金属热处理工艺规范

第1頁，共29頁金属热处理heattreatment金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中精品文档放心下载保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般谢谢阅读感谢阅读感谢阅读质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料感谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读谢谢阅读变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们感谢阅读770～前222谢谢阅读能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重谢谢阅读要工艺。公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅

体存在，说明是经过淬火的。精品文档放心下载随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元

曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说

明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能

(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.

15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为

个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。感谢阅读1863金属的氧化和脱碳等。感谢阅读1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加

热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专

利。谢谢阅读二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺精品文档放心下载第2頁，共29頁得到更大发展。一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进感谢阅读行气体渗碳30年代出现露点电位差计,谢谢阅读究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，精品文档放心下载热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子谢谢阅读束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。感谢阅读金属热处理的工艺热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过精品文档放心下载程。这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭感谢阅读感谢阅读精品文档放心下载进行间接加热。(即钢铁零件表面碳含量精品文档放心下载降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可谢谢阅读精品文档放心下载加热。精品文档放心下载精品文档放心下载感谢阅读感谢阅读外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加感谢阅读感谢阅读时间往往较长。冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主感谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读冷却速度进行淬硬。金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根感谢阅读精品文档放心下载精品文档放心下载感谢阅读铁热处理工艺种类繁多。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性精品文档放心下载感谢阅读工艺。退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然

感谢阅读第3頁，共29頁材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中

件在高于室温而低于650℃“四把火淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。谢谢阅读“四把火”以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。

把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强

件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。感谢阅读表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为

氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。精品文档放心下载化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化

是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质(属。感谢阅读热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保

