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1、第第6 6章章 钢的热处理钢的热处理6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变6.3 6.3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变6.4 6.4 退火与正火退火与正火6.5 6.5 淬火淬火6.6 6.6 回火回火6.7 6.7 表面淬火表面淬火6.8 6.8 化学热处理化学热处理图图6-1 6-1 热处理工艺曲线热处理工艺曲线返回图图6-2 6-2 共析钢共析钢C C曲线的建立曲线的建立返回图图6-3 6-3 共析钢的共析钢的C C曲线图曲线图返回图图6-4 6-4 碳钢的淬火加热温度碳钢的淬火加热温度返回图图6-5 6-5 各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图返回
2、图图6-6 6-6 钢的硬度与回火温度的关系钢的硬度与回火温度的关系返回图图6-7 6-7 含含0.4%C0.4%C钢的冲击韧性与回火钢的冲击韧性与回火的关系的关系返回图图6-8 6-8 淬火、退火及淬火回火后淬火、退火及淬火回火后4040钢的性能对比钢的性能对比返回图图6-7 6-7 含含0.4%C0.4%C钢的冲击韧性与回火钢的冲击韧性与回火的关系的关系返回6.1 6.1 概述概述钢的热处理是通过将钢在固态下加热、保温和冷却，改善钢的内钢的热处理是通过将钢在固态下加热、保温和冷却，改善钢的内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。热处理工艺在机械制造
3、业中应用极为广泛。热处理能提高零件的热处理工艺在机械制造业中应用极为广泛。热处理能提高零件的使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命，此使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命，此外，热处理还可改善工件的加工工艺性能，提高加工质量，外，热处理还可改善工件的加工工艺性能，提高加工质量，减少刀具磨损。因此，热处理在机械制造业中占有十分重要减少刀具磨损。因此，热处理在机械制造业中占有十分重要的地位。的地位。下一页返回6.1 6.1 概述概述根据工艺不同，钢的热处理方法分类如下：根据工艺不同，钢的热处理方法分类如下：钢的热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都需要经过加钢的热处理方法
4、虽然很多，但任何一种热处理工艺都需要经过加热、保温、冷却的过程。因此热处理工艺过程可用热、保温、冷却的过程。因此热处理工艺过程可用“温度温度时间时间”曲线表示，如曲线表示，如图图6-16-1所示，此曲线称为热处理工艺曲线。所示，此曲线称为热处理工艺曲线。普通热处理一普通热处理一 退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火 表面热处理表面热处理 化学热处理：渗碳、渗氮、渗硼、渗金属等化学热处理：渗碳、渗氮、渗硼、渗金属等表面淬火：火焰加热，感应加热等表面淬火：火焰加热，感应加热等 热处理热处理上一页下一页返回6.1 6.1 概述概述 热处理之所以能使钢的性能发生变化，其根本原因是由于铁有热处理
