【正文】 淬透性曲線的測定 圖 745 用末端淬火法測定鋼的淬透性 （ 2）鋼的淬透性 在實際生產(chǎn)中 , 往往要測定淬火工件的 淬透層深度 。所謂 淬透層深度 即是從試樣表面至半馬氏體區(qū) (馬氏體和非馬氏體組織各占一半 )的距離。 在同樣淬火條件下 , 淬透層深度越大 , 則反映鋼的淬透性越好。 （ 2）鋼的淬透性 半馬氏體組織比較容易由顯微鏡或硬度的變化來確定。半馬氏體組織和馬氏體一樣 , 硬度主要與其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān) , 而與合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系不大。 (a) 45鋼和 40Cr鋼的淬透性曲線 (b) 半馬氏體硬度與碳含量的關(guān)系曲線 圖 747 利用淬透性曲線比較鋼的淬透性 （ 2）鋼的淬透性 鋼淬火后硬度會大幅度提高，能夠達(dá)到的最高硬度稱為鋼的 淬硬性 ，它主要決定于馬氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 （ 2）鋼的淬透性 ② 影響淬透性的因素 鋼的 淬透性 由其 臨界冷卻速度 決定。臨界冷卻速度越小，即奧氏體越穩(wěn)定，則鋼的淬透性越好。因此，凡是影響奧氏體穩(wěn)定性的因素，均影響鋼的淬透性。 (a) 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) (b) 合金元素 (c) 奧氏體化溫度 (d) 鋼中未溶第二相 （ 2）鋼的淬透性 ③ 淬透性曲線的應(yīng)用 利用淬透性曲線 , 可比較不同鋼種的淬透性。淬透性不同的鋼材經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后 , 沿截面的組織和機(jī)械性能差別很大 。 (a) 40CrNiMo完全淬透 。 (b) 40Cr鋼淬透較大厚度 。 (c) 40鋼淬透較小厚度 圖 748 淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后 機(jī)械性能的比較 4． 回火 鋼件淬火后 , 為了消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求的組織和性能 , 將其加熱到 Ac1以下某一溫度 , 保溫一定時間 , 然后冷卻到室溫的熱處理工藝叫做 回火 。 4． 回火 根據(jù)回火溫度的高低，一般將回火分為三種： （ 1）低溫回火 回火溫度為 150℃ ～ 250℃ 。在低溫回火時，從淬火馬氏體內(nèi)部會析出碳化物（ Fe2,4C）薄片，馬氏體的過飽和度減小。部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w , 但量不多。所以低溫回火后組織為回火馬氏體＋殘余奧氏體。 低溫回火的目的是降低淬火應(yīng)力，提高工件韌性，保證淬火后的高硬度和高耐磨性。主要用于處理各種高碳鋼工具、模具、滾動軸承以及滲碳和表面淬火的零件。 4． 回火 （ 2）中溫回火 回火溫度為 350℃ ～ 500℃ ，得到鐵素體基體與大量彌散分布的細(xì)粒狀滲碳體的混合組織，叫做回火屈氏體 (回火 T)。鐵素體仍保留馬氏體的形態(tài)，滲碳體比回火馬氏體中的碳化物粗大。 回火屈氏體具有高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，同時也具有一定的韌性，硬度一般為 35HRC～45HRC。主要用于處理各類彈簧。 4． 回火 （ 3）高溫回火 回火溫度為500℃ ～ 650℃ , 得到粒狀滲碳體和鐵素體基體的混和組織 , 稱 回火索氏體 。 圖 749 回火索氏體 500 （ 3）高溫回火 回火索氏體 (回火 S)綜合機(jī)械性能最好 , 即強(qiáng)度、塑性和韌性都比較好，硬度一般為25HRC～ 35HRC。 通常把淬火加高溫回火稱為 調(diào)質(zhì)處理 ，各種重要的機(jī)器結(jié)構(gòu)件，特別是受交變載荷的零件，如連桿、軸、齒輪等廣泛采用調(diào)質(zhì)處理工藝。 