金属工艺学概述

渗碳
渗碳是为了增加钢件表层的含碳量和使其具有 一定的碳浓度，向低碳钢（0.1～0.25%C） 或低合金钢的表层渗入碳原子的化学热处理工 艺。
渗碳处理广泛用于表层要求高硬度、高的耐磨 性及疲劳强度，而心部要求一定强度和高韧性 的零件，如汽车主轴和变速齿轮等。
渗碳后的工件表层为过共析钢组织，其硬度和 耐磨性满足不了零件要求，必须进行淬火和低 温回火处理。
1）低温回火（150～250℃）：组织为回火马氏体，其
目的是降低淬火应力和脆性，保持高硬度（56～64HRC
）和高耐磨性。常用于处理各种工模具以及渗碳淬火
或表面淬火的工件。
回火马氏体是淬火马氏 体内脱溶沉淀析出高度弥散 的碳化物质点。此时，碳已
经部分的从固溶体中析出并形 成了过渡碳化物，其α固溶体 仍有一定的碳的过饱和度，仍
金属工艺学概述
2020年4月18日星期六
回火的目的
（1）消除或降低内应力，降低脆性，防止变形 和开裂。
（2）稳定组织，稳定尺寸和形状，保证零件使 用精度和性能。
（3）通过不同的回火工艺，来调整零件的强度 、 硬度，获得所需要的韧性和塑性。
回火工艺及应用
根据回火温度的不同，回火方法主要有下列三种：
回火托氏体具有很高的弹性 极限，同时有一定的塑性。
回火工艺及应用
3）高温回火（500～650℃）：组织为回火索氏体， 硬度20～35HRC。特点是在保持较高强度的同时， 具有较好的塑性和韧性。（回火索氏体组织是铁 素体+细粒状渗碳体的混合物 ）
❖ 调质处理：淬火加高温回火的热处理又称为调质 处理，广泛用于处理各类重要零件，例如轴、齿 轮、连杆、螺栓等。
第五节 热处理零件的结构工艺性
零件应尽量避免尖角、棱角
热处理零件的结构工艺性
零件应尽量避免尖角、棱角
热处理零件的结构工艺性
零件截面厚度应力求均匀
热处理零件的结构工艺性
零件截面厚度应力求均匀
热处理零件的结构工艺性
回火索氏体是在充分发达的等轴铁素体中弥散分布着已经聚集 长大了的球状渗碳体。回火索氏体中的铁素体已不呈针状形态而 呈等轴状。
回火索氏体比正火索氏体组织具有适中的强度和优异的冲击韧 性，这就是为什么多数结构零件要进行调质处理（淬火+高温回 火）的原因。
第四节 表面淬火和化学热处理
在生产中，许多机械零件如轴、齿轮、凸轮等 ，要求表面有较高的耐磨性，而心部则要求有 足够的塑性和韧性。
化学热处理
钢的化学热处理是将工件置于特定介质中加热和 保温，使一种或几种元素渗入工件表面，以改变 表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。
化学热处理不仅可以使工件表面硬度、耐磨性提 高，还可以使工件表面获得一些特殊性能，如耐 蚀性等。
化学热处理一般以渗入的元素来命名，如渗碳、 氮化、碳氮共渗 。
③工频感应加热 电流频率50kHz，脆硬层深度10～ 20mm，适用于大直径轧辊、火车车轮等的表面淬 火。
火焰加热表面淬火
用乙炔－氧火焰对工件表面进行快速加热，当达 到淬火温度时立即喷水冷却，其淬硬层深度一般 为2～6mm。
火焰表面淬火
优点：操作简单、不需要特殊设备、成本低、灵 活性大，可适合各种生产场合。 缺点：加热温度不易控制，工件表面易过热，淬 火质量不够稳定，对工人的技术水平要求较高。 适用：单件小批量生产以及大型零件（如大型轴 类、大模数齿轮等）的表面淬火和需要局部淬火及 外形复杂的零件。
常用的渗碳方法是气体渗碳和固体渗碳。
渗氮
渗氮是向钢的表面层渗入氮原子以提高表层的硬 度、耐磨性、疲劳强度及耐蚀性的化学热处理工 艺。
目前最广泛的渗氮工艺是气体渗氮。渗氮过程与 气体渗碳过程基本相同，但渗氮温度低，速度非 常缓慢。
氮化后工件不需再进行其他处理。
氮化主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件， 如镗床主轴、精密传动齿轮等。由于氮化层很薄 ，一般不超过0.60～0.70mm，
低温气体碳氮共渗
低温气体碳氮共渗的共渗介质常用尿素，受热分 解提供活性碳、氮原子，与气体氮化相比，其渗 层硬度较低，脆性较小，故称为软氮化。达到提 高耐磨性、疲劳强度和耐蚀性的目的。
低温气体碳氮共渗和渗氮一样，不需要再进行其 他处理，而且不受钢种限制。
例如高速钢刀具经气体软氮化后，寿命可提高 20%-200%。
表面淬火就是通过快速将零件表面加热使钢表
层奥氏体化，而心部未被加热，然后淬火冷却 ，使表层获得马氏体组织，而心部组织并未发 生变化，达到“外硬内韧”状态。 生产中应用最多的是感应加热表面淬火和火焰 加热表面淬火。
感应加热表面淬火
将工件至于通过交变电流 的线圈中，由于电磁感应 和集肤效应，将钢件表层 迅速加热至淬火温度，而 心部电流几乎为零、温度 变化很小，这时经喷水冷 却，钢件表层快冷淬火， 得到一定深度的马氏体层 。
感应加热表面淬火
感应加热淬火的淬硬层深度与电流频率有关——电 流频率越高，淬火后工件淬硬层越薄。
根据所用电流频率，感应加热分为三种：
①高频感应加热 常用频率200～300kHz，脆硬层深 度0.5～2.5 mm，适用于中小尺寸轴类零件及中小 模数的齿轮等。
②中频感应加热 常用频率2500～8000Hz，脆硬层深 度3～8mm，适用于较大尺寸的轴和大中模数的齿 轮等。
是一种亚稳组织。回火马氏体 仍保持针（条）状特征 。
2）中温回火（350～500℃）：组织为回火托（屈）氏 体，硬度35～50HRC。中温回火的目的是具有较高的弹 性极限和屈服极限，并有一定的韧性和抗疲劳性，多 用于各种弹簧和锻模等。
回火托氏体是铁素体与渗碳 体的混合物，在铁素体基体中弥 散分布着微小颗粒状渗碳体。回 火托氏体中的铁素体仍然基本保 持原来针状马氏体的形态，渗碳 体则呈细小的颗粒状。
碳氮共渗
目前以中温气体碳氮共渗和低温气体Байду номын сангаас氮共渗应 用较为广泛。
中温气体碳氮共渗以渗碳为主，但比渗碳处理加 热温度低、时间短、零件变形小、生产效率高。
低温气体碳氮共渗是在500～570℃的温度下， 向钢的表面层同时渗入碳、氮原子的过程。共渗 温度较低，是以渗氮为主的碳氮共渗过程，共渗 层深度可达0.01～0.02mm。