【正文】 ，減少馬氏體轉變時的相變應力。例如濃度為 10%NaCl或10%NaOH的水溶液可使高溫區(qū) (650℃ ～ 550℃ )的冷卻能力顯著提高， 10%NaCl水溶液較純水的冷卻能力提高 10倍以上，而 10%NaOH的水溶液的冷卻能力更高。與水相反，提高油溫可以降低黏度，增加流動性，故可提高高溫區(qū)間的冷卻能力。圖 。分級冷卻的目的，是為了使工件內外溫度較為均勻，同時進行馬氏體轉變，可以大大減小淬火應力，防止變形開裂。 3. 鋼的淬透性 1) 淬透性的基本概念 淬透性是鋼的固有屬性，它是選材和制定熱處理工藝的重要依據(jù)之一。 應當注意，鋼的淬透性與淬硬性是兩個不同的概念，后者是指鋼淬火后形成的馬氏體組織所能達到的硬度，它主要取決于馬氏體中的含碳量。其中 J表 示末端淬透性， d表示至末端的距離， HRC表示在該處測得的硬度值。如果鋼的淬透性低，工件整個截面不能被全部淬透，則從表面到心部的組織不一樣，力學性能也不相同。 鋼的普通熱處理 第 6章 鋼的熱處理工藝 4) 影響淬透性的因素 ① 含碳量：在碳鋼中，共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好；亞共析鋼隨含碳量增加，臨界冷速減小，淬透性提高；過共析鋼隨含碳量增加，臨界冷速增加，淬透性降低。 鋼的普通熱處理 第 6章 鋼的熱處理工藝 圖 淬透性不同的鋼調質后力學性能的比較 鋼的普通熱處理 第 6章 鋼的熱處理工藝 回火 將淬火后的零件加熱到低于 Ac1的某一溫度并保溫，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。 第三階段 (250℃ ～ 400℃ )：碳化物的轉變。亞共析鋼低溫回火后組織為回火馬氏體 (回火 M)；過共析鋼低溫回火后組織為回火馬氏體 +碳化物 +殘余奧氏體。 鋼的普通熱處理 第 6章 鋼的熱處理工藝 3. 高溫回火 高溫回火溫度為 500℃ ～ 650℃ ，通常將淬火和隨后的高溫回火相結合的熱處理工藝稱為調質處理。這種脆化現(xiàn)象稱為回火脆性。這種脆性的產生與加熱和冷卻條件有關。 第 6章 鋼的熱處理工藝 感應加熱表面熱處理 1. 基本原理 感應加熱是利用電磁感應原理。 可見，電流頻率越大，淬硬層深度越薄。 (4) 由于感應加熱速度快、時間短，故淬火后無氧化、脫碳現(xiàn)象，且工件變形也很小，易于實現(xiàn)機械化與自動化。 例：某機床主軸選用 40Cr鋼制造，制作工藝如下： 下料 → 鍛造成毛坯 → 退火或正火 → 粗加工 → 調質 → 精加工 → 高頻感應加熱淬火 → 低溫回火 → 研磨 → 入庫 主軸在制作過程中有兩道中間熱處理工序，鍛造之后毛坯件退火采用完全退火或正火，目的是消除鍛造應力，均勻成分，消除帶狀組織，細化晶粒，調整硬度，改善切削加工性能。 表面化學成分改變是通過以下三個基本過程實現(xiàn)的： ① 化學介質的分解，通過加熱使化學介質釋放出待滲元素的活性原子，例如滲碳時 CH4→2H2+[C]，滲氮時 2NH3→3H2+2[N]； ② 活性原子被鋼件表面吸收和溶解，進入晶格內形成固溶體或化合物； ③ 原子由表面向內部擴散，形成一定的擴散層。氣體滲碳法是將低碳鋼或低碳合金鋼工件置于密封的滲碳爐中，加熱至完全奧氏體化溫度 (奧氏體溶碳量大，有利于碳的滲入 )，通常是 900℃ ～ 950℃，并通入滲碳介質使工件滲碳。 滲碳層含碳量和滲碳層深度依靠控制通入的滲碳劑量、滲碳時間和滲碳溫度來保證。但因工件在滲碳溫度下長時間保溫，奧氏體晶粒粗大，淬火后則形成粗大馬氏體，性能下降，所以只適用于過熱傾向小的本質細晶粒鋼，如 20CrMnTi等。二次淬火加熱溫度一般為以上，使?jié)B層獲得細小粒狀碳化物和隱晶馬氏體，以保證獲得高強度和高耐磨性。 鍛造后正火是中間熱處理，目的是降低鍛造應力、細化晶粒、均勻化學成分、改善切削加工性能。生產中應用較多的是氣體滲氮。滲氮溫度低且滲氮后不再進行熱處理，所以工件變形小。