第六章钢的热处理

第六章

钢的热处理HeatTreatmentofSteels将钢件在一定的介质中加热到一定的温度并保温一定的时间，然后冷却，以期改变其整体或者表面组织，从而获得所需要的性能的一种热加工工艺。钢的热处理

HeatTreatmentofSteels

钢的热处理工艺示意图温度时间加热Heating保温InsulationWork冷却Cooling保温时间HoldingTime保温温度HoldingTemperatureA1A3Acm第一节概述钢的热处理：是指将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却措施，以改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺，即“加热---保温----冷却”三步按工艺不同可将热处理分为如下几类：火焰加热退火表面淬火感应加热普通热处理正火表面热处理渗C

淬火化学热处理渗N

回火C、N共渗改善钢材性能的主要办法1.在钢中特意加入一些合金元素，即合金化2.钢的热处理例：两个T8制件，在780℃保温，一个水冷62HRC,另一个炉冷200HB≈15HRC。水冷马氏体，炉冷珠光体。本章重点：1.钢加热和冷却时的组织转变2.C曲线3.各种热处理工艺的原则和应用第二节钢加热时的组织转变由铁碳合金的相图可知，碳钢在缓慢加热或者冷却的过程中，经过PSK线、GS线、ES线时，组织都要发生变化，所以固态组织的临界点都可由这三条线确定。为了使用方便，常把PSK线称为A1线，GS线称为A3线，ES线称为Acm线。为了区别，通常把实际加热时的各临界点用Ac1、Ac3、Accm表示；而冷却时的各临界点用Ar1、Ar3、Arcm表示。ABCDEFGHJNKPPSQ2.11钢铸铁A一、钢在加热时的转变钢相图ABEGHJNPSQLA+A+L+AA+LA+Fe3C钢热处理相图EGPSQAFA+Fe3CF+AFPF+PP+Fe3C钢的平衡组织

F铁素体Ferrite、

P珠光体Pearlite、

Fe3C渗碳体Cementite

F+P

P+Fe3CEGPSQAA+Fe3CF+AFPF+PP+Fe3CF特征线A1线(PSK线)

加热Ac1

冷却Ar1A3线(GS线)

加热Ac3

冷却Ar3Acm线(SE线)

加热Accm

冷却ArcmA3AcmA1一、转变温度加热（冷却）时铁碳相图上各临界点的位置

临界温度平衡时：A1、A3、Acm加热时：Ac1、Ac3、Accm冷却时：Ar1、Ar3、Arcm（一）共析钢的奥氏体的形成过程形核F和Fe3C的界面最易于形核，通过同素异构转变F→A和Fe3C的溶解来实现。长大一旦形核，A则向F和Fe3C方向长大，此过程同样通过同素异构转变F→A和Fe3C的溶解来实现。一、奥氏体的形成残余碳化物溶解由于同素异构转变F→A的速度比和Fe3C向奥氏体中溶解的速度快，所以，同素异构转变完成后，还一部分碳化物（残余碳化物）尚未溶解，它会在随后的加热过程中继续向奥氏体中溶解。奥氏体均匀化残余碳化物溶解完毕后，奥氏体的成分是不均匀的，原来F处含碳量低，而原来Fe3C处含碳量高。只有经足够长的保温时间，才能通过C的扩散形成均匀的A等轴晶。

奥氏体的形成过程（以共析钢为例）亚（过）共析钢的A化——P

→

A

后，先共析F或Fe3CⅡ

溶解。A形核长大示意图P的实际组织P组织示意图P组织示意图放大二、影响A形成的因素因素FactorsA形成温度T加热速度WH钢中C的含量原始组织合金元素结论：加热温度越高和加热速度越快→转变快。C%↑→Fe3C多，界面多，形核多→转变快。合金元素会提高A化速度或降低A化速度。原始组织的影响→P片间距越小，界面越多，片状比粒状相界面多，形核多→转变快三、奥氏体晶粒的长大及影响因素1.奥氏体的晶粒度（晶粒大小的尺度）

