【正文】 40機(jī)械性能隨回溫的變化 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 鋼的表面淬火目的 是使零件獲得高硬度和高耐磨性，而心部仍保持原來良好的韌性和塑性的一類熱處理方法，表面淬火不改變零件表面化學(xué)成分 ,只是通過表面快速加熱淬火，改變表面層的組織來達(dá)到強(qiáng)化表面的目的。這是由于中碳鋼經(jīng)過預(yù)先熱處理（正火或調(diào)質(zhì)）以后再進(jìn)行表面淬火處理，即可以保持心部原有良好的綜合力學(xué)性能，又可使表面具有高硬度和耐磨性。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 感應(yīng)表面淬火使采用 電磁感應(yīng) 方法使零件表面迅速加熱 ， 然后迅速噴水冷卻的一種熱處理操作方法 。 頻率越高，感應(yīng)加熱深度越淺， 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials ?高頻 70～ 1000KHz， 常用 200～ 300KHz， 淬硬深度為 ～ 2mm。 直徑大于300mm的軋輥及軸類零件等 。 ? 表面質(zhì)量好 、 變形小 ：不易氧化 、 脫碳 ， 變形小 。 火焰淬火方法簡(jiǎn)便 ， 當(dāng)單件或小批生產(chǎn)的大型工件 (2)電接觸加熱表面淬火 采用低電壓、大電流，通過壓緊在工件表面的滾輪與工件形成回路，靠接觸電阻熱實(shí)現(xiàn)快速加熱，滾輪移去后即進(jìn)行自激冷淬火。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials ?加熱 —— 將工件加熱到一定溫度使之有利于吸收滲入元素活性原子； ?分解 —— 由化合物分解或離子轉(zhuǎn)變而得到滲入元素活性原子； ?吸收 —— 活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶體或化合物； ?擴(kuò)散 —— 滲入原子在一定溫度下，由表層向內(nèi)部擴(kuò)散形成一定深度的擴(kuò)散層。 目的 是使低碳 (wc=~%)鋼件表面得到高碳(wc=~%)，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?(淬火 +低溫回火 )后獲得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定強(qiáng)度及較高的塑性、韌性， 適用于 同時(shí)受磨損和較大沖擊載荷的低碳、低合金鋼零件，如齒輪、活塞銷、套筒及要求很高的噴油嘴偶件等。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 固體滲碳 ?滲碳 工藝： 工件 +滲碳劑密封裝入滲碳箱中 ， 加熱至 900～ 950℃ 保溫 。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 滲碳層的組織 過共析組織 (P+Fe3CⅡ ) 共析組織 (P) 過渡區(qū)亞共析組織 (P+F) 原始亞共析組織 (F+P) 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 滲碳層的熱處理（ 1） 直接淬火法 預(yù)冷至 850～ 880℃ 后直接淬入油中或水中， 180～ 200℃ 進(jìn)行低溫回火。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 滲碳層的熱處理（ 2） 一次淬火法 ： 工件經(jīng)滲碳空冷后，再重新加熱至淬火溫度（如 830～ 860℃ ）進(jìn)行淬火，然后在 180～ 200℃回火。二次淬火法使工件表層和心部組織被細(xì)化，從而獲得較好的力學(xué)性能。 對(duì)于低碳鋼如 1 20鋼，其心部組織為鐵素體+珠光體，硬度相當(dāng)于 10～ 15HRC； 對(duì)于低碳合金鋼如 20CrMnTi，心部組織為回火低碳馬氏體 +鐵素體，硬度為 35～ 45HRC。 分類 氣體滲氮和離子滲氮 。 由于氮在鐵素體中有一定的溶解能力 ， 無需加熱到高溫 。