【正文】 面殘余應(yīng)力是由于心部與滲層的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N組織的順序不同和表面高碳馬氏體的比容不同而形成的。具體而言，當鋼珠受到一定的壓力后，裂紋垂直于受力方向開裂。如果滲碳層表面有較高的殘余應(yīng)力，則可與外加載荷產(chǎn)生的使鋼珠開裂的力相抵抗，從而提高抗壓碎值。當滲層過深時會有過量的殘余奧氏體游離碳化物出現(xiàn)，這些產(chǎn)物對殘余壓應(yīng)力有害。如果滲層表層碳含量過高，存在大量殘余奧氏體及其它異常組織，則滲層表層出現(xiàn)殘余拉應(yīng)力。滲層馬氏體中碳含量越高，比容越大，滲層壓應(yīng)力越大。試驗證明，～3h，表面碳濃度才趨于飽和。，滲層碳濃度沒有達到飽和，此時馬氏體的比容隨滲層含碳量的增加而增加，殘余壓應(yīng)力又隨馬氏體比容的增加而增加。，隨含碳量的增加，表層殘余奧氏體量增加，表層馬氏體轉(zhuǎn)變量相對減少，殘余壓應(yīng)力降低，且此時滲層深，心部低碳馬氏體量相對減少，表層高碳馬氏體量大大增加，也使表面殘余壓應(yīng)力降低。原工藝處理的鋼珠接觸疲勞性能不好，即屬后一種情況。形成機理：滲層與心部相比，存在著化學(xué)成分的很大差異，造成滲層中馬氏體MS的變化。在淬火冷卻過程中往往是心部首先轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而表層尚未達到MS點仍處于塑性的過冷奧氏體狀態(tài)，心部轉(zhuǎn)變所造成的體積膨脹引起的應(yīng)力極易被表層的塑性變形所吸收。當溫度降至表層MS點時，滲層馬氏體轉(zhuǎn)變所引起的體積膨脹受已強化的心部制約，造成表面受壓，心部受拉的狀態(tài)?！　?2)細化了滲碳層馬氏體及殘余奧氏體　　高碳馬氏體以共格切變方式形成，當它長大到與其它馬氏體片或晶界相遇時會產(chǎn)生沖擊，形成應(yīng)力場。由于高碳馬氏體很脆，不能通過變形或滑移消除應(yīng)力，導(dǎo)致微裂紋產(chǎn)生。且隨馬氏體針長度的增加，裂紋的敏感度也增加。熱處理原理認為，表面針狀馬氏體的粗細，將直接影響滲層表面的接觸疲勞壽命。粗針狀馬氏體中的微裂紋是引起接觸疲勞破壞的天然裂紋源?！　≡に嚿a(chǎn)的鋼珠，不僅滲層馬氏體粗大(6～7級)，且殘留奧氏體也呈粗大狀，分布也不均勻。同時由于降溫，析出非均勻的網(wǎng)狀K，使表層馬氏體轉(zhuǎn)變量相對減少，%左右，這將進一步降低滲層的強韌性。新工藝生產(chǎn)的鋼珠，表層針狀馬氏體較細(5級)，%左右，幾乎看不出K存在，少量殘留奧氏體也較均勻分布于細針狀馬氏體基體中，從而使表層的脆性降低，疲勞性能提高?！　⌒纬蓹C理：滲碳表面的接觸疲勞壽命與M有關(guān)，高碳馬氏體是針片狀，硬而脆，針越粗，越脆，并常伴隨顯微裂紋產(chǎn)生。在外加負荷作用下，它的裂紋迅速擴展。由于殘余奧氏體的存在，使受負荷的表面產(chǎn)生了一定的塑性變形，接觸面的寬度增加，從而相應(yīng)地降低了接觸面的壓應(yīng)力，提高了壽命。另一方面，由于塑性變形的作用，誘發(fā)奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，使之產(chǎn)生加工硬化，同樣提高了壽命。還由于在斷裂過程中，裂紋主要是沿馬氏體區(qū)域擴展，很難穿過殘余奧氏體，因此在一定應(yīng)力作用下，沿馬氏體發(fā)展的裂紋一旦到達馬氏體與殘余奧氏體面，裂紋就會停止發(fā)展。