钢的热处理原理和工艺.优秀PPT.ppt

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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 热处理是改善金属材料运用性能和工艺性热处理是改善金属材料运用性能和工艺性能的一种特别重要的工艺方法。能的一种特别重要的工艺方法。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组织和性能，充要工序。它担负着改善工件的组织和性能，充分发挥材料潜力，从而提高产品质量延长运用分发挥材料潜力，从而提高产品质量延长运用寿命的重要任务。寿命的重要任务。重要的机械零件必需经热处理才能获得良重要的机械零件必需经热处理才能获得良好的运用性能。好的运用性能。1.钢的热处理原理及分类一、热处理原理1.定义 将钢在

2、固态范围内，接受适当的方式进行加热、保温顺冷却，以获得所须要的组织结构与性能的工艺方法。2.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：热处理不变更工件的形态和尺寸，只变更热处理不变更工件的形态和尺寸，只变更工件的内部组织和性能的一种特别重要的工艺工件的内部组织和性能的一种特别重要的工艺方法。方法。根本缘由：是由于铁具有同素异构转变特根本缘由：是由于铁具有同素异构转变特性，从而使钢在加热和冷却过程中发生组织和性，从而使钢在加热和冷却过程中发生组织和结构上的变更，从而可以改善和提高获得所须结构上的变更，从而可以改善和提高获得所须要的运用性能。要的运用性能。

3、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加热加热冷却冷却保温保温2.钢在加热及冷却时的组织转变钢在加热及冷却时的组织转变一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变1.钢在加热和冷却时的相变温度钢在加热和冷却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铁碳合金状态图；碳合金状态图；但实际转变温度（相变温度）比但实际转变温度（相变温度）比状态图上的状态图上的临界温度（临界温度（A1、A3、Acm）有确）有确定的滞后现象，定的滞后现象，接受代号表示。即：加热接受代号表示。即：加热(c)和冷却和冷却(r)A3Ac3Ar3A1Ac1Ar1AcmAccmArcm

4、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（以共析钢为例）奥氏体的形成（以共析钢为例）(1)(1)奥氏体晶核的形成；奥氏体晶核的形成；(2)(2)奥氏体晶核的长大；奥氏体晶核的长大；(3)(3)残余渗碳体的溶解；残余渗碳体的溶解；(4)(4)奥氏体成分的匀整化。奥氏体成分的匀整化。（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；形核；b)长大；长大；c)残余渗碳体溶解；残余渗碳体溶解；d)奥氏体匀整化奥氏体匀整化奥奥氏氏体体形形成成示示意意图图4秒秒6秒秒8秒秒15秒秒 对于亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程：对于亚共析钢、

5、过共析钢的奥氏体化过程：1.亚亚共析钢：共析钢：F+PF+AA2.过过共析钢：共析钢：Fe3C+PFe3C+AA3.3.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长的粗大，严格限制加热温度和保温时间。为了防止晶粒长的粗大，严格限制加热温度和保温时间。4.4.奥氏体晶粒大小的实际意义：奥氏体晶粒大小的实际意义：钢中奥氏体晶粒的大小干脆影响到冷钢中奥氏体晶粒的大小干脆影响到冷却后的组织和性能。奥氏体晶粒细小，则其转却后的组织和性

6、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；反之，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。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

7、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。1 1）珠光体型转变区（）珠光体型转变区（A1 550 A1 550）高温等温转变高温等温转变a a）形成温度范围）形成温度范围 A1 650 A1 650 b b）组织）组织珠光体（珠光体（P P）粗片状珠光体粗片状珠光体 片层间距片层间距 0.4 m 0.4 mC C）性能）性能 强度比较高，硬度适中强度比较高，硬度适中

8、 170 220HBW 170 220HBW 有确定的塑性，具有较有确定的塑性，具有较 好的综合好的综合 力学性能。力学性能。珠光体组织珠光体组织3800 a a）形成温度范围形成温度范围 650600b）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 0.2mC）性能性能硬度为硬度为230320HBW 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 a a）形成温度范围形成温度范围 600550b）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间距片层间距0.2m C）性能性能硬度为硬度为330400HBW 综合综合力学

