机械工程材料ch钢的热处理

机械工程材料ch钢的热处理第1页/共135页

第四章钢的热处理

(HeatTreatmentofSteel)概述钢在加热时的转变钢在冷却时的转变钢在回火时的转变第2页/共135页热处理概述1.热处理的定义:时间温度临界温度

热加保温冷却第3页/共135页2.热处理的主要目的:改变钢的性能。3.热处理的应用范围:整个制造业。4.热处理的分类热处理普通热处理表面热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;第4页/共135页第一节钢在加热时的组织转变转变温度奥氏体的形成奥氏体晶粒度及对力学性能的影响第5页/共135页一.转变温度(transformationtemperature)第6页/共135页二、奥氏体的形成过程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。第7页/共135页FFe3C未溶Fe3CA残余Fe3CAAAA

形核A

长大残余Fe3C溶解A均匀化第8页/共135页

影响奥氏体形成的因素4、合金元素：合金元素可以改变钢的临界温度，

影响碳的扩散速度，从而限制奥氏体的形成

速度。2、加热速度：速度越大，奥氏体形成时间越短。3、钢中碳的质量分数：质量分数越多，相界面

增多，则有利于奥氏体的形成。1、加热温度：温度越高，奥氏体形成速度越快。第9页/共135页三.奥氏体晶粒度及对力学性能的影响一)奥氏体晶粒度:

1.起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。

2.实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。

3.本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃

以下,随温度升高,晶粒长大的程度。第10页/共135页标准晶粒度等级第11页/共135页

钢的本质晶粒度示意图第12页/共135页二)奥氏体晶粒大小对钢的

力学性能的影响1.奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。第13页/共135页三）影响奥氏体晶粒长大的因素（3）合金元素：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。（1）加热温度和保温时间:加热温度高、保温时间长,晶粒粗大.（2）加热速度:加热速度越快,过热度越大,形核率越高,晶粒越细.第14页/共135页第二节钢在冷却时的组织转变钢在热处理时的冷却方式过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变第15页/共135页钢在热处理时的冷却方式

热加保温时间温度临界温度连续冷却等温冷却第16页/共135页一.过冷奥氏体的等温冷却转变一)建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲线----TTT曲线

(

C曲线

)T

---

timeT

---

temperatureT

---

transformation第17页/共135页

共析碳钢TTT曲线建立过程示意图时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1第18页/共135页二)共析碳钢TTT曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;

贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf第19页/共135页三)转变产物的组织与性能1.珠光体型(P)转变(A1～550℃):A1～650℃:

P;15～27HRC;

片间距为0.6～0.7μm(500×)。650～600℃:

细片状P---索氏体(S);

片间距为0.2～0.4μm(1000×);27～38HRC。600～550℃:极细片状P---托氏体(T);

片间距为＜0.2μm(电镜);38～43HRC。第20页/共135页

珠光体形貌像光镜下形貌电镜下形貌第21页/共135页光镜形貌电镜形貌

索氏体形貌像第22页/共135页

托氏体形貌像电镜形貌光镜形貌第23页/共135页2.贝氏体型(B)转变(550～230℃):550～350℃:

B上;40～45HRC;B上=过饱和碳

α-Fe条状+Fe3C细条状过饱和碳α-Fe条状Fe3C细条状羽毛状稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;

贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf第24页/共135页上贝氏体转变过程第25页/共135页

上贝氏体组织金相图第26页/共135页2.贝氏体型(B)转变(550～230℃):350～230℃:

B下;50～60HRC;B下=过饱和碳

α-Fe针叶状+Fe3C细片状过饱和碳

α-Fe针叶状Fe3C细片状针叶状第27页/共135页

下贝氏体组织金相图第28页/共135页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，是生产上常用的强化组织之一。上贝氏体贝氏体组织的透射电镜形貌下贝氏体第29页/共135页3.马氏体型(M)转变(230～-50℃):1)定义:马氏体是一种碳在α–Fe中的

