1、滲碳 滲碳熱處理滲碳：是對金屬表面處理的一種，采用滲碳的多為低碳鋼或低合金鋼，具體方法是將工件置入具有活性滲碳介質中，加熱到900-950攝氏度的單相奧氏體區，保溫足夠時間后，使滲碳介質中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳，心部仍保持原有成分。 相似的還有低溫滲氮處理。這是金屬材料常見的一種熱處理工藝，它可以使滲過碳的工件表面獲得很高的硬度，提高其耐磨程度。概述滲碳（carburizing/carburization）是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。 也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的

2、韌性和塑性。滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小于0.25%)。滲碳后鋼件表面的化學成分可接近高碳鋼。工件滲碳后還要經過淬火以得到高的表面硬度高的耐磨性和疲勞強度并保持心部有低碳鋼淬火后的強韌性使工件能承受沖擊載荷。滲碳工藝廣泛用于飛機汽車和拖拉機等的機械零件如齒輪軸凸輪軸等。滲碳工藝在中國可以上溯到2000年以前。最早是用固體滲碳介質滲碳。液體和氣體滲碳是在20世紀出現并得到廣泛應用的。美國在20年代開始采用轉筒爐進行氣體滲碳。30年代連續式氣體滲碳爐開始在工業上應用。60年代高溫(9601100)氣體滲碳得到發展。至70年代出現了真空滲碳和離子滲碳。分類按含碳介質的不同滲碳可分

3、為氣體滲碳、固體滲碳液體滲碳和碳氮共滲（氰化）。氣體滲碳是將工件裝入密閉的滲碳爐內，通入氣體滲劑（甲烷、乙烷等）或液體滲劑（煤油或苯、酒精、丙酮等），在高溫下分解出活性碳原子，滲入工件表面，以獲得高碳表面層的一種滲碳操作工藝。固體滲碳是將工件和固體滲碳劑（木炭加促進劑組成）一起裝在密閉的滲碳箱中，將箱放入加熱爐中加熱到滲碳溫度，并保溫一定時間，使活性碳原子滲人工件表面的一種最早的滲碳方法。液體滲碳是利用液體介質進行滲碳，常用的液體滲碳介質有：碳化硅，“603”滲碳劑等。碳氮共滲（氰化）又分為氣體碳氮共滲、液體碳氮共滲、固體碳氮共滲。原理滲碳與其他化學熱處理一樣也包含3個基本過程。分解滲碳介質的

4、分解產生活性碳原子。吸附活性碳原子被鋼件表面吸收后即溶到表層奧氏體中使奧氏體中含碳量增加。擴散表面含碳量增加便與心部含碳量出現濃度差表面的碳遂向內部擴散。碳在鋼中的擴散速度主要取決于溫度同時與工件中被滲元素內外濃度差和鋼中合金元素含量有關。滲碳零件的材料 一般選用低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小於0.25%)。滲碳后必須進行淬火才能充分發揮滲碳的有利作用。工件滲碳淬火后的表層顯微組織主要為高硬度的馬氏體加上殘余奧氏體和少量碳化物心部組織為韌性好的低碳馬氏體或含有非馬氏體的組織但應避免出現鐵素體。一般滲碳層深度范圍為0.81.2毫米深度滲碳時可達2毫米或更深。表面硬度可達HRC5863心部硬度為HR

5、C3042。滲碳淬火后工件表面產生壓縮內應力對提高工件的疲勞強度有利。因此滲碳被廣泛用以提高零件強度沖擊韌性和耐磨性借以延長零件的使用壽命。滲碳工藝流程1、 直接淬火低溫回火組織及性能特點：不能細化鋼的晶粒。工件淬火變形較大，合金鋼滲碳件表面殘余奧氏體量較多，表面硬度較低適用范圍：操作簡單，成本低廉用來處理對變形和承受沖擊載荷不大的零件，適用于氣體滲碳和液體滲碳工藝。2 、 預冷直接淬火、低溫回火淬火溫度800-850 。組織及性能特點：可以減少工件淬火變形，滲層中殘余奧 氏體量也可稍有降低，表面硬度略有提高，但奧氏體晶粒沒有變化。適用范圍：操作簡單，工件氧化、脫碳及淬火變形均小，廣泛應用于細

6、晶粒鋼制造的各種工具。3、 一次加熱淬火，低溫回火淬火溫度820-850或780-810 。組織及性能特點：對心部強度要求較高者，采用820-850淬火，心部為低碳M，表面要求硬度高者，采用780-810淬火可以細化晶粒。適用范圍： 適用于固體滲碳后的碳鋼和低合金鋼工件、氣體、液體滲碳的粗晶粒鋼，某些滲碳后不宜直接淬火的工件及滲碳后需機械加工的零件。4、 滲碳高溫回火，一次加熱淬火，低溫回火淬火溫度840-860 。組織及性能特點：高溫回火使M和殘余A分解，滲層中碳和合金元素以碳化物形式析出，便于切削加工及淬火后殘余A減少。適用范圍：主要用于CrNi合金滲碳工件5、 二次淬火低溫回火組織及性能

7、特點：第一次淬火（或正火），可以消除滲碳層網狀碳化物及細化心部組織（850-870），第二次淬火主要改善滲層組織，對心部性能要求不高時可在材料的Ac1Ac3之間淬火，對心部性能要求高時要在Ac3以上淬火。適用范圍：主要用于對力學性能要求很高的重要滲碳件，特別是對粗晶粒鋼。但在滲碳后需經過兩次高溫加熱，使工件變形和氧化脫碳增加，熱處理過程較復雜。6、 二次淬火冷處理低溫回火組織及性能特點：高于Ac1或Ac3（心部）的溫度淬火，高合金表層殘余A較多，經冷處理（-70/-80）促使A轉變從而提高表面硬度和耐磨性。適用范圍：主要用于滲碳后不進行機械加工的高合金鋼工件。7、 滲碳后感應加熱淬火低溫回火組

