4.4 表面淬火与化学热处理
钢的表面热处理教案
一、定义
将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或
几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理
工艺。
配合视频
二、种类 渗碳； 渗氮； 碳氮共渗等。
演示
三、化学热处理的基本过程：
分解：化学介质在高温下释放出待渗的活性原子，例如：2CO
→ CO2 +〔C〕；
吸收：活性原子被零件表面吸收和溶解；
钢的表面热处理教案
课程
机械制造基础
专业 模具设计与制造 学 时 2
一、教学课题： 4.4 钢的表面热处理
二、教学目的 掌握部分：1、表面热处理的目的、分类； 2、常用的表面热处理工艺（感应加热表面淬火、渗碳）。 了解部分：表面热处理的典型零件。
三、教学重点、难点： 重点：钢的化学热处理工艺(渗碳)。 难点：表面淬火与化学热处理的区别。
物 AlN、MoN、CrN 等）-过渡层-基体； 3、层深：一般小于 1.0mm； 4、硬度：69-73HRC； 5 、 工 艺 ： 加 热 温 度 500-600 ℃ ( 温 度 较 低 ) ， 保 温 时 间 ：
0.3-0.5mm/20-50h； 6、热处理特点：氮化前调质处理，氮化后不需要后续处理； 7、材料：中碳，0.25-0.6%，通常是含有 Al、Cr、Mo 等元素， 如 38CrMoAl、35CrMo、40Cr 等； 8、应用：要求精度高、冲击载荷小，抗热、抗腐蚀的耐磨件：
4.4.1.2、火焰加热表面淬火 一、概念 火焰加热表面淬火是用乙炔－氧或煤气－氧等进行淬火。 火焰加热表面淬火示意图：
二、特点
1、设备简单, 操作方便, 成本低；
2、淬火质量不稳定；
3、适于单件、小批量及大型零件的生产。
钢的表面热处理
第八章钢的表面热处理知识要点：表面热处理的目的、分类；常用的表面热处理工艺（感应加热表面淬火和渗碳）；了解表面热处理的典型零件。
一、表面热处理的目的1．提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度。
→保证高精度2．使零件心部具有足够高的塑性和韧性。
→防止脆性断裂。
“表硬心韧”二、表面热处理的分类及工艺特点主要有两大类：表面淬火和化学热处理。
（一）表面淬火1．工艺：将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。
工艺特点：（1）不改变工件表面化学成分，只改变表面组织和性能；（2）表面与心部的成分一致，组织不同。
2．所用材料一般多用中碳钢、中碳合金钢，也有用工具钢、球墨铸铁等。
典型零件:如用40、45钢制作的机床齿轮齿面的强化、主轴轴颈处的硬化等。
3．常用表面淬火方法主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火。
（1）感应加热表面淬火原理：通以一定频率交变电流的感应线圈，产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流（涡流），利用工件的电阻而将工件加热；由于感应电流的集肤效应，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层。
感应线圈→交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→表层加热，快冷→淬硬层。
工件淬硬层的深度与频率有关：A. 0.2～2mm，高频感应加热（100—500KHz），适用于中小型齿轮、轴等零件；B．2～10mm，中频感应加热（0.5—10KHz），大中型齿轮、轴；C．〉10—15mm，工频感应加热（50Hz），用于大型轴、轧辊等零件。
特点：淬火质量好，表层组织细密、硬度高、脆性小、疲劳强度高；生产频率高、便于自动化，但设备较贵，不适于单件和小批量生产。
应用：主要零件类型是轴类、齿轮类、工模具，最常见的有：齿轮，如机床和精密机械上的中、小模数传动齿轮，蒸汽机车、内燃机车、冶金、矿山机械等上的大模数齿轮。
[知识]表面淬火与化学热处理工艺异同点
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表面淬火与化学热处理工艺异同点摘要：介绍表面淬火与化学热处理的工艺的不同以及各自的分类、加工方法。
