1、UW-自动化工程部自动化工程部常用材料的热处理常用材料的热处理工艺工艺制作：自动化-工程部时间：2016年5月6日UW-自动化工程部自动化工程部热处理的发展史及定义热处理的发展史及定义热处理的分类及工艺特点热处理的分类及工艺特点热处理工艺的实际应用热处理工艺的实际应用目录目录热处理工艺的技术前景热处理工艺的技术前景UW-自动化工程部自动化工程部2023-2-5一.热处理的发展史及定义中国古代热处理中国古代热处理 材料热处理在中国有着悠久的历史，许多发明和技术在世界热处理史上处于遥遥领先的地位，其中不少成果还传播到了世界各地，对世界热处理技术的进步起到了直接的促进作用。（1 1）人类自觉进行热处
2、理最早事例）人类自觉进行热处理最早事例：中国古代将火用于材料热处理是从新石器时代开始的，由于火，由于热处理，使粘土转变为经久、耐火、耐水的陶器；唐三彩彩陶黑陶白陶UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部瓷器青花瓷素三彩（2 2）退火工艺的发明是人类金属热处理开端）退火工艺的发明是人类金属热处理开端人类应用铜的历史可追溯到公元前7250年以前。早期的铜及其合金不经过退火是不适宜进行大形变量加工的。铜及其合金容易发生加工硬化。中间退火产生再结晶使铜合金软化，以便进行进一步的加工，这一技术以后广泛应用于制造兵器和生活器具。UW-自动化工程部自动化工程部（3 3）固体渗碳制钢术）固
3、体渗碳制钢术固体渗碳是采用将工件埋入固体渗碳物质中进行处理的工艺技术，它是最古老的热处理技术之一。中国固体渗碳处理大约开始于春秋时期，其年代大约在公元前7至前6世纪左右，是金属化学热处理的开端。铜爵青铜剑戈UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部 中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王刘胜生前的佩剑,经过表面渗碳处理，获得心部柔韧表面硬化的良好使用性能，心部含碳量为0.150.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了表面热处理工艺渗碳天工开物叙述了古代制针用的渗碳剂和固体渗碳工艺以及制针工艺中间工序消除内应力的退火。书中还记载有锉刀翻新工艺的记载，说明齿尖已
4、磨损的旧锉刀，先退火再用錾子划齿。UW-自动化工程部自动化工程部2023-2-5热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部实际中的应用齿轮采用正确的热处理工艺，如采用正火、回火、淬火、渗碳、渗氮，调质等方式中的一项或几项相结合，可使寿命比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高。齿轮淬火轴承采用适当的热处理方式，如：淬火、退火、回火等，可以提高轴承的硬度、耐磨性、抗腐蚀性。UW-自动化工程部自动化工程部U
5、W-自动化工程部自动化工程部油钢或铬钢锯条采用直接油淬、低温回火、空冷，退火后加工成型，再淬火+低温回火等一系列热处理方式不但可以增强锯条的刚度还能增加韧性以及耐磨性和刀刃的锋利性。刀经过淬火增强其硬度，再回火后提高耐磨性和刀刃的锋利性。军刀UW-自动化工程部自动化工程部二.热处理的分类及工艺特点热处理的分类UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部碳钢各种热处理工艺示意图UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部退火？将钢加热至适当温度保温，然后将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却缓慢冷却 (炉冷炉冷)的热处理工艺。的热处理工艺。退火的目的使经过铸造、锻轧
6、、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。普通热处理降低硬度，提高塑性，便于切削加工消除内应力，提高组织和成分的均匀化细化晶粒、为后续的热处理做组织准备UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部完全退火等温退火球化退火扩散退火去应力退火再结晶退火退火的种类退火的种类有哪些？有哪些？UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部完全退火(重结晶退火)将工件加热到Ac3+3050,保温后随炉冷却到500以下在空气中冷却退火工艺，主要用于亚共析钢。真空退火炉台车退火炉UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动