9、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 2 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。a a）形成温度范围）形成温度范围 550 350 550 350 b b）组织）组织上贝氏体（上贝氏体（B B上）上）形态呈典型羽毛状形态呈典型羽

10、毛状C C）性能）性能 硬度为硬度为40 40 45HRC45HRC 强度低，塑性很强度低，塑性很差，差，基本上没有运用价基本上没有运用价值。值。下贝氏体组织下贝氏体组织组织组成：组织组成：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，有确定角度，形成长成针片状，互不平行，有确定角度，形成分枝；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。a a）形成温度范围）形成温度范围 350 Ms 350 Ms b b）组织）组织下贝氏体（下贝氏体（B B下）下）形态呈黑色针叶状形态呈黑色针叶状C C）性能）性能 硬度可达硬度

11、可达45 55HRC45 55HRC 具有较高的强度及具有较高的强度及 良好的塑性和韧性。良好的塑性和韧性。接受等温淬火方法可获得接受等温淬火方法可获得B B下，是各种困难下，是各种困难模具、量具、刀具热处理后的一种志向组织。模具、量具、刀具热处理后的一种志向组织。下贝氏体组织下贝氏体组织6302 2）马氏体型转变区（）马氏体型转变区（Ms Ms MfMf）低温连续转变低温连续转变定义定义 碳在碳在-Fe-Fe中的过饱和固中的过饱和固溶体溶体 称为马氏体（用称为马氏体（用M M表示）表示）分类分类 依据碳含量不同分为：依据碳含量不同分为：低碳马氏体低碳马氏体 0.20%C 0.25%C 0.2

12、5%Cabca=bc碳原子碳原子低碳低碳马氏体马氏体组织特征：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HRC4550，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 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HRC60，表现为硬度高而表现为硬度高而脆性大。脆性大。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

13、加。的增加而增加。马氏体转变特点马氏体转变特点a a）过冷）过冷 A A 转变为马氏体是一种非扩散型转变；转变为马氏体是一种非扩散型转变；b b）马氏体转变是在确定温度范围内（）马氏体转变是在确定温度范围内（Ms MfMs Mf）的）的 连续冷却过程中进行的；连续冷却过程中进行的；c c）马氏体的转变速度极快，产生很大的内应力，转）马氏体的转变速度极快，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，仍有少量未转变的）马氏体转变的不彻底性，仍有少量未转变的A A 被保留下来，成为残余奥氏体（用被保留下来，成为残余奥氏体（用ARAR表示）。表示）。e e）

14、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 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（用临界冷却速度（用c c表示）。表示）。指出：指出：每一种钢的临界冷却速度都不同。要想获得马每一种钢的临界冷却速度都不同。要想获得马氏体组织，必需使其冷却速度氏体组织，必需使其冷却速度 c 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重要组织。获得马氏体是强化钢材的一种重要组织。二、奥氏体的连续冷却转变二、奥氏体的连续冷却转变（CCT）在实际热处理

15、生产中，在实际热处理生产中，过冷奥氏体转变多数是过冷奥氏体转变多数是在连续冷却过程中进行在连续冷却过程中进行的，除了等温转变获得的，除了等温转变获得贝氏体组织；另外常接受贝氏体组织；另外常接受连续冷却曲线（连续冷却曲线（CCT）与）与等温转变曲线（等温转变曲线（TTT）叠加，近似地分析连续叠加，近似地分析连续冷却转变的组织和性能。冷却转变的组织和性能。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

16、过共析钢过共析钢3.钢的热处理工艺钢的热处理工艺机械零件的一般加工工艺依次：机械零件的一般加工工艺依次：铸造或锻造铸造或锻造退火和正火退火和正火机械粗机械粗加工加工淬火淬火+回火（或表面热处理）回火（或表面热处理）机机械精加工械精加工其中：退火和正火其中：退火和正火预备热处理预备热处理淬火淬火+回火回火最终热处理最终热处理一、退火一、退火 1.1.定义：定义：将钢加热到适当温度，保温确定时间，然将钢加热到适当温度，保温确定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却），以获得接近后缓慢冷却（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。平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。2.退火退火分类：