证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力

状态，以利于进行各种冷、热加工。谢谢阅读确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另

某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。感谢阅读钢的分类钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11%。钢是经济建设谢谢阅读第4頁，共29頁中极为重要的金属材料。感谢阅读谢谢阅读谢谢阅读感谢阅读谢谢阅读感谢阅读高，故应用日益广泛。谢谢阅读按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：感谢阅读一．按用途分类按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。感谢阅读精品文档放心下载钢。2．用作工程结构的钢。它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。谢谢阅读感谢阅读具钢。感谢阅读磁钢等。二．按化学成分分类按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。精品文档放心下载＜0.6%）；高碳钢（含碳量≥0.6%）。精品文档放心下载（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。此外，根谢谢阅读感谢阅读三．按质量分类按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.0谢谢阅读55%；或磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量均≤0.040%）；高级优感谢阅读第5頁，共29頁质钢（含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%）。谢谢阅读谢谢阅读感谢阅读将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。感谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载钢、合金结构钢、合金工具钢等。金属材料的机械性能金属材料的机械性能感谢阅读谢谢阅读感谢阅读感谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用谢谢阅读精品文档放心下载下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。精品文档放心下载谢谢阅读精品文档放心下载极限等。下面将分别讨论各种机械性能。1．强度精品文档放心下载第6頁，共29頁谢谢阅读谢谢阅读多以抗拉强度作为最基本的强度指标。2．塑性精品文档放心下载3．硬度感谢阅读谢谢阅读根据被压入程度来测定其硬度值。常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）精品文档放心下载等方法。4．疲劳精品文档放心下载上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。精品文档放心下载5．冲击韧性感谢阅读的能力叫做冲击韧性。退火--淬火--回火退火---淬火---回火一．退火的种类1．完全退火和等温退火感谢阅读精品文档放心下载不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。2．球化退火感谢阅读第7頁，共29頁精品文档放心下载3．去应力退火感谢阅读精品文档放心下载在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。精品文档放心下载精品文档放心下载谢谢阅读精品文档放心下载或小尺寸的碳钢工件的淬火。三．钢回火的目的谢谢阅读时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。感谢阅读精品文档放心下载所需要的韧性，塑性。3．稳定工件尺寸谢谢阅读钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。常用炉型的选择炉型的选择炉型应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定1．对于不能成批定型生产的，工件大小不相等的，种类较多的，要求工艺上具谢谢阅读有通用性、多用性的，可选用箱式炉。第8頁，共29頁2．加热长轴类及长的丝杆，管子等工件时，可选用深井式电炉。精品文档放心下载3．小批量的渗碳零件，可选用井式气体渗碳炉。4．对于大批量的汽车、拖拉机齿轮等零件的生产可选连续式渗碳生产线或箱式感谢阅读多用炉。5．对冲压件板材坯料的加热大批量生产时，最好选用滚动炉，辊底炉。感谢阅读6．对成批的定型零件，生产上可选用推杆式或传送带式电阻炉（推杆炉或铸带谢谢阅读炉）7．小型机械零件如：螺钉，螺母等可选用振底式炉或网带式炉。精品文档放心下载8．钢球及滚柱热处理可选用内螺旋的回转管炉。9．有色金属锭坯在大批量生产时可用推杆式炉，而对有色金属小零件及材料可精品文档放心下载用空气循环加热炉。加热缺陷及控制一、过热现象精品文档放心下载能下降。感谢阅读感谢阅读精品文档放心下载感谢阅读使晶粒细化。精品文档放心下载感谢阅读温度过高而使MnS精品文档放心下载又会沿晶界面析出，受冲击时易沿粗大奧氏体晶界断裂。精品文档放心下载精品文档放心下载第9頁，共29頁感谢阅读回火处理。二、过烧现象感谢阅读精品文档放心下载法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。三、脱碳和氧化感谢阅读谢谢阅读性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。感谢阅读570感谢阅读尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。精品文档放心下载感谢阅读谢谢阅读火焰燃烧炉（使炉气呈还原性）四、氢脆现象精品文档放心下载感谢阅读惰性气氛加热可避免氢脆。当然，实际工作中有人利用此现象来为人服务（如合金的粉碎处理等）精品文档放心下载几种常见的热处理概念几种常见热处理概念AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间精品文档放心下载后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。2．退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时谢谢阅读第10頁，共29頁500度以下在空气中冷却的谢谢阅读热处理工艺谢谢阅读体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺感谢阅读其性能随时间而变化的现象。