項(xiàng)目3鋼的熱處理§3.1鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變§3.2鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變§3.3鋼的整體熱處理§3.4鋼的表面熱處理§3.5熱處理工藝設(shè)計(jì)技能目標(biāo)1．能制定鋼的整體熱處理工藝。2．能分析并觀察鋼的不同熱處理組織。思政目標(biāo)1．通過熱處理“四把火”的學(xué)習(xí)，鍛造“淬火成鋼”的堅(jiān)韌品質(zhì)。2．理解熱處理工藝對(duì)材料性能和使用安全性的影響，培養(yǎng)學(xué)生樹立責(zé)任意識(shí)，鑄就工匠精神。一、熱處理的概念

熱處理是將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變材料整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝。目的：改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能。二、熱處理的分類根據(jù)熱處理的目的和工藝方法的不同，一般可將熱處理分為：熱處理按工序位置的先后,分為：預(yù)備熱處理和最終熱處理。預(yù)備熱處理——用來消除前道工序（鑄、鍛、焊、冷加工）所造成的某些組織殘余和內(nèi)應(yīng)力，為后道工序（機(jī)械加工、熱處理、冷拔）作好組織和性能上的準(zhǔn)備。最終熱處理——是使工件達(dá)到使用條件下的性能要求。例如：汽車連桿生產(chǎn)工序：坯料鍛造→退火（預(yù)備）→粗加工→淬火﹢回火（最終）→拉直→精加工→裝配3.1鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變3.1.1鋼的加熱溫度

鋼在加熱時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度往往要偏離平衡的臨界溫度，冷卻時(shí)也是如此。隨著加熱和冷卻速度的增加，滯后現(xiàn)象將越加嚴(yán)重。

臨界溫度

平衡時(shí)：A1、A3、Acm加熱時(shí)：Ac1、Ac3、Accm

冷卻時(shí)：Ar1、Ar3、Arcm3.1.2奧氏體的形成鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成過程又稱為奧氏體化。奧氏體化前的組織

我們只考慮比較簡單的情況即奧氏體化前的組織為平衡組織的情況。對(duì)于亞共析鋼→F+P

共析鋼→P

過共析鋼→P+Fe3CⅡ1.奧氏體形核：奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的界面上形成。2.奧氏體晶核長大：奧氏體晶核形成以后，依靠鐵、碳原子的擴(kuò)散，使鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變和滲碳體不斷溶入到奧氏體中去而進(jìn)行的。3.殘留滲碳體的溶解：鐵素體全部消失以后，仍有部分剩余滲碳體未溶解，隨著時(shí)間的延長，這些剩余滲碳體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。4.奧氏體均勻化：滲碳體全部溶解完畢時(shí)，奧氏體的成分是不均勻的，只有延長保溫時(shí)間，通過碳原子的擴(kuò)散才能獲得均勻化的奧氏體。亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體形成過程亞共析鋼的加熱過程：過共析鋼的加熱過程：

亞（過）析鋼的A化——P→A后，先共析F或Fe3CⅡ

溶解。

晶粒度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)3.1.3影響奧氏體晶粒大小的主要因素1.A晶粒度A晶粒度是衡量晶粒大小的尺度。晶粒大小廣泛采用的是與標(biāo)準(zhǔn)金相圖片（標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖）相比較的方法來評(píng)定晶粒大小的級(jí)別。通常將晶粒大小分為8級(jí)，1級(jí)最粗，8級(jí)最細(xì)。通常1～4級(jí)為粗晶粒度，5～8級(jí)為細(xì)晶粒度。

加熱溫度加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長，奧氏體晶粒越粗大，因?yàn)檫@與原子擴(kuò)散密切相關(guān)。

加熱溫度，保溫時(shí)間↑→晶粒尺寸↑加熱速度越快，過熱度越大，奧氏體實(shí)際形成溫度越高，可獲得細(xì)小的起始晶粒。2.奧氏體晶粒大小的控制

合金元素Ti、Zr、V、Nb、Al等，當(dāng)其形成彌散穩(wěn)定的碳化物和氮化物時(shí)，由于分布在晶界上，因而阻礙晶界的遷移，阻止奧氏體晶粒長大，有利于得到細(xì)晶粒鋼。Mn和P是促進(jìn)奧氏體晶粒長大的元素。

