普通热处理方法、特点和应用

2.疲劳强度，冲击韧性都有所提高，一般工件可提高20～30%；
3.变形小；
4.淬火层深度易于控制；
5.淬火时不易氧化和脱碳；
6.可采用较便宜的低淬透性钢；
7.操作易于实现机械化和自动化，生产率高；
8.电流频率愈高，淬透层愈薄。例如高频淬火一般1～2mm，中频淬火一般3～5mm工频淬火能到≥10～15mm
火 焰 表 面淬火
用乙炔-氧或煤气-氧混合气体燃烧的火焰，喷射到零件表面上，快速加热，当达到淬火温度后，立即喷水或用乳化液进行冷却
淬透层深度一般为2～6mm，过深往往引起零件表面严重过热，易产生淬火裂纹。表面硬度钢可达到HRC40～48,合金铸铁为HRC43～52。这种方法简便，无需特殊设备，但易过热，淬火效果不稳定，因而限制了它的应用
1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能和压力加工性能（对于不存在珠光体型转变的某些高合金钢，不能采用退火来软化，而要正火后加高温回火，也属于不发生相变的退火）；
2.细化晶粒，调整组织（限于有相变的退火），改善力学性能，为下一步工序作准备；
3.消除铸、锻、焊、轧、冷加工等所产生的内应力
碳钢退火后的硬度
2.渗碳层深度可达4～10mm，渗碳层硬度分布曲线比渗氮层硬度分布曲线要平缓，所以受到冲击时，不易剥落；
3.具有较高的抗弯曲疲劳性能；
4.表面耐磨性能或得均匀的硬化层，几乎不受零件形状复杂程度的限制；表面淬火则较困难
渗碳的目的是提高钢表面的硬度和耐磨性而心部仍保持韧性和高塑性
适用于单件或小批生产和需要局部淬火的工具或零件，如大型轴类、大模数齿轮等
常用钢材为中碳钢，如35、45及中碳钢（合金元素< 3%），如40Cr，65Mn等，还可用于灰铸铁件、合金铸件。碳含量过低，淬火后硬度低，而碳合金元素过高，则易裂，因此，以含碳量0.35～0.5%之间的碳素钢最适宜
感应加热表面淬火
广泛地应用于各种较为重要的结构零件，特别是在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴等。不但可作为这些重要零件的最终热处理，而且还常可作为某些精密零件如丝杆等的预先热处理，以减小最终热处理中的变形，并为获得较好的最终性能提供组织基础
调质
5.3表面处理方法、特点和应用
名称
操作
特点
应用
表面热处理是通过改变零件表面组织，以获得硬度很高的马氏体。而保留心部韧性和塑性（即表面淬火），或同时改变表面的化学成分，以获得耐蚀、耐酸、耐碱性及表面硬度比前者更高（即化学热处理）的处理方法
回火
将淬火后的工件重新加热到 以下某一温度，保温一段时间，然后取出以一定方式冷却下来
常见回火方法如下
钢淬火后的组织是马氏体和部分残余奥氏体，处于亚稳定状态，回火是使其趋于稳定状态的处理。随着回火温度升高，硬度、强度下降，而塑性、韧性提高
回火的主要目的：
1.降低脆性，消除内应力，减少工件的变形和开裂；
2.调整硬度，提高塑性和韧性，获得工件所要求的机械性能；
3.稳定工件尺寸
低温回火
回火温度为150～250℃
回火后获得回火马氏体组织，但内应力消除不彻底，故应适当延长保温时间
目的是降低内应力和脆性，而保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性。主要用于各种工具、模具、滚动轴承和渗碳或表面淬火的零件等
中温回火
回火温度为350～450℃左右
缺点：处理复杂零件比渗碳困难
常用中碳钢（0.4～0.5%C）和中碳合金结构钢，也可用高碳工具和低碳合金工具钢，以及铸铁
一般零件淬透层深度为半径的1/10左右时，可得到强度、耐疲劳性和韧性的最好配合。对于小直径10～20mm的零件，建议用教深的淬透层深度，即可达半径的1/5；对于截面较大的零件可取较浅的淬透层深度，即小于半径1/10以下。参见下表
载荷
低
较大
重
超重
渗碳层深度，mm
﹤0.5
0.5～1.0
1.0～1.5
﹥1.5
渗碳层表面硬度应不低于HRC56，对于用合金钢制造的重要零件应不低于HRC60
为了保证渗碳后零件的性能，渗碳层的含碳量最好在0.85～1.05%
模数大于4mm、齿宽大于直径的重负荷圆柱齿轮和圆弧齿轮，或模数在5～8mm的重负荷直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮等，因为表面淬火不能获得均匀分布的淬透层，而采用渗碳淬火