7、化工程部自动化工程部所谓“完全”是指退火时钢的内部组织全部进行了重结晶。通过完全退火来细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，便于切削加工，并为加工后零件的淬火作好组织准备。重结晶退火（完全退火）多用于铸、焊件及中碳钢和中碳合金钢锻轧件等。UW-自动化工程部自动化工程部等温退火亚共析钢加热到Ac3+3050,共析、过共析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留(待奥氏体转变为珠光体)，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢.UW-自动化工程部自动化工程部等温退火可使钢材组织均匀，硬度降低，防止产生白点，多用于中碳合金钢和某些高
8、碳合金钢的重型铸锻件及冲压体等。（组织与硬度相比完全退火更为均匀）等温退火：790-810度加热，710-720度等温，空冷-HB207-229等温退火的齿轮UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部球化退火将工件加热到Ac1+30-50 保温后缓冷，或者加热后冷却到略低于 Ar1 的温度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。主要用过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。这种工艺有利于塑性加工和切削加工，还能提高机械韧性。尤其对于轴承钢、工具钢等钢种而言。目的？目的？锉刀量具，刃具UW-自
9、动化工程部自动化工程部如在淬火前实施球化退火，即可获得下列效果：轴承钢淬火效果均一；减少淬火变形；提高淬火硬度；改善工件切削性能；提高耐磨性和抗点蚀性等轴承的性能。工具钢淬火效果均一；抑制淬裂、淬弯等现象；提高耐磨性、刀刃锋利程度及使用寿命。轴承钢轴承UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部车刀丝锥铣刀盘铣刀UW-自动化工程部自动化工程部方法是在材料不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓慢冷却的热处理工艺（也称均匀化退火）。扩散扩散退火退火这种退火的目的是，为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀
10、性以达到改善钢的组织，提高钢的力学性能的目的。扩散退火可以在专用退火炉内进行，也可以在开坯轧制之前的加热过程中进行。扩散退火加热温度很高，时间较长，消耗热量大而生产率低，只有在必要时才使用。因此，扩散退火多用于优质合金钢及偏析现象较为严重的钢或合金。棒料板坯铸件缺点：缺点：UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部去应力退火去应力退火是将工件加热到Ac1以下的适当温度，保温一定时间后逐渐缓慢冷却的工艺方法。其目的是为了去除由于机械加工、变形加工、铸造、锻造、热处理以及焊接后等产生的残余应力。去应力退火工艺曲线焊接完后有局部残余应力变形件焊接件UW-自动化工程部自动化工程部不同
11、的工件去应力退火工艺 参数见下表去应力退火可去除车削时产生的局部残余应力丝杠在加工前对毛坯处理消除内应力主轴在粗加工后对其去应力退火防止变形UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部再结晶退火再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，目的是消除形变强化和残余应力。应用于冷扎，冷拉，冷压方面。再结晶退火用于经加工硬化的钢件，可降低硬度，提高塑性，以便加工继续进行，因此，再结晶退火是冷作加工后钢的中间退火。铜的再结晶退火主要目的是消除内应力,防止黄铜的应力腐蚀开裂和工件在切削加工过程中发生变化。超低碳（0.03%）不锈钢在
12、冷变形加工后再结晶退火去除加工硬化，消除加工应力。UW-自动化工程部自动化工程部重结晶和再结晶的区别重结晶和再结晶最本质的区别是前者发生了相变，是属于从低温相（铁素体）升温转变为高温相（奥氏体）在降温发生相变，形核形成晶粒，这一过程为重结晶。再结晶一般是指较大变形量的金属材料在随后的加热过程中（回火，再结晶退火），严重变形的晶粒发生回复，行核长大，形成细小的等轴晶粒，这一过程不会发生相变，只有应变能的释放。重结晶过程示意图UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部正火？正火温度又称常化，是将工件加热至Ac3或Accm以上3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾
13、或吹风冷却的金属热处理工艺。UW-自动化工程部自动化工程部工艺工艺名称名称作用作用应用范围应用范围正火正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理；低碳钢可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理；中碳钢可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织；工具钢、轴承钢、渗碳钢等可以细化铸态组织，改善切削加工性能；铸钢件可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向；大型锻件使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件；球墨铸铁可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化；过共析钢球化退火
14、前进行一次正火正火的应用范围UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部正火可避免在淬火时产生裂纹正火可避免在淬火时产生裂纹正火可以提高零件的硬度、强度、耐磨性正火可以提高零件的硬度、强度、耐磨性柴油机曲轴柴油机连杆主轴齿轮UW-自动化工程部自动化工程部淬火？钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。UW-自动化
15、工程部自动化工程部各种淬火方法示意图1单液淬火法2双液淬火法3分级淬火法4等温淬火法盐浴炉UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部淬火的目的淬火的目的使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部淬火方式过程过程应用应用单介质（水、油、空气）把已加热到淬火温度的工件淬人一种淬火介质，使其完全冷却。这种是最简单的淬
16、火方法，常用于形状简单的碳钢和合金钢工件双介质把加热到淬火温度的工件，先在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近Ms点，然后转入慢冷的淬火介质中冷却至室温，以达到不同淬火冷却温度区间，并有比较理想的淬火冷却速度。用于形状复杂件或高碳钢、合金钢制作的大型工件，碳素工具钢也多采用此法。常用冷却介质有水-油、水-硝盐、水-空气、油-空气，一般用水作快冷淬火介质，用油或空气作慢冷淬火介质，较少采用空气，如：球磨机衬板。马氏体分级马氏体分级淬火：钢材奥氏体化，随之浸入温度稍高或稍低于钢的上马氏点的液态介质(盐浴或碱浴)中，保持适当时间，待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷，过冷奥氏体缓慢转变成马氏体的淬火
17、工艺。一般用于形状复杂和变形要求严的小型工件，高速钢和高合金钢工模具也常用此法淬火。低于Ms点的马氏体分级低于Ms点的马氏体分级淬火法：浴槽温度低于工件用钢的Ms而高于Mf时，工件在该浴槽中冷却较快，尺寸较大时仍可获得和分级淬火相同的结果。常用于尺寸较大的低淬透性钢工件。贝氏体等温氏体等温淬火法：将工件淬入该钢下贝氏体温度的浴槽中等温，使其发生下贝氏体转变，一般在浴槽中保温3060min。贝氏体等温淬火工艺主要三个步骤：奥氏体化处理；奥氏体化后冷却处理；贝氏体等温处理；常用于合金钢、高碳钢小尺寸零件及球墨铸铁件。十种常用淬火方式UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部方式方
18、式过程过程应用应用复合淬火法先将工件急冷至Ms以下得体积分数为10%30%的马氏体，然后在下贝氏体区等温，使较大截面工件得到马氏体和贝氏体组织常用于合金工具钢工件。预冷等温淬火法又称升温等温淬火，零件先在温度较低（大于Ms）浴槽中冷却，然后转入温度较高的浴槽中，使奥氏体进行等温转变。适用于淬透性较差的钢件或尺寸较大又必须进行等温淬火的工件，如：模具、刀具、齿轮。延迟冷却淬火法零件先在空气、热水、盐浴中预冷到稍高于Ar3或Ar1温度，然后进行单介质淬火。常用于形状复杂各部位厚薄悬殊及要求变形小的零件。淬火自回火法将被处理工件全部加热，但在淬火时仅将需要淬硬的部分（常为工作部位）浸入淬火液冷却，待
19、到未浸入部分火色消失的瞬间，立即取出在空 气中冷却的淬火工艺。淬火自回火法利用心部未全部冷透的热量传到表面，使表面回火。常用于承受冲击的工具如錾子、冲子、锤子等。喷射淬火法向工件喷射水流的淬火方法，水流可大可小，根据所要求的淬火深度而定。喷射淬火法不会在工件表面形成蒸汽膜，这样就能够保证得到比普通水中淬火更深的淬硬层。主要用于局部表面淬火。UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部水淬油淬球磨机衬板采用热稳定性能好的专用双介质淬火剂为介质，使产品达到高强度、高硬度和高韧性的配合，以满足了耐磨损的工艺要求UW-自动化工程部自动化工程部回火？是将经过淬火的工件重新加热到低于下临界
