1、熱處理：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝。為簡明表示熱處理的基本工藝過程，通常用溫度—時(shí)間坐標(biāo)繪出熱處理工藝曲線。

第四章鋼的熱處理熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用。在機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過熱處理。在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。至于模具、滾動(dòng)軸承則要100%經(jīng)過熱處理?？傊匾牧慵家?jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍苁褂谩?/p>

2、熱處理特點(diǎn)：熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。

鑄造軋制3、熱處理適用范圍：只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。

4、根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點(diǎn)不同，將熱處理工藝分類如下：其他熱處理普通熱處理表面熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理表面淬火—感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱等化學(xué)熱處理—滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等

[重點(diǎn)掌握]

鋼在加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變的過程中及影響因素；2.共析鋼奧氏體等溫冷卻曲線中各條線的含義。C曲線中各種溫度區(qū)域內(nèi)奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形貌，性能特點(diǎn)。3.奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的特點(diǎn)，冷卻速度對鋼的組織變化和最終性能的影響；4.各種熱處理的定義、目的、組織轉(zhuǎn)變過程，性能變化，用途和使用的鋼種、零件的范圍。

第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第三節(jié)鋼的普通熱處理第四節(jié)表面熱處理和表面工程技術(shù)第五節(jié)可控氣氛熱處理[教學(xué)內(nèi)容]

一、鋼的臨界溫度鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示。由于實(shí)際加熱或冷卻時(shí)存在過冷或過熱現(xiàn)象，因此，將第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變加熱是熱處理的第一道工序。在臨界點(diǎn)以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。

二、奧氏體的形成

1.奧氏體的形成的基本過程奧氏體化也是形核和長大的過程，分為四步?，F(xiàn)以共析鋼為例說明：第一步：奧氏體晶核形成：首先在

與Fe3C相界形核。

第二步：奧氏體晶核長大：

晶核通過碳原子的擴(kuò)散向

和Fe3C方向長大。鋼加熱時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表示，冷卻時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示

第三步：殘余Fe3C溶解：鐵素體在成分、結(jié)構(gòu)上比Fe3C更接近于奧氏體，因而先于Fe3C消失，而殘余Fe3C則隨保溫時(shí)間延長不斷溶解直至消失。

第四步：奧氏體均勻化。Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本相同。但由于先共析

或二次Fe3C的存在，要獲得全部奧氏體組織，必須相應(yīng)加熱到Ac3或Accm以上。2.影響奧氏體形成的因素

1．加熱溫度T↑→A化↑

(D↑→濃度梯度大）

2.含碳量C%↑→界面多→核心多→轉(zhuǎn)變快3.加熱速度

V↑→轉(zhuǎn)變開始溫度↑，轉(zhuǎn)變時(shí)間↓

4．合金元素

a.Cr、M0、W、V、Nb、Ti強(qiáng)碳化物形成元素，↓奧氏體形成速度

b.C0、Ni非碳化物形成元素，↑奧氏形成速度c.Al、Si、Mn影響不大5．原始組織片狀，片間距小→相界面多→碳彌散度大→碳原子擴(kuò)散距離短→奧氏體形核長大快>粒狀第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能

過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變方式有等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變兩種。

兩種冷卻方式示意圖1——等溫冷卻2——連續(xù)冷卻處于臨界點(diǎn)A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖是表示奧氏體急速冷卻到臨界點(diǎn)A1以下在各不同溫度下的保溫過程中轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系曲線。又稱C曲線或TTT曲線。

(Time-Temperature-Transformation)1、C曲線的建立以共析鋼為例：⑴取一批小試樣并進(jìn)行奧氏體化。⑵將試樣分組淬入低于A1點(diǎn)的不同溫度的鹽浴中，隔一定時(shí)間取一試樣淬入水中。⑶測定每個(gè)試樣的轉(zhuǎn)變量，確定各溫度下轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系。⑷將各溫度下轉(zhuǎn)變開始時(shí)間及終了時(shí)間標(biāo)在溫度—時(shí)間坐標(biāo)中，并分別連線。轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變開始線。轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變終了線。A1-Ms