5、之所以能使钢的性能发生变化，其根本原因是由于铁有同素异构转变，从而使钢在加热和冷却过程中，其内部发生同素异构转变，从而使钢在加热和冷却过程中，其内部发生了组织与结构变化的结果。因此要掌握热处理工艺，必须首了组织与结构变化的结果。因此要掌握热处理工艺，必须首先了解在不同的加热及冷却条件下，钢的组织变化的规律。先了解在不同的加热及冷却条件下，钢的组织变化的规律。上一页返回6.2 6.2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变6.2.1 6.2.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变由铁碳状态图可知，碳素钢在极其缓慢的加热和冷却过程中，其由铁碳状态图可知，碳素钢在极其缓慢的加热和冷却过程中，其固态组
6、织转变的临界温度可由图中固态组织转变的临界温度可由图中A1A1线线(PSK(PSK线线)、A3A3线线(GS(GS线线)和和AcmAcm线线(ES(ES线线)来确定。在实际热处理过程中，无论是加热或来确定。在实际热处理过程中，无论是加热或者冷却，都是在较快的速度下进行的，因此实际发生转变的者冷却，都是在较快的速度下进行的，因此实际发生转变的温度与状态图中所示的临界温度之间有所偏离，加热时移向温度与状态图中所示的临界温度之间有所偏离，加热时移向高温，而冷却时移向低温，这种现象称为高温，而冷却时移向低温，这种现象称为“滞后滞后”，并且滞，并且滞后的量随着加热或冷却速度的增大而增大通常我们把实际后的
7、量随着加热或冷却速度的增大而增大通常我们把实际加热时发生相变的临界温度用加热时发生相变的临界温度用Ac1Ac1、Ac3Ac3、AccmAccm表示，而冷却表示，而冷却时的临界温度用时的临界温度用Ar1Ar1、Ar3Ar3表示。表示。下一页返回6.2 6.2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变1.1.奥氏体晶核形成与长大奥氏体晶核形成与长大2.2.残余渗碳体溶解残余渗碳体溶解3.3.奥氏体成分的均匀化奥氏体成分的均匀化 从上述分析可以看出，零件加热后进行适当的保温是很有必要的，从上述分析可以看出，零件加热后进行适当的保温是很有必要的，其目的是，其目的是，能使零件在保温过程中彻底完成相变，能使零件在
8、保温过程中彻底完成相变，为了为了得到成分较为均匀的奥氏体组织。得到成分较为均匀的奥氏体组织。上一页下一页返回6.2 6.2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变6.2.26.2.2奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大 珠光体刚转变成奥氏体时，一般情况下其晶粒是细小的，这珠光体刚转变成奥氏体时，一般情况下其晶粒是细小的，这时的晶粒大小称之为起晶粒度。如果继续升高加热温度或者时的晶粒大小称之为起晶粒度。如果继续升高加热温度或者延长保温时间，奥氏体晶粒将逐渐长大，加热温度愈高，奥延长保温时间，奥氏体晶粒将逐渐长大，加热温度愈高，奥氏体晶粒愈粗大。粗大的奥氏体晶粒冷却后得到的组织也是氏体晶粒愈粗大。粗大的奥氏体晶
9、粒冷却后得到的组织也是粗大的，粗大的晶粒组织将使钢的力学性能尤其是韧性降低。粗大的，粗大的晶粒组织将使钢的力学性能尤其是韧性降低。因此，在多数情况下，热处理时不允许加热温度过高，以免因此，在多数情况下，热处理时不允许加热温度过高，以免引起奥氏体晶粒长大。引起奥氏体晶粒长大。上一页下一页返回6.2 6.2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变6.2.36.2.3加热时常见的缺陷加热时常见的缺陷1 1过热过热 所谓过热是钢在加热时，由于加热温度过高或加热时所谓过热是钢在加热时，由于加热温度过高或加热时间过长，引起奥氏体晶粒粗大的现象。过热使钢的力学性能间过长，引起奥氏体晶粒粗大的现象。过热使钢的力学性