20、温度（Ac1）的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。回火一般紧接着淬火进行，其目的是：（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；（c）稳定组织与尺寸，保证精度；（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要 工序。通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。井式回火炉回火UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部按回火温度范围，回火可分为低温回火、按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火中温回火和和高温回火高温回火。类别类别工艺特点工艺特点目的目
21、的力学性能力学性能应用范围应用范围低温回火回火温度150250保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。5864HRC，高的硬度和耐磨性刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。中温回火回火温度350500得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。3550HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。弹簧、锻模、冲击工具等。高温回火回火温度500650，一般习惯将淬火后经高温回火成文调质处理得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学
22、性能。回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。200350HBS，较好的综合力学性能。广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。UW-自动化工程部自动化工程部回火可提高螺栓和轴的强度以及韧性和塑性UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部回火可释放拉丝和卷簧过程中造成的残余应力回火可提高钻头的韧性和刚度UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部表面热处理表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。表面淬火目的
23、：使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。适用于：承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。表面淬火分类：感应加热、火焰加热、电接触加热；UW-自动化工程部自动化工程部1.感应加热感应加热设备感应加热:利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。感应加热表面淬火示意图UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部感应加热分为感应加热分为：高频感应加热：高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。频率为250-300KHz，淬硬
24、层深度0.5-2mm感应加热表面淬火齿轮的截面图高频感应器高频淬火淬火具有表面质量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，变形小等优点，所以感应加热设备在金属表面热处理中得到了广泛应用。如:高强度螺栓、螺母、齿轮、链轮、轴类、硬质合金刀头、锯片、截齿、钎头、钻杆、煤钻头、风钻头等矿山设备的焊接。UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部链轮截齿钻杆煤钻头UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部中频感应加热用于加热金属零件及表面局部淬火，频率为2500-8000Hz，淬火层深度2mm-15mm，如金刚石锯片、钻头、车刀、硬质合金、齿轮、汽车万向节、曲轴、紧固件等。
