【正文】 固體滲碳本質：依靠CO氣氛進行滲碳設備：滲碳箱（裝有固體滲碳劑的箱子）、加熱爐滲劑：能產生活性碳原子的固體物質（木炭、焦炭、鋸木屑等）+ 催化劑（BaCONa2CO3等）非滲碳部位防止?jié)B碳方法：a、鍍銅；b、涂膏劑；c、滲碳厚度2倍的加工余量（這里可以提問學生，為何要2倍以上，不能1倍或3倍。主要從滲碳厚度的計算角度考慮）。四、滲碳件的熱處理鋼滲碳后的緩冷組織a、一般來說，%時，表面組織為：Fe3CⅡ + P；b、%時，則Fe3CⅡ呈明顯網(wǎng)狀分布；c、若碳含量很高，超過奧氏體的最大碳含量（%，這里可以提問學生），則出現(xiàn)嚴重的網(wǎng)狀滲碳體外，還可能出現(xiàn)大塊狀的滲碳體；而在合金滲碳鋼中，不會出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體，出現(xiàn)顆粒狀或大塊狀碳化物。滲碳件熱處理需滿足要求：（1）合理的滲層金相組織；（不允許網(wǎng)狀碳化物，殘余奧氏體應少，表面硬度不低于HRC58）（2）足夠的心部強度，HRC3845；（不允許有大量鐵素體，重要工件不允許淬火后有未溶解鐵素體）（3）表面層只允許有極少量局部脫碳發(fā)生；（4）盡可能較少熱處理后的變形。工藝：（1）直接淬火法（畫圖512）a、優(yōu)點：方便、節(jié)能、生產率高、脫碳少、變形??；b、缺點：淬火溫度較高，晶粒較粗大，表層殘余奧氏體量增多，容易變形和表層硬度降低，無法消除表面嚴重的網(wǎng)狀碳化物組織。c、生產上很少使用直接淬火法，一般采用預冷后淬火法（降溫到略高于Ar3，然后淬火，如圖512）d、預冷后淬火法，是氣體滲碳連續(xù)作業(yè)爐的生產上廣泛采用的熱處理方法。e、由于此法晶粒容易粗大，僅適用于本質細晶粒鋼。（2）一次淬火法（畫圖513）a、優(yōu)點：與直接淬火法相同，適用于細晶粒鋼；b、缺點：淬火溫度高，表面殘余奧氏體量大，無法消除表面嚴重的網(wǎng)狀碳化物組織。（3）兩次淬火法（畫圖514）a、缺點：工藝復雜、工件易變形、易氧化脫碳、周期長、成本高；b、第一次淬火作用細化芯部晶粒，消除表面網(wǎng)狀碳化物，第二次淬火作用細化表層晶粒；c、僅適用于為了消除網(wǎng)狀碳化物而采用的熱處理工藝。滲碳層厚度測定方法斷口目測法（工廠爐前使用）、金相測定法（日常檢驗使用）、剝層化學分析法（科學研究使用）五、缺陷及防止大塊狀或網(wǎng)狀碳化物防止：嚴格控制表面碳濃度；消除：適當提高淬火溫度、兩次淬火、正火+淬火、高溫回火滲碳層過厚或太薄防止：嚴格控制工藝參數(shù)；消除：太薄可通過補滲滲碳層不均勻清洗工件表面、工件裝爐合理布置、定期清理爐內積碳等措施防止淬火硬度不足滲碳層濃度偏低造成的，可通過嚴格控制工藝參數(shù)及工藝過程防止；熱處理工藝不合理造成的，可通過嚴格選擇和控制淬火溫度進行防止心部硬度過高或不足硬度不足：提高淬火溫度，使鐵素體完全溶解；硬度過高：適當降低淬火溫度。表面氧化與腐蝕清潔工件表面、提純滲碳劑、烘干滲碳劑等措施防止第十三講：滲氮及碳氮共滲提問：固體、液體、氣體滲碳三種工藝相比較而言，哪種滲碳速度最快？哪種滲層碳濃度分布最均勻？滲碳件熱處理需要滿足的要求？為了消除氣體滲碳件滲層的網(wǎng)狀碳化物，能否采用一次淬火法？55 滲氮（氮化）一、 概述定義：將氮滲入鋼件表面層的化學熱處理。