1、第第 五五 章章钢的热处理原理和工艺钢的热处理原理和工艺2 热处理热处理是改善金属材料使用性能和工艺性是改善金属材料使用性能和工艺性能的一种非常重要的工艺方法。能的一种非常重要的工艺方法。热处理是机械零件及工具制造过程中的重热处理是机械零件及工具制造过程中的重要工序。它担负着改善工件的要工序。它担负着改善工件的组织组织和和性能性能，充，充分发挥材料潜力，从而提高产品质量延长使用分发挥材料潜力，从而提高产品质量延长使用寿命的重要任务。寿命的重要任务。重要的机械零件必须经热处理才能获得良重要的机械零件必须经热处理才能获得良好的使用性能。好的使用性能。1.钢的热处理原理及分类钢的热处理原理及分类一、
2、一、热处理原理热处理原理1.定义定义 将钢在固态范围内，采用适当的方式进行将钢在固态范围内，采用适当的方式进行加热加热、保温保温和和冷却，冷却，以获得所需要的以获得所需要的组织组织结构结构与与性能性能的工艺方法。的工艺方法。42.工艺曲线工艺曲线注明：注明：临界温度（临界温度（A1、A3、Acm）3.原理：原理：热处理热处理不改变不改变工件的形状和尺寸，工件的形状和尺寸，只改变只改变工件的内部组织和性能的一种非常重要的工艺工件的内部组织和性能的一种非常重要的工艺方法。方法。根本原因：是由于铁具有同素异构转变特根本原因：是由于铁具有同素异构转变特性，从而性，从而使钢在使钢在加热加热和和冷却冷却过
3、程中发生组织和过程中发生组织和结构上的变化，从而可以改善和提高获得所需结构上的变化，从而可以改善和提高获得所需要的使用性能。要的使用性能。二、热处理的分类二、热处理的分类 常见热处理车间常见热处理车间8加热加热冷却冷却保温保温2.钢在钢在加热加热及及冷却冷却时的组织转变时的组织转变一、一、钢在钢在加热加热时的组织转变时的组织转变1.1.钢在钢在加热加热和和冷却冷却时的相变温度时的相变温度 加热温度选择的理论依据加热温度选择的理论依据铁碳合金状态图铁碳合金状态图；但实际转变温度（但实际转变温度（相变温度）相变温度）比状态图上的比状态图上的 临界温度（临界温度（A1、A3、Acm）有一定的）有一定
4、的滞后现象滞后现象，采用代号表示。即：采用代号表示。即：加加热热(c)和冷却和冷却(r)A3Ac3Ar3 A1Ac1Ar1 Acm Accm Arcm10 钢在钢在加热加热和和冷却冷却时的时的临界温度临界温度2.2.奥氏体的形成奥氏体的形成（以（以共析钢共析钢为例）为例）(1)(1)奥氏体晶核的奥氏体晶核的形成形成；(2)(2)奥氏体晶核的奥氏体晶核的长大长大；(3)(3)残余渗碳体的残余渗碳体的溶解溶解；(4)(4)奥氏体成分的奥氏体成分的均匀化均匀化。（基本过程）（基本过程）共析钢中奥氏体形成过程示意图共析钢中奥氏体形成过程示意图a)形核；b)长大；c)残余渗碳体溶解；d)奥氏体均匀化奥氏
5、体形成示意图奥氏体形成示意图4秒秒6秒秒8秒秒15秒秒13 对于亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程：对于亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程：1.亚亚共析钢：共析钢：F+P F+A A2.过过共析钢：共析钢：Fe3C+P Fe3C+A A3.3.奥氏体奥氏体晶粒晶粒的长大的长大 晶粒晶粒的长大主要是依靠较大的长大主要是依靠较大晶粒晶粒吞并较小吞并较小晶粒和晶晶粒和晶界迁移的方式进行的。界迁移的方式进行的。晶粒晶粒的吞并与长大过程的吞并与长大过程为了防止晶粒为了防止晶粒长的粗大，严格控制长的粗大，严格控制加热温度加热温度和和保温时间。保温时间。154.4.奥氏体晶粒大小的实际意义：奥氏体晶粒大小的实际
