钢的表面热处理
钢的热处理及表面处理技术
• M体转变特点：
• ①无扩散型转变 • ②降温形成:连续冷却完成 • ③瞬时性 • ④转变的不完全性
Fe-1.8CF，e-1冷.8至C，-10冷0℃至-60℃
M形成时体积↑，造成很大 内应力。
• 冷处理：P42
1)无扩散 Fe 和 C 原子都不进展扩散，M是C过饱 和的体心立方的F体，固溶强化显著。
↓ • 总结：A体晶粒越粗大，那么晶界越少，
形核几率越小，那么A体越稳定，C曲线 右移。淬透性越好
• 三、钢的淬透性
• 〔三〕淬透性的测 定
四、钢的回火〔P127〕
1．概念(Conception)
将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度， 保温后冷却下来的一种热处理工艺。
2.目的(purpose) 〔1〕稳定工件组织、性能和尺寸 〔2〕减小或消除剩余应力，防止工件的 变形和开裂 〔3〕降低工件的强度、硬度，提高其塑 性和韧性，以满足不同工件的性能要求
C %↑→ M 硬度↑， 片状M 硬度高，塑韧性差。板条M 强度高，塑韧性较好
二、共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变
共
析
碳
钢
连
续
冷
却
水淬
无
M+AR
B
体
转变终止线
P 退火
T
S 正火
T+ 油淬 M
亚共析钢连续冷却转变 过共析钢连续冷却转变
炉冷→ F + P 空冷→ F(少量) + S 油冷→ T + M+AR 水冷→ M +AR
(三〕淬透性的测定
〔一〕钢的淬透性与淬硬性的概念
• 淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是 钢材本身固有的属性，主要取决于M体的临界冷 却速度
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。
钢的热处理及表面热处理
钢的热处理及表面热处理热处理1.定义：指在固态下将材料加热至一定温度，保持一定时间，并以适当速度冷却，以获得所需微观结构和性能的工艺方法。
2．热处理的工艺过程。
包括三个阶段：加热、保温和冷却，如图所示。
加热：热处理的第一道工序。
不同的材料，其加热工艺和加热温度都不同。
保温：目的是确保工件充分燃烧，防止脱碳、氧化等。
保温时间和介质的选择与工件的尺寸和材料直接相关。
一般按每分钟1~2mm计算；工件越大，材料的导热性越差，保温时间越长。
冷却：最后一道工序，也是最重要一道工序。
冷却速度不同，工件热处理后的组织和性能不同。
3.目的和作用在工业生产中，热处理的应用很广泛。
据统计，在机床制造中，约60%～70%的零件要经过热处理，在汽车、拖拉机制造中，需要热处理的零件多达70%～80%，而工模具及滚动轴承，则要100%进行热处理。
总之，凡重要的零件都必须进行适当的热处理才能使用。
目的：第一，提高材料的使用性能，延长零件的使用寿命。
二是提高材料的工艺性能，保证后续加工的顺利进行。
它们的共同点是，它们只改变内部组织结构，而不改变表面形状和大小。
4．基本类型（1）根据加热和冷却方法的不同分类，以及微观结构和性能的特点（见教材）（2）根据热处理在零件生产过程中的地位和作用预备热处理：是零件加工过程中的一道中间工序（也称为中间热处理），其目的是改善锻、铸毛坯件组织、消除应力，为后续的机加工或进一步的热处理作准备。
最终热处理：指能够提供工件使用性能的热处理。
其目的是使通过成形过程达到所需形状和尺寸的零件达到所需的使用性能。
根据铁碳平衡相图，共析钢加热到超过a1温度时，全部转变为奥氏体；而亚共析钢和过共析钢加热到a3和acm以上获得单相奥氏体。
通常，加热过程中的实际临界温度标有字母“C”，如AC1、AC3和ACCM；冷却过程中的实际临界温度标有字母“R”，如AR1、Ar3、ARCM等。
其物理含义为：ac1：加热时珠光体向奥氏体转变的温度；ar1：冷却时奥氏体向珠光体转变的温度；AC3：加热过程中所有共析铁素体转变为奥氏体的最终温度；Ar3：冷却过程中奥氏体向铁素体转变的起始温度；ACCM：加热过程中所有二次渗碳体溶解为奥氏体的最终温度；ARCM：冷却过程中二次渗碳体从奥氏体中析出的温度。
钢材表面处理四把火
机械知识-钢材表面处理四把火
第一‘火’——退火。
将钢加热到一定的温度然后让其自行冷却到常温，叫做退火。
钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。
退火后可以带来以下好处：