碳全部溶于奧氏體時(shí)，隨奧氏體中含碳量的增加，晶粒長大傾向增大。合金碳化物↑，C%↓→晶粒尺寸↓鋼的化學(xué)成分3.2鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

冷卻是鋼熱處理的三個(gè)工序中影響性能的最重要環(huán)節(jié)，所以冷卻轉(zhuǎn)變是熱處理的關(guān)鍵。A1熱處理時(shí)常用的冷卻方式有兩種：一是等溫冷卻（常用于理論研究）；二是連續(xù)冷卻（常用于生產(chǎn)）。A1(1)連續(xù)冷卻（爐冷、空冷、油冷、水冷）：A在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成組織轉(zhuǎn)變。(2)等溫冷卻：將已A化的鋼迅速冷卻到A1以下某一溫度并保溫一定時(shí)間，使A在此溫度下完成組織轉(zhuǎn)變。等溫冷卻→測得A等溫轉(zhuǎn)變曲線連續(xù)冷卻→測得連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線

3.2.1過冷A的等溫轉(zhuǎn)變通常將處于A1以下溫度尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體稱為過冷A。鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì)上是過冷奧氏體的組織轉(zhuǎn)變。

如果把各個(gè)等溫溫度下轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了時(shí)間畫在溫度-時(shí)間坐標(biāo)軸上，并將所有開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)和終了點(diǎn)分別連結(jié)起來，形成開始轉(zhuǎn)變線和轉(zhuǎn)變終了線，那么即得到共析鋼過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線。這種曲線具有英文字母“C”的形狀，故稱為C-曲線，亦稱TTT曲線。1.等溫轉(zhuǎn)變曲線

曲線的左邊一條線為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始線；右邊一條線為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了線。該曲線下部還有兩條水平線，分別表示奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度Ms線和轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Mf線。

在C曲線中，在不同過冷奧氏體開始出現(xiàn)組織轉(zhuǎn)變的時(shí)間不同，這段時(shí)間稱為“孕育期”。其中，以C曲線最突出處（凸點(diǎn)）所對(duì)應(yīng)的溫度孕育期最短。2.過冷A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能共析鋼的C曲線詳圖(1)珠光體轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變：A1～550℃一是鐵、碳原子擴(kuò)散二是晶格重組

擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變珠光體：A1～650℃索氏體：650～600℃托氏體：600～550℃轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織名稱表示符號(hào)形成溫度范圍/℃硬度片間距/μm能分辨片層的放大倍數(shù)珠光體PA1~650170~200HB0.25～1.9＜500×索氏體S650~60025~35HRC0.25~0.08＞1000×托氏體T600~55035~40HRC0.03～0.08＞2000×過冷奧氏體高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形成溫度和性能可見：珠光體的片層間距越小，硬度越高，同樣強(qiáng)度也高。同一成分的鋼，組織為片狀珠光體時(shí)硬度和強(qiáng)度比粒狀珠光體的高，但塑性、韌性低，為改善工具鋼的切削性能，常用球化退火萊得到粒狀珠光體組織，降低鋼的硬度。珠光體組織特征圖(a)珠光體

(b)索氏體(c)屈氏體(2)貝氏體轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變：550℃～Ms點(diǎn)轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：半擴(kuò)散型，鐵原子不擴(kuò)散，碳原子有一定的擴(kuò)散能力轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：貝氏體，即Fe3C分布在含過飽和碳的鐵素體上的兩相混合物上貝氏體：550～350℃，呈羽毛狀下貝氏體：350℃～Ms點(diǎn)，呈針狀上貝氏組織金相圖強(qiáng)度較低，塑性較差，基本上無使用價(jià)值。550～350℃，呈羽毛狀下貝氏體組織金相圖具有較高的硬度和強(qiáng)度，且具有良好的韌性、塑性350℃～Ms點(diǎn)，呈針狀馬氏體(M)：C在α－Fe中的過飽和固溶體。1.轉(zhuǎn)變特點(diǎn)（1）無擴(kuò)散