1）起始晶粒度：当P刚刚完全转变为A时；

2）实际晶粒度：在某一具体的加热条件下实际获得的奥氏体晶粒的大小；

3）本质晶粒度：取决于钢的成分和冶炼条件。

2.奥氏体晶粒大小对钢机械性能的影响：奥氏体晶粒度越小，则热处理之后的钢的性能愈好。（一）奥氏体晶粒大小(1)定义对钢的晶粒级别进行分级。晶粒度对钢的性能的影响是直接的，所以在很多标准中规定晶粒度的等级。A的晶粒度基本概念(2)晶粒度

CoarsenessofGrainＡ晶粒大小用晶粒度Ｎ表示，通常分８级

1～4粗晶钢ScorchedSteel5～8细晶钢Fine-GrainSteel＞8超细晶钢Ultra-fineGrainSteel(3)晶粒度的数学表示方式

假定：放大倍数100×

每平方英寸内晶粒数目为n，则：1、奥氏体的实际晶粒度(1)定义在具体加热条件下得到的奥氏体晶粒大小称为奥氏体实际晶粒大小或奥氏体实际晶粒度

(2)影响因素①加热温度越高②保温时间越长

奥氏体的实际晶粒度越大

过热

OverheatEGPSQAA+Fe3CF+AFPF+PP+Fe3CF2、奥氏体的本质晶粒度(1)定义本质晶粒度只表示钢在加热时奥氏体晶粒长大倾向的大小。并不表示奥氏体实际晶粒的大小。钢在930℃±10℃下保温8小时冷却后所测定的晶粒度为本质晶粒度。主要是检验钢本身Ａ长大倾向。(2)本质细晶粒钢本质细晶粒钢一般具有阻碍奥氏体晶粒长大的元素如：Nb、Ti、V等，主要是这些元素易于形成AlN、Al2O3、NbC、TiC、VC等不易溶解的小粒子，阻碍奥氏体晶粒的长大。(3)本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢一般主要用Si、Mn脱氧，没有阻碍奥氏体晶粒长大的合金元素，奥氏体晶粒的长大的很快。热处理一定不能过热。2、影响奥氏体晶粒长大的因素1）加热温度、速度和保温时间

加热温度↑，保温时间↑→晶粒尺寸↑当加热温度确定，加热速度越快，过热度越大，晶粒越细小2）化学成分①C：含碳量上升，奥氏体晶粒长的越大，但是超过一定的界限，反倒会减小。②合金元素合金碳化物↑，Fe3C%↑→晶粒尺寸↓盐浴炉可控气氛保护真空热处理四、加热时常见的缺陷过热：晶粒粗大，可以消除(完全退火或等温退火或正火)过烧：晶界局部熔化，无法消除氧化脱碳第三节钢在冷却时的转变热处理工艺中，有两种冷却方式：等温冷却、连续冷却等温转变

IsothermalTransformation连续转变

ContinuousTransformation1)等温转变将已Ａ化的钢迅速冷却到A1点以下某T，

恒温转变2)连续转变将已Ａ化的钢连续冷却，使其在Ａr1以下

连续转变一、过冷A的等温转变在临界温度以下尚未发生转变的不稳定奥氏体称过冷奥氏体。

过冷奥氏体（一）C曲线的测定以共析钢为例，采用金相法测定。制样：把钢材制成Φ15×1.5mm的圆片试样（钻小孔，便于提取），分成若干组。2.

奥氏体化：取一组试样，在盐炉内加热使之完全A化。3.

等温：将A化后的试样快速投入A1

以下某一温度的浴炉中进行等温转变，并开始计时。二、过冷奥氏体等温转变曲线图(TTT或C曲线)4.