固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，精品文档放心下载消除应力与软化，以便继续加工成型精品文档放心下载提高强度感谢阅读定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺感谢阅读AC1以下的适当温度保持一定时间，感谢阅读随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺感谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读精品文档放心下载10．调质处理quenchingandtempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合感谢阅读感谢阅读精品文档放心下载感谢阅读火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。精品文档放心下载11．钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺精品文档放心下载回火的种类及应用第11頁，共29頁精品文档放心下载（一）低温回火（150－250度）感谢阅读感谢阅读谢谢阅读为HRC58－64。（二）中温回火（350－500度）感谢阅读HRC感谢阅读35－50。（三）高温回火（500－650度）谢谢阅读精品文档放心下载感谢阅读回火后硬度一般为HB200－330。气氛与金属的化学反应一．气氛与钢铁的化学反应1.氧化2Fe＋O2→2FeOFe＋H2O→FeO＋H2FeC＋CO2→Fe＋2CO2.还原FeO＋H2→Fe＋H2OFeO＋CO→Fe＋O2精品文档放心下载3.渗碳2CO→［C］＋CO2第12頁，共29頁Fe＋［C］→FeCCH4→［C］＋2H24.渗氮2NH3→2［N］＋3H2Fe＋［N］→FeN二．各种气氛对金属的作用氮气：在≥1000度时会与Cr,CO,Al.Ti反应精品文档放心下载氢气：可使铜，镍，铁，钨还原。当氢气中的水含量达到百分之0.2—0.3时，精品文档放心下载会使钢脱碳水：≥800度时，使铁、钢氧化脱碳，与铜不反应一氧化碳：其还原性与氢气相似，可使钢渗碳三．各类气氛对电阻元件的影响镍铬丝，铁铬铝：含硫气氛对电阻丝有害黄铜的热处理а精品文档放心下载在Cu精品文档放心下载理强化效果。经常采用退火处理来改判黄铜的冷加工性能。黄铜关成品退火后的力学性能及冷变形感谢阅读性能主要取决于晶粒尺寸大小。黄铜冷加工中间退火温度如下表：感谢阅读材料牌号厚度(δ)>5mm厚度(δ)=1-5mm厚度(δ)=0.5-1mm厚度(δ)<0.5mmH96560-600540-580500-540450-550感谢阅读H90、HS700-1650-720620-780560-620450-560精品文档放心下载H80650-700580-650540-600500-560精品文档放心下载H68580-650540-600500-560440-500感谢阅读H62、H59650-700600-660520-600460-530谢谢阅读第13頁，共29頁HFe59-1-1600-650520-620450-550420-480感谢阅读HMn58-2600-660580-640550-600500-550精品文档放心下载HSn70-1600-650560-620470-560450-500谢谢阅读HSn62-1600-650550-630520-580500-550精品文档放心下载HPb63-3600-650540-620520-600480-540谢谢阅读HPb59-1600-650580-630550-600480-550谢谢阅读钢的氮化及碳氮共渗钢的氮化（气体氮化）概念：氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨谢谢阅读性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。感谢阅读时向心部扩散。感谢阅读床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。谢谢阅读精品文档放心下载－精磨或研磨。感谢阅读热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。精品文档放心下载钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850）及耐磨性。精品文档放心下载氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多谢谢阅读精品文档放心下载感谢阅读精品文档放心下载低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。谢谢阅读第14頁，共29頁铍青铜的热处理精品文档放心下载1250-1500MPa(1250-1500公斤)。其热处理特点是：固溶处理后具有良好的塑感谢阅读精品文档放心下载度、强度也得到提高。（1）铍青铜的固溶处理一般固溶处理的加热温度在780-820℃之间，对用作弹性元件的材料，采用760谢谢阅读-780℃，主要是防止晶粒粗大影响强度。固溶处理炉温均匀度应严格控制在±5谢谢阅读1小时/25mm感谢阅读谢谢阅读感谢阅读谢谢阅读感谢阅读薄形材料不得超过3秒,一般零件不超过5秒。淬火介质一般采用水（无加热的精品文档放心下载要求），当然形状复杂的零件为了避免变形也可采用油。（2）铍青铜的时效处理铍青铜的时效温度与BeBe小于谢谢阅读对于Be大于1.7%的合金，最佳时效温度为300-330℃，保温时间1-3小时（根谢谢阅读据零件形状及厚度）。Be低于0.5%的高导电性电极合金，由于溶点升高，最佳精品文档放心下载时效温度为1-3精品文档放心下载精品文档放心下载谢谢阅读有时还可采用两段分开时效处理。（3）铍青铜的去应力处理铍青铜去应力退火温度为1-1.5谢谢阅读谢谢阅读及尺寸精度。第15頁，共29頁形变铝合金的淬火和时效温度部分形变铝合金的淬火和时效温度的确定号合金牌半成品淬火时效最低温度最佳温度过烧危险时效温度℃℃温度℃℃时效时间/HLY12板材、挤压485~4495~503505185~1956~12谢谢阅读件90LY16各类520~5530~542545160~17510~16精品文档放心下载25200~2208~12LY17各类515520~530-180~19512~16谢谢阅读LY2各类490495~508512165~17510~16精品文档放心下载LD2各类510525±5596150~1656~15谢谢阅读LD5,LD6各类500515±5545150~1656~15感谢阅读LD7各类520535±5545180~1958~12谢谢阅读LD8各类510525~535545165~1808~14谢谢阅读LD9挤压件510510~530-135~1502~4感谢阅读LD10各类490500±5515175~1855~8感谢阅读包铝板120~12524不包铝板135~14516