关键词：表面淬火化学热处理异同点表面淬火只对工件的表面或部分表面进行热处理，所以只改变表层的组织。
而心部或其它部分的组织仍保留原来的低硬度、高塑性和高韧性的性能，这样工件截面上由于组织不同性能也就不同。
表面淬火便于实现机械化、自动化，质量稳定，变形小，热处理周期短，费用少，成本低，还可用碳钢代替一些台金钢。
化学热处理是将工件表面渗进了某些化学元素的原子，改变了表层的化学成份，使表面能得到高硬度或某些特殊的物理、化学性能。
而心部组织成份不变，仍保留原来的高塑性。
高韧性的性能，这样在工件截面上就有截然不同的化学成份与组织性能。
化学热处理生产周期长，不便于实现机械化、自动化生产，工艺复杂，质量不够稳定，辅助材料消耗多、费用大、成本高，许多情况下还需要贵重的合金钢。
化学热处理只在获得表面层的更高硬度与某些特殊性能及心部的高韧性等方面优于表面淬火。
表面淬火：钢的表面淬火有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。
在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。
由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。
根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。
三维网技术论坛3 N: A0 ? E/ p$ X+ i1 W! _1 K$ z感应加热表面淬火感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热• 感应加热的基本原理将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中相应地产生了感应电动势，在工件表面形成感应电流，即涡流。
这种涡流在工件的电阻的作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，可实现表面淬火。
中南大学制造工程训练答案
工程材料实习报告一、填空1 ．热处理工艺过程通常由加热、保温、冷却三个阶段组成。
热处理的目的是改变金属内部的组织结构，改善力学性能。
2. 退火处理有如下作用：消除中碳钢铸件缺陷；改善高碳钢切削加工性能；去除大型铸件、锻件应力。
3. 常用的表面热处理方法有表面淬火与化学热处理等几种，表面热处理的目的是改善零件的表面性能，表面处理后零件的心部性能一般影响不大。
4. 工具（刀具、量具和模具）需要高硬度和高耐磨性，淬火之后，应在150-250℃温度范围内进行低温回火；弹簧和弹性零件需要高强度、高弹性和一定的韧性，淬火之后应在300-500℃温度范围进行中温回火；齿轮和轴类等零件需要获得良好的综合力学性能，淬火之后，应在500-650℃温度范围内进行高温回火。
5 ．钢与铸铁的基本区别之一是含碳量不同，钢的含碳量在2.11%以下，铸铁的含碳量在2.11% 以上。
而钢的含碳量在0.25%以下时称为低碳钢，含碳量为0.25-0.60%为中碳钢，含碳量在大于0.6%时为高碳钢。
6 ．调质是淬火与高温回火相结合的热处理工艺。
二、名词解释退火：金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的过程；正火：将工件加热至Ac3或Acm 以上30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺；淬火：钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms 以下（或Ms 附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺；强度：表征金属材料抵抗断裂和变形的能力；塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力；冲击韧度：反应材料在冲击载荷的作用下抵抗断裂破坏的能力。
