薄鑫涛热处理工艺学授课稿.doc

热处理工程师讲课热处理工艺学2.1 钢的热处理原理一、加热时转变(P93-)（一）奥氏体（A）形成的基本过程奥氏体（austenite）- 铁中溶入碳和（或）其他元素构成的固溶体。它是以英国冶金学家R.Austen的名字命名的。通常呈等轴状多边形晶粒、内有孪晶奥氏体形成的四个过程：P.93 1.奥氏体晶核形成 2.奥氏体晶核长大（向铁素体和渗碳体两个方向长大） 3.未溶（残余）渗碳体的溶解 4奥氏体成分的均匀化（相对均匀化） （钢以非平衡组织加热奥氏体化，将发生异常长大和组织遗传现象）（在以非平衡组织作为原始组织加热时，常可在奥氏体形成初期获得*针状和颗粒状奥氏体.见陆兴：热处理工程基础P31或徐光：金属材料CCT曲线测定及绘制P17）。（二）影响奥氏体等温形成速度的因素：P93 1.加热温度和保温时间 2.碳量 3.原始组织 4.合金元素（三）奥氏体晶粒大小及其影响因素1. 奥氏体晶粒度晶粒度 （grain size）-意指多晶体内晶粒的大小。可用晶粒号、晶粒平均直径、单位面积或单位体积内的晶粒数目定量表征。晶粒号 （grain size number）-由美国材料试验协会（ASTM）制定，并被世界各国采用的一种表达晶粒大小的编号。晶粒号（N）与放大100倍的视野上每平方英寸面积内的晶粒数（n）之间的关系为n=2N-1。实际检验时一般采用放大100倍的组织与标准晶粒号图片对比的方法判定。起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度 P94 2.影响奥氏体晶粒大小的因素:P95 加热温度和保温时间、加热速度、钢的成分(碳量、合金元素）、第二相、原始组织 （*元素Mn、P加速；元素Ti、Nb、V、Al、W、Mo、Cr、Si、Ni阻止奥氏体晶粒长大） 生产中如何控制奥氏体晶粒度的大小？（500问11）二、冷却时转变 (P95-)（一）共析钢过冷奥氏体等温转变曲线 （isothermal transformation diagram TTT curve）- 过冷奥氏体在不同温度等温保持时，温度、时间与转变产物所占百分数（转变开始及转变终止）的关系曲线图。 1.基本概念、特点 P952.影响因素 P96 碳量、合金元素、 奥氏体化温度和保温时间、原始组织、应力和塑性变形 3.临界冷却速度（马氏体临界冷却速度 critical cooling rate 工件淬火时可抑制非马氏体转变的冷却速度低限）。4.应用（正确选择冷却规范、予测冷却组织及临界冷却速度）（二）过冷奥氏体连续冷却转变曲线 （continuous cooling transformation diagram CCT curve)-工件奥氏体化后连续冷却时，过冷奥氏体开始转变及转变终止的时间、温度及转变产物与冷却速度之间的关系曲线图 P102比较两者（TTT、CCT曲线）的异同（500问12）（三）冷却转变组织1.珠光体（片状、粒状、特殊形态）形成条件、组织特点与力学性能差别 片状珠光体 珠光体 （pearlite, lamellar pearlite）- 铁素体薄层（片）与碳化物（包括渗碳体）薄层（片）交替重叠重叠组成的共析组织。珠光体的片间距离主要决定于珠光体的形成温度（过冷度）P96珠光体领域（珠光体团）（pearlite colony）- 铁素体、碳化物薄片位向大致相同的一个珠光体团所占的空间。一个奥氏体晶粒内可以形成几个珠光体团。珠光体领域（珠光体团）不仅与珠光体的形成温度（过冷度）有关，而且还与奥氏体晶粒大小有关。 索氏体（sorbite, fine pearlite）- 在光学金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体。它是以英国冶金学家H.C.Sorby的名字命名的。托氏体 （troostite, nodular fine pearlite）- 在光学金相显微镜下已无法分辨片层的极细珠光体。它是以法国金相学家L.Troost的名字命名的。 粒状珠光体（globular pearlite）- 碳化物呈颗粒状弥散分布于铁素体基体中的珠光体。分粗粒状、粒状、细粒状、点状珠光体。