450455~480525谢谢阅读型材120±53LC4160±33模锻件100±55155~1608~9LC6450455~473145±516挤压件450455~480520~530140±516精品文档放心下载第16頁，共29頁LC9模锻件110±56~8117±56~10常用淬火介质一般技术要求常用淬火介质一般技术要求淬火介质一般技术要求应用范围碳素结构钢水清洁、流动（或循环、搅拌）水温20-40℃碳素工具钢合金结构钢铝合金钛合金按要求选择浓度水及水溶液无机物水溶液碳素结构钢合金结构液温20-45℃循环或搅拌碳素工具钢pH值6.5-8.5有机物水溶液碳素结构钢合金结构钢轴承钢按专用产品技术条件及要求选择浓度异）弹簧钢液温20-50℃碳素工具钢合金工具钢铝合金搅拌或热循环pH值6.5-8.5（或按专门规定）第17頁，共29頁按GB443技术条件淬火油全损耗系统用油专用淬火油常规油温20-80℃合金结构钢合金工具钢轴承钢热油油温＞100℃循环或搅拌亮、等温、真空等淬火油）技术条件按专用油品规定油温应低于闪点80-100℃弹簧钢高速钢搅拌或热循环使用温度允许波动范围±20℃热浴盐浴碱浴按要求浴温选择配方硝盐浴氯离子≤0.3%（质量分散）硫酸根≤0.5%pH值6.5-8.5（质量分散）使用温度允许波动范围±10℃按要求选择配方ω(C)≥0.45%碳素结构钢碳素工具钢合金结构钢合金工具钢高速钢碳酸根≤4%热处理应力及其影响热处理残余力是指工件经热处理后最终残存下来的应力,对工件的形状,&127;尺寸和性能都有精品文档放心下载极为重要的影响。当它超过材料的屈服强度时,&127;便引起工件的变形,超过材料的强度极限时就感谢阅读会使工件开裂,这是它有害的一面,应当减少和消除。但在一定条件下控制应力使之合理分布,就可精品文档放心下载感谢阅读精品文档放心下载用寿命的影响问题已经引起了人们的广泛重视。一、钢的热处理应力谢谢阅读胀和收缩不均而产生应力,即热应力。在热应力的作用下,由于表层开始温度低于心部,收缩也大于谢谢阅读第18頁，共29頁心部而使心部受拉,当冷却结束时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受感谢阅读拉。即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉。这种现象受到冷却速度,材料成分和热谢谢阅读谢谢阅读的不均匀塑性变形愈大,最后形成的残余应力就愈大。另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化精品文档放心下载即奥氏体向马氏体转变时,因比容的增大会伴随工件体积的膨胀,&127;工件各部位先后相变，造成感谢阅读感谢阅读热应力相反。组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度,形状，材料的化学成分等因素有谢谢阅读关。实践证明,任何工件在热处理过程中,&127;只要有相变,热应力和组织应力都会发生。&127;只不过精品文档放心下载热应力在组织转变以前就已经产生了，而组织应力则是在组织转变过程中产生的,在整个冷却过程谢谢阅读中,热应力与组织应力综合作用的结果,&127;就是工件中实际存在的应力。这两种应力综合作用的感谢阅读精品文档放心下载种类型,即热应力和组织应力,作用方向相反时二者抵消,作用方向相同时二者相互迭加。不管是相谢谢阅读互抵消还是相互迭加,两个应力应有一个占主导因素,热应力占主导地位时的作用结果是工件心部谢谢阅读受拉,表面受压。&127;组织应力占主导地位时的作用结果是工件心部受压表面受拉。谢谢阅读二、热处理应力对淬火裂纹的影响存在于淬火件不同部位上能引起应力集中的因素(包括冶金缺陷在内),对淬火裂纹的产生都有促进谢谢阅读作用,但只有在拉应力场内(&127;尤其是在最大拉应力下)才会表现出来,&127;若在压应力场内并感谢阅读无促裂作用。淬火冷却速度是一个能影响淬火质量并决定残余应力的重要因素,也是一个能对淬火裂纹赋于重要谢谢阅读乃至决定性影响的因素。为了达到淬火的目的，通常必须加速零件在高温段内的冷却速度,并使之感谢阅读超过钢的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织。就残余应力而论,这样做由于能增加抵消组织应精品文档放心下载力作用的热应力值,故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目的。其效果将随高温冷却速谢谢阅读度的加快而增大。