名称
操作
特点
应用
碳渗共 渗（氧化）
向工件表面同时渗碳和渗氮的方法
碳氮共渗分气体碳氮共渗、液体碳氮共渗和固体碳氮共渗，目前国内逐渐用气体碳氮共渗代替液体碳氮共渗和渗碳处理。如按加热温度还可以分高温碳氮共渗、中温碳氮共渗和低温碳氮共渗。
非共渗部位的防护，通常采用镀铜。但要求铜层较渗碳用的厚而且更致密一些
3球化硬度hb150150220220229187217名称操作特点应用正火又称正常化或明火将工件加热到c3a或cma以上3050保温一定时间然后以稍大于退火的冷却速度冷却下来如空冷风冷喷雾等得到片层间距较小的珠光体组织有的叫正火素氏体与退火相比正火后的组织虽然同样是珠光体型的但组织细弥散度大从而有较高的机械性能还有生产周期短设备利用率高成本较低的优点但劳动条件差正火的目的与退火相似已如前述
与渗碳相比：
1.共渗层的硬度（～HV1000）比渗碳层略高，并能保持较高的温度，耐磨性也比渗碳层高；
2.抗蚀性高；
3.具有较高的疲劳强度；
4.零件变形小；
5.生产周期比渗氮更短；
6.中、高温氮化表面组织应为氮化物的马氏体和屈氏-马氏体，低碳钢高温渗氮共析和亚共析层组织。碳钢的过渡层为屈氏体-索氏体
缺点是液体碳氮共渗有剧毒，共渗后，还许淬火和低温回火
QPQ 或 无 公 害 盐 浴 复 合 处 理
国外也称为无公害盐浴碳氮共渗
清洗→预热→氮化→氧化→清洗→浸油
1.盐浴复合处理后的工件（未淬火）的耐磨性远远高于高频淬火、渗碳淬火的工件；
2.可使调质的45钢疲劳强度提高40%以上；
3.QPQ处理后的工件的抗蚀性比发黑高几倍到十几倍，甚至远远高于镀装饰铬和不锈钢；
9Cr2Mo、
9Cr2W
工频设备
承受变向负荷的零件
（0.1～0.15）D(D为零件直径)
5.4表面化学热处理的方法、特点和应用
名称
操作
特点
应用
渗碳
将工件放入渗碳介质中，在900～950℃加热，保温，使钢件表层增碳的过程。渗碳后，必须淬火，使表面得到马氏体，才能实现渗碳的目的。
渗碳分固体渗碳、气体渗碳和液体渗碳。气体渗碳生产率高，劳动条件好，渗碳质量容易控制，并易于实现机械化和自动化，目前正逐步取代固体渗碳
淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，但有时对某些高金刚，如不锈钢、耐磨钢淬火时，则是为了获得单一均匀的奥氏体组织，以分别提高其耐蚀性和耐磨性
淬火的目的是：
1.提高硬度和耐磨性
2.淬火加中或高温回火以获得良好的综合力学性能；
应根据淬火零件的材料、形状、尺寸和所要求的力学性能的不同的淬火方法；
如果工件只需要局部提高硬度，则可进行局部淬火，以避免工件其他部分产生变形和开裂
回火后获得屈氏体组织，在这一温度范围内回火，必须快冷，延长保温时间
目的在于保持一定韧性的条件下提高弹性和屈服强度，故主要用于各种弹簧、锻模、冲击工具及某些要求高强度的零件，如刀杆等
高温回火
回火温度为500～680℃，回火后获得索氏体组织。淬火+高温回火称为调质处理，可获得强度、塑性、韧性都比较好的综合力学性能，并可使某些具有二次硬化作用的高合金钢（如高速钢）二此硬化，其缺点是工艺较复杂，在提高塑性、韧性同时，强度、硬度有所降低，目前在某些地方已可用变形处理﹡来代替调质处理，球铁等温淬火代替45钢调质
当渗碳零件有不允许高硬度的部位，可采取铸铜的方法来防止渗碳或者采取多留加工余量的方法
1.零件经渗碳热处理后的最终组织，其表面为针状回火马氏体及二次渗碳体，硬度为HRC58～85，而心部组织随钢种不同呈低碳马氏体、屈氏体和索氏体等组织，其硬度在HRC20～45之间变动，重负荷零件不低于HRC30(合金钢)
将工件放入感应器中，使工件表面产生感应电流，在极短的时间内加热到淬火温度后，立即喷水冷却，使工件表面淬火，从而获得非常细小的针状马氏体组织
根据电流频率不同，感应加热表面淬火，可以分为：
1.高频淬火:100～1000KHz
2.中频淬火:1～10 KHz
3.工频淬火:50Hz
1.表面硬度比普通淬火高2～3HRC，并具有较低的脆性；
4.可代替很多零件的高频淬火或渗碳淬火—回火—发黑或镀硬铬三道工序，大大节能
1.适用于各种结构钢、工具钢、不锈钢、铸铁和粉末冶金件；
2.可以大量替代渗碳淬火、高频淬火、易变形件的淬火，代替发黑，镀硬铬、镀装饰铬和某些不锈钢件；
3.适用于汽车、机车、柴油机、纺织机械、农用机械、机床等