P97 特殊形态珠光体（碳化物呈针状或纤维状的珠光体）（见徐光P20）2.贝氏体（上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体）形成条件、组织特点与力学性能差别P99贝氏体（bainite）- 钢铁奥氏体化后，过冷到珠光体转变温度区与Ms之间的中温区等温，或连续冷却通过这个中温区时形成的组织。这种组织由过饱和a固溶体和碳化物组成。它是以美国冶金学家E.C.Bain的名字命名的。上贝氏体（upper bainite）- 在较高的温度范围内形成的贝氏体。其典型形态是以大致平行、碳轻微过饱和的铁素体板条为主体，短棒状或短片状碳化物分布于板条之间。在含硅、铝的合金钢中碳化物全部或部分被残留奥氏体所取代。下贝氏体（lower bainite）- 在较低温度范围内形成的贝氏体。其主体是双凸透镜片状碳过饱和铁素体，片中分布着与片的纵向轴呈5565角平行排列的碳化物。*粒状贝氏体、无碳化物贝氏体（无碳贝氏体、铁素体贝氏体）、其他贝氏体-反常贝氏体及柱状贝氏体（见徐光P30及陆兴P100）3.马氏体（板条状马氏体、片状马氏体）形成条件、组织特点与力学性能差别 P100马氏体 （martensite）- 钢铁或非铁金属中通过无扩散共格切变型转变（马氏体转变）形成的产物统称马氏体。钢铁中马氏体转变的母相是奥氏体，由此形成的马氏体化学成分与奥氏体相同，晶体结构为体心正方，可被看作是过饱和a固溶体。主要形态是板条状和片状。它是以德国冶金学家A.Martens的名字命名的。（片状马氏体在显微镜下呈针状，各针之间互成60度或120度的角度，但在正常温度淬火得到的针状马氏体，由于组织较细，在普通光学显微镜下显示得不够清楚，称为隐针马氏体。） （板条状马氏体的显微组织为一束束平行而细长的板条状组织，由低碳钢形成的马氏体多为板条状马氏体。） *蝶状马氏体、薄片状马氏体、-马氏体（见陆兴P77）钢在冷却时发生哪些类型的组织转变？（500问14） 贝氏体与珠光体转变有哪些异同点？（300问62） 马氏体与贝氏体转变有哪些异同点？（300问63） 马氏体的特点是什么？（问答1.13)4.先析相（pro-eutectoid phase）- 固溶体发生共析转变前析出的固相。例如先析铁素体，先析碳化物等。P98先析铁素体形态有块状、网状、片状。先析碳化物形态有粒状、网状、针状。铁素体-多边形铁素体、针状铁素体、高温铁素体（见徐光P17） 碳化物- (Fe3C) (Fe2.2C或Fe5C) （Fe2.4C或FexC)（见徐光P15） MC M2C M6C M7C3 M23C6 -片状、粒状、针状、纤维状 (一次、二次、三次、液析、共晶、共析碳化物的区分）伪共析组织 P98魏氏组织（widmanstatten structure）- 组织组分之一呈片状或针状沿母相特定晶面析出的显微组织。比较：魏氏组织铁素体、魏氏组织渗碳体、一次魏氏组织铁素体、二次魏氏组织铁素体（见徐光P25）。P99 5.相间析出 P986.残留奥氏体 、奥氏体稳定化残留奥氏体（残存奥氏体 retained austenite）- 工件淬火冷却至室温后残存的奥氏体。奥氏体稳定化-热稳定化、机械稳定化 P102三、回火转变 P104（一）组织转变几阶段 马氏体中碳偏聚、马氏体分解、残留奥氏体转变、碳化物转变、Fe3C聚集长大和相的再结晶（二）回火组织（回火马氏体、回火索氏体、回火托氏体）及性能变化（三）回火脆性及防止（消除） 不可逆回火脆性；第一类回火脆性（350 embrittlement）-工件淬火后在约350回火时产生的回火脆性。可逆回火脆性；第二类回火脆性（ revesible temper brittleness ）-含有铬、锰、铬镍等元素的合金钢工件淬火后，在脆化温度区（400550）回火，或在更高温度回火后缓慢冷却所产生的脆性。这种脆性可通过高于脆化温度的再次回火并快速冷却予以消除。消除后，若再次在脆化温度区回火或在更高的温度回火后缓慢冷却，则重新脆化。2.2.钢的整体热处理 （P106）一、退火（annealing）- 工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。