第06章鋼的熱處理

鋼的熱處理§1概述§2鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變§3鋼在冷卻時的轉(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熱處理對零件結(jié)構(gòu)的要求1溫度時間鋼的熱處理：§1概述工藝曲線：特點：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、光亮）Tc2箱式電阻爐§1概述3臺車式電阻爐§1概述4連續(xù)式熱處理爐§1概述5§2鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變平衡轉(zhuǎn)變非平衡轉(zhuǎn)變過熱過冷6一、奧氏體的形成(PA)奧氏體晶粒的形成和長大殘余滲碳體的溶解奧氏體的均勻化（Fe、C原子的擴散）§2鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變7二、奧氏體晶粒的長大奧氏體的晶粒度晶粒度起始晶粒度實際晶粒度本質(zhì)晶粒度晶粒度的控制Al脫氧(本質(zhì)細)Si/Mn脫氧(本質(zhì)粗)§2鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變8晶粒度的測定方法：930±10℃保溫3~8小時(100×)本質(zhì)粗本質(zhì)細§2鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變9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?！?鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變10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(chǎn)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，使之形成AlN微粒；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。第二相微粒能阻止奧氏體晶粒長大，在一定溫度下晶粒不易長大；只有當超過一定溫度時，第二相微粒溶入奧氏體后，奧氏體才突然長大?！?鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變11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(chǎn)生機械阻礙作用，使晶粒長大傾向減小。§2鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變12§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的兩種冷卻方式13§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線C曲線TTT曲線T_TemperatureT_Time

T_Transformation14§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變

只有C擴散B下B上B馬氏體轉(zhuǎn)變

非擴散切變M珠光體轉(zhuǎn)變

Fe、C擴散＞0.4μm＜0.2μm0.4~0.2μmPSTP孕育期最短過冷奧氏體區(qū)0.5110102103104105MsMf7006005004003002001000-100時間(s)溫度(℃)Ar1二、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能15§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變：Fe、C的擴散性相變16§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變：擴散相變

(Ar1～550℃,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(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）。17§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變2）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)相組織稱為細珠光體或索氏體，用字母S表示（以英國冶金學(xué)家H?C?Sorby的名字命名）。珠光體轉(zhuǎn)變：擴散相變

(Ar1～550℃,A→P（F+Fe3C）)18§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變3）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法分辨出其內(nèi)部構(gòu)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(fù)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(xué)家L?Troost的名字命名）。珠光體轉(zhuǎn)變：擴散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)19§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變：擴散相變

(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20§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)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-Fe2.4C21§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)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22§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)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23§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變低碳(<0.2%)馬氏體：板條狀__高的強韌性24§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變高碳(>1.0%)馬氏體：片狀__硬而脆25§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變含碳量對馬氏體硬度的影響26§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變過程中殘余奧氏體（A殘或A/）的形成27§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變?nèi)⒂绊慍曲線的因素1、碳的影響形狀(產(chǎn)物)位置(穩(wěn)定性)28§3鋼在冷卻時的轉(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29§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變3、加熱溫度和保溫時間的影響溫度高、時間長導(dǎo)致奧氏體成分均勻、晶粒粗大，未溶碳化物減少，過冷奧氏體穩(wěn)定性增加，C曲線右移。30§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變四、奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變C曲線CCT曲線Continuous、

Cooling、

Transformation只有P、M轉(zhuǎn)變υk為臨界冷卻速度31§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻與等溫冷卻的比較孕育期不同過冷度不同轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同實際生產(chǎn)中的應(yīng)用32§3鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變過冷奧氏體等溫轉(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kPSMT33一、鋼的退火

(降低硬度、消除應(yīng)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(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?！?鋼的退火與正火34過共析鋼的退火組織§4鋼的退火與正火35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℃36二、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(wǎng)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37一、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38鋼的理想淬火工藝§5鋼的淬火39二、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(yīng)力分級淬火：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40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41局部淬火方法§5鋼的淬火42三、鋼的淬透性

(鋼在淬火時獲得馬氏體的能力)§5鋼的淬火431.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44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45影響淬透性的因素(vK)§5鋼的淬火462.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(jīng)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(guān)系曲線，即淬透性曲線。根據(jù)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。

47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482.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(zhì)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。

49§5鋼的淬火部分常用鋼材的臨界淬透直徑50§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51§5鋼的淬火淬透性的應(yīng)用：52§5鋼的淬火淬透性的應(yīng)用：53鋼經(jīng)過淬火后必須回火?。。』鼗鹉康模合龖?yīng)力，防止工件開裂回火工藝：Ac1以下保溫后緩冷§6鋼的回火54一、淬火鋼的回火轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變（250～400℃）ε-Fe2.4C轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C滲碳體的聚集長大和α相再結(jié)晶（>400℃）成為粒狀Fe3C，600℃后粗化§6鋼的回火55回火鋼的組織和性能轉(zhuǎn)變§6鋼的回火56二、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(diào)質(zhì)【視頻演示】57二、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58一種淬火方式：形變強化+熱處理強化§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591、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%抗拉強度可達3300MPa超高強度鋼的熱處理飛機起落架、模具、沖頭、板簧602、高溫形變熱處理§7鋼的形變熱處理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61概述§8鋼的表面淬火有需求：