记时：每隔一定时间取出一个试样，进行高温金相组织观察。记录开始转变时间和转变终了时间。

将其余各组试样，用上述方法分别测出不同等温条件下A转变开始和终了时间，最后将所有转变开始时间点和终了时间点标在温度—时间(对数)

坐标上，并分别连接起来，即得C曲线。共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线图建立Ttt2tnt1A体等温转变曲线（C曲线）的建立过冷A:

T<A1时，A不稳定.A体等温转变曲线

(C曲线或TTT)高温转变:A1~550℃过冷A→P型组织中温转变:550℃~MS

过冷A→贝氏体(B)低温转变:MS(马氏体开始转变温度)~Mf

（马氏体转变终了温度）

过冷A→马氏体(M)共析钢的C曲线分析二、冷却转变后的组织和性能

1、珠光体（A1～550℃）转变一是晶格重组，二是铁、碳原子扩散属扩散型转变P型组织——F+层片状Fe3C珠光体P

索氏体S

屈氏体T层片间距：P>S>T珠光体P，3800×索氏体S8000×屈氏体T8000×在A1~560℃恒温下，过冷A发生P转变，产物为层片状P组织。不同转变温度下层片大小及距离不同，据此可将P转变产物分为：珠光体P：A1~650℃索氏体S：650~600℃屈氏体T：600~550℃P、S、T无本质区别，只有形态上的粗细之分，P较粗、S较细、T更细。P、S、T通称P型组织，组织越细，强度、硬度越高，塑、韧性越好。过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能组织名称表示符号形成温度范围/℃硬度片间距/nm能分辨片层的放大倍数珠光体PA1~650170~200HB150~450＜500×索氏体S650~60025~35HRC80~150＞1000×屈氏体T600~55035~40HRC30~80＞2000×可见：珠光体的片层间距越小，硬度越高，同样强度也高,韧性也随片层间距变化。同一成分的钢，组织为片状珠光体时硬度和强度比粒状珠光体的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，常用球化退火来得到粒状珠光体组织，降低钢的硬度。2、贝氏体转变上贝氏体：550～350℃，呈羽毛状,小片状Fe3C分布在F体条间。强度和韧性差。下贝氏体：350℃～Ms点，呈针状,韧性高，综合力学性能好。中温转变：550℃～Ms点转变特点：半扩散型，铁原子不扩散，碳原子有一定的扩散能力。转变产物：贝氏体，即Fe3C分布在含碳过饱和的铁素体上的两相混合物。上贝氏体的形成过程光学显微照片1300×电子显微照片5000×45钢，B上+B下，×400

上贝氏体中的Fe3C分布于铁素体条之间，分割了基体的连续性，易脆断，故上贝氏体的强度和韧性较低首先在奥氏体的贫碳区或晶界上形成铁素体晶核，然后向奥氏体晶粒内长大，随后在铁素体片间析出渗碳体。下贝氏体的形成F针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒电子显微照片12000×T8钢，B下，黑色针状光学显微照片×400下贝氏体的性能和上贝氏体相比较，不仅具有较高的硬度和耐磨性，而且下贝氏体的强度、韧性和塑性均高于上贝氏体。等温转变温度/℃图3-16共析纲的力学性能与等温转变温度的关系生产中常采用等温淬火来获得下贝氏体组织。αk3、马氏体转变转变特点：1）无扩散型转变

Fe和C原子都不进行扩散，M是体心正方的C过饱和的F，固溶强化显著。2）降温形成

连续冷却完成。3）瞬时性

M的形成速度很快，温度越低，则转变量越多。

4）转变的不完全性

M转变总要残留少量A，A中的C%越多，则MS、Mf越低，残余A含量越多。AR的量主要取决于MS和MF点的位置。5）M形成时体积膨胀（由体心立方晶格变成面心立方晶格）

造成很大内应力。马氏体含碳量越大，体积变化也越大，所以高碳钢淬火时容易变形和开裂。马氏体(M)：C在α－Fe中的过饱和固溶体。Ms和Mf点随着奥氏体中的含碳量的增加而降低，残余奥氏体量随着含碳量的增加而增多。马氏体的组织类型C%<0.2%时，为板条M（低碳M）。C%>1.0%时，为针片状M。Fe-1.8C，冷至-100℃Fe-1.8C，冷至-60℃板条M,平行的细板条束组成针状M（凸透镜状）针片状和板条状马氏体性能比较C%↑→M硬度↑，针状M硬度高，塑韧性差。板条M强度高，塑韧性较好三、影响C曲线的因素1）含碳量(奥氏体的含碳量)共析碳钢最靠右，其过冷奥氏体最稳定；亚共析碳钢随着含碳量的增加而右移；过共析钢随含碳量的增加而左移。