P1061完全退火( full annealing) - 将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火。2不完全退火( partial annealing, incomplete annealing) - 将工件部分奥氏体化后缓慢冷却的退火。3等温退火 (isothermal annealing)-工件加热到高于Ac3(或Ac1)的温度，保持适当时间后，较快地冷却到珠光体转变温度区间的适当温度并等温保持，使奥氏体转变为珠光体类组织后在空气中冷却的退火。4球化退火 （spheroidizing annealing, spheroidizing）- 为使工件中的碳化物球状化而进行的退火。5预防白点退火 （hydrogen relief annealing）- 为防止工件在热形变加工后的冷却过程中因氢呈气态析出而形成发裂（白点），在形变加工完结后直接进行的退火。其目的是使氢扩散到工件之外。（脱氢处理 baking, dehydrogenation 在工件组织不发生变化的条件下，通过低温加热、保温，使工件内的氢向外扩散进入大气中的退火）。6再结晶退火（recrystallization annealing）- 经冷塑性变形加工的工件加热到再结晶温度以上，保持适当时间，通过再结晶使冷变形过程中产生的晶体学缺陷基本消失，重新形成均匀的等轴晶粒，以消除形变强化效应和残余应力的退火。中间退火（process annealing, intermediate annealing, interstage annealing）- 为消除工件形变强化效应，改善塑性，便于实施后继工序而进行的工序间退火）。7均匀化退火（homogenizing, diffusion annealing）- 以减少工件化学成分和组织的不均匀程度为主要目的，将其加热到高温并长时间保温，然后缓慢冷却的退火。8.稳定化退火（stabilizing annealing）- 为使工件中微细的显微组成物沉淀或球化的退火。例如某些奥氏体不锈钢在850附近进行稳定化退火，沉淀出TiC、NbC、TaC，防止耐晶间腐蚀性能降低）。9.去应力退火（stress relieving, stress relief annealing）- 为去除工件塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内应力及铸件内存在的残余应力而进行的退火。二、正火（normalizing）- 工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。P1141二段正火（two-step normalizing）- 工件加热奥氏体化后，在静止的空气中冷却到Ar1附近即转入炉中缓慢冷却的正火。2等温正火（isothermal normalizing）- 工件加热奥氏体化后，采用强制吹风快冷到珠光体转变区的某一温度，并保温以获得珠光体型组织，然后在空气中冷却的正火。正火与退火的比较及选用原则500问29、31）。（选择原则可从切削加工性、使用性能、经济等方面考虑）三、淬火quench hardening, transformation hardening 工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。最常见的有水冷淬火、油冷淬火、空冷淬火等。P115 1.加热工艺温度 - 非传统概念 高温淬火、亚温淬火时间 - 有效厚度、加热系数加热介质：工艺学P59气氛 - 中性气氛 neutral atmosphere 再给定温度下不与被加热工件发生化学反应的气氛。氧化气氛 oxidizing atmosphere 在给定温度下与被加热工件发生氧化反应的气氛。还原气氛 reducing atmosphere 在给定条件下可使金属氧化物还原的气氛。 真空加热。2.冷却工艺（冷却制度 cooling schedule）对工件热处理冷却条件（冷却介质、冷却速度）所作的规定。工艺学P71 冷却介质 - 水、盐水、碱水、油、有机聚合物水溶液等冷却方法1）单液淬火直接淬火（direct quenching）-工件加热后直接淬火冷却的工艺。