8、織及性能特點：可以細化滲層及靠近滲層處的組織。淬火變形小，不允許硬化的部位不需預先防滲。適用范圍：各種齒輪和軸類工藝新發展滲碳工藝是一個十分古老的工藝，在中國，最早可上溯到2000年以前。起先是用固體滲碳介質滲碳。在20世紀出現液體和氣體滲碳并得到廣泛應用。后來又出現了真空滲碳和離子滲碳。到現在，滲碳工藝仍然具有非常重要的實用價值，原因就在于它的合理的設計思想，即讓鋼材表層接受各類負荷（磨損、疲勞、機械負載及化學腐蝕）最多的地方，通過滲入碳等元素達到高的表面硬度高的耐磨性和疲勞強度及耐蝕性而不必通過昂貴的合金化或其它復雜工藝手段對整個材料進行處理。這不僅能用低廉的碳鋼或合金鋼來代替某些較昂貴的

9、 高合金鋼，而且能夠保持心部有低碳鋼淬火后的強韌性使工件能承受沖擊載荷。因此，完全符合節能、降耗，可持續發展的方向。近年來，出現了高濃度滲碳工藝，與傳統工藝在完全奧氏體區（溫度在900950，滲碳后表面碳質量分數為0.85%1.05%）進行滲碳不同，它是在Ac1Accm之間的不均勻奧氏體狀態下進行，其滲層表面碳濃度可高達2%4%。其結果可獲得細小顆粒碳化物均勻、彌散分布的滲層。其滲碳溫度降至800860溫度范圍，可實現一般鋼材滲碳后直接淬火；由于高濃度滲碳層含有很高數量（20%50%）的彌散分布的碳化物，故顯示出比普通滲碳更優異的耐磨性、耐蝕性，更高的接觸與彎曲疲勞強度，較高的沖擊韌度、較低的

10、脆性及較好的回火穩定性。該工藝還具有適用性廣、對設備無特殊要求等優點，具有較高的經濟效益和實用價值，近年來在國內外獲得競相研究與開發。為了防止滲碳過程中奧氏體晶粒的粗化，一般都在鋼材中添加適量的鈦，通過形成碳氮化鈦粒子釘扎晶界而阻止晶粒長大。國家標準規定滲碳鋼中鈦添加量為0.040.08wt%。然而，最近有研究工作表明，當鈦含量超過0.032%，就會在滲碳鋼冶煉鑄錠凝固時析出氮化鈦。這種氮化鈦尺寸達到微米數量級，起不到阻止奧氏體晶粒長大的作用，反而由于這種呈立方體的粒子的尖角效應以及與基體組織的不連續性而成為微裂紋的策源地和裂紋擴展的中繼站，嚴重損害鋼材的韌塑性。工作還表明，將鈦含量降至0.0

11、20.032%，仍然能夠同樣有效地起到控制奧氏體晶粒長大的作用，而又可避免有害氮化鈦粒子的形成，因此是值得推薦的合理的選擇范圍。常見缺陷及其防止(一)碳濃度過高產生原因及危害：如果滲碳時急劇加熱，溫度又過高或固體滲碳時用全新滲碳劑，或用強烈的催滲劑過多都會引起滲碳濃度過高的現象。隨著碳濃度過高，工件表面出現塊狀粗大的碳化物或網狀碳化物。由于這種硬脆組織產生，使滲碳層的韌性急劇下降。并且淬火時形成高碳馬氏體，在磨削時容易出現磨削裂紋。防止的方法不能急劇加熱，需采用適當的加熱溫度，不使鋼的晶粒長大為好。如果滲碳時晶粒粗大，則應在滲碳后正火或兩次淬火處理來細化晶粒。嚴格控制爐溫均勻性，不能波動過大，

12、在反射爐中固體滲碳時需特別注意。固體滲碳時，滲碳劑要新、舊配比使用。催滲劑最好采用47%的BaCO3，不使用Na2CO3作催滲劑。(二)碳濃度過低產生的原因及危害：溫度波動很大或催滲劑過少都會引起表面的碳濃度不足。最理想的碳濃度為0.91.0%之間，低于0.8%C，零件容易磨損。防止的方法：滲碳溫度一般采用920940，滲碳溫度過低就會引起碳濃度過低，且延長滲碳時間；滲碳溫度過高會引起晶粒粗大。催滲劑(BaCO3)的用量不應低于4%。(三)滲碳后表面局部貧碳：產生的原因及危害：固體滲碳時，木炭顆粒過大或夾雜有石塊等雜質，或催滲劑與木炭拌得不均勻，或工件所接觸都會引起局部無碳或貧碳。工件表面的污

13、物也可以引起貧碳。防止的方法固體滲碳劑一定要按比例配制，攪拌均勻。裝爐的工件注意不要有接觸。固體滲碳時要將 滲碳劑搗實，勿使滲碳過塌而使工件接觸。卻除表面的污物。(四)滲碳濃度加劇過渡產生的原因及危害：滲碳濃度突然過渡就是表面與中心的碳濃度變化加劇，不是由高到低的均勻過渡，而是突然過渡。產生此缺陷的原因是滲碳劑作用很強烈(如新配制的木炭，舊滲碳劑加得很少)，同時鋼中有Cr、Mn、Mo等合金元素是促使碳化物形成強烈，而造成表面高濃度，中心低濃度，并無過渡層。產生此缺陷后造成表里相當大的內應力，在淬火過程中或磨削過程中產生裂紋或剝落現象。防止的方法：滲碳劑新舊按規定配比制，使滲碳緩和。用BaCO3