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(jié)合的方法來實現(xiàn)表硬、心韌62一、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』63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。

64感應(yīng)加熱表面淬火的特點§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、變形小：不易氧化、脫碳，變形小。生產(chǎn)過程易于控制：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。65二、火焰加熱表面淬火§8鋼的表面淬火常用氧-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(chǎn)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(zhì)量不穩(wěn)定。

66火焰加熱表面淬火示意圖§8鋼的表面淬火67三、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68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。69概述（2）§9鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)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(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；擴散——滲入原子在一定溫度下，由表層向內(nèi)部擴散形成一定深度的擴散層。

70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。

71一、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?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。72鋼的滲碳原理示意圖§9鋼的化學(xué)熱處理731、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(yīng)，生成活性碳原子。741、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)部擴散而形成一定深度的滲碳層。氣體滲碳的優(yōu)點是：

生產(chǎn)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(chǎn)。752、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]+CO2763、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。

77滲碳層的組織§9鋼的化學(xué)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)78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℃進行低溫回火。

預(yù)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(chǎn)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(yù)冷過程中，二次滲碳體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，對工件淬火后的性能不利。用途：大批量生產(chǎn)的汽車、拖拉機齒輪常用此法。

79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。80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(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)生變形和開裂。所以只適用于少數(shù)對性能要求特別高的工件。81滲碳工件的一般工藝路線§9鋼的化學(xué)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82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。83滲碳工件的實際應(yīng)用§9鋼的化學(xué)熱處理設(shè)計技術(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防止?jié)B碳或多留加工余量。

84二、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。851、氣體氮化（1）§9鋼的化學(xué)熱處理氣體滲氮在氣體介質(zhì)中進行滲氮的工藝稱為氣體滲氮。工藝過程在滲氮爐內(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，在保溫過程中向里擴散，形成滲氮層。861、氣體氮化（2）§9鋼的化學(xué)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(diào)質(zhì)預(yù)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。871、氣體氮化（3）§9鋼的化學(xué)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(chǎn)生殘余壓應(yīng)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。881、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(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。891、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(diào)質(zhì)

→精加工→去應(yīng)力→粗磨→氮化

→精磨或研磨

902、離子滲氮（1）§9鋼的化學(xué)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(chǎn)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912、離子滲氮（2）§9鋼的化學(xué)熱處理工藝過程：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，動能熱能，工件表面溫升到450~650℃；同時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，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)部擴散，形成滲氮層。922、離子滲氮（3）§9鋼的化學(xué)熱處理工藝特點：速度快、周期短。38CrMoAlA要達到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900~1000mm、外徑27mm的螺桿，滲氮后其彎曲變形小于5μm。932、離子滲氮（4）§9鋼的化學(xué)熱處理工藝特點：對材料的適應(yīng)性強。滲氮用鋼、碳鋼、合金鋼和鑄鐵都能進行離子滲氮，但專用滲氮鋼（如38CrMoAlA）效果最佳。缺點：投資高，溫度分布不均，測溫困難和操作要求嚴格等。94三、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)中對工件同時滲入氮和碳，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]

95四、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、耐磨性和疲勞強度。

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

CO+NH3→HCN+H2O2HCN→H2+2[C]+2[N]96一、零件外形要避免尖角或棱角，減少臺階

§10鋼的熱處理對零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求過熱、開裂R≥0.6mm97二、零件外形盡量簡單、壁后均勻

§10鋼的熱處理對零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求開孔、通孔98三、零件外形力求對稱，減小變形或有規(guī)律

§10鋼的熱處理對零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求減小熱處理變形99四、零件采用組合結(jié)構(gòu)或鑲拼結(jié)構(gòu)

§10鋼的熱處理對零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求當結(jié)構(gòu)復(fù)雜或要求

不同的熱處理方式時100課內(nèi)作業(yè)：課內(nèi)作業(yè)：1、在正火熱處理過程中，為什么加熱后要有一段保溫時間？2、鋸條、彈簧和重要的軸在淬火后一般分別應(yīng)進行什么回火熱處理，并簡述理由。101課外作業(yè)情況：(a)M+A/(b)B下+

M(c)B下0.5110102103104105MsMf7006005004003002001000-100時間(s)溫度(℃)Ar1過冷奧氏體轉(zhuǎn)變（等溫、連續(xù)）產(chǎn)物的組織(a)(b)(c)B下B上

+A/第29題1021．將Ф5mm的T8鋼加熱至760℃并保溫足夠時間，問采用什么樣的冷卻工藝可得到如下組織：珠光體，索氏體，托氏體，上貝氏體，下貝氏體，托氏體+馬氏體，馬氏體+少量