25、汽车万向节中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴UW-自动化工程部自动化工程部加热轴类低频感应加热用于加热金属零件及表面淬火，频率为50Hz，淬火层深度10mm-15mm，如：轧辊、微波炉。磨床主轴UW-自动化工程部自动化工程部1.高频淬火淬硬层浅（1.52mm），硬度高、工件不易氧化、变形小、淬火质量好、生产效率高，适用于摩擦条件下工作的零件，如一般较小的齿轮、轴类（所用材料为45号钢、40Cr）；2.中频淬火淬硬层较深（35mm），适用于承受扭曲、压力负荷的零件，如曲轴、大齿轮、磨床主轴等（所用材料为45号钢、40Cr、9Mn2V和球墨铸铁）。高频淬火和中频淬火的区别高频淬火和中频淬火的区别轧辊
26、UW-自动化工程部自动化工程部2.火焰加热利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制。1）加热速度快，土坯料表面的氧化、脱碳也非常少。它可以使土坯料获得较高的疲劳性能；2）短的加热时间有利于局部加热。加热区温度可以迅速建立，温度过度区比较窄，即减少了电能的损耗，又利于有些局部加热工件的锻压成形；3）加热速度快，氧化皮少，使模具寿命延长（有资料表明，仅由于感应加热氧化皮少一项，可以使模具寿命提高30%）。优点含碳量在0.35-0.7.%之间的碳素钢。含碳量在0.20-0.60%之间的低合金钢。含碳量在0.20以上的12Cr13型不锈钢含碳量在0.60-0.80%以上的的灰铸铁与球
27、墨铸铁等。适用材料：UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部火焰加热表面淬火加热轴类加热管类加热齿轮表面UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部激光热处理:利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。效率高，质量好。3.激光加热加热速度极快，工件热变形极小。由于激光束扫描（加热）面积很小，可十分精确地对形状复杂的工件（如有盲孔、小孔、小槽、薄壁零件等）进行处理或局部处理，也可根据需要在同一零件的不同部位进行不同的处理。能精确控制其加工条件，操作简单，可实现在线加工，也易于与计算机连接，便于实现自动化生产。与普通热处理相比，它具有如下特点：不需要加热介质
28、，有利于环境保护；工件经激光淬火后表面硬度高（比普通淬火硬度值高15%20%）、疲劳强度高（表面具有4000Mpa以上的残余压应力）。节省能源，并且工件表面清洁，处理后不需修磨，可作为工件精机械加工的最后一道工序。不足之处在于：只能改变工件表面性能，但不能改善心部性能；不能用于重负荷工件，也不适用于大型工件。UW-自动化工程部自动化工程部激光表面加热淬火实例UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还
29、改变其化学成分。化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。渗碳回火炉UW-自动化工程部自动化工程部机械零件的失效和破坏，大多数都萌发在工件的表面层，特别在可能引起磨损、疲劳、金属腐蚀、氧化等条件下工作的零件，其表面层的性能就显得尤为重要。经化学热处理后的钢件，实质上可以认为是一种特殊复合材料。经化学热处理后的钢件渗入了合金元素的材料原始成分的钢紧密的晶体型结合远远强于电镀等表面涂覆技术所获得的心、表部之间的结合。UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部化学热处理的目的提高零件的耐磨性提高零件的疲劳强度提
30、高零件的抗蚀性提高零件的抗高温氧化性目的有四 提高零件的耐磨性在表面形成高硬层钢件渗碳淬火可获得高碳M硬化表层；合金钢件渗氮可获得合金氮化物的弥散硬化表层。在表面形成减磨、抗粘结薄膜在表面形成高硬层与抗粘或减磨薄膜蒸汽表面处理产生的Fe3O4薄膜有抗粘结的作用，表面硫化获得的FeS薄膜可兼有减磨与抗粘结的作用。近年来发展起来的多元共渗工艺，如氧氮共渗，硫氮共渗，碳氮硫氧硼五元共渗等。UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部渗碳、渗氮、软氮化和碳氮共渗等方法，都可使钢零件在表面强化的同时，在零件表面形成残余压应力，有效地提高零件的疲劳强度。提高零件的疲劳强度钢件渗铝、渗铬、渗
31、硅后，与氧或腐蚀介质作用形成致密、稳定的Al2O3、Cr2O3、SiO2保护膜，提高抗蚀性及高温抗氧化性。提高零件的抗蚀性 提高零件的抗高温氧化性例如：渗氮可提高零件抗大气腐蚀性能（零件表面会有一层氮化物薄膜，化学稳定性高且致密）。UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部目前生产中最常用的化学热处理是渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼和渗铝等。化学热处理的基本过程 渗入法化学热处理的基本过程分解吸收扩散钢件周围的介质分解，以形成渗入元素的活性原子活性原子被钢件吸收，其先决条件是活性原子能够溶解于钢件表层金属中渗入原子在基体金属中的扩散，是化学热处理得以进行和获得一定深度渗层的保证U