14、作催滲劑較好，因為Na2CO3比較急劇。(五)磨加工時產生回火及裂紋產生的原因：滲碳層經磨削加工后表面引起軟化的現象，稱之為磨加工產生的回火。這是由于磨削時加工進給量太快，砂輪硬度和粒度或轉速選擇不當，或磨削過程中冷卻不充分，都易產生此類缺陷。這是因為磨削時的熱量使表面軟化的緣故。磨削時產生回火缺陷則零件耐磨性降低。表面產生六角形裂紋。這是因為用硬質砂輪表面受到過份磨削，而發熱所致。也與熱處理回火不足，殘余內應力過大有關。用酸浸蝕后，凡是有缺陷部位呈黑色，可與沒有缺陷處區別開來。這是磨削時產生熱量回火。使馬使體轉變為屈氏體組織的緣故。其實，裂紋在磨削后肉眼即可看見。防止的方法：淬火后必須經過充

15、分回火或多次回火，消除內應力。采用4060粒度的軟質或中質氧化鋁砂輪，磨削進給量不過大。磨削時先開冷卻液，并注意磨削過程中的充分冷卻滲碳鋼的化學成分特點(1)滲碳鋼的含碳量一般都在0.15-0.25%范圍內,對于重載的滲碳體,可以提高到0.25-0.30%碳素滲碳鋼中,用得最多的是15和20鋼,它們經滲碳和熱處理后表面硬度可達56-62HRC。但由于淬透性較低,只適用于心部強度要求不高、受力小、承受磨損的小型零件,如軸套、鏈條等.(2)合金元素在滲碳鋼中的作用是提高淬透性,細化晶粒,強化固溶體,影響滲層中的含碳量、滲層厚度及組織.在滲碳鋼中通常加入的合金元素有錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、硼等.低合

16、金滲碳鋼如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其滲透性和心部強度均較碳素滲碳鋼高,可用于制造一般機械中的較為重要的滲碳件,如汽車、拖拉機中的齒輪、活塞銷等.中合金滲碳鋼如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和較高的強度及韌性,主要用以制造截面較大、承載較重、受力復雜的零件,如航空發動機的齒輪、軸等.固體滲碳 ;液體滲碳 ;氣體滲碳-滲碳溫度為900-950C,表面層w(碳)為0.8-1.2%,層深為0.5-2.0mm.滲碳后的熱處理-滲碳工件實際上應看作是由一種表面與中心含量相差懸殊碼復合材料.滲碳只能改變工件表面的含碳量,而其表面以及心

17、部的最終強化則必須經過適當的熱處理才能實現.滲碳后的工件均需進行淬火和低溫回火.淬火的目的是使在表面形成高碳馬氏體或高碳馬氏體和細粒狀碳化物組織.低溫回火溫度為150-200C.滲碳零件注意事項(1)滲碳前的預處理正火-目的是改善材料原始組織、減少帶狀、消除魏氏組織,使表面粗糙度變細,消除材料流線不合理狀態.正火工藝;用860-980C空冷、179-217HBS.(2)滲碳后需進行機械加工的工件,硬度不應高于30HRC.(3)對于有薄壁溝槽的滲碳淬火零件,薄壁溝槽處不能先于滲碳之前加工.(4)不得用鍍鋅的方法防滲碳.氮化處理 經氮化處理后的工件氮化處理是指一種在一定溫度下一定介質中使氮原子滲入

18、工件表層的化學熱處理工藝。經氮化處理的制品具有優異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性。 常見有液體滲氮、氣體滲氮、離子滲氮。氮化處理又稱為擴散滲氮。氣體滲氮在1923年左右，由德國人Fry首度研究發展并加以工業化。由于經本法處理的制品具有優異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫，其應用范圍逐漸擴大。例如鉆頭、螺絲攻、擠壓模、壓鑄模、鍜壓機用鍜造模、螺桿、連桿、曲軸、吸氣及排氣活門及齒輪凸輪等均有使用。二、氮化用鋼簡介傳統的合金鋼料中之鋁、鉻、釩及鉬元素對滲氮甚有幫助。這些元素在滲氮溫度中，與初生態的氮原子接觸時，就生成安定的氮化物。尤其是鉬元素，不僅作為生成氮化物元素，亦作為降低在滲氮溫度

19、時所發生的脆性。其他合金鋼中的元素，如鎳、銅、硅、錳等，對滲氮特性并無多大的幫助。一般而言，如果鋼料中含有一種或多種的氮化物生成元素，氮化后的效果比較良好。其中鋁是最強的氮化物元素，含有0.851.5%鋁的滲氮結果最佳。在含鉻的鉻鋼而言，如果有足夠的含量，亦可得到很好的效果。但沒有含合金的碳鋼，因其生成的滲氮層很脆，容易剝落，不適合作為滲氮鋼。一般常用的滲氮鋼有六種如下：（1）含鋁元素的低合金鋼（標準滲氮鋼）（2）含鉻元素的中碳低合金鋼 SAE 4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800系。（3）熱作模具鋼（含約5%之鉻） SAE H11 （SKD 61）H12，H1