而且,在能淬透的情况下,截面尺寸越大的工件,虽然实际冷却速度更缓,开裂的危感谢阅读险性却反而愈大。这一切都是由于这类钢的热应力随尺寸的增大实际冷却速度减慢,热应力减小,&1精品文档放心下载27;组织应力随尺寸的增大而增加,最后形成以组织应力为主的拉应力作用在工件表面的作用特点感谢阅读造成的。并与冷却愈慢应力愈小的传统观念大相径庭。对这类钢件而言,在正常条件下淬火的高淬精品文档放心下载透性钢件中只能形成纵裂。避免淬裂的可靠原则是设法尽量减小截面内外马氏体转变的不等时性。感谢阅读感谢阅读第19頁，共29頁弧裂,虽以整体快速冷却为必要的形成条件，可是它的真正形成原因,却不在快速冷却(包括马氏体精品文档放心下载转变区内)本身,而是淬火件局部位置(由几何结构决定),在高温临界温度区内的冷却速度显著减精品文档放心下载缓,因而没有淬硬所致&127;。产生在大型非淬透性件中的横断和纵劈,是由以热应力为主要成份的谢谢阅读残余拉应力作用在淬火件中心&127;,而在淬火件末淬硬的截面中心处,首先形成裂纹并由内往外扩精品文档放心下载谢谢阅读快速冷却,目的仅仅在于确保外层金属得到马氏体组织,&127;而从内应力的角度来看,这时快冷有精品文档放心下载害无益。其次,冷却后期缓冷的目的,主要不是为了降低马氏体相变的膨胀速度和组织应力值,而在感谢阅读于尽量减小截面温差和截面中心部位金属的收缩速度,从而达到减小应力值和最终抑制淬裂的目感谢阅读的。三、残余压应力对工件的影响感谢阅读工件表面的强度和硬度，提高工件的耐磨性，另一方面是渗碳能有效的改善工件的应力分布,在工谢谢阅读件表面层获得较大的残余压应力,&127;提高工件的疲劳强度。如果在渗碳后再进行等温淬火将会增谢谢阅读35SiMn2MoV钢渗碳后进行等温淬火与渗感谢阅读碳后淬火低温回火的残余应力进行过测试其结果如表1热处理工艺残余应力值（kg/mm2)渗碳后880-900度盐浴加热，260度等温40分钟-65感谢阅读渗碳后880-900度盐浴加热淬火，260度等温90分钟-18谢谢阅读渗碳后880-900度盐浴加热，260度等温40分钟，260度回火90分钟-38感谢阅读表1.35SiMn2MoV钢渗碳等温淬火与渗碳低温回火后的残余应力值谢谢阅读从表1感谢阅读淬火后即使进行低温回火,其表面残余压应力，也比淬火后低温回火高。因此可以得出这样一个结感谢阅读论,即渗碳后等温淬火比通常的渗碳淬火低温回火获得的表面残余压应力更高,从表面层残余压应精品文档放心下载谢谢阅读淬火工艺为什么能获得表层残余压应力?渗碳等温淬火为什么能获得更大的表层残余压应力?其主感谢阅读要原因有两个：一个原因是表层高碳马氏体比容比心部低碳马氏体的比容大,淬火后表层体积膨胀谢谢阅读第20頁，共29頁大,而心部低碳马氏体体积膨胀小,制约了表层的自由膨胀,&127;造成表层受压心部受拉的应力状谢谢阅读态。而另一个更重要的原因是高碳过冷奥氏体向马氏体转变的开始转变温度（Ms）,比心部含碳量谢谢阅读感谢阅读氏体转变引起心部体积膨胀,并获得强化,而表面还末冷却到其对应的马氏体开始转变点（Ms）,故感谢阅读仍处于过冷奥氏体状态,&127;具有良好的塑性,不会对心部马氏体转变的体积膨胀起严重的压制作谢谢阅读用。随着淬火冷却温度的不断下降使表层温度降到该处的（Ms）点以下,表层产生马氏体转变,引起感谢阅读表层体积的膨胀。但心部此时早已转变为马氏体而强化,所以心部对表层的体积膨胀将会起很大的谢谢阅读压制作用,使表层获得残余压应力。&127;而在渗碳后进行等温淬火时，当等温温度在渗碳层的马氏感谢阅读体开始转变温度（Ms）以上,心部的马氏体开始转变温度（&127;Ms）点以下的适当温度等温淬火,谢谢阅读比连续冷却淬火更能保证这种转变的先后顺序的特点(&127;即保证表层马氏体转变仅仅产生于等精品文档放心下载温后的冷却过程中)。&127;当然渗碳后等温淬火的等温温度和等温时间对表层残余应力的大小有很精品文档放心下载大的影响。有人对35SiMn2MoV钢试样渗碳后在260℃和320℃等温40&127;分钟后的表面残余应力精品文档放心下载进行过测试,其结果如表由表2可知在260℃行动等温比在320℃等温的表面残余应力要高出一谢谢阅读倍多表2。35SiMn2MoV钢不同等温温度的表面残余应力精品文档放心下载感谢阅读35SiMn2V钢在310℃等温2分钟,10分钟,90分钟精品文档放心下载的残余应力进行过测试。2分钟后残余压应力为-20kg/mm,10分钟后为-60kg/mm,60分钟后为-80kg精品文档放心下载/mm,60分钟后再延长等温时间残余应力变化不大。感谢阅读从上面的讨论表明,渗碳层与心部马氏体转变的先后顺序对表层残余应力的大小有重要影响。