32、W-自动化工程部自动化工程部渗碳种类最常用常用气体渗碳固体渗碳液体渗碳碳势可控生产效率高劳动条件好便于直接淬火等渗碳用钢：为低碳钢及低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。渗碳的目的提高零件表层的含碳量提高表层硬度，增强零件的抗磨损能力同时保持心部的良好韧性主要用于那些对表面有较高耐磨性要求、并承受较大冲击载荷的零件渗碳渗碳就是将钢件置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态并保温，使其表层形成一个富碳层的热处理工艺。UW-自动化工程部自动化工程部渗碳气氛中的主要组成物都是CO、CO2、CH4、H2和H2O等5种气体；其中CO和CH4起渗碳作用，其
33、余的起脱碳作用。在所供应的原料气氛组成稳定的情况下，只要控制气氛中微量的CO2、H2O、CH4或O2中的任何一个的含量，就可达到控制渗碳炉中碳势的目的。在渗碳炉中，与渗碳有关的最主要反应有如下四个。气体渗碳原理（1）渗碳介质的分解工业气体渗碳方法的主要类型在炉中产生所需要的渗碳气氛可控气氛碳氢化合物气体含碳的有机液体UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部1.工件表面必须清洁；2.炉气需要具有良好的循环：活性碳原子被吸收后，剩下的CO2、H2或H2O等脱碳气氛需要被及时排出；3.控制好分解和吸收两个阶段的速度，使之恰当配合：如果分解速度大于吸收速度，将在工件表面形成积碳，从
34、而影响吸收速度。（2）碳原子的吸收要使反应生成的活性碳原子被钢件表面吸收，必须满足以下条件：碳原子由表面向心部的扩散，是渗碳得以进行并获得一定深度渗层的条件。扩散的驱动力是工件表面与心部的碳浓度梯度。碳在铁中形成的是间隙式固溶体，其扩散系数比形成置换式固溶体的合金元素要大很多，碳在-Fe中的扩散系数为:可见，温度和碳浓度都影响碳的扩散系数。（3）碳原子的扩散UW-自动化工程部自动化工程部渗碳工艺参数渗碳前渗碳中渗碳后除去表面油污、锈斑或其它脏物；对不需要渗碳的局部加以防护；零件在料盘内必须均匀放置。控制气氛的碳势、温度和时间，以保证技术条件规定的表面碳含量、渗层深度和较平缓的碳浓度梯度。根据炉
35、型选取适当的热处理方式进行热处理，以获得预期的性能。渗碳工艺参数气氛的碳势渗碳的温度渗碳的时间UW-自动化工程部自动化工程部固体渗碳是将工件和固体渗碳剂装入渗碳箱中，用盖子和耐火泥封好，然后放在炉中加热至900950，保温足够长时间，得到一定厚度的渗碳层。固体渗碳固体渗碳剂通常是一定粒度的木炭与10%左右的碳酸盐（BaCO3或Na2CO3）的混合物。木炭提供渗碳所需要的活性碳原子，碳酸盐起催化作用。因渗碳箱中的氧气是有限的，因此通过2C+O22CO来获得CO的量是有限的。而加入的催渗剂在高温下会发生分解，放出的CO2与木炭发生反应生成大量的CO，CO在钢件表面分解，从而提供活性碳原子UW-自动
36、化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部固体渗碳的优缺点适用于各种零件，尤其是小批量生产；可使用各种普通加热炉，设备费用低；渗后慢冷，工件硬度低，利于切削加工；不适于浅渗碳层零件生产；表面碳含量很难精确控制；渗碳后不能直接淬火；渗碳时间长，劳动条件差。优点缺点采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，根据淬透性不同，可将渗碳钢分为三类（见下表）。低淬透性渗碳钢：典型钢种如20、20Cr等，其淬透性和心部强度均较低，水中临界直径不超过2035mm。只适用于制造受冲击载荷较小的耐磨件，如小轴、小齿轮、活塞销等。中淬透性渗碳钢：典型钢种如20CrMnTi等，其淬透性较高，油中临界直径约为2560mm
37、，力学性能和工艺性能良好，大量用于制造承受高速中载、抗冲击和耐磨损的零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、离合器轴等。高淬透性渗碳钢：典型钢种如18Cr2Ni4WA等，其油中临界直径大于100mm，且具有良好的韧性，主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克的曲轴和齿轮等。UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部类别钢号统一数字代号化学成分，%热处理，力学性能（不小于）毛坯尺寸/mm应用举例CMnSiCr其他第一次淬火第二次淬火回火b,MPas,MPa5,%，%AKU2,J低淬透性152020Mn215Cr20Cr20MnVU20152U20202A00202A2015
