【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(dāng)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(dāng)滲層過(guò)深時(shí)會(huì)有過(guò)量的殘余奧氏體游離碳化物出現(xiàn)，這些產(chǎn)物對(duì)殘余壓應(yīng)力有害。如果滲層表層碳含量過(guò)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(yàn)證明，～3h，表面碳濃度才趨于飽和。，滲層碳濃度沒有達(dá)到飽和，此時(shí)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(duì)減少，殘余壓應(yīng)力降低，且此時(shí)滲層深，心部低碳馬氏體量相對(duì)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(jī)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(guò)程中往往是心部首先轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而表層尚未達(dá)到MS點(diǎn)仍處于塑性的過(guò)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(dāng)溫度降至表層MS點(diǎn)時(shí)，滲層馬氏體轉(zhuǎn)變所引起的體積膨脹受已強(qiáng)化的心部制約，造成表面受壓，心部受拉的狀態(tài)?！　?2)細(xì)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(dāng)它長(zhǎng)大到與其它馬氏體片或晶界相遇時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊，形成應(yīng)力場(chǎng)。由于高碳馬氏體很脆，不能通過(guò)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(zhǎng)度的增加，裂紋的敏感度也增加。熱處理原理認(rèn)為，表面針狀馬氏體的粗細(xì)，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(jí))，且殘留奧氏體也呈粗大狀，分布也不均勻。同時(shí)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(duì)減少，%左右，這將進(jìn)一步降低滲層的強(qiáng)韌性。新工藝生產(chǎn)的鋼珠，表層針狀馬氏體較細(xì)(5級(jí))，%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(xì)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(jī)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(fù)荷作用下，它的裂紋迅速擴(kuò)展。由于殘余奧氏體的存在，使受負(fù)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(guò)程中，裂紋主要是沿馬氏體區(qū)域擴(kuò)展，很難穿過(guò)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(dá)馬氏體與殘余奧氏體面，裂紋就會(huì)停止發(fā)展。只有在提高外加負(fù)荷時(shí)，裂紋才會(huì)產(chǎn)生分岔，繞過(guò)殘余奧氏體繼續(xù)發(fā)展。因?yàn)榱鸭y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(jìn)產(chǎn)生因相互滑動(dòng)引起的切應(yīng)力，則促進(jìn)產(chǎn)生因相互滑動(dòng)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(kuò)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(xì)小。因而馬氏體細(xì)小且韌性好可強(qiáng)化表面，使之形成壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于提高其疲勞強(qiáng)度。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試樣在發(fā)生疲勞破壞時(shí)，仍有部分殘余奧氏體存在，它對(duì)韌性仍有利。原工藝處理的試樣表層殘余奧氏體過(guò)量，呈塊狀分布于粗大M針和邊緣，發(fā)生疲勞破壞時(shí)，基本上看不出殘余奧氏體量的變化，相變強(qiáng)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(shí)，其最大應(yīng)力往往在表層或次表層?！?，這點(diǎn)被試驗(yàn)所證明。所以為了提高疲勞性能，應(yīng)著重于提高危險(xiǎn)層的硬度和強(qiáng)度，而不一定要加厚滲層。由試驗(yàn)得知：，比原工藝的硬度提高4～5HRC，從而提高了危險(xiǎn)層的強(qiáng)度，進(jìn)而疲勞性能也提高，疲勞破壞的表面形貌分析也證實(shí)了這一點(diǎn)。　　接觸疲勞損傷實(shí)際上是裂紋萌生和擴(kuò)展的過(guò)程，通過(guò)斷口分析可以了解整個(gè)斷裂過(guò)程。根據(jù)裂紋萌生及剝落的特征，接觸疲勞可分為點(diǎn)蝕和剝落兩類。凡裂紋萌生于表面的呈纖維狀剝落為點(diǎn)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(qiáng)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(duì)滑動(dòng)，使裂紋萌生并擴(kuò)展至沿晶斷裂，最后出現(xiàn)準(zhǔn)解理斷口。原工藝鋼珠經(jīng)歷滑移——沿晶斷裂——準(zhǔn)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(qiáng)韌性好，在發(fā)生疲勞破壞時(shí)，只出現(xiàn)淺層準(zhǔn)解理斷口。　　以上試驗(yàn)表明，殘余奧氏體的強(qiáng)韌作用取決于殘余奧氏體的機(jī)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?，提高受應(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?！　∮糜谧孕熊嚨匿撝槠茐牡闹饕问绞瞧谄茐模蚱谄茐脑囼?yàn)所需的時(shí)間較長(zhǎng)，故企業(yè)大多采用壓碎負(fù)荷來(lái)檢測(cè)。但兩者之間卻沒有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，而抗壓碎值隨滲層的增厚而增加，也即隨滲碳時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但疲勞強(qiáng)度卻同時(shí)降低了。