間及轉(zhuǎn)變開始線以左的區(qū)域?yàn)檫^冷奧氏體區(qū)。轉(zhuǎn)變終了線以右及Mf以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。兩線之間及Ms與Mf之間為轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間溫度A1MSMfA過冷APBMA→MA→BA→P轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線5506502s10s5s2s5s10s30s40s2、C曲線的分析⑴

轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。孕育期越小，過冷奧氏體穩(wěn)定性越小。孕育期最小處稱C曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處的溫度為550℃。在鼻尖以上，溫度較高，相變驅(qū)動(dòng)力小。在鼻尖以下，溫度較低，擴(kuò)散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。⑵C曲線明確表示了過冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。3、影響C曲線的因素⑴成分的影響

①含碳量的影響：共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右。由共析鋼成分開始，含碳量增加或減少都使C曲線左移。Ms

與Mf

點(diǎn)隨含碳量增加而下降。

與共析鋼相比，亞共析鋼和過共析鋼C曲線的上部各多一條先共析相的析出線。合金元素的影響除Co

外，凡溶入奧氏體的合金元素都使C曲線右移。⑵奧氏體化條件的影響奧氏體化溫度提高和保溫時(shí)間延長，使奧氏體成分均勻、晶粒粗大、未溶碳化物減少，增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移。在使用C曲線時(shí)應(yīng)注意奧氏體化條件及晶粒度的影響。除Co

和Al

外，所有合金元素都使Ms

與Mf點(diǎn)下降。二、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能

隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變。以共析鋼為例說明：㈠珠光體轉(zhuǎn)變珠光體的組織形態(tài)及性能

過冷奧氏體在A1到550℃間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物，根據(jù)片層厚薄不同，又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體。珠光體索氏體托氏體光鏡下形貌電鏡下形貌⑴珠光體：形成溫度為A1-650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示。光鏡形貌電鏡形貌⑵索氏體形成溫度為650-600℃，片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，用符號S表示。⑶托氏體形成溫度為600-550℃，片層極薄，電鏡下可辨，用符號T表示。電鏡形貌光鏡形貌珠光體、索氏體、屈氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對的。片間距

bHRC

片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。㈡貝氏體轉(zhuǎn)變

貝氏體的組織形態(tài)及性能：過冷奧氏體在550℃-230℃

(Ms)間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類型組織，貝氏體用符號B表示。根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體（B下）。上貝氏體下貝氏體⑴上貝氏體形成溫度為550-350℃。在光鏡下呈羽毛狀。在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長的鐵素體條之間。光鏡下電鏡下⑵下貝氏體形成溫度為350℃-230℃(Ms)。在光鏡下呈竹葉狀。在電鏡下為細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長軸方向呈55-60o角。光鏡下電鏡下上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無實(shí)用價(jià)值。下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。B上B下㈢馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過冷到Ms

以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。1、馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)碳在α-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體,用符號M表示。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。馬氏體組織馬氏體具有體心正方晶格（a=b≠c）軸比c/a稱馬氏體的正方度。C%越高，正方度越大，正方畸變越嚴(yán)重。當(dāng)＜0.25%C時(shí)，c/a=1，此時(shí)馬氏體為體心立方晶格。FCCBCT鐵原子馬氏體的形成碳原子2、馬氏體的形態(tài)馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類。⑴板條馬氏體

立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。光鏡下電鏡下⑵針狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。電鏡下電鏡下光鏡下⑶馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量C%小于0.2%時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時(shí)則幾乎全部是針狀馬氏體。C%在0.2~1.0%之間為板條與針狀的混合組織。0.45%C0.2%C1..2%C馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系3、馬氏體的性能高硬度是馬氏體組織性能的主要特點(diǎn)。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。當(dāng)含碳量大于0.6%時(shí)，其硬度趨于平緩。合金元素對馬氏體硬度的影響不大。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%馬氏體的透射電鏡形貌針狀馬氏體板條馬氏體馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）

轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度，℃轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650~600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600~550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350~MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS~Mf非擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MS~Mf板條狀50淬火三、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT曲線，是通過測定不同冷速下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。共析鋼CCT曲線過共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線(Continuous-Cooling-Transformation)1、過冷A的CCT曲線共析鋼的CCT曲線沒有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)之下多了一條轉(zhuǎn)變中止線。當(dāng)連續(xù)冷卻曲線碰到轉(zhuǎn)變中止線時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變中止，余下的奧氏體一直保持到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。Vk’Vk共析鋼的CCT曲線45鋼850℃油冷組織(M+T)圖中的Vk為CCT曲線的上臨界冷卻速度，即獲得全部馬氏體組織時(shí)的最小冷卻速度。Vk’

為CCT曲線的下臨界冷卻速度。

Vk

1.5Vk

’

。2.CCT曲線和C曲線的比較CCT曲線位于TTT曲線右下方。CCT曲線獲得困難，TTT曲線容易測得?？捎肨TT曲線定性說明連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變情況。方法是將連續(xù)冷卻曲線繪在C

曲線上，依其與C

曲線交點(diǎn)的位置來說明最終轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。用TTT曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變爐冷空冷油冷水冷3．C曲線的應(yīng)用（1）根據(jù)工件要求，確定熱處理工藝。（2）確定工件淬火時(shí)的臨界冷速。（3）可以指導(dǎo)連續(xù)冷卻操作

V1:爐冷（退火）PV2:空冷，SV3：空冷，SV4：油冷，T+M+A'V5：水冷，M+A'（4）選擇鋼材的依據(jù)（5）C曲線對選擇淬火介質(zhì)與淬火方法有指導(dǎo)。第三節(jié)鋼的普通熱處理

機(jī)械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）→預(yù)備熱處理→機(jī)加工→最終熱處理。退火與正火工藝主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)才作為最終熱處理。

一、鋼的退火將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻（爐冷）的熱處理工藝叫做退火。1、退火目的⑴調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。⑵消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。⑶細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。真空退火爐2、退火工藝退火的種類很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火。⑴完全退火主要用于亞共析鋼。加熱溫度

Ac3+30~50℃。組織：F+P⑵等溫退火亞共析鋼加熱溫度Ac3+30~50℃共析、過共析鋼加熱溫度Ac1+30~50℃保溫后快冷到略低于Ar1的溫度停留，待相變完成后出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時(shí)間。高速鋼等溫退火與普通退火的比較⑶球化退火球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。主要用于共析鋼和過共析鋼。加熱溫度Ac1+30-50℃通過緩冷或者冷卻到略低于Ar1的溫度下保溫，使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷。球化退火的組織：在鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體，稱球狀珠光體，用P球表示。對于有網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析鋼，球化退火前應(yīng)先進(jìn)行正火，以消除網(wǎng)狀。球狀珠光體二、正火正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30~50℃，共析鋼加熱到Ac1+30~50℃，過共析鋼加熱到Accm+30~50℃，保溫后空冷的工藝。正火比退火冷卻速度大。1、正火后的組織：

●

<0.6%C時(shí)組織F+S●

0.6%C時(shí)組織S正火溫度2、正火的目的⑴

對于低、中碳鋼(≤0.6C%)，目的與退火的相同。⑵

對于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。⑶

普通件最終熱處理。要改善切削性能：低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火，高碳鋼用球化退火。熱處理與硬度關(guān)系合適切削加工硬度三、鋼的淬火淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于Vk速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。淬火是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。淬火的目的：獲得馬氏體組織，提高鋼的性能。真空淬火爐1、淬火溫度1）碳鋼⑴亞共析鋼淬火溫度：Ac3+30-50℃。預(yù)備熱處理組織：退火(F+P)或正火組織(F+S或S)。亞共析鋼淬火組織：

0.5%C時(shí)為M

0.5%C時(shí)為M+A’。65MnV鋼(0.65%C)淬火組織45鋼(含0.45%C)正常淬火組織在Ac1~Ac3之間的加熱淬火稱亞溫淬火。亞溫淬火組織為F+M強(qiáng)硬度低，但塑韌性好。

35鋼（含0.35%C）亞溫淬火組織

⑵共析鋼淬火溫度Ac1+30-50℃淬火組織M+A’。⑶過共析鋼淬火溫度Ac1+30-50℃溫度高于Accm，奧氏體晶粒粗大、淬火后馬氏體晶粒粗大；M含碳量高，A’量增多。使鋼硬度、耐磨性下降，脆性、變形開裂傾向增加。淬火組織為M+顆粒狀Fe3C+A’*

