第5章钢的热处理

1、第五章 钢的热处理 改善钢的性能，主要有两条途径： 合金化； 热处理。 热处理热处理 通过钢在固态下的加热、保温、冷却改变组织，获得所需性能。特点特点重要性重要性提高工艺性能提高力学性能 弹簧热处理（视频1） 工具热处理（视频2）l在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。l在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。l热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用. l模具、滚动轴承100%需经过热处理。l总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。 热处理工艺方法5.1 钢的热处理原理5.1.1 钢在加热时的组织转变1 钢在加热时，实际转变温度往往要偏离平衡的临界温度，冷却时也是如

2、此。随着加热和冷却速度的增加，滞后现象将越加严重。通常把加热时的临界温度标以字母“c”，如AC1、AC3、ACcm等；把冷却时的临界温度标以字母“r”，如Ar1、Ar3、Arcm等。 加热目的：奥氏体化（动画3-2-11）1.奥氏体的形成（以共析钢为例）奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以共析钢为例说明 第一步 奥氏体晶核形成：首先在与Fe3C相界形核。 第二步 奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩散向 和Fe3C方向长大。第三步 残余Fe3C溶解: 铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。第四步 奥氏体成分均匀化：Fe3C溶解后，其

3、所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。共析钢奥氏体化过程 亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。但由于先共析 或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上. 亚共析钢(动画3-2-2b)和过共析钢（3-2-2a）奥氏体晶粒长大及其控制重要性：奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大，这是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。（1）奥氏体的晶粒度 晶粒大小的两种表达方法：

4、晶粒尺寸 晶粒号N：将放大100倍的金相组织与标准晶粒号图片进行比较。大小分为8级，1级最粗，8级最细。通常14级为粗晶粒度，58级为细晶粒度。 本质晶粒度：钢加热到93010、保温8小时、冷却后测得的晶粒度叫本质晶粒度。如果测得的晶粒细小，则该钢称为本质细晶粒钢，反之叫本质粗晶粒钢。 通常将钢加热到930 10奥氏体化后，设法把奥氏体晶粒保留到室温来判断。 晶粒度为1-4 级的是本质粗晶粒钢, 5-8 级的是本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。（2）奥氏体晶粒长大的影响因素及控制l加热温度和保温时间：加热温度高、保温时间长, 晶粒粗大。但随时间延长，晶粒的长大速度越来越慢。

5、l加热速度：加热速度越快,过热度越大, 形核率越高, 晶粒越细，生产中常快速加热，短时保温。l合金元素： 含碳量 阻碍奥氏体晶粒长大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。 促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、N。l原始组织：平衡状态的组织有利于获得细晶粒。5.1.2 冷却时钢的组织转变 钢的冷却方式 连续冷却（常用于生产） 等温冷却1.过冷奥氏体的等温转变（以共析钢为例）过冷奥氏体的等温转变图 过冷奥氏体等温转变图是表示奥氏体急速冷却到临界点A1 以下在各不同温度下的保温过程中转变量与转变时间的关系曲线.又称C 曲线、S 曲线或TTT曲线。(Tim

6、e-Temperature-Transformation diagram)A1-Ms 间及转变开始线以左的区域为过冷奥氏体区。转变终了线以右及Mf以下为转变产物区。两线之间及Ms与Mf之间为转变区。转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小.孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550。在鼻尖以上, 温度较高，相变驱动力小。在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。 三个温度区间：C曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物。过冷奥氏体的等温转变产物组织和性能高温转变（珠光体型转变）在A1550 之间, 转变产物为珠光体型组织,

7、此温区称珠光体转变区。珠光体转变珠光体转变 珠光体型组织是铁素体和渗碳体的机械混合物, 渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，层间距越小，可将珠光体型组织按层间距大小分为珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏体(T)。奥氏体向珠光体的转变为扩散型的形核、长大过程, 是通过碳、铁的扩散和晶体结构的重构来实现的。 珠光体的性能 珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。 A1650 珠光体 650600 索氏体 600550 屈氏体 片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。 片间距片间距 bHRC 中温转变贝氏体转变转变温度550- 2

