【正文】 目前氮碳共滲已廣泛應(yīng)用于模具、量具、高速鋼刀具、曲軸、齒輪、氣缸套等耐磨件的處理，但由于表層碳氮化合物層太薄，僅有 ~，不宜用于重載條件下。 由于陰極濺射有抑制生成脆性層的作用 ， 所以明顯提高滲氮層的韌性和疲勞性質(zhì) 。 技術(shù)要求： 需選用含與 N親合力大的 Al、 Cr、 Mo、 Ti、V等合金元素的合金鋼，如 38CrMoAlA、 35CrAlA、38CrMo等。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 氣體氮化（ 1） 氣體滲氮 在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮的工藝稱為氣體滲氮 。但工藝復(fù)雜，成本高；工件經(jīng)反復(fù)加熱冷卻后易產(chǎn)生變形和開裂。 預(yù)冷目的 ： 減少淬火變形及開裂，使表層析出碳化物，降低奧氏體的含碳量，從而降低淬火后的殘余奧氏體量，提高表層硬度。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 鋼的滲碳原理示意圖 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 氣體滲碳（ 1） ? 方法： 滴注式滲碳 ? 介質(zhì)： 苯 、 醇 、 煤油等液體 ? 工藝： 將工件裝在密封的滲碳爐中，加熱到900～ 950℃( 常用 930℃) ，向爐內(nèi)滴入煤油、苯、甲醇、丙酮等有機(jī)液體，在高溫下分解成CO、 CO H2及 CH4等氣體組成的滲碳?xì)夥?，在高溫下與工件接觸時便在工件表面進(jìn)行下列反應(yīng)，生成活性碳原子。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials （ 3）激光加熱表面淬火 ? 能量密度 104～ 108W/cm2 ? 淬硬深度 ～ 0. 5mm ? 形狀復(fù)雜 、 盲孔等均可 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 鋼的化學(xué)熱處理 ? 化學(xué)熱處理的 概念 ： 將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其表面化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。 ?超音頻 20～ 40KHz， (音頻 20KHz)，淬硬深度在2mm以上，適用于模數(shù)為 3～ 6的齒輪及鏈輪、花鍵軸、凸輪等。 優(yōu)點(diǎn) ：是加熱速度快 ， 熱處理質(zhì)量好 ， 比普通淬火硬度稍高 （ 2HRC～ 3HRC） ， 脆性小 ， 不易氧化脫碳 ， 變形小 ， 生產(chǎn)率高 ， 易于實(shí)現(xiàn)自動化和機(jī)械化 。 鋼的表面淬火 根據(jù)加熱方法不同，表面淬火可分為 感應(yīng)加熱 表面淬火， 火焰加熱 表面淬火， 電接觸加熱 表面淬火以及 激光 加熱 表面淬火等幾種。 對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火后（或正火后）在進(jìn)行較高溫回火，使鋼中 M→F ，碳化物也適當(dāng)球化，將硬度降低，以利切削加工，這種工藝稱為調(diào)質(zhì)球化 。 鋼的回火 鋼經(jīng)過淬火后 必須回火！ ！ ！ 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 回火的主要目的是： (1)降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力。比較 D0也可判斷鋼的淬透性。 vk愈小 ， 淬透性越好 。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 淬透性對鋼的力學(xué)性能影響很大 ， 如果工件淬透了 ， 表里的性能均勻一致 ， 能充分發(fā)揮鋼材的力學(xué)性能潛力；如果未淬透 ， 表里的性能便存在差異 ， 尤其在高溫回火后 ， 心部的強(qiáng)韌性將比表層低 。 較為理想的淬火介質(zhì)應(yīng)該是在 C曲線“鼻尖”附近快冷，使冷卻曲線不與 C曲線相交，而在 Ms點(diǎn)附近應(yīng)盡量慢冷，以減少馬氏體轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生的組織內(nèi)應(yīng)力。 如果淬火 溫度過低 ，在淬火組織中將出現(xiàn)鐵素體，造成鋼的硬度不足強(qiáng)度不高。 （ 3） 從經(jīng)濟(jì)上考慮 正火比退火的生產(chǎn)周期短 ， 耗能少 ， 且操作簡便 ，故在可能的條件下 ， 應(yīng)優(yōu)先考慮以正火代替退火 。 過共析鋼正火后可消除網(wǎng)狀碳化物，所以正火是最常用的消除網(wǎng)狀碳化物熱處理工藝； 低碳鋼正火可顯著改善切削加工性能。 ③等溫退火 等溫退火對于亞共析鋼可替代完全退火，對于共析鋼、過共析鋼，可代替球化退火。 ①完全退火 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials ●通過完全重結(jié)晶，使熱加工造成的粗大、不均勻的組織均勻化和細(xì)化，以提高性能； ●使中碳以上的碳鋼和合金鋼得到接近平衡狀態(tài)的組織，以降低硬度，改善切削加工性能； ●由于冷卻速度緩慢，還可消除內(nèi)應(yīng)力。正火可以消除過共析鋼中網(wǎng)狀 Fe3C。 過共析鋼 的 C曲線隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加向左移。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 由于轉(zhuǎn)變溫度不同，過冷奧氏體將按不同機(jī)理轉(zhuǎn)變成不同組組織（珠光體、貝氏體、馬氏體）。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials ?當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于%時，馬氏體轉(zhuǎn)變后的組織全部是板條馬氏體， ?當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1%時，則幾乎全部是片狀馬氏體， ?碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于 %～ 1%之間時是板條馬氏體和針狀馬氏體的混合組織。在一個奧氏體晶粒內(nèi)可以形成幾個位向不同的馬氏體束 。 貝氏體轉(zhuǎn)變速度主要受碳原子擴(kuò)散速度影響。角。 轉(zhuǎn)變時有兩個物理過程同時進(jìn)行： ?一是碳原子和鐵原子遷移產(chǎn)生高碳的滲碳體和低碳的鐵素體； ?