預(yù)備熱處理組織P球。T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織2）合金鋼

由于多數(shù)合金元素(Mn、P除外)對奧氏體晶粒長大有阻礙作用，因而合金鋼淬火溫度比碳鋼高。⑴

亞共析鋼淬火溫度

Ac3+50－100℃⑵共析鋼、過共析鋼淬火溫度

Ac1+50－100℃

2、淬火介質(zhì)理想的冷卻曲線應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達(dá)到既獲得馬氏體組織，又減小內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還理想淬火曲線示意圖MsMf沒有找到理想的淬火介質(zhì)。常用淬火介質(zhì)是水和油。水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫卻能力太大，只用于形狀簡單的碳鋼件。油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間，用于形狀復(fù)雜件的分級淬火和等溫淬火。其他淬火介質(zhì)如聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)上常用的介質(zhì)。不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(共析鋼)等溫退火P退火(爐冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A’等溫淬火B(yǎng)下M+A’分級淬火M+A’淬火(水冷)A1MSMf時(shí)間溫度淬火PP均勻A細(xì)A？？？

井式回火爐四、鋼的回火

回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。1、回火的目的1）減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂。2）獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。3）穩(wěn)定尺寸。回火可使非平衡M與A’轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時(shí)變形。4）高淬透性鋼的軟化，這類鋼空冷即可淬火，如采用回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置或使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。2、回火的種類1）低溫回火回火溫度：

150~250℃組織轉(zhuǎn)變：從馬氏體中析出細(xì)片狀

-碳化物；

A’分解為

-碳化物和過飽和鐵素體。這種在馬氏體基體上分布著細(xì)片狀碳化物的組織稱為回火馬氏體，用M回表示。低溫回火的目的是在保留淬火后高硬度、高耐磨性的同時(shí)，降低內(nèi)應(yīng)力，提高韌性。主要用于處理各種工具、模具、軸承及經(jīng)滲碳和表面淬火的工件。回火屈氏體

2）中溫回火回火溫度：350-500℃組織轉(zhuǎn)變：

-碳化物溶解于鐵素體中,同時(shí)從鐵素體中析出Fe3C。到350℃,馬氏體中的含碳量已降到鐵素體的平衡成分，內(nèi)應(yīng)力大量消除。M回火轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀Fe3C的組織，稱為回火托氏體，用T回表示?；鼗鹜惺象w組織具有較高的彈性極限和屈服極限，并具有一定的韌性，硬度一般為35~45HRC。主要用于各類彈簧的熱處理。汽車板簧熱卷彈簧回火索氏體3、高溫回火回火溫度：500-650℃

組織轉(zhuǎn)變：Fe3C發(fā)生聚集長大，鐵素體發(fā)生多邊形化。

這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體，用S回表示。回火索氏體組織具有良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，具有良好的塑性和韌性。通常把淬火加高溫回火的熱處理工藝稱作“調(diào)質(zhì)處理”，簡稱“調(diào)質(zhì)”。調(diào)質(zhì)廣泛用于連桿、軸、齒輪等各種重要結(jié)構(gòu)件的處理。也可作為精密零件、量具等的預(yù)備熱處理。柴油機(jī)連桿第四節(jié)表面熱處理及表面工程技術(shù)表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織的情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。一、鋼的表面淬火表面淬火目的：①

使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限;②

心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。感應(yīng)加熱表面淬火示意圖感應(yīng)加熱表面淬火機(jī)床表面淬火常用加熱方法1.感應(yīng)加熱：利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。感應(yīng)加熱分為：①高頻感應(yīng)加熱

頻率為250-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm傳動(dòng)軸連續(xù)淬火感應(yīng)器感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖②中頻感應(yīng)加熱

頻率為2500-8000Hz淬硬層深度2-10mm齒圈淬火機(jī)床各種感應(yīng)器③工頻感應(yīng)加熱頻率為50Hz淬硬層深度10-15mm各種感應(yīng)器感應(yīng)穿透加熱

2.火焰加熱：利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。3.激光熱處理：利用高能量密度的激光對工件表面進(jìn)行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好。火焰加熱表面淬火示意圖激光表面處理二、鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是指將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織，進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。