渗碳感谢阅读感谢阅读精品文档放心下载化--淬火工艺,由于表层,&127;氮含量的提高而降低了表层马氏体开始转变点（Ms）,淬火后获得了谢谢阅读谢谢阅读寿命,也是因氮含量的增加可获得比渗碳更高的表面残余压应力之故。此外,&127;从获得表层残余精品文档放心下载压应力的合理分布的观点来看,单一的表面强化工艺不容易获得理想的表层残余压应力分布,而复精品文档放心下载精品文档放心下载感谢阅读高,但残余压应力层很溥,往里急剧下降。如果采用渗碳--&127;氮化复合强化工艺,则可获得更合理谢谢阅读的应力分布状态。&127;因此表面复合强化工艺,如渗碳--氮化,渗碳--&127;高频淬火等,都是值得精品文档放心下载重视的方向。根据上述讨论可得出以下结论;1、热处理过程中产生的应力是不可避免的,而且往往是有害的&127;。但我们可以控制热处理工艺谢谢阅读第21頁，共29頁尽量使应力分布合理,就可将其有害程度降低到最低限度,甚至变有害为有利。感谢阅读精品文档放心下载压表面受拉。3、在高淬透性钢件中易形成纵裂,在非淬透性工件中往往形成弧裂,在大型非淬透工件中容易形成精品文档放心下载横断和纵劈。4、渗碳使表层马氏体开始转变温度（Ms）点下降,可导至淬火时马氏体转变顺序颠倒,心部首先发精品文档放心下载生马氏体转变而后才波及到表面,可获得表层残余压应力而提高抗疲劳强度。谢谢阅读5、渗碳后进行等温淬火可保证心部马氏体转变充分进行以后,表层组织转变才进行。&127;使工件感谢阅读获得比直接淬火更大的表层残余压应力,可进一步提高渗碳件的疲劳强度。感谢阅读6、复合表面强化工艺可使表层残余压应力分布更合理,可明显提高工件的疲劳强度。精品文档放心下载钢珠薄层渗碳新工艺作1引言谢谢阅读度，而对钢珠的接触疲劳性能却未作要求。以自行车钢珠为例，压碎负荷国标为15500N，部优为精品文档放心下载16700N，硬度为HRC60～65。生产厂家为了达到对压碎负荷的高标准要求，均按高温渗碳、降温淬谢谢阅读火工艺(以下称原工艺)进行生产(图精品文档放心下载感谢阅读谢谢阅读部析出铁素体，不利于接触疲劳性能的提高。精品文档放心下载增加经济效益。其次将研究尽量采用较低的渗碳温度，以提高炉罐寿命(因为生产所用的渗碳罐是精品文档放心下载由钢板焊接而成，渗碳温度的变化对其寿命影响很显著)。谢谢阅读2研究项目及方法2.1研究项目(1)在不同温度(9000C，9050C，9100C，9200C)对钢珠渗碳直接淬火，考查其裂纹倾向。谢谢阅读(2)测定渗层厚度——渗碳温度、渗碳时间的关系。(3)渗碳温度及渗碳深度对抗压碎负荷的影响。(4)煤油滴量对压碎负荷的影响。第22頁，共29頁(5)在优选温度下，渗碳层深度对接触疲劳性能的影响。精品文档放心下载(6)通过上述研究，提出有利于钢珠质量提高、成本降低的新工艺。感谢阅读2.2试验材料及试样试验材料为15号钢，其化学成分为：0.15%C，0.15%Si，0.40%Mn，0.03%S，0.02%P。试样为感谢阅读该材料加工成型的Ф6钢珠。2.3研究方法及设备(1)渗碳采用RTS-45-12滚筒式气体渗碳炉。精品文档放心下载(2)采用VWPL型万能试验机对三个钢珠进行压碎试验，以平均压碎值为准。谢谢阅读(3)接触疲劳测定采用KG9谢谢阅读以出现针状麻点为失效标准，行业检查1h为合格。(4)用JXA840扫描电镜分析断口。感谢阅读(5)渗碳层浓度测定采用Y——2型x射线分析仪。精品文档放心下载3验结果分析3.1渗碳后直接淬火的钢珠的裂纹倾向对不同温度下渗碳后直接淬火的钢珠及原工艺未淬火的钢珠分别进行酸洗，检查其裂纹情况，谢谢阅读结果见表1。表1不同渗碳温度对裂纹倾向的影响处理条件(0C)900905910915920930原工艺未淬火感谢阅读百粒裂纹数(个)7786657谢谢阅读生的，而非淬火产生的，因而采用直接淬火方式应是可行的。感谢阅读3.2渗碳温度及渗碳时间对渗层厚度的影响精品文档放心下载3.5h，4.5h)处理的试样，测量其渗碳深度，部分结果见表2。感谢阅读表2渗碳温度、渗碳时间与渗碳层厚度的关系2.5h3.5h4.5h900℃0.55mm0.75mm0.9mm930℃0.73mm0.93mm1.1mm感谢阅读渗层随时间增加而加厚。现对此分析。精品文档放心下载的影响。(1)煤油的分解温度在8750C左右，在高于9000C的温度下，它分解比较完全，可能认为不受精品文档放心下载温度和时间的影响。第23頁，共29頁(2)活性碳原子的吸附主要与渗入钢中的成分和活性碳原子的析出速度有关。所以渗速主要取感谢阅读决于扩散过程。(3)根据菲克第一定律，提高渗层表面的浓度梯度是加快渗速的重要途径。在渗碳的初始阶