过饱和固溶体。2)马氏体形成:在一个温度范围内连续冷却完成;转变速度极快,即瞬间形核与长大;无扩散转变(Fe、C原子均不扩散),

M与原A的成分相同,造成晶格畸变。转变不完全性稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;

贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf第30页/共135页第31页/共135页3)马氏体的晶体结构:由于碳的过饱和作用,使α–Fe晶格由面心立方变成体心正方晶格。第32页/共135页4)马氏体的组织形态:板条状---低碳马氏体(＜0.2%C);30～50HRC;δ=9～17%。第33页/共135页

低碳板条状马氏体组织金相图第34页/共135页4)马氏体的组织形态:针、片状---高碳马氏体(＞1%C);66HRC左右;δ≈1%。第35页/共135页

高碳针片状马氏体组织金相图第36页/共135页5）马氏体转变的基本特征由于马氏体转变的无扩散性，因而马氏体的化学成分与母相奥氏体完全相同。显然，马氏体是碳在α-Fe中的过饱和间隙固溶体。造成晶格的严重畸变，成为具有一定正方度（c/a）的体心正方晶格。过冷奥氏体向马氏体的转变，必须在不断降温条件下转变才能继续进行，冷却过程中断，转变立即停止。马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变马氏体转变是，通过切变和原子的微小调整来实现γ相向α相转变的。第37页/共135页即使冷却到Mf点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用A’

或’表示。’第38页/共135页奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响6007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.01.21.41.61.82.00温度℃Wc100MsMf第39页/共135页90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.11.21.31.41.51.61.7Wc100残余奥氏体量(%)奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响第40页/共135页马氏体的碳浓度Wc100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度(HRC)2000抗拉强度σb(Mpa)1800140010006002006)马氏体的性能:

主要取决于马氏体中的碳浓度。第41页/共135页

三、影响TTT曲线形状

与位置的因素1.奥氏体中含碳量的影响:共析钢的过冷奥氏体最稳定，C曲线最靠右。Ms

与Mf

点随含碳量增加而下降。

与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢C曲线的上部各多一条先共析相的析出线。第42页/共135页

亚共析钢的TTT曲线

FAP+FS+FTBM+A残A3时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf第43页/共135页

过共析钢的TTT曲线P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A残

Fe3CⅡAACM时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf时间温度A1第44页/共135页过共析钢共析钢亚共析钢时间温度A1亚共析钢随着含碳量的增加C曲线向右移动过共析钢随着含碳量的增加C曲线向左移动第45页/共135页2.奥氏体中含合金元素的影响:

除Co、Al(＞2.5%)外,所有合金元素溶入奥氏体中,会引起:向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金钢第46页/共135页3.加热温度和保温时间的影响:

加热温度越高,保温时间越长,

碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀,

提高了过冷奥氏体的稳定性,从而

使TTT曲线向右移。第47页/共135页过冷奥氏体转变产物（共析钢）

转变类型转变产物形成温度，℃转变机制显微组织特征HRC获得工艺珠光体PA1~650扩散型粗片状，F、Fe3C相间分布5-20退火S650~600细片状，F、Fe3C相间分布20-30正火T600~550极细片状，F、Fe3C相间分布30-40等温处理贝氏体B上550~350半扩散型羽毛状，短棒状Fe3C分布于过饱和F条之间40-50等温处理B下350~MS竹叶状，细片状Fe3C分布于过饱和F针上50-60等温淬火马氏体M针MS~Mf无扩散型针状60-65淬火M*板条MS~Mf板条状50淬火第48页/共135页四.过冷奥氏体的连续冷却转变一)建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线----CCT曲线C---continuousC---coolingT---transformation第49页/共135页Vk