只有在提高外加負荷時，裂紋才會產(chǎn)生分岔，繞過殘余奧氏體繼續(xù)發(fā)展。因為裂紋產(chǎn)生分岔吸收能量，有利于韌性的提高。相反，如果表面存在拉應(yīng)力，則促進產(chǎn)生因相互滑動引起的切應(yīng)力，則促進產(chǎn)生因相互滑動引起的切應(yīng)力。所以，有一定分布于馬氏體周圍的殘余奧氏體能提高材料抵抗裂紋擴展的能力?！　⌒鹿に囂幚淼脑嚇咏?jīng)疲勞磨損后，其殘余奧氏體比原試樣明顯減少，形成的馬氏體較細小。因而馬氏體細小且韌性好可強化表面，使之形成壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于提高其疲勞強度。試驗發(fā)現(xiàn)，試樣在發(fā)生疲勞破壞時，仍有部分殘余奧氏體存在，它對韌性仍有利。原工藝處理的試樣表層殘余奧氏體過量，呈塊狀分布于粗大M針和邊緣，發(fā)生疲勞破壞時，基本上看不出殘余奧氏體量的變化，相變強化效果大大降低，影響了壽命?！　?3)有效硬化層的提高有利于疲勞性能的提高　　鋼珠發(fā)生交變接觸應(yīng)力時，其最大應(yīng)力往往在表層或次表層?！?，這點被試驗所證明。所以為了提高疲勞性能，應(yīng)著重于提高危險層的硬度和強度，而不一定要加厚滲層。由試驗得知：，比原工藝的硬度提高4～5HRC，從而提高了危險層的強度，進而疲勞性能也提高，疲勞破壞的表面形貌分析也證實了這一點?！　〗佑|疲勞損傷實際上是裂紋萌生和擴展的過程，通過斷口分析可以了解整個斷裂過程。根據(jù)裂紋萌生及剝落的特征，接觸疲勞可分為點蝕和剝落兩類。凡裂紋萌生于表面的呈纖維狀剝落為點蝕，；裂紋萌生于表面呈片狀剝落的為剝落?！　≡斐蛇@種情況的原因是原工藝鋼珠的表面硬度低，這是由滲碳層中含有大量殘余奧氏體且呈不規(guī)則分布所導(dǎo)致的。濃度分析表明：%左右，滲碳溫度又高，故產(chǎn)生大量殘余奧氏體。在接觸應(yīng)力作用下，盡管存在誘變馬氏體，但數(shù)量較少，相變強化作用不明顯，在應(yīng)力作用下，軟的殘余奧氏體與硬的馬氏之間產(chǎn)生相對滑動，使裂紋萌生并擴展至沿晶斷裂，最后出現(xiàn)準解理斷口。原工藝鋼珠經(jīng)歷滑移——沿晶斷裂——準解理，出現(xiàn)疲勞剝落。新工藝鋼珠表層殘余奧氏體誘變馬氏體轉(zhuǎn)變，表層強韌性好，在發(fā)生疲勞破壞時，只出現(xiàn)淺層準解理斷口?！　∫陨显囼灡砻?，殘余奧氏體的強韌作用取決于殘余奧氏體的機械穩(wěn)定性，即一方面要存在一定數(shù)量的殘余奧氏體，另一方面在接觸應(yīng)力下誘發(fā)馬氏體相變?！　】傊岣呤軕?yīng)力作用大的表層或次表層的硬度，是提高疲勞壽命的有效途徑，而不是靠提高滲層深度。　　用于自行車的鋼珠破壞的主要形式是疲勞破壞，但因疲勞破壞試驗所需的時間較長，故企業(yè)大多采用壓碎負荷來檢測。但兩者之間卻沒有一定的對應(yīng)關(guān)系。從試驗結(jié)果來看，而抗壓碎值隨滲層的增厚而增加，也即隨滲碳時間的延長而增加，但疲勞強度卻同時降低了。以后輪載重500kg計算可知，鋼珠的負荷不超過2 250N，這就是為什么不選用抗壓碎負荷較高的長時間滲碳方法而采用疲勞強度較高而抗壓碎負荷較低的熱處理方法的原因。4　鋼珠熱處理新工藝　　綜合考察抗壓碎負荷和接觸疲勞強度，根據(jù)上述的試驗分析，從既經(jīng)濟又提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量、壽命的原則出發(fā)，確定的熱處理工藝是9150C滲碳5h、直接淬火，見圖3。 