热处理工培训教材

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一、钢的化学热处理

钢的化学热处理是指将工件置于一定的化学介质中，加热至某一特定温度并保温，使介质分解出所需的化学元素的活性原子与钢表面相互作用，经吸附、渗入到钢的内部，再经扩散或反应扩散，以达到改变钢的表层化学成分、组织和性能的工艺技术。最常见应用最广泛的化学热处理包括：渗碳、氮化、碳氮共渗。（一）渗碳

渗碳是将钢件置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态并保温，使其表层形成一个富碳层的热处理工艺。根据所使用的介质的物理状态，可以将渗碳分为气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳三类。我们车间所使用的渗碳类别为：气体渗碳。是利用甲醇作为载气体煤油在高温下分解出来含C气体，使炉内气氛达到渗碳要求。渗碳后可使钢具有高硬度、高强度和高耐磨性，又具备高的耐冲击性能，并且抗疲劳性能很高。渗碳的过程一般分为排气、强渗、扩散、降温四个阶段。影响渗碳质量的因素包括：温度、保温时间、碳势、炉压。

（二）碳氮共渗

碳氮共渗是将工件置于含有活性[N]、[C]原子的气氛中，使两种原子共同渗入到钢的表面，而使得钢表面成分、组织与性能同时改变的热处理技术。碳氮共渗与渗碳比较，其耐磨性、渗层回火稳定性及抗疲劳强度有进一步提高。因此，对于渗层深度要求较浅，或对耐磨性及疲劳性能要求更高的渗碳件，采用碳氮共渗更适宜。

（三）氮化

氮化是将氮渗入钢件表面，以提高其硬度、耐磨性和疲劳强度的一种化学热处理方法，又称渗氮。其目的在于较大幅度地提高工件的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、耐蚀性。

二、普通热处理

普通热处理根据操作方法的不同可把热处理分为退火、正火、淬火、回火及表面热处理五种工艺方法。

（一）淬火

钢的淬火就是将钢加热到临界温度以上，保温一定时间使之奥氏体化后，以大于临界冷却速度的冷速进行冷却的一种工艺过程。一般来说，淬火后还必须有回火与之相配合，以达到下列目的：①提高硬度和耐磨性；如刃具、量具、磨具等；②提高强韧性；如各种机器零件；③提高硬磁性；如用高碳钢和磁钢制的永久磁铁；④提高弹性；如各种弹簧；⑤提高耐蚀性；如不锈钢和耐热钢。

淬火缺陷及防止

1.硬度不足

它是指工件上较大区域内的硬度达不到技术要求。造成硬度不足的原因很多，主要是：

⑴淬火冷速不够。冷速不够的原因可能是淬火介质选择不当、淬火介质的温度升

高或混入较多杂质而使其冷却能力下降，或是工件尺寸过大，难以获得足够的冷速。

⑵淬火加热温度过低或保温时间过短。由于奥氏体中碳及合金元素含量不够或奥

氏体的成分不均匀，甚至没有完成全部转变，使淬火组织中还残存着珠光体或铁素体，故引起淬火后硬度不足。此外，装炉量过大或炉温不均匀而使工件欠热或加热不匀等，也会引起硬度不足。

⑶操作不当。没有及时冷却、或没有及时搅拌均匀。

⑷表面脱碳。保温时间过长，导致表面脱碳。

2.软点

它是指工件内许多小区域的硬度不足。软点往往是工件磨损或疲劳断裂的中心，它会显著降低工件的使用寿命，因此成品件上不允许有软点存在。产生软点的主要原因是：

⑴工件原始的组织不均匀，如刚才中存在碳化物偏析、带状组织或大块铁素体等，

为此淬火前应进行锻造或适当的预备热处理，使组织尽量均匀化。

⑵工件表面局部脱碳或工件渗碳后其表面碳浓度不均匀，低碳区淬火后即成软点。

⑶淬火介质冷却能力不足，例如水中混入了油或肥皂等杂质。

⑷操作不当，如工件表面不洁，未清除氧化皮或污垢；工件浸入淬火介质后，运

动不充分等。

3.脱碳

脱碳是指在脱碳性介质（氧、二氧化碳、水和氢等）中加热时，钢表层中的固熔碳与之发生化学反应，生成气体逸出钢外，使钢的表层碳浓度降低的现象。脱碳最严重时，可使表层变成铁素体。表层脱碳后，内层的碳原子便向表面扩散，这样就是脱碳层逐渐加深，加热时间愈长，脱碳层也愈深。所以，淬火时，保温时间必须控制在一定的范围内，保温时间愈长，脱碳的倾向就愈大。

（二）回火

将淬火后的钢在A1一下的温度加热、保温，并以适当速度冷却的工艺过程称为回火。

回火的基本目的是提高淬火钢的塑性和韧性，降低其脆性，但却往往不可避免地要降低其强度和硬度，回火的另一目的是降低或消除淬火引起的残余内应力，这对稳定工具钢制品的尺寸特别重要。一般来说，淬火零件不经回火就投入使用是很危险的，也是不允许的。某些碳含量较高的钢制大型零件或复杂零件甚至淬火后在等待回火期间就突然发生爆裂，这更清除地说明了淬火钢的脆性和残余应力之大，也说明了回火和及时回火的重要性。

在生产中通常按所采用的温度把回火分成三类，即低温回火（150~250℃）、中温回火（350~500℃）、高温回火（大于500℃）。

低温回火的目的是：在很少降低硬度的同时使钢的韧性明显提高，消除淬火应力。中温回火的目的是：使钢或得最好的弹性极限，因此中温回火主要用于各种弹簧。高温回火的目的是：组织保持高强度的基础上大幅度提高韧性，获得较高的综合

力学性能。

三、热处理设备

1.渗碳炉碳势不稳定或过低原因的查找及解决方法

①甲醇或煤油量不足（加注煤油、甲醇）

②滴注器或电磁阀堵塞（查看滴量情况；清理滴注器、电磁阀）

③炉罐没有密封好或炉罐漏气（观察能否保压；拧紧炉盖密封螺栓）

④参比气体或烧碳通气管破裂（看上通气管是否有气体；更换通气管）

⑤氧探头损坏或线路故障（在温度到达930℃时氧势显示极低，点手动烧碳无变化；

更换氧探头或更换连接线路）

⑥碳控仪故障（不能控制电磁阀工作或碳势起伏过大0.5~1.3之间频繁变化；更换

碳控仪）

2.热电偶。常用热电偶分为T型（铜-康铜热电偶）、E型（镍铬-康铜热电偶）、K 型（镍铬-镍硅热电偶）、S型（铂铑-铂热电偶）、B型（双铂铑热电偶），现在我们使用的热电偶为K型热电偶，是由镍铬-镍铝（镍硅）焊接而成的。这是一种最通用的热电偶，适用于1300℃以下的温度测量，测温不确定度小于400℃时为±4℃，大于400℃时为所测电动势的1%。

热电偶的测温点在不锈钢管的底部，热电偶使用时，插放位置不正确或发生变化测温就会产生误差，甚至产生跑温现象。盐炉使用的热电偶，除了一般要求之外，还要求有很好的耐腐蚀的特点。