與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分。

化學(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。1.化學(xué)熱處理的基本過程

1）介質(zhì)(滲劑)的分解：分解的同時(shí)釋放出活性原子。如：滲碳CH4→2H2+[C]

氮化2NH3→3H2+2[N]2）工件表面的吸收：活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。3）原子向內(nèi)部擴(kuò)散。

氮化擴(kuò)散層2.鋼的滲碳

是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。1）滲碳目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持心部良好的韌性。2）滲碳用鋼為含0.1-0.25%C的低碳鋼。碳高則心部韌性降低。井式氣體滲碳爐氣體滲碳法示意圖3）滲碳方法①

氣體滲碳法將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。滲劑為氣體(煤氣、液化氣等)或有機(jī)液體(煤油、甲醇等)。優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量好，效率高；缺點(diǎn)：滲層成分與深度不易控制。②固體滲碳法將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。滲劑為木炭。優(yōu)點(diǎn)：操作簡單；缺點(diǎn)：滲速慢，勞動(dòng)條件差。③

真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。優(yōu)點(diǎn)：表面質(zhì)量好，滲碳速度快。真空滲碳爐4）滲碳溫度

900-950℃。滲碳層厚度(由表面到過度層一半處的厚度)：一般為0.5-2mm。低碳鋼滲碳緩冷后的組織滲碳層表面含碳量：以0.85-1.05為最好。滲碳緩冷后的組織:

表層為P+網(wǎng)狀Fe3CⅡ；心部為F+P；中間為過渡區(qū)。3.鋼的氮化

氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。1）氮化用鋼井式氣體氮化爐為含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳鋼。常用鋼號為38CrMoAl。2）氮化溫度：500-570℃。氮化層厚度不超過0.6-0.7mm。3）常用氮化方法氣體氮化法與離子氮化法。氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。離子氮化法是在電場作用下，使電離的氮離子高速?zèng)_擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時(shí)間短，氮化層脆性小。離子氮化爐4、氮化的特點(diǎn)及應(yīng)用⑴氮化件表面硬度高（HV1000-2000），耐磨性高。⑵疲勞強(qiáng)度高。由于表面存在壓應(yīng)力。氮化層組織38CrMoAl氮化層硬度⑶工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進(jìn)行熱處理。⑷耐蝕性好。因?yàn)楸韺有纬傻牡锘瘜W(xué)穩(wěn)定性高。氮化的缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。用于耐磨性及精度均要求很高的零件，或要求耐熱、耐磨及耐蝕的零件。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等。

第五節(jié)熱處理新工藝簡介

由于大多數(shù)的鋼鐵熱處理是在空氣中進(jìn)行的，所以氧化、脫碳是熱處理常見的缺陷之一。它不但造成鋼鐵材料的大量損耗，而且也使產(chǎn)品質(zhì)量及使用壽命下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在汽車制造業(yè)中，在氧化介質(zhì)中熱處理造成的燒損量占整個(gè)熱處理零件重量的7.5%。另外，熱處理過程中產(chǎn)生的氧化皮也需要在后序的加工中清理掉，既增加了工時(shí)又浪費(fèi)了材料。目前防止氧化和脫碳的最有效方法是采用可控氣氛熱處理和真空熱處理。

一可控氣氛熱處理和真空熱處理1.可控氣氛熱處理向爐內(nèi)通入一種或幾種一定成分的氣體，通過對這些氣體成分的控制，使工件在熱處理過程中不發(fā)生氧化和脫碳，這就是可控氣氛熱處理。一般可控氣氛往往是由CO、H2、N2及微量的CO2和H2O與CH4等多種氣體混合而成。適當(dāng)調(diào)整混合氣體的成分,可以控制氣氛的性質(zhì)，達(dá)到無氧化脫碳或滲碳的目的。具有氧化與脫碳作用的氣體，如O2、CO2和H2O等,它們在高溫下都會使工件表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化和脫碳,在氣氛中應(yīng)嚴(yán)格控制。具有還原作用的氣體，如H2和CO，它們不僅能保護(hù)工件在高溫下不發(fā)生氧化，而且還能將已氧化的鐵還原。另外，CO還具有弱滲碳的作用。