Fe和C原子都不進(jìn)行擴(kuò)散，M是體心正方的C過飽和的F，固溶強(qiáng)化顯著。奧氏體是在Ms點(diǎn)溫度以下轉(zhuǎn)變成馬氏體的。由于轉(zhuǎn)變溫度很低，原子都不能進(jìn)行擴(kuò)散，因而只有鐵的晶格改變，面心立方晶格γ-Fe轉(zhuǎn)化為體心立方晶格α-Fe。由于碳原子無擴(kuò)散能力而過飽和固溶在α-Fe中，當(dāng)含碳量大于0.25%時(shí)，將使晶格撐開。（2）瞬時(shí)性

M的形成速度很快，溫度↓則轉(zhuǎn)變量↑3.2.2過冷A向馬氏體的轉(zhuǎn)變（3）不徹底

M轉(zhuǎn)變總要?dú)埩羯倭緼，A中的C%↑則MS、Mf↓，殘余A含量↑。

殘余奧氏體的存在會(huì)降低鋼的強(qiáng)度和硬度，影響鋼的耐磨能力。當(dāng)然如果鋼中有殘余奧氏體存在，可減少淬火時(shí)的變形并增加淬火鋼的韌性，殘余奧氏體還有阻止裂紋擴(kuò)散的作用。所以，一定量的殘余奧氏體存在于鋼中，并不是有害的。（4）M形成時(shí)體積↑，造成很大內(nèi)應(yīng)力

體積的膨脹將引起很大的內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力又稱為組織應(yīng)力。而從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)需要快速冷卻，在短時(shí)間內(nèi)溫度變化很大，使鋼熱脹冷縮又會(huì)產(chǎn)生一種內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。這兩種應(yīng)力的疊加，是造成鋼件淬火開裂和變形的重要原因。2.馬氏體的組織形態(tài)馬氏體有兩種基本形態(tài)：板條馬氏體和片狀馬氏體。W（C）≤0.2%時(shí)：形成板條狀馬氏體（也稱低碳馬氏體）W（C）≥1.0%時(shí)：形成片狀馬氏體（針狀馬氏體，也稱高碳馬氏體）0.2%≤W（C）≤1.0%時(shí)：形成上述兩種馬氏體的混合組織，含碳量越高，條狀馬氏體量越少而片狀馬氏體量越多。

板條馬氏體

片狀馬氏體馬氏體的組織形態(tài)主要取決于過冷奧氏體的含碳量

當(dāng)奧氏體的含碳量大于1.0％時(shí)，得到全部片狀馬氏體，呈雙凸透鏡狀，硬度和強(qiáng)度高，但塑性和韌性很低。

當(dāng)奧氏體含碳量小于0.25％時(shí)得到全部板條馬氏體組織，呈扁擔(dān)狀，有較高的強(qiáng)度和韌性，具有良好的綜合機(jī)械性能。PsPfKK’Ps——A→P開始線Pf——A→P終止線KK’——P型轉(zhuǎn)變中止線Vk——M臨界冷卻速度MS——A→M開始溫度

Mf——A→M終止溫度

臨界冷卻速度：是指使奧氏體在冷卻過程中直接轉(zhuǎn)變成馬氏體而不發(fā)生其它轉(zhuǎn)變的最小冷卻速度，即臨界淬火速度。3.2.3過冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

連續(xù)冷卻曲線測定比較困難，可用等溫轉(zhuǎn)變曲線近似地分析其應(yīng)得到的組織，如圖所示，將代表連續(xù)冷卻的冷卻速度線畫在C曲線上，根據(jù)與C曲線相交的位置，就能估計(jì)出所得到的組織性能。

速度

冷卻方式組織V1爐冷（退火）PV2空冷（正火）SV3油冷T+M+A’V4水冷（淬火）M+A’3.3鋼的整體熱處理

整體熱處理是對(duì)工件整體進(jìn)行加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。

鋼的整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝，是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用。3.3.1鋼的退火

