1、三、鋼的表面熱處理 表面熱處理是指為改變工件表面的組織和性能，僅對工件表層進行的熱處理工藝。1、表面淬火鋼的表面淬火是將工件表面快速加熱到淬火溫度，迅速冷卻，使工件表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持未淬火狀態的組織的熱處理工藝。表面淬火的方法很多，目前廣泛應用的有感應加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火等。（1）感應淬火感應淬火是指利用感應電流通過工件所產生的熱量，使工件表層、局部或整體加熱并快速冷卻的淬火。1）感應淬火頻率的選用在生產中，根據對零件表面有效淬硬層深度的要求，選擇合適的頻率。高頻感應淬火 常用頻率為200300KHz，淬硬層深度為0.52mm。主要用于要求淬硬層較薄的中、小模數齒

2、輪和中、小尺寸軸類零件等。中頻感應淬火 常用頻率為25008000Hz，淬硬層深度為210mm。主要用于大、中模數齒輪和較大直徑軸類零件。工頻感應淬火 電流頻率為50Hz，淬硬層深度為1020mm。主要用于大直徑零件（如軋輥、火車車輪等）的表面淬火和直徑較大鋼件的穿透加熱。 超高頻感應淬火 電流頻率一般為2040KHz，它兼有高、中頻加熱的優點，淬硬層深度略高于高頻，而且沿零件輪廓均勻分布。所以，它對用高、中頻感應加熱難以實現表面淬火的零件有著重要作用，適用于中小模數齒輪、花鍵軸、鏈輪等。2）感應淬火加熱的特點與普通加熱淬火相比，感應加熱表面淬火有以下特點：感應加熱速度極快 一般只需要幾秒至幾

3、十秒時間就可以達到淬火溫度。工件表層獲得極細小的馬氏體組織，使工件表層具有比普通淬火稍高的硬度（高23HRC）和疲勞強度，且脆性較低。工件表面質量好 由于快速加熱，工件表面不易氧化、脫碳、且淬火時工件變形小。生產效率高 便于實現機械化、自動化，淬硬層深度也易控制。上述特點使感應加熱表面淬火得到廣泛應用，但其工藝設備較貴，維修調整困難，不易處理形狀復雜的零件。感應淬火最適宜的鋼種是中碳鋼（如40鋼、45鋼）和中碳合金鋼（如40Cr鋼、40MnB鋼等），也可用于高碳工具鋼、含合金元素較少的合金工具鋼及鑄鐵等。 一般表面淬火前應對工件正火或調質，以保證心部有良好的力學性能，并為表層加熱作好組織準備。

4、表面淬火后應進行低溫回火，以降低淬火應力和脆性。（2）火焰淬火（見書）2、鋼的化學熱處理 化學熱處理是指將工件置于適當的活性介質中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入其表層，以改變化學成分、組織和性能的熱處理工藝?；瘜W熱處理的基本過程是：活性介質在一定溫度下通過化學反應進行分解，形成滲入元素的活性原子；活性原子被工件表面吸收，即活性原子溶入鐵的晶格形成固溶體或與鋼中某種元素形成化合物；被吸收的活性原子由工件表面逐漸向內部擴散，形成一定深度的滲層。 目前常用的化學熱處理有：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。（1）滲碳所謂滲碳是將工件放入滲碳氣氛中，并在900950的溫度下加熱、保溫，以提高工件表層碳的質量分數

5、并在其中形成一定的碳的質量分數梯度的化學熱處理工藝。其目的是使工件表面具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定強度和較高的韌性。齒輪、活塞銷等零件常采用滲碳處理。1）滲碳的方法 滲碳所用介質稱為滲碳劑，根據滲碳劑的不同，滲碳的方法分為固體滲碳、氣體滲碳、真空滲碳和液體滲碳等。 2） 滲碳用鋼、滲碳后組織及熱處理 滲碳用鋼為低碳鋼和低碳合金鋼，碳的質量分數一般為0.1%0.25%。碳的質量分數提高，將降低工件心部的韌性。%1.05%范圍。滲碳緩冷后，表層為過共析組織，與其相鄰為共析組織，再向里為亞共析組織的過渡層，心部為原低碳鋼組織。一般規定，從滲碳工件表面向內至碳的質量分數為規定值處(一般Wc0