度梯度所形成，产生了很高的碳浓度梯度。所以刚开始渗碳阶段，渗速比较大，随碳原子的渗入，

碳浓度梯度逐渐下降，这样，渗速也就减慢。谢谢阅读(4)在同一渗碳的时间下随温度的升高，渗层增厚。这是由于随温度的升高，活性碳原子的活

加深，但渗速随时间的延长而减慢。感谢阅读3.3渗碳温度、渗层厚度对抗压负荷的影响度下降，碳层变薄，但其抗压碎值不下降。精品文档放心下载出现这种情况的原因是渗碳淬火钢珠的抗压碎负荷取决于渗层(厚度及浓度梯度)和心部两部

分的强度。采取较低温度(9150C)薄层(0.8mm)渗碳直接淬火，一方面表层获得了较细的马氏体组

RC45至820℃淬火，这不但明显粗化了渗层的马氏体组织，而且在随炉降温过程中，表层析出网状碳化

粗板条的马氏体及托氏体，硬度为HRC36左右。综上所述，采用较低的温度薄层渗碳，直接淬火，

有利于钢珠抗压碎负荷的提高。感谢阅读5h的试样渗层碳浓度平缓。而原工艺渗层碳浓度过

高，虽经1.25h扩散，浓度梯度仍不够平缓。试验断口分析也可证明这一点。精品文档放心下载低了裂纹的扩展能力，使抗压强度提高。裂纹是沿晶界产生并扩展的，距表面约0.5mm。相反，原

工艺的断口是脆性准解理，断口裂纹从表层至过渡层，然后沿过渡层扩展，经历沿晶发展准解理，

使抗压强度降低，裂纹有一部分是沿晶断裂，另一方面是脆性断裂，断裂距离表面约为0.6mm。谢谢阅读3.4滴量对抗压碎值的影响3和图5

h。可见煤油滴量在6ml/min的抗压碎值较高。感谢阅读表3滴量与抗压碎值的关系ml/min468N17800180001750CnH2n+2占CnH2n占C感谢阅读nH2n-6占7%～10%。它在高温下才能裂解(下限8750C)，裂解后的过剩碳较多，易于形成碳黑和结精品文档放心下载焦。滴量增加，碳势增加，加快了渗速，提高了渗碳层的厚度，使它的抗压碎值提高。但这不是说感谢阅读第24頁，共29頁谢谢阅读感谢阅读精品文档放心下载在刚渗碳时，可适当增加滴量(7ml/min)。当滴量太小时，碳势浓度不够，使渗碳不均匀，造成抗谢谢阅读压碎负荷不稳定。综上所述，在9150C，5h渗碳情况下，滴量以6ml/min为适宜。精品文档放心下载3.5接触疲劳强度与渗层深度的关系这是需要重点分析的。在9150C精品文档放心下载值后，随之下降。渗层深度为0.8mm(9150C渗碳5h直接淬火)的疲劳强度是原工艺的10倍。经分谢谢阅读析，钢珠疲劳强度提高的原因归纳如下。(1)提高了表面残余压应力感谢阅读奥氏体转变为各种组织的顺序不同和表面高碳马氏体的比容不同而形成的。谢谢阅读感谢阅读感谢阅读感谢阅读谢谢阅读层压应力越大。0.65mm增加而增加。当渗层深大于0.65mm时，随含碳量的增加，表层残余奥氏体量增加，表层马氏体转