6、意义：钢中奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后的组织和性能。钢中奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后的组织和性能。奥氏体晶粒细小，则其转变产物的组织也较细小，性能较好；奥氏体晶粒细小，则其转变产物的组织也较细小，性能较好；反之，转变产物的组织则粗大，而且其性能也较差。反之，转变产物的组织则粗大，而且其性能也较差。晶粒号的标准等级图晶粒号的标准等级图(100)二二、钢在钢在冷却冷却时的组织转变时的组织转变 冷却方式：冷却方式：等温冷却；连续冷却。等温冷却；连续冷却。1.奥氏体的等温转变奥氏体的等温转变1 1）定义定义 不稳定的不稳定的过冷过冷奥氏体奥氏体经过一段时间的等温经过一段时间的等温保持，转变为稳
7、定的新相的过程。保持，转变为稳定的新相的过程。2）转变产物转变产物 珠光体珠光体（粗粗珠光体、索索氏体、屈屈氏体）贝氏体贝氏体（上上贝氏体、下下贝氏体）马氏体马氏体（低碳低碳马氏体、高碳高碳马氏体）共析钢共析钢等温冷却转变曲线图（等温冷却转变曲线图（C曲线或为曲线或为TTT曲线）曲线）表示：表示：过冷奥氏体的等温过冷奥氏体的等温 转变转变温度温度转变转变时间时间转变转变产物产物 的关系。的关系。191 1）珠光体型转变区）珠光体型转变区（A1 550）高温高温等温等温转变转变a a）形成温度范围形成温度范围 A1 650 b）组织组织珠光体（珠光体（P）粗片状粗片状珠光体珠光体 片层间距片层间
8、距 0.4 mC）性能性能 强度比较高，硬度适中强度比较高，硬度适中 170 220HBW 有一定的塑性，具有较有一定的塑性，具有较 好的好的综合综合 力学性能。力学性能。珠光体组织珠光体组织 3800 20a a）形成温度范围形成温度范围 650 600 b）组织组织索氏索氏体体（S）细片状细片状珠光体珠光体 片层间距片层间距0.4 0.2m C）性能性能 硬度为硬度为230 320HBW 综合综合力学性能优于力学性能优于 粗粗珠光体。珠光体。索氏体组织索氏体组织 8000 21a a）形成温度范围形成温度范围 600 550 b）组织组织屈氏屈氏体体（T）极细片状极细片状珠光体珠光体 片层
9、间距片层间距 0.2m C）性能性能 硬度为硬度为330 400HBW 综合综合力学性能优于索氏力学性能优于索氏体。体。规律：规律：形成温度形成温度；片层间距；片层间距；硬度；硬度。屈氏体组织屈氏体组织 8000 222 2）贝氏体型转变区）贝氏体型转变区（550 Ms）中温中温等温等温转变转变形成上贝氏体组织。形成上贝氏体组织。组织组织组成组成：铁素体铁素体+渗碳体渗碳体组织特征：组织特征：铁素体铁素体 长成板条状大致平行分布长成板条状大致平行分布 渗碳体渗碳体 呈粒状或短杆状分布在铁素体板条之间。呈粒状或短杆状分布在铁素体板条之间。23a a）形成温度范围形成温度范围 550 350 b）
10、组织组织上贝氏体上贝氏体（B上上）形态呈典型羽毛状形态呈典型羽毛状C）性能性能 硬度为硬度为40 45HRC 强度低强度低，塑性很差，塑性很差，基本上没有使用价值基本上没有使用价值。24下贝氏体组织下贝氏体组织组织组织组成组成：铁素体铁素体+渗碳体渗碳体组织特征：组织特征：铁素体铁素体长成针片状，互不平行，有一定角度，形成分枝；长成针片状，互不平行，有一定角度，形成分枝；渗碳体渗碳体呈粒状或细小短条状分布在铁素体片内。呈粒状或细小短条状分布在铁素体片内。25a a）形成温度范围形成温度范围 350 Ms b）组织组织下贝氏体下贝氏体（B下下）形态呈黑色针叶状形态呈黑色针叶状C）性能性能 硬度可