中性氣體，如N2在高溫下與工件既不發(fā)生氧化、脫碳，也不增碳。一般做保護(hù)氣氛使用。

具有強(qiáng)烈滲碳作用的氣體，如CH4及其它碳?xì)浠衔铩H4在高溫下能分解出大量的碳原子，滲入鋼表面使之增碳。我國目前常用的可控氣氛主要有以下四大類：放熱式氣氛吸熱式氣氛氨分解氣氛滴注式氣氛

2真空熱處理雖然真空熱處理設(shè)備的投資比較大，但金屬和合金在真空熱處理時(shí)會產(chǎn)生一些和常規(guī)熱處理技術(shù)所沒有的作用，是一種能得到高的表面質(zhì)量的熱處理新技術(shù)，目前越來越受到重視。(1)真空熱處理的效果

真空的保護(hù)作用真空加熱時(shí)，由于氧的分壓很低，可以有效防止氧化和脫碳。同時(shí)真空熱處理屬于無污染的潔凈熱處理。

表面凈化作用在高真空中氧的分壓很低，加熱可以加速金屬氧化物分解，從而獲得光亮的表面。

脫脂作用在機(jī)械加工時(shí)，工件不可避免地沾有油污。在真空加熱時(shí)，這些油污迅速分解為氫、水蒸氣和二氧化碳，很容易蒸發(fā)而被排出爐外。所以在真空熱處理中，即使工件表面有輕微的油污也會得到光亮的表面。

脫氣作用在真空中長時(shí)間加熱能使溶解在金屬中的氣體逸出，有利于提高鋼的韌性。

工件變形小在真空中加熱，升溫速度慢，工件截面溫差小，所以處理時(shí)變形小。(2)真空熱處理的應(yīng)用

真空退火利用真空無氧加熱的效果，進(jìn)行光亮退火。主要應(yīng)用有冷拉鋼絲的中間退火、不銹鋼的退火以及有色合金的退火等。

真空淬火真空淬火已廣泛應(yīng)用于各種鋼的淬火處理，尤其是高合金工具鋼的淬火處理，保證了熱處理工件的質(zhì)量，大大提高了工件的性能。二、熱噴涂技術(shù)1涂層的形成與涂層結(jié)構(gòu)熱噴涂是利用熱能（火焰、電弧、等離子弧等）將噴涂材料加熱熔化，然后在壓縮氣流或熱源自身射流作用下，熔化的噴涂材料被霧化成微細(xì)熔滴，熔融的粒子在高速氣流的帶動(dòng)下向前噴射，在基體表面發(fā)生碰撞、變形、冷凝，最終形成涂層.如圖所示。熱噴涂層是由無數(shù)變形粒子呈波浪式相互交錯(cuò)堆疊在一起的層疊結(jié)構(gòu)，涂層內(nèi)存在許多孔隙。熱噴涂的孔隙率在0.1％～20％之間，取決于噴涂的方法和噴涂工藝。熱噴涂涂層中的一些穿透性孔隙將降低涂層的耐腐蝕性能，對于一些需要在腐蝕條件下使用的噴涂件，噴涂后要進(jìn)行封閉處理。2涂層的結(jié)合強(qiáng)度熱噴涂的涂層結(jié)合強(qiáng)度包括涂層與基材之間的結(jié)合強(qiáng)度以及涂層內(nèi)顆粒之間的結(jié)合強(qiáng)度。在熱噴涂涂層中存在以下幾種結(jié)合形式：1）顆粒與顆粒之間、顆粒與基體之間因撞擊成扁平狀，并相互嵌合形成的機(jī)械結(jié)合。2）熔融粒子高速撞擊基體表面的瞬間，高溫熔融粒子與基體之間發(fā)生的元素?cái)U(kuò)散和焊合形成的冶金結(jié)合。3）熔融粒子撞擊到基材表面時(shí)，局部接觸的緊密程度可以達(dá)到晶格常數(shù)的范圍，這時(shí)就會產(chǎn)生范德華力形成的物理結(jié)合。一般來說，熱噴涂的涂層與基體的之間的結(jié)合主要以機(jī)械結(jié)合為主，結(jié)合強(qiáng)度比較差，最高也只能達(dá)到幾Mpa。