8、30 (Ms)贝氏体用符号B表示。根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下)。贝氏体是渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物。 上贝氏体 形成温度为550-350。 在光镜下呈羽毛状。 在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。500X5000 x 下贝氏体 形成温度为350-Ms。 在光镜下呈竹叶状。光镜下光镜下电镜下电镜下 在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长轴方向呈55-60角。 贝氏体的性能 上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。 下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能

9、，是生产上常用的强化组织之一。 上贝氏体上贝氏体贝氏体组织的透射电镜形貌贝氏体组织的透射电镜形貌下贝氏体下贝氏体亚共析碳钢与过共析碳钢过冷奥氏体的等温转变相同点：都具有转变开始与终了线。不同点：先析出线C曲线位置随含碳量变化，共析钢过冷奥氏体最稳定2.过冷奥氏体连续冷却转变共析钢的CCT曲线分析共析钢的CCT曲线没有贝氏体转变区，在珠光体转变区之下多了一条转变中止线。当连续冷却曲线碰到转变中止线时，珠光体转变中止，余下的奥氏体一直保持到Ms以下转变为马氏体。图中的Vk 为CCT曲线的临界冷却速度，即获得全部马氏体组织时的最小冷却速度。转变在一温度区间进行并随冷却速度变化转变不均匀，可获得混合组

10、织。动画lxzhb等温TTT在连续转变中的应用CCT曲线位于TTT曲线右下方。CCT曲线获得困难，TTT曲线容易测得。可用TTT曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。方法是将连续冷却曲线绘在C 曲线上，依其与C 曲线交点的位置来说明最终转变产物物. . P均匀均匀A细细AP退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+AM+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf时间时间6506005503.马氏体转变 当奥氏体冷却速度大于临界冷却速度，并过冷到到Ms以下将转变为马氏体类型组织。 转变无扩散。 单相亚稳组织。马氏体的晶体结构和形态碳在-Fe中的过饱和固溶体称马氏体，用M表示。

11、马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。马氏体具有体心正方晶格（a=bc）轴比c/a 称马氏体的正方度，C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。当0.25%C时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格。马氏体的形态分板条和片状两类。 板条马氏体（低碳M） 立体形态为细长的扁棒状 在光镜下板条马氏体为一束束的细条组织。 片状（针状）马氏体（高碳M） 立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。 在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶马氏体。电镜下电镜下电镜下电镜下光镜下光镜下 马氏体的形态主要取决于其含碳量 C%小于0.2%时，组织几乎全部是板条马氏体。 C%大于1.0%C时几乎全部是；片状马

12、氏体. C%在0.21.0%之间为板条与片状的混合组织。马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C马氏体的性能高硬度是马氏体性能的主要特点。马氏体的硬度主要取决于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。合金元素对马氏体硬度的影响不大。马氏体硬度、韧性与含碳量的马氏体硬度、韧性与含碳量的关系关系C%马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。马氏体的比容比奥氏体大。当奥氏体转变为马氏体时

13、，体积会膨胀。马氏体是铁磁相，而奥氏体为顺磁相。马氏体晶格畸变严重，因此电阻率高；转变应力大。过冷奥氏体转变产物（共析钢） 转变转变类型类型转变转变产物产物形成温度，形成温度， 转变转变机制机制显微组织特征显微组织特征HRC获得获得工艺工艺珠珠光光体体PA1650扩扩散散型型粗片状，粗片状，F、Fe3C相间分布相间分布5-20退火退火S650600细片状，细片状，F、Fe3C相间分布相间分布20-30正火正火T600550极细片状，极细片状，F、Fe3C相间分布相间分布30-40等温等温处理处理贝贝氏氏体体B上上550350半扩半扩散型散型羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状Fe3C分布分布于过饱和于