將鋼加熱到一定溫度進(jìn)行保溫，緩冷至600℃以下，再空冷至室溫的熱處理工藝。退火后所得到的組織基本上就是鐵碳相圖中所標(biāo)的碳鋼組織，如亞共析鋼為鐵素體和珠光體。退火的主要目的①降低硬度，改善切削性能。②細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。③消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減小工件變形與開裂傾向。根據(jù)鋼的化學(xué)成分和對(duì)機(jī)械性能的要求不同，退火一般分為完全退火、球化退火、擴(kuò)散退火和去應(yīng)力退火等。各種退火的加熱溫度如圖所示。完全退火加熱溫度：Ac3以上30-50℃組織：P+F目的：①細(xì)化、均勻化粗大、不均勻組織②接近平衡組織——調(diào)整硬度→切削性↑③消除內(nèi)應(yīng)力應(yīng)用范圍：亞共折鋼，共析鋼，低、中合金鋼。不適用于過共析鋼。過共析鋼不宜于進(jìn)行完全退火，因?yàn)榧訜岬紸ccm線以上再緩慢冷卻時(shí)，滲碳體將以網(wǎng)狀形式存在于鐵素體的晶界上，反而增加了鋼的脆性。等溫退火加熱溫度：Ac1以上10-20℃，或Ac3以上30-50℃組織：P目的：①與完全退火、球化退火相同②更均勻的組織和硬度③顯著縮短生產(chǎn)周期應(yīng)用范圍：高碳鋼，合金工具鋼，高合金鋼。球化退火（不完全退火）加熱溫度：Ac1以上30-50℃應(yīng)用范圍：過共析鋼，共析鋼組織：球狀P（F+球狀FeC3）目的：①使FeC3球化→HRC↓，韌性↑→切削性↑②為淬火作準(zhǔn)備去應(yīng)力退火加熱溫度：加熱到500～650℃緩冷至200℃空冷應(yīng)用范圍：鑄、鍛、焊、冷壓件及機(jī)加工件組織：無變化目的：①消除殘余應(yīng)力②提高尺寸穩(wěn)定性3.3.2鋼的正火正火：將工件加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過共析鋼）以上30～50℃，保溫后從爐中取出，在空氣中冷卻的一種熱處理工藝。目的：細(xì)化晶粒，清除鍛、軋和焊接件的組織缺陷，改善鋼的機(jī)械性能。過共析鋼正火加熱溫度必須高于Accm。過共析鋼正火加熱的目的：消除網(wǎng)狀滲碳體。應(yīng)用：（1）可作為最終熱處理；（2）作為預(yù)處理，調(diào)整硬度，便于切削加工；（3）用于過共析鋼，抑制或消除網(wǎng)狀滲碳體的形成。退火和正火的選擇（1）從切削加工性上考慮一般金屬的硬度在HB170～230范圍內(nèi)，切削性能較好。高于它過硬，難以加工，且刀具磨損快；過低則切屑不易斷，造成刀具發(fā)熱和磨損，加工后的零件表面粗糙度很大。對(duì)于低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預(yù)先熱處理比較合適，高碳結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼則以退火為宜。至于合金鋼，由于合金元素的加入，使鋼的硬度有所提高，故中碳以上的合金鋼一般都采用退火以改善切削性。（2）從使用性能上考慮如工件性能要求不太高，隨后不再進(jìn)行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機(jī)械性能，但若零件的形狀比較復(fù)雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險(xiǎn)，應(yīng)采用退火。（3）從經(jīng)濟(jì)上考慮正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，且操作簡便，故在可能的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮以正火代替退火。3.3.3鋼的淬火

將鋼加熱到Ac1或Ac3以上，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻以獲得M或B組織的熱處理工藝稱為淬火。

淬火目的：獲得M，提高硬度、強(qiáng)度、耐磨性。淬火的必要性:經(jīng)過退火或正火的工件只能獲得一般的強(qiáng)度和硬度，對(duì)于許多需要高強(qiáng)度、高耐磨條件下工作的零件則必須淬火與回火處理。

1.淬火加熱溫度的選擇

淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒為原則，以便冷卻后獲得細(xì)小的馬氏體組織。亞共析鋼的淬火加熱溫度通常為Ac3以上30～50℃；過共析鋼的淬火加熱溫度通常為Ac1以上30～50℃。

