1、金屬材料及熱處理主講教師：趙忠魁回火轉變可分為下列四種：(1) 馬氏體轉變，發生于100350；(2) 殘余奧氏體轉變，發生于200300， 屬于低溫回火，得到回火馬氏體(M)；(3) 碳化物轉變，()， 發生于400，屬于中溫回火，得到回火屈氏體(T)；(4) 相回復再結晶，碳化物聚集長大，發生于400550，屬于高溫回火，得到回火索氏體(S)。 1.馬氏體中馬氏體中C 原子偏聚原子偏聚(100) 由于轉變溫度較低， Fe與合金元素原子難以擴散； C、N溶質原子只能做短程偏聚。 板條馬氏體板條馬氏體晶內存在大量位錯，C、N原子向位錯線附近偏聚，降低彈性畸變能。 片狀馬氏體片狀馬氏體由于C、N

2、原子向孿晶面(110)偏聚，形成厚度幾個直徑十幾個排的富碳區，使彈性畸變能可能升高。 （一） 馬氏體的分解（1）板條狀馬氏體）板條狀馬氏體 低碳(0.2%C)板條馬氏體在100200回火，C原子仍偏聚在位錯線附近處于穩定狀態，不析出碳化物。高于200時，析出碳化物。2.馬氏體分解馬氏體分解(80250） 回火溫度超過80馬氏體開始分解，馬氏體中C%降低，c 軸減小，a 軸變大，正方度c/a降低，馬氏體轉變成回火馬氏體。 低碳馬氏體由于Ms點較高，淬火冷卻時往往析出-Fe3C碳化物稱自回火自回火。（2）片狀馬氏體）片狀馬氏體 從馬氏體析出與其共格的-FexC。馬氏體分解轉變為回火馬氏體。1.碳化

3、物析出 從高碳馬氏體析出與其共格的-FexC -FexC為密排六方結構，X=23。 -FexC為亞穩相，溫度升高可以繼續轉變。 光學顯微鏡下看不見-FexC，易腐蝕成黑色， 電子顯微鏡下可以觀察到-FexC為長1000條狀(空間形態為薄片狀) 此時馬氏體點陣常數a增加，c減小，正方度c/a降低。（二）碳化物的析出、聚集和長大2. 碳化物轉變碳化物轉變(270400 碳鋼中馬氏體過飽和的C 幾乎全部脫溶，但仍具有一定的正方度。 形成兩種比-FexC更加穩定的碳化物 *一種是-Fe5C2單斜晶系 *一種是-Fe3C正交晶系。 具體形成過程可表示為：相+-FexC 相+-Fe5C2+-FexC 相+

4、-Fe3C+-Fe5C2+-FexC 相+-Fe3C+-Fe5C2 相+-Fe3C。3.碳化物析出與轉變規律(1)是否出現-Fe5C2與鋼的C%有關，C%增加有利于-Fe5C2產生(板條馬氏體不易產生-Fe5C2)。(2)回火時碳化物析出的慣習面和位向關系與碳化物類型有關。 中、低碳鋼：-Fe5C2 的慣習面為112；位向關系為 (100)/(121)，(010)/(101)，001/111。-Fe3C 的慣習面為110或112；位向關系為 (001)/(112)，(010)/(111) ，100/110。(3)碳化物轉變取決于回火溫度，也和時間有關。 隨著回火時間的延長，轉變溫度可以降低。4

5、. 最終組織：回火屈氏體回火屈氏體 具有一定過飽和度的 相和與其無共格關系的-Fe3C 碳化物混合組織。 對于合金鋼，回火過程中形成細小彌散的與 相共格的特殊碳化物，導致鋼的硬度增加稱為二次硬化二次硬化。（三）殘余奧氏體轉變（三）殘余奧氏體轉變(200300）1. 殘余奧氏體與過冷奧氏體相比 兩者都是C在-Fe中的固溶體，轉變的動力學曲線很相似。 物理狀態不同，殘余奧氏體在淬火過程中發生了高度塑性變形，存在很大的畸變。 發生了機械穩定化和熱穩定化。2. 淬火高碳鋼，殘余奧氏體轉變產物是 相和-FexC 的混合組織，稱回火馬氏體或下貝氏體。 此時相的C%不僅與回火馬氏體相近，而且與下貝氏體的C%