5　經(jīng)濟效益分析　　(1)，?！　?2)滲碳溫度由9300C降為9150C，且時間縮短，延長了滲碳爐的使用壽命?！　?3)時間縮短，滴量降低，減少了煤油和甲醇的用量。　　(4)，具有明顯的經(jīng)濟、社會效益。6 結(jié)論　　(1)鋼珠薄層滲碳新工藝經(jīng)試驗證明比原工藝具有許多優(yōu)越性，對生產(chǎn)是有利的?！　?2)新藝改善了鋼珠的組織，心部得到了高強度的全部低碳馬氏體組織，使?jié)B層獲得了強韌性好的細針狀馬氏體，減少了高碳馬氏體造成的脆性及表層的殘余奧氏體含量，使殘余壓應(yīng)力增加，提高了抵抗表面裂紋的能力，且由于馬氏體的誘發(fā)強化，提高了滲層表面強韌性和疲勞強度，從而以較薄的滲層得取了較高的抗壓碎負荷。 　　(3)新工藝使鋼珠獲得了良好的金相組織及合理的滲碳層且濃度梯度平緩。采用直接淬火，增加淬火介質(zhì)水的流速，使心部強度提高，增大了對硬化層的支撐作用。良好的滲層性能和心部性能保證了在滲層較薄的情況下疲勞強度有較大提高，同時壓碎負荷降低?！　?4)有效硬化層硬度提高，強化了易產(chǎn)生裂紋的危險區(qū)域的強度，有效地提高了疲勞強度?！　?5)新工藝使生產(chǎn)周期縮短，生產(chǎn)效率提高，同時降低了物耗，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，具有較好的社會、經(jīng)濟效益?！　　』鼗鸫嘈?　　　淬火鋼回火時,隨著回火溫度的升高,通常其強度,硬度降低，而塑性，韌性提高。但在某些溫度范圍內(nèi)回火時，鋼的沖擊韌性不僅沒有提高，反而顯著降低，這種脆化現(xiàn)象稱為回火脆性。 因此，一般不在 250－350度進行回火，這就是因為淬火鋼在這個溫度范圍內(nèi)回火時要發(fā)生回火脆性。這種回火脆性稱為低溫回火脆性或第一類回火脆性。 產(chǎn)生低溫回火脆性的原因，目前還不十分清楚。一般認為是由于碳化物以斷續(xù)的薄片狀沿馬氏體片或馬氏體條的界面析出所造成的。這種硬而脆的薄片碳化物與馬氏體間的結(jié)合較弱，降低了馬氏體晶界處的強度，因而使沖擊韌性反而下降?！　　摷訜岬脚R界點（ACACcm）以上，進行完全奧氏仜化，然后在空氣中冷卻，這種熱處理工藝，稱為正火。 （一）正火工藝 正火的加熱溫度正化學(xué)成份AC3以上50100℃；過共析鋼的加熱溫度ACcm以上3050℃。保溫時間主要取決于工件有效厚度和加熱爐的型式，如在箱式爐中加熱時，可以每毫米有效厚度保溫一分鐘計算。保溫后的冷卻，一般可在空氣中冷卻，但一些大型工件或在氣溫較高的夏天，有時也采用吹風(fēng)或噴霧冷卻。 （二）正火后組織與性能 正火實質(zhì)上是退火的一個特例。兩者不同之處，主要在于冷卻速度較快，過冷度較快，因而發(fā)生了偽共析轉(zhuǎn)變，使組織中珠光量增多，且珠光柋的片層間距變小。應(yīng)該指出，某些高合金鋼空冷后，能獲得貝氏體或馬氏體組織，這是由于高合金鋼的過冷奧氏體非常穩(wěn)定，C曲線。 由于正火后的組織上的特點，故正火后的強度、硬度、韌性都比退火后的高，且塑性也并不降低。 正火的應(yīng)用 正火與退火相比，鋼的機械性能高，提價簡便，生產(chǎn)周期短，能耗少，故在可能條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮采用正火處理。目前的應(yīng)用如下： 。 ，為球化退火作好組織準備 ，淬火可能有開裂的危險進，正火也往往代替淬火、回火處理，而作為這類零件的最終熱處理。 