1、改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，消除了组织缺陷，提高了钢的力学性能，减少了残余应力；
2、可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。
所以退火是为了后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。
第二‘火’——淬火。
淬火是将钢加热到临界温度以上，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。
淬火的好处是：能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。
高速钢的淬火剂可以是“风”，所以高速钢又被称为“风钢”淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。
第三‘火’——正火。
正火是将钢加热到临界温度以上，然后在空气中自然冷却的热处理方法。
这一点和退火很相似但具体的操作和要求不同。
这种工艺可以提高综合力学性能，对要求不高的零件可以用正火来代替退火，以此来降低生产成本提高效率。
第四‘火’——回火。
将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。
回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。
这样做的好处是可以消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。
另外提到回火多与淬火、正火配合使用。
钢的五种热处理工艺
钢的五种热处理工艺热处理工艺——表面淬火、退火、正火、回火、调质工艺：1、把金属材料加热到相变温度（700度)以下,保温一段时间后再在空气中冷却叫回火。
2、把金属材料加热到相变温度（800度）以上,保温一段时间后再在炉中缓慢冷却叫退火。
3、把金属材料加热到相变温度(800度）以上，保温一段时间后再在特定介质中（水或油)快速冷却叫淬火.◆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。
感应表面淬火后的性能:1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高2～3单位（HRC）。
2。
耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高.这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小,碳化物弥散度高,以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果.3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高,缺口敏感性下降。
对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力,因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。
一般硬化层深δ＝（10～20）％D。
较为合适,其中D。
为工件的有效直径.◆退火工艺退火是将金属和合金加热到适当温度,保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。
总之退火组织是接近平衡状态的组织。
•退火的目的①降低钢的硬度,提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备.③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。
表面热处理
定义： 将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质
中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成 分、组织和性能的一种热处理工艺。
化学热处理的基本过程: 渗剂分解出活性原子 →工件表面吸收活性原子 → 活性原子从工件表层向内部的扩散
7.3.2、表面化学热处理
一、什么是化学热处理？
钢件和铸铁件
采用低电压、大电流，通 过压紧在工件表面的滚轮与工 件形成回路，靠接触电阻热实 现快速加热，滚轮移去后即进 行自激冷淬火。
淬硬层达0.15-0.35mm， 硬度均匀，且变形小，目前主 要用于导轨的强化。