4． 回火 隨著回火溫度的升高 , 碳鋼的硬度、強(qiáng)度降低，塑性提高，但回火溫度太高，則塑性會有所下降。 圖 750 鋼的硬度隨回火溫度的變化 4． 回火 圖 751 鋼機(jī)械性能與回火溫度的關(guān)系 4． 回火 圖 752 淬火鋼中馬氏體的碳含量、殘余奧氏體量、內(nèi)應(yīng)力 及碳化物粒子大小與回火溫度的關(guān)系 鋼的表面熱處理 僅對鋼的表面加熱、冷卻而不改變其成分的熱處理工藝稱為 表面熱處理 , 也叫 表面淬火 。按照加熱的方式，有 感應(yīng)加熱 、 火焰加熱 、 電接觸加熱 和 電解加熱 等表面熱處理，最常用的是前兩種。 1． 感應(yīng)加熱表面熱處理 圖 753 感應(yīng)加熱表面淬火示意圖 1． 感應(yīng)加熱表面熱處理 表面淬火一般用于中碳鋼和中碳低合金鋼 ,如 4 40Cr、 40MnB鋼等。這類鋼經(jīng)預(yù)先熱處理 (正火或調(diào)質(zhì) )后表面淬火 , 心部保持較高的綜合機(jī)械性能 , 而表面具有較高的硬度 (50HRC)和耐磨性。 2．火焰加熱表面熱處理 火焰加熱表面淬火，是用乙炔－氧或煤氣－氧等火焰加熱工件表面，然后進(jìn)行淬火。 圖 754 火焰加熱表面淬火示意圖 鋼的化學(xué)熱處理 化學(xué)熱處理 是將鋼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面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進(jìn)表面性能，滿足技術(shù)要求的熱處理過程。 按照表面滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為 滲碳 、 氮化 、 碳氮共滲 、 滲硼 、 滲鋁 等?；瘜W(xué)熱處理能有效地提高鋼件表層的耐磨性、耐蝕性、抗氧化性能以及疲勞強(qiáng)度等。 鋼的化學(xué)熱處理 鋼件表面化學(xué)成分的改變，取決于處理過程中發(fā)生的以下三個基本過程： 1. 介質(zhì)的分解 2. 表面吸收 3. 原子擴(kuò)散 1．滲碳 （ 1）滲碳的目的 為了增加表層的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和獲得一定的碳濃度梯度 , 鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱和保溫，使碳原子滲入表面的工藝稱為 滲碳 。 滲碳使低碳 (碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) %～ %)鋼件表面獲得高碳濃度（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約 %），在經(jīng)過適當(dāng)淬火和回火處理后，可提高表面的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而使心部仍保持良好的韌性和塑性。 1．滲碳 （ 2）滲碳方法 常用的是 氣體滲碳 方法。將工件裝在密封的滲碳爐中，加熱到 900℃ ～ 950℃ ，向爐內(nèi)滴入易分解的有機(jī)液體（如煤油、苯、甲醇等），或直接通入滲碳?xì)怏w（如煤氣、石油液化氣等），通過下列反應(yīng)產(chǎn)生活性碳原子，使鋼件表面滲碳： 2CO→CO2+[C] CO2+H2→H2O+[C] CnH2n→nH2+n[C] CnH2n+2→(n+1)H2+n[C] 1．滲碳 （ 3）滲碳工藝 滲碳工藝參數(shù)包括 滲碳溫度 和 滲碳時間等。 奧氏體的溶碳能力較大，因此滲碳加熱到 Ac3以上。滲碳溫度一般采用 900℃ ～950℃ 。滲碳時間則決定于滲層厚度的要求。在 900℃ 滲碳，保溫 1h， 滲層厚度為, 保溫 4h, 滲層厚度可達(dá) 1mm。 1．滲碳 圖 755 氣體滲碳裝置示意圖 1．滲碳 低碳鋼滲碳后緩冷下來的顯微組織：表面為珠光體和二次滲碳體 (過共析組織 ), 心部為原始亞共析組織 (珠光體和鐵素體 ), 中間為過渡組織。 