38、2A20202A012020.120.180.170.230.170.240120.180.180.240.170.240.350.650.350.651.401.800.400.700.500.801.301.600.170.370.170.370.170.370.170.370.170.370.170.370.701.000.701.000.070.12 V850水、油880水、油880水、油880水、油780820水、油780820水，油200水、空200水、空200水、空200水、空3754107857358357852252455904905405902725101110105555
39、4045404047554755252515151515小轴、小模数齿轮、活塞销等小型渗碳件小轴、小模数齿轮、活塞销等小型渗碳件代替20Cr作小齿轮、小轴、活塞销、十字削头等船舶主机螺钉、齿轮、活塞销、凸轮、滑阀、轴等机床变速箱齿轮、齿轮轴、活塞销、凸轮、蜗杆等同上，也用作锅炉、高压容器、大型高压管道等、中淬透性20CrMn20CrMnTi20MnTiB20MnVBA22202A26202A74202A732020.170.230.170.230.170.240.170.230.901.200.801.101.301.60.1.201.600.170.370.170.370.170.370.1
40、70.370.901.201.001.300.701.000.801.100.040.10 Ti0.040.10 Ti0.00050.0035 B0.00050.0035 B0.070.12 V850油880油860油850油870 油200水、空200水、空200水、空200水、空93010801130108073585093088510101010454545454755555515151515齿轮、轴、蜗杆、活塞销、摩擦轮汽车、拖拉机上的齿轮、齿轮轴、十字头等代替20CrMnTi制造汽车、拖拉机截面较小、中等负荷的渗碳件代替2CrMnTi、20Cr、20CrNi制造重型机床的齿轮和轴、汽
41、车齿轮高淬透性 18Cr2Ni4WA20Cr2Ni412Cr2Ni4A52183A43202A431220.130.190.170.230.100.160.300.600.300.600.300.600.170.370.170.370.170.371.351.651.251.651.251.650.81.2 W4.04.5 Ni3.253.65 Ni3.253.65 Ni950空880油860油850 空780 油780油200水、空200水、空200水、空1180118010808351080835101010454550786371151515大型渗碳齿轮、轴类和飞机发动机齿轮大截面渗碳件
42、如大型齿轮、轴等承受高负荷的齿轮、蜗轮、蜗杆、轴、方向接头叉等UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部活塞销变速齿轮UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部离合器轴凸轮UW-自动化工程部自动化工程部(1)渗碳前的预处理正火-目的是改善材料原始组织、减少带状、消除魏氏组织，使表面粗糙度变细，消除材料流线不合理状态。正火工艺：用860-980C空冷、179-217HBS.(2)渗碳后需进行机械加工的工件，硬度不应高于30HRC。(3)对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件，薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工。(4)不得用镀锌的方法防渗碳。注意事项注意事项UW-自动化工程部
43、自动化工程部渗氮工艺又叫氮化。它是将氮渗入钢件表面，以提高其硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性的一种化学处理方法。渗氮渗氮渗氮的特点渗氮件的表面硬度可高达HRC70左右，并可保持到500左右而不降低，而渗碳层淬火后其硬度在HRC6062左右并在200以上就急剧下降。由于渗氮层硬度高，其耐磨性也较高。高的硬度和耐磨性由于渗氮后表面形成的氮化物薄膜，化学稳定性高而且致密。高的疲劳强度氮化层内的残余压应力比渗碳层大，故氮化后可获得较高的疲劳强度。渗氮件的变形很小且规律性强因为氮化后钢件不需其他任何热处理。良好的抗咬卡性能由于氮化层的高硬度和高温硬度。良好的耐腐蚀性能UW-自动化工程部自动化工程部UW-自
