钢的热处理工艺

1、从成分、结构与相变机理以及性能方面，对珠光体、贝氏体与马氏体进行比较。2、回火过程中，会产生什么变化？思考题:第三章钢的热处理工艺前言

钢的热处理工艺：通过加热、保温和冷却的方法改变钢内部组织结构以获得工件所要求性能的一种热加工工艺。

理论依据：钢在加热和冷却过程中的组织转变规律是制定正确的热处理工艺的理论基础；为使钢获得设定的性能要求：其热处理工艺参数的确定必须使具体工件满足钢的组织转变规律；

分类：根据加热、冷却和获得的组织和性能的不同，钢的热处理工艺可分：1）普通热处理（退火、正火、淬火和回火）;2)表面热处理（表面淬火和化学热处理）;3)形变热处理。第一节钢的退火和正火1、钢的退火(annealing)定义：将钢加热到临界点Ac1以上或以下的一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。目的：１）消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。异分合金系的非平衡凝固，即存在成分偏析；２）组织均匀化：消除铸、锻件存在的魏氏组织或带状组织；

魏氏组织：在实际生产中，含碳量<0.6%的亚共析钢和含碳量>1.2%的过共析钢在铸造、热轧、锻造后的空冷，焊缝或热影响区空冷，或者当加热温度过高并以较快速度冷却时，先共析铁素体或先共析渗碳体从奥氏体晶界沿奥氏体一定晶面往晶内生长并呈针片状。生成条件：一定含碳量、奥氏体晶粒度(过热情况下)与冷却速度

渗碳体魏氏体组织(过共析钢)

铁素体魏氏体组织(亚共析钢)

魏氏体组织针状铁素体、魏氏组织这种从晶界形核生长的魏氏组织一般对韧性很有害!

带状组织：合金元素的原始带状偏析引起枝干和枝间的Ar3温度不同所致;

在Ar3温度较高的地方先形成铁素体，并促使碳原子向Ar3温度较低因而仍保留为奥氏体的相邻区域扩散，在这些富集碳的地方，最后形成珠光体。先共析铁素体+珠光体组织—正常组织先共析铁素体与珠光体比较均匀地分布!先共析铁素体+珠光体组织—带状组织通常是由于合金元素Mn的偏析引起的!带状组织均匀组织组织对比3)降低硬度，改善组织，以便于切削加工；4)消除内应力和加工硬化；5)改善高碳钢中碳化物形态和分布(球化退火)，为淬火作好组织准备。2、退火的分类根据加热温度范围的不同，退火方法可分为以下几种：1)完全退火定义：将亚共析钢加热到Ac3以上20--30℃，保温足够时间奥氏体化后，随炉缓冷，从而获得接近平衡组织。“完全”指的是退火时钢的内部组织发生完全变化。应用：锻轧终止温度过高的热锻轧件，晶粒粗大，容易得魏氏组织，并存在内应力，可以应用完全退火。但它只适用亚共析钢，不适用于过共析钢（渗碳体网的形成）。2)不完全退火定义：亚共析钢在Ac1—Ac3之间或过共析钢在Ac1--Accm之间两相区加热，保温足够时间，进行缓慢冷却的热处理工艺。

“不完全”：指两相区加热，只有部分组织发生变化。应用：１）较广，如果亚共析钢的锻轧终轧温度适当，并未引起晶粒粗化，铁素体和珠光体分布正常；２）可采用不完全退火，来细化晶粒，降低硬度和消除内应力。3)等温退火定义：等温退火是将钢件加热到临界温度（Ac1或Ac3）以上奥氏体化，然后将钢件移入另一温度稍低于Ar1的炉中等温停留；当转变完成后，出炉空冷至室温。

等温温度确定：根据所要求的组织和性能，从该钢的C曲线来确定。4)球化退火

定义：球化退火是使钢获得粒状珠光体的热处理工艺。工艺如下图：1、回火过程发生哪些变化？2、脆性的概念？回火脆性？3、魏氏组织与带状组织的概念？复习题一种球化退火工艺