20、3（4）肥粒鐵及麻田散鐵系不銹鋼 SAE 400系（5）奧氏體系不銹鋼 SAE 300系（6）析出硬化型不銹鋼 17 - 4PH，17 7PH，A 286等含鋁的標準滲氮鋼，在氮化后雖可得到很高的硬度及高耐磨的表層，但其硬化層亦很脆。相反的，含鉻的低合金鋼硬度較低，但硬化層即比較有韌性，其表面亦有相當的耐磨性及耐束心性。因此選用材料時，宜注意材料之特征，充分利用其優點，俾符合零件之功能。至于工具鋼如H11（SKD61）D2（SKD 11），即有高表面硬度及高心部強度。三、氮化處理技術流程：1、滲氮前的零件表面清洗大部分零件，可以使用氣體去油法去油后立刻滲氮。部分零件也需要用汽油清洗比較好，但在

21、滲氮前之最后加工方法若采用拋光、研磨、磨光等，即可能產生阻礙滲氮的表面層，致使滲氮后，氮化層不均勻或發生彎曲等缺陷。此時宜采用下列二種方法之一去除表面層。第一種方法在滲氮前首先以氣體去油。然后使用氧化鋁粉將表面作abrasive cleaning 。第二種方法即將表面加以磷酸皮膜處理（phosphate coating）。2、滲氮爐的排除空氣將被處理零件置于滲氮爐中，并將爐蓋密封后即可加熱，但加熱至150以前須作爐內排除空氣工作。排除爐內的主要功用是防止氨氣分解時與空氣接觸而發生爆炸性氣體，及防止被處理物及支架的表面氧化。其所使用的氣體即有氨氣及氮氣二種。排除爐內空氣的要領如下：被處理零件裝妥

22、后將爐蓋封好，開始通無水氨氣，其流量盡量可能多。將加熱爐之自動溫度控制設定在150并開始加熱（注意爐溫不能高于150）。爐中之空氣排除至10%以下，或排出之氣體含90%以上之NH3時，再將爐溫升高至滲氮溫度。3、氨的分解率滲氮是鋪及其他合金元素與初生態的氮接觸而進行，但初生態氮的產生，即因氨氣與加熱中的鋼料接觸時鋼料本身成為觸媒而促進氨之分解。雖然在各種分解率的氨氣下，皆可滲氮，但一般皆采用1530%的分解率，并按滲氮所需厚度至少保持410小時，處理溫度即保持在520左右。4、冷卻大部份的工業用滲氮爐皆具有熱交換機，以期在滲氮工作完成后加以急速冷卻加熱爐及被處理零件。即滲氮完成后，將加熱電源關

23、閉，使爐溫降低約50，然后將氨的流量增加一倍后開始啟開熱交換機。此時須注意觀察接在排氣管上玻璃瓶中，是否有氣泡溢出，以確認爐內之正壓。等候導入爐中的氨氣安定后，即可減少氨的流量至保持爐中正壓為止。當爐溫下降至150以下時，即使用前面所述之排除爐內氣體法，導入空氣或氮氣后方可啟開爐蓋。四、氣體氮化技術：氣體氮化系于1923年由德國AF ry 所發表，將工件置于爐內，利NH3氣直接輸進500550的氮化爐內，保持20100小時，使NH3氣分解為原子狀態的（N）氣與（H）氣而進行滲氮處理，在使鋼的表面產生耐磨、耐腐蝕之化合物層為主要目的，其厚度約為0.020.02m/m，其性質極硬Hv 100012

24、00，又極脆，NH3之分解率視流量的大小與溫度的高低而有所改變，流量愈大則分解度愈低，流量愈小則分解率愈高，溫度愈高分解率愈高，溫度愈低分解率亦愈低，NH3氣在570時經熱分解如下：NH3 NFe + 3/2 H2經分解出來的N，隨而擴散進入鋼的表面形成。相的Fe2 - 3N氣體滲氮，一般缺點為硬化層薄而氮化處理時間長。氣體氮化因分解NH3進行滲氮效率低，故一般均固定選用適用于氮化之鋼種，如含有Al，Cr，Mo等氮化元素，否則氮化幾無法進行，一般使用有JIS、SACM1新JIS、SACM645及SKD61以強韌化處理又稱調質因Al，Cr，Mo等皆為提高變態點溫度之元素，故淬火溫度高，回火溫度亦

25、較普通之構造用合金鋼高，此乃在氮化溫度長時間加熱之間，發生回火脆性，故預先施以調質強韌化處理。NH3氣體氮化，因為時間長表面粗糙，硬而較脆不易研磨，而且時間長不經濟，用于塑膠射出形機的送料管及螺旋桿的氮化。五、液體氮化技術：液體軟氮化主要不同是在氮化層里之有Fe3N相，Fe4Nr相存在而不含Fe2N相氮化物，相化合物硬脆在氮化處理上是不良于韌性的氮化物，液體軟氮化的方法是將被處理工件，先除銹，脫脂，預熱后再置于氮化坩堝內，坩堝內是以TF 1為主鹽劑，被加溫到560600處理數分至數小時，依工件所受外力負荷大小，而決定氮化層深度，在處理中，必須在坩堝底部通入一支空氣管以一定量之空氣氮化鹽劑分解為

26、CN或CNO，滲透擴散至工作表面，使工件表面最外層化合物89%wt的N及少量的C及擴散層，氮原子擴散入 Fe基地中使鋼件更具耐疲勞性，氮化期間由于CNO之分解消耗，所以不斷要在68小時處理中化驗鹽劑成份，以便調整空氣量或加入新的鹽劑。液體軟氮化處理用的材料為鐵金屬，氮化后的表面硬度以含有 Al，Cr，Mo，Ti元素者硬度較高，而其含金量愈多而氮化深度愈淺，如炭素鋼Hv 350650，不銹鋼Hv 10001200，氮化鋼Hv 8001100。液體軟氮化適用于耐磨及耐疲勞等汽車零件，縫衣機、照相機等如氣缸套處理，氣門閥處理、活塞筒處理及不易變形的模具處。采用液體軟氮化的國家，西歐各國、美國、蘇俄、