11、达硬度可达45 55HRC 具有较高的强度及具有较高的强度及 良良好的塑性和韧性。好的塑性和韧性。采用采用等温淬火方法可获得可获得B下下，是各种复杂模具、，是各种复杂模具、量具、刀具热处理后的一种理想组织。量具、刀具热处理后的一种理想组织。下贝氏体组织下贝氏体组织 630 262 2）马氏体型转变区）马氏体型转变区（Ms Mf）低温连续转变低温连续转变定义定义 碳在碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体中的过饱和固溶体 称为称为马氏体马氏体（用用M表示表示）分类分类 根据根据碳含量不同分为：碳含量不同分为：低碳低碳马氏体马氏体 0.25%Cabca=bc碳原子碳原子27低碳低碳马氏体马氏体组织特征：
12、组织特征：呈呈 一束一束相互平行的一束一束相互平行的 细条状板条。细条状板条。性能特点：性能特点：硬度可达硬度可达 HRC 4550，具有较高的强度具有较高的强度 及及良良好的韧性。好的韧性。M板条M板条束低碳马氏体组织形态低碳马氏体组织形态 28高碳高碳马氏体马氏体组织特征：组织特征：断面呈断面呈针状针状或或片状片状性能特点：性能特点：硬度均在硬度均在 HRC 60，表现为硬度高而表现为硬度高而脆性大。脆性大。29马氏体的性能特点马氏体的性能特点1、硬度高，且随、硬度高，且随C%的增加而增加；的增加而增加；2、强度高，亦随强度高，亦随C%的增加而增加。的增加而增加。30马氏体转变特点马氏体转
13、变特点a a）过冷过冷 A 转变为马氏体是一种转变为马氏体是一种非扩散型非扩散型转变；转变；b b）马氏体转变是在马氏体转变是在一定温度范围内一定温度范围内（Ms Mf）的的 连续冷却连续冷却过程中进行的；过程中进行的；c c）马氏体的马氏体的转变速度转变速度极快，产生很大的内应力，转极快，产生很大的内应力，转 变时发生体积膨胀；变时发生体积膨胀；d d）马氏体转变的不彻底性，仍有少量马氏体转变的不彻底性，仍有少量未转变的未转变的A 被保留下来，成为被保留下来，成为残余奥氏体残余奥氏体（用（用AR表示）。表示）。31e e）马氏体中溶入过多的碳而使马氏体中溶入过多的碳而使-Fe-Fe晶格发生畸
14、变，晶格发生畸变，形成组织不稳定；形成组织不稳定；f f）过冷过冷A转变为马氏体所需的最小冷却速度称为转变为马氏体所需的最小冷却速度称为 临界冷却速度临界冷却速度（用用c表示）。表示）。指出指出：每一种钢的每一种钢的临界冷却速度临界冷却速度都不同。要想获得马氏都不同。要想获得马氏体组织，必须使其体组织，必须使其冷却速度冷却速度 c。这种操作叫这种操作叫淬火淬火。获得马氏体是强化钢材的一种获得马氏体是强化钢材的一种重要组织重要组织。二二、奥氏体的连续冷却转变奥氏体的连续冷却转变（CCT）在实际热处理生产中，在实际热处理生产中，过冷过冷奥氏体转变多数是奥氏体转变多数是在连续冷却过程中进行在连续冷却
15、过程中进行的，除了的，除了等温转变等温转变获得获得贝氏体贝氏体组织；另外常采用组织；另外常采用连续冷却连续冷却曲线（曲线（CCT）与与等温转变等温转变曲线（曲线（TTT）叠加，叠加，近似地分析近似地分析连续连续冷却转变冷却转变的组织和性能。的组织和性能。VcMM+PP 共析碳钢共析碳钢 CCT曲线曲线MsMfVcMM+PP 共析碳钢共析碳钢 CCT曲线曲线共析碳钢共析碳钢 TTT曲线曲线34亚共析钢、共析钢、过共析钢亚共析钢、共析钢、过共析钢连续冷却转变曲线连续冷却转变曲线比较比较亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢3.钢的钢的热处理热处理工艺工艺机械零件的一般加工工艺顺序：机械零件的