应用：1)主要用于过共析钢，如碳素工具钢、低合金工具钢等，为淬火作准备。2)后面的课程讲到工具钢、轴承钢的热处理，会具体谈到。

过共析钢中片状渗碳体和网状渗碳体的球化过程示意图过共析钢中片状渗碳体和网状渗碳体的球化过程示意图片状珠光体

球状珠光体粒状珠光体5)

扩散退火定义：又称均匀化退火，它是将钢锭、铸件或锻坯加热到略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。目的：异分结晶，必然导致偏析。通过高温长时间加热，消除或减小钢锭、铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分与组织均匀化。应用：常用的扩散退火温度是1100--1200℃，保温时间为10—15小时。应用于合金钢钢锭或铸件。

铁-碳相图扩散退火温度的确定？注意：由于扩散退火需要在高温下长时间加热，因此奥氏体晶粒十分粗大，需要再进行一次正常的完全退火或正火，以细化晶粒、消除过热缺陷。另外该工艺生产周期长、能耗大、工件氧化、脱碳严重以及成本高，因此，一般尺寸不大的铸件，因其偏析不严重，可用完全退火细化晶粒、消除铸造应力。

6)低温退火定义：把钢件加热到低于Ac1温度退火，它包括软化退火和再结晶退火。软化退火：又称去应力退火。钢材在热轧或锻造后，在冷却过程中因表面和心部冷却速度不同造成内外温差会产生残余应力，这种应力与后面的工艺应力叠加，易使材料开裂；铸件也有残余应力。具体工艺：加热温度为650--720℃，保温后出炉空冷；主要是消除内应力和降低硬度（不会改变内部组织，见前图）。

再结晶退火：

定义：将冷加工硬化的钢材，加热至T再—Ac1之间进行，通常为650--700℃。在这过程中，变形晶粒恢复成等轴状晶粒，从而消除加工硬化。目的：钢经冷冲、冷轧或冷拉后产生加工硬化现象，使钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，切削性能和成型性变差，经过再结晶退火，钢的机械性能恢复。

再结晶温度T再

指在规定时间内（如一小时）能够完成再结晶，或再结晶量达到规定程度（例如95％）的最低温度。7)去氢退火氢脆定义：钢件在热锻轧后冷却过程中，氢在钢中的溶解度不断减少，氢原子来不及扩散逸出，将聚集在钢的显微空隙和晶界处，结合成氢分子，造成很大的压力，加上钢中其他内应力，超过该处的断裂强度，就产生细小裂纹。钢样中的表现：该裂纹表现在纵向断口上呈椭圆形银白色斑点，所以称为白点。

高碳钢白点在低倍试样上表现的形貌

中、低碳钢白点在金相试样上表现的形貌

低倍酸浸试样上的白点断口上白点有闪闪发光的特征防止氢脆措施：为了消除白点，首先应从炼钢原料及浇注系统设计上减少氢的来源。通过热处理，即去氢退火。对于尺寸较大的锻轧件，轧后空冷至低于Ac1温度，约640--660℃，奥氏体变成珠光体，由于氢在铁素体中扩散速度大于奥氏体中，640--660℃等温使氢较快逸出，防止白点产生。3、钢的正火(normalizing)

1)定义：正火是将钢加热到Ac3、Accm以上约30--50℃，或更高温度，保温足够时间，然后在静止空气中冷却的热处理工艺。（为什么能在Accm以上？）注意：对于含有强碳化物形成元素钒、钛、铌等合金钢，加热温度应提高，原则是既使碳化物溶解，又不引起奥氏体晶粒粗化。冷速特点：与退火相比，正火的冷却速度快一些，但比淬火小，介于两者之间。正火温度：Ac3、Accm＋３０－５０℃2)组织特点

根据钢的CCT曲线和工件的截面大小（冷却速度），正火后可获得不同组织，如粗细不同的珠光体、贝氏体、马氏体或它们的混合组织。3）正火的目的对于大锻件、截面较大的钢材、铸件，用正火来细化晶粒，均匀组织如消除魏氏组织或带状组织。这相当于退火的效果；低碳钢退火后硬度太低（切削粘刀），改用正火，可提高硬度，改善切削加工性。作为某些钢（如中碳非调质钢）的最终热处理，以代替调质处理（淬火+回火）。用于过共析钢，可消除网状碳化物，便于球化退火。（为什么？）渗碳体网形成对力学性能不利第六节钢的淬火和回火1、淬火的定义将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上的一定温度，保温一定时间，然后在水或油等冷却介质中快速冷却。（为什么对于过共析钢不是Accm?）注意：快速冷却。2、淬火的目的：把奥氏体化工件淬成马氏体，以便在适当温度回火后，获得所需要的力学性能。