目前中溫 (780℃ ～880℃ )氣體碳氮共滲和低溫 (500℃ ～ 600℃ )氣體氮碳共滲 (即氣體軟氮化 )的應用較為廣泛。 鋼的化學熱處理 第 6章 鋼的熱處理工藝 鋼的熱處理新技術 隨著科學技術的迅猛發(fā)展，熱處理生產技術也發(fā)生著深刻的變化。如可使零件不被氧化，不脫碳或不增碳，保證零件表面耐磨性和抗疲勞性。 鋼的熱處理新技術 第 6章 鋼的熱處理工藝 2. 放熱式氣氛 “放熱式氣氛”可用天然氣、乙烷、丙烷等作原料，按一定比例與空氣混合后，依靠自身的燃燒放熱反應而制成的氣體。近年已被廣泛采用，并獲得迅速發(fā)展。 ③ 可以凈化工件表面。現(xiàn)在幾乎全部熱處理工藝均可以進行真空熱處理，如退火、淬火、回火、滲碳、氮化、滲金屬等。例如，W18Cr4V刀具在淬火回火后再經 500℃ ～ 520℃ 離子氮化 30min～ 60min，使用壽命提高 2倍～ 5倍。從廣義上來說，凡是將零件的成形工序與組織改善有效結合起來的工藝都叫形變熱處理。 鋼的熱處理新技術 第 6章 鋼的熱處理工藝 1. 高溫形變熱處理 高溫形變熱處理是將鋼材加熱到奧氏體區(qū)域后進行塑性變形，然后立即進行淬火和回火，例如鍛熱淬火和軋熱淬火。 圖 高溫形變熱處理示意圖 鋼的熱處理新技術 第 6章 鋼的熱處理工藝 圖 中溫形變熱處理示意圖 此外，這種方法要求鋼材具有較高的淬透性和較長的孕育期，并且由于變形溫度較低，要求變形速度快，故需用功率大的設備進行塑性變形。實驗研究表明，對傳動零件齒輪及鏈輪進行高溫形變淬火，輪齒強度、耐磨性、彎曲強度比普通熱處理高 30%左右。 這種化學氣相沉積方法可進行鈦、鉭、鋯、鈮等碳化物和氮化物的沉積。普通熱處理 (退火、正火、淬火和回火 )通常用來改變零件整體的組織和性能；表面熱處理 (表面淬火和化學熱處理等 )通常用來改變零件表面的成分、組織和性能。 本 章 習 題 第 6章 鋼的熱處理工藝 14. 有兩種高強螺栓，一種直徑為 10mm，另一種直徑為 30mm，都要求有較高的綜合機械性能： σb≥ 800MPa， ak≥ 600kJ/m2。 06:25:3606:25:3606:252/10/2023 6:25:36 AM 1以我獨沈久，愧君相見頻。 上午 6時 25分 36秒 上午 6時 25分 06:25: 沒有失敗，只有暫時停止成功！。 2023年 2月 上午 6時 25分 :25February 10, 2023 1少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。 06:25:3606:25:3606:25Friday, February 10, 2023 1不知香積寺，數(shù)里入云峰。 2023年 2月 10日星期五 上午 6時 25分 36秒 06:25: 1比不了得就不比，得不到的就不要。 16. 什么是形變熱處理？形變熱處理強化機理是什么？ 17. 滲碳和氮化各應用于什么場合？工件經滲碳和氮化化學熱處理后，工件的性能有何特點？ 18. 從材料、表面層組織、性能特點、應用范圍等方面比較各種表面熱處理、化學熱處理方法的異同？ 19. 分級淬火與等溫淬火的主要區(qū)別是什么？舉例說明它們的應用。試問熱處理①和熱處理②應進行何種熱處理？為什么？ 第 6章 鋼的熱處理工藝 11. 確定下列鋼件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的組織： (1) 經冷軋后的 20鋼板，要求降低硬度； (2) ZG35的鑄造齒輪； (3) 鍛造過熱的 60鋼鍛坯； (4) 改善 T12鋼的切削加工性能。物理氣相沉積方法較多，比較常用的為真空濺射、真空蒸發(fā)、離子鍍。 1. 化學氣相沉積法 化學氣相沉積是在高溫下將爐內抽成真空或通入氫氣，然后通入反應氣體并在爐內產生化學反應，使工件表面形成覆層的方法，簡稱 CVD法。特別是對汽車板簧進行形變熱處理，能夠減少板簧片數(shù)、節(jié)約鋼材、減輕質量、縮小尺寸、提高板簧使用可靠性。 