二是晶格重構(gòu)，由面心立方的奧氏體轉(zhuǎn)變成體心立方的鐵素體和復(fù)雜立方的滲碳體。 ①珠光體 3800X 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 形成溫度： 650℃ ～ 600℃ 片層厚度： ～ 硬 度：約 25HRC～ 35HRC。 現(xiàn)以共析碳素鋼為例，對三種類型轉(zhuǎn)變以及珠光體、貝氏體和馬氏體組織形態(tài)與性能分別進(jìn)行討論。 2. 加熱速度 ：加熱速度越快，發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度越高，轉(zhuǎn)變所需的時間越短。 1級最粗， 10級最細(xì)。以 共析鋼 為例，其轉(zhuǎn)變過程如圖分四步。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 五、設(shè)備 箱式爐、臺車爐、推桿爐、輸送帶爐、流態(tài)粒子爐、可控氣氛爐、真空爐等 爐子的 質(zhì)量 、 性能 和 自動化程度 等是熱處理質(zhì)量保證的重要條件。如： 軸 的調(diào)質(zhì)處理 特殊熱處理 ：形變、真空、光亮 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 特點(diǎn)：它不改變工件的形狀和尺寸； 只改變其組織和性能。 第六章 鋼的熱處理及表面熱處理 本章要點(diǎn) : 利用 加熱 或 加熱后冷卻 的方法來 調(diào)節(jié)和改善 其材料組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，達(dá)到充分發(fā)揮材料的 性能潛力 目的。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 概述 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 鋼的退火和正火 鋼的淬火 鋼的淬透性 鋼的回火 鋼的表面淬火 鋼的化學(xué)熱處理 熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性 鋼鐵的表面處理 熱處理技術(shù)的發(fā)展動向 主要內(nèi)容 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 概 述 (heat treatment) 一、概念 是指在固態(tài)下通過對鋼進(jìn)行不同的加熱、保溫、冷卻來改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要性能的一種工藝。 它是保證工件內(nèi)在質(zhì)量的重要工序。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 箱式電阻爐 臺車式電阻爐 連續(xù)式熱處理爐 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 溫度 時間 Tc 六、加熱工藝 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 在鐵一碳平衡相圖中的 A A Acm是熱處理中常用的三條相變線。 一、 奧氏體的形成 A 形核 A 長大 殘余 Fe3C溶解 A 均勻化 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 亞共析鋼和過共析鋼與共析鋼的 區(qū)別 是有先共析相。 ?本質(zhì)晶粒度 是用來表示奧氏體晶粒長大的傾向性。 3. 鋼中碳含量 ：碳含量增加，鐵素體和滲碳體的相界面增大，轉(zhuǎn)變速度加快。 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 一、冷卻方式 鋼在奧氏體化后， 冷卻的方式 通常有兩種： (1) 等溫處理 即將鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)以下的給定溫度，進(jìn)行保溫，使其在該溫度下恒溫轉(zhuǎn)變。 一般在 800～ 1000倍光學(xué)金相顯微鏡下才可分辨片層，用符號 S表示。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials (1)貝氏體 (bainite)組織形態(tài)和性能 過冷奧氏體在 550℃ ～ Ms溫度范圍內(nèi)將轉(zhuǎn)變成貝氏體類型組織，貝氏體用符號 “B”表示。 ② 下貝氏體 (lower bainite) 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 貝氏體力學(xué)主要 取決于組織形態(tài) 。轉(zhuǎn)變溫度越低，碳原子遷移越困難，因而形成貝氏體的速度也就越慢。在透射鏡下，馬氏體板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)是高密度的位錯 ,因而也稱 位錯 馬氏體。 馬氏體的 形態(tài) 主要取決于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。雖然轉(zhuǎn)變類型主要取決于 轉(zhuǎn)變溫度 ，但是轉(zhuǎn)變量和速度又與 時間密切相關(guān)。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials ② 合金元素的影響 形狀、位置、 Co左移，其它右移，部分 (Cr、 Mo、 W、 V)雙 C曲線 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials ③ 加熱溫度和保溫時間的影響 溫度高、時間長導(dǎo)致奧氏體成分均勻、晶粒粗大，未溶碳化物減少，過冷奧氏體穩(wěn)定性增加，C曲線右移。 ④ 為最終熱處理（如淬火）做好組織準(zhǔn)備 。 完全退火的目的： 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 使鋼中碳化物 球狀 化而進(jìn)行的退火工藝。但是，裝爐量不宜多。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 %以下的中碳鋼都可用正火代替完全退火。 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 退火與正火的規(guī)范 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 鋼的 淬火 (quenching)是將鋼件加熱到 Ac3或 Ac1相變點(diǎn)以上某一溫度，保持一定時間，然后以大于 ?K的速度冷卻獲得馬氏體和（或） 下貝氏體組織的熱處理工藝。 一、淬火溫度的選擇 14:36:47 機(jī)電工程學(xué)院 Engineering Materials 2. 共