冷却速度与钢件内部组织

注意：由于1）过冷奥氏体的稳定性；

2）截面大小（冷却速度），

一般淬火工件不一定获得全部马氏体，可能还有贝氏体、珠光体的存在。

3、淬火加热温度的确定对于亚共析钢：淬火加热温度为Ac3+30--50℃，可得到细而均匀的奥氏体晶粒，淬火后获得细小的马氏体；如果温度在Ac1—Ac3之间两相区加热，马氏体中有铁素体，造成硬度不足，降低力学性能；如果在Ac3以上过高温度加热，奥氏体晶粒粗化，马氏体粗大，脆性增大，工件在淬火过程中容易变形。

2)对于过共析钢：淬火加热温度Ac1+30--50℃。如原始组织为粒状珠光体，加热淬火后获得马氏体、颗粒状渗碳体及少量残余奥氏体，因而硬度高，耐磨性好，还有点韧性。如果加热到Accm以上，先共析渗碳体全部溶入奥氏体，使奥氏体含碳量增加，马氏体转变点Ms和Mf降低，淬火后保留大量奥氏体，而且获得粗片状马氏体，使钢的硬度和耐磨性降低，脆性增加，并增加淬火开裂倾向。因此，过共析钢不能在Accm以上加热淬火。

钢中含有强碳化物形成元素钒、钛、铌等，加热温度可适当提高。（为什么？)4、淬火冷却介质定义：钢从奥氏体状态过冷至Ms点以下所用的冷却介质，称淬火冷却介质。淬火冷却时为了得到马氏体，必须使冷却速度大于Vc(上临界冷却速度)，如下图。介质冷却能力越大，钢的冷却速度越快，越易超过钢的临界淬火速度；工件越容易淬硬，淬硬层的深度越深。

时间C’C’C’MM+PPC______等温冷却___连续冷却温度连续冷却转变图---临界淬火速度工件内部不同深度，冷却速度是不一样的，因此，组织也是不一样！

马氏体组织---淬透区贝氏体、铁素体+珠光体----未淬透区钢工件

但是快冷将产生巨大的组织应力和热应力，使工件变形；

选择和革新淬火介质的依据为了解决上述矛盾，根据CCT曲线，理想冷却曲线是：650℃以上缓冷以减小热应力；650--400℃区间快冷，以避免过冷奥氏体分解；400℃缓冷，通过马氏体转变区域，以降低马氏体转变所产生的组织应力。具有这种冷却特性的冷却介质可以保证在获得马氏体组织条件下，减少淬火应力、避免工件产生变形或开裂。

选择淬火介质的理想冷却曲线

名称最大冷却速度时平均冷却速度/℃s-1所在温度/℃冷却速度/℃S-1650～550℃300～200℃1、静止自来水，20℃2、静止自来水，40℃3、10﹪NaCl水溶液，20℃4、10号机油，20℃3402855804307755452000230135110190060450410100065常用淬火介质的冷却特性

水的冷却特性很不理想，在需要快冷的650～400℃区间，不超过200℃/s；而在需要慢冷的马氏体转变温度区，其冷却速度太快；适合于尺寸不大、形状简单的碳钢工件。浓度为10%NaCl水溶液高温区、低温区的冷却速度都很强；油的优点：低温区的冷却速度比水小得多，可大大降低淬火工件得组织应力；缺点：高温区冷却能力低；油比较适合过冷奥氏体稳定的合金钢淬火；实际生产中根据钢种的特点，碳钢的临界冷却速度大，用水淬火；而合金钢的冷却速度小，可用油来淬火。