三、将下列各种牌号的材料，填入合适的类别，并举例说明可以制造何种零件Q235 45 QT600-2 HT200 KTB350-06 60Si2MnW18Cr4V 35CrMo T10 T12A 1Cr18Ni9 9SiCrQ２３５碳素结构钢，可以制造螺栓键轴W18Cr4V 高速钢，可以制造切削刀具模具４５碳素结构钢，可以制造轴齿轮1Cr18Ni9不锈钢，可以制造医疗工具量具T10碳素工具钢，可以制造锯条冲头HT200灰口铸铁，可以制造底座泵体阀体T12A 高级优质碳素工具钢，可以制造量规KTB350-06可锻铸铁, 可以制造扳手犁刀35CrMo 合金调质钢，可以制造齿轮主轴QT600-2 球墨铸铁，可以制造连杆曲轴60Si2Mn 合金弹簧钢，可以制造减震弹簧9SiCr 合金工具钢，可以制造丝锥四、问答：1 ．碳钢的力学性能与含碳量有何关系？低碳钢、中碳钢、高碳钢的力学性能有何特点？答：碳含量对碳钢力学性能的影响：随着碳含量的增加，钢的硬度始终上升，塑性、韧性始终下降；当碳含量小于0.9%时，随着碳含量的增加强度增加，反之，强度下降。
钢的表面淬火和化学热处理
3.钢的碳氮共渗 碳氮共渗又叫氰化，是在奥氏体状态下同时将碳、氮渗入工件表层，并以渗碳为 主的化学热处理工艺。 常用的气体碳氮共渗法，即在气体渗碳的基础上，同时向炉内 送入定量的氨气， 使它们分解为活性碳原子和氮原子。共渗温度 820~870℃，共渗层表面 wc 约 0.7％~1.0%, wN 约 0.15％~0.50%。
生一个频率相同的交变磁场。将工件放入线圈内，在工件内部产生同频率的感应电流 （涡流）。由于感应电流的集肤效应（电流集中分布在工件表面）和热效应，使工件表 层迅速加热到淬火温度，而心部则仍处于相变点温度以下，随即快速冷却，从而达到 表面淬火的目的。
钢的表面淬火和化学热处理
1.1钢的表面淬火
图 2-38 感应加热表面淬火示意图
钢的表面淬火和化学热处理
1.1钢2）的感表应面加淬热表火面淬火的特点
与普通加热淬火相比，感应加热表面淬火具有如下特点： ①加热速度快，只需几秒至几十秒就可将工件表层一定深度加热至淬火温度，使 表层获得晶粒细小的奥氏体组织，淬火后表层组织为细隐晶马氏体，表面硬度比普通 淬火高 2~3HRC，且脆性较小。 ②因加热时间短，减少了氧化脱碳工件。 ③因工件内部并未加热，淬火变形小。 ④易于控制淬硬层深度，可满足各种工件对淬硬层深度的不同要求。 ⑤便于机械化和自动化生产，生产率高，适于大批量生产。 但感应加热表面淬火设备比较昂贵，零件形状复杂时感应器制造困难，因而不适 于单件小批生产。
钢的表面淬火和化学热处理
1.1钢2.的火焰表加面热淬表面火淬火
火焰淬火是应用氧乙炔（或其他可燃气体）火焰对零件表面进行快速加热，随之 快速冷却的工艺，如图 2-39 所示。
表面淬火和化学热处理
时效1、概念：金属材料经过冷加工、热加工或固溶处理后，在室温下放置或适当升温加热时，发生的力学和物理性能能随着时间而变化的现象，称为时效。
2、机械制造过程中常用的时效方法主要有自然时效、热时效、变形时效、振动时效和沉淀时效等。
3、自然时效在室温下发生性能随着时间而变化的现象。
利用自然时效可以部分消除工件内的部分残余应力，稳定工件的形状和尺寸。
，但工件的内部残余应力不能完全消除。
4、热时效是指随着温度的不同，a—Fe中碳的溶解度发生变化，从而使钢的性能发生改变的过程。
5、变形时效是指钢在冷变形后进行的时效。
6、振动时效是指通过机械振动的方式来消除、降低或均匀工件内残余应力的工艺。
（抗疲劳性能）表面热处理与化学热处理需要考虑对零件进行表面热处理或化学热处理，以满足上述“表里不一”的性能要求。
一、表面热处理1、概念：是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
表面淬火是最常用的表面热处理工艺之一。
2、分类：按加热放法的不同：表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液加热表面淬火等。
目前生产中最多的是感应加热表面淬火。
表面淬火不改变工件表面的化学成分。
3、根据交流电流频率不同，感应加热表面淬火可分为三类：高频感应加热表面淬火应用范围：中小型轴、销、套等圆柱形零件，小模数齿轮。
●中频感应加热表面淬火应用范围：尺寸较大的轴类零件，大、中模数齿轮。
●工频感应加热表面淬火应用范围：大型零件表面淬火或棒料穿透加热。
三、化学热处理1、概念：式将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入到它表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
2、特点：化学热处理与表面淬火相比，其特点是表层不仅有组织的变化，而且还有化学成分的变化。
3、自身特点：由于渗入元素的不同，工件表面处理后获得的性能也不相同。
