧化加熱是減少金屬氧化損耗，保證制件表面質(zhì)量的必備條件。而可控氣氛則是實(shí)現(xiàn)無氧化加熱的最主要措施。正確控制熱處理爐內(nèi)的爐氣成分，可為某種熱處理過程提供元素的來源，金屬零件和爐氣通過界面反應(yīng)，其表面可以獲得或失去某種元素。也可以對加熱過程的工件提供保護(hù)。如可使零件不被氧化，不脫碳或不增碳，保證零件表面耐磨性和抗疲勞性。從而也可以減少零件熱處理后的機(jī)加工余量及表面的清理工作?？s短生產(chǎn)周期，節(jié)能、省時，提高經(jīng)濟(jì)效益?？煽貧夥諢崽幚硪殉蔀樽畛墒斓?，在大批量生產(chǎn)條件下應(yīng)用最普遍的熱處理技術(shù)之一。1.吸熱式氣氛“吸熱式氣氛”，是氣體反應(yīng)中需要吸收外熱源的能量，才能使反應(yīng)向正方向發(fā)生的熱處理氣氛。因此，“吸熱式”氣氛的制備，均要采用有觸媒劑(催化劑)的高溫反應(yīng)爐產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。吸熱式氣氛可用天然氣、液化石油氣(主要成分是丙烷)、城市煤氣、甲醇或其他液體碳?xì)浠衔镒髟?，按一定比例與空氣混合后，通入發(fā)生器進(jìn)行加熱，在觸媒劑的作用下，經(jīng)吸熱而制成。吸熱式氣氛主要用作滲碳?xì)夥蘸透咛间摰谋Ｗo(hù)氣氛。6.4鋼的熱處理新技術(shù)6.4.1可控氣氛熱處理6.4鋼的熱處理新技術(shù)2.放熱式氣氛“放熱式氣氛”可用天然氣、乙烷、丙烷等作原料，按一定比例與空氣混合后，依靠自身的燃燒放熱反應(yīng)而制成的氣體。由于反應(yīng)時放出大量熱量，故稱為放熱式氣氛。如用天然氣為原料制備反應(yīng)氣：放熱式氣氛是所有制備氣氛中最便宜的，主要用于防止熱處理加熱時工件的氧化，在低碳鋼的光亮退火，中碳鋼的光亮淬火等熱處理過程中普遍采用。3.滴注式氣氛用液體有機(jī)化合物(如甲醇、乙醇、丙酮、甲酰胺、三乙醇胺等)混合滴入或與空氣混合后噴入高溫?zé)崽幚頎t內(nèi)所得到的氣氛稱為“滴注式氣氛”。它主要用于滲碳、碳氮共滲、軟氮化、保護(hù)氣氛淬火和退火等。6.4鋼的熱處理新技術(shù)2.放熱式氣氛6.4鋼的熱處理新技術(shù)6.4.2真空熱處理真空熱處理是在0.0133Pa～1.33Pa真空度的真空介質(zhì)中對工件進(jìn)行熱處理的工藝。真空熱處理具有無氧化、無脫碳、無元素貧化的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)光亮熱處理，可以使零件脫脂、脫氣，避免表面污染和氫脆；同時可以實(shí)現(xiàn)控制加熱和冷卻，減少熱處理變形。提高材料性能；還具有便于自動化、柔性化和清潔熱處理等優(yōu)點(diǎn)。近年已被廣泛采用，并獲得迅速發(fā)展。1.真空熱處理的優(yōu)越性真空熱處理是和可控氣氛并駕齊驅(qū)的應(yīng)用面很廣的無氧化熱處理技術(shù)，也是當(dāng)前熱處理生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)程度的主要標(biāo)志之一。真空熱處理不僅可實(shí)現(xiàn)鋼件的無氧化、無脫碳，而且還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的無污染和工件的少畸變。據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，工件真空熱處理的畸變量僅為鹽浴加熱淬火的三分之一，因而它還屬于清潔和精密生產(chǎn)技術(shù)范疇。真空熱處理具有下列優(yōu)點(diǎn)：①可以減少工件變形。工件在真空中加熱時，升溫速度緩慢，因而工件內(nèi)外溫度均勻，所以處理時變形較小。6.4鋼的熱處理新技術(shù)6.4.2真空熱處理6.4鋼的熱處理新技術(shù)②可以減少和防止工件氧化。真空中氧的分壓很低，金屬在加熱時的氧化過程受到有效抑制，可以實(shí)現(xiàn)無氧化加熱，減少工件在熱處理加熱過程中的氧化、脫碳現(xiàn)象。