6、相近、結構也相似。 殘余奧氏體分解可表示為：A 殘M 回或B 下(相+-FexC)，殘余奧氏體轉變為馬氏體或下貝氏體稱為二次淬火二次淬火。（四）（四）相回復再結晶及碳化物聚集長大相回復再結晶及碳化物聚集長大(400)主要發生主要發生相回復再結晶，同時碳化物聚集長大。相回復再結晶，同時碳化物聚集長大。1.相回復相回復2.再結晶再結晶3.碳化物長大碳化物長大4.最終組織最終組織1.相回復相回復 相回復包括內應力消除和缺陷的減少或逐漸消失。相回復包括內應力消除和缺陷的減少或逐漸消失。（1）三類內應力：）三類內應力： *第一類內應力：宏觀的，存在于表面與心部之間。第一類內應力：宏觀的，存在于表面與心部

7、之間。 *第二類內應力：晶粒間。第二類內應力：晶粒間。 *第三類內應力：晶胞內。第三類內應力：晶胞內。 （2）回復過程）回復過程 板條馬氏體的位錯降低，剩下的位錯將重新排列形成二維板條馬氏體的位錯降低，剩下的位錯將重新排列形成二維位錯網絡位錯網絡多邊化。這些位錯網絡把板條馬氏體晶粒分割成亞多邊化。這些位錯網絡把板條馬氏體晶粒分割成亞晶粒。晶粒。 片狀馬氏體回火溫度高于片狀馬氏體回火溫度高于250時孿晶開始消失，時孿晶開始消失，400孿孿晶全部消失，前三個階段受晶全部消失，前三個階段受C 擴散控制存在零件內回復就開始發擴散控制存在零件內回復就開始發生。生。 注意：回復過程馬氏體晶粒空間形態不變注

8、意：回復過程馬氏體晶粒空間形態不變(板條狀馬氏體仍板板條狀馬氏體仍板條狀，片狀馬氏體仍片狀條狀，片狀馬氏體仍片狀)。2.再結晶再結晶 回火溫度高于回火溫度高于600發生再結晶。這一過程也是形發生再結晶。這一過程也是形核核(亞晶界為核心亞晶界為核心)、長大過程。、長大過程。 板條馬氏體形成位錯密度很低的等軸板條馬氏體形成位錯密度很低的等軸相取代板條相取代板條晶粒晶粒再結晶再結晶 片狀馬氏體回火溫度高于片狀馬氏體回火溫度高于400孿晶全部消失，出孿晶全部消失，出現胞塊組織，溫度高于現胞塊組織，溫度高于600發生再結晶。發生再結晶。3.碳化物長大碳化物長大 溫度高于溫度高于400，碳化物已與，碳化物

9、已與相脫離共格關系而聚相脫離共格關系而聚集球化。細粒狀彌散的碳化物迅速聚集長大并粗化。并集球化。細粒狀彌散的碳化物迅速聚集長大并粗化。并對對相的再結晶有阻礙作用相的再結晶有阻礙作用 4.最終組織：回火索氏體組織最終組織：回火索氏體組織 回復和再結晶的回復和再結晶的相與聚集長大的粒狀碳化物相與聚集長大的粒狀碳化物(與與相無共格關系相無共格關系)的混合組織。的混合組織。（五）（五） 淬火鋼回火時力學性能變化淬火鋼回火時力學性能變化 按回火溫度的不同，將回火分成按回火溫度的不同，將回火分成500圖1.46 低碳馬氏體回火力學性能的變化1.低碳鋼回火后的力學性能2.高碳鋼回火后的力學性能高碳鋼回火后的

10、力學性能（1）硬度）硬度 1)高碳鋼高碳鋼(0.8%C)100左右回火時硬度稍有左右回火時硬度稍有上升，是由于上升，是由于C 原子偏聚和共格原子偏聚和共格-FexC析出造成的。析出造成的。 2)200300回火時出現硬度平臺是由于殘余回火時出現硬度平臺是由于殘余奧氏體轉變奧氏體轉變(使硬度上升使硬度上升)和馬氏體大量分解和馬氏體大量分解(使硬度使硬度下降下降)兩個因素綜合作用的結果。兩個因素綜合作用的結果。 3)合金元素能夠不同程度上阻礙回火硬度的降低，合金元素能夠不同程度上阻礙回火硬度的降低，同時回火時同時回火時(500600)可以造成二次硬化。可以造成二次硬化。（2）強度和塑性）強度和塑性