渗碳、渗氮、碳氮工渗的主要目的是提高工件表面的硬度和耐磨性；渗金属的主要目的是提高工件表面的耐腐蚀性和抗氧化性等。
表面淬火和化学热处理
表面淬火和化学热处理表面热处理和化学热处理都是改变钢件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
一、表面淬火表面淬火是通过快速加热，使钢的表层很快达到淬火温度，在热量来不及传到钢件心部时就立即淬火，从而使表层获得马氏体组织，而心部仍保持原始组织。
表面淬火的目的是使钢件表层获得高硬度和高耐磨性，而心部仍保持原有的良好韧性，常用于机床主轴、发动机曲轴、齿轮等。
表面淬火所采用的快速加热方法有多种，如电感应、火焰、电接触、激光等，目前应用最广泛的是电感应加热法。
感应加热表面淬火法就是在一个感应线圈中通以一定的交流电（有高频、中频、工频三种），使感应线圈周围产生频率相同、方向相反的感应电流，这个电流称为涡流。
由于集肤效应，涡流主要集中在钢件表层。
由涡流所产生的电阻热是钢件表层被迅速加热到淬火温度，随即向钢件喷水，将钢件表面淬硬。
感应电流的频率愈高，集肤效应愈强烈，故高频感应加热用途最广。
高频感应加热常用的频率为200~300 kHz，此频率加热速度极快，通常只有几秒钟，淬硬层深度一般为0.5~2mm，主要用于要求淬硬层较薄的中、小型零件。
感应加热表面淬火质量好，加热温度和淬硬层深度交易控制，易于实现机械化和自动化生产，缺点是设备昂贵，需要专门的感应线圈。
因此，主要用于成批或大量生产的轴、齿轮等零件。
二、化学热处理化学热处理是将钢件置于合适的化学介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入钢件表层，以改变钢件表层的化学成分和组织，从而获得所需的力学性能或理化性能。
化学热处理的种类很多，依照渗入元素的不同，有渗碳，渗氮，碳氮共渗等，以适应不同的场合，其中以渗碳应用最广。
渗碳是将钢件置于渗碳介质中加热、保温，使分解出来的活性碳原子渗入钢的表层。
渗碳是采用密闭的渗碳炉，并向炉内通以渗碳剂（如煤油），加热到900~950℃，经较长的时间保温，使钢件表层增碳。
渗碳件通常采用低碳钢或低碳合金钢，渗碳后渗层深一般为0.5~2mm，表层含碳量w c将增至1%左右，经淬火和低温回火后，表层硬度达到56~64HRC，因而耐磨；而心部因仍是低碳钢，故保持其良好的塑性和韧性。
钢的表面淬火和化学热处理
２）钢的渗氮（氮化） 渗氮是在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热 处理工艺，又称氮化。 渗氮能使零件获得比渗碳更高的表面硬度、耐磨性以及提 高其耐腐蚀性和疲劳强度。 （１）气体氮化 目前应用最广的是气体渗氮。气体渗氮是将工件置于通有 氨气（NH3）的密闭炉内，加热到500～560℃，氨分解产生的 活性氮离子[N]被工件表面吸收，并逐渐向心部扩散，从而形成 渗氮层。渗氮层的深度一般为0.1～0.6mm。 C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\热处理 录像4（钢的表面热处理与化学热处理）\氮化.rm
名称频率淬硬深度mm适用零件高频感应加热100500khz0525淬硬层较薄的中小型零件如小模数齿轮小的轴感应加热表面淬火种类及应用中频感应加热110khz310承受较大载荷和磨损零件如大模数齿轮较大凸轮等工频感应加热50hz1020要求硬层深的大型零件和钢材的穿透加热如轧辊火车车轮等感应加热速度极快时间很短仅为几秒钟加热淬火有如下特点
解的有机液体（如煤油、丙酮等），保温一段时间，渗碳气体 或有机液体在高温下分解产生活性碳原子，活性碳原子逐渐滲 入工件表面，并向心部扩散，形成一定深度的渗碳层。渗碳层 深度可通过控制保温时间来达到，一般为0.5～2.5mm。
井式渗碳炉
第1章 机械工程材料
工件渗碳后必须进行淬火和低温回火，最终表层为细小片 状的回火高碳马氏体及少量的渗碳体，这样表面可获得高的硬 度（60～64HRC）、耐磨性及疲劳强度；而心部组织取决于 钢的淬透性，一般低碳钢心部组织为铁素体和珠光体，硬度为 110～150HBS，低合金钢（20CrMnTi钢）通常心部组织为回 火低碳马氏体和少量铁素体，硬度为35～45HRC，具有较高 的强韧性和塑性。 气体渗碳的渗碳层质量高，渗碳过程易于控制，生产率 高，劳动条件好，易于实现机械化和自动化，适于成批或大量 生产。主要用于受磨损和较大冲击载荷的零件，如齿轮、活塞 销、凸轮、轴类等。
