金属材料及热处理11钢的热处理篇(8)

1、1、Fe-C相图与碳钢2、钢的加热转变（奥氏体化）3、 奥氏体的冷却转变（奥氏体分解， C曲线）4、 珠光体转变与钢的退火、正火5、 马氏体转变与钢的淬火6、 淬火钢的加热转变与钢的回火7、 贝氏体转变8、 表面淬火9、 化学热处理10、热处理的工艺基础（略）六、六、碳钢及钢的热处理碳钢及钢的热处理9、化学热处理1 1）概述）概述主要目的主要目的: :强化表面保护零件表面类似于表面淬火，基体综合性能好，表面有良好的特殊性能表面淬火-提高表面的强度硬度增加耐磨性，而表面抗蚀性工件疲劳强度等均有改变虽然表面淬火对抗蚀性有一定帮助，但是要求表面有高的抗蚀性和硬度(超过Hv900(=HRC60)，表面

2、淬火无法实现因此要采用其他方法来对表面进行改进，方法很多，其中最常见的是化学热处理化学热处理是在热作用和化学作用共同作用下改变钢件表面的化学成分，组织，使化学热处理是在热作用和化学作用共同作用下改变钢件表面的化学成分，组织，使之获得所需性能的热处理方法之获得所需性能的热处理方法. .与其他热处理不同之处在于表面改变了化学成分与其他热处理不同之处在于表面改变了化学成分. .其其他没有改变成分他没有改变成分. .分类：分类：化学热处理种类有很多.根据钢件表面渗入元素的不同，可分为两大类1、渗入非金属C/N/C+N，主要目的强化表面，耐蚀性也可提高2、渗入金属或半金属Cr/Al/Al+Cr/Si/B

3、/Mo/W/V/Ti，改善表面物理化学性能，抗氧抗蚀性；3、1和2可以相互结合，如C+B共渗基本过程：基本过程：在物理化学中已有相关讲述，这里只简单说明一下，可以分为三步1、活性原子形成C(焦碳，甲烷，煤油)N(NH3分解)2、活性原子吸附与吸收(迁移到表面，并渗入到金属表面)3、活性原子在钢件内的扩散(合乎扩散定律)，最慢，扩散过程为控制步骤，也是影响最终性能的主要过程。(浓度，分布，深度，最终性能) 向零件深处发展，在钢表面形成一定的扩散层。扩散有两种方式：扩散有两种方式：1、固溶体扩散(渗C)；2、相变反应扩散(氮化)。2）表面渗碳处理）表面渗碳处理渗碳钢：渗碳钢：碳含量为0.10-0.

4、25%的低碳钢，或低碳合金钢，如 10，25，15Mn，20Cr等表淬零件用，常选用可淬硬钢(中碳，高碳)渗碳则不需可淬硬钢，因为渗碳后表面碳含量可达0.8-1.1%(过析成分)渗碳成分与过程：渗碳成分与过程：根据选用化学介质不同，可分为1、固体渗碳(用得少，易控制但质量差，选用木炭，焦碳，加催渗剂BaCO3，Na2CO3都造成不均匀，零件埋在填满固体剂的渗相内密封加热)2、液体渗碳(几乎不用，通常选用含氰盐类NaCN+BaCl2+kCl+NaCl+Na2CO3盐浴，有剧毒，工件侵入内加入即可)3、气体渗碳(常用，气体渗碳剂有有机液体如煤油酒精，有机物气体如天然气，液化石油气及有机液体的裂解气

5、)表面浓度取决于气氛(碳势)一定温度下炉内气氛与钢件表面含碳量平衡时的相对含量(平衡时的相对碳含量，最大不超过扩散温度下固溶体的极限浓度)如图为气体渗碳示意图如图为气体渗碳示意图煤油分解-C吸收表面扩展深处通常通过滴入调节煤油滴入的速度来控制气氛碳势，在一定温度下炉内气氛与钢件表面含碳量平衡时的相对含量对渗碳质量起着决定作用。不应简单理解为渗碳等于脱碳.工件表面的碳量与气氛里的碳含量达到一定的动态平衡时炉气状态(含碳量).因此如要渗碳则需气氛碳含量上升，超过平衡状态.则会脱碳.到一定程度又达到平衡.通常气氛碳含量上升，达到平衡表面碳含量上升.且钢表面碳含量上升，则要求气氛中碳含量上升。扩散过程

6、分析扩散过程分析(固溶体扩散固溶体扩散)设渗碳温度为930(900-950)，满足扩散规律，扩散层内无新相产生，渗碳体，固溶体保持原点阵.表示浓度与渗碳条件有关.但最大不超过极限固溶度，碳元素分布由表向里平滑下降，各处的成分可通过扩散规律与定量分析，这里不讲了.渗碳后缓冷的组织渗碳工艺及相应热处理1、渗碳加热温度900-950对于本质细晶粒钢少数合金钢可达1000-1050.通常900-930.因为在此温度速度较高，但奥氏体不致于过分粗化鉴定本质粗与细的奥化加热温度，选择热处理工艺不一样保温时间，由渗碳方法，渗碳温度所需渗层深度0.5-2.0mm而定.时间比较长.渗碳后热处理渗碳后热处理( (