2）合金元素

除Co外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使C曲线右移，形状也可能会发生改变。3）加热温度和保温时间

随温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大，晶界减少（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移。四、过冷奥氏体的连续冷却转变Ps——A→P开始线Pf——A→P终止线K——P型转变终止线Vk——上临界冷却速度

MS——A→M开始温度

Mf

——A→M终止温度连续冷却转变的特点：1、K线是珠光体型转变的中途停止线，即碰到K线的时候，过冷奥氏体就不再发生珠光体转变，而是一直保持到Ms点下，直接变成马氏体。2、连续冷却曲线没有下半部分，说明共析钢在连续冷却转变的时候，没有贝氏体型的转变。3、与过冷奥氏体连续冷却转变曲线鼻尖相切的冷却速度，是保证奥氏体在连续冷却转变中不发生分解而全部过冷到马氏体区的最小冷却速度，称为临界冷却速度。目前的生产技术，使得连续冷却转变曲线较难被测出，所以常用C曲线定性地近似地来分析连续冷却转变。V1相当于随炉冷却的速度，根据它和曲线相交的可以估计出奥氏体将转变为珠光体；V2、V3相当于在空气中冷却的速度，根据它和曲线相交的可以估计出，它将转变为索氏体；V4相当于在油中淬火时的冷却速度，将有一部分奥氏体先转变为屈氏体，剩余的奥氏体冷却到Ms点以下变成马氏体；V5相当于在水中淬火时的冷却速度，它不与C曲线相交，直接转变为马氏体。在生产中常把热处理分为预先热处理和最终热处理。为了消除前道工序所造成的缺陷，或为了后续的切削加工和最终热处理做好准备的热处理，称为预先热处理；为使工件满足使用条件下的性能要求的热处理，称为最终热处理。第四节钢的退火与正火一、退火和正火的目的降低或提高硬度，便于进行切削加工。消除残余应力。细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能。为最终热处理作好组织准备。二、退火工艺及其应用1、完全退火和等温退火（1）将亚共析钢加热到Ac3以上30-50℃，保温一段时间，随炉冷却到600℃以下，再出炉空冷，得到铁素体和珠光体。其目的是细化晶粒、消除内应力、降低硬度、提高塑性，为随后的切削加工和淬火做好组织准备。（2）在对应于C曲线上的珠光体形成温度使奥氏体等温转变，可以大大缩短退火时间。2、球化退火把过共析钢加热到Ac1以上20-30℃，在保温过程中是片状渗碳体变成细小的点状渗碳体。3、去应力退火（低温退火）用于消除残余内应力4、扩散退火（用于合金钢铸锭和铸件）用于消除铸造结晶过程中产生的枝晶偏析，使成分均匀化，又称为均匀化退火。退火：将钢加热到预定温度，保温一段时间后缓慢冷却（通常是随炉冷却），获得接近平衡组织的热处理工艺。加热、保温后，缓冷(炉冷)→近平衡组织P（+F或Fe3C球）完全退火（亚共析钢）加热温度Ac3+30～50℃

缓冷→F+P

目的：细化晶粒，均匀化组织，降低硬度→切削性↑等温退火（亚共析钢）等温转变→F+P，再缓冷球化退火（共析、过共析钢）在Ac１+20～40℃保温，使Fe3C球化，再缓冷→球状P（F+球状F3C）目的：硬度↓,切削性↑,韧性↑扩散退火加热至略低于固相线目的：使成分、组织均匀

再结晶退火加热温度T再

+100～200℃目的：消除加工硬化去应力退火加热温度＜Ac1，一般为500～650℃目的：消除冷热加工后的内应力

三、正火工艺及其应用应用：

1)钢的最终热处理细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P%（S%）→强度、韧性、硬度↑

2)预先热处理——淬火、球化退火前改善组织。

3)增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。加热温度

Ac3(Accm)

+30～50℃，空冷→S过共析钢正火加热温度必须高于Accm。其目的是消除网状渗碳体。加热、保温后，空冷→S（+F或Fe3C粒）第五节钢的淬火将钢加热到临界点之上，保温一段时间，再以大于临界冷却速度进行快速冷却，从而发生马氏体转变的热处理工艺。一、淬火的目的