圖 756 低碳鋼滲碳緩冷后的顯微組織 1．滲碳 （ 4）滲碳后的熱處理 (a)、 (b)直接淬火 。 (c)一次淬火 。 (d)二次淬火 圖 757 滲碳后的熱處理示意圖 1．滲碳 （ 5）鋼滲碳、淬火、回火后的組織和性能 滲碳件組織：表層為高碳回火馬氏體 +碳化物 +殘余奧氏體，心部為低碳回火馬氏體（或含鐵素體、屈氏體）。 滲碳體性能為： ① 表面硬度高，耐磨性較好 。 心部韌性較好 , 硬度較低。 ② 疲勞強(qiáng)度高。 2．氮化 氮化 就是向鋼件表面滲入氮的工藝。 氮化 的目的在于更大地提高鋼件表面的硬度和耐磨性，提高疲勞強(qiáng)度和抗蝕性。 （ 1）氮化工藝 目前廣泛應(yīng)用的是 氣體氮化 。氨被加熱分解出活性氮原子（ 2NH3→3H2+2[N]), 氮原子被鋼吸收并溶入表面 , 在保溫過程中向內(nèi)擴(kuò)散 , 形成滲氮層。 2．氮化 氣體氮化與氣體滲碳相比 , 其特點是 : ① 氮化溫度低 , 一般為 500℃ ～ 600℃ 。② 氮化時間長 ，一般為 20h～ 50h，氮化層厚度為 ～ 。 ③ 氮化前零件須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理 。 2．氮化 （ 2）氮化件的組織和性能 ① 鋼件氮化后具有很高的硬度，且在 600℃ ～650℃ 下保持不下降，所以具有很高的耐磨性和熱硬性。 ② 鋼氮化后 , 滲層體積增大 , 造成表面壓應(yīng)力 , 使疲勞強(qiáng)度大大提高。 ③ 氮化溫度低 , 零件變形小。 ④ 氮化后表面形成致密的化學(xué)穩(wěn)定性較高的 ε相層 , 所以耐蝕性好 , 在水、過熱蒸氣和堿性溶液中均很穩(wěn)定。 3．碳氮共滲 碳氮共滲 就是同時向零件表面滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝，又稱 氰化 。主要采用 氣體碳氮共滲 ，可分為 高溫 和 低溫 兩種方法。低溫碳氮共滲以氮為主，實質(zhì)上就是軟氮化。 幾種表面熱處理和化學(xué)熱處理的比較 鋼的熱處理新技術(shù) 1. 可控氣氛熱處理 在爐氣成分可控制的爐內(nèi)進(jìn)行的熱處理稱為可控氣氛熱處理 。 可控氣氛熱處理能減少和避免鋼件在加熱過程中氧化和脫碳，節(jié)約鋼材，提高工件質(zhì)量；可實現(xiàn)光亮熱處理，保證工件的尺寸精度；可進(jìn)行控制表面碳濃度的滲碳和碳氮共滲，可使已脫碳的工件表面復(fù)碳等。 鋼的熱處理新技術(shù) 2. 真空熱處理 在真空中進(jìn)行的熱處理稱為 真空熱處理 。它包括 真空淬火 、 真空退火 、 真空回火 和 真空化學(xué)熱處理 等。 真空熱處理的效果： 1. 減少變形 2. 凈化表面 3. 脫氣作用 鋼的熱處理新技術(shù) 2. 真空熱處理 真空熱處理的應(yīng)用： 1. 真空退火 2. 真空淬火 3. 真空滲碳 鋼的熱處理新技術(shù) 3．離子滲擴(kuò)熱處理 圖 761 離子滲擴(kuò)爐示意圖 鋼的熱處理新技術(shù) 4．形變熱處理 形變強(qiáng)化和熱處理強(qiáng)化都是金屬及合金最基本的強(qiáng)化方法。將塑性變形和熱處理有機(jī)結(jié)合起來，以提高材料機(jī)械性能的復(fù)合熱處理工藝，稱為 形變熱處理 。 4．形變熱處理 （ 1）高溫形變熱處理 高溫形變熱處理是將鋼加熱到奧氏體區(qū)域進(jìn)行塑性變形，然后立即淬火和回火的工藝方法。 圖 763 高溫形變熱處理工藝曲線示意圖 4．形變熱處理 （ 2）中溫形變熱處理 中溫形變熱處理 是將鋼加熱到穩(wěn)定的奧氏體狀態(tài)后 , 迅速冷卻到過冷奧氏體的亞穩(wěn)區(qū)進(jìn)行塑性變形 , 然后淬火和回火。 圖 764 中溫形變熱處理工藝曲線示意圖 鋼的熱處理新技術(shù) 5．激光加熱表面淬火 激光加熱表面淬火 是利用高能量密度的激光束掃描工件表面 , 將其迅速加熱到鋼的相變點以上 , 然后依靠零件本身的傳熱 , 來實現(xiàn)快速冷卻淬火。