14、过饱和F条之间条之间40-50等温等温处理处理B下下350MS竹叶状，细片状竹叶状，细片状Fe3C分布分布于过饱和于过饱和F针上针上50-60等温等温淬火淬火马马氏氏体体M针针MSMf无扩无扩散型散型针片状针片状60-65淬火淬火M*板条板条MSMf板条状板条状50淬火淬火5.2 钢的普通热处理5.2.1 退火和正火1.钢的退火 概念：将钢加热、保温、随炉冷却或埋入灰中缓慢缓慢冷却，以获得接近平衡平衡组织的热处理工艺。 目的目的： a 降低硬度，改善切削加工性。 b 细化晶粒，提高钢的塑性和韧性。 c 消除内应力，并为淬火作准备。 工艺方法工艺方法（1）完全退火工艺工艺 将亚共析钢加热到AC3

15、以上3050，保温后缓慢冷却。应用应用 亚共析钢铸锻件：降低硬度、均匀组织、消除应力、改善切削加工性。原理原理 固态下原子扩散速度慢，加热奥氏体化后晶粒细小，缓慢冷却重结晶后获得更细小的晶粒。（2）球化退火工艺及原理 将过共析钢加热到AC1以上2030，此时形成的奥氏体内及晶界上有少量的未完全溶解的碳化物，在随后的冷却过程中，从奥氏体中经共析反应析出的渗碳体以未溶渗碳体为晶核，呈球状析出分布在铁素体基体上，称为球化体。目的、应用 主要用于过共析钢。降低硬度，改善切削加工性,为淬火做准备。球化退火演示（动画3-3-11 ）球状珠光体球状珠光体（3） 等温退火亚共析钢加热到Ac3+3050, 共析

16、、过共析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下（珠光体转变区）停留，待相变完成后出炉空冷。 目的和应用：与完全退火相同，等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢。 高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较（4）均匀化退火（扩散退火） 工艺：将工件加热到略低于固相线温度，保温后缓慢冷却的热处理工艺称为扩散退火。 目的：消除枝晶偏析。（5） 低温去应力退火工艺工艺：将钢加热到AC1以下（500-650），保温后缓冷，无组织变化。目的目的：消除工件内应力主要应用主要应用：铸、锻、焊件，精密零件精加工前。推杆式电阻炉推杆式电阻炉2.钢的正火

17、工艺工艺：将钢加热到AC3以上3050（亚共析钢）或Accm以上3050（过共析钢），保温后在空气中冷却，获得索氏体在空气中冷却，获得索氏体。 应用 a 普通结构件的最终热处理。 b 改善低碳钢的切削加工性。 c 用于过共析钢消除网状二次渗碳体，为球化退火做准备。 退火和正火的加热温度范围5.2.2 钢的淬火 工艺工艺：将钢加热到AC3（亚共析钢）或AC1以上3050，保温后在冷却介质中快速冷却快速冷却，以获得马氏体获得马氏体的热处理工艺。 马氏体马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体，硬而脆，非常耐磨。 问题：问题：M比容大，造成内应力。 工艺措施工艺措施 a 控制淬火加热温度。 b 合理选择淬

18、火介质。 c 正确选择淬火工艺。淬火加热温度的选择亚共析钢淬火温度为Ac3+30-50。预备热处理组织为退火或正火组织。过共析钢淬火温度: Ac1+3050.温度高于Accm，则奥氏体晶粒粗大、含碳量高,淬火后马氏体晶粒粗大、A量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。淬火介质对冷却能力的要求淬火冷却速度应大于Vk，在保证大于Vk的前提下应尽量缓慢，避免出现大的应力，引起变形或开裂。理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。理想淬火曲线示意图理想淬火曲线示意图MsMf 常用淬火介质是水、油及盐和碱的水溶液 水：冷却能力强