11、 回火溫度升高，強度不斷下降，塑性不斷上升。回火溫度升高，強度不斷下降，塑性不斷上升。 1)低溫回火時，高碳鋼片狀馬氏體塑性幾乎為零，低碳低溫回火時，高碳鋼片狀馬氏體塑性幾乎為零，低碳鋼具有良好的綜合性能。鋼具有良好的綜合性能。 2)300450回火時鋼的彈性極限最高回火時鋼的彈性極限最高(回火屈氏體組回火屈氏體組織織)。 3)合金元素加入與相同含碳量的碳鋼對比，強度高合金元素加入與相同含碳量的碳鋼對比，強度高(回火回火高于高于300)。（六）回火脆性（六）回火脆性 鋼在回火時，隨回火溫度升高，沖擊韌性下降鋼在回火時，隨回火溫度升高，沖擊韌性下降(脆化脆化)的的現象，稱為回火脆性。現象，稱為回

12、火脆性。1.第一類回火脆性第一類回火脆性（1）定義：）定義：250400回火時出現的回火脆性稱第一類回回火時出現的回火脆性稱第一類回火脆性。火脆性。（2）特點：）特點： 1)斷裂方式為沿晶斷裂或穿晶斷裂。斷裂方式為沿晶斷裂或穿晶斷裂。 2)與回火冷卻速度無關。與回火冷卻速度無關。 3)產生第一類回火脆性的工件在更高的溫度回火，脆性產生第一類回火脆性的工件在更高的溫度回火，脆性消失，重新在其脆性溫度區回火，也不產生回火脆性，這種消失，重新在其脆性溫度區回火，也不產生回火脆性，這種特性稱回火脆性的不可逆。特性稱回火脆性的不可逆。3.產生機制產生機制(無定論無定論)：雜質偏聚理論雜質偏聚理論雜質元素

13、雜質元素P、Sn、As、Sb 等向原奧氏體晶界等向原奧氏體晶界偏聚，合金元素偏聚，合金元素Ni、Cr、Mn也在原奧氏體晶界偏聚并促進雜質也在原奧氏體晶界偏聚并促進雜質元素的偏聚，處于韌性狀態時沒有發現上述雜質元素在原奧氏體元素的偏聚，處于韌性狀態時沒有發現上述雜質元素在原奧氏體晶界偏聚。雜質元素的偏聚引起強度降低。回火晶界偏聚。雜質元素的偏聚引起強度降低。回火500時，時，P 在在原奧氏體晶界顯著偏聚，回火時間增加，原奧氏體晶界顯著偏聚，回火時間增加，P 在原奧氏體晶界的偏在原奧氏體晶界的偏聚量增加，超過聚量增加，超過500時，時，P擴散離去，再次冷至擴散離去，再次冷至500時，時，P又又偏聚

14、在原奧氏體晶界偏聚在原奧氏體晶界可逆性。該理論不能解釋第二類回火脆可逆性。該理論不能解釋第二類回火脆性與冷卻速度的關系。性與冷卻速度的關系。4.避免方法：避免方法：(1)降低雜質元素含量，減少合金元素降低雜質元素含量，減少合金元素Ni、Cr、Mn含量。含量。(2)加入合金元素加入合金元素Mo、W等抑制雜質元素偏聚。等抑制雜質元素偏聚。(3)細化晶粒，奧氏體晶粒粗大，單位體積晶界數量減少，雜質在細化晶粒，奧氏體晶粒粗大，單位體積晶界數量減少，雜質在晶界處含量相對增加，第二類回火脆性增大。晶界處含量相對增加，第二類回火脆性增大。(4)回火快冷回火快冷(對尺寸小的零件、形狀不太復雜對尺寸小的零件、形