接近于理想淬火介质：国内外，研究和开发了一些新的淬火介质，高温区冷却能力接近于水，低温区接近于油；主要是有机水溶液。例如：美国发明：15%聚乙烯醇、0.4%抗粘附剂、0.1%防泡剂的淬火介质；国内发明：水玻璃-碱水溶液、过饱和硝盐水溶液、氧化锌-碱水溶液、合成淬火剂等；这些淬火剂的共同特点为冷却能力介于水与油之间，接近于理想淬火介质。合成淬火剂：聚乙烯醇加少量防腐剂和消泡剂，可以调整比例来改变冷却能力。5、淬火方法选择适当的淬火方法同选用淬火介质一样，可以保证在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减少淬火应力、工件变形和开裂倾向。1）单一淬火法：定义：它是将奥氏体状态的工件放入一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火方法。应用：形状简单的碳钢、合金钢工件。各种淬火方法冷却曲线示意图1---单一淬火法2---双液淬火法3---分级淬火法4---等温淬火法2)双液淬火法定义：它是先将奥氏体状态的工件在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近Ms点温度时，再立即转入冷却能力较弱的淬火介质中冷却，直至完成马氏体转变。应用：（快冷介质）水+（慢冷介质）油

（快冷介质）水+（慢冷介质）空气有什么优点？3)分级淬火法定义：它是将奥氏体状态的工件首先淬入略高于钢的Ms点的盐浴或碱浴炉中保温，当工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温，完成马氏体转变。应用：小尺寸工件；（由于等温温度较高，时间有限制）优点：减小热应力、组织应力；4)等温淬火定义：它是将奥氏体化后的工件淬入Ms点以上某温度盐浴中等温保持足够长时间，使之转变为下贝氏体组织，然后在空气中冷却的淬火方法；它是分级淬火的进一步发展；等温淬火所获得的组织为下贝氏体组织。下贝氏体组织的强度、硬度较高，韧性较好；等温温度与时间由C曲线来确定。6、钢的淬透性(Hardenability)

淬透性是钢的重要工艺性能之一，合理地选用钢种，正确制定热处理工艺规范的依据之一。1）淬透性的定义指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小用钢在一定条件下淬火时获得淬透层深度来表示。2）淬透性（淬透层深度）的影响因素主要决定于临界冷却速度的大小（内因）；

Vc为临界冷却速度：它的大小与该钢种的连续冷却曲线的位置有关。该位置主要与钢种的化学成分有关。工件的截面尺寸和淬火介质的冷却能力（外因）

工件从表面到内部各点的冷却速度取决于工件的截面尺寸和淬火介质的冷却能力这两个方面。

如果钢的临界冷却速度Vc愈小，工件的淬透层就愈厚，表明淬透性愈大。当工件的冷却速度越大，淬透层越厚；中心的冷却速度大于临界冷却速度，则工件被淬透。3)淬透层深度的测定

为了测试方便，通常采用由表面至半马氏体区（即50%马氏体和50%非马氏体组成）的距离作为淬透层的深度。这是因为半马氏体区的硬度下降明显，容易测定；从组织观测上也容易认定。4)淬透性和淬硬性它们是两个不同概念；淬硬性是指钢在淬火后能够达到的最高硬度，它主要与钢的含碳量有关。如高碳工具钢的淬硬性高，但淬透性很低；

而低碳合金结构钢的淬硬性不高，但淬透性较高。合金元素使得CCT曲线往右移动，因而使临界淬火速度变小，淬透性增大。5)淬透性的测定测定方法很多，但顶端淬火法是世界上应用最广泛的淬透性试验方法；适用于碳素结构钢和合金结构钢；按照我国的国家标准GB225-63的规定试样尺寸为：Φ25×100mm；试验时将试样加热奥氏体化后，放到标准的淬火装置中，喷水冷却；顶端淬火装置

水温为20～30℃;

水柱自由高度调整为65±5mm;

顶端淬火试样冷却后，沿长度方向磨去0.2—0.3mm深度，获得一窄条平面；然后从试样顶端起每隔1.5mm测量一次硬度，得到沿试样轴线方向的硬度变化曲线，该曲线称为淬透性曲线；由淬透性曲线可见，水冷端冷却速度最大，随着至水冷端距离增加，冷却速度减少，硬度也减少；由于同一种钢种的化学成分波动、晶粒度差别以及组织上的差异，其顶端淬火试样上各点硬度在一定范围内变化，由此绘出一条淬透性带；齿轮钢；淬透性曲线