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 氣體氮化（ 4） 應(yīng) 用： 交變載荷下工作并要求耐磨的重要結(jié)構(gòu)零件，如高速傳動(dòng)的精密齒輪、高速柴油機(jī)曲軸、高精度機(jī)床主軸及在高溫下工作的耐熱、耐蝕、耐磨零件如齒輪套、閥門、排氣閥等。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 離子滲氮（ 2） 工藝過程： 真空度 101~102Torr(1Torr=1mmHg=)的離子滲氮爐中，通入 NH3， 工件－，爐壁＋ ， 400~750V，氨氣被電離成氨和氫的正離子和電子，陰極工件表面形成一層紫色輝光，高能量氮離子高速轟擊工件表面， 動(dòng)能?熱能 ，工件表面溫升到 450~650℃ ；同時(shí)氮離子在陰極上奪取電子后，還原成氮原子滲入工件表面，形成滲氮層。 ?質(zhì)量高 。 適用于處理精密零件和復(fù)雜零件 ， 如 38CrMoAlA鋼制成的長(zhǎng) 900~1000mm、 外徑 27mm的螺桿 ， 滲氮后其彎曲變形小于 5μ m。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 三、氣體氮碳共滲（氣體軟氮化） 在氣體介質(zhì)中對(duì)工件同時(shí)滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學(xué)熱處理工藝稱為氣體氮碳共滲。 常用于 處理汽車 、 機(jī)床的各種齒輪 、 蝸輪 、蝸桿和軸類零件 (20CrMnTi)。 尿素分解 (NH2)2CO→CO+2H 2+2[N] 2CO→CO 2+[C] 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 四、 氣體碳氮共滲 在氣體介質(zhì)中將碳和氮同時(shí)滲入工件表層并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝稱為 氣體碳氮共滲 。 滲氮用鋼 、 碳鋼 、 合金鋼和鑄鐵都能進(jìn)行離子滲氮 ， 但專用滲氮鋼 （ 如 38CrMoAlA） 效果最佳 。 ?工件變形小 。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 離子滲氮（ 3） 工藝特點(diǎn)： ?速度快 、 周期短 。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 氣體氮化（ 5） 技術(shù)要求： 應(yīng)注明氮化層深度 、 表面硬度 、 氮化部位 、 心部硬度等 ， 對(duì)于零件上不需滲氮的部位鍍錫或鍍銅保護(hù) ， 或增加加工余量 、 氮化后去除 。 需調(diào)質(zhì)預(yù)處理： 改善機(jī)加工性能和獲得均勻的回火索氏體組織 ， 保證較高的強(qiáng)度和韌性 。 工藝過程 在滲氮爐內(nèi)通入氨氣 ， 在 380℃以上氨分解出活性氮原子 :2NH3→ 3H2+2[N] 活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面 ，在保溫過程中向里擴(kuò)散 ， 形成滲氮層 。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 二、鋼的氮化（滲氮） 滲氮 一般在 Ac1溫度以下 使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝 。所以只適用于少數(shù)對(duì)性能要求特別高的工件。 用途 適用于比較重要的零件，如高速柴油機(jī)齒輪等。 特 點(diǎn)： 操作簡(jiǎn)單、成本低，生產(chǎn)率高，但在高溫下長(zhǎng)期保溫，奧氏體晶粒易長(zhǎng)大，影響淬火后工件的性能，故只適用于滲碳件的心部和表層都不過熱的情況下；此外預(yù)冷過程中，二次滲碳體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，對(duì)工件淬火后的性能不利。 ?化學(xué) 反應(yīng)： C+O2→2CO BaCO3或 Na2CO3→BaO （或 Na2O） +CO2 CO2+C →2CO 2CO→[C]+CO 2 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 滲碳層的組織及熱處理 ?