15、狀不太復雜)。(5)采用形變熱處理方法減少第二類回火脆性。采用形變熱處理方法減少第二類回火脆性。(6)亞共析鋼采用亞溫淬火使亞共析鋼采用亞溫淬火使P溶入到溶入到相中，減少其在奧氏體晶界相中，減少其在奧氏體晶界的偏聚。的偏聚。第二章 鋼的熱處理工藝 鋼的熱處理工藝 通過加熱、保溫和冷卻的方法改變鋼的組織結構以獲得工件所要求性能的一種熱加工技術。 分類 普通熱處理（退火、正火、淬火、回火） 表面熱處理（表面淬火、化學熱處理） 形變熱處理一、退火 什么是退火？ 將鋼加熱到相變溫度Ac1以上或以下，保溫以后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）以獲得接近平衡狀態組織的一種熱處理工藝。 目的： 均勻鋼的化學成分及組織

16、，細化晶粒， 調整硬度，消除內應力和加工硬化調整硬度，消除內應力和加工硬化 ，改善，改善鋼鋼 的成形和切削加工性能，的成形和切削加工性能， 為淬火做好組織準備。 （1）按加熱溫度分為臨界溫度以上或以下按加熱溫度分為臨界溫度以上或以下臨界溫度以上l 完全退火l 擴散退火l 不完全退火l 球化退火臨界溫度以下l 再結晶退火l 去應力退火（2）按冷卻方式）按冷卻方式 等溫退火 連續冷卻退火 分類分類 加熱溫度范圍1.完全退火 概念概念 將鋼件或鋼材加熱到Ac3以上2030，經完全奧氏體化后進行隨爐緩慢冷卻，以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。 目的目的 均勻組織，細化晶粒均勻組織，細化晶粒 降低硬度，消

17、除內應力降低硬度，消除內應力 改善鋼的切削加工性能改善鋼的切削加工性能。 適用鋼材適用鋼材 中碳鋼（消除魏氏組織、晶粒粗大、帶狀組織等） 實際生產中，實際生產中，600出爐空冷出爐空冷。 等溫退火等溫退火 將奧氏體化后的鋼較快地冷卻到稍低于Ar1溫度等溫，使奧氏體轉變為珠光體，再空冷到室溫的熱處理工藝。 縮短退火時間 適用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金鋼。（1）概念（2）目的（3）適用鋼種2.不完全退火 概念 將鋼加熱到Ac1Ac3(亞共析鋼)或Ac1Accm (過共析鋼)之間的雙相區，保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝。 對亞共析鋼，可代替完全退火。 對過共析鋼，即為球化退火。3.球化退火 概念概念

18、鋼隨爐升溫加熱到鋼隨爐升溫加熱到Ac1Accm以下的雙相區以下的雙相區，保溫，保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝。后緩慢冷卻的熱處理工藝。 目的目的 讓其中的碳化物讓其中的碳化物球化球化（粒化）和（粒化）和消除網狀的二次消除網狀的二次滲碳體滲碳體。（因此叫做球化退火。）。（因此叫做球化退火。）主要適用于共析或過共析的工模具鋼主要適用于共析或過共析的工模具鋼 適用鋼種適用鋼種T10鋼球化退火組織 ( 化染 ) 500 4.擴散退火（均勻化退火） 概念概念 將工件加熱到將工件加熱到略低于固相線的溫度略低于固相線的溫度（亞共析鋼通常為（亞共析鋼通常為10501150），長時間（一般），長時間（一般1020h

19、）保溫，然后隨）保溫，然后隨爐緩慢冷卻到室溫的熱處理工藝。爐緩慢冷卻到室溫的熱處理工藝。（也叫均勻化退火。） 目的目的均勻鋼內部的化學成分，消除偏析。均勻鋼內部的化學成分，消除偏析。主要于鑄造后的高合金鋼。主要于鑄造后的高合金鋼。 適用情況適用情況5.去應力退火 概念概念 為了消除由于變形加工以及鑄造、焊接過程引起的殘為了消除由于變形加工以及鑄造、焊接過程引起的殘余內應力而進行的退火稱為余內應力而進行的退火稱為去應力退火去應力退火。 退火溫度退火溫度不超過不超過Ac1，一般，一般500650。6.再結晶退火 概念 把冷變形后的金屬加熱到再結晶溫度以上保持適當的時間，使變形晶粒重新轉變為均勻等軸