16、一般加工工艺顺序：铸造或锻造铸造或锻造 退火和退火和正火正火 机械机械粗粗加工加工 淬火淬火+回火回火（或表面（或表面热处理）热处理）机械机械精精加工加工其中：其中：退火和退火和正火正火预备热处理预备热处理 淬火淬火+回火回火最后热处理最后热处理一、退火一、退火 1.定义：定义：将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却），以获得接近平衡状态组织冷却（一般为随炉冷却），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。的热处理工艺叫做退火。372.退火分类：退火分类：；扩散退火：扩散退火：Ac3 +200300b.完全退火：完全退火：Ac
17、3 +2050c.球化退火：球化退火：Ac1+2030d.去应力退火：去应力退火：Ac1；500650 383.退火目的：退火目的：1）降低硬度，提高钢的塑性，以利于机械加工；）降低硬度，提高钢的塑性，以利于机械加工；2）细化晶粒，均匀组织，为淬火工序做好准备；）细化晶粒，均匀组织，为淬火工序做好准备；3）消除内应力消除内应力，防止工件变形和开裂；，防止工件变形和开裂；4）394.退火应用：退火应用：1）扩散退火：适宜）扩散退火：适宜2）完全退火：适宜亚共析钢，不适宜过共析钢；）完全退火：适宜亚共析钢，不适宜过共析钢；3）球化退火：适宜共析钢和过共析钢；）球化退火：适宜共析钢和过共析钢；4）低
18、温退火：适宜铸造、锻造或焊接及切削加工后的高精度工件。）低温退火：适宜铸造、锻造或焊接及切削加工后的高精度工件。二、二、正火正火1.定义：定义：将钢加热到将钢加热到Ac3或或Accm以上以上3050,保温适当时间保温适当时间后，在后，在空气中冷却空气中冷却的一种热处理工艺。的一种热处理工艺。2.2.正火的目的和应用正火的目的和应用 是使钢的组织正常化，亦称是使钢的组织正常化，亦称常化处理；常化处理；一般应用于以下方面：一般应用于以下方面：1）作为最终热处理）作为最终热处理 要求不高的普通结构件；要求不高的普通结构件；2）作为预先热处理）作为预先热处理 含含碳量高的碳量高的过共析钢；过共析钢；3
19、 3）改善切削加工性能）改善切削加工性能 低、中低、中碳合金碳合金结构钢。结构钢。41三、淬三、淬 火火1.定义：定义：将钢加热到将钢加热到Ac3以上以上3050（亚共析钢）（亚共析钢）或或AcAc1 1以上以上30 50 （过共析钢），保温后（过共析钢），保温后在淬火介质中快速冷却在淬火介质中快速冷却以获得以获得马氏体马氏体组织组织（M）的一种热处理工艺的一种热处理工艺。43钢的钢的淬透性淬透性与与淬硬性淬硬性区别：区别：淬透性淬透性在规定的条件下，在规定的条件下，钢接受淬火钢接受淬火 时获得马氏体组织深度的能力时获得马氏体组织深度的能力。淬硬性淬硬性钢淬火后能够达到的最高硬度，钢淬火后能够
20、达到的最高硬度，它主要决定于它主要决定于马氏体中马氏体中的含碳量。的含碳量。指出：指出：淬透性淬透性好的钢好的钢淬硬性淬硬性不一定高。不一定高。2淬火介质淬火介质：淬火时为了得到足淬火时为了得到足够的冷却速度，以保证够的冷却速度，以保证奥氏体向马氏体转变，奥氏体向马氏体转变，又不致由于冷却速度过又不致由于冷却速度过大而引起内应力增大，大而引起内应力增大，造成零件变形和开裂。造成零件变形和开裂。常用的淬火冷却介质：常用的淬火冷却介质：水、盐水、油、硝盐浴水、盐水、油、硝盐浴和空气等。和空气等。453淬火方法选择淬火方法选择 根据钢材成分及对组织、性能根据钢材成分及对组织、性能和工件尺寸精度的要求
21、，在保证技术和工件尺寸精度的要求，在保证技术要求规定的前提下，应选择简便而经要求规定的前提下，应选择简便而经济的淬火冷却方法。济的淬火冷却方法。464.4.钢的钢的淬火缺陷淬火缺陷1 1）氧化与脱碳）氧化与脱碳2 2）过热与过烧）过热与过烧3 3）变形与开裂）变形与开裂4 4）硬度不足硬度不足5 5）淬火软点）淬火软点四、回火四、回火 回火是紧接回火是紧接淬火淬火之后进行的，通常也是零件进行之后进行的，通常也是零件进行热处理的热处理的最后一道最后一道工序。工序。目的是消除和减小内应力、稳定组织、调整性能，目的是消除和减小内应力、稳定组织、调整性能，获得较好的强度和韧性。获得较好的强度和韧性。因