获得马氏体组织，和回火配合使用。二、淬火的一般工艺1.淬火温度的选择：由其化学成分决定亚共析钢：Ac3线上30-50℃共析钢和过共析钢：A1线上30-50℃对于过共析钢，加热温度过高反倒是有害的，温度过高会使得残余奥氏体增多、奥氏体晶粒粗大、增加淬火应力。2.保温时间的确定：由经验公式推算3.淬火冷却介质关键要求在C曲线的鼻尖处快速冷却。理想的淬火冷却速度：在冷却速度大于临界冷却速度时才能获得要求的马氏体组织。并不要求全程都快速冷却，关键要求在C曲线的鼻尖处（650℃-550℃）快速冷却，而在稍低于A1点和稍高于Ms点处，为减少热应力，其冷却速度应该缓慢。特别在Ms点以下冷却速度更应该缓慢。3.淬火冷却介质2、常用的冷却介质：（1）水：冷却特性很不理想，但是应用最广；（2）盐或碱的水溶液：其冷却能力大约为水的十倍；对工件有锈蚀作用；（3）油：在高低温区冷却速度都小于水，水玻璃-碱（或盐）水溶液、过饱和硝盐水溶液等等，在高温区冷却速度大，在低温区冷却速度低。三、常用的淬火方法1.单液淬火（a）2.双液淬火（b）碳钢先水淬后油淬，合金钢先油淬后空冷。3.分级淬火（c）在Ms点附近保温，消除内应力。4.等温淬火（d）5.局部淬火四、淬火缺陷及防止方法1、氧化与脱碳：2、变形与开裂：热应力使工件趋向球形，组织应力使尖角趋向突出。淬火引起的变形组织应力热应力五、钢的淬透性1.淬透性与淬硬性钢的淬透性：钢在淬火时能够获得马氏体的能力。淬透层深度：从工件表面到半M体层的深度。钢的淬硬性：

钢在淬火后所能达到的最高硬度。取决于马氏体的含碳量。含碳量越高，淬硬性越好。注意：淬透性好的钢其淬硬性不一定高。2、影响淬透性的因素1）含碳量亚共析钢，含碳量增加，奥氏体的稳定性增大，Ｃ曲线右移，淬透性提高过共析钢，随着含碳量增加，奥氏体的稳定性降低，Ｃ曲线左移，淬透性降低(未溶渗碳体促进奥氏体分解)2）合金元素除Co外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使Ｃ曲线右移，形状也可能会发生改变，使淬透性提高3）加热温度和保温时间随加热温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使Ｃ曲线右移，提高了钢的淬透性4）钢中未溶第二相未溶第二相越多，作为结晶核心，使A体不稳定，C曲线左移，淬透性下降3.淬透性的测定4、淬透性与机械性能的关系：淬透性好的钢，其机械性能沿截面是均匀分布的，淬透性差的钢，其机械性能沿截面是不均匀的，愈靠近心部机械性能愈低，特别是韧性。但是在选材时不能一味地挑选淬透性好的材料，而要根据具体的受力情况决定。第六节钢的回火1．概念将淬火后的钢加热到A1以下某一温度，保温后冷却下来的一种热处理工艺。

2.目的（1）稳定工件组织、性能和尺寸。（2）减小或消除残余应力，防止工件的塑性变形和开裂。（3）调整工件的强度、硬度，提高韧性，以满足不同工件的性能要求。3．淬火钢在回火时的组织转变（1）马氏体分解(100～200℃)这一阶段转变完成后,钢的组织由有一定过饱和程度的α固溶体和与其有共格关系的ε碳化物所组成，这种组织称为回火马氏体（M回）。马氏体转变为回火马氏体。硬度并不降低，但是淬火内应力有所减小。（2）残余奥氏体转变(200～300℃)（3）马氏体分解完成和碳化物的转变