淬火加熱溫度的選擇示意圖2.淬火冷卻介質(zhì)淬火冷卻介質(zhì)選擇的原則：（1）為保證獲得馬氏體組織，要求V冷卻≥V臨界；（2）為保證零件不因淬火應(yīng)力而開裂，要求V冷卻不應(yīng)太大，應(yīng)該選擇合適的冷卻介質(zhì)。水：主要用于形狀簡單、截面較大的碳鋼零件的淬火。油：一般用作合金鋼和某些小型復(fù)雜碳素鋼件的淬火。鹽?。簽榱藴p少零件淬火時(shí)的變形，鹽浴也常用作淬火介質(zhì)，主要用于分級(jí)淬火和等溫淬火。

冷卻速度：鹽水＞水＞鹽浴＞油3.淬火方法

為了保證獲得所需淬火組織，又要防止變形和開裂，必須采用已有的淬火介質(zhì)再配以各種冷卻方法才能解決。通常的淬火方法包括單液淬火、雙液淬火、分級(jí)淬火和等溫淬火等，如圖所示。（1）單液淬火：水、油冷將奧氏體化后的鋼件，迅速置于一種介質(zhì)中冷卻至室溫，這種方法稱為單液淬火，是生產(chǎn)中應(yīng)用的最廣泛的淬火方法。一般碳鋼和低合金鋼用水來冷卻，簡稱為水淬；大多數(shù)合金鋼用油作冷卻介質(zhì)，簡稱為油淬。但水淬容易產(chǎn)生變形和開裂；油淬容易出現(xiàn)硬度不足等缺點(diǎn)。（2）雙液淬火：水冷+油冷將奧氏體化后的鋼件，先置于一種冷卻速度較大的介質(zhì)（如水）中冷卻，冷卻到300℃左右時(shí)再將鋼件移入另一種冷卻速度較小的介質(zhì)（如油）中冷卻至室溫，這種方法稱為雙液淬火。（3）分級(jí)淬火法：＞Ms鹽浴中均溫＋空冷將奧氏體化后的鋼件，迅速置于溫度高于Ms的介質(zhì)中，并保留一段時(shí)間，使鋼件內(nèi)外溫度一致，然后迅速將鋼件移入另一種介質(zhì)中冷卻至室溫。（4）等溫淬火法：（在鹽、堿浴中）→下B將奧氏體化后的鋼件，迅速放到溫度稍高于Ms的冷卻介質(zhì)中，并保留較長的時(shí)間，使過冷的奧氏體在等溫條件下轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，然后在將鋼件置于空氣

中冷卻至室溫，這種方法稱為等溫淬火。4.淬火質(zhì)量（1）淬透性鋼的淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。淬透性是鋼材本身固有的屬性，與鋼的過冷奧氏體穩(wěn)定性有關(guān)。

過冷奧氏體越穩(wěn)定，鋼的淬透性越好。

通常用淬透層深度來表示（在相同的加熱條件下）。淬硬層是淬火后馬氏體和半馬氏體組織的深度大小。

半馬氏體是指組織中有50％的馬氏體，另外的50％是貝氏體或極細(xì)珠光體。

鋼件淬火冷卻時(shí)，沿整個(gè)截面的冷卻速度是不相同的，因而鋼件的表層和中心的組織和機(jī)械性能就會(huì)有差異。淬透性好的鋼其淬硬性不一定高。

如低碳合金鋼淬透性很好，但其淬硬性卻不高；而碳素工具鋼的淬透性很差，但其淬硬性卻很高。鋼的淬硬性是指淬火后所能達(dá)到的最高硬度。淬硬性主要決定于馬氏體的碳含量。含碳量越高，淬硬性越好。

（2）淬硬性硬度不足過熱與過燒過熱——加熱溫度過高或保溫時(shí)間過長所造成的A晶粒粗大。過燒——加熱溫度過高或超過固相線溫度，使A晶界局部熔化或氧化。變形與開裂氧化與脫碳（3）淬火缺陷3.3.4鋼的回火1.定義回火是把淬火后的鋼件，重新加熱到A1以下某一溫度，經(jīng)保溫后空冷至室溫的熱處理工藝。2.目的淬火鋼件經(jīng)回火可以減少或消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，提高鋼的塑性和韌性，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性得到適當(dāng)配合，以滿足不同工件的性能要求。（1）馬氏體的分解當(dāng)回火溫度超過80℃時(shí)，馬氏體將發(fā)生分解，從過飽和的α固溶體中析出ε－碳化物。馬氏體的分解一直延續(xù)到350℃以上，在高合金鋼中甚至可以延續(xù)到600℃。3.