按规定，钢的淬透性应以JHRC/d表示,d为至水冷端距离；HRC为该处的硬度值。如：J42/5表示距离水冷端5mm处，硬度值为HRC42。生产中常用临界淬透直径来衡量钢的淬透性，具有更大的实用意义：它是在某种淬火介质中，圆柱体试样中心刚好为半马氏体时的最大直径，可由淬透性曲线推算；具体步骤（以45钢为例）：

1）在淬透性曲线上确定45钢半马氏体区距顶端

距离约为3mm；

2）在下图横坐标上对应3mm处作一垂线，与上图中“中心”曲线相交；

3）通过交点，作一水平线与纵坐标相交于18mm处；

4）则45钢水淬临界淬透直径即为18mm；

5）可以理解为：直径为18mm棒材的中心与顶端淬火试样距水冷端3mm处的冷却速度相同，即700℃时冷却速度都为169℃/s；水中淬火油中淬火6）故组织均为半马氏体。7、钢的回火(Tempering)(1)钢回火的定义：将淬火后的钢在A1温度以下加热，使之转变成稳定的回火组织的工艺过程。(2)回火的目的：保证组织转变（亚稳组织）；消除内应力；达到一定的性能要求；其中回火温度是决定回火后组织和性能的最重要因素。但要避免在低温回火脆性和高温回火脆性区进行回火处理。(3)回火的种类在生产实际中采用的方法有三种（按温度来分类）：低温回火在150--250℃之间进行，回火后组织为回火马氏体;其目的是降低淬火内应力，使其具有一定韧性，并保持高的硬度;它一般用来处理要求高硬度和高耐磨性工件，如刀具、量具、轴承、渗碳件和表面淬火工件等。

这类低温回火钢大部分是淬火高碳钢与高碳合金钢；经淬火并低温回火后得到隐晶回火马氏体和均匀细粒碳化物颗粒组织，具有很高的硬度和耐磨性，同时显著降低了钢的淬火应力和脆性；对于淬火获得低碳马氏体的钢，低温回火后主要是可以减少内应力，并进一步提高钢的强度和塑性；2）中温回火在350--500℃之间，回火后组织为回火屈氏体。对于一般碳钢和低合金钢，此温度范围内回火（第三阶段），碳化物开始聚集和长大，基体开始回复，淬火应力基本消失；中温回火后的钢具有高的弹性极限，较高的强度和硬度，并有良好的塑性和韧性。它主要用来处理各种弹簧零件和热锻模具。3)高温回火在500--650℃之间进行，回火后组织为回火索氏体。

淬火+高温回火称为调质处理；调质处理后的工件具有高的塑性、韧性和强度的配合；高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢，用来制作曲轴、连杆、连杆螺栓、机床主轴等重要零件。这些机械零件在使用中要求较高的强度并能承受冲击和交变负荷的作用。思考题1、何谓钢的淬透性？主要的影响因素？与淬硬性有何区别？2、有哪三种回火工艺？一般如何选择？8、淬火加热缺陷与防止1）淬火工件的过热与过烧

过热：工件在淬火加热时，由于温度过高或者时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷；由于过热不仅在淬火后得到粗大马氏体组织，而且易于引起淬火裂纹，降低强度与韧性，引起脆断。轻微过热，可延长回火时间；严重过热，则需进行一次细化晶粒退火，然后重新淬火；过烧：淬火加热温度太高，使奥氏体晶界出现局部熔化或者发生氧化的现象；

过烧是严重的加热缺陷，工件一旦过烧就无法补救，只能报废；过烧的原因主要是设备失灵或操作不当造成的，火焰炉加热局部温度过高也容易造成过烧；高速钢淬火温度高，容易造成过烧。2）淬火加热时的氧化和脱碳