27、日本。六、離子氮化技術：此一方法為將一工件放置于氮化爐內，預先將爐內抽成真空達10-210-3 Torr（Hg）后導入N2氣體或N2 + H2之混合氣體，調整爐內達110 Torr，將爐體接上陽極，工件接上陰極，兩極間通以數百伏之直流電壓，此時爐內之N2氣體則發生光輝放電成正離子，向工作表面移動，在瞬間陰極電壓急劇下降，使正離子以高速沖向陰極表面，將動能轉變為氣能，使得工件表面溫度得以上升，因氮離子的沖擊后將工件表面打出Fe.C.O.等元素飛濺出來與氮離子結合成FeN，由此氮化鐵逐漸被吸附在工件上而產生氮化作用，離子氮化在基本上是采用氮氣，但若添加碳化氫系氣體則可作離子軟氮化處理，但一般統稱離

28、子氮化處理，工件表面氮氣濃度可改變爐內充填的混合氣體（N2 + H2）的分壓比調節得之，純離子氮化時，在工作表面得單相的r（Fe4N）組織含N量在5.76.1%wt，厚層在10n以內，此化合物層強韌而非多孔質層，不易脫落，由于氮化鐵不斷的被工件吸附并擴散至內部，由表面至內部的組織即為FeN Fe2N Fe3N Fe4N順序變化，單相（Fe3N）含N量在5.711.0%wt，單相（Fe2N）含N量在11.011.35%wt，離子氮化首先生成r相再添加碳化氫氣系時使其變成相之化合物層與擴散層，由于擴散層的增加對疲勞強度的增加有很多助。而蝕性以相最佳。離子氮化處理的度可從350開始，由于考慮到材質及

29、其相關機械性質的選用處理時間可由數分鐘以致于長時間的處理，本法與過去利用熱分解方化學反應而氮化的處理法不同，本法系利用高離子能之故，過去認為難處理的不銹鋼、鈦、鈷等材料也能簡單的施以優秀的表面硬化處理。相關標準GB/T11354-2005 鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗GB/T18177-2008 鋼件的氣體滲氮HB/Z79-1995 航空結構鋼及不銹鋼滲氮工藝說明書JB/T6956-2007 鋼鐵件的離子滲氮JB/T8491.5-2008 機床零件熱處理技術條件5滲氮、氮碳共滲JB/T9172-1999 齒輪滲氮、氮碳共滲工藝及質量控制JB/T9173-1999 齒輪碳氮共滲工藝及質量

30、控制QJ2539.3-1993 化學熱處理 鋼的氣體滲氮CB3385-1991 鋼鐵零件滲氮層深度測定方法高頻科技名詞定義中文名稱：高頻英文名稱：high frequency;HF高頻及感應加熱技術目前對金屬材料加熱效率最高、速度最快，且低耗環保。它已經廣泛應用于各行各業對金屬材料的熱加工、熱處理、熱裝配及焊接、熔煉等工藝中。它不但可以對工件整體加熱，還能對工件局部的針對性加熱；可實現工件的深層透熱，也可只對其表面、表層集中加熱；不但可對金屬材料直接加熱，也可對非金屬材料進行間接式加熱。等等。因此，感應加熱技術必將在各行各業中應用越來越廣泛。簡介用感應電流使工件局部加熱的表面熱處理工藝。這種熱

31、處理工藝常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有時也用于整體淬火和回火。20世紀30年代初，美國、蘇聯先后開始應用感應加熱方法對零件進行表面淬火。隨著工業的發展，感應加熱熱處理技術不斷改進,應用范圍也不斷擴大?；驹韺⒐ぜ湃敫袘?線圈)內，當感應器中通入一定頻率的交變電流時，周圍即產生交變磁場。交變磁場的電磁感應作用使工件內產生封閉的感應電流渦流。感應電流在工件截面上的分布很不均勻，工件表層電流密度很高，向內逐漸減小, 這種現象稱為集膚效應。工件表層高密度電流的電能轉變為熱能，使表層的溫度升高，即實現表面加熱。電流頻率越高，工件表層與內部的電流密度差則越大，加熱層越薄。在加熱層溫度超過

32、鋼的臨界點溫度后迅速冷卻，即可實現表面淬火。分類根據交變電流的頻率高低，可將感應加熱熱處理分為超高頻、高頻、超音頻、中頻、工頻5類。超高頻感應加熱熱處理所用的電流頻率高達27兆赫，加熱層極薄，僅約0.15毫米，可用于圓盤鋸等形狀復雜工件的薄層表面淬火。高頻感應加熱熱處理所用的電流頻率通常為200300千赫，加熱層深度為0.52毫米,可用于齒輪、汽缸套、凸輪、軸等零件的表面淬火。超音頻感應加熱熱處理所用的電流頻率一般為2030千赫，用超音頻感應電流對小模數齒輪加熱，加熱層大致沿齒廓分布，粹火后使用性能較好。中頻感應加熱熱處理所用的電流頻率一般為2.510千赫，加熱層深度為28毫米，多用于大模數齒

33、輪、直徑較大的軸類和冷軋輥等工件的表面淬火。工頻感應加熱熱處理所用的電流頻率為5060赫，加熱層深度為1015毫米，可用于大型工件的表面淬火。特點和應用感應加熱的主要優點是不必整體加熱，工件變形小，電能消耗小。無公害。加熱速度快，工件表面氧化脫碳較輕。表面淬硬層可根據需要進行調整，易于控制。加熱設備可以安裝在機械加工生產線上，易于實現機械化和自動化，便于管理，且可減少運輸，節約人力，提高生產效率。淬硬層馬氏體組織較細，硬度、強度、韌性都較高。表面淬火后工件表層有較大壓縮內應力，工件抗疲勞破斷能力較高。感應加熱熱處理也有一些缺點與火焰淬火相比，感應加熱設備較復雜，而且適應性較差，對某些形狀復雜的