③可以凈化工件表面。在真空中加熱時，工件表面的氧化物、油污發(fā)生分解并被真空泵排出，因而可得到表面光亮的工件。潔凈光亮的工件表面不僅美觀，而且還會提高工件耐磨性、疲勞強(qiáng)度。④脫氣作用。工件在真空中長時間加熱時，溶解在金屬中的氣體，會不斷逸出并由真空泵排出。真空熱處理的脫氣作用，有利于改善鋼的韌性，提高工件的使用壽命。除了上述優(yōu)點(diǎn)以外，真空熱處理還可以減少或省去熱處理后清洗和磨削加工工序，改善勞動條件，實(shí)現(xiàn)自動控制。2.真空熱處理應(yīng)用由于真空熱處理本身所具備的一系列特點(diǎn)，因此這項(xiàng)新的工藝技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展?，F(xiàn)在幾乎全部熱處理工藝均可以進(jìn)行真空熱處理，如退火、淬火、回火、滲碳、氮化、滲金屬等。而且淬火介質(zhì)也由最初僅能氣淬，發(fā)展到現(xiàn)在的油淬、水淬、硝鹽淬火等。6.4鋼的熱處理新技術(shù)②可以減少和防止工件氧化。真空中氧的分壓很6.4.3離子滲擴(kuò)熱處理離子滲擴(kuò)熱處理是利用陰極(工件)和陽極間的輝光放電產(chǎn)生的等離子體轟擊工件，使工件表層的成分、組織及性能發(fā)生變化的熱處理工藝。1.離子滲氮離子滲氮是在真空室內(nèi)進(jìn)行的(見圖

6.16)，工件接高壓直流電源的負(fù)極，真空鐘罩接正極。將真空室的真空度抽到一定值后，充入少量氨氣或氫氣、氮?dú)獾幕旌蠚怏w。當(dāng)電壓調(diào)整到400V～800V時，氨即電離分解成氮離子、氫離子和電子，并在工件表面產(chǎn)生輝光放電現(xiàn)象。正離子受電場作用加速轟擊工件表面，使工件升溫到滲氮溫度，氮離子在鋼件表面獲得電子，還原成氮原子而滲入鋼件表面并向內(nèi)部擴(kuò)散，形成滲氮層。離子滲氮表面形成的氮化層具有優(yōu)異的力學(xué)性能，如高硬度，高耐磨性，良好的韌性和疲勞強(qiáng)度等，使得離子滲氮零件的使用壽命成倍提高。例如，W18Cr4V刀具在淬火回火后再經(jīng)500℃～520℃離子氮化30min～60min，使用壽命提高2倍～5倍。此外，離子滲氮節(jié)約能源，滲氮?dú)怏w消耗少，操作環(huán)境無污染；滲氮速度快，是普通氣體氮化的3～4倍。其缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，工藝成本高，不宜于大批量生產(chǎn)。6.4鋼的熱處理新技術(shù)6.4.3離子滲擴(kuò)熱處理6.4鋼的熱處理新技術(shù)圖6.16離子滲氮示意圖1—真空容器2—直流電源3—測溫裝置系統(tǒng)4—真空泵5—滲劑氣體調(diào)節(jié)裝置6—待處理工件6.4鋼的熱處理新技術(shù)圖6.16離子滲氮示意圖6.4鋼的熱處理新技術(shù)2.離子滲碳離子滲碳是將工件裝入溫度在900℃以上的真空爐內(nèi)，在通入碳?xì)浠衔?CH4或C3H8)的氣氛中加熱，同時在工件(陰極)和陽極之間施加高壓直流電，產(chǎn)生輝光放電使活化的碳被離子化，在工件附近加速從而轟擊工件表面進(jìn)行滲碳。離子滲碳從加熱、滲碳到淬火處理，都在同一裝置內(nèi)進(jìn)行，這種真空熱處理爐是具有輝光放電機(jī)構(gòu)的加熱滲碳室和油淬火室的雙室型熱處理爐。離子滲碳的硬度、疲勞強(qiáng)度、耐磨性等力學(xué)性能比傳統(tǒng)滲碳方法都高，而且滲碳速度快，特別是對狹小縫隙和小孔能進(jìn)行均勻的滲碳，滲碳層表面碳濃度和滲層深度容易控制，工件不易產(chǎn)生氧化；表面潔凈，耗電省和無污染。根據(jù)同樣的原理，離子轟擊熱處理還可以進(jìn)行離子碳氮共滲、離子硫氮共滲、離子滲金屬等，所以在國內(nèi)外具有很大的發(fā)展前途。6.4鋼的熱處理新技術(shù)2.離子滲碳6.4鋼的熱處理新技術(shù)6.4.4形變熱處理所謂形變熱處理，就是將形變強(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。