10、能降低，严重影响钢的冲击韧性，而且还易引起淬火变形和开降低，严重影响钢的冲击韧性，而且还易引起淬火变形和开裂。裂。2 2过烧过烧 所谓过烧是钢在加热时，由于加温温度过高，造成晶所谓过烧是钢在加热时，由于加温温度过高，造成晶界氧化或局部熔化的现象。界氧化或局部熔化的现象。3 3氧化和脱碳氧化和脱碳 氧化是由于铁和空气中的氧等化合形成氧化皮，氧化是由于铁和空气中的氧等化合形成氧化皮，从而使工件表面粗糙不平，影响零件的精度。所谓脱碳就是从而使工件表面粗糙不平，影响零件的精度。所谓脱碳就是钢件表面层的碳被烧掉，因而使其含碳量降低。钢件表面层的碳被烧掉，因而使其含碳量降低。上一页返回6.3 6.3 钢在
11、冷却时的转变钢在冷却时的转变6.3.16.3.1过冷奥氏体等温转变过冷奥氏体等温转变 奥氏体在临界温度奥氏体在临界温度A1A1以上时是稳定的，能够长期存在而不发生以上时是稳定的，能够长期存在而不发生组织转变，但并不是一冷却到组织转变，但并不是一冷却到A1A1以下立即发生转变，在转变以下立即发生转变，在转变前需要停留一定的时间，这个时间称为孕育期。在临界温度前需要停留一定的时间，这个时间称为孕育期。在临界温度A1A1以下暂时存在的奥氏体，称之为以下暂时存在的奥氏体，称之为“过冷奥氏体过冷奥氏体”。1 1共析碳钢共析碳钢C C曲线的建立曲线的建立 （图图6-26-2）2 2共析碳钢共析碳钢C C曲
12、线分析曲线分析 （图图6-36-3）下一页返回6.3 6.3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变6.3.2 6.3.2 过冷奥氏体连续冷却与过冷奥氏体连续冷却与C C曲线的关系曲线的关系 在实际生产中，过冷奥氏体的转变大部分是在连续冷却中完在实际生产中，过冷奥氏体的转变大部分是在连续冷却中完成的，把钢加热到奥氏体状态后，使奥氏体在温度连续下降成的，把钢加热到奥氏体状态后，使奥氏体在温度连续下降的过程中发生转变，称为过冷奥氏体的连续冷却转变。在进的过程中发生转变，称为过冷奥氏体的连续冷却转变。在进行定性分析时，等温转变曲线所标示出的规律，基本上在连行定性分析时，等温转变曲线所标示出的规律，基本上在
13、连续冷却时也适用。下面用共析钢的等温转变曲线定性地分析续冷却时也适用。下面用共析钢的等温转变曲线定性地分析在连续冷却条件下的组织转变情况。在连续冷却条件下的组织转变情况。上一页下一页返回6.3 6.3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变6.3.3 6.3.3 冷却转变后的组织及性能冷却转变后的组织及性能通过通过C C曲线，我们已知在不同的冷却条件下会获得不同的组织，曲线，我们已知在不同的冷却条件下会获得不同的组织，下面讨论各种组织的转变特点及不同组织对钢材性能的影响。下面讨论各种组织的转变特点及不同组织对钢材性能的影响。1 1珠光体转变珠光体转变 (1)(1)珠光体的形成珠光体的形成(2)(2)
14、珠光体的组织形态及力学性能珠光体的组织形态及力学性能2 2贝氏体转变贝氏体转变 (1)(1)贝氏体的形成贝氏体的形成(2)(2)贝氏体的组织形态及力学性能贝氏体的组织形态及力学性能上一页下一页返回6.3 6.3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变3 3马氏体转变马氏体转变(1)(1)马氏体的形成及马氏体转变特点马氏体的形成及马氏体转变特点 (a)(a)降温形成降温形成 (b)(b)高速形核和长大高速形核和长大 (c)(c)马氏体转变的不完全性马氏体转变的不完全性马氏体的组织形态和力学性能马氏体的组织形态和力学性能上一页返回6.4 6.4 退火与正火退火与正火6.4.1 6.4.1 退火和正火的目