17、分类：；a.a.扩散退火：扩散退火：Ac3+200300b.完全退火：完全退火：Ac3+2050c.球化退火：球化退火：Ac1+2030d.去应力退火：去应力退火：Ac1；500650 3.3.退火目的：退火目的：1 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 2）细化晶粒，匀整组织，为淬火工序做好准备；）细化晶粒，匀整组织，为淬火工序做好准备；3 3）消退内应力，防止工件变形和开裂；）消退内应力，防止工件变形和开裂；4 4）消退或减轻偏析、带状组织。）消退或减轻偏析、带状组织。4.退火应用：退火应用：1）扩散退火：适宜合金钢锭和大型铸钢件；）扩散

18、退火：适宜合金钢锭和大型铸钢件；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、正火二、正火1.1.定义：定义：将钢加热到将钢加热到Ac3Ac3或或AccmAccm以上以上303050,50,保温适保温适当时间后，在空气中冷却的一种热处理工艺。当时间后，在空气中冷却的一种热处理工艺。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，

19、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 1）作为最终热处理）作为最终热处理 要求不高的一般结构要求不高的一般结构件；件；2 2）作为预先热处理）作为预先热处理 含碳量高的过共析钢；含碳量高的过共析钢；3 3）改善切削加工性能）改善切削加工性能 低、中碳合金结构低、中碳合金结构钢。钢。正火的作用与退火相像，正火的作用与退火相像，正火的作用与退火相像，正火的作用与退火相像，与退火不同之处是：与退火不同之处是：与退火不同之处是：与退火不同之处是：正火是在空气中冷却，冷正火是在空气中冷却，冷正火是在空气中冷却，冷正火是在空气中冷却，冷却速度快，所获得的组却速度快，所获得的组

20、却速度快，所获得的组却速度快，所获得的组织更细。织更细。织更细。织更细。b.b.b.b.正火后的强度、硬度正火后的强度、硬度正火后的强度、硬度正火后的强度、硬度较退火后的稍高，而塑较退火后的稍高，而塑较退火后的稍高，而塑较退火后的稍高，而塑性、韧性则稍低。性、韧性则稍低。性、韧性则稍低。性、韧性则稍低。c.c.c.c.不占用设备；生产率不占用设备；生产率不占用设备；生产率不占用设备；生产率高。高。高。高。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3050 （过共析钢），保温后（过共析钢），保温后在淬火介质中快速

21、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）的一种热处理工的一种热处理工艺艺。钢的淬透性与淬硬性区分：钢的淬透性与淬硬性区分：淬透性淬透性在规定的条件下，钢接受淬火在规定的条件下，钢接受淬火 时获得马氏体组织深度的实力。时获得马氏体组织深度的实力。淬硬性淬硬性钢淬火后能够达到的最高硬度，钢淬火后能够达到的最高硬度，它主要确定于马氏体中的含碳量。它主要确定于马氏体中的含碳量。指出：指出：淬透性好的钢淬硬性不确定高。淬透性好的钢淬硬性不确定高。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

22、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。3淬火方法选择淬火方法选择 依据钢材成分及对组织、性能依据钢材成分及对组织、性能和工件尺寸精度的要求，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。4.4.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

23、不足5 5）淬火软点）淬火软点四、回火四、回火 回火是紧接淬火之后进行的，通回火是紧接淬火之后进行的，通常也是零件进行热处理的最终一道工序。常也是零件进行热处理的最终一道工序。目的是消退和减小内应力、稳定目的是消退和减小内应力、稳定组织、调整性能，获得较好的强度和韧性。组织、调整性能，获得较好的强度和韧性。因为，淬火钢的组织主要由因为，淬火钢的组织主要由马氏体和少量残余奥氏体组成马氏体和少量残余奥氏体组成(有时还有有时还有未溶碳化物未溶碳化物)，存在很大内应力，存在很大内应力，如不刚好消退，将会引起工件的如不刚好消退，将会引起工件的变形、甚至开裂。淬火组织很不稳定，有变形、甚至开裂。淬火组织很