34、工件難以保證質量。感應加熱廣泛用于齒輪、軸、曲軸、凸輪、軋輥等工件的表面淬火，目的是提高這些工件的耐磨性和抗疲勞破斷的能力。汽車后半軸采用感應加熱表面淬火，設計載荷下的疲勞循環次數比用調質處理約提高10倍。感應加熱表面淬火的工件材料一般為中碳鋼。為適應某些工件的特殊需要，已研制出供感應加熱表面淬火專用的低淬透性鋼。高碳鋼和鑄鐵制造的工件也可采用感應加熱表面淬火。淬冷介質常用水或高分子聚合物水溶液。設備感應加熱熱處理的設備主要由電源設備、淬火機床和感應器組成。電源設備的主要作用是輸出頻率適宜的交變電流。高頻電流電源設備有電子管高頻發生器和可控硅變頻器兩種。中頻電流電源設備是發電機組。一般電源設備

35、只能輸出一種頻率的電流,有些設備可以改變電流頻率，也可以直接用50赫的工頻電流進行感應加熱。電源設備的選擇與工件要求的加熱層深度有關。加熱層深的工件，應使用電流頻率較低的電源設備；加熱層淺的工件，應使用電流頻率較高的電源設備。選擇電源設備的另一條件是設備功率。加熱表面面積增大，需要的電源功率相應加大。當加熱表面面積過大時或電源功率不足時，可采用連續加熱的方法，使工件和感應器相對移動，前邊加熱，后邊冷卻。但最好還是對整個加熱表面一次加熱。這樣可以利用工件心部余熱使淬硬的表層回火，從而使工藝簡化，還可節約電能。感應加熱淬火機床的主要作用是使工件定位并進行必要的運動。此外還應附有提供淬火介質的裝置。

36、淬火機床可分為標準機床和專用機床，前者適用于一般工件，后者適用于大量生產的復雜工件。進行感應加熱熱處理時，為保證熱處理質量和提高熱效率，必須根據工件的形狀和要求，設計制造結構適當的感應器。常用的感應器有外表面加熱感應器、內孔加熱感應器、平面加熱感應器、通用型加熱感應器、特型加熱感應器、單一型加熱感應器、復合型加熱感應器，熔煉加熱爐等。蘸火淬火蘸火是淬火的通稱。指把金屬工件加熱到一定溫度，然后浸入冷卻劑（油、水等）急速冷卻，目的是增加硬度。百科名片 淬火鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體1化，然后以大于臨界冷卻速度的

37、冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。 淬火目的淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。淬火工藝將金屬工件加熱到某一適當溫度并保持一段時間，隨即浸入淬冷介質中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬

38、工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學性能，如淬火使永磁鋼增強其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時，原有在室溫下的組織將全部或大部轉變為奧氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉變為馬氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。淬火時的快速冷卻會使工件內部產生內應力，當其大到一定程度時工件便會發生扭曲變

39、形甚至開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火4類。淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和檢測方法：淬火工件的硬度 HR-150型電動洛氏硬度計淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度計測定其HRC值。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測定HRA值，而厚度小于0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小于5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計測定其HRN值。在焊接中碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區中可能發生淬火現象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設法防止的。由于淬火后金屬硬而脆，產生的表面殘余應力會造成冷

40、裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎上，消除冷裂紋的手段之一。淬火對厚度、直徑較小的零件使用比較合適，對于過大的零件，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問題，此時應考慮在鋼材中加入鉻等合金來增加強度。淬火是鋼鐵材料強化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相(表1)，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火后鋼件內部有較大的淬火內應力，因而不宜直接應用，必須進行回火。表1鋼中鐵基固溶體的顯微硬度值淬火工藝的應用淬火工藝在現代機械制造工業得到廣泛的應用。機械中重要零件，尤其在汽車、飛機、火箭中應用的鋼件幾乎都經過淬火處理。為滿足各種零件干差萬別的技術要求，發展了各種

41、淬火工藝。如，按接受處理的部位，有整體、局部淬火和表面淬火；按加熱時相變是否完全，有完全淬火和不完全淬火(對于亞共析鋼，該法又稱亞臨界淬火)；按冷卻時相變的內容，有分級淬火，等溫淬火和欠速淬火等。工藝過程 包括加熱、保溫、冷卻3個階段。下面以鋼的淬火為例，介紹上述三個階段工藝參數選擇的原則。 淬火加熱溫度淬火加熱溫度以鋼的相變臨界點為依據，加熱時要形成細小、均勻奧氏體晶粒，淬火后獲得細小馬氏體組織。碳素鋼的淬火加熱溫度范圍如圖1所示。 淬火加熱溫度范圍由本圖示出的淬火溫度選擇原則也適用于大多數合金鋼，尤其低合金鋼。亞共析鋼加熱溫度為Ac3溫度以上3050。從圖上看，高溫下鋼的狀態處在單相奧氏體