以后輪載重500kg計(jì)算可知，鋼珠的負(fù)荷不超過(guò)2 250N，這就是為什么不選用抗壓碎負(fù)荷較高的長(zhǎng)時(shí)間滲碳方法而采用疲勞強(qiáng)度較高而抗壓碎負(fù)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(fù)荷和接觸疲勞強(qiáng)度，根據(jù)上述的試驗(yàn)分析，從既經(jīng)濟(jì)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(jì)效益分析　　(1)，?！　?2)滲碳溫度由9300C降為9150C，且時(shí)間縮短，延長(zhǎng)了滲碳爐的使用壽命。　　(3)時(shí)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(jì)、社會(huì)效益。6 結(jié)論　　(1)鋼珠薄層滲碳新工藝經(jīng)試驗(yàn)證明比原工藝具有許多優(yōu)越性，對(duì)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(qiáng)度的全部低碳馬氏體組織，使?jié)B層獲得了強(qiáng)韌性好的細(xì)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(qiáng)化，提高了滲層表面強(qiáng)韌性和疲勞強(qiáng)度，從而以較薄的滲層得取了較高的抗壓碎負(fù)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(qiáng)度提高，增大了對(duì)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(qiáng)度有較大提高，同時(shí)壓碎負(fù)荷降低?！　?4)有效硬化層硬度提高，強(qiáng)化了易產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)區(qū)域的強(qiáng)度，有效地提高了疲勞強(qiáng)度。　　(5)新工藝使生產(chǎn)周期縮短，生產(chǎn)效率提高，同時(shí)降低了物耗，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，具有較好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益?！　　』鼗鸫嘈?　　　淬火鋼回火時(shí),隨著回火溫度的升高,通常其強(qiáng)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(shí)，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(jìn)行回火，這就是因?yàn)榇慊痄撛谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)回火時(shí)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(rèn)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(qiáng)度，因而使沖擊韌性反而下降?！　　摷訜岬脚R界點(diǎn)（ACACcm）以上，進(jìn)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(guò)共析鋼的加熱溫度ACcm以上3050℃。保溫時(shí)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(shí)，可以每毫米有效厚度保溫一分鐘計(jì)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(shí)也采用吹風(fēng)或噴霧冷卻。 （二）正火后組織與性能 正火實(shí)質(zhì)上是退火的一個(gè)特例。兩者不同之處，主要在于冷卻速度較快，過(guò)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(guò)冷奧氏體非常穩(wěn)定，C曲線。 由于正火后的組織上的特點(diǎn)，故正火后的強(qiáng)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(jī)械性能高，提價(jià)簡(jiǎn)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(zhǔn)備 ，淬火可能有開裂的危險(xiǎn)進(jìn)，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(shí)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(dāng)提高正火溫度。鋼的化學(xué)熱處理氧氮共滲 　　 當(dāng)鋼在滲氮的同時(shí)通入一些含氧的介質(zhì)，即可實(shí)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(diǎn)。 1． 氧氮共滲的特點(diǎn)：氧氮共滲后滲層可分三個(gè)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(shí)一般用得較多的是不同濃度的氨水。氮原子向內(nèi)擴(kuò)散形成滲氮層，水分解形成氧原子向內(nèi)擴(kuò)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(shí)的溫度一般為540590℃，時(shí)間通常為12小時(shí)。氨水濃度以25%30%為宜。排氣升溫時(shí)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(kuò)散時(shí)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(hù)密封性（最好采用真空水冷橡膠密封）。爐頂應(yīng)有一臺(tái)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(shí)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(shí)，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(guó)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(jìn)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?cè)谲浀瘻囟认掳l(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(guò)擴(kuò)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(shí)間常為23小時(shí)，隨時(shí)間延長(zhǎng)，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(kuò)散層，它主要是由γ`相和ε相組成。 軟氮化具有以下特點(diǎn)： (1)處理溫度低，時(shí)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(jìn)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(wèn)題是表層中鐵氮化合物層厚度較?。ǎ?，且氮化層硬度梯度較陡，故不宜在重載條件下工作。另外，在氮化過(guò)程中，爐中會(huì)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。