鋼件滲氮后特點：（1）表面硬度高，熱硬性和熱穩(wěn)定性好（如在600℃左右能維持高硬度和高力學性能），耐磨性好；（2）變形小（因為滲氮溫度低，500700℃）；（3）疲勞強度可提高25%30%，高頻淬火后，更可提高50%；（4）耐腐蝕能力大大提高；（5）不再熱處理；缺點：工藝時間長、成本高、滲氮層薄而脆滲氮過程：NH3分解、活性N原子的吸收、N原子的擴散 氨氣的分解是個可逆過程：，同時氨分解率（對滲層的質量有影響）、氮原子吸收率（對滲氮時間有影響）二、FeN相圖與組織（畫圖515）三、滲氮用鋼一般只選擇滲氮鋼（高合金鋼38CrMoAl等，合金元素與N形成的合金氮化物性能高），不選擇碳鋼（碳鋼不能獲得高硬度和高耐磨性，形成的氮化物不穩(wěn)定，高溫易分解和聚集粗化）四、滲碳工藝工藝路線：下料→鍛造→正火→粗車→調質→半精車→穩(wěn)定處理→粗磨→時效→半精磨→不滲氮部位防護處理→滲氮→精磨→研磨→裝配（提問與滲碳工藝的區(qū)別在那里？）滲氮前處理1）調質處理：改善工件機械加工性能，獲得均勻的回火索氏體組織；回火溫度越高，工件硬度越低，基體組織碳化物彌散度越小，氮原子越容易滲入。2）穩(wěn)定處理及時效：都是為了徹底消除工件的內應力，穩(wěn)定尺寸，減小變形；穩(wěn)定處理溫度要低于回火溫度，時效溫度要低于穩(wěn)定處理溫度，且時間都要很長。（如T4280坐標鏜床主軸，38CrMoAlA鋼，調質回火溫度為650670℃，穩(wěn)定處理溫度為620640℃，10h，而時效處理為180200℃，25h）滲氮1）等溫滲氮（一級滲氮、一段滲氮）（畫圖516）a、一般溫度為480530℃；b、溫度低、周期長、滲層較淺；c、應用于尺寸精密、硬度高的工件。2）二段滲氮（二級滲氮）——目前應用最廣泛的滲氮工藝（畫圖517）a、第一段溫度較低，為了獲得高彌散度、高硬度的合金氮化物；b、第二段溫度較高，增加擴散速度，縮短滲氮時間；3）三段滲氮（三級滲氮）：第二段滲氮溫度比二段滲氮的溫度高，所以滲氮速度快同一滲氮厚度，等溫滲氮所花時間最長，二段滲氮可節(jié)省15%的時間，三段滲氮可節(jié)省50%的時間。五、影響滲氮質量的因素滲氮溫度：要適中，太高或太低都不利于獲得理想滲層性能；滲氮時間：一般不超過100h，再增加對滲層厚度和性能影響不大；氨分解率：分解率要適中，太低或太高會影響滲層氮濃度和性能，過高會降低硬度；工件的變形：變形后很難校直。六、滲氮后質量檢查厚度檢查：金相法、斷口法硬度檢查：輕型洛氏硬度計（HRN）、維氏硬度計（HV）脆性檢查：根據(jù)維氏硬度計壓頭的棱錐在工件表面上的壓痕形狀，分為四級1級不脆，壓痕邊緣完整無缺；2級略脆，壓痕邊緣有輕微崩碎；3級脆，壓痕邊緣崩碎較大；4級極脆，壓痕邊緣嚴重脆裂。七、性能硬度和耐磨性：硬度比滲碳件高很多，耐磨性大大優(yōu)于滲碳件（磨損僅為滲碳件的1/4）；紅硬性：600℃以下，高溫硬度幾乎不變，但即使超過900℃，硬度也不會低于未滲氮的硬度；疲勞性能：滲氮層內形成的壓應力，使抗疲勞能力增強，滲層越厚，則抗疲勞能力越好；耐腐蝕性能：除了海水、酸性介質中腐蝕性能不好外，在其它介質中的耐腐蝕性能十分優(yōu)良。