42、(A)區內，故稱為完全淬火。如亞共析鋼加熱溫度高于Ac1、低于Ac3溫度，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉變成奧氏體，即為不完全(或亞臨界)淬火。過共析鋼淬火溫度為Ac1溫度以上3050，這溫度范圍處于奧氏體與滲碳體(A+C)雙相區。因而過共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織。這-組織狀態具有高硬度和高耐磨性。對于過共析鋼，若加熱溫度過高，先共析滲碳體溶解過多，甚至完全溶解，則奧氏體晶粒將發生長大，奧氏體碳含量也增加。淬火后，粗大馬氏體組織使鋼件淬火態微區內應力增加，微裂紋增多，零件的變形和開裂傾向增加；由于奧氏體碳濃度高，馬氏體點下降，殘留奧氏體量增加，使

43、工件的硬度和耐磨性降低。常用鋼種淬火的溫度參見表2。表2常用鋼種淬火的加熱溫度實際生產中，加熱溫度的選擇要根據具體情況加以調整。如亞共析鋼中碳含量為下限，當裝爐量較多，欲增加零件淬硬層深度等時可選用溫度上限；若工件形狀復雜，變形要求嚴格等要采用溫度下限。淬火保溫淬火保溫時間 由設備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設備功率等多種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內部溫度均勻趨于一致。對各類淬火，其保溫時間最終取決于在要求淬火的區域獲得良好的淬火加熱組織。加熱與保溫是影響淬火質量的重要環節，奧氏體化獲得的組織狀態直接影響淬火后的性能。-般鋼件奧氏體晶粒控制在58級。淬火冷卻要使鋼中

44、高溫相奧氏體在冷卻過程中轉變成低溫亞穩相馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷 淬火冷卻卻過程中， 淬火冷卻表面與心部的冷卻速度有-定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉變成馬氏體的情況。為保證整個截面上都轉變為馬氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內部由于熱脹冷縮不均勻造成內應力，可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質和冷卻方式。冷卻階段不僅零件獲得合理的組織，達到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過程的關鍵環節

45、。淬火方式單介質淬火工件在一種介質中冷卻，如水淬、油淬。優點是操作簡單，易于實現機械化，應用廣泛。缺點是在水中淬火應力大，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。雙介質淬火工件先在較強冷卻能力介質中冷卻到300左右，再在一種冷卻能力較弱的介質中冷卻，如：先水淬后油淬，可有效減少馬氏體轉變的內應力，減小工件變形開裂的傾向，可用于形狀復雜、截面不均勻的工件淬火。雙液淬火的缺點是難以掌握雙液轉換的時刻，轉換過早容易淬不硬，轉換過遲又容易淬裂。為了克服這一缺點，發展了分級淬火法。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點附近，工件在這一溫度停留2mi

46、n5min，然后取出空冷，這種冷卻方式叫分級淬火。分級冷卻的目的，是為了使工件內外溫度較為均勻，同時進行馬氏體轉變，可以大大減小淬火應力，防止變形開裂。分級溫度以前都定在略高于Ms點，工件內外溫度均勻以后進入馬氏體區?，F在改進為在略低于 Ms 點的溫度分級。實踐表明，在Ms 點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，所以應用很廣泛。等溫淬火工件在等溫鹽浴中淬火，鹽浴溫度在貝氏體區的下部(稍高于Ms)，工件等溫停留較長時間，直到貝氏體轉變結束，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，以提高強度、硬度、韌性和耐磨性。低碳鋼一般不采用等溫

47、淬火。表面淬火表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火狀態的一種局部淬火的方法。表面淬火時通過快速加熱，使剛件表面很快到淬火的溫度，在熱量來不及穿到工件心部就立即冷卻，實現局部淬火。感應淬火感應加熱就是利用電磁感應在工件內產生渦流而將工件進行加熱。正火百科名片正火，又稱?；?，是將工件加熱至Ac3或Acm以上4060，保溫一段時間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風冷卻的金屬熱處理工藝。其目的是在于使晶粒細化和碳化物分布均勻化，去除材料的內應力，降低材料的硬度。簡介正火，又稱常化，是將工件加熱至Ac3(Ac是指加熱時自由鐵素體全部轉變為奧氏體的終了溫度，一般是從727到

48、912之間)或Acm(Acm是實際加熱中過共析鋼完全奧氏體化的臨界溫度線 )以上3050，保溫一段時間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風冷卻的金屬熱處理工藝。其目的是在于使晶粒細化和碳化物分布均勻化。正火與退火的不同點是正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細一些，其機械性能也有所提高。另外，正火爐外冷卻不占用設備，生產率較高，因此生產中盡可能采用正火來代替退火。正火的主要應用范圍有：用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預處理。用于中碳鋼，可代替調質處理作為最后熱處理，也可作為用感應加熱方法進行表面淬火前的預備處理。用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼

49、等，可以消降或抑制網狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。用于鑄鋼件，可以細化鑄態組織，改善切削加工性能。用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時較大的開裂傾向。用于球墨鑄鐵，使硬度、強度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機、柴油機的曲軸、連桿等重要零件。過共析鋼球化退火前進行一次正火，可消除網狀二次滲碳體，以保證球化退火時滲碳體全部球粒化。正火后的組織：亞共析鋼為F+S，共析鋼為S，過共析鋼為S+二次滲碳體，且為不連續。正火主要用于鋼鐵工件。一般鋼鐵正火與退火相似，但冷卻速度稍大，組織較細。有些臨界冷卻速度（見淬火）很小的鋼，在空氣中冷卻就可以使奧氏體轉變為馬氏體，這種處

50、理不屬于正火性質，而稱為空冷淬火。與此相反，一些用臨界冷卻速度較大的鋼制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到馬氏體，淬火的效果接近正火。鋼正火后的硬度比退火高。正火時不必像退火那樣使工件隨爐冷卻，占用爐子時間短，生產效率高，所以在生產中一般盡可能用正火代替退火。對于含碳量低于0.25%的低碳鋼，正火后達到的硬度適中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火為切削加工作準備。對含碳量為0.250.5%的中碳鋼，正火后也可以滿足切削加工的要求。對于用這類鋼制作的輕載荷零件，正火還可以作為最終熱處理。高碳工具鋼和軸承鋼正火是為了消除組織中的網狀碳化物，為球化退火作組織準備。普通結構零件的最終熱處理