22、为，淬火钢的组织主要由马氏体和少量残余奥因为，淬火钢的组织主要由马氏体和少量残余奥氏体组成氏体组成(有时还有未溶碳化物有时还有未溶碳化物)，存在很大内应力，存在很大内应力，如不及时消除，将会引起工件的变形、甚至开裂。如不及时消除，将会引起工件的变形、甚至开裂。淬火组织很不稳定，有向稳定组织转变的趋势，而且淬火组织很不稳定，有向稳定组织转变的趋势，而且组织脆性大，韧性低，一般组织脆性大，韧性低，一般不能直接使用不能直接使用。1.定义：定义：将钢加热到将钢加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间后，以下某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种热处理工艺。冷却到室温的一种热处理工艺。2.2.目的：目
23、的：1 1）降低内应力，防止工件变形、开裂；）降低内应力，防止工件变形、开裂；2 2）调整性能（提高淬火钢的塑性和韧性）调整性能（提高淬火钢的塑性和韧性）满足生产需要；满足生产需要；3 3）稳定组织，防止尺寸变化；）稳定组织，防止尺寸变化；4 4）降低硬度，便于切削加工。）降低硬度，便于切削加工。回火回火往往是零件生产中的最后一道工序，往往是零件生产中的最后一道工序，决定钢件最后的性能。决定钢件最后的性能。3.3.回火时的组织转变回火时的组织转变1 1）马氏体分解马氏体分解（80200）转变产物：转变产物：回火回火M+残余残余A2 2）残余奥氏体分解残余奥氏体分解（200 300 ）转变产物：
24、转变产物：回火回火M3 3）渗碳体形成渗碳体形成（300 400 ）转变产物：转变产物：回火回火T4 4）渗碳体聚集长大（渗碳体聚集长大（400 ）转变产物：转变产物：回火回火S504.4.回火后的组织和应力变化回火后的组织和应力变化515.5.回火时的分类及应用回火时的分类及应用1 1）低温低温回火：回火：150250，5664HRC，获得高的获得高的硬度和硬度和耐磨性；耐磨性；2 2）中温中温回火：回火：350500，3550HRC，获得高的获得高的弹性极限；弹性极限；3 3）高温高温回火：回火：550650，2035HRC，获得良好的获得良好的综合性能。综合性能。生产上生产上：淬火：淬火
25、+高温回火高温回火称作称作调质调质处理处理 4.钢的表面钢的表面热处理热处理 在机械设备中，有许多零件，如：齿轮、花键轴、在机械设备中，有许多零件，如：齿轮、花键轴、活塞销等，要求活塞销等，要求表面表面具有高的硬度和耐磨性而具有高的硬度和耐磨性而心部心部却要求一定的强度和足够的韧性。在这种情况下，要却要求一定的强度和足够的韧性。在这种情况下，要达到上述要求，如果仅从材料方面去解决是很困难的。达到上述要求，如果仅从材料方面去解决是很困难的。如：选用如：选用高碳钢，高碳钢，淬火后淬火后表面表面硬度虽然很高，但硬度虽然很高，但心部心部韧性不足；如：采用韧性不足；如：采用低碳钢低碳钢，虽然，虽然心部心
26、部韧性好，韧性好，但但表面表面硬度和耐磨性低。这就需要对零件进行表面热硬度和耐磨性低。这就需要对零件进行表面热处理，以达到强化表面的目的，即：所谓处理，以达到强化表面的目的，即：所谓外硬内韧外硬内韧的性能要求。的性能要求。表面热处理分为两类：表面热处理分为两类：一类是一类是只改变只改变工件表面组织而工件表面组织而不改变不改变表面化学表面化学成分的热处理，称为成分的热处理，称为表面淬火表面淬火。另一类是另一类是既改变既改变表面化学成分表面化学成分又改变又改变表面组织表面组织的热处理，称为的热处理，称为化学热处理化学热处理。一、表面淬火一、表面淬火1.定义定义 是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而