金属工艺学电子教学教案——第四章钢的热处理03(高教版王英杰主编).doc
第六节钢的表面热处理与化学热处理教学重点与难点1・重点表面淬火与化学热处理2 •难点渗碳与渗氮教学方法与手段1.利用挂图等教具。
2.列举生活与生产中应用表面淬火与化学热处理、渗碳与渗氮工艺的实例，分析原理与应用，以点带面，触类旁通。
教学组织1 •复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容的表面热处理♦表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
其中表面淬火是最常用的表面热处理。
♦表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的工艺。
其目的是使工件表面获得高硬度和耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性。
依加热方法的不同，表面淬火方法主耍有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、屯接触加热表面淬火及屯解液加热表面淬火等。
(一)感应加热表面淬火利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表而、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺称为感应加热淬火。
1.感应加热基木原理依靠感应电流的热效应，使工件表层在几秒钟内快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，淬帔工件表面层，这就是感应加热表面淬火的基本原理。
2.感应加热表面淬火的特点(1)加热时间短，工件基本无氧化、脱碳，且变形小。
奥氏休晶粒细小，淬火后获得细小马氏体组织，使工件表层比一般淬火駛度高2〜3HRC,且脆性较低。
工件表面淬火后，在淬硬的表面层中存在较大的残余压应力，因此，提高了工件的疲劳强度。
(2)加热速度快，热效率高，生产率高，易实现机械化、口动化，适于大批量生产。
(3)感应加热设备投资大，维修调试比较困难。
3 •感应加热表而淬火的应用感应加热表面淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢制造的工件，如40钢、45 钢、400、40MnB 等。
生产上通过选择不同的电流频率来达到满足不同要求的淬硬层深度。
根据电流频率不同，感应加热淬火分为三类：高频感应加热表面淬火、中频感应加热表面淬火和工频感应加热表面淬火。
感应加热表而淬火后，需要进行低温回火。
感应加热表面淬火零件的工艺路线一般如下：毛坯锻造(或轧材下料)一退火或正火一粗加工一调质一精加工一感应加热表而淬火一低温回火一磨削加工。
热处理工艺的制订规范
2、钢的渗碳
钢的渗碳是指向钢的表面渗入 碳原子的过程。
（1）渗碳目的
经
提高工件表面硬度、耐磨性
渗 碳
及疲劳强度，同时保持心部
的 机
良好的韧性。
车
从
（2）渗碳用钢
动
齿
为含0.1-0.25%C的低碳钢。
轮
碳高则心部韧性降低。
（3）渗碳方法 1） 气体渗碳法
将工件放入密封炉内，在高 温渗碳气氛中渗碳。
正火比退火冷却速度大。 1、正火后的组织：
● <0.6%C时，组织为F+S；
● 0.6%C时，组织为S 。
正火温度
正 火
2、正火的目的
⑴ 对于低、中碳钢 (≤0.6C%)，目的与退 火的相同。
⑵ 对于过共析钢，用于消 除网状二次渗碳体，为 球化退火作组织准备。
⑶ 普通件最终热处理。 合适切削加工硬度
中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴
各种感应器
工频感应加热 频率为50Hz,淬 硬层深度10-15 mm
感应穿透加热
各种感应器
⑵ 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加热 工件表面的方法。成本低，但质量 不易控制。
⑶ 激光热处理: 利用高能量密度的激 光对工件表面进行加热的方法。效 率高，质量好。
火焰加热表面淬火
空冷。主要用于共析、过共析钢。
球化退火的组织为铁素体基体上 分布着颗粒状渗碳体的组织， 称球状珠光体, 用P球表示。
对于有网状二次渗碳体的过共析钢， 球状珠光体
球化退火前应先进行正火，以消除网状.