鋼在回火時(shí)組織的轉(zhuǎn)變馬氏體分解后形成的低碳α相和彌散的ε碳化物組成的復(fù)相組織稱為回火馬氏體。（2）殘余奧氏體轉(zhuǎn)變在250～300℃溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，殘余奧氏體分解為α相和ε－碳化物組成的機(jī)械混合物，稱為回火馬氏體或下貝氏體。（3）碳化物的變化在250～400℃回火時(shí)，馬氏體內(nèi)過飽和的碳原子幾乎全部脫溶，形成比ε－碳化物更穩(wěn)定的碳化物：一種是χ—碳化物，化學(xué)式是Fe5C2，具有單斜晶格；另一種是更穩(wěn)定的θ—碳化物，即為滲碳體（Fe3C）。板條或針狀α相和細(xì)小粒狀的滲碳體組成的機(jī)械混合物稱為回火屈氏體。

（4）α相的回復(fù)與再結(jié)晶和碳化物的聚集長大當(dāng)回火溫度升高到400℃以上時(shí)，滲碳體逐漸聚集和球化，最終形成粒狀滲碳體。當(dāng)回火溫度高于600℃時(shí)，細(xì)粒狀滲碳體將迅速聚集并粗化。多邊形的鐵素體和粗粒狀滲碳體的機(jī)械混合物稱為回火索氏體。圖4-1、4-2為各種不同溫度回火后鋼的性能變化。從圖4-1可以看出，回火溫度低于200℃時(shí)，淬火鋼的硬度降低不多。隨著回火溫度的升高，硬度將有明顯的下降。鋼的韌性，隨回火溫度的升高而提高，尤其400℃以后韌性升高速度大為增加，650℃左右達(dá)最大值。見圖4-2?；鼗饘?duì)鋼性能的影響圖4-1鋼的硬度與回火溫度的關(guān)系返回圖4-2含0.4%C鋼的沖擊韌性與回火的關(guān)系返回

4.回火的種類（1）低溫回火（150～250℃）回火的目的是降低應(yīng)力和脆性，獲得回火馬氏體組織，使鋼具有高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。低溫回火一般用來處理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滾動(dòng)軸承和滲碳件等。（HRC≥60）（2）中溫回火（350～500℃）回火的目的是獲得回火屈氏體（回火托氏體），具備高的彈性極限和韌性，并保持一定的硬度，主要用于各種彈簧，鍛模、壓鑄模等模具。（35≤HRC≤45）（3）高溫回火（500～650℃）

回火的目的是具備良好的綜合機(jī)械性能（較高的強(qiáng)度、塑性、韌性），得到回火索氏體組織。一般把淬火加高溫回火的熱處理稱為“調(diào)質(zhì)處理”。適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車拖拉機(jī)半軸、機(jī)床主軸及齒輪等重要機(jī)器零件。（28≤HRC≤33）3.4鋼的表面熱處理3.4.1表面淬火

表面淬火是將工件表面快速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，僅使表面層獲得淬火組織，而心部仍保持淬火前組織的熱處理方法。不改變心部組織，利用快速加熱將表層A化后進(jìn)行淬火。目的：提高表面硬度，保持心部良好的塑韌性。應(yīng)用：中碳鋼和中碳低合金鋼