15、的退火和正火的目的1 1调整钢件硬度，以便进行切削加工。调整钢件硬度，以便进行切削加工。2 2消除残余应力。消除残余应力。3 3细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能。细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能。4 4为最终热处理作好准备。为最终热处理作好准备。下一页返回6.4 6.4 退火与正火退火与正火6.4.2 6.4.2 退火和正火工艺及应用退火和正火工艺及应用1 1退火退火 将钢加热到一定温度，保温一定时间后，缓慢冷却至室温将钢加热到一定温度，保温一定时间后，缓慢冷却至室温的热处理工艺称为退火。根据钢的成分及退火目的不同，退的热处理工艺称为退火。根据钢的成分及退火目的不同，退火工艺可分为完全
16、退火火工艺可分为完全退火+球化退火、等温退火、扩散退火，去球化退火、等温退火、扩散退火，去应力退火和再结晶退火等，其中常用的是完全退火、球化退应力退火和再结晶退火等，其中常用的是完全退火、球化退火和去应力退火。火和去应力退火。2.2.正火正火 正火是将钢件加热至正火是将钢件加热至Ac3Ac3（亚共析钢）或（亚共析钢）或AccmAccm（过共析钢）（过共析钢）以上以上30305050，保温后出炉在空气中冷却的一种操作。，保温后出炉在空气中冷却的一种操作。上一页返回6.5 6.5 淬火淬火将钢加热到临界温度（将钢加热到临界温度（AC3AC3或或AC1AC1）之上适当温度，保温后急速冷）之上适当温度
17、，保温后急速冷却却(水冷、油冷等水冷、油冷等)的热处理操作叫做淬火。淬火的目的主要的热处理操作叫做淬火。淬火的目的主要是为了获得马氏体组织，它是强化钢材的最重要的热处理方是为了获得马氏体组织，它是强化钢材的最重要的热处理方法，大量重要的机械零件及各类刃、模、量具等都离不开淬法，大量重要的机械零件及各类刃、模、量具等都离不开淬火处理，就是日常用品如刀剪之类，也要淬火后才能使用。火处理，就是日常用品如刀剪之类，也要淬火后才能使用。需要指出，淬火得到的马氏体，还不是热处理所要求的最后组需要指出，淬火得到的马氏体，还不是热处理所要求的最后组织。淬火马氏体只有配以适当的回火后才能使用织。淬火马氏体只有配
18、以适当的回火后才能使用(回火在下一回火在下一节中介绍节中介绍)，因此可以说淬火是为回火做组织准备的。而淬火，因此可以说淬火是为回火做组织准备的。而淬火工艺比较复杂，出现的问题也较多。工艺比较复杂，出现的问题也较多。下一页返回6.5 6.5 淬火淬火6.5.1 6.5.1 淬火加热温度的选择淬火加热温度的选择钢的淬火加热温度根据钢的淬火加热温度根据Fe-Fe3C Fe-Fe3C 相图选择，如相图选择，如图图6-46-4所示。所示。从从C C曲线看出，只有奥氏体能够转变成马氏体，所以淬火时首先曲线看出，只有奥氏体能够转变成马氏体，所以淬火时首先需把钢加热至临界温度以上，使钢变为奥氏体组织。亚共析需
19、把钢加热至临界温度以上，使钢变为奥氏体组织。亚共析钢的淬火温度必须超过临界温度钢的淬火温度必须超过临界温度Ac3Ac3以上以上30305050左右，这样左右，这样才能使钢全部转变成奥氏体，淬火后才有可能全部获得马氏才能使钢全部转变成奥氏体，淬火后才有可能全部获得马氏体组织。体组织。上一页下一页返回6.5 6.5 淬火淬火6.5.26.5.2淬火冷却介质淬火冷却介质 淬火操作难度比较大，主要因为淬火时要求得到马氏体，冷却速淬火操作难度比较大，主要因为淬火时要求得到马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度度必须大于钢的临界冷却速度(VkVk)，而快冷总是不可避免地，而快冷总是不可避免地要造成很大的