6、.4%)的垂直距離為滲碳層深度。工件的滲碳層深度取決于工件尺寸和工作條件，一般為0.52.5mm。工件滲碳后必須進行適當的熱處理，即淬火并低溫回火，才能達到性能要求。滲碳件的熱處理工藝有三種，如圖3-35所示。 直接淬火法 先將滲碳件自滲碳溫度預冷至某一溫度（一般為850880），立即淬入水或油中，然后再進行低溫回火。預冷是為了減少淬火應力和變形。直接淬火法操作簡便，不需重新加熱，生產率高，成本低，脫碳傾向小。但由于滲碳溫度高，奧氏體晶粒易長大，淬火后馬氏體粗大，殘留奧氏體也較多，所以工件耐磨性較低，變形較大。此法適用于本質細晶粒鋼或受力不大，耐磨性要求不高的零件。 一次淬火法 工件滲碳后出爐

7、緩冷，然后再重新加熱進行淬火、低溫回火。由于工件在重新加熱時奧氏體晶粒得到細化，因而可提高鋼的力學性能。此法應用比較廣泛。二次淬火法 第一次淬火是為了改善心部組織和消除表面網狀二次滲碳體，加熱溫度為Ac3以上3050。第二次淬火是為細化工件表層組織，獲得細馬氏體和均勻分布的粒狀二次滲碳體，( a)直接淬火 (b) 一次淬火 ( c)二次淬火圖 3-35 滲碳體常用的熱處理方法加熱溫度為Ac1以上3050。二次淬火法工藝復雜，生產周期長，成本高，變形大，只適用于表面耐磨性和心部韌性要求高的零件或本質粗晶粒鋼。 滲碳件淬火后應進行低溫回火（一般150200）。直接淬火和一次淬火經低溫回火后，表層組

8、織為回火馬氏體和少量滲碳體，二次淬火表層組織為回火馬氏體和粒狀滲碳體。滲碳、淬火回火后的表面硬度均為5864HRC，耐磨性好，心部組織取決于鋼的淬透性，低碳鋼一般為鐵素體和珠光體，硬度137183HBS。低碳合金鋼一般為回火低碳馬氏體、鐵素體和托氏體，硬度3545HRC，并具有較高的強度、韌性和一定的塑性。 （2）鋼的氮化（滲氮）它是指在一定溫度下（一般在Ac1）以下，使活性氮原子滲入鋼件表面的化學熱處理工藝。其目的是使工件表面獲得高硬度、高耐磨性、高疲勞強度和高熱硬性和良好耐蝕性，因氮化溫度低，變形小，應用廣泛。常用的氮化方法有：氣體滲氮和離子滲氮。 氣體滲氮 它是利用氨氣在加熱時分解產生的

9、活性氮原子滲入工件表面形成氮化層，同時向心部擴散的熱處理工藝。常用方法是將工件放人通有氨氣的井式滲氮爐中，加熱到500570，使氨氣分解出活性氮原子N，活性氮原子N被工件表面吸收，并向內部逐漸擴散形成滲氮層。應用最廣泛的滲氮用鋼是38CrMoAl鋼，鋼中Cr、Mo、Al等元素在滲氮過程中形成高度彌散、硬度很高的穩定氮化物(CrN、MoN、A1N)，使滲氮后工件表面有很高的硬度（10001200HV，相當于72HRC）和耐磨性，因此滲氮后不需再進行淬火。且在600左右時，硬度無明顯下降，熱硬性高。滲氮前零件須經調質處理，以保證心部的強度和韌性。對于形狀復雜或精度要求較高的零件，在滲氮前精加工后還

10、要進行消除應力的退火，以減少滲氮時的變形。滲氮主要用于耐磨性和精度要求很高的精密零件或承受交變載荷的重要零件，以及要求耐熱、耐蝕、耐磨的零件，如精密機床的主軸、蝸桿、發動機曲軸、高速精密齒輪等。但由于氮化溫度低，所需時間特別長，一般氮化3060h，才能獲得0.20.5mm的氮化層，因此限制了它的應用。 離子氮化 它是一種較先進的工藝，是指在低真空的容器內，保持氮氣的壓強為133.321333.32Pa，在400700V的直流電壓作用下，迫使電離后的氮離子高速沖擊工件（陰極），被工件表面吸收，并逐漸向內部擴散形成滲氮層。離子氮化的特點是：滲氮速度快，時間短（僅為氣體滲氮的1/51/2）；滲碳層質量好，對材料的適應性強。目前離子氮化已廣泛應用于機床零件（如主軸、精密絲杠、傳動齒輪等）、汽車發動機零件（如活塞銷、曲軸等）及成型刀模具等。但對形狀復雜或截面相差懸殊的零件，滲氮后很難同時達到相同的硬度和滲氮