二、正火
正火是将亚共析钢加热到 Ac3+30~ 50℃，共析钢加热到 Ac1+30~50℃，过共析钢 加热到Accm+30~ 50℃保温 后空冷的工艺。
钢的表面淬火,化学热处理特点
钢的表面淬火,化学热处理特点
钢的表面淬火是对钢材表面进行加热，然后快速冷却，以达到增加钢材硬度的目的。
淬火的化学热处理特点主要体现在以下几个方面：
首先，淬火可以改变钢材的组织结构，使其成为马氏体。
在钢材变为马氏体的金相组织中，分散着碳化物和/或含硫化物。
这些碳化物/含硫化物的分散可以提高
钢材的硬度和耐磨性。
其次，淬火可以提高钢材的强度。
热处理的目的之一是增强材料的强度。
在淬火过程中，钢材的晶粒细化，强度得到提高。
此外，淬火还可以改善钢材的韧性。
虽然淬火可以显著提高钢材的硬度和强度，但热处理过程中，钢材的韧性相对较差。
因此，通过淬火以后的回火或其他处理，可以提高钢材的韧性，保持高强度的同时，不牺牲钢材的韧性。
综上所述，钢的表面淬火是一种重要的化学热处理方式，它可以改善钢材的硬度、耐磨性、强度和韧性。
通过对不同工况下的钢材进行淬火处理和回火等后续
处理，可以满足不同用途的需求。
四种热处理方法
钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。
常用的整体热处理有退火，正火、淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火与化学热处理两类。
正火又称常化，是将工件加热至Ac3(Ac₃是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度)或Accm(Accm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线 )以上30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。
其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。
正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。
另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。
正火的主要应用范围有：①用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。
②用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。
③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。
④用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。
⑤用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。
⑥用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。
⑦过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。
正火后的组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+二次渗碳体，且为不连续。
正火主要用于钢铁工件。
一般钢铁正火与退火相似，但冷却速度稍大，组织较细。
有些临界冷却速度（见淬火）很小的钢，在空气中冷却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质，而称为空冷淬火。
与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的效果接近正火。
钢正火后的硬度比退火高。
正火时不必像退火那样使工件随炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在生产中一般尽可能用正火代替退火。
42CrMo钢板热处理工艺(最新版)解析
2．分类
a. 高频 200-300KHz，淬硬深度 0.5-2mm 小工件
b. 中频2500-8000Hz 淬硬深度2-5mm 尺寸较大的工件
c. 低频 50Hz
淬硬深度10-15mm 大型工件
d. 超音频 30-40KHz
3．钢种
中碳钢和中碳低合金钢
4．特点
a. 加热速度快 几秒——几十秒
b. 加热时实际晶粒组小，淬火得到极细马氏体，硬度↑， 脆性↓
（2）热处理工艺制定的依据； （3）尺寸效应。
三、回火
定义: 把淬火后的零件重新加温到 A1线以下某个温 度,保温一段时间,然后冷却到窒温。