在熱噴涂過程中，當(dāng)熔融粒子撞擊基體表面瞬間，由于快速凝固和冷卻會在涂層的內(nèi)部產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)應(yīng)力過大時(shí)，就可能使涂層產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致涂層剝離。涂層厚度越大，內(nèi)應(yīng)力也就越大。噴涂前對基體進(jìn)行預(yù)熱處理和降低噴涂后的冷卻速度都是減小涂層內(nèi)應(yīng)力，防止涂層開裂的有效措施。3熱噴涂材料熱噴涂材料按其形態(tài)可分為線材和粉末二大類，如下表.4熱噴涂工藝流程熱噴涂工藝流程包括工件表面的預(yù)處理→預(yù)熱→噴涂打底層→噴涂工作層→噴涂的后處理等。類別分類品種線材金屬及其合金Zn、A1、Cu、Mo、Zn-A1，碳鋼、不銹鋼粉末金屬及其合金Zn、A1、Ni、Mo、Ni-Cr、NiCrAlY，F(xiàn)eCrAlY自熔性合金Ni基自熔性合金、Co基自熔性合金、Fe基自熔性合金金屬氧化物A12O3、ZrO2、Cr2O3、TiO2包覆粉鎳包鋁、鋁包鎳塑料聚乙烯、尼龍、EVA樹脂

常用熱噴涂線材和粉末5熱噴涂方法根據(jù)所用熱源不同，熱噴涂可分為火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂和超音速噴涂。線材火焰噴涂粉末火焰噴涂電弧噴涂等離子噴涂超音速火焰噴涂比較項(xiàng)目火焰噴涂電弧噴涂等離子噴涂超音速火焰噴涂熱源O2+C2H4電弧加熱壓縮電弧煤油、丙烯、H2焰流溫度/℃850～20008000200001400～2500顆粒速度/（m·s－1）20～8020～30030～800100～1000結(jié)合強(qiáng)度/MPa>7>10>35>70最小孔隙（％）<12<10<2<0.1最大涂層厚度/mm0.2～1.00.1～3.00.05～0.50.1～1.2噴涂成本低低高較高表常用熱噴涂技術(shù)的工藝特性6熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用自上世紀(jì)50年代以來，噴涂技術(shù)發(fā)展很快，每年全球熱噴涂的產(chǎn)值按5％～10％遞增，熱噴涂幾乎深透到每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。（1）耐腐蝕涂層噴涂Al、Zn及Al-Zn合金涂層，用于橋梁、鐵塔等大型構(gòu)件的防腐處理，防腐壽命可達(dá)幾十年。（2）耐磨涂層噴涂各種鐵基、鎳基和鈷基耐磨合金涂層或氧化鋁耐磨陶瓷涂層，用于提高零件表面耐磨性能，延長其使用壽命.也可用于修復(fù)因磨損失效的機(jī)械零部件。（3）耐高溫涂層用于改善金屬材料的抗高溫氧化性能，如用等離子噴涂陶瓷涂層。（4）功能涂層如噴涂生物相容性好的羥基磷灰石涂層，使人體生物組織與種植體形成緊密的結(jié)合三、電刷鍍技術(shù)1.電刷鍍也叫無槽電鍍，電化學(xué)原理與電鍍相同。電刷鍍與傳統(tǒng)槽鍍最大的區(qū)別是工件不需要浸泡在裝有電鍍液的鍍槽中，蘸有鍍液的鍍筆只需在工件表面做往復(fù)運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)涂鍍。

電刷鍍工作原理圖2.常用的刷鍍液有快速鍍鎳、酸性鍍鎳、中性鍍鎳、低應(yīng)力鎳等。與普通電鍍液相比，刷鍍液中的金屬離子濃度比較高，可以使用比較大的電流密度，因此電刷鍍的沉積速度比較快。3.電刷鍍設(shè)備包括刷鍍電源、刷鍍筆等。刷鍍電源為直流電源，輸出電壓可在0V～50V內(nèi)連續(xù)可調(diào)。刷鍍筆一般用高純度石墨制造，將其加工成各種形狀，以便與被鍍工件