淬火加热时，钢件与周围加热介质相互作用往往会产生氧化和脱碳等缺陷；氧化：是钢件在加热时与炉气中的O2、H2O、CO2等氧化性气体发生的化学作用；

在570℃以下的温度加热，钢中的Fe元素与O2、H2O及CO2等气体发生氧化反应，主要形成Fe3O4；由于这种处于工件表面的氧化物结构致密，与基体结合牢固，氧原子难于继续渗入，故氧化速度很慢；钢在570℃以下的温度加热，氧化不是主要问题；但是钢在加热温度高于570℃时，表面氧化膜主要是FeO组成；由于FeO结构松散，与基体结合不牢，容易脱落，因此氧原子很容易透过已形成的氧化膜继续向里与里与铁原子发生作用；一旦氧化膜中出现FeO，钢被氧化的速度大大加快。氧化造成的缺点：工件尺寸减小；表面光洁度降低；严重时影响淬火冷却速度，进而工件出现软点或硬度不足等新缺陷；防止措施：加热温度越高，原子扩散速度越大，钢的氧化速度越大，因此在保证组织转变情况下，尽可能降低加热温度与时间；用脱氧良好的盐浴加热或控制气份加热。

脱碳：钢件在加热过程中不仅表面发生氧化，形成氧化铁层，而且钢中的碳也与气氛中的O2、H2O、CO2及H2等发生反应，形成含碳气体逸出钢件表面，使钢表面的含碳量降低。主要反应如下：

Cγ-Fe+O2===CO2Cγ-Fe+CO2===2COCγ-Fe+H2O===CO+H2Cγ-Fe+H2=====CH4

由上述反应式可知，炉气介质中的O2、CO2、、H2O和H2都是脱碳性气氛；工件表面脱碳以后，其表面与内部产生碳浓度差，内部的碳原子则向表面扩散，新扩散到表面的碳原子又被继续氧化，从而使脱碳层逐步加深；脱碳过程进行的速度，取决于表面化学反应速度和碳原子的扩散速度：加热温度越高，加热时间越长，脱碳层越深；但上述反应是一对脱碳和渗碳的可逆反应，CO2、CO和CH4是渗碳性气氛。（取决于碳势和钢中的碳含量）第七节钢的形变热处理1、前言形变热处理的定义：形变强化和相变强化相结合的一种热处理；它可以获得单一的强化方法难于达到的综合力学性能；分类：种类较多，分相变前形变、相变中形变和相变后形变三种类型。就二种加以说明：

2、高温形变热处理它是在接近A3温度以上进行形变；形变后立即淬火；并回火至所需要的硬度。在这个工艺过程中，形变温度和形变后至淬火前的间歇时间，对高温形变热处理后钢材的力学性能影响很大。该工艺强化原因：由于高温形变过程位错密度及其他晶体缺陷大大提高，形变后如能及时淬火，马氏体继承了奥氏体的晶体缺陷，并使马氏体细化，从而获得强韧化的效果。高温形变热处理工艺过程

2、低温形变热处理工艺

定义：将加热至奥氏体化的钢迅速冷却至C曲线的亚稳定区进行形变，如图，然后淬火获得马氏体，并回火至所需的硬度；这种处理只适合于含有较多强碳化物形成元素，在550～400℃范围内存在过冷奥氏体的亚稳区；低温形变热处理可应用于结构钢、弹簧钢、轴承钢和工具钢；如结构钢：经这种处理后，它的强度极限可高达低温形变热处理工艺2500～3200MPa，冲击韧性保持在30～40J/cm2；而一般淬火和回火后，高强度结构钢的强度极限为1800～2200MPa，冲击韧性为20～40J/cm2；

由上可见，经低温形变热处理后力学性能要高得多。强化的原因：1）马氏体继承了形变奥氏体的高密度位错和细化的晶粒；2）一些碳化物的析出，阻碍位错的运动，提高了强度；3）高密度位错和微细碳化物存在，使回火析出的碳化物更弥散均匀；4）上述综合结果，既提高了强度，又改善了韧性。

缺点：由于低温形变热处理的形变温度低，钢材的形变抗力大，要求形变设备的功率远超过一般设备的加工能力。第8节钢的表面淬火1、背景工业实践中，一些零件的服役条件：齿轮、凸轮、曲轴及各种轴类等零件在扭转、弯曲等交变载荷下工作，并承受摩擦和冲击，其表面要比心部承受更高的应力；要求零件表面具有高的强度、硬度和耐磨性，要求心部具有一定的强度、足够的塑性和韧性；采用表面淬火工艺可以达到这种表硬心韧的性能要求；