表面的含碳量最高： wc=%左右，由表及里， 含碳量逐漸降低，直至原始含碳量。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 氣體滲碳（ 2） ?生成活性碳原子： 2CO→[C]+CO 2 CH4→[C]+2H 2 CO+H2→[C]+H 2O 隨后活性碳原子被鋼表面吸收而溶入奧氏體中 ， 并向內(nèi)部擴(kuò)散而形成一定深度的滲碳層 。 最常用： 滲碳、滲氮和碳氮共滲及氮碳共滲 。 ? 化學(xué)熱處理的 主要特點(diǎn) 是： 表層不僅有組織的變化，而且有成分的變化，故性能改變的幅度大。 ? 不 足 ：設(shè)備較貴 、 復(fù)雜零件的感應(yīng)器不易制造 。 （ 2）感應(yīng)加熱的頻率 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn) ? 淬火溫度高 ： (Ac3+80～ 150℃ ) ? 表面硬 、 脆性低 ：高 2～ 3HRC， 低的脆性 。 ?中頻 500～ 10000Hz， 常用 2500～ 8000Hz， 淬硬深度 2～ 10mm， 直徑較大的軸類和較大模數(shù)的齒輪等 。 1 感應(yīng)表面淬火 （ 1）感應(yīng)加熱基本原理 當(dāng)工件放入感應(yīng)器中 ， 感應(yīng)器通過中頻或高頻交流電流后 ， 在感應(yīng)器周圍形成交變磁場(chǎng) ， 工件在磁場(chǎng)中感應(yīng)產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電流 ， 由于鋼本身具有電阻 ，因而集中在工件表面的電流可使表層迅速被加熱 ， 在數(shù)秒內(nèi)可使工作表面溫度達(dá)到 800℃ ～ 1000℃ ， 而心部溫度仍停在室溫 。而低碳鋼由于表面強(qiáng)化效果不顯著，均很少采用表面淬火工藝。 工業(yè)上應(yīng)用最多的應(yīng)為感應(yīng)加熱和火焰加熱表面淬火。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials ? 低溫回火 （ 150～ 250℃ ） – 回火 M(低過飽和 F針 ＋ ) 保證高硬度，用于工模具等 HRC58~64 ? 中溫回火 （ 350～ 500℃ ） – 回火屈氏體， F針 ＋ Fe3C極細(xì)粒狀 HRC35~45，用于各種彈性元件 ? 高溫回火 （ 500～ 650℃ ） – 回火索氏體， F多邊形 ＋ Fe3C細(xì)粒狀 HRC25~35 – 淬火 +高溫回火 —— 調(diào)質(zhì) 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 3 回火脆性 淬火鋼在某些溫度區(qū)間回火或從回火溫度緩慢冷卻通過該溫度區(qū)間的脆化現(xiàn)象稱為回火脆性，或低溫回火脆性 。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 回火其實(shí)質(zhì)： 是淬火的馬氏體分解以及碳化物析出，聚集長(zhǎng)大的過程，是由非平衡態(tài)組織趨向平衡態(tài)組織的轉(zhuǎn)變。 淬火 M和 A殘 是不穩(wěn)定的組織，他們會(huì)自發(fā)地向穩(wěn)定的鐵素體和滲碳體或碳化物的兩相混合物組織轉(zhuǎn)變，引起工件的尺寸和形狀的繼續(xù)變化。 防止鋼件繼續(xù)發(fā)生變形甚至開裂。 由此可見，淬硬性與淬透性的含意是不同的，淬硬性高的鋼，其淬透性不一定高，而淬硬性低的鋼，其淬透性也不一定低。 1035~30例如 J 表示距水冷端 10mm處試樣硬度值是 30HRC～ 35HRC。 4 淬透性的測(cè)定和表示方法 dHRC鋼的淬透性值可用 J 表示。 ?奧氏體化溫度 提高奧氏體化溫度 ， 將使奧氏體晶粒長(zhǎng)大 ， 成分均勻化 ， 從而減少珠光體的形核率 ，降低鋼的 vk， 增大其淬透性 。 3 影響淬透性的因素 ?合金元素 使 C曲線右移 ， 降低 vk， 提高鋼的淬透性 。 2 淬透性對(duì)鋼力學(xué)性能的影響 各種結(jié)構(gòu)零件根據(jù)其工作條件的不同 ， 對(duì)鋼的淬透性有不同的要求 。 060403 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)