表面熱處理就是通過改變工件表面的組織或化學(xué)成分使工件表面和心部具有不同性能的熱處理工藝。表面熱處理可分為表面淬火和化學(xué)熱處理。表面淬火的零件，一般是用中碳鋼制造的。表面淬火的加熱方法最常用的是火焰加熱和感應(yīng)電加熱兩種?；鹧婕訜岜砻娲慊鸩僮鞴に嚾鐖D所示?；鹧婕訜岜砻娲慊鸬拇阌矊由疃纫话銥?~6mm，這種操作方法比較簡便，但加熱溫度不易控制，鋼件表面質(zhì)量不夠穩(wěn)定。移動(dòng)方向燒嘴噴水管淬硬層加熱層工件

感應(yīng)電加熱表面淬火是利用感應(yīng)電流對(duì)鋼件表面進(jìn)行加熱，然后噴水冷卻，使鋼件表面淬硬的一種熱處理方法。感應(yīng)電加熱溫度容易控制，加熱速度極快，表面質(zhì)量比較穩(wěn)定，是目前應(yīng)用得較為廣泛的表面淬火方法。

鋼的化學(xué)熱處理是指將工件放在一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使介質(zhì)中分解出的一種或幾種元素的活性原子被鋼件表面吸附并向表層擴(kuò)散，從而改變其表層化學(xué)成分、組織和性能的一種熱處理工藝方法。

3.4.2化學(xué)熱處理（1）化學(xué)介質(zhì)的分解化學(xué)元素分解出活性原子，如滲碳時(shí)由介質(zhì)分解出活性碳原子[c]。只有分解出了新生狀態(tài)的活性原子才能被零件表面吸收并滲入到鋼中。（2）活性原子被金屬表面吸收活性原子是向鋼的固溶體中溶解，如滲碳時(shí)[c]向奧氏體中溶解但在活性原子濃度很高的情況下，固溶體達(dá)到飽和濃度以后，活性原子將與鋼中某些元素形成化合物。（3）介質(zhì)元素向內(nèi)部擴(kuò)散由于滲入元素在鋼的最表層濃度很高，與內(nèi)層形成了濃度差，從而使?jié)B入介質(zhì)的元素由表層向內(nèi)部擴(kuò)散。鋼件在化學(xué)介質(zhì)中經(jīng)過一定時(shí)間的加熱和保溫后，就能得到一定深度的擴(kuò)散層?；具^程：

1.鋼的滲碳將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。目的是通過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，使表面獲得高碳回火馬氏體，具有高硬度、耐磨性和抗疲勞性能；而心部為低碳回火馬氏體或索氏體，具有一定的強(qiáng)度和良好的韌性配合。滲碳方法有氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。氣體滲碳示意圖（1）滲碳方法工件在密封的爐膛中被加熱至900～950℃，向密封的爐膛內(nèi)通入滲碳?xì)怏w或滴入易受熱分解和氣化的液體，以供給活性碳原子并滲透擴(kuò)散至鋼的表面層，完成氣體形碳過程。

通入的氣體主要為甲烷、乙烷、丁烷等飽和碳?xì)浠衔?，也可直接通入城市煤氣或石油液化氣通入的液態(tài)介質(zhì)主要為苯、醇、煤油等易受熱分解的化合物。滲碳完畢，一般都是待零件緩冷后，再重新加熱淬火。常用于滲碳的鋼為低碳鋼和低碳合金鋼，如15、20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3等。滲碳后緩冷組織自表面至心部依次為：過共析組織（珠光體+碳化物）、共析組織（珠光體）、亞共析組織（珠光體+鐵素體）的過渡區(qū)，直至心部的原始組織。

心部表面（2）滲碳后的組織2.鋼的滲氮

滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面，在鋼件表面獲得一定深度的富氮硬化層的熱處理工藝。其目的是提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性等。

常用的滲氮方法有氣體滲氮、離子滲氮、氮碳共滲（軟氮化）等。生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣體滲氮。（1）滲氮方法（2）滲氮后的鋼件性能氮化層HRC為69～73，在600～650℃有較高紅硬性；一般，T滲氮＜T滲碳，無需進(jìn)一步熱處理，滲氮層各性

能均優(yōu)于滲碳層，工件不易變形；氮化層比碳化層薄且脆；且t滲氮＞t滲碳，生產(chǎn)效率低。為提高工件心部強(qiáng)韌性，需在滲氮前進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

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