7、淬火加低温回火淬火加低温回火) )淬火，也就包括渗碳后冷却，冷却说明在热处理中前期处理不当a，直接淬火，很少用，应力大易产生变形开裂b，830-840预冷直接淬火，适用于本质细钢，在渗碳时不会奥氏体长得太粗相对于a，降低热应力不易产生变形与开裂表层析出部分碳化物，减少残奥，产生尽量多的板马.但是马粗，加较多残奥c，一次淬火适用于本质细钢，先缓冷，空冷，重新加热到820-860淬火，对于合金钢稍高，AC3 (840-860)心部奥化，淬火得到低碳马氏体，改善性能，对于碳钢，淬温宜在AC1- AC3之间，如选AC3以上，对于表面而言，淬火温度太高，易获粗马加较多残奥d，二次淬火，多用于本质多粗晶粒

8、钢.渗碳后空冷，再加热到AC3以上850-900淬火，细化心部消除表层可能存在网状二次渗碳体.然后再到AC1+30-50(760-780)淬火，目的细化表层组织，获细马+均粒壮碳化物，并减少表层的残余奥氏体。性能要求高或本质粗晶粒钢通常使用二次淬火。回火回火淬火后进行低温回火，淬火后进行低温回火，以消除淬火应力，提韧性，并保持表面较高的硬度，疲劳强度。渗碳后缓冷的组织，930均奥化，因此，缓冷后的组织取决于成分(含碳量)，渗碳层深度的计算：渗碳层深度的计算：低碳钢(表面到1/2过渡层)，低碳合金钢(表面到过渡层靠心部一端)渗碳热处理后的最终组织和性能渗碳热处理后的最终组织和性能因钢种不同，不同

9、的热处理组织各异(淬火不同)表现在晶粒细化，第二相Fe3C的形貌分布，残奥的多少理想组织表面为回马+细小均匀的粒状碳化物HRC60，有时候也可能有少量的下贝(残奥产生的)，心部因钢种而异，淬透性低的低碳钢，心部P+F，HRC10-15，淬透性高的低碳合金钢，心部为回火低碳马氏体(或屈氏体或索氏体) +F，HRC25-45，20CrMnTi另外，还有钢种，热处理方法，零件尺寸大小.尺寸大，心部即使是合金钢可能得不到回火低碳马氏体.一般渗碳零件的工艺路线一般渗碳零件的工艺路线锻造正火(去锻造产生的缺陷，调整性能易于加工)机加工渗碳注意：1、渗碳前一般不需要其他热处理，调整组织。2、渗碳后一定要淬火

10、加低温回火，不能高回。3、有时要用去碳机加工，去除本不需要渗碳而渗碳的部分渗碳层。也可用镀铜等的防止渗碳)淬火加低回精加工。3）氮化）氮化一般过程同渗碳：一般过程同渗碳：NH3N吸收表面扩散氮化层周期较长，为了缩短氮化周期，离子氮化采用辉光放电的物理现象实现氮化氮化的主要目的：氮化的主要目的：主要目的，提高表面硬度，耐磨性，疲劳强度，抗蚀性，优点是无须淬火即提高耐磨热硬性，氮化温度低，处理时不易产生变形开裂除了提高表面硬度耐磨性，提高抗蚀性，疲劳强度热硬度，主要优点是无须淬火即提高耐磨热硬性，氰化温度低，处理时不易产生变形开裂为了缩短氮化周期，采用洁净氮化，镀钛氮化，离子氮化等离子氮化：离子氮

11、化：采用辉光放电的物理现象实现氮化NH3-N+H+e在电场作用下，以高能氮原子轰击工件表面，氮正离子转变为氮原子，吸收并扩散。具体工艺过程不讲了，主要是了解氮化层组织性能及氮化工件工艺路线氮化层组织：氮化层组织：扩散过程（相变反应扩散特点）扩散过程（相变反应扩散特点）扩散层为多相Fe2(CN)密排六方-氮化物相 面心立方 Fe固溶体，渗入元素在固溶体中浓达到饱和后，如继续增加则出现新相，扩散层中渗入元素呈跳跃式突变，如基体为纯组元，则扩散层中不会有两相区，只是由几个浓度突变的单相层组成.氮化层组织与氮浓度有关氮化层组织与氮浓度有关氮量大于6.1-， ， ， 大于0.1- ， ，小0.1-.通常

12、，氮化处理表层氮量大于6.1，因此，氮化工件氮化层的组织为+ + 如要抗蚀表面需形成一层致密的氮化层，则要求表面为相 氮含量大于6.1，如需高硬，则需形成相.一般要求氮化层深度0.6-0.7mm以上碳钢的氮化层情况.合金钢则除此外，还有AlN，MoN等N与合金元素形成的氮化物存在.这些相有十分明显的沉淀强化效应.对工件表面热硬性的提高有利.氮化钢及氮化工件生产工艺路线：氮化钢及氮化工件生产工艺路线：氮化钢氮化钢含Cr，Al，Mo等合金元素的钢最常见的38CrMoAl调质钢，40Cr，35CrMo，42CrMo，12Cr2Ni4 A，18CrNiW，另外不锈钢，耐热钢均可氮化生产工艺路线生产工艺路线锻造退火或正火(消除锻造引起的缺陷，应力，易于加工)粗加工调质调质(保证整体综合性能良好，为氮化做准备，调整组织性能)精加工去应力退火(消除精加工引起的表面应力，对氮化有一定影响，减少氮化处变形)粗磨氮化氮化(目的，氮化前要调质，氮化后一般不要再进行热处理，温度低，对基体影响小，且缓冷，变形应力小，因此后面不需要低温回火)精磨不需要低温回火4）如何选择表淬，渗碳，渗氮工艺）如何选择表淬，渗碳，渗氮工艺比较优