19、，但冷却曲线不理想，低温却能力太大，只使用于形状简单截面较大的碳钢件。 油：低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。 熔盐：作为淬火介质称盐浴，高温区冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。淬火方法采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。单介质淬火法加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。操作简单，易实现自动化。冷却特点不理想双介质淬火法工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷.优缺点：冷却理想，不易掌握。应用：复杂的碳钢件及大型合金钢件。马氏体分级淬火法工艺：

20、在Ms附近的盐浴或碱浴中停留适当时间，待内外温度均匀后再取出缓冷获得马氏体。优点：可减少内应力，应用：用于小尺寸工件。贝氏体等温淬火法工艺：将工件在稍高于 Ms 的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。优缺点：经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小，但盐浴冷却能力较小。适用于形状复杂及要求较高的小型件。局部淬火法l有些零件只需要局部硬度高、耐磨性好，因此可进行局部淬火，以避免其它部位产生变形或开裂。l局部淬火法包括：局部加热淬火法 局部冷却淬火法5.2.3 淬火钢的回火 问题的提出： 钢连续冷却淬火后的组织是什么? 什么是马氏体？马氏体的性能如何？ 淬火后的工件

21、能直接使用吗？l几点思考： 马氏体是不稳定组织；另外还有一定数量的残余奥氏体； 淬火后的性能不能满足工件的使用要求，如脆性太大； 淬火后工件内部有内应力，会导致工件的变形或开裂；l回火：将淬火后的钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一段时间，然后冷却到室温的热处理工艺。l目的： 通过回火，使马氏体发生转变，并控制转变程度获得不同的回火组织，使钢具有所需要的性能； 使淬火组织稳定化，避免工件在使用过程中发生尺寸和形状的变化。 降低或消除淬火应力，减小变形，防止开裂 淬火钢在回火时组织的转变 钢经淬火后，获得马氏体与残余奥氏体是亚稳定相。在回火加热、保温中，都会向稳定的铁素体和渗碳体(或碳化物)

22、的两相组织转变。根据碳钢回火时发生的过程和形成组织，一般回火分为四个转变。 （1）马氏体分解 当回火温度大于100时，马氏体中碳以-碳化物（Fe2.4C）形式析出，使马氏体中碳的过饱和度降低，晶格畸变度减弱，内应力有所下降，这一转变的回火组织是由过饱和固溶体与碳化物所组成，这种组织称为回火马氏体。马氏体这一分解过程一直进行到约350。 （2）残余奥氏体的转变 回火温度达到200300时，马氏体继续分解，残余奥氏体也开始发生转变，转变为下贝氏体。下贝氏体与回火马氏体相似，这一转变后的主要组织仍为回火马氏体，此时硬度没有明显下降，但淬火内应力进一步减少。在光镜下M回为黑色，A为白色。 （3）碳化物

23、的转变 回火温度在250450时，因碳原子的扩散能力增大，碳过饱和固溶体转变为铁素体，同时碳化物亚稳定相也转变为稳定的细粒状渗碳体，此时组织由保持马氏体形态的铁素体和弥散分布的极细小的片状或粒状渗碳体组成，称为回火屈氏体。 （4）渗碳体的聚集长大和铁素体再结晶 回火温度大于450时，渗碳体颗粒将逐渐聚集长大，随着回火温度升到600时，铁素体发生再结晶，使铁素体完全失去原来的板条状或片状，而成为多边形晶粒，此时组织由多边形铁素体和粒状渗碳体组成，称为回火索氏体。 回火时力学性能的变化：总的趋势是随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。淬火钢硬度随回火温度的变化淬火钢硬度随回火温度的变