延迟淬火；预冷淬火 （delay quenching）-工件加热奥氏体化后浸入淬火冷却介质前先在空气中停留适当时间（延迟时间）的淬火。热浴淬火 （hot bath hardening）-工件在熔盐、熔碱、熔融金属或高温油等热浴中进行的淬火冷却。如盐浴淬火、铅浴淬火、碱浴淬火等。2）双介质淬火；双液淬火 （interrupted quenching, timed quenching）- 工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却。3）贝氏体等温淬火；等温淬火（austempering）-工件加热奥氏体化后快冷到贝氏体转变温度区间等温保持时奥氏体转变为贝氏体的淬火。4）马氏体分级淬火；分级淬火（martempering）-工件加热奥氏体化后浸入温度稍高或稍低于Ms点的碱浴或盐浴中保持适当时间，在工件整体达到介质温度后取出空冷以获得马氏体的淬火。5）复合淬火、形变与淬火相结合-形变淬火（ausforming）工件热加工成形后由高温淬冷的淬火。常用的是锻造余热淬火。 6）加压淬火；模压淬火（press hardening, die hardening）- 工件加热奥氏体化后在特定夹具夹持下进行淬火冷却，其目的在于减少淬火冷却畸变。3.淬透性、淬硬性淬硬性（hardening capacity）- 以钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度来表征的材料特征。淬透性（hardenability）- 以在规定条件下钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。工艺学P81淬透性在生产实践中有何重要意义？（问答3.5）淬硬性与哪些因素有关？（问答3.6）4.畸变、校直 P1215.后处理 防锈、清洗、喷丸、喷砂 P123四、回火tempering 工件淬硬后加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。P1251.回火加热 温度 - 低、中、高温低温回火 （low temperature tempering, first stage tempering）-工件在250以下进行的回火。中温回火 （medium temperature tempering）-工件在250500之间进行的回火。高温回火 （hige temperature tempering）-工件在500以上进行的回火。回火温度与性能（硬度等）的关系-图表、经验公式时间气氛（真空回火P126）2.回火方法与冷却 方法 普通回火、自回火、局部回火一次回火、多次回火 （multiple tempering）-工件淬硬后进行的两次或两次以上的回火冷却 快冷、慢冷五、淬、回火缺陷1. 常见淬火缺陷1）氧化（oxidation）- 工件加热时，介质中的氧、二氧化碳和水蒸汽与之反应生成氧化物的过程。2）脱碳（decarburization）- 工件加热时介质与工件中的碳发生反应，使表层含碳量降低的现象。3）淬火冷却开裂（quench cracking）- 淬火冷却时工件中产生的内应力超过材料断裂强度，在工件上形成裂纹的现象。4）淬火冷却畸变 （quenching distortion）-工件原始尺寸或形状于淬火冷却时发生的人们所不希望的变化。5）软点 （soft spots）-工件淬火硬化后，表面硬度偏低的局部小区域。6）过烧（burning）-工件加热温度过高，致使晶界氧化和部分熔化的现象。7）过热（overheating）-工件加热温度偏高而使晶粒过度长大，以致力学性能显著降低的现象。8）硬度不足2. 常见回火缺陷回火开裂、回火脆性畸变硬度不均或未达到要求（过高或过低）钢铁零件热处理常见缺陷有哪些？(500问85、问答2.12、3.43)2.3钢的化学热处理 (thermo-chemical treatment) - 将钢（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它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理。