從廣義上來說，凡是將零件的成形工序與組織改善有效結(jié)合起來的工藝都叫形變熱處理。形變熱處理的強(qiáng)化機(jī)理是：奧氏體形變使位錯密度升高，由于動態(tài)回復(fù)形成穩(wěn)定的亞結(jié)構(gòu)，淬火后獲得細(xì)小的馬氏體，板條馬氏體數(shù)量增加，板條內(nèi)位錯密度升高，使馬氏體強(qiáng)化。此外，奧氏體形變后位錯密度增加，為碳氮化物彌散析出提供了條件，獲得彌散強(qiáng)化效果。彌散析出的碳氮化物阻止奧氏體長大，轉(zhuǎn)變后的馬氏體板條更加細(xì)化，產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化。馬氏體板條的細(xì)化及其數(shù)量的增加，碳氮化物的彌散析出，都能使鋼在強(qiáng)化的同時得到韌化。根據(jù)形變與相變的關(guān)系，形變熱處理可分為三種基本類型：在相變前進(jìn)行形變；在相變中進(jìn)行形變；在相變后進(jìn)行形變。這三種類型的形變熱處理，都能獲得形變強(qiáng)化與相變強(qiáng)化的綜合效果。現(xiàn)僅介紹相變前形變的高溫形變熱處理和中溫形變熱處理。6.4鋼的熱處理新技術(shù)6.4.4形變熱處理6.4鋼的熱處理新技術(shù)1.高溫形變熱處理高溫形變熱處理是將鋼材加熱到奧氏體區(qū)域后進(jìn)行塑性變形，然后立即進(jìn)行淬火和回火，例如鍛熱淬火和軋熱淬火。此工藝能獲得較明顯的強(qiáng)韌化效果，與普通淬火相比，強(qiáng)度可提高10%～30%，塑性可提高40%～50%，韌性成倍提高，見表6-4。而且質(zhì)量穩(wěn)定，工藝簡單，還可減少工件的氧化、脫碳和變形，適用于形狀簡單的零件或工具的熱處理，如連桿、曲軸、刀具和模具等。圖6.17為高溫形變熱處理示意圖。表6-4高溫變形淬火對鋼性能的影響材料種類高溫形變熱處理?xiàng)l件σb／MPaσs/MPaδ/(%)形變量/(%)形變溫度／℃回火溫度／℃形變

淬火一般淬火形變

淬火一般

淬火形變

淬火一般

淬火2020Cr40Cr60Si218CrNiW20404050609509509009509002002002002001001400135022802800145010001100197022501150115010001750223085080014001930611874.55356.4鋼的熱處理新技術(shù)1.高溫形變熱處理材料高溫形變熱處理?xiàng)l件2.中溫形變熱處理中溫形變熱處理是將工件加熱到奧氏體區(qū)域后急冷至過冷奧氏體的亞穩(wěn)定區(qū)，立即對過冷奧氏體進(jìn)行塑性變形(變形量為70%～80%)，然后再進(jìn)行淬火和回火。圖6.18為中溫形變熱處理示意圖。此工藝與普通淬火比較，在保持塑性、韌性不降低的情況下，大幅度地提高鋼的強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和耐磨性，特別是強(qiáng)度可提高300MPa～1000MPa。因此它主要用于要求高強(qiáng)度和高耐磨性的零件和工具，如飛機(jī)起落架、刃具、模具和重要的彈簧等。圖6.17高溫形變熱處理示意圖6.4鋼的熱處理新技術(shù)2.中溫形變熱處理圖6.17高溫形變熱處圖6.18中溫形變熱處理示意圖此外，這種方法要求鋼材具有較高的淬透性和較長的孕育期，并且由于變形溫度較低，要求變形速度快，故需用功率大的設(shè)備進(jìn)行塑性變形。形變熱處理在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展速度很快，零件的類型和材料的品種不斷擴(kuò)大。對彈簧類零件采用高溫形變淬火是強(qiáng)化彈簧的有效方法?？赏瑫r提高強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性及疲勞強(qiáng)度。