44、动化工程部自动化工程部处理时间长生产成本高氮化层较薄（0.30.6mm）氮化层脆性较大氮化的主要缺点氮化普通氮化离子氮化固体氮化液体氮化气体氮化离子渗氮（氮化炉）UW-自动化工程部自动化工程部气体氮化时一般使用的气体有：无水氨气、氨气+氢气、氨气+氮气。氨气的分解氮原子的吸收氮原子的扩散整个氮化过程分为三个阶段纯铁氮化时表面形成相与(NH3+H2)混合气平衡的条件氨气的分解氨气的分解UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部氮原子的吸收氮原子的吸收活性氮原子只有一部分能立即被钢件表面吸收，而多数活性氮原子则很快相互结合成氮分子而逸出。氮原子的扩散氮原子的扩散在气体氮化时，由于
45、气氛中的氮势很容易超过生成化合物所需要的氮量，因此在钢件表面极易生成一层化合物，此时氮原子将溶于化合物层中并不断向内扩散。UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部氮化前的热处理氮化前的热处理氮化零件的心部性能，由氮化前的热处理决定，因此，氮化前的热处理非常重要。时效强化M相变强化氮化后不需热处理渗碳后必须淬火同时也改变心部的性能强化机理不同氮化渗碳调质处理淬火回火氮化前的热处理一般都是：调质处理=+淬火温度：由钢的Ac3决定；淬火介质：由钢的淬透性决定；回火温度：由心部的硬度要求和对氮化层硬度的影响决定。一般情况下，为了保证心部组织的稳定性，避免氮化时心部性能发生变化，通常
46、都使氮化前的回火温度比氮化温度高50左右。UW-自动化工程部自动化工程部气体氮化工艺气体氮化工艺氮化温度影响着氮化层的深度和硬度；氮化时间则主要影响层深。正确制订氮化工艺，关键在于选择好三个参数：氮化温度和时间的选择氮化温度和时间的选择氮化温度氮化时间气氛氮势1.氮化前零件的回火温度，使氮化温度低于回火温度50左右；2.氮化层深的要求，氮化层要求较深，氮化温度应高一些；3.金相组织的要求，氮化温度越高，越容易出现白层(-Fe2N1-x+-Fe4N)和网状氮化物。氮化温度的选择：主要根据对零件表面硬度的要求而定，要求硬度高者，氮化温度应适当降低。在此前提下，还要考虑：氮化时间的选择：主要依据氮化
47、的层深而定。氮化零件的检验和常见的缺陷氮化零件的检验和常见的缺陷表面硬度渗层深度心部硬度金相组织变形量等对氮化零件的技术要求包括氮化气氛中主要成分有：NH3、N2、H2等；氮势：气氛中氨气与氢气的分压比值PNH3/PH2。UW-自动化工程部自动化工程部渗氮用钢-凡含有Cr、Mo、V、Ti、Al等元素的低、中碳合金结构钢、工具钢、不锈钢(不锈钢渗氮前需去除工件表面的钝化膜,对不锈钢、耐热钢可直接用离子氮化方法处理)、球墨铸铁等均可进行渗氮。渗氮后零件虽然具有高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度，但只是表面很薄的一层(铬钼铝钢于500540经35-65h渗氮层深只达0.3-0.65mm)。必须有强而韧的
48、心部组织作为渗氮层的坚实基底，才能发挥渗氮的最大作用。总的来看，大部分渗氮零件是在有摩擦和复杂的动载荷条件下工作的,不论表面和心部的性能都要求很高。如果用碳钢进行渗氮,形成Fe4N和Fe2N较不稳定。温度稍高,就容易聚集粗化,表面不可能得到更高的硬度,并且其心部也不能具有更高的强度和韧性.当前专门用于渗氮的钢种是38CrMoAlA，其中铝与氮有极大的亲和力，是形成氮化物提高渗氮层强度的主要合金元素。AlN很稳定，到约1000的温度在钢中不发生溶解。由于铝的作用使钢具有良好的渗氮性能，此钢经过渗氮表面硬度高达1100-1200HV(相当67-72HRC)。38CrMoAlA钢脱碳倾向严重，各道工
49、序必须留有较大的加工余量。UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部为了在表面得到高硬度和高耐磨性，同时获得强而韧的心部组织，必须向钢中加入一方面能与氮形成稳定氮化物，另外还能强化心部的合金元素。如Al、Ti、V、W、Mo、Cr等，均能和氮形成稳定的化合物。其中Cr、W、Mo、V还可以改善钢的组织，提高钢的强度和韧性。最常用的渗氮钢有38CrMoAl、35CrAl，渗氮后的表面硬度和耐磨性很高；用于提高疲劳强度的渗氮钢有38CrA、40CrNiMoA、18CrNiW；不锈钢有4Cr14Ni14W2Mo、Cr10Si2Mn；模具钢有3Cr2W8；弹簧钢有50CrVA等。38Cr
50、MoAl：用于制作高耐磨性、高疲劳强度和相当大的强度、处理后尺寸精度高的氮化零件，如仿模、气缸套、齿轮、高压阀门、镗杆、蜗杆、磨床主轴等。但尺寸较大的零件不宜采用。发动机汽缸套UW-自动化工程部自动化工程部UW-自动化工程部自动化工程部高压阀门4Cr14Ni14W2Mo：有较高的热强性，用于内燃机重负荷排气阀。在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件