(P127-) 基本过程、强化途径 P127一、钢的渗碳 (carburizing, carburization)-为提高工件表层的含碳量并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。P1291固体渗碳 （pack carburizing, solid carburizing, box carburizing, powder carburizing）将工件放在填充粒状渗碳剂的密封箱中进行的渗碳。2膏剂渗碳 (paste carburizing)-工件表面以膏状渗碳剂涂覆进行的渗碳。3盐浴渗碳；液体渗碳 (salt bath carburizing)-工件在含有渗碳剂的熔盐中进行的渗碳。4气体渗碳 (gas carburizing)-工件在含碳气体中进行的渗碳。滴注式渗碳(drip feed carburizing)-将苯、醇、酮、煤油等液体渗碳剂直接滴入炉内裂解进行的气体渗碳。碳当量、碳氧比 P131氮基气氛渗碳-氮基气氛 (nitrogen-base atmosphere ) 一般指含氮在90以上的混合气体、精净化放热式气氛、氨燃烧净化气氛、空气液化分馏氮气，用碳分子筛常温空气分离制氮和薄膜空分制氮的气氛都属此类。当前，后两种气氛使用较多。氮基气氛，即使是高纯氮也含微量氧，直接使用不能使工件获得无氧化加热效果，一般需添加少量甲醇。氮基气氛可用作工件无氧化加热保护气氛，也可用作渗碳载气。吸热式气氛渗碳-吸热式气氛(endothermic atmosphere) 将气体燃料和空气以一定比例混合，在一定的温度于催化剂作用下通过吸热反应裂解生成的气氛。可燃，易爆，具有还原性。一般用作工件的无脱碳加热介质或渗碳时的载气。5离子渗碳 (plasma carburizing, ion carburizing, glow discharge carburizing）在低于1105 Pa（通常是1010-1Pa）渗碳气氛中，利用工件（阴件）和阳极之间产生的辉光放电进行的渗碳。真空渗碳(partial pressure carburizing, vacuum carburizing, low pressure carburizing）在低于1105 Pa（通常是1010-1Pa）的条件下于渗碳气氛中进行的渗碳。6渗碳名词解释渗碳层( carburized case, carburized zone ) 渗碳工件含碳量高于原材料的表层。碳含量的分布 (carbon profile ) 在沿渗碳工件与表面垂直方向上碳在渗层中的分布。渗碳层深度( carburized case depth, carburized depth) 由渗碳工件表面向内至碳含量为规定值处（一般为0.4C）的垂直距离。渗碳淬火有效硬化层深度 (carburizing and hardening effective case depth ) 由渗碳淬火后的工件表面测定到规定硬度（550HV）处的垂直距离，以CHD表示。测定硬度时所用的试验力为9.807N。碳活度 (carbon activity) 与渗碳有关的碳活度通常是指碳在奥氏体中的活度。它与奥氏体中碳的浓度成正比，比值称为活度系数。这个活度系数又是温度、奥氏体中溶入的合金元素品种及各自的浓度以及碳的浓度的函数。其物理意义时碳在奥氏体中的有效浓度。碳可用率 (carbon availability) 在气氛碳势从1降至0.9时，1立方米（标准状态下）气体可传递到工件表面的碳量（以g/m3表示）。 碳传递系数(carbon mass transfer coefficient, carbon transfer coefficient, carbon transter value) 单位时间（s）内气氛传递到工件表面单位面积的碳量（碳通量）与气氛碳势和工件表面含碳量（碳钢）之间的差值之比。工艺学P418（） 7.渗碳工艺：温度、时间、碳势 工艺学P428 8.碳势控制:工艺学410、415 9.渗碳后热处理-工件渗碳后进行合理的热处理（见表）来获得高的力学性能和应用性能。相应的渗碳层显微组织为细粒状弥散均匀分布碳化物+隐针状马氏体，心部显微组织不出现块状铁素体。