20、晶而消除加工硬化的熱處理工藝。二、正火 概念概念 將鋼材或鋼件加熱到將鋼材或鋼件加熱到臨界溫度以上臨界溫度以上，保溫后，保溫后空冷空冷的熱的熱處理工藝。處理工藝。 亞共析鋼的加熱溫度為Ac33050 過共析鋼的加熱溫度為Accm3050。 正火與退火的主要區別正火與退火的主要區別 冷卻速度不同，正火冷卻速度較大，得到的珠光體組冷卻速度不同，正火冷卻速度較大，得到的珠光體組織很細，因而強度和硬度也較高。織很細，因而強度和硬度也較高。 應用應用（1）消除網狀二次滲碳體）消除網狀二次滲碳體（2）作為最終熱處理，提高工件的力學性能）作為最終熱處理，提高工件的力學性能（3）改善切削加工性能）改善切削加工

21、性能（4）消除熱加工缺陷。）消除熱加工缺陷。三、退火和正火的選用 含碳量0.75鋼，選用球化退火 中碳鋼、合金鋼正火硬度高不易切削，選用完全退火 在要求不高時，盡量選用正火。三、鋼的淬火 概念概念 將將亞共析鋼加熱到亞共析鋼加熱到Ac3以上以上，共析鋼與過共析鋼加熱共析鋼與過共析鋼加熱到到Ac1以上以上（低于（低于Accm）的溫度，保溫后以）的溫度，保溫后以大于臨界冷卻大于臨界冷卻速度速度Vk的速度快速冷卻，使奧氏體轉變為馬氏體的熱處的速度快速冷卻，使奧氏體轉變為馬氏體的熱處理工藝。理工藝。 目的目的獲得馬氏體，提高鋼的力學性能。獲得馬氏體，提高鋼的力學性能。 選擇淬火溫度的原則是獲得均勻細小

22、的奧氏體組織選擇淬火溫度的原則是獲得均勻細小的奧氏體組織。過共析鋼淬火溫度： 一般為Ac1以上3050圖6-14是碳鋼的淬火溫度范圍。（1）淬火溫度的確定 亞共析鋼的淬火溫度： 一般為Ac3以上3050，淬火后獲得均勻細小的馬氏體組織。（2）加熱時間的確定 加熱時間由升溫時間和保溫時間組成。 由零件入爐溫度升至淬火溫度所需的時間為升溫時間，并以此作為保溫時間的開始。 保溫時間是指零件燒透即完成奧氏體化過程所需要的時間。 加熱時間通常根據經驗公式估算或通過實驗確定。生產中往往要通過實驗確定合理的加熱及保溫時間，以保證工件質量。淬火要得到馬氏體組織，同時又要避免產生變形和開裂淬火要得到馬氏體組織，

23、同時又要避免產生變形和開裂 在在“鼻尖鼻尖”溫度以上，在保證不溫度以上，在保證不出現珠光體類型組織的前提下，可以出現珠光體類型組織的前提下，可以盡量緩冷；盡量緩冷； 在在“鼻尖鼻尖”溫度附近則必須快冷，溫度附近則必須快冷，以躲開以躲開“鼻尖鼻尖”，保證不產生非馬氏，保證不產生非馬氏體相變；體相變； 在在Ms點附近又可以緩冷，以減點附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉變時的相變應力。輕馬氏體轉變時的相變應力。 常用的淬火冷卻介質是常用的淬火冷卻介質是水水、鹽鹽或或堿的水溶液堿的水溶液和和各種礦物各種礦物油油、植物油植物油。（3）淬火冷卻介質的確定原則原則：保證在獲得所要求的淬火組織和性能條件下，盡量減

24、保證在獲得所要求的淬火組織和性能條件下，盡量減小淬火應力，減少工件變形和開裂傾向。小淬火應力，減少工件變形和開裂傾向。時間時間溫度MsA1單液淬火單液淬火雙液淬火雙液淬火 分級淬火分級淬火 等溫淬火等溫淬火（4）淬火方法）淬火方法1）單液淬火）單液淬火概念概念 將奧氏體狀態的工件放入一將奧氏體狀態的工件放入一種淬火介質中一直冷卻到室溫的種淬火介質中一直冷卻到室溫的淬火方法。淬火方法。特點特點 操作簡單，容易實現機械化操作簡單，容易實現機械化適用范圍適用范圍 形狀簡單的碳鋼和合金鋼工形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件。件。 2）雙液淬火）雙液淬火概念 先將奧氏體狀態的工件在冷卻能力強的淬火介質中冷卻至接