很靠右。此時己不能稱其為正火，而稱為空淬有關(guān)。為了增加低碳鋼的硬度，可適當提高正火溫度。鋼的化學(xué)熱處理氧氮共滲 　　 當鋼在滲氮的同時通入一些含氧的介質(zhì)，即可實現(xiàn)其氧氮共滲處理。處理以后的工件兼有蒸汽處理我滲氮處理的共同優(yōu)點。 1． 氧氮共滲的特點：氧氮共滲后滲層可分三個區(qū)，表面氧化膜，次表層氧化區(qū)和滲氮nitriding。表面氧化膜與次表層氧化區(qū)厚度相近，、散熱性能及抗粘著性能。 2． 氧氮共滲介質(zhì)：氧氮共滲時一般用得較多的是不同濃度的氨水。氮原子向內(nèi)擴散形成滲氮層，水分解形成氧原子向內(nèi)擴散形成氧化層并在工件表面形成黑色氧化膜。 3． 氧氮共滲的主要用途： 氧氮共滲主要用于高速鋼刀具的表面處理。共滲時的溫度一般為540590℃，時間通常為12小時。氨水濃度以25%30%為宜。排氣升溫時通氨量應(yīng)大些，以利于迅速排空爐內(nèi)空氣。共滲期間通氨量應(yīng)適中，降溫及擴散時應(yīng)減少氨的滴入量。熱處理爐可采用有1Cr18Ni9Ti不銹鋼制成爐罐的井式氮化爐代用。爐罐應(yīng)保護密封性（最好采用真空水冷橡膠密封）。爐頂應(yīng)有一臺密封循環(huán)風(fēng)扇。爐內(nèi)保持3001000Pa的正壓. 鋼的熱處理軟氮化 　　為了縮短氮化周期，并使氮化工藝不受鋼種的限制，在近一、二十年間在原氮化工藝基礎(chǔ)上發(fā)展了軟氮化和離子氮化兩種新氮化工藝 軟氮化實質(zhì)上是以滲氮為主的低溫碳氮共滲，鋼的氮原子滲及的同時，還有少量的碳原子滲入，其處理結(jié)果與前述一般氣體氮相比，滲層硬度較低，脆性較小，故稱為軟氮化。 ，軟氮化方法分為氣體軟氮化和液體軟氮化兩大類。目前國內(nèi)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的是氣體軟氮化。,br氣體軟氮化是在含有活性碳、氮原子的氣氛中進行低溫碳、氮共滲，常用的共滲介質(zhì)有尿素、甲酰胺和三乙醇胺，它們在軟氮化溫度下發(fā)生熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生活性碳、氮原子。 活性碳、氮原子被工件表面吸收，通過擴散滲入工件表層，從而獲得以氮為主的碳氮共滲層。 氣體軟氮化溫度常用560570℃，因該溫度下氮化層硬度值最高。氮化時間常為23小時，隨時間延長，氮化層深度增加很慢。 ：鋼經(jīng)軟氮化后，表面最外層可獲得幾微米至幾十微米的白層，它是由ε相、γ`相和含氮的滲碳體Fe3（C，N）所組成，次層為0。30。4毫米的擴散層，它主要是由γ`相和ε相組成。 軟氮化具有以下特點： (1)處理溫度低，時間短，工件變形小。 (2)不受鋼種限制，碳鋼、低合金鋼、工模具鋼、不銹鋼、鑄鐵及鐵基粉未冶金材料均可進行軟氮化處理。工件經(jīng)軟氮化后的表面硬度與氮化工藝及材料有關(guān)。 、耐磨性和耐腐蝕性。在干摩擦條件下還具有抗擦傷和抗咬合等性能。 ，故氮化層硬而具有一定的韌性，不容易剝落。 因此，目前生產(chǎn)中軟氮化巳廣泛應(yīng)用于模具、量具、高速鋼刀具、曲軸、齒輪、氣缸套等耐磨工件的處理。 應(yīng)注意的是，氣體軟氮化目前存在問題是表層中鐵氮化合物層厚度較?。ǎ业瘜佑捕忍荻容^陡，故不宜在重載條件下工作。另外，在氮化過程中，爐中會產(chǎn)生HCN這種有毒氣體，因此生產(chǎn)中要注意設(shè)備的密封，以免爐氣漏出污染環(huán)境。