特別是對汽車板簧進(jìn)行形變熱處理，能夠減少板簧片數(shù)、節(jié)約鋼材、減輕質(zhì)量、縮小尺寸、提高板簧使用可靠性。高溫變形淬火對鋼性能的影響見表6-4。鍛熱淬火對連桿進(jìn)行熱處理，效果良好。某廠對柴油機(jī)40Cr鋼連桿采用鍛熱淬火新工藝，可使熱處理工效提高3倍，質(zhì)量穩(wěn)定，綜合力學(xué)性能良好。實(shí)驗(yàn)研究表明，對傳動零件齒輪及鏈輪進(jìn)行高溫形變淬火，輪齒強(qiáng)度、耐磨性、彎曲強(qiáng)度比普通熱處理高30%左右。6.4鋼的熱處理新技術(shù)圖6.18中溫形變熱處理示意圖此外，這種另外，對其他的零件，如軸承、汽輪機(jī)的渦輪盤以及某些結(jié)構(gòu)零件，如活塞銷，扭力桿、螺釘?shù)鹊龋捎貌煌问降男巫儫崽幚韺τ诟纳破滟|(zhì)量，提高工作的可靠性，延長使用壽命，均具有廣闊的前景。6.4鋼的熱處理新技術(shù)另外，對其他的零件，如軸承、汽輪機(jī)的渦輪盤以6.4.5表面技術(shù)表面技術(shù)是指改變零件的表面質(zhì)量或表面狀態(tài)，使其達(dá)到耐磨、耐蝕、美觀及精度要求的工藝，包括電鍍、噴涂、涂裝、氧化等。它雖然是主要針對磨損和腐蝕，但隨著社會發(fā)展和人類生活需求的提高，產(chǎn)品的外觀裝飾顯得越來越重要，所以表面處理工藝也得到迅速的發(fā)展。1.化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積是在高溫下將爐內(nèi)抽成真空或通入氫氣，然后通入反應(yīng)氣體并在爐內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使工件表面形成覆層的方法，簡稱CVD法。6.4鋼的熱處理新技術(shù)6.4.5表面技術(shù)6.4鋼的熱處理新技術(shù)例如，為了提高零件、刀具、工具和模具的耐磨性和使用壽命，可以利用CVD法在其表面沉積一層碳化鈦覆層。處理工藝的基本過程是：將工件置于氫氣保護(hù)氣氛中加熱到1000℃左右，然后將四氯化鈦和碳?xì)浠衔镫S氫氣通入反應(yīng)室內(nèi)，在工件表面產(chǎn)生鈦和碳的氣相化學(xué)反應(yīng)，而生成碳化鈦的覆蓋層。其反應(yīng)原理是四氯化鈦加熱變成蒸氣，通入反應(yīng)室后由氫氣將金屬元素還原，這時由設(shè)備中直流高壓的陽極和陰極之間的輝光放電產(chǎn)生的帶電粒子將鈦蒸氣和碳?xì)浠衔?甲烷、甲苯)離子化并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)：其中產(chǎn)生的HCl被抽出反應(yīng)室。這種化學(xué)氣相沉積方法可進(jìn)行鈦、鉭、鋯、鈮等碳化物和氮化物的沉積。由于化學(xué)氣相沉積反應(yīng)溫度高，并需要通入大量氫氣，操作不當(dāng)易產(chǎn)生爆炸，而且工件易產(chǎn)生氫脆，排出的廢氣含有HCl危害氣體等缺點(diǎn)，近年來發(fā)展了物理氣相沉積方法。2.物理氣相沉積法物理氣相沉積是把金屬蒸氣離子化后在高壓靜電場中使離子加速并直接沉積于金屬表面形成覆層的方法，簡稱PVD法。它具有沉積溫度低、沉積速度快、滲層成分和結(jié)構(gòu)可控制、無公害等特點(diǎn)。物理氣相沉積方法較多，比較常用的為真空濺射、真空蒸發(fā)、離子鍍。6.4鋼的熱處理新技術(shù)例如，為了提高零件、刀具、工具和模具的耐磨小結(jié)鋼的熱處理是提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，充分發(fā)揮現(xiàn)有材料的潛力的重要工藝方法，是鋼的熱處理理論在生產(chǎn)實(shí)踐中的具體應(yīng)用。機(jī)械零件在正確選材和加工的前提下，通過普通熱處理(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)及特殊熱處理(形變熱處理、磁場熱處理等)，可滿足不同零件的使用要求，發(fā)揮材料的潛力，提高零件的使用壽命。