51、，由于正火后工件比退火狀態具有更好的綜合力學性能，對于一些受力不大、性能要求不高的普通結構零件可將正火作為最終熱處理，以減少工序、節約能源、提高生產效率。此外，對某些大型的或形狀較復雜的零件，當淬火有開裂的危險時，正火往往可以代替淬火、回火處理，作為最終熱處理。目的（1）去除材料的內應力（2）降低材料的硬度這樣是為了接下來的加工做準備。和退火差不多的作用，只是為了提高效率，降低成本。鋼件的熱處理工藝正火鋼的熱處理種類分為整體熱處理和表面熱處理兩大類。常用的整體熱處理有退火，正火、淬火和回火；表面熱處理可分為表面淬火與化學熱處理兩類。正火是將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50,保溫適當時間后，在靜

52、止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火的主要目的是細化組織，改善鋼的性能，獲得接近平衡狀態的組織。正火與退火工藝相比，其主要區別是正火的冷卻速度稍快，所以正火熱處理的生產周期短。故退火與正火同樣能達到零件性能要求時，盡可能選用正火。大部分中、低碳鋼的坯料一般都采用正火熱處理。一般合金鋼坯料常采用退火，若用正火，由于冷卻速度較快，使其正火后硬度較高，不利于切削加工。回火目的減少或消除淬火內應力，防止工件變形或開裂；獲得工藝要求的力學性能；穩定工件尺寸；對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用退火則軟化周期太長，而采用回火軟化則既能降低硬度，又能縮短軟化周期。對于未經淬火的鋼，回火是沒有意義的

53、，而淬火鋼不經回火一般也不能直接使用。為避免淬火件在放置過程中發生變形或開裂，鋼件經淬火后應及時進行回火。名詞定義中文名稱：回火英文名稱：tempering定義：將淬火后的鋼，在AC1以下加熱、保溫后冷卻下來的熱處理工藝。應用學科：電力（一級學科）；熱工自動化、電廠化學與金屬（二級學科）將經過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當溫度，保溫一段時間后在空氣或水、油等介質中冷卻的金屬熱處理。或將淬火后的合金工件加熱到適當溫度，保溫若干時間，然后緩慢或快速冷卻。一般用以減低或消除淬火鋼件中的內應力，或降低其硬度和強度，以提高其延性或韌性。1鋼的回火回火是工件淬硬后加熱到AC1以下的某一溫度，保溫

54、一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鹨话憔o接著淬火進行，其目的是：（a）消除工件淬火時產生的殘留應力，防止變形和開裂；（b）調整工件的硬度、強度、塑性和韌性，達到使用性能要求；（c）穩定組織與尺寸，保證精度；（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件獲得所需性能的最后一道重要工序。按回火溫度范圍，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火?；鼗鸱诸惖蜏鼗鼗鸸ぜ?50250進行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火殘留應力和脆性回火后得到回火馬氏體，指淬火馬氏體低溫回火時得到的組織。力學性能：5864HRC，高的硬度和耐磨性。應用范圍：刃具、量具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火

55、的零件等。中溫回火工件在350500 之間進行的回火。目的是得到較高的彈性和屈服點，適當的韌性。 預先熱處理回火后得到回火屈氏體，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內分布著極其細小球狀碳化物（或滲碳體）的復相組織。力學性能：3550HRC，較高的彈性極限、屈服點和一定的韌性。應用范圍：彈簧、鍛模、沖擊工具等。高溫回火工件在500以上進行的回火。目的是得到強度、塑性和韌性都較好的綜合力學性能?；鼗鸷蟮玫交鼗鹚魇象w，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內分布著細小球狀碳化物（包括滲碳體）的復相組織。力學性能：200350HBS，較好的綜合力學性能。應用范圍：廣泛用于各種較重要的受力結構件，如連桿、螺栓、齒輪

56、及軸類零件等。工件淬火并高溫回火的復合熱處理工藝稱為調質。調質不僅作最終熱處理，也可作一些精密零件或感應淬火件預先熱處理。45鋼正火和調質后性能比較見下表所示。45鋼（20mm40mm）正火和調質后性能比較熱處理方法力學性能力學性能力學性能力學性能組織b/Mpa×100Ak/JHBS正火70080015204064163220索氏體+鐵素體調質75085020256496210250回火索氏體（由于百度的表格功能太差，所以這里不夠美觀）鋼淬火后在300左右回火時，易產生不可逆回火脆性，為避免它，一般不在250350 范圍內回火。含鉻、鎳、錳等元素的合金鋼淬火后在500650回火，緩冷易產生可逆回火脆性，為防止它，小零件可采用回火時快冷；大零件可選用含鎢或鉬的合金鋼。注意事項將淬火成馬氏體的鋼加熱到臨界點A1以下某個溫度，保溫適當時間，再冷到室溫的一種熱處理工藝?；鼗鸬哪康脑谟谙慊饝Γ逛摰慕M織轉變為相對穩定狀態。在不降低或適當降低鋼的硬度和強度的條件下改善鋼的塑性和韌性，以獲得所希望的性能。中碳和高碳鋼淬火后通常硬度很高，但很脆，一般需經回火處理才能使用。鋼中的淬火馬氏體，是碳在-Fe中的過飽和固溶體，具有體心正方結構，其正方度c/a隨含碳量的增加而增大（c/a=