25、近Ms點溫度時，再立即轉入冷卻能力較弱的淬火介質中冷卻，直至完成馬氏體轉變。3）分級淬火）分級淬火概念 將奧氏體狀態的工件首先淬入略高于鋼的Ms點的鹽浴或堿浴爐中保溫，當工件內外溫度均勻后，再從浴爐中取出空冷至室溫，完成馬氏體轉變。4）等溫淬火）等溫淬火 將奧氏體化后的工件在稍高于Ms溫度的鹽浴或堿浴中冷卻并保溫足夠時間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。（5）鋼的淬透性）鋼的淬透性1）淬透性的概念）淬透性的概念 指奧氏體化后的鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，指奧氏體化后的鋼在淬火時獲得馬氏體的能力， 鋼的淬透性大小用鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深鋼的淬透性大小用鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度

26、來表示。度來表示。 通常采用從淬火工件表面到半馬氏體區距離作為淬透層通常采用從淬火工件表面到半馬氏體區距離作為淬透層深度。深度。2）影響淬透性的因素）影響淬透性的因素 主要因素是化學成分主要因素是化學成分 除除Co以外，所有溶于奧氏體中的合金元素都提高淬透性。以外，所有溶于奧氏體中的合金元素都提高淬透性。 奧氏體的均勻性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都奧氏體的均勻性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都會影響淬透性。會影響淬透性。 試驗時，先將標準試樣加熱至奧氏體化溫度，停留3040min，然后迅速放在端淬試驗臺上噴水冷卻。3）淬透性的測定及其表示方法）淬透性的測定及其表示方法 淬透性的測定方法

27、很多，有淬透性的測定方法很多，有臨界淬火直徑法圖臨界淬火直徑法圖和和末端淬火法末端淬火法。 應用得最廣泛的是應用得最廣泛的是“末端淬火法末端淬火法”，簡稱，簡稱端淬試驗端淬試驗a) 全淬透 b) 未淬透未淬透鋼未淬透鋼淬透鋼淬透鋼四、鋼的回火 什么是回火？ 淬火后再將工件加熱到Ac1溫度以下某一溫度，保溫后再冷卻到室溫的一種熱處理工藝。 一般是緊接淬火以后的熱處理工藝。 淬火后回火目的 降低或消除內應力，以防止工件開裂和變形； 減少或消除殘余奧氏體，以穩定工件尺寸； 調整工件的內部組織和性能，以滿足工件的 使用要求。 低溫回火低溫回火 150250 特別適合刀具、量具、滾動軸承和高頻表面淬火工

28、件。大部分材特別適合刀具、量具、滾動軸承和高頻表面淬火工件。大部分材料是淬火高碳鋼和高碳合金鋼料是淬火高碳鋼和高碳合金鋼中溫回火中溫回火 350500 主要用于各種彈簧零件和熱鍛磨具。主要用于各種彈簧零件和熱鍛磨具。高溫回火高溫回火 500650 主要適用于中碳結構鋼和低合金結構鋼，用來制作曲軸、連桿、主要適用于中碳結構鋼和低合金結構鋼，用來制作曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車半軸、機場主軸、齒輪等連桿螺栓、汽車半軸、機場主軸、齒輪等淬火加高溫回火又稱調質處理 回火工藝回火工藝 按照回火后性能要求，淬火以后的回火有低溫回火，中溫回火、高溫回火。 按照回火溫度和工件所要求的性能，一般將回火分為三類五、