工艺学P436表 渗碳后的热处理方式热处理方式淬火回火方式适用情况渗碳后随炉冷或出炉预冷直接淬火方式1）冷至（760850）直接淬火+（160200）低温回火23h20CrMnTi、20MnVB、25MnTiBRe等本质细晶粒钢2）预冷后在（120160）热油中分级停留一段时间，空冷+（180200）低温回火23h形状复杂，厚薄相差大的小零件适用3）直接淬火后进行（-60 -80），12h冷处理+（180200）低温回火23h20Cr2Ni4、20CrNiMo、12SiMn2WV大截面重负荷零件减少残留奥氏体4）直接淬火后在500温度多次回火，使残留奥氏体中析出特殊细小碳化物发生二次硬化，使在（350370）工作时硬度达58HRC高速大负荷高温下工作零件（350高速齿轮），15Cr3NiWMo2V，1030渗碳淬火在530回火三次5）冷至（780810）直接淬火+（160200）低温回火23h +（-60 -80）冷处理12h+（160180）低温回火23h大截面、重负荷高合金渗碳件，如18Cr2Ni4W、20CrNiMoA等渗碳后空冷或缓冷坑中冷至300空冷+重新一次淬火+低温回火方式1）重新加热至（770830）后淬火+（160200）低温回火23h不宜直接淬火零件或渗碳后需机加工零件2）空冷后+（640660）(23)h回火23次（空冷）+（780820）加热淬火+（180200）回火23h12CrNi3、20CrNiMo、18Cr2Ni4WA渗层中残留奥氏体减少，析出合金碳化物的大截面高负荷工件3）空冷后+650高温回火+790加热淬火+（-120）冷处理+低温回火160+时效120要求极精密高合金钢，高速柴油机喷油器壳体，18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni44）渗碳后+感应加热淬火+低温回火表面受高接触应力、磨损及抗弯、抗扭，但对心部要求不高的工件5）渗碳后空冷+一次淬火加热后在心部Ms点以下和渗层Ms点以上等温分级淬火+低温回火18Cr2Ni4WA马氏体分级淬火渗碳空冷+二次淬火+低温回火方式1）第一次加热至心部Ac3以上，碳钢(880920)、合金钢(860900)淬火细化心部组织；第二次加热至渗层Ac1以上（760780）淬火+（160200）低温回火1.52h10、20、15Cr、20Cr钢，表面高硬度心部有高冲击韧度的零件；高强度高合金渗碳钢12CrNi3、12Cr2Ni4、20CrNi4、18Cr2Ni4WA等2）渗碳后+（850870）淬火+（640670）高温回火+（780830）二次淬火+（160180）低温回火1.52h大截面、高负荷高合金渗碳钢18Cr2Ni4WA、20CrNiMo等3）渗碳后直接淬火+（350450）回火+快速加热至较低淬火温度淬油+（170230）低温回火使工件耐磨性、韧度和接触疲劳强度提高10.渗碳缺陷 P136 行怎样进气体渗碳操作？操作注意事项是什么？（问答5.8） 滴注式渗碳气氛为何出现失控？如何防止？（500问374）二、钢的渗氮（氮化nitriding, nitrogen case hardening）- 在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。P1391液体渗氮（盐浴渗氮 liquid nitriding）在含渗氮剂的熔盐中进行的渗氮。2气体渗氮（gas nitriding）在可提供活性氮原子的气体中进行的渗氮。 可控渗氮 抗蚀渗氮 一段渗氮（single stage nitriding）在一定温度和一定氮势下进行的渗氮。多段渗氮（multiple stage nitriding）在两个或两个以上的温度和多种氮势条件下分别进行渗氮。3离子渗氮（plasma nitriding, ion nitriding, glow discharge nitriding）在低于1105 Pa（通常是10-110-3Pa）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的渗氮。4.渗氮名词解释退氮（denitriding）为使渗氮件表层去处过多的氮而进行的工艺过程。氮化物（nitride） 氮与金属元素形成的化合物。