（300～400℃）

钢中的残余奥氏体也发生分解，转变为回火马氏体或下贝氏体。这一阶段转变完成后,钢的组织由针状F体和极细小粒状的渗碳体组成，这种组织称为回火屈氏体（T回）。（4）F体的回复、再结晶和碳化物的聚集长大（＞400℃）这一阶段转变完成后,钢的组织由等轴的F体和细小的粒状渗碳体组成，称为回火索氏体（S回）。回火索氏体回火屈氏体回火马氏体4、淬火钢在回火时的性能变化40钢的冲击韧度与回火温度的关系℃5．回火种类、组织、性能及应用（1）低温回火(150～250℃)组织：M回性能特点：部分降低了钢中残余应力和脆性，而保持钢在淬火后所得到的高强度、硬度和耐磨性，58～65HRC应用：要求硬度高耐磨性好的工具、量具、滚动轴承、渗碳工件以及表面淬火工件等。

（2）中温回火(350～500℃)组织：T回性能特点：内应力基本消除，具有高的弹性极限和一定的韧性。应用：要求弹性极好的弹簧零件、发条及热锻模具，35～45HRC（3）高温回火(500～650℃)调质处理：淬火与高温回火相结合的工艺组织：S回性能特点：内应力基本消除，强度和硬度降低，塑性和韧性提高，具有较高的综合力学性能，25～35HRC应用：要求综合力学性能好的中碳结构钢和低合金结构钢制造的各种重要的结构零件，特别是在多种载荷下工作的连杆、螺栓以及轴类等。6.回火脆性概念：淬火钢在某些温度范围内回火时脆性显著增大的现象高温回火脆性：450～650℃，第二类，可逆低温回火脆性：250～400℃，第一类，不可逆例题1

共析钢加热到相变点以上，用图示的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？例题2

T12钢加热到Ac1以上，用图示的各种方法冷却，分析其所得到的组织。第七节钢的表面淬火表面淬火是指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。（只改变表层组织而不改变化学成分）

表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;②心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。1、表面淬火用材料⑴0.4-0.5%C的中碳钢。⑵铸铁提高其表面耐磨性。2、预备热处理⑴工艺：对于结构钢为调质或正火。前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。⑵目的:①为表面淬火作组织准备；②获得最终心部组织。3、最终热处理采用表面淬火＋低温回火，温度不高于200℃。回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。4、组织表层组织为M回；心部组织为S回(调质)或F+S(正火)。一、火焰加热表面淬火加热源：氧－乙炔或氧－煤气的混合气体特点：①操作简单，无需特殊设备②淬硬层一般为2-6mm③淬火质量不易稳定④适于单件或小批量生产二、感应加热表面淬火高频淬火工艺水或聚乙烯醇水溶液冷却（油易燃）；

160-200℃低温回火，提高韧性，降低淬火残余应力。自身回火淬火法利用电流的表面效应来实现的。高频淬火优缺点：加热速度快；加热时间短，组织细小而均匀；有一定的残余压应力，提高疲劳极限；工件表面不易氧化和脱碳；生产效率高。设备昂贵、维修调试困难，形状复杂的工件的感应器不易制造。第八节钢的化学热处理将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学热处理的基本过程:分解→吸收→扩散化学热处理的作用：1、强化表面，提高工件的某些机械性能；2、保护工件表面，提高物理化学性能；化学热处理的种类：1、扩散元素是非金属元素，能与铁形成间隙固溶体，增加表面硬度和耐磨性；2、扩散元素是金属元素，能与铁形成置换固溶体，改善物理化学性能。一、钢的渗碳

渗碳通常是指向低碳钢制造的工件表面渗入碳原子，使工件表面达到高碳钢的含碳量。其目的是使工件在热处理后表面具有高硬度和高的耐磨性，而心部仍保持低碳钢良好的塑性、韧性。渗碳用钢：合金渗碳钢含碳量0.15～0.25％之间。例15、20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等1．渗碳方法（1）固体渗碳依所用渗碳剂的不同，钢的渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。渗剂为木炭。优点：操作简单；缺点：渗速慢，劳动条件差。（2）气体渗碳

工艺方法：将工件放入密封的加热炉中，加热到临界温度以上（通常为900~930℃）按一定流量滴入液体渗碳剂（如煤油、苯、甲醇、丙酮等），有机液体在高温下，通过下列反应：