24、化4040钢力学性能与回火温度的关系钢力学性能与回火温度的关系 d 工艺工艺：将淬火钢加热到AC1以下某个温度，保温后按一定规范冷却。 种类种类：低温回火低温回火（150-250）：组织为回火马氏体，降低内应力和脆性，保持淬火的高硬度和耐磨性。主要用于工具钢、轴承和耐磨件。中温回火中温回火（350-500）：组织为回火屈氏体，获得高弹性，保持较高硬度（35-50HRC）和一定的韧性。用于各种弹簧、发条、锻模。高温回火高温回火（500-650）：组织为回火索氏体，又称为调质处理。获得良好的综合力学性能，用于承受疲劳载荷的中碳钢，如连杆、轴、齿轮等。 其它回火：某些高合金钢在640680进行回火软

25、化。某些精密零件（如量具），为了保持淬火后的高硬度，又要保持尺寸稳定性，仅在100150进行长时间回火（10-50h），称为“尺寸稳定处理”或 “时效处理”。15.2.4 钢的淬透性 淬透性是钢的主要热处理性能。 问题的提出 钢在淬火过程中，沿工件截面各处的实际冷却速度是不同的，表层的实际冷却速度总大于内部，而中心部的冷却速度最低。如果表层的冷却速度大于临界冷却速度Vk，而心部的冷却速度低于临界冷却速度，则表层获得马氏体表层与心部之间依次为马氏体、屈氏体、索氏体、珠光体，也即钢仅被淬火到一定深度。 如果心部的冷却速度也大于临界冷却速度Vk，则沿工件截面均获得马氏体组织，即钢被淬透。淬透性的概念

26、淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)的深度。淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力。主要取决于含碳量。淬透性对钢热处理后力学性能的影响淬透性高的钢，其力学性能沿截面均匀分布淬透性低的钢，其截面心部的力学性能低关于选材：根据工件的具体工作条件。影响淬透性及淬硬深度的因素钢的淬透性取决于临界冷却速度Vk， Vk越小，淬透性越高。Vk取决于C曲线的位置，C 曲线越靠右，Vk越小。因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素。碳钢中以共析钢的淬透性最好，合金钢的淬透性高于碳钢淬透性差的合

27、金必须使用冷却能力大的冷却介质才能获得足够的淬火深度。5.3 钢的表面热处理 问题的提出 在生产中，有很多零件要求表面和心部具有不同的性能，一般是表面硬度高，有较高的耐磨性和疲劳强度；而心部要求有较好的塑性和韧性。表面：硬度高，耐磨心部：硬度低，韧性高 问题的解决： 低碳钢 ：可满足心部要求，表面要求不能满 高碳钢： 可满足表面要求，心部要求不能满足 表面热处理5.3.1 表面淬火 概念：在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。 工艺：快速加热，立即快冷，表面得到马氏体。 目的及应用：一般用于中碳钢，提高表面耐磨性，保持心部良好韧性

28、。机床主轴、齿轮、发动机主轴等。 加热方法 a 感应加热 b 火焰加热感应加热表面淬火感应线圈中通以交流电时，即在其内部和周围产生一与电流相同频率的交变磁场。若把工件置于磁场中，则在工件内部产生感应电流，并由于电阻的作用而被加热。由于交流电的集肤效应，靠近工件表面的电流密度大，而中心几乎为零。工件表面温度快速升高到相变点以上，而心部温度仍在相变点以下。h对于碳钢 高频感应加热 频率为250300KHz，淬硬层深度0.52mm 适用于中、小型零件，如小模数齿轮、轴类等。 传动轴连续传动轴连续淬火感应器淬火感应器感应加热表面淬火齿轮的截面感应加热表面淬火齿轮的截面图图 中频感应加热 频率为2500

29、8000Hz，淬硬层深度210mm。 适用于直径较大的轴类和大、中模数齿轮以及钢轨、机床导轨等。 各种感应器各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴轮轴 工频感应加热 频率为50Hz,淬硬层深度1015 mm 适用于淬硬层深度为（1020）mm以上的大型工件或用于穿透加热。如火车车轮等的表面淬火。 各种感应器各种感应器感应穿透感应穿透加热加热感应加热表面淬火的特点 加热速度极大，使珠光体转变为奥氏体的转变温度升高，转变时间极短（不需保温），转变速度极快。 淬火后，可使零件表层获得极细的“隐晶马氏体”组织，零件表层具有比普通淬火稍高的硬度（高23HRC），较低的脆性