根据工件表面加热热源的不同，钢的表面淬火工艺有多种，例如：感应加热、激光加热、火焰加热、电接触加热等。2、钢的感应加热感应加热原理如下图所示感应加热表面淬火示意图；当感应圈中通过一定频率交流电时，在其内外将产生与电流变化频率相同的交变磁场；将工件放在感应圈内，在交变磁场的作用下，工件内就产生与感应圈频率相同而方向相反的感应电流；感应加热线圈

涡流：这种感应电流沿工件表面形成封闭回路；它将电能转变成热能，使工件加热；集肤效应：涡流在被加热工件中的分布由表面到心部呈指数规律衰减，因此涡流主要分布在工件表面；δ热=（800～900℃范围内的电流透入深度与频率的关系）可见，感应电流频率越高，电流透入深度越低，工件加热层越薄；感应加热：利用集肤效应，依靠电流热效应把工件表面迅速加热到淬火温度的；当工件表面在感应圈内加热到相变温度时，立即喷水或浸水冷却，实现表面淬火工艺；生产上根据零件尺寸及硬化层深度的要求选择不同的电流频率；根据不同的电流频率，可将感应加热表面淬火分为三类：1)高频感应加热表面淬火：常用电流频率为80～1000kHz，可得表面硬化层深度为0.5～2mm，主要用于小模数齿轮和小轴的表面淬火；2)中频感应加热表面淬火：常用电流频率为2500～8000Hz，可获得３～６mm深度的硬化层；主要用于发动机曲轴，大模数齿轮和钢轨等；3)工频感应加热表面淬火：常用电流频率为50Hz，可获得１０－１５mm的硬化层，适用于大直径钢材的穿透加热和要求硬化层深度深的大工件表面淬火。第9节化学热处理1、背景一些钢件（如齿轮）表面与内部受力情况不同，因此需要具有与内部不同的性能，如表面的耐磨性能、疲劳强度、耐腐蚀性能与抗氧化性能；材料的性能取决于成分、工艺与组织；因此，可以通过改变钢件表面的化学成分等，来改变表面性能。

2、钢的化学热处理定义将钢件放在一定温度的化学活性介质中，使一种或几种元素的原子渗入到钢件表面，以改变钢件表面层的化学成分，从而获得预期的组织和性能的热处理过程。3、化学热处理的分类根据渗入钢中的元素，化学热处理可以分为：渗碳；渗氮；碳氮共渗；渗硼；渗铝。通过这些化学热处理能有效地提高钢件的这种表面性能（耐磨性、耐蚀性和抗氧化性等），从而提高钢件的使用寿命。因此，这种工艺在工业上得到广泛的应用。3、化学热处理的一般过程化学热处理的一般过程通常是由分解、吸附和扩散三个基本过程组成的。（1）分解

分解是在一定温度下从渗剂中分解出含有被渗元素“活性原子”的过程。例如：渗碳过程就是渗剂中的CO或CH4等分解出活性碳原子[C]的过程：

2CO=CO2+[C]CH4=2H2+[C]CO+H2=H2O+[C]

反应产生的活性碳原子就是钢渗碳时表面碳原子的来源。例如：渗氮过程，通入氨气与钢件表面产生如下反应：

2NH3=3H2+2[N]

这个活性氮原子就是钢渗氮时表面氮原子的来源。注意：不是所有含有被渗元素的物质都可以作为渗剂；它必须要具有活性，即在相界面反应中易于分解出被渗元素原子的能力。例如，氮气（N2)在普通温度下不能分解出活性氮原子，因此不能用N2作为渗氮的渗剂。为了加速被渗物质的分解，或直接产生被渗物质的活性原子，通常要添加一些催渗剂。例如固体渗碳时，加催化剂碳酸钠和碳酸钡就是这个目的。在渗碳温度下，催化剂发生如下分解：

Na2CO3=Na2O+CO2BaCO3=Ba+CO2分解出的CO2与碳粒发生反应：

CO2+C=2CO

CO和钢件表面发生如下界面反应，产生活性