熱處理是金屬材料最經(jīng)濟(jì)、有效的強(qiáng)化手段。普通熱處理(退火、正火、淬火和回火)通常用來改變零件整體的組織和性能；表面熱處理(表面淬火和化學(xué)熱處理等)通常用來改變零件表面的成分、組織和性能。小結(jié)鋼的熱處理是提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，本章習(xí)題1.何謂鋼的退火？退火種類及用途如何？2.何謂鋼的正火？目的如何？有何應(yīng)用？3.在生產(chǎn)中為了提高亞共析鋼的強(qiáng)度，常用的方法是提高亞共析鋼中珠光體的含量，問應(yīng)該采用什熱處理工藝？4.淬火的目的是什么？淬火方法有幾種？比較幾種淬火方法的優(yōu)缺點(diǎn)？5.試述亞共析鋼和過共析鋼淬火加熱溫度的選擇原則。為什么過共析鋼淬火加熱溫度不能超過線？6.何謂鋼的淬透性、淬硬性？影響鋼的淬透性、淬硬性及淬硬層深度的因素是什么？7.如何根據(jù)鋼材淬透性為機(jī)械零件合理選材？8.回火的目的是什么？淬火后經(jīng)不同溫度回火后工件的性能特點(diǎn)、得到的組織是什么？9.有一批45鋼普通車床傳動齒輪，其工藝路線為鍛造→熱處理→機(jī)械加工→高頻淬火→回火。試問鍛后應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？為什么？10.現(xiàn)有一批45鋼普通車床傳動齒輪，其工藝路線為鍛造→熱處理①→機(jī)械加工→熱處理②→高頻淬火→回火。試問熱處理①和熱處理②應(yīng)進(jìn)行何種熱處理？為什么？本章習(xí)題1.何謂鋼的退火？退火種類及11.確定下列鋼件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的組織：(1)經(jīng)冷軋后的20鋼板，要求降低硬度；(2)ZG35的鑄造齒輪；(3)鍛造過熱的60鋼鍛坯；(4)改善T12鋼的切削加工性能。12.兩個含碳量為1.2%的碳鋼薄試樣，分別加熱到780℃和900℃并保溫相同的時間，奧氏體化后，以大于臨界冷卻速度的冷速冷至室溫。試分析：(1)哪個溫度加熱淬火后馬氏體晶粒較粗大？(2)哪個溫度加熱淬火后馬氏體含碳量較多？(3)哪個溫度加熱淬火后殘余奧氏體較少？(4)哪個溫度加熱淬火后未溶碳化物較少？(5)哪個溫度淬火合適？為什么？13.已知某機(jī)床的主軸的材料為40Cr鋼，其生產(chǎn)工藝路線為：下料→鍛造→正火→粗車→調(diào)質(zhì)→精車→錐部整體淬火→回火(43HRC)→粗磨→人工時效→精磨。要求：①說明每道熱處理工序的作用；②分析組織變化的全過程。本章習(xí)題11.確定下列鋼件的退火方法，并指出退火的目的及14.有兩種高強(qiáng)螺栓，一種直徑為10mm，另一種直徑為30mm，都要求有較高的綜合機(jī)械性能：σb≥800MPa，ak≥

600kJ/m2。試問應(yīng)選擇什么材料及熱處理工藝？15.用T10鋼制造形狀簡單的車刀，其工藝路線為鍛造→熱處理→機(jī)加工→熱處理→磨加工。(1)寫出其中熱處理工序的名稱及作用。(2)指出車刀在使用狀態(tài)下的顯微組織和大致硬度。16.什么是形變熱處理？形變熱處理強(qiáng)化機(jī)理是什么？17.滲碳和氮化各應(yīng)用于什么場合？工件經(jīng)滲碳和氮化化學(xué)熱處理后，工件的性能有何特點(diǎn)？18.從材料、表面層組織、性能特點(diǎn)、應(yīng)用范圍等方面比較各種表面熱處理、化學(xué)熱處理方法的異同？19.分級淬火與等溫淬火的主要區(qū)別是什么？舉例說明它們的應(yīng)用。20.在C曲線中分別畫出獲得珠光體、珠光體+馬氏體、貝氏體、馬氏體+貝氏體等組織的冷卻工藝曲線。本章習(xí)題14.有兩種高強(qiáng)螺栓，一種直徑為10mm，另一激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的名言格言220、每一個成功者都有一個開始。勇于開始，才能找到成功的路。221、世