29、鋼的表面淬火 什么是表面淬火？ 僅對鋼的表面快速加熱、冷卻，把表面淬成馬氏體，心部組織不變的熱處理工藝。注意：表面熱處理不改變鋼的成分。 按加熱方式可分為 感應加熱 火焰加熱 電接觸加熱 激光加熱 加熱器通入電流，工件表面在幾秒鐘之內迅速加熱到遠高于Ac3以上的溫度，接著迅速冷卻工件（例如向加熱了的工件噴水冷卻）表面，在零件表面獲得一定深度的硬化層。 1. 感應加熱感應加熱 感應線圈通以交流電時，就會在它的內部和周圍產生與交流頻率相同的交變磁場。若把工件置于感應磁場中，則其內部將產生感應電流并由于電阻的作用被加熱。 感應電流在工件表層密度最大，而心部幾乎為零，這種現象稱為集膚效應。 電流透入工

30、件表層的深度主要與電流頻率有關。如下式所示： 通過頻率的選用可以得到不同工件所要求的淬硬層深度。 電流頻率越高，感應電流透入深度越淺，加熱層也越薄。第一類 高頻感應加熱淬火 常用電流頻率：801000kHz 淬硬層深度： 0.52.0mm 應用：適用于中小模數的齒輪及中小尺寸的軸類零件等。第二類 中頻感應加熱淬火 常用電流頻率：25008000Hz 淬硬層深度： 210mm 應用：適用于較大尺寸的軸和大中模數的齒輪等。第三類 工頻感應加熱淬火 電流頻率：50赫茲 淬硬層深度：可達1015mm 應用：適用于較大直徑零件的穿透加熱及大直徑零件如軋輥、火車車輪等的表面淬火。 感應加熱表面淬火的分類感

31、應加熱表面淬火的分類據電流頻率的不同，可將感應加熱表面淬火分為三類： 感應加熱適用的材料 中碳鋼和中碳低合金鋼，如45、40Cr、40MnB等。 這些鋼經預先熱處理（正火或調質處理）后再表面淬火，心部有較高的綜合機械性能，表面也有較高的硬度和耐磨性。 鑄鐵也是適合于表面淬火的材料 感應加熱表面淬火的特點 由于感應加熱速度極快，過熱度增大，使鋼的臨界點升高，故感應加熱淬火溫度(工件表面溫度)高于一般淬火溫度。由于感應加熱速度快，奧氏體晶粒不易長大，淬火后獲得非常細小的隱晶馬氏體組織，使工件表層硬度比普通淬火高2HRC3HRC，耐磨性也有較大提高。表面淬火后，淬硬層中馬氏體的比體積較原始組織大，因

32、此表層存在很大的殘余壓應力，能顯著提高零件的彎曲、抗扭疲勞強度。小尺寸零件可提高23 倍，大尺寸零件可提高20%30%。由于感應加熱速度快、時間短，故淬火后無氧化、脫碳現象，且工件變形也很小，易于實現機械化與自動化。2火焰加熱表面淬火 火焰加熱淬火是火焰加熱溫度很高（約火焰加熱淬火是火焰加熱溫度很高（約3000以以上），能將工件迅速加熱到淬火溫度，通過調節燒嘴的上），能將工件迅速加熱到淬火溫度，通過調節燒嘴的位置和移動速度，可以獲得不同厚度的淬硬層。位置和移動速度，可以獲得不同厚度的淬硬層。 用乙炔氧或煤氣氧等火焰直接加熱工件表面，然后立即噴水冷卻，以獲得表面硬化效果的淬火方法。 特點 概念3

33、其它類型的表面淬火（1）電接觸加熱表面淬火 利用觸頭和工件間的接觸電阻在通以大電流時產生的電阻熱，將工件表面迅速加熱到淬火溫度，當電極移開，借工件本身來加熱部分的熱傳導來淬火冷卻的熱處理工藝稱為電接觸加熱表面淬火。（2）激光熱處理 激光熱處理開始于七十年代，它是將激光器發射出的激光對準處理工件進行掃描加熱，一般加熱以后空氣中冷卻。 六、化學熱處理 化學熱處理是將鋼件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，改變其化學成分和組織，達到改進表面性能，滿足技術要求的熱處理過程。 常用的化學熱處理有滲碳、滲氮（俗稱氮化）、碳氮共滲（俗稱氰化和軟氮化）等。還有滲硫、滲硼、滲鋁、滲釩、滲