7.3.2 化学热处理
一、化学热处理原理 二、钢的渗碳 三、钢的渗氮 四、钢的碳氮和氮碳共渗
化学热处理
1）、气体渗碳 ➢ 按热源分为电加热炉和煤气加热炉。 井式气体渗碳炉
1）、气体渗碳
方法：滴注式渗碳
介质：苯、醇、煤油等液体
工艺：将工件装在密封的渗碳炉中，加热到900～950℃(常用
930℃)，向炉内滴入煤油、苯、 甲醇、丙酮等有机液体，在高 煤油
风扇电机
温下分解成CO、CO2、H2及 CH4等气体组成的渗碳气氛。
（3）二次淬火 目的：
• 第一次淬火TH > Ac3，细化心部组织↑其性能 • 第二次淬火TH > Ac1，细化表层组织↑其性能 •故可获得表面具有高硬度、耐磨性和疲劳强度，
心部具有良好的强韧性和塑性。
应用： 仅适用于本质粗晶粒钢和使用性能要求很高
的工件。这种方法工艺较复杂，因加热次数多， 工件易氧化、脱碳和变形，成本高等缺点，故目 前该工艺已很少采用。
改变钢的表层化学成份→化学热处理
7.3.1表面淬火
一、感应加热表面淬火
常用钢热处理工艺
常用钢热处理工艺热处理是一种通过改变金属结构来改善其力学性能的方法。
常用钢热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面淬火等。
下面对这几种常用钢热处理工艺进行详细介绍。
1. 退火退火是指将钢加热到一定温度，然后缓慢冷却。
退火工艺分为完全退火和等温退火两种。
完全退火是将钢材加热至超过临界温度，然后慢慢降温。
等温退火是将钢材加热至超过临界温度，然后在等温时间内，使钢材的温度均匀，从而使钢材的组织变得均匀，于是提高了钢材的韧性。
2. 正火正火是将钢加热到一定温度，然后快速冷却。
正火一般分为低温正火，中温正火和高温正火三种。
低温正火使钢材的硬度提高，但是韧性降低。
高温正火使钢材的韧性提高，但是硬度降低。
中温正火平衡了钢材的硬度和韧性。
3. 淬火淬火是指将钢加热到超过临界温度，然后快速冷却。
淬火一般分为油淬、水淬和气淬三种。
油淬适用于要求较低的钢材，水淬适用于要求较高的钢材，气淬适用于要求最高的钢材。
淬火后钢材的硬度很高，但是韧性降低，此时需要回火来消除内部应力，提高钢材的韧性。
4. 回火回火是将淬火后的钢在一定温度下加热一段时间，然后由于自然冷却所形成的工艺。
回火分为低温回火和高温回火两种。
低温回火提高了钢材的韧性，但是硬度降低。
高温回火提高了钢材的韧性，但是硬度降低。
5. 表面淬火表面淬火是一种特殊的热处理工艺，用于提高钢材的表面硬度和耐磨性。
表面淬火和淬火不同的是，只在钢材表面进行加热和快速冷却。
这种技术对钢材表面的耐磨性提高很大，但是对钢材硬度的提高不大。
总之，钢材热处理是提高钢材力学性能的重要方法，常用的钢热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面淬火等。
选择适当的热处理工艺可以使钢材达到最佳的机械性能。
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。
钢的表面热处理
常用钢的热处理方法、特点及应用名称方法特点应用表面热处理表面热处理包括表面淬火和化学表面热处理两种。
表面淬火是通过对工件表面淬火，以改变工作表层组织结构，使其表层获得硬度很高的马氏体，而心部仍保持原来的塑性和韧性；化学表面热处理，是通过改变工件表层的组织，同时又改变表层的化学成分，以获得耐酸、碱、耐蚀性，表层硬度化更硬的热处理方法。
表面淬火火焰表面淬火用乙炔-氧或煤气-氧的混合气体燃烧的火焰，喷射到工作表面上，快速使表层加热到A c3以上温度后，立即喷水或用乳化液冷却。
此法一般淬透层深度可达2～6mm，过深会引起工作表层严重过热，易产生表层裂纹。
表面硬度，钢可达65HRc，灰铸铁可达46HRc左右，合金铸铁可达48HRc左右。
此法简便，不需要特殊设备，费用低。
缺点是易过热，淬火效果、质量不稳定，应用受到一定限制。
适用单件小批生产的大、重型零件和需要局部淬火的工具或工件，大轴辊，在模数齿轮等。
通常用钢为中碳钢，（如35、45钢）中碳合金钢（含合金元素＜3%），如40Cr、65Mn等。
还可用于灰铸铁及合金铸铁件，一般含碳量为0.35～0.5%的碳素钢最适宜。
含碳量过低，硬度低；含碳量及合金元素过高则易淬裂。
感应表面加热淬火使用感应器，使工件表层产生强感应电流，迅速将其加热到淬火温度（A c3以上）后，立即喷水冷却，使工件表层淬火。