20、内应力，往往会引起钢件的变形与开裂。怎样要造成很大的内应力，往往会引起钢件的变形与开裂。怎样才能既得到马氏体又最大限度地减小变形与避免开裂呢才能既得到马氏体又最大限度地减小变形与避免开裂呢?主要主要可以从两方面着手，其一是寻找一种比较理想的淬火介质，可以从两方面着手，其一是寻找一种比较理想的淬火介质，其二是改进淬火冷却方法。其二是改进淬火冷却方法。常用的淬火冷却介质有水、矿物油、盐水溶液等。常用的淬火冷却介质有水、矿物油、盐水溶液等。上一页下一页返回6.5 6.5 淬火淬火6.5.36.5.3淬火方法淬火方法由于淬火介质性能不能完全符合理想，故需配以适当的冷却方法由于淬火介质性能不能完全符合理
21、想，故需配以适当的冷却方法进行淬火，才能保证零件的热处理质量。常用的淬火冷却方进行淬火，才能保证零件的热处理质量。常用的淬火冷却方法如法如图图6-56-5所示。所示。1.1.单液淬火单液淬火(图图6-5a6-5a)2.2.双液淬火双液淬火(图图6-5b6-5b)3.3.分级淬火分级淬火(图图6-5c6-5c)4.4.等温淬火等温淬火(图图6-5d6-5d)5.5.局部淬火局部淬火上一页下一页返回6.5 6.5 淬火淬火6.5.46.5.4淬硬性与淬透性淬硬性与淬透性1 1淬透性与淬硬性概念淬透性与淬硬性概念所谓钢的淬透性，就是钢在淬火时能够获得马氏体的能力，它是所谓钢的淬透性，就是钢在淬火时能
22、够获得马氏体的能力，它是钢材本身固有的一个属性。淬火时，工件截面上各处的冷却钢材本身固有的一个属性。淬火时，工件截面上各处的冷却速度是不同的。表面的冷却速度最快，越靠心部冷却速度越速度是不同的。表面的冷却速度最快，越靠心部冷却速度越慢，如果工件表面和心部冷却速度都大于钢的临界冷却速度，慢，如果工件表面和心部冷却速度都大于钢的临界冷却速度，则工件的整个截面都能获得马氏体组织，整个工件就被淬透则工件的整个截面都能获得马氏体组织，整个工件就被淬透了。如果心部冷却速度低于临界冷却速度，如图了。如果心部冷却速度低于临界冷却速度，如图6-206-20所示，所示，财钢的表层获得马氏体，心部则是马氏体与珠光体
23、类的混合财钢的表层获得马氏体，心部则是马氏体与珠光体类的混合组织，这时钢未被淬透。所以，也可以这样说，钢在一定条组织，这时钢未被淬透。所以，也可以这样说，钢在一定条件下淬火后，获得一定深度淬透层的能力，称为钢的淬透性。件下淬火后，获得一定深度淬透层的能力，称为钢的淬透性。上一页下一页返回6.5 6.5 淬火淬火 2 2淬透性的测定和表示方法淬透性的测定和表示方法 淬透性测定方法有多种，对于碳素结构钢和一般低、中合金结构淬透性测定方法有多种，对于碳素结构钢和一般低、中合金结构钢，通常采用国家标准钢，通常采用国家标准GB225GB2256363规定的末端淬火法滞定其淬规定的末端淬火法滞定其淬透性。
24、透性。影响钢材淬透性的主要因素是钢的临界冷却速度（影响钢材淬透性的主要因素是钢的临界冷却速度（VkVk），），VkVk越小，越小，钢的淬透性越大；钢的临界冷却速度主要取决于钢的化学成钢的淬透性越大；钢的临界冷却速度主要取决于钢的化学成分，在合金钢一章中我们再做详细讨论，另外淬进性与零件分，在合金钢一章中我们再做详细讨论，另外淬进性与零件力学性能及零件选材的关系，也将在后面章节中介绍，这里力学性能及零件选材的关系，也将在后面章节中介绍，这里不再赘述。不再赘述。上一页下一页返回6.5 6.5 淬火淬火6.5.5 6.5.5 淬火缺陷淬火缺陷1 1硬度不足硬度不足2 2过热与过烧过热与过烧3 3变形