24、不稳定，有向稳定组织转变的趋势，而且组织脆性大，向稳定组织转变的趋势，而且组织脆性大，韧性低，一般不能干脆运用。韧性低，一般不能干脆运用。1.定定义义：将将钢钢加加热热到到Ac1以下某一温度，保温确定以下某一温度，保温确定时间时间后，冷后，冷却到室温的一种却到室温的一种热处热处理工理工艺艺。2.目的：目的：1）降低内）降低内应应力，防止工件力，防止工件变变形、开裂；形、开裂；2）调调整性能（提高淬火整性能（提高淬火钢钢的塑性和的塑性和韧韧性）性）满满足生足生产须产须要；要；3）稳稳定定组织组织，防止尺寸，防止尺寸变变更；更；4）降低硬度，便于切削加工。）降低硬度，便于切削加工。回火往往是零件生

25、回火往往是零件生产产中的最中的最终终一道工序，确定一道工序，确定钢钢件件最最终终的性能。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（200300 ）转变产物：转变产物：回火回火M3 3）渗碳体形成渗碳体形成（300400 ）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S4.4.回火后的组织和应力变更回火后的组织和应力变更5.5.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：150250，5

26、664HRC，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+高温回火高温回火称作称作调质调质处理处理4.钢的表面热处理钢的表面热处理在机械设备中，有很多零件，如：在机械设备中，有很多零件，如：齿轮、花键轴、活塞销等，要求表面齿轮、花键轴、活塞销等，要求表面具有高的硬度和耐磨性而心部却要具有高的硬度和耐磨性而心部却要求确定的强度和足够的韧性。在这种求确定的强度和足够的韧性。在这种状况

27、下，要达到上述要求，假如仅从状况下，要达到上述要求，假如仅从材料方面去解决是很困难的。材料方面去解决是很困难的。如：选用高碳钢，淬火后表面硬度如：选用高碳钢，淬火后表面硬度虽然很高，但心部韧性不足；如：接虽然很高，但心部韧性不足；如：接受低碳钢，虽然心部韧性好，但表面受低碳钢，虽然心部韧性好，但表面硬度和耐磨性低。这就须要对零件进硬度和耐磨性低。这就须要对零件进行表面热处理，以达到强化表面的目行表面热处理，以达到强化表面的目的，即：所谓的，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：一类是只变更工件表面组织而不变更表面化学一类是只变更工件表面组织而不

28、变更表面化学成分的热处理，称为表面淬火。成分的热处理，称为表面淬火。另一类是既变更表面化学成分又变更表面组织另一类是既变更表面化学成分又变更表面组织的热处理，称为化学热处理。的热处理，称为化学热处理。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确定的深度，而心部仍是将钢件的表面层淬透到确定的深度，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（快速加热）方法（快速加热）火焰加热、感应加热、电接触加热、激光加热等火焰加热、感应加热、电接触加热、激光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：火焰加热表面淬火；感

29、应加热表面淬火。火焰加热表面淬火；感应加热表面淬火。3.目的目的获得高硬度、高耐磨性的表层，而心部仍保持良好获得高硬度、高耐磨性的表层，而心部仍保持良好的韧性。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-乙炔火焰对零件表面进行快速加热并随后乙炔火焰对零件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：不须要特殊设备，不须要特殊设备，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，使工件所产生的热效应，使得工件表面受到局部加热，得工件表面受到

30、局部加热，并进行快速冷却的淬火工并进行快速冷却的淬火工艺。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：频率越高淬硬层深度越浅；指出：频率越高淬硬层深度越浅；生产上依据零件技术要求，通过调整频率获生产上依据零件技术要求，通过调整频率获得须要运用性能。得须要运用性能。二、化学热处理二、化学热处理1）定义）定义将工件置于确定温度的活性介质中保温，使将工件置于确定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入工件的表层以变更其化学成一种或几种元素渗入工件的表

31、层以变更其化学成分、组织和性能的热处理工艺称为化学热处理。分、组织和性能的热处理工艺称为化学热处理。2）目的）目的与其它热处理相比，能更有效地变更零件表层与其它热处理相比，能更有效地变更零件表层的的运用性能。运用性能。3）分类）分类依据渗入元素不同可分为：依据渗入元素不同可分为：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。1.1.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）吸取）吸取工件表面吸取活性原子；工件表面吸取活性原子；3 3）扩散）扩散表面吸取活性原