表 64 高溫變形淬火對鋼性能的影響 材料 種類 高溫形變熱處理條件 σb／ MPa σs /MPa δ/(%) 形變量 /(%) 形變溫 度／ ℃ 回火溫 度／ ℃ 形變 淬火 一般淬火 形變 淬火 一般 淬火 形變 淬火 一般 淬火 20 20Cr 40Cr 60Si2 18CrNiW 20 40 40 50 60 950 950 900 950 900 200 200 200 200 100 1400 1350 2280 2800 1450 1000 1100 1970 2250 1150 1150 1000 1750 2230 850 800 1400 1930 6 11 8 7 5 3 5 鋼的熱處理新技術 第 6章 鋼的熱處理工藝 2. 中溫形變熱處理 中溫形變熱處理是將工件加熱到奧氏體區(qū)域后急冷至過冷奧氏體的亞穩(wěn)定區(qū)，立即對過冷奧氏體進行塑性變形 (變形量為 70%～ 80%)，然后再進行淬火和回火。馬氏體板條的細化及其數(shù)量的增加，碳氮化物的彌散析出，都能使鋼在強化的同時得到韌化。 離子滲碳從加熱、滲碳到淬火處理，都在同一裝置內進行，這種真空熱處理爐是具有輝光放電機構的加熱滲碳室和油淬火室的雙室型熱處理爐。將真空室的真空度抽到一定值后，充入少量氨氣或氫氣、氮氣的混合氣體。工件在真空中長時間加熱時，溶解在金屬中的氣體，會不斷逸出并由真空泵排出。 真空熱處理具有下列優(yōu)點： ① 可以減少工件變形。它主要用于滲碳、碳氮共滲、軟氮化、保護氣氛淬火和退火等。 1. 吸熱式氣氛 “吸熱式氣氛”，是氣體反應中需要吸收外熱源的能量，才能使反應向正方向發(fā)生的熱處理氣氛。 在熱處理時實現(xiàn)無氧化加熱是減少金屬氧化損耗，保證制件表面質量的必備條件。由于起步早，參與面廣，我國催滲技術的研究水平目前處于國際領先水平。滲氮成本高，滲氮層薄 (～ )而脆。這些高硬度、高穩(wěn)定性的合金氮化物 鋼的化學熱處理 第 6章 鋼的熱處理工藝 呈彌散分布，可使?jié)B氮層具有更高的硬度和耐磨性，故滲氮用鋼常含有 Al、 Mo、 Cr等，而 38CrMoAl鋼成為最常用的滲氮鋼，其次也有用 40Cr、 40CrNi、35CrMn等鋼種。滲氮主要用于耐磨性要求高，耐蝕性和精度要求高的零件，有許多零件 (如高速柴油機的曲軸、氣缸套、鏜床的鏜桿、螺桿、精密主軸、套筒、蝸桿、較大模數(shù)的精密齒輪、閥門以及量具、模具等)，它們在表面受磨損、腐蝕和承受交變應力及動載荷等復雜條件下工作，表面要求具有高的硬度、耐磨性、強度、耐腐蝕、耐疲勞等，而心部要求具有較高的強度和韌性。心部組織與鋼的淬透性及工件的截面尺寸有關。如果強化心部，則加熱到以上，使其淬火后得到低碳馬氏體組織；如果強化表層，需加熱到以上。滲碳后的熱處理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法，如圖 。所以滲碳后緩冷組織自表面至心部依次為：過共析組織 (珠光體＋碳化物 )、共析組織 (珠光體 )、亞共析組織 (珠光體 +鐵素體 )的過渡層，直至心部的原始組織。其目的是通過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，使工件表面具有高的硬度、耐磨性和良好的抗疲勞性能，而心部具有較高的強度和良好的韌性。圖 理示意圖。 鋼的表面熱處理 第 6章 鋼的熱處理工藝 3. 感應加熱適用的鋼種與應用舉例 感應加熱表面淬火一般適用于中碳鋼和中碳低合金鋼 (含碳量 %～%)，如 4 40Cr、 40MnB等。 2. 感應加熱表面熱處理的特點 (1) 由于感應加熱速度極快，過熱度增大，使鋼的臨界點升高，故感應加熱淬火溫度 (工件表面溫度 )高于一般淬火溫度。當表層溫度升高至淬火溫度時，立即噴液冷卻使工件表面淬火。要同時滿足這些要求，僅僅依靠選材是比較困難的，用普通的熱處理也無法實現(xiàn)。低溫回火脆性產生的原因是由于回火馬氏體中分解出穩(wěn)定的細片狀化合物而引起的。也可作為某些精密工件如量具、模具等的預先熱處