25、与开裂变形与开裂上一页返回6.6 6.6 回火回火6.6.1 6.6.1 回火目的回火目的 钢件淬火后，在硬度、强度提高的同时，其韧性却大为降低，并钢件淬火后，在硬度、强度提高的同时，其韧性却大为降低，并且还存在很大的内应力且还存在很大的内应力 (残余应力残余应力)，使用中很容易破断损坏。，使用中很容易破断损坏。为了提高钢的韧性，消除或减小钢的残余内应力必须进行回为了提高钢的韧性，消除或减小钢的残余内应力必须进行回火。此外淬火组织处于亚稳定火。此外淬火组织处于亚稳定(即不够稳定即不够稳定)状态，它有向较状态，它有向较稳定组织进行转变的自发趋势，这将影响着零件的尺寸精度稳定组织进行转变的自发趋势
26、，这将影响着零件的尺寸精度及性能稳定，因此淬火后要进行适当的回火处理，以稳定组及性能稳定，因此淬火后要进行适当的回火处理，以稳定组织。进而稳定零件尺寸。回火工艺看起采很简单，是热处理织。进而稳定零件尺寸。回火工艺看起采很简单，是热处理的最后工序，但它决定着钢的使用性能，所以是一个很重要的最后工序，但它决定着钢的使用性能，所以是一个很重要的热处理工序。的热处理工序。下一页返回6.6 6.6 回火回火6.6.2 6.6.2 回火对钢性能的影响回火对钢性能的影响图图6-66-6、6-76-7、6-86-8为各种不同温度回火后钢的性能变化。为各种不同温度回火后钢的性能变化。从从图图6-66-6可以看出
27、，回火温度低于可以看出，回火温度低于200200时，淬火钢的硬度降低不时，淬火钢的硬度降低不多。随着回火温度的升高，硬度将有明显的下降。多。随着回火温度的升高，硬度将有明显的下降。钢的韧性，随回火温度的升高而提高，尤其钢的韧性，随回火温度的升高而提高，尤其400400以后韧性升高以后韧性升高速度大为增加，速度大为增加，650650左右达最大值。见左右达最大值。见图图6-76-7图图6-86-8是退火、淬火及淬火是退火、淬火及淬火+回火后，回火后，4040钢性能的对比。钢性能的对比。上一页下一页返回6.6 6.6 回火回火6.6.3 6.6.3 回火时钢的组织变化回火时钢的组织变化淬火钢在回火时
28、力学性能的变化，是因其内部组织发生了变化的淬火钢在回火时力学性能的变化，是因其内部组织发生了变化的结果。结果。淬火组织主要是马氏体，而马氏体是碳在淬火组织主要是马氏体，而马氏体是碳在a-Fea-Fe中的过饱和固溶体，中的过饱和固溶体，因碳呈过饱和状态，所以就始终存在着从其中分解析出的趋因碳呈过饱和状态，所以就始终存在着从其中分解析出的趋势，这就是回火发生组织变化的内因和根据。势，这就是回火发生组织变化的内因和根据。上一页下一页返回6.6 6.6 回火回火6.6.4 6.6.4 回火温度回火温度回火温度不能超过临界温度（回火温度不能超过临界温度（727727）。如果超过此温度，钢就）。如果超过此
29、温度，钢就转变为奥氏体，再继之以快冷，就是淬火；慢冷就是退火。转变为奥氏体，再继之以快冷，就是淬火；慢冷就是退火。这就不是回火处理了。这就不是回火处理了。回火温度不仅不能超过临界温度，而且也不应超过回火温度不仅不能超过临界温度，而且也不应超过650650，从，从图图6-76-7可清楚地看到，回火温度如果超过可清楚地看到，回火温度如果超过650650，不但钢的硬度，不但钢的硬度和强度继续下降。和强度继续下降。在生产中由于对钢件性能的要求不同，回火可分为下列三类：在生产中由于对钢件性能的要求不同，回火可分为下列三类：1 1低温回火低温回火 2 2中温回火中温回火3 3高温回火高温回火上一页下一页返
30、回6.6 6.6 回火回火6.6.5 6.6.5 自身回火淬火法自身回火淬火法淬火后的钢必须回火，以提高其韧性。通常淬火和回火为两个工淬火后的钢必须回火，以提高其韧性。通常淬火和回火为两个工序，需加热两次才能完成。即淬火加热一次，回火还要加序，需加热两次才能完成。即淬火加热一次，回火还要加热一次。所谓自身回火淬火法就是利用淬火加热的余热，热一次。所谓自身回火淬火法就是利用淬火加热的余热，使淬火部位发生回火作用。也就是说两个工序只需加热一使淬火部位发生回火作用。也就是说两个工序只需加热一次就可以了。这种方法常用于仅刃口部分需要淬硬的工具，次就可以了。这种方法常用于仅刃口部分需要淬硬的工具，如凿岩