CH4→[C]+2H22CO→[C]+CO2CO+H2→[C]+H2O从而提供活性碳原子，吸附在工件表面并向钢的内部扩散而进行渗碳。优点:质量好,效率高；缺点:渗层成分与深度不易控制。2.气体渗碳工艺操作⑶真空渗碳法将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳。优点:表面质量好,渗碳速度快。3．渗碳后的成分、组织和厚度渗碳缓冷后组织如图所示。即由工件表面到心部依次为：过共析组织（Fe3CⅡ+P）→共析组织（P）→亚共析组织（P+F）的过渡层→心部原始组织（F+P少量）。表面28HRC4．渗碳后的热处理1）直接淬火法:即渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。淬火+150～200℃低温回火，表面硬度58～62HRC图3-43直接淬火工艺示意图180-200℃渗碳900-930℃回火温度/℃时间淬火A12）一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。3）二次淬火法：即渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac3+30-50℃，细化心部；第二次加热为Ac1+30-50℃，细化表层。常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50℃淬火+低温回火。渗碳淬火＋低温回火后的组织：表层组织：M回＋粒状碳化物＋少量AR

硬度为58～62HRC心部组织：低碳钢P类+F,硬度为10～15HRC低碳合金钢低碳M回＋F,硬度为35～45HRC

具有较高强度和足够高的韧性一般渗碳件的加工工艺路线为：锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→精磨二、钢的渗氮

1.气体渗氮氮化的目的在于更大地提高钢件表面的硬度和耐磨性，提高疲劳强度和抗蚀性。渗氮在钢的临界温度以下进行，加热温度为550℃2NH3（氨）→3H2+2〔N〕↓渗入钢中氮化零件的工艺路线如下：锻造→退火→粗加工→调质→精加工→除应力→粗磨→氮化→精磨或研磨氮化温度低，一般为500℃～600℃。工件变形小。氮化具有很高的硬度（1000HV～1100HV），在600～650℃下保持不下降，所以具有很高的耐磨性和热强性。耐蚀性好。疲劳强度大大提高。氮化工艺复杂，时间长(20～50小时)，成本高。用于耐磨性和精度都要求较高的零件，或要求抗热、抗蚀的耐磨件，例如发动机汽缸、排气阀、精密机床丝杠、镗床主轴、气轮机阀门、阀杆等。值得注意的是:N2在普通渗氮温度下不能分解出活性氮原子，因此不能作为渗碳的渗剂。工艺特点：应用：氮碳共渗，以渗氮为主，因渗层硬度提高不多，故称为软氮化。氮碳共渗温度为520－580℃。尿素在500℃以上发生热分解：（NH2）2CO=CO+2H2+2[N]2CO=CO2+2[C]2.软氮化（氰化）工艺特点：时间短，通常只需1～2小时。不需专用的渗氮钢。渗层的脆性较小，不易发生剥落。3.离子氮化利用稀薄空气的辉光放电现象进行，氮化速度快，无污染。4、碳氮共渗碳氮共渗，以渗碳为主。共渗温度为820～860℃。工艺过程：碳氮共渗淬火低温回火20CrMnTi钢的汽车变速箱齿轮热处理工艺曲线表面：高碳回火马氏体+残余奥氏体+碳化物中心：铁素体+索氏体+低碳回火马氏体磨齿正火工艺渗碳工艺第八节表面处理新技术

一、热喷涂技术

将热喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为热喷涂。

利用热喷涂技术可改善材料的耐磨性、耐蚀性、耐热性及绝缘性等。

广泛用于包括航空航天、原子能、电子等尖端技术在内的几乎所有领域。

热喷涂方法①火焰喷涂②电弧喷涂③等离子喷涂热喷涂的特点及应用⑴工艺灵活：热喷涂的对象小到Φ10mm的内孔,大到铁塔、桥梁,可整体喷涂，也可局部喷涂⑵基体及喷涂材料广泛：基体可以是金属和非金属，涂层材料可以是金属、合金及塑料、陶瓷等⑶涂层可控:从几十m到几mm⑷生产效率高⑸工件变形小：基体材料温度不超过250℃(冷工艺)二、气相沉积技术

气相沉积技术是指将含有沉积元素的气相物质，通过物理或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的