大大增加，也使表面残余压应力降低。原工艺处理的钢珠接触疲劳性能不好，即属后一种情况。

形成机理：渗层与心部相比，存在着化学成分的很大差异，造成渗层中马氏体MS的变化。在淬火

冷却过程中往往是心部首先转变为马氏体，而表层尚未达到MS点仍处于塑性的过冷奥氏体状态，

心部转变所造成的体积膨胀引起的应力极易被表层的塑性变形所吸收。当温度降至表层MS点时，

渗层马氏体转变所引起的体积膨胀受已强化的心部制约，造成表面受压，心部受拉的状态。

(2)细化了渗碳层马氏体及残余奥氏体精品文档放心下载的接触疲劳寿命。粗针状马氏体中的微裂纹是引起接触疲劳破坏的天然裂纹源。感谢阅读同时由于降温，析出非均匀的网状K，使表层马氏体转变量相对减少，表面的碳浓度为1.0%左右，

这将进一步降低渗层的强韧性。新工艺生产的钢珠，表层针状马氏体较细(50.8%左

K存在，少量残留奥氏体也较均匀分布于细针状马氏体基体中，从而使表层的脆性

降低，疲劳性能提高。感谢阅读第25頁，共29頁M谢谢阅读感谢阅读谢谢阅读谢谢阅读感谢阅读谢谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载感谢阅读能力。样在发生疲劳破坏时，仍有部分残余奥氏体存在，它对韧性仍有利。原工艺处理的试样表层残余奥氏体过量，呈块状分布于粗大M看不出残余奥氏体量的变化，相变强化效果大大降低，影响了寿命。精品文档放心下载(3)有效硬化层的提高有利于疲劳性能的提高0.1mm～0.

3mm的表层，这点被试验所证明。所以为了提高疲劳性能，应着重于提高危险层的硬度和强度，而

0.75mm了危险层的强度，进而疲劳性能也提高，疲劳破坏的表面形貌分析也证实了这一点。

纹萌生及剥落的特征，接触疲劳可分为点蚀和剥落两类。凡裂纹萌生于表面的呈纤维状剥落为点

蚀，新工艺的钢珠加负荷运转13.5h后表面麻点属于此类；裂纹萌生于表面呈片状剥落的为剥落，

原工艺处理的钢珠加负荷运转1.5h后其表面因强度不足产生大片的深层剥落属此类。

奥氏体诱变马氏体转变，表层强韧性好，在发生疲劳破坏时，只出现浅层准解理断口。

数量的残余奥氏体，另一方面在接触应力下诱发马氏体相变。精品文档放心下载渗层深度。感谢阅读在渗层厚度等于0.75mm500kg2感谢阅读第26頁，共29頁不选用抗压碎负荷较高的长时间渗碳方法而采用疲劳强度较高而抗压碎负荷较低的热处理方法的感谢阅读原因。4钢珠热处理新工艺感谢阅读寿命的原则出发，确定的热处理工艺是9150C渗碳5h、直接淬火，见图3。精品文档放心下载5经济效益分析(1)钢珠原工艺生产需1.58/7.25=21谢谢阅读%。(2)渗碳温度由9300C降为9150C，且时间缩短，延长了渗碳炉的使用寿命。谢谢阅读(3)时间缩短，滴量降低，减少了煤油和甲醇的用量。(4)磨损试验的使用寿命由原来的平均1.5h提高到13.5h，具有明显的经济、社会效益。感谢阅读6结论(1)钢珠薄层渗碳新工艺经试验证明比原工艺具有许多优越性，对生产是有利的。谢谢阅读(2)新艺改善了钢珠的组织，心部得到了高强度的全部低碳马氏体组织，使渗层获得了强韧性谢谢阅读好的细针状马氏体，减少了高碳马氏体造成的脆性及表层的残余奥氏体含量，使残余压应力增加，谢谢阅读感谢阅读以较薄的渗层得取了较高的抗压碎负荷。(3)新