一)共析碳钢CCT曲线建立过程示意图时间(lgτ)温度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1炉冷空冷第50页/共135页二)共析碳钢TTT曲线与CCT曲线的比较稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMfCCT曲线TTT曲线第51页/共135页稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf三)在连续冷却过程中TTT曲线的应用V1V2VkV3V4V1=5.5℃/s:炉冷;PV2=20℃/s:空冷;SV3=33℃/s:油冷;T+M+A残V4≥138℃/s:水冷;M+A残第52页/共135页第三节钢的退火与正火毛坯生产预备热处理机械加工最终热处理机械精加工预备热处理:退火;正火最终热处理:淬火;回火一般零件生产的工艺路线:第53页/共135页一.钢的退火(Annealingofsteel)一)定义:

把零件加温到临界温度以上

30～50℃,保温一段时间,然后

随炉冷却。二)目的:

消除应力;降低硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。第54页/共135页三)种类退火重结晶退火低温退火完全退火扩散退火球化退火再结晶退火去应力退火普通退火等温退火普通球化退火等温球化退火第55页/共135页1.完全退火

将亚共析钢加热至Ac3以上20~30℃，保温足够时间奥氏体化后，随炉缓慢冷却，从而获得接近平衡状态的组织，这种热处理工艺称为完全退火。

完全退火的目的为：

(1)消除铸、锻件中存在的魏氏组织或带状组织，细化晶粒和均匀组织；

(2)消除铸、锻件中存在的内应力，降低硬度，便于切削加工。

完全退火只适用于亚共析钢，不适用于过共析钢。第56页/共135页2.不完全退火

将亚共析钢在Ac1~Ac3之间或过共析钢在Ac1~Accm之间两相区加热，保温足够时间后缓慢冷却的热处理工艺，称为不完全退火。

不完全退火的目的是：改善珠光体组织，消除内应力，降低硬度以便切削加工。

亚共析钢不完全退火的温度一般为740~780℃，其优点是加热温度低，操作条件好，节省燃料和时间。第57页/共135页3.球化退火将过共析钢加热在Ac1上，保温后，当冷却到Ar1下缓慢冷却的热处理工艺，称为不完全退火球化退火是一种将钢中渗碳体或碳化物由片状变为粒状，均匀分布在铁素体基体上的热处理工艺。主要用于过共析钢，是一种不完全退火。球化退火的目的是：消除钢中的片状珠光体，代之以粒状珠光体。第58页/共135页

经球化退火后的组织有以下优点：由片状珠光体变为粒状珠光体，可降低钢的硬度，改善其切削加工性能；粒状珠光体加热时奥氏体晶粒不易长大，允许有较宽的淬火温度范围，淬火时变形开裂倾向小，能获得最佳的淬火组织，即马氏体片细小，残余奥氏体量少，并保留有一定量均匀分布的粒状碳化物。第59页/共135页4.扩散退火

扩散退火是通过高温长时间加热，使合金元素扩散均匀，以消除或减弱枝晶偏析的热处理工艺。主要用于合金钢锭或铸件。

扩散退火温度通常为1100~1200℃，保温时间为10~15小时。5.软化退火

软化退火是消除钢锭或合金结构钢锻轧钢材内应力，降低其硬度的热处理工艺。

软化退火温度通常为650~720℃，保温后出炉空冷。第60页/共135页6.再结晶退火

再结晶退火是将冷加工后的钢材加热至T再~Ac1之间，通常为650~700℃，使变形晶粒恢复成等轴状晶粒，从而消除加工硬化的热处理工艺。第61页/共135页四)常用的工艺参数:温度(°C)名称Ac3+30～50完全退火Ac1+30～50球化退火500～600去应力退火Ac3+150～250扩散退火目的应用细化晶粒，降低硬度，改善切削加工性能。亚共析钢和合金钢网状渗碳体球化，改善组织，为淬火作准备过共析钢和合金工具钢消除应力各类钢铁材料消除枝晶偏析铸态产生枝晶偏析材料第62页/共135页第63页/共135页二.钢的正火(Normalizingofsteel)一)定义:

把零件加温到临界温度以上

30～50℃,保温一段时间,然后

在空气中冷却。二)目的:

消除应力;调整硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。第64页/共135页三)工艺参数及目的:温度(°C)名称Ac3

+30～50亚共析钢Ac1

+30～50共析钢Accm+30～50过共析钢目的：亚共析钢细化晶粒，消除组织中的缺陷，其珠光体片层较细，钢的强度和硬度提高，过共析钢正火的目的主要是抑制或消除网状渗碳体第65页/共135页四)工艺参数:第66页/共135页四)热处理后的组织:S(Wc=0.6～1.4%)S+F(Wc＜0.6%)五)应用范围:

1.预备热处理:调整低、中碳钢的硬度;消除过共析钢中的Fe3CⅡ。

2.最终热处理:用于力学性能要求不高的普通零件。第67页/共135页一、定义:

把零件加温到临界温度以上

30～50℃,保温一段时间,然

后快速冷却(水冷)。二、目的:为了获得马氏体组织,提高钢的硬度和耐磨性。获得优异

的综合性能，或者某些特殊的物理和化学性能。第四节钢的淬火Vk时间(lgτ)温度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1炉冷空冷第68页/共135页三、工艺参数:温度(°C)名称Ac3

+30～50亚共析钢Ac1

+30～50共析钢Ac1

+30～50过共析钢Ac3、Ac1

+50～100合金钢第69页/共135页四、热处理后的组织:M+Fe3C+A残Ac1+30～50过共析钢M+A残Ac1+30～50

共析钢M+A残Ac3+30～50亚共析钢Wc＞0.5%MAc3+30～50亚共析钢Wc≤0.5%

最终组织淬火温度(℃)

钢种第70页/共135页五、淬火加热时间(t)的选择:t

=α

K

D工件有效厚度(尺寸最小部位)装炉量有关系数一般K=1～1.5加热系数,与钢种及加热介质有关第71页/共135页六、淬火冷却介质1.理想淬火冷却介质时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMfVk第72页/共135页2.常用的淬火冷却介质

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-1)650～550℃300～200℃20℃静止水34077513545040℃静止水28554511041060℃静止水2202758018510%NaCl

溶液58020001900100010%NaOH溶液5602830275077520℃10号机油430230606580℃10号机油430230705520℃3号锭子油50012010050第73页/共135页水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。油在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，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。第74页/共135页七、常用的淬火方法单液淬火双液淬火分级淬火等温淬火时间温度MsA1第75页/共135页采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。1、单液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。

水淬工件变形开裂倾向大；油淬火冷却能力低。第76页/共135页2、双液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.优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。第77页/共135页3、分级淬火法在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。可减少内应力，用于小尺寸工件。盐浴炉第78页/共135页4、等温淬火法将工件在稍高于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。经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小.适用于形状复杂及要求较高的小型件。第79页/共135页八、钢的淬硬性(Hardeningofsteel)1.定义:是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。2.影响钢的淬硬性的因素:主要取决于马氏体的含碳量。第80页/共135页九、钢的淬透性

(Hardenabilityofsteel)1.定义:是指钢在淬火时所能得到的淬硬层(马氏体组织占50%处)的深度。2.影响钢的淬透性的因素:主要是临界淬火冷却速度VK的大小,

VK越大,钢的淬透性越小。第81页/共135页工件淬硬层与冷却速度的关系第82页/共135页第83页/共135页3.影响淬透性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.即除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。第84页/共135页4.淬透性测试方法(1)端淬法（Jominy）:第85页/共135页第86页/共135页

J

表示末端淬透性，d表示半马氏体区到水冷端的距离，HRC为半马氏体区的硬度。即用表示(2)用临界淬透直径表示临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏体的最大直径，用D0表示。第87页/共135页5.淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未淬透钢淬透钢第88页/共135页第五节钢的回火

(Temperingofsteel)一、定义:

把淬火后的零件重新加温到

A1线以下某个温度,保温一段时间,然后冷却到室温。二、目的:

消除淬火应力,降低脆性;稳定工件尺寸;调整淬火零件的力学性能。第89页/共135页三、钢在回火时的转变

1.马氏体分解（100～200℃）

100℃以上回火，马氏体开始发生分解，从过饱和α固溶体中析出弥散的ε碳化物，这种碳化物的成分和结构不同于渗碳体，是亚稳定相。一定饱和度的α固溶体和弥散分布的ε碳化物组成的复相组织，称为回火马氏体。第90页/共135页2.残余奥氏体的转变（200～300℃）在200～300℃之间回火时，钢中的残余奥氏体将会发生分解，产物是过饱和的α固溶体和ε碳化物组成的复相组织，相当于回火马氏体或下贝氏体。

3.碳化物的转变（300～400℃）在300～400℃范围内回火，ε碳化物将自发地向稳定相渗碳体转变。由饱和针状的α固溶体和细小颗粒状的渗碳体组成的组织称为回火托氏体。

第91页/共135页4.渗碳体的聚集长大和相的再结晶（400℃以上）回火温度升高到400℃以上，渗碳体明显聚集长大。由等轴的相和粗粒状的渗碳体组成的组织称为回火索氏体。第92页/共135页

回火马氏体组织金相图第93页/共135页

回火托氏体组织金相图第94页/共135页

回火索氏体组织金相图第95页/共135页耐磨件M回=α0.3%C+ε150～250低温回火弹簧等T回=F针+Fe3C粒350～500中温回火调质件S回=F多+Fe3C球500～650高温回火高合金钢P回=F多+Fe3C粒650～A1高温软化四、工艺参数用途组织温度(℃)名称淬火+高温回火=调质处理第96页/共135页五、回火脆性1.低温回火脆性（第一类回火脆性）淬火钢在250-400℃之间回火时出现的回火脆性，几乎所有钢都存在，也称为不可逆回火脆性。产生原因尚不清楚，一般不在此温度回火。2.高温回火脆性（第二类回火脆性）一些含Ni、Cr、Mn的合金钢，淬火后在400-550℃回火，产生脆性。主要原因时由于Ni、Cr、Mn促进杂质元素在晶界的偏聚，回火后快冷可抑制该脆性。第97页/共135页用C曲线定性说明连续冷却转变产物

根据与C曲线交点位置判断转变产物

P均匀A细AA1MSMf时间等温退火PP退火(炉冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’等温淬火B下M+A’分级淬火M+A’淬火(水冷)M回150-250℃T回350-500℃S回500-650℃????PT+S回ST+B下+M+A’第98页/共135页第六节可控气氛热处理和化学热处理工艺一、可控气氛热处理和真空热处理热处理过程中产生烧损和热氧化、脱碳等缺陷。1、可控气氛热处理向炉内通入一种或几种一定成分的气体，通过对这些气体成分的控制，使工件在热处理过程中不发生氧化和脱碳。第99页/共135页

四种气体具有氧化和脱碳作用的气体：O2，CO2，H2O

具有还原作用的气体：CO和H2

中性气体：N2。具有强烈渗碳作用的气体：CH4及其他碳氢化合物四类可控气氛放热式气氛：煤气或丙烷混合空气燃烧，防止零件氧化。吸热式气氛：煤气、天然气或丙烷混合空气，外加热反应，防止氧化和脱碳，用于渗碳处理。氨分解气氛：氨气分解为氮和氧，含铬较高的合金钢。滴注式气氛：液体有机化合物，甲醇、乙醇等用于井式炉，可以控制碳氮气氛，实现渗碳、碳氮共渗，软氮化等。第100页/共135页2、真空热处理真空具有保护作用；表面净化作用；脱脂作用；脱气作用及工件变形小等特点。利用真空热处理可以进行真空退火，光亮退火，用于冷拉钢丝的中间退火，不锈钢及有色合金的退火。可以进行真空淬火，应用于各种钢的淬火处理，尤其是高合金工具钢的淬火处理，保证热处理工件质量，提高工件的性能。第101页/共135页第102页/共135页工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学性能。二、钢的化学热处理(ChemicalHeatTreatment)一)定义:将零件置于一定的化学介质中,通过加热、保温,使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层,以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。第103页/共135页二)化学热处理的基本过程:2.吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶解。3.扩散:

活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定的扩散层。1.分解:

化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。

2COCO2+〔C〕第104页/共135页三)化学热处理进行的条件:1.渗入元素的原子必须是活性原子,而且具有较大的扩散能力。2.零件本身具有吸收渗入原子的能力,

即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化合,形成化合物。第105页/共135页1.钢的渗碳(Carburizeofsteel)1)定义:向钢的表面渗入碳原子的过程。2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。3)用钢:低碳钢和低碳合金钢。4)方法:固体、气体、液体渗碳。四)化学热处理的种类:渗碳;渗氮;碳氮共渗;渗硼;渗铝;渗硫;渗硅;渗铬等。第106页/共135页

固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱第107页/共135页

气体渗碳法示意图第108页/共135页5)工艺:

加热温度为900～950℃;

渗碳时间一般为3～9小时;6)渗碳后的组织:

1%CP+Fe3CⅡ0.2%C

F+P少表面中心零件PP+F第109页/共135页第110页/共135页7)渗碳后的热处理工艺(1)直接淬火法

将渗碳工件出炉预冷到稍高于心部的Ar3温度，而后直接淬火的热处理工艺叫直接淬火法。淬火后在150~200℃回火2~3小时。(2)一次淬火法

工件渗碳后随炉冷却或出炉坑冷或空冷到室温，然后再加热到淬火温度进行淬火和低温回火的处理工艺，称为一次淬火法。第111页/共135页渗碳后一次淬火工艺曲线第112页/共135页(3)二次淬火法

工件渗碳后冷至室温，再重新加热两次，进行两次淬火，或一次正火一次淬火。

第一次淬火是为了细化心部组织和消除表层网状碳化物，因此，加热温度应选在心部的Ac3以上。

第二次淬火是为了改善渗碳层的组织和性能，使其获得细针状马氏体和均匀分布的未溶碳化物颗粒，因此，加热温度通常选在Ac1以上30~50℃。

渗碳零件经淬火、低温回火后，表层组织应由细片状回火马氏体、细粒状碳化物和少量残余奥氏体组成，硬度为HRC58~62。第113页/共135页渗碳后二次淬火工艺曲线第114页/共135页7)渗碳后的热处理工艺第115页/共135页8)热处理后的组织低碳M回+FM回+Cm+A残低碳合金钢F+PM回+Fe3C+A残低碳钢心部组织表层组织钢种9)常用的钢种:

15、20、20Cr、20Mn2、

20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。第116页/共135页20CrMnTi钢渗碳层组织(化染)320渗碳体(白色块状)+高碳M(兰色针状)+残余A(棕黄色)第117页/共135页2.钢的渗氮(Nitridationofsteel)1)定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。2)目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能的零件。3)用钢:中碳合金钢。4)方法:气体渗氮。第118页/共135页5)工艺:加热温度500～600℃;

保温时间0.3～0.5mm/20～50h。6)热处理特点:

渗氮前需调质处理;

渗氮后不需热处理。7)渗氮处理后的组织

表层:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、

MoN、TiN、VN。

心部:S回。8)常用的钢种:

35CrMo、18CrNiW、

38CrMoAlA

(氮化王牌钢)等。第119页/共135页38CrMoAl气体渗氮层组织(化染)650黄色区:ε(Fe2-3N)+γ’(Fe4N);红色区:γ’(Fe4N);蓝绿色区:含氮索氏体+脉状氮化物;

绿黄色区:索氏体基体。第120页/共135页3.钢的碳氮共渗

(Carbonitridingofsteel)1)定义:向钢的表面同时渗入碳和氮原