31、石的钎子，钳工用的扁铲等。如凿岩石的钎子，钳工用的扁铲等。上一页返回6.7 6.7 表面淬火表面淬火所谓表面淬火，顾名思义就是仅把零件需耐磨的表层淬硬，而中所谓表面淬火，顾名思义就是仅把零件需耐磨的表层淬硬，而中心仍保持未淬火的高韧性状态。表面淬火必须用高速加热法心仍保持未淬火的高韧性状态。表面淬火必须用高速加热法使零件表面层很快地达到淬火温度，而不等其热量传至内部，使零件表面层很快地达到淬火温度，而不等其热量传至内部，立即迅速冷却使表面层淬硬。立即迅速冷却使表面层淬硬。表面淬火用的钢材必须是中碳（表面淬火用的钢材必须是中碳（0.35%0.35%）以上的钢，常用）以上的钢，常用4040、454
32、5钢或中碳合金钢钢或中碳合金钢40Cr40Cr等。等。下一页返回6.7 6.7 表面淬火表面淬火6.7.1 6.7.1 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火用高温的氧用高温的氧乙炔火焰或氧与其它可可燃所乙炔火焰或氧与其它可可燃所(煤气、天燃气等煤气、天燃气等)的的火焰，将零件表面迅速加热到淬火温度；然后立即喷水冷却。火焰，将零件表面迅速加热到淬火温度；然后立即喷水冷却。6.7.26.7.2感应加热表面淬火感应加热表面淬火 这是利用感应电流，使钢表面迅速加热而后淬火的一种方法。此这是利用感应电流，使钢表面迅速加热而后淬火的一种方法。此法具有效率高、工艺易于操作和控制等优点，所以目前在机法具有效率高、
33、工艺易于操作和控制等优点，所以目前在机床、机车拖拉机以及矿山机器等机械制造工业中得到了广泛床、机车拖拉机以及矿山机器等机械制造工业中得到了广泛的应用。常用的有高频和中频感应加热两种。的应用。常用的有高频和中频感应加热两种。上一页返回6.8 6.8 化学热处理化学热处理化学热处理是通过改变钢件表层化学成分，使热处理后，表层和化学热处理是通过改变钢件表层化学成分，使热处理后，表层和心部组织不同，从而使表面获得与心部不同的性能。心部组织不同，从而使表面获得与心部不同的性能。将工件放在一定的活性介质中加热，使某些元素渗入工件表层，将工件放在一定的活性介质中加热，使某些元素渗入工件表层，以改变表层化学成
34、分和组织，从而改善表层性能的热处理工以改变表层化学成分和组织，从而改善表层性能的热处理工艺，称为化学热处理。化学热处理与其他热处理比较，不仅艺，称为化学热处理。化学热处理与其他热处理比较，不仅改变了钢的组织，而且表层的化学成分也改变以。改变了钢的组织，而且表层的化学成分也改变以。下一页返回6.8 6.8 化学热处理化学热处理化学热处理的方法很多，已用于生产的有渗碳、渗氮、碳氮共渗化学热处理的方法很多，已用于生产的有渗碳、渗氮、碳氮共渗(提高零件的表面硬度增加耐磨性和疲劳强度等提高零件的表面硬度增加耐磨性和疲劳强度等)以及渗金属以及渗金属等多种。不论哪一种方法都是通过以下三个基本过程来完成等多种
35、。不论哪一种方法都是通过以下三个基本过程来完成的。的。分解分解 介质在一定的温度下，发生化学分解，产生渗入元素的活介质在一定的温度下，发生化学分解，产生渗入元素的活性原子。性原子。吸收吸收 活性原子被工件表面吸收。例如活性碳原子溶入铁的晶格活性原子被工件表面吸收。例如活性碳原子溶入铁的晶格中形成固溶体、与铁化合成金属化合物。中形成固溶体、与铁化合成金属化合物。扩散扩散 渗入的活性原子，在一定的温度下，由表面向中心扩散，渗入的活性原子，在一定的温度下，由表面向中心扩散，形成一定厚度的扩散屋（渗层）。形成一定厚度的扩散屋（渗层）。上一页下一页返回6.8 6.8 化学热处理化学热处理6.8.1 6.