根据所用电流频率不同，感应加热表面淬火分：工频淬火：50Hz中频淬火：1～10kHz高频淬火：100～1000kHz淬火后变形小，淬透深度易控制，淬火时不易氧化和脱碳；可用于低淬透钢，操作易实现机械化、自动化、生产率高；表层硬度比普通淬火高HRc2～3；疲劳强度、冲击韧性都有所提高，一般工件可提高20～30%；所用电流频率越高，淬透层可越薄，如高频淬火一般为1～2mm，中频淬火一般为3～5mm，工频淬火为≥10～15mm。
缺点是复杂零件比渗碳困难。
通常用于中碳钢（含碳量0.4～0.5%）和中碳合金结构钢，也可用于高碳工具钢和低合金工具钢及铸铁一般零件淬透层深度为其半径101左右时，可获得强度、耐疲劳性和韧性的最好搭配。
钢的表面处理方法
钢的表面处理方法钢材是一种常用的金属材料，广泛应用于各个领域。
然而，钢材在使用过程中容易受到氧化、腐蚀、磨损等问题的影响，为了保护钢材的表面，延长其使用寿命，需要进行表面处理。
下面将介绍几种常见的钢材表面处理方法。
一、镀锌镀锌是将锌层覆盖在钢材表面的一种方法。
锌具有良好的防腐蚀性能，可以有效防止钢材被氧化和腐蚀。
镀锌的方法有热浸镀锌和电镀锌两种。
热浸镀锌是指将钢材浸入熔融的锌中，形成锌层；电镀锌是通过电解方法在钢材表面形成锌层。
镀锌处理后的钢材表面光滑均匀，具有良好的耐腐蚀性能。
二、喷涂喷涂是将一层保护性涂层喷涂在钢材表面的方法。
喷涂可以选择不同的涂料，根据使用环境的不同选择不同的喷涂材料。
常见的喷涂材料有油漆、聚合物涂料等。
喷涂处理后的钢材表面可以具有不同的颜色和光泽度，同时也具有一定的防腐蚀和防磨损能力。
三、化学处理化学处理是通过将钢材浸泡在特定的化学液中，使其表面发生一定的化学反应，形成保护层。
常见的化学处理方法有酸洗、磷化、氧化等。
酸洗是用酸性溶液将钢材表面的氧化物和污染物去除，以提高钢材的表面质量；磷化是在钢材表面形成一层磷化物膜，提高其耐蚀性能；氧化是通过氧化剂使钢材表面形成氧化层，增加其耐腐蚀性能。
四、热处理热处理是通过加热和冷却的方式改变钢材的组织结构和性能。
常见的热处理方法有淬火、回火、正火等。
淬火是将钢材加热至临界温度后迅速冷却，使其获得高硬度和高强度；回火是将淬火后的钢材重新加热至一定温度，然后慢冷，以减轻内应力和提高韧性；正火是将钢材加热至一定温度，保持一定时间后慢冷，以调整其组织结构和性能。
五、机械处理机械处理是通过机械方法对钢材表面进行加工，以改变其形状和表面质量。
常见的机械处理方法有抛光、打磨、切削等。
抛光是通过摩擦去除钢材表面的凹凸不平，使其表面光滑；打磨是通过研磨工具对钢材表面进行研磨，使其表面粗糙度降低；切削是通过切削工具对钢材进行切削加工，改变其形状和尺寸。
钢的热处理及表面处理
1、珠光体组织形态及性能
（2）珠光体的转变过程
图1-12 珠光体转变过程示意图
典型的扩散相变： 1）碳原子和铁原子迁移； 2）晶格重构。
1、珠光体组织形态及性能
（3）珠光体的性能
共析钢在不同冷却速度下所得层片间距、组织形态与性能关系
冷却速度 ℃/min
≈1 ≈60 ≈600
层片间距 μm
≈0.6-0.7 ≈0.35-0.5 ≈0.25-0.3
P（F+Fe3C）
A
1）奥氏体晶核的形成； A晶核通常在珠光体中F和Fe3C相 界处产生；2）奥氏体晶核长大；3）残余渗碳体的溶解； 4）奥氏体的均匀化
二、钢在加热时的组织转变
1、奥氏体的形成
➢ 亚共析钢——加热 到Ac3以上；
➢ 过共析钢——理论 上应加热到Accm 以上，但实际上低 于Accm。因为加 热到Accm以上， 渗碳体会全部溶解， 奥氏体晶粒也会迅 速长大，组织粗化， 图1-8加热和冷却时相图上临界点位置 脆性增加。
F（过饱和）+ ε碳化物 光学金相形貌为竹叶状
3、贝氏体组织形态和性能
➢ 1）550~350℃——上贝氏体B上——羽毛状 ➢ —— 40~45HRC——脆性较大——基本上无实用
2、马氏体的组织形态和性能
（2）马氏体的组织形态
图1-15 针状马氏体组织
2、马氏体的组织形态和性能 （3）马氏体的性能 ➢ 主要特点：高硬度高强度——马氏体强化的
主要原因是过饱和碳原子引起的晶格畸变， 即固溶强化。
➢ 板条状马氏体塑性韧性较好；高碳片状马氏 体的塑性韧性都较差。
➢ 在保证足够的强度和硬度的情况下，尽可能 获得较多的板条状马氏体。
3、贝氏体组织形态和性能
钢的表面热处理
2）常用渗氮方法
① 气体渗氮：在有活性氮原子的气体中进行渗氮。 ② 离子渗氮：在低于1×105Pa的渗氮气氛中，利用工件（阴极） 和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的工艺。
3）渗氮和渗碳相比有何特点？