32、子产生浓度差，表面吸取活性原子产生浓度差，向中向中 心迁移，经过一段时间后，形成心迁移，经过一段时间后，形成确定厚确定厚 度的扩散层（渗层）。度的扩散层（渗层）。2.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）渗碳渗渗C C过程：过程：将零件加热到将零件加热到930 930，起先滴入渗，起先滴入渗碳剂碳剂（煤油、丙酮、甲醇），经分解后起先向低碳（煤油、丙酮、甲醇），经分解后起先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 C量可达量可达1.0%1.0%，成为高碳钢；然后经表，成为高碳钢；

33、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5664HRC5664HRC，而心部仍旧是保持低碳钢，得到，而心部仍旧是保持低碳钢，得到一种所谓一种所谓 外硬内韧外硬内韧的运用性能。的运用性能。渗碳后的组织渗碳后的组织3.钢的渗氮钢的渗氮在在A1温度以下，使活性氮原子渗入工件表温度以下，使活性氮原子渗入工件表面的一种化学热处理工艺，称为渗氮。面的一种化学热处理工艺，称为渗氮。目的：提高工件表层的硬度、耐磨性、红硬目的：提高工件表层的硬度、耐磨性、红硬性、耐蚀性和疲惫强度。性、耐蚀性和疲惫强度。方法方法通入氨气（通入氨气（NH3）介质）介质。1）气体渗

34、氮：）气体渗氮：加热加热（500600）分解出分解出N原子；原子；2）离子渗氮：）离子渗氮：高压形成辉光放电高压形成辉光放电分解出分解出N离离子。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。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特别稳定的氮化物。因为这些合金元素与氮元素形成特别稳定的氮化物。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。钢件氮化后具有很高硬度，钢件氮化后具有很高硬度，1000HV以上（相当以上（相当 于于6972HRC），并且当

35、加热至），并且当加热至600 650运用时运用时 仍能保持高硬度，即：具有高的耐磨性和红硬性。仍能保持高硬度，即：具有高的耐磨性和红硬性。38CrMoAl氮化工艺氮化工艺渗氮工件的工艺路途：渗氮工件的工艺路途：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 去应力退火去应力退火 粗磨粗磨 渗氮渗氮 精磨或研磨。精磨或研磨。38CrMoAl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

36、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氮共渗就是同时向零件表面渗入碳和氮的化学热处理工艺，也称为氰化。入碳和氮的化学热处理工艺，也称为氰化。一般接受高温（一般接受高温（820 870 820 870）或低温（或低温（570 570）两种气体碳两种气体碳-氮共渗。氮共渗。高温碳高温碳-氮共渗以渗碳为主，获得高碳低氮表氮共渗以渗碳为主，获得高碳低氮表层；层；低温碳低温碳-氮共渗以渗氮为主，实质为软氮化。氮共渗以渗氮为主，实质为软氮化。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)共渗及淬火后共渗及淬火后,得到的是含碳、

37、氮马氏体得到的是含碳、氮马氏体+细小细小碳碳-氮化合物，耐磨性比渗碳更好。氮化合物，耐磨性比渗碳更好。(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,因而疲惫强因而疲惫强度更高度更高,耐蚀性也较好。耐蚀性也较好。(3)高温碳高温碳-氮共渗常用于汽车和机床上的齿轮、蜗氮共渗常用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)软氮化常用于处理模具、量具和高速钢刀具。软氮化常用于处理模具、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,节约能源，降低成本，提高经济效益节约能源，降低成本，提高经济效益,以及削减以及削减或防止环境污染等或防止环境污染等,发展了很多热处理新技术、发展了很多热处理新技术、新工艺。新工艺。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.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.激光热处理激光热处理高能量密度快速加热和快速冷高能量密度快速加热和快速冷却；却；4.爱护气氛热处理爱护气氛热处理通入通入N气和气和Ar气加热；气加热；5.真空热处理真空热处理真空中（真空中（0.01331.33Pa）加）加热。热。