27、心部仍是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火前状态的一种局部淬火方法。保持未淬火前状态的一种局部淬火方法。2.方法（方法（快速加热）快速加热）火焰火焰加热、加热、感应感应加热、加热、电接触电接触加热、加热、激光激光加热等加热等 表面淬火方法。表面淬火方法。目前生产上最常用是：目前生产上最常用是：火焰加热火焰加热表面淬火；表面淬火；感应加热感应加热表面淬火。表面淬火。3.3.目的目的 获得高硬度、高耐磨性的表层，而心部仍保持良获得高硬度、高耐磨性的表层，而心部仍保持良好的韧性。好的韧性。1）火焰加热表面淬火）火焰加热表面淬火 应用氧应用氧-乙炔火焰对乙炔火焰对零件零件表面进行快速加
28、热并随后表面进行快速加热并随后快速冷却的工艺。快速冷却的工艺。特点特点：不需要特殊设备，不需要特殊设备，淬火质量不够稳定；淬火质量不够稳定；适合单件或小批量生产。适合单件或小批量生产。2）感应加热表面淬火）感应加热表面淬火 利用感应电流通过利用感应电流通过工件所产生的热效应，工件所产生的热效应，使得工件表面受到局部使得工件表面受到局部加热，并进行快速冷却加热，并进行快速冷却的淬火工艺。的淬火工艺。特点特点：加热速度冷却快，加热速度冷却快，淬火质量好；淬火质量好；适合大批量生产。适合大批量生产。3）感应加热表面）感应加热表面淬火电流频率淬火电流频率与与淬硬层的关系：淬硬层的关系：指出：指出：频率
29、越高频率越高淬硬层深度淬硬层深度越浅；越浅；生产上根据零件技术要求，通过调整频率获生产上根据零件技术要求，通过调整频率获 得需要使用性能。得需要使用性能。二、化学热处理二、化学热处理1）定义定义 将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素几种元素渗入工件的表渗入工件的表层层以改变以改变其化学成分其化学成分、组织和性组织和性能的热处理工艺称为能的热处理工艺称为化学热处理化学热处理。2）目的目的 与其它热处理相比，能更有效地改变与其它热处理相比，能更有效地改变零件零件表表层的层的 使用性能。使用性能。3）分类分类 根据根据渗入渗入元素不同可分为
30、：元素不同可分为：渗渗C、渗渗N、C-N共渗、渗共渗、渗B 以及渗金属（以及渗金属（Cr、Al、Zn）等。等。591.1.化学热处理的原理化学热处理的原理 基本过程：基本过程：1 1）分解分解首先在气氛中产生活性原子；首先在气氛中产生活性原子；2 2）吸收吸收工件表面吸收活性原子；工件表面吸收活性原子；3 3）扩散扩散表面吸收活性原子产生浓度差，向中表面吸收活性原子产生浓度差，向中 心迁移，经过一段时间后，形成一定厚心迁移，经过一段时间后，形成一定厚 度的度的扩散层（扩散层（渗渗层）。层）。602.钢的钢的渗碳渗碳方法方法：固体渗碳、气体渗碳、液体（盐浴）渗碳：固体渗碳、气体渗碳、液体（盐浴）
31、渗碳61渗渗C过程过程：将零件加热到将零件加热到930，开始滴入渗碳剂，开始滴入渗碳剂（煤油、丙酮、甲醇），经（煤油、丙酮、甲醇），经分解后分解后开始向低碳开始向低碳钢的表面渗入碳原子，随着时间的延长，使表钢的表面渗入碳原子，随着时间的延长，使表层的含层的含C量可达量可达1.0%，成为高碳钢；然后经表，成为高碳钢；然后经表面淬火和低温回火后，使得零件的表面硬度可面淬火和低温回火后，使得零件的表面硬度可达达5664HRC，而心部仍然是保持低碳钢，得到，而心部仍然是保持低碳钢，得到一种所谓一种所谓 外硬内韧外硬内韧的使用性能。的使用性能。62渗碳后的组织渗碳后的组织3.钢的钢的渗渗氮氮 在在A1温