36、8.1 渗碳渗碳1.1.渗碳方法渗碳方法渗碳方法按渗碳介质不同可分方固体、液体和气体渗碳三种，常渗碳方法按渗碳介质不同可分方固体、液体和气体渗碳三种，常用的是固体法和气体法。用的是固体法和气体法。(1)(1)固体渗碳固体渗碳固体渗碳就是把工件埋在用铁箱封闭起来的渗碳剂中，然后加热固体渗碳就是把工件埋在用铁箱封闭起来的渗碳剂中，然后加热到高温到高温(900(900950)950)保持一定时间，使碳渗入钢件表层。保持一定时间，使碳渗入钢件表层。(2)(2)气体渗碳气体渗碳因固体渗碳有许多缺点，如渗碳时间较长、生产率低、劳动条件因固体渗碳有许多缺点，如渗碳时间较长、生产率低、劳动条件差以及碳浓度差以
37、及碳浓度(渗碳层含碳量渗碳层含碳量)不易控制等，所以它愈来愈多不易控制等，所以它愈来愈多的被先进的气体渗碳所代替。的被先进的气体渗碳所代替。上一页下一页返回6.8 6.8 化学热处理化学热处理2 2渗碳层深度渗碳层深度增加渗碳层深度，可提高钢的抗弯强度、耐磨性以及疲劳强度。增加渗碳层深度，可提高钢的抗弯强度、耐磨性以及疲劳强度。但事物都有个但事物都有个“度度”，超过了就会走向反面。渗碳也是一样，超过了就会走向反面。渗碳也是一样，过深的渗碳层，不仅使渗碳时间长和热处理费用增加，而且过深的渗碳层，不仅使渗碳时间长和热处理费用增加，而且又使其性能降低二因而设计零件时要选定合理的渗碳深度。又使其性能降
38、低二因而设计零件时要选定合理的渗碳深度。3.3.渗碳钢的含碳量渗碳钢的含碳量用于渗碳的钢材含碳量不应超过用于渗碳的钢材含碳量不应超过0 02 20 03 3，否则零件的韧，否则零件的韧性就不能保证。经过试验得出，适当的提高渗碳钢心部的含性就不能保证。经过试验得出，适当的提高渗碳钢心部的含碳量不仅可以减小渗碳层的厚度，缩短渗碳时间，而且还可碳量不仅可以减小渗碳层的厚度，缩短渗碳时间，而且还可以提高其抗弯强度。以提高其抗弯强度。上一页下一页返回6.8 6.8 化学热处理化学热处理4 4渗碳后的热处理渗碳后的热处理渗碳后常用的热处理方法有下列两种：渗碳后常用的热处理方法有下列两种：（1 1）直接淬火
39、法）直接淬火法（2 2）一次淬火法）一次淬火法5.5.渗碳与表面淬火的比较渗碳与表面淬火的比较渗碳和表面淬火均能使零件达到既耐磨同时韧性又高的目的。实渗碳和表面淬火均能使零件达到既耐磨同时韧性又高的目的。实际工作中如何选用，根据其具体条件和对它们各自的优缺点际工作中如何选用，根据其具体条件和对它们各自的优缺点加以比较来决定。加以比较来决定。上一页下一页返回6.8 6.8 化学热处理化学热处理6.8.2 6.8.2 渗氮渗氮把氮原于渗入钢件表面的过程叫渗氮。渗碳后可以显著的提高零把氮原于渗入钢件表面的过程叫渗氮。渗碳后可以显著的提高零件表面硬度和耐磨性，并能提高起疲劳强度和耐蚀性。件表面硬度和耐
40、磨性，并能提高起疲劳强度和耐蚀性。气体渗氮就是把零件放在遁有氨气的密封罐中加热，使氨气分解气体渗氮就是把零件放在遁有氨气的密封罐中加热，使氨气分解出氮原予而被工件表面吸收出氮原予而被工件表面吸收 上一页下一页返回6.8 6.8 化学热处理化学热处理6.8.3 6.8.3 碳氮共渗碳氮共渗碳氮共渗是向零件表面同时渗入碳原子和氮原子的热处理工艺碳氮共渗是向零件表面同时渗入碳原子和氮原子的热处理工艺（以渗碳为主）。常用的是气体碳氮共渗。（以渗碳为主）。常用的是气体碳氮共渗。6.8.4 6.8.4 渗硼渗硼渗硼后的工件表面具有很高的硬度（渗硼后的工件表面具有很高的硬度（140014002000HV2000HV）、耐磨性和）、耐磨性和良好的抗蚀性，日益受到人们的重视。渗硼根据渗剂的不同，良好的抗蚀性，日益受到人们的重视。渗硼根据渗剂的不同，也可分为固体、液体和气体渗硼。也可分为固体、液体和气体渗硼。上一页返回