1．回火目的（淬火组织的问题） a. 消除淬火应力，降低脆性； b. 稳定工件尺寸，由于M，残余A不稳定； c. 获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。
工艺参数及组织
淬火 + 高温回火 = 调质处理
2．钢在回火时的组织转变
a. 马氏体分解（200℃以下）：析出ε-Fe2.4C碳化物（亚稳定） 回火组织：回火马氏体M’→过 饱 和α固溶体十亚稳定ε碳化物 （极细的)
作用：晶格畸变降低，淬火应力有所下降。 b. 残余A分解（200-300℃）：A→M’（或A→B下）
1．淬火温度的决定
淬火温度过高→A粗大→M粗大→力学性能↓， 淬火温度过高→A粗大→M粗大→淬火应力↑→变形，开裂↑
2．淬火介质 保证 快速冷却
650℃以上，慢，减小热应力 650-400℃，快，避免跨越C曲线 400℃以下，慢，减轻相变应力
理想淬火冷却曲线示意图
不同淬火方法示意图
以45#钢为例的淬火工艺曲线：
加热温度： Ac1以上20-40度 组 织： 球状P（F+球状Cem） 目 的： ①使Cem球化→HRC↓，韧性↑→切削性↑；
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附
二、热处理应力对淬火裂 纹的影响
存在于淬火件不同部位上能引起应力集中的因 素(包括冶金缺陷在内),对淬火裂纹的产生都有促 进作用,但只有在拉应力场内才会表现出来 。淬火 冷却速度是一个能影响淬火质量并决定残余应力 的重要因素,也是一个能对淬火裂纹赋于重要乃至 决定性影响的因素。残余应力效果将随高温冷却 速度的加快而增大。而且,在能淬透的情况下,截面 尺寸越大的工件,虽然实际冷却速度更缓,开裂的危 险性却反而愈大。
钢的碳氮共渗
碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮 的过程，习惯上碳氮共渗又称作氰化。目 前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共 渗(即气体软氮化)应用较是广。中温气体碳 氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨 性和疲劳强度，低温气体碳氮共渗以渗氮 为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗 咬合性。
附
二、钢的氮化
一定温度下，活性氮原子渗入工件表层， 提高工件表层硬度、耐磨性、疲劳强度、红 硬性和耐蚀性的热处理工艺。 渗氮包括气体渗氮、离子渗氮等。
三、碳氮共渗（氰化）
工件表层渗入碳和氮，以渗碳为主。 四、气体氮碳共渗（气体软氮化） 工件表层渗入碳和氮，以渗氮为主。
钢的氮化(气体氮化)
概念：氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，
一、渗碳(carburizing)
钢在渗碳介质中，加热、保温，碳原子 渗入工件表层，淬火后，提高表层硬度、 耐磨性。 1）渗碳方法 包括固体渗碳、气体渗碳、真空渗碳、 液体渗碳等。
1 、 气 体 渗 碳 的 基 本 过 程
1）介质的分解 渗碳：2CO→CO2+[C]， CH4→2H2+[C]，CO+H2→[C]+H2O 渗氮：2NH3→[N]+3H2
③热处理
a.直接淬火法
c.二次淬火法
b.一次淬火法
第一次，AC3+30~50℃，改善心部，消除表层网状组 织；
第二次，AC1+30~50℃，细化表层，M细+Fe3CⅡ
心部和表层组织细化，力学性能好，但工艺复杂，成 本高。
渗碳淬火后，必须低温回火（150～200℃）
表层组织：M回+Fe3C+AR少，58～64HRC 心部组织：M回+F少量（低合金钢，淬透），35~45HRC F+P（低碳钢原始组织，未淬透）， 15HRC
一、钢的热处理应力
工件在加热和冷却过程中,由于表层和心部的冷却速度 和时间的不一致,形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不 均而产生应力,即热应力。当冷却速度愈快,含碳量和合金 成分愈高,冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性 变形愈大,最后形成的残余应力就愈大。 奥氏体向马氏体转变时,因比容的增大会伴随工件体积 的膨胀;工件各部位先后相变，造成体积长大不一致而产 生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力, 心部受压应力,恰好与热应力相反。组织应力的大小与工 件在马氏体相变区的冷却速度,形状，材料的化学成分等 因素有关。
附
三、残余压应力对工件的影响