32、度以下，使活性温度以下，使活性氮氮原子渗入工件表面的一原子渗入工件表面的一种化学热处理工艺，称为渗氮。种化学热处理工艺，称为渗氮。目的目的：提高工件表层的硬度、耐磨性、红硬性、耐：提高工件表层的硬度、耐磨性、红硬性、耐蚀性和疲劳强度。蚀性和疲劳强度。方法方法通入氨通入氨气（气（NH3）介质介质。1）气体渗气体渗氮：氮：加热加热（500600 ）分解出分解出N原子；原子；2）离子离子渗渗氮：氮：高压形成辉光放电高压形成辉光放电 分解出分解出N离子。离子。渗氮专用钢渗氮专用钢：通常是指含有通常是指含有Cr、Mo、Al等合金元素的钢。等合金元素的钢。例如：例如：38CrMoAl就是一种典型的渗氮用钢
33、。就是一种典型的渗氮用钢。因为这些合金元素与氮元素形成非常稳定的因为这些合金元素与氮元素形成非常稳定的氮化物氮化物。获得的氮化层薄而致密，一般为获得的氮化层薄而致密，一般为0.1 0.6mm。钢件氮化后钢件氮化后具有很高硬度，具有很高硬度，1000HV以上（相当以上（相当 于于6972HRC），），并且当加热至并且当加热至600 650使用时使用时 仍能保持高硬度，即：具有高的仍能保持高硬度，即：具有高的耐磨性耐磨性和和红硬性红硬性。6538CrMoAl氮化工艺氮化工艺渗氮工件的渗氮工件的工艺路线：工艺路线：锻造锻造 退火退火 机械粗加工机械粗加工 调质调质 机械细加工机械细加工 去应力退火去
34、应力退火 粗磨粗磨 渗氮渗氮 精精磨或研磨。磨或研磨。6638CrMoAl氮化后组织形态及性能氮化后组织形态及性能表层组织：白亮层表层组织：白亮层+针状氮化物针状氮化物表层表层厚度：一般为厚度：一般为0.10.6mm表层硬度：在表层硬度：在1000HV以上（相当于以上（相当于6972HRC）表层性能：高的表层性能：高的耐磨性耐磨性和和红硬性红硬性4 4.碳碳-氮共渗氮共渗 碳碳-氮共渗就是同时向零件表面渗入氮共渗就是同时向零件表面渗入碳碳和和氮氮的化学的化学热处理工艺，也称为热处理工艺，也称为氰化氰化。一般采用一般采用高温高温（820 870）或或低温低温（570 ）两种两种气体碳气体碳-氮共
35、渗氮共渗。高温高温碳碳-氮共渗以渗碳为主，获得高碳低氮表层；氮共渗以渗碳为主，获得高碳低氮表层；低温低温碳碳-氮共渗以渗氮为主，实质为氮共渗以渗氮为主，实质为软氮化软氮化。68 碳碳-氮共渗后的机械性能及应用：氮共渗后的机械性能及应用：(1)(1)共渗及淬火后共渗及淬火后,得到的是含得到的是含碳、碳、氮马氏体氮马氏体+细小细小 碳碳-氮化合物，氮化合物，耐磨性耐磨性比渗碳更好。比渗碳更好。(2)(2)共渗层具有比渗碳层更高的压应力共渗层具有比渗碳层更高的压应力,因而因而疲劳疲劳强强 度度更高更高,耐蚀性耐蚀性也较好。也较好。(3)(3)高温碳高温碳-氮共渗氮共渗常用于汽车和机床上的齿轮、蜗常用
36、于汽车和机床上的齿轮、蜗 杆和轴类等零件。杆和轴类等零件。(4)(4)软氮化软氮化常用于处理模具、量具和高速钢刀具。常用于处理模具、量具和高速钢刀具。钢的热处理新技术钢的热处理新技术 为了进一步提高零件机械性能和表面质量为了进一步提高零件机械性能和表面质量,节约能节约能源，降低成本，提高经济效益源，降低成本，提高经济效益,以及减少或防止环境污以及减少或防止环境污染等染等,发展了许多热处理新技术、新工艺。发展了许多热处理新技术、新工艺。1.1.形变热处理形变热处理 塑性变形塑性变形+热处理；热处理；2.2.亚温热处理亚温热处理加热温度在两相区：加热温度在两相区：AC1AC3；3.3.激光激光热处理热处理高能量密度快速高能量密度快速加热加热和快速和快速冷却冷却；4.4.保护气氛热处理保护气氛热处理通入通入N气气和和Ar气加热；气加热；5.5.真空热处理真空热处理真空中真空中（0.0133 1.33Pa）加热加热。