5.5常用材料的工件条件和热处理
与退火相比，正火后的组织虽然同样是珠光体型的，但组织细，弥散度大，从而有较高的机械性能，还有生产周期短，设备利用率高成本较低的优点，但劳动条件差
正火的目的与退火相似，已如前述。具体应如下：
1.用于含碳低于0.25%的低碳钢工件，以代替退火，有利于钢的切削加工，此时钢的正火温度应提高到 +（100～150℃）为宜，通称高温正火；
5.2普通热处理方法、特点和应用
表（1—2）
名称
操作
特点
应用
退火（焖火）
将工件加热到 或 以上（发生相变），保湿后，缓冷下来，通过相变以获得珠光体型组织，或不发生相变以消除应力降低硬度的一种热处理方法
退火后的组织，硬度较低，便于加工。发生相变的退火的组织；亚共析钢→铁素体+珠光体+二次渗碳体
退火的目的主要是：
2.用于消除过共析钢中的网状渗碳体，以利球化退火。对于截面尺寸较大的过共析钢，应避免采用正火处理；
3.对某些大型重型钢件以及形状复杂，截面有急剧变化的钢件应用正火处理来代替淬火处理，以免发生严重变形或开裂；
4.对于含碳量在0.25～0.5%范围内的中碳钢,如35、45钢也使于用正火代替退火，但对同样含碳量的合金钢如5CrMnMo、38CrMoAl等合金钢在正火后还需要进行去应力退火；
5.对于性能要求不高的普通结构零件，可以用正火作为最终热处理，来提高机械性能
碳钢正火后的硬度
含碳量%
≤0.25
0.25～0.65
0.65～0.85
0.7～1.3
（球化）
硬度(HB)
≤156
156～228
230～280
229～217
名称
操作
特点
应用
淬火
将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，而后快速冷却下来的一种热处理方法。常用淬火方法如下
工作条件及零件种类
淬透层深度mm
采用材料
采用设备
工件于摩擦条件下的零件如一般小齿轮、轴
1.5～2
45、40Cr、
42MnVB
电子管式高频设备
承受扭曲、压力负载的零件，如曲轴、大齿轮、磨床、主轴等
3～5
45、40Cr、
65Mn、
9Mn2V
球墨铸铁
中频发电机
承受扭曲、压力负载的大型零件，如冷轧辊等
≥10～15
高温（900～950℃）碳氮共渗（以渗碳为主）主要用于承受压力很大的中碳钢及合金钢的小型结构零件，也可用于低碳钢件代替渗碳，能获得1～2mm的共渗层；中温或高温碳氮共渗用于提高表面硬度、耐磨性和抗疲劳性能
目前，气体碳氮共渗已广泛应用于汽车、拖拉机齿轮及各种标准件的表面强化处理上。汽车调质钢齿轮共渗层深度；轻型汽车0.15～0.25mm；载重汽车0.25～0.35mm
碳氮共渗的目的是：
1.提高零件表面硬度和耐磨性;
2.提高抗蚀性;
3.提高疲劳强度
低温（500～600℃）碳氮共渗（以渗氮为主）主要是为了提高合金工具钢、高速钢制工具、刀具的热硬性、耐磨性，这种碳氮共渗的结果与渗氮相似，共渗层深度可达0.02～0.06mm
中温（800～870℃）碳氮共渗主要适用于一般承载压力不很大而只受磨损的中碳结构钢零件。共渗层深度，一般为0.3～0.8mm
含碳量%
≤0.25
0.25～0.65
0.65～0.85
0.7～1.3
（球化）
硬度(HB)
≤150
150～220
220～229
187～217
名称
操作
特点
应用
正火（又称正常化或明火）
将工件加热到 或 以上30～50℃，保温一定时间，然后以稍大于退火的冷却速度，冷却下来，如空冷、风冷、喷雾等，得到片层间距较小的珠光体组织（有的叫正火素氏体）
6如何正确地提出零件的热处理要求
表1—8
热处理
方法
应注明的热处理要求
普通热
处理
一般零件：热处理方法、硬度（标注时其波动范围一般为：HRC在5个单位左右，HB在30～40单位左右）
重要零件：热处理方法、零件不同部位的硬度，必要时提出零件不同部位的金相组织要求
表面淬火
一般零件：热处理方法、硬度、淬火区域
重要零件：热处理方法、表面淬火硬度、心部硬度、淬透层深度、表面淬火区域
通常采用含碳量为0.15～0.25%的低碳钢及低合金钢，但对大截面的零件或中心部分要求较高的强度及承载重负荷的零件，均采用含碳量为0.2～0.3%的钢材进行渗碳
渗碳层深度随零件的具体尺寸及工作条件的要求而定，太薄易引起表面疲劳剥落，太厚则受不起冲击，一般常采用0.5～2.5mm。可按载荷情况近似参考下表选取（要求耐磨性大）