56氮碳共滲（軟氮化）（液體氮碳工藝有毒被限制）氣體氮碳工藝較為普遍，溫度較低（500600℃），滲氮為主、滲碳為輔57碳氮共滲（液體碳氮共滲工藝有毒被限制）氣體碳氮共滲較為普遍，低溫時（520580℃）相當于氮碳共滲，高溫（790930℃）時，以滲碳為主兼具滲碳工藝（滲層硬度分布曲線較平緩而能承受較大的工作負荷）和滲氮工藝（高硬度、優(yōu)異耐磨性、低溫、周期短等）的優(yōu)點58滲硼為了獲得高硬度、良好的抗蝕性（硫酸、鹽酸和堿中，但硝酸不耐腐蝕）59 滲鉻為了獲得抗氧化性、耐蝕性（耐酸、耐堿、耐熱）510 滲鋁為了獲得高溫抗氧化性第十四講：熱處理工藝設計提問：滲氮工藝的特點及缺點？滲氮前要進行哪些工序？滲氮工藝有哪幾種？為何要分段滲氮？碳氮共滲工藝以滲什么元素為主？6 熱處理工藝設計a、熱處理工藝設計考慮：可靠性、安全性、再現(xiàn)性、經(jīng)濟性。b、熱處理工藝設計的主要任務是：決定工件的幾何形狀與加工精度，提出工件服役條件下所要求各種性能及滿足性能要求應選用的材料，確定適當?shù)幕炯庸ぢ肪€，并考慮到在生產準備與制造時的經(jīng)濟性和方便性。c、設計應根據(jù)：工件要求、技術條件、工廠規(guī)模、產品特點、產品失效形式、現(xiàn)場條件等，確定熱處理設備，以達到提高工件質量、便于管理、降低成本。61 熱處理件結構形狀要求一、設計避免應力集中：（畫圖81）1）界面急劇變化的工件（淬火時產生過大的內應力，引起變形或開裂），采用平滑過渡或圓弧過渡；2）外形尖銳、尖角的工件（淬裂的策源地），用圓弧代替尖角；3）工件的孔或模具型腔，孔之間應有一定距離。盡量簡單、均衡、規(guī)則、對稱（畫圖82）：1）球形優(yōu)于立方體、長方體，圓柱體優(yōu)于圓錐體，圓形截面優(yōu)于橢圓形截面，方形截面優(yōu)于矩形截面；2）盡可能的把各種功能孔的尺寸與位置布置成均衡對稱；3）輔助孔不應位于交叉刃口的延長線上，更不應靠近小銳角；（畫圖83）4）盲孔盡可能改為通孔；防止降低工件機械強度：工件薄壁或者性能最差部位，盡可能通過選材和工藝規(guī)范防止性能降低；充分考慮熱處理工藝性：淬透性、淬硬性、變形和開裂傾向、過熱敏感性、氧化脫碳敏感性等工藝指標與材料選擇、成本控制、生產周期、出現(xiàn)廢品的情況有關；二、設計中的實際措施（由于形狀和尺寸各異，不可能遵循以上設計原則）（1）設計成合理形狀，淬硬后再磨去不必要部位；（2）非對稱形狀的工件，可在不重要位置或具有加工余量位置采用加工工藝孔等措施改善散熱條件；（3）大型形狀復雜工件，可采用拼鑲結構，解決加工難、熱處理難；（4）刻字、印痕的位置應離應力集中程度高的孔盡量遠。62 正確選擇工件材料一、選材原則：（1）機械性能、物理性能、化學性能應滿足工件的服役條件要求；（2）應具有良好的加工工藝性能（如鍛造、切削、變形淬裂危險性小等）；（3）經(jīng)濟性好（來源廣泛、價格低、成品率高、管理方便等），工件壽命長。二、滿足服役條件要求：服役條件（拉伸負荷、往復負荷、彈性變形、沖擊負荷、磨損）、失效分析三、具有良好的加工工藝性能：(冷加工工藝、熱加工工藝)重選或修改初選材料制定加工工藝路線提出對材料的工藝性能要求綜合比較初選材料確定材料不合格四、選材方法：承受拉伸沖擊多種負荷時（要求高強度、高韌性），選質量效應小、淬透性好的鋼，如合金鋼；若要求精度高、變形小，則選用油淬鋼（合金鋼），不選水淬鋼（碳鋼）；在滿足使用性能的前提下，盡量選用低含碳量的鋼（低碳鋼的塑性和韌性比高碳鋼要好）；承受交變負荷時，要考慮材料的強度、韌性、抗疲勞強度，還要考慮工件表面粗糙度、凹槽、螺紋、棱角、材質、組織、內部缺陷等等；承受沖擊負荷時，要考慮碳含量或合金元素含量、回火組織、晶粒度等；承受摩擦磨損時，主要考慮碳、氮元素的表面含量及淬火組織；（滑動摩擦時中低碳鋼，滾動摩擦時軸承鋼）表面硬化處理工件，要考慮材料成分、硬化層厚度、冷卻速度、芯部硬度等因素；63 