34、鉻等。 發蘭、磷化可以歸為表面處理，不屬于化學熱處理。 化學熱處理過程包括分解、吸收、擴散三個基本過程。 1滲碳 滲碳就是將低碳鋼放入高碳介質中加熱、保溫，以獲得高碳表層的化學熱處理工藝。 滲碳的主要目的是提高零件表層的含碳量，以便大大提高表層硬度，增強零件的抗磨損能力，同時保持心部的良好韌性。 與表面淬火相比，滲碳主要用于那些對表面有較高耐磨性要求，并承受較大沖擊載荷的零件。 滲碳用鋼為低碳鋼及低碳合金鋼，如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。含碳量提高，將降低工件心部的韌性。 （1）滲碳方法）滲碳方法 根據使用時滲碳劑的不同狀態，滲碳方法可以分為氣體滲

35、碳、固體滲碳和液體滲碳三種，常用的是前兩種，尤其是氣體滲碳。a）氣體滲碳 是將工件置于密封的氣體滲碳爐內，加熱到900以上（一般900950），使鋼奧氏體化，向爐內滴入易分解的有機液體（如煤油、苯、甲醇、醋酸乙酯等），或直接通入滲碳氣氛通過在鋼的表面上發生反應，形成活性碳原子。反應如下： 鋼的氣體滲碳鋼的氣體滲碳圖5-29 氣體滲碳爐 b）固體滲碳 是將工件和固體滲碳劑裝入滲碳箱中，用蓋子和耐火泥封好，然后放在爐中加熱至900950，保溫足夠長時間，得到一定厚度的滲碳層。 固體滲碳劑通常是一定粒度的木炭與15%20%的碳酸鹽（BaCO3或Na2CO3）的混合物。木炭提供滲碳所需要的活性炭原子，

36、碳酸鹽起催化作用，反應如下：鋼的固體滲碳鋼的固體滲碳零件零件滲碳劑滲碳劑試棒試棒蓋蓋泥封泥封滲碳箱滲碳箱圖5-30 鋼的固體滲碳爐 （2）滲碳工藝及組織）滲碳工藝及組織 滲碳處理的工藝參數是滲碳溫度和滲碳時間。 由于奧氏體的溶碳能力較大，因此滲碳溫度必須高于Ac3溫度。加熱溫度越高，則滲碳速度越快，滲碳層越厚，生產率也越高。但為了避免奧氏體晶粒過分長大，所以滲碳溫度不能太高，通常為900950。 在溫度一定的情況下，滲碳時間取決于滲碳層的厚度。 下表是不同滲碳溫度下，不同滲碳時間的滲層厚度。 （3）滲碳后的熱處理滲碳工藝的加熱溫度高，時間較長，還需淬火才能達到硬度要求，所以鋼滲碳以后必須進行熱

37、處理才能達到預期目的。如汽車、機車、礦山機械、起重機械等用的大量傳動齒輪都采用滲碳熱處理工藝提高其耐磨損性能。 滲碳件的熱處理方法有三種，如圖6-21所示。 （a）預冷直接淬火法 （b）預冷一次淬火法 （c）預冷二次淬火法2滲氮（氮化） 主要目的主要目的: 提高零件表層含氮量以增強表面硬度和耐磨性、提高疲提高零件表層含氮量以增強表面硬度和耐磨性、提高疲勞強度和抗蝕性。勞強度和抗蝕性。氮化工藝氮化工藝氣體氮化氣體氮化離子氮化離子氮化包括包括: 與氣體氮化相比，離子氮化的特點是處理周期短，僅為氣體與氣體氮化相比，離子氮化的特點是處理周期短，僅為氣體氮化的氮化的1/31/4（例如（例如38CrMoAl鋼，氮化層深度若達到鋼，氮化層深度若達到0.350.7mm，氣體氮化一般需，氣體氮化一般需70小時，而離子氮化僅需小時，而離子氮化僅需1520小小時），零件的表面不易形成連續的白色脆性層。時），零件的表面不易形成連續的白色脆性層。氮化后的性能氮化后的性能氮化后零件表面硬度比滲碳的高，耐磨損性能好。氮化后零件表面硬度比滲碳的高，耐磨損性能好。滲層一般處于壓應力，疲勞強度高，但脆性較大。滲