渗碳表面强化作为提高工件的疲劳强度的方法 应用得很广泛的原因。 一方面是由于它能有效的增加工件表面的强度和 硬度，提高工件的耐磨性；另一方面是渗碳能有 效的改善工件的应力分布,在工件表面层获得较大 的残余压应力,提高工件的疲劳强度; 如果在渗碳后再进行等温淬火将会增加表层残 余压应力,使疲劳强度得到进一步的提高。
3）感应淬火的特点
优点：
①加热速度快； ②表层获得极细小的M组织，其硬度比普 通淬火高2～3HRC且脆性低；疲劳强 度提高20~30％； ③表面质量好，氧化、脱碳、变形小； ④生产效率高，易机械化、自动化。
缺点：
设备贵，难以维修调整；不适于形状过于复
杂的零件及单件生产。 最适宜钢种：中碳钢和中碳合金钢，45、 40Cr、40MnB等。 含碳量过高，心部塑、韧性差，表层脆性 大，易开裂；含碳量过低，降低表面淬硬层 的硬度和耐磨性。
一、感应加热表面淬火
1）基本原理，见图4-35 铜制感应器—电流，工件表层同步感 应电流—涡流，具有集肤效应，表层 迅速加热到淬火温度，喷水淬硬。
电流频率越高，电流集中的表面层越 薄。
2）感应加热的分类
①高频感应加热（200～300kHz） 淬硬层0.5～2mm，小模数齿轮、小轴等。 ②中频感应加热（2.5～8kHz） 淬硬层2～10mm，大、中模数齿轮，较大 直径的轴等。 ③工频感应加热（50Hz） 淬硬层10～20mm，大直径轧辊、火车轮、 轴类等零件的传透加热。
§4.4 钢的表面热处理
Surface strengthening technology
表面强化旨在增强材料表面强度、硬度、 耐磨性、耐蚀性、物理性能及美观性等。
包括机械的、物理的、化学的等一系列 表面强化处理方法。
表面热处理：为改变工件表面组织与性能而 对工表面 高硬度和高耐磨性，心部具有足够的塑、 韧性。
2）工件表面吸收 渗入元素在基体中有较大的可溶性。 3）原子扩散过程 原子扩散，形成扩散层。
2、渗碳用钢、渗碳层的组织及热处理
①渗碳用钢
低碳、低合金钢（WC=0.1％~0.25％） 渗碳后表层WC=0.85~1.05% ②组织： 工件渗碳后的组织由表面到心部依次为过共析 （P+Fe3CⅡ）、共析（P）、亚共析（P+F）和原始 组织（F+P）。
其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳 强度和抗腐蚀性。 它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子， 被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩 散。 氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。 适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴(如镗杆、 磨床主轴)，高速柴油机曲轴、阀门等。
氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质
注意： 预处理有调质和正火，调质性能好； 表面淬火后必须立即低温回火。
二、火焰淬火
用氧—乙炔或煤气—氧燃烧加热工件表 面，喷水冷却。 淬硬层2～6mm 操作、设备简单，成本低；但技术要求 高，质量不稳定。 单件、小批生产及大型零件等。
4.4.2 钢的化学热处理
将工件置于某种化学介质中，加热、保温 冷却，使一种或几种元素渗入工件表面， 改变其化学成分、组织和性能的热处理工 艺。 渗碳、碳氮共渗，HB↑、耐磨性↑、耐疲 劳性↑； 氮化、渗硼、渗铬，硬、耐磨、耐蚀等。
如选高碳钢淬火，硬度高，表面耐磨性好， 但心部韧性差； 如选低碳钢淬火，心部韧性好，但表面硬 度低，耐磨性差。 表面热处理强化:表面淬火、化学热处理
4.4.1 表面淬火
工件表层加热淬火，心 部保持未淬火状态。 表层极细M（隐晶M）， 硬、耐磨； 心部为原始组织S正或S 回，足够强度、塑韧性 较好。
－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。 由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高 强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获 得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。 钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高 的表面硬度大于HV850)及耐磨性。 氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感 应表面淬火相比，变形小得多