30、。 较高的疲劳强度。 零件不易氧化、脱碳，且变形小。 零件淬硬层深度易于控制，操作易实现自动化，生产率高。 缺点：设备贵、维修难、复杂件感应器不易制造。2. 火焰加热表面淬火感应加热感应加热5.3.2 化学热处理 概念：将工件置于一定的化学介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分和组织，从而获得所需性能。 过程：分解吸收扩散 种类：按渗入元素 渗碳、渗氮、碳氮共渗。钢的渗碳钢件在渗碳介质中加热到奥氏体区保温一段时间，使碳原子渗入到钢表层的化学热处理工艺叫渗碳。是向钢的表面渗入碳原子的过程。渗碳目的及用钢目的：提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧

31、性。渗碳用钢：为含0.10.25%C的低碳钢，如：如：1515、2020、2020CrCr、20CrMnTi20CrMnTi 。碳高则心部韧性降低。 渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳、液体渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。 气体渗碳法将工件放入密封炉内，在高温（900-950）渗碳气氛中渗碳。渗剂为气体 (煤气、液化气等)或有机液体(煤油、甲烷等)。 表层碳的质量分数0.85%-1.05%，渗碳层厚度一般0.5-2.5mm。工件渗碳后要进行淬火加低温回火 应用：渗碳件都是低碳或低碳低合金钢；主要用于表面承受强烈磨损，又承受冲击载荷或疲劳载荷的零件。如变速齿轮、凸轮、活塞销等。碳氮共渗主要用于高精度

32、工件。 渗碳零件的加工工艺路线 坯料锻造正火机械加工渗碳淬火 低温回火精加工成品。 气体渗碳钢的氮化工艺：渗氮俗称氮化，是指在一定温度下（Ac1以下）使活性氮原子渗入工件表面，在钢件表面获得一定深度的富氮硬化层的热处理工艺。目的：是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。 方法：气体渗氮、离子渗氮、氮碳共渗（软氮化）等。生产中应用较多的是气体渗氮。气体渗氮原理：在专门的密封渗氮炉中进行，利用氨在500500600600的温度下分解，产生活性氮原子，分解反应如下：分解出的活性氮原子被工件表面吸收并向内层扩散，形成一定深度的渗氮层。当达到要求的渗氮层深度后，工件随炉降温到200停止供

33、氮，即可出炉空冷。2NH33H2+2Nl氮化用钢 为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢；最典型的：38CrMoAl，35CrMo，18CrNiW。 氮化组织：钢件表面形成一层陶瓷层 AlN、 MoN 、VN、 TiN。 为保证工件心部的力学性能，渗氮前工件应进行调质处理，调质处理后获得回火索氏体。 特点： 零件氮化后，无需进行淬火，表层便具有很高的硬度和耐磨性。因为表层形成一层坚硬的氮化物（氮化物颗粒很细、均匀分布）。 氮化层产生了较大的残余压应力，可显著降低疲劳载荷下产生的拉应力水平。 氮化处理温度低，零件变形小。 氮化后零件具有良好的耐腐蚀性，因为表层形成了一层致密的氮化物（陶瓷） 缺点：周期长，氮化层脆不耐冲击。 应用 表面高硬度，耐磨、耐蚀、耐高温的精密零件，如精密机床主轴、丝杆、镗杆、阀门等。离子氮化在真空容器中，抽真空到13.331.33Pa），慢慢通入氨或氮、氢混合气体，以容器的壳壁为阳极，以被处理工件为阴极，通入几百伏上千伏的可控直流电，产生等离子体；电子移向阳极，正离子移向阴极；N+以极高的速度轰击零件，动能转化为热能加热工件，部分N+被工件表面吸收，并向内层