【正文】 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(diǎn)以上 , 然后依靠零件本身的傳熱 , 來(lái)實(shí)現(xiàn)快速冷卻淬火。 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。 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。 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 。 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 。主要采用 氣體碳氮共滲 ，可分為 高溫 和 低溫 兩種方法。 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(guò)熱蒸氣和堿性溶液中均很穩(wěn)定。 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 氮化前零件須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理 。 2．氮化 氣體氮化與氣體滲碳相比 , 其特點(diǎn)是 : ① 氮化溫度低 , 一般為 500℃ ～ 600℃ 。 （ 1）氮化工藝 目前廣泛應(yīng)用的是 氣體氮化 。 2．氮化 氮化 就是向鋼件表面滲入氮的工藝。 心部韌性較好 , 硬度較低。 (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）。 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 。在 900℃ 滲碳，保溫 1h， 滲層厚度為, 保溫 4h, 滲層厚度可達(dá) 1mm。滲碳溫度一般采用 900℃ ～950℃ 。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(guò)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(shí)間等。 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(guò)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?；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。 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(guò)程。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。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。 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(huì)有所下降。 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。主要用于處理各類彈簧。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。主要用于處理各種高碳鋼工具、模具、滾動(dòng)軸承以及滲碳和表面淬火的零件。所以低溫回火后組織為回火馬氏體＋殘余奧氏體。在低溫回火時(shí)，從淬火馬氏體內(nèi)部會(huì)析出碳化物（ Fe2,4C）薄片，馬氏體的過(guò)飽和度減小。 (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(shí)間 , 然后冷卻到室溫的熱處理工藝叫做 回火 。 (a) 40CrNiMo完全淬透 。 (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。臨界冷卻速度越小，即奧氏體越穩(wěn)定，則鋼的淬透性越好。 (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(huì)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 半馬氏體組織比較容易由顯微鏡或硬度的變化來(lái)確定。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。 淬透性可用“末端淬火法”來(lái)測(cè)定。 1單介質(zhì)淬火 2雙介質(zhì)淬火 3分級(jí)淬火 4等溫淬火 圖 744 不同淬火方法示意圖 （ 2）鋼的淬透性 ① 鋼的淬透性及其測(cè)定方法 鋼接受淬火時(shí)形成馬氏體的能力叫做鋼的 淬透性 。油一般用作合金鋼的淬火介質(zhì)。 水在生產(chǎn)上主要用于形狀簡(jiǎn)單、截面較大的碳鋼零件的淬火。 圖 743 鋼的淬火溫度范圍 （ 1）淬火工藝 ② 加熱時(shí)間的確定 加熱時(shí)間包括升溫和保溫兩個(gè)階段的時(shí)間。 淬火 是鋼的最重要的強(qiáng)化方法。 正火 后的組織：亞共析鋼為 F+S, 共析鋼為 S, 過(guò)其析鋼為 S+Fe3CII。 去應(yīng)力退火 是將鋼件加熱至低于Ac1的某一溫度 (一般為 500℃ ～ 650℃ ), 保溫 , 然后隨爐冷卻 , 這種處理可以消除約50%～ 80%的內(nèi)應(yīng)力 , 不引起組織變化。 1．退火 （ 3）球化退火 圖 742 球化退火組織 1．退火 （ 4） 擴(kuò)散退火 為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分和組織不均勻性，將其加熱到略低于固相線的溫度，長(zhǎng)時(shí)間保溫并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝，稱為 擴(kuò)散退火 或 均勻化退火 。 1．退火 （ 3）球化退火 球化退火為使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝。 1．退火 （ 1） 完全退火 表 73 45鋼鍛造后與完全退火后的機(jī)械性能比較 狀態(tài) / MPa / MPa / ％ / ％ / kJ 1．退火 （ 1） 完全退火 完全退火的目的在于，通過(guò)完全重結(jié)晶，使熱加工造成的粗大、不均勻的組織均勻化和細(xì)化，以提高性能；或使中碳以上的碳鋼和合金鋼得到接近平衡狀態(tài)的組織，以降低硬度，改善切削加工性能。 1．退火 (a)加熱溫度范圍 (b)工藝曲線 圖 741 碳鋼各種退火和正火工藝規(guī)范示意圖 1．退火 （ 1） 完全退火 完全退火 又稱 重結(jié)晶退火 ，是把鋼加熱至 Ac3以上 20℃ ～ 30℃ , 保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻（隨爐冷卻或埋入石灰和砂中冷卻） , 以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。 鋼的普通熱處理 1． 退火 將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度 ， 保溫一定時(shí)間 ， 然后緩慢冷卻（ 一般為隨爐冷卻 ） ， 以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做 退火 。 表面熱處理包括感應(yīng)加熱淬火 、 火焰加熱淬火和電接觸加熱淬火等；化學(xué)熱處理包括滲碳 、 氮化 、 碳氮共滲 、滲硼 、 滲硫 、 滲硅 、 滲鋁 、 滲鉻等 。在貝氏體形成過(guò)程中，鐵原子不擴(kuò)散而碳原子還有一定的擴(kuò)散能力。 （ 1） 貝氏體組織 貝氏體是奧氏體在中溫區(qū)的共析產(chǎn)物，是由含碳過(guò)飽和的鐵素體和碳化物組成的兩相混合物，其組織和性能都不同于珠光體。 貝氏體轉(zhuǎn)變 共析成分的奧氏體過(guò)冷到大約 550℃ ～240℃ 的中溫區(qū)內(nèi)保溫，便發(fā)生奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變，形成貝氏體。 （ 3）馬氏體轉(zhuǎn)變是不徹底的，總要?dú)埩羯倭繆W 氏體 。 （ 1）奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變?yōu)榉菙U(kuò)散型轉(zhuǎn) 變。韌性好。脆性大。 、結(jié)構(gòu)和性能 馬氏體塑性、韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)。 3. 馬氏體形成后 ， 碳及合金元素向位錯(cuò)和其他晶體缺陷處偏聚或析出 ， 使位錯(cuò)難以運(yùn)動(dòng) ，造成時(shí)效硬化 。 圖 731 馬氏體的硬度與其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系 、結(jié)構(gòu)和性能 馬氏體強(qiáng)化 的原因主要有以下幾方面： 1. 碳對(duì)馬氏體的固溶強(qiáng)化作用 。 圖 727 馬氏體的體心正方晶格 、結(jié)構(gòu)和性能 （ 2） 馬氏體的組織形態(tài) 馬氏體的形態(tài)一般分板條狀 和 針狀 （ 或 片狀 ）兩種其形態(tài)決定于奧氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 。 、結(jié)構(gòu)和性能 （ 1） 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu) 馬氏體是碳在 中的過(guò)飽和固溶體，具有體心正方晶格。 馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生在比較低的溫度區(qū)內(nèi) ， 而且是在連續(xù)冷卻過(guò)程中進(jìn)行的 。 圖 725 共析鋼珠光體的機(jī)械性能 與片層間距和轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系 3. 珠光體的組織和性能 共析滲碳體 的形狀對(duì)于珠光體的性能也有重要影響，在相同的硬度下，粒狀珠光體比片狀珠光體的拉伸性能好得多。 組織名稱 （符號(hào)） 形成溫度范圍/℃ 片層間距 /μ m 硬度 珠光體（ P） 索氏體（ S） 屈氏體（ T） A1～ 650 650～ 600 600～ 550 ～ 170～ 200HB 25～ 35HRC 35～ 40HRC 表 72 共析鋼的珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 3. 珠光體的組織和性能 片狀珠光體的性能主要取決于 片層間距 。