氮原子的渗入使渗氮层内形成残留压应力，可提高疲劳强 度（25％～35％）；渗氮层表面由致密的、连续的氮化物 组成，使工件具有很高的耐蚀性；渗氮温度低，工件变形 小；渗氮层很薄（＜0.6～0.70mm），渗氮后只能精磨、 研磨或抛光。渗氮层较脆，不能承受冲击力，生产周期长 （例如0.3～0.5mm的渗层，需要30～50h），成本高。
反应气（低温下可汽化的金属盐），使其在炉内发生分解或 化学反应，并在工件上沉积成一层所要求的金属或金属化合 物薄膜的方法。 碳素工具钢、渗碳钢、轴承钢、高速工具钢、铸铁、硬质合 金等材料均可进行气相沉积。
目的：提高钢件表层的含碳量，淬火与回火后表面硬、心 部韧。
材料：低碳钢、低碳合金钢。 渗碳后处理：淬火及低温回火。 工艺路线：
锻造→正火→机械加工→渗碳→淬火+低温回火。 渗碳方法：固体渗碳法、液体渗碳法和气体渗碳法三种。
★ 渗碳后的组织及热处理
低碳钢件渗碳后表层含碳量0.85％～1.05％为最佳。表层 为过共析组织（珠光体和网状二次渗碳体），与其相邻为共 析组织（珠光体），再向里为亚共析组织的过渡层（珠光体 和铁素体），心部为原低碳钢组织（铁素源自和少量珠光体）钢的表面热处理
常用表面热处理的方法有表面淬火和化学热处理两大类。
一、表面淬火
表面淬火：仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。
原理：通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在热量尚未充 分传到零件中心时就立即予以冷却淬火，得到马氏体组织。
055钢的热处理55
一、钢的表面淬火 二、钢的化学热处理
一、钢的表面淬火（1）
表面淬火概念及应用 ➢ 快速加热使钢的表面奥氏体化后淬火冷却，
获得表层硬而耐磨的M组织，心部仍保持 原来的组织。 ➢ 应用：中碳钢和中碳低合金钢
表面淬火特点
a. 加热速度快 (几秒——几十秒) b. 加热时实际晶粒细小，淬火得到极细马氏 体，硬度↑，脆性↓ c. 残余压应力↑提高寿命 d. 不易氧化、脱碳、变形小 e. 工艺易控制，设备成本高
碳为主的化学热处理工艺。
中温气体碳氮共渗 低温气体碳氮共渗（气体软氮化）
扩充知识：
真空蒸镀氮化钛 保护气氛和真空热处理
钢的气体渗碳
图5-29 气体渗碳炉
钢的固体渗碳
泥封
盖
渗碳箱
试棒
零件 渗碳剂
图5-30 钢的固体渗碳炉
二、钢的化学热处理 （2）
钢的渗氮（气体氮化） 在一定温度(一般在AC1以下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处
理工艺 目的：
提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度 钢的碳氮共渗 在一定温度下同时将碳、氮原子渗入工件表层的奥氏体中,并以渗
一、钢的表面淬火（2） 表面淬火方法
1. 感应加热表面淬火 （１） 2. 火焰加热表面淬火 3. 接触电阻加热表面淬火
4. 电解液加热表面淬火
5. 激光加热表面淬火
（２）
感应加热表面淬火
感
应
加
热
表
面
淬Hale Waihona Puke 火示意集肤效应示意图
图
图5-28 感应加热表面淬火示意图
火焰加热表面淬火
激光表面处理示例
船用阻尼套激光强化
电接触加热表面淬火
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。
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钢的表面热处理
钢的表面热处理是一种常见的工艺，用于改变钢材表面的性质以满足特定的功能要求。
常见的钢表面热处理包括渗碳、淬火、淬灭火、调质等。
1. 渗碳：钢材表面经过高温处理，与碳源（如固体碳或气体）接触，使碳原子渗透到钢材表面，形成高碳含量的渗碳层。
渗碳层可以提高钢材的表面硬度和耐磨性。
2. 淬火：将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却。
这种快速冷却可以使钢材表面形成马氏体组织，提高钢材的硬度和强度。
淬火还可以改善钢材的耐磨性和韧性。
3. 淬灭火：将淬火后的钢材立即放入温和的液体中（如水或油）进行冷却。
淬灭火可以减缓淬火速度，从而减少残余应力和减少变形。
4. 调质：淬火后的钢材经过再加热，然后放置在适当的温度下保持一段时间，使钢材内部的残留应力得到释放和分散，从而提高钢材的韧性和强度。
钢的表面热处理可以根据具体要求选择不同工艺，以满足钢材的特定性能要求，如硬度、耐磨性、韧性等。