工藝設計包括：工藝在整個工件加工制造過程中的位置、工藝選擇、工藝規(guī)程的擬定一、位置：（畫圖85）性能要求不高、要求較高的一般工件、要求較高的精密工件二、工藝選擇：熱處理技術條件：需要考慮材料，組織，硬化層、滲碳層、滲氮層的厚度，機械性能（抗拉性能指標、沖擊性能指標、硬度指標這三個指標來衡量）；工藝性考慮：先進性、可行性、經(jīng)濟性工廠生產條件和生產類型節(jié)能環(huán)保要求三、金相組織：在滿足使用性能的條件下，盡量控制工件的組織使晶界斷裂轉化為晶內斷裂（如下貝氏體、馬氏體）四、熱處理工藝規(guī)程擬定保證質量節(jié)約成本；選擇合適的熱處理工藝；選擇合理的加熱與冷卻方法；力求優(yōu)化各工序，避免重復；確定工藝間的質量檢查和控制方法，及其使用的設備。64 熱處理工藝在加工工藝中的地位預先熱處理、冷熱加工配合65 設計思路及效果評定思路：采用節(jié)能環(huán)保的新技術和設備；評定：達到技術要求、質量穩(wěn)定、經(jīng)濟效益明顯等第十五講：熱處理設備提問：熱處理工藝設計的主要任務？工件材料的選取原則？熱處理工藝規(guī)程擬定需要主要的問題？7 熱處理設備71 傳熱理論：傳導傳熱、對流傳熱、輻射傳熱（閱讀加熱爐或者材料熱傳輸原理相關知識）72 筑爐材料包括：耐火材料、隔熱材料、爐外和爐內用金屬材料、爐子的地基材料等。721 爐襯材料耐火材料：能夠抵抗高溫并承受在高溫下產生的物理與化學作用的材料。一般占總質量的60%以上。（1）物理性能：體積、密度、吸水率、氣孔率、比重、透氣性、耐壓強度、熱膨脹性、導電性、導熱性、熱容量等；（2）技術性能：耐火度、高溫結構強度、高溫化學穩(wěn)定性、熱震穩(wěn)定性、高溫體積穩(wěn)定性等。耐火材料的耐火度必須高于1580 ℃，%%（3）常用耐火材料：耐火粘土磚、高鋁磚、抗?jié)B碳磚、耐火混泥土、耐火纖維、耐火涂料等保溫材料：減少爐墻的散熱損失，節(jié)省熱能，改善勞動條件必須具備體積密度小、導熱系數(shù)小、比熱容小、較高的使用溫度等技術性能常用保溫材料：硅藻土、石棉、礦渣棉、膨脹珍珠巖、蛭石等；輕質的耐火磚及耐火纖維也可。爐襯材料的選擇原則：（1）連續(xù)作業(yè)電阻爐，應增加保溫層厚度；周期作業(yè)電阻爐，應減小保溫層厚度；（2）選用耐火材料時，只要考慮最高使用溫度、體積密度、熱導率、耐蝕性、高溫結構強度等性能；（3）選用保溫材料時，保溫層厚度應保證爐殼外表溫升不大于60 ℃，最高使用溫度應高于耐火層與保溫層交界面的溫度。722 ；爐用金屬材料爐外用：爐殼、爐子支架不受高溫作用普通金屬材料，低碳鋼板、槽鋼、角鋼等；爐內用：爐內構件（爐底板、爐罐、導軌、料盤、爐輥等）在高溫下工作，承受一定載荷，并受高溫介質的腐蝕，一般用耐熱金屬材料制造；如耐熱鋼、優(yōu)質碳素鋼、合金結構鋼等。73 熱處理電阻爐熱處理爐可分為：電阻爐、燃料爐、煤氣爐、油爐、煤爐等。熱處理電阻爐：以電作為熱源、將電流通入電熱元件，借助于電熱元件的電阻熱效應來實現(xiàn)工件加熱的爐子。特點：工作溫度范圍寬、易控溫、結構簡單、操作方