碳钢渗氮时常见的氮化物有g-Fe4N，e-Fe(2-3)N，x-Fe2N等。氨分解率（ammonia dissociation rate）气体渗氮时，通入炉中的氨分解为氢和活性氮原子的程度，一般以百分比值来表示。在一定渗氮温度下，氨分解率取决于供氨量。供氨愈多，分解率愈低，工件表面氮含量愈高。供氨量固定时，温度愈高，分解率愈高。氨分解率是渗氮的重要工艺参数。氮势（nitrogen potential）表征渗氮气氛在一定温度下向工件提供活性氮原子能力的参数，通常通过调整氨分解率进行监控，氨流量愈大，氨分解率愈低，气氛氮势愈高。工艺学P471 渗氮层深度（nitrided case depth）渗氮层包括化合物层（白亮层）和扩散层，其深度从工件表面测至与基体组织有明显分界处或规定的界限硬度值处的垂直距离，以DN表示。5.渗氮工艺：温度、时间、氮势（氨分解率） 工艺学4896.一些常见的渗氮件缺陷及对策 P1443简述见表表 一些常见的渗氮件缺陷及对策缺陷类型产 生 原 因对 策工件表面氧化色冷却时供氨不足，管内出现负压，渗氮罐漏气，压力不正常，出炉温度过高。干燥剂失效，氨中含水量过高，管道中存在积水。适当增加氨流量，保证罐内正压，保证罐内压力正常。工件炉冷至200C以下出炉。表面腐蚀氯化铵（或四氯化碳）加入量过多，挥发太快除不锈钢和耐热钢外，尽量不加氯化铵，加入的氯化铵应与硅砂混合，以降低挥发速度。 渗氮层硬度低温度过高；分段渗氮时第一段温度太高；氨分解率过高或中断供氨；炉子的炉盖等处密封不良而漏气；渗氮罐使用过久；工件表面油污未清除。校验仪表，调整炉温；降低第一段温度；调整并稳定氨分解率；保证渗氮罐密封性能；新渗氮罐应经过预渗，长久使用的渗氮罐（包括夹具）均应进行退氮处理，以保证分解率正常；渗氮前严格进行除油、除锈处理。渗氮件表面有亮点、软点、硬度（或渗层）不均匀工件表面油污或氧化皮未清洗（理）干净；材料组织不均匀；装炉量太多或工件吊挂不当；炉温、炉气不均匀；离子渗氮（零件狭缝、小孔）屏蔽不当；零件上有锡、铜、锌、水玻璃等溅射到零件表面。清洗去污，清除零件表面氧化皮；合理装炉；改进炉子设计，降低罐内温差，强化炉气循环；离子渗氮时，不允许零件屏蔽物上有非铁物质。屏蔽狭缝小孔。 渗氮层脆性大渗氮时工件表面脱碳，或者渗氮前（如38CrMoAlA）的调质处理时发生脱碳；氮势过高提高渗氮罐密封性，降低氨中含水量，提高预先热处理质量；提高氨分解率，降低氮势；离子渗氮的可在冷却时，采用氢轰击退氮。 渗氮层网状或针状、脉状氮化物渗氮温度过高，氮势过高，氨含水量大，原始组织粗大；表面脱碳层未加工掉；渗氮件表面粗糙，存在尖角、棱边；调质后的游离铁素体（体积分数）大于5%。控制温度和氮势以及氨含水量；零件不允许有尖角，减少工件非平滑过渡；增加预先热处理后的加工余量，调质后应该是回火索氏体组织。渗层太浅温度（尤其是两段渗氮的第二段）偏低；保温时间短；氮势（氨分解率）不稳定；工件未进行调质预处理；新换渗氮罐或渗氮罐（或夹具）使用太久；装炉不当，气流循环不畅；离子渗氮真空度低。适当提高温度。校正仪表及热电偶；酌情延长时间；调整氮势（氨分解率）；渗氮之前工件进行调质处理，以获得均匀致密的回火索氏体组织；新渗氮罐应预渗，长久使用的渗氮罐（或夹具）应进行退氮处理；合理装炉，调整工件之间的间隙；检查炉气漏气、供气情况。渗氮件畸变超差1）机加工产生的应力较大，在渗氮加热时应力松弛；零件细长或形状复杂2渗氮层体积膨胀，渗层中含氮量高，渗氮层厚3）工件自重的影响或装炉方式不当4）气相氮势的影响渗氮前预备热处理中，安排合理的去应力工序，对于尺寸精度要求比较高的零件要安排二次去应力处理。第一次去应力预留1mm加工余量，第二次去应力预留0.15mm0.3mm加工余量，也可视具体工件，经试验和生产经验而定。去应力温度应高于渗氮温度而略低于调质处理的回火温度，保温时间一般以大于8小时为宜。去应力处理后不允许进行校直（若校直必须重新进行去应力处理。细长件去应力后最好使之处于垂直状态。对于细长的轴类零件可加工“工艺孔”。对单边开键槽的轴类零件，可在键槽对称的位置上开一个同样形状与尺寸的键槽，称为“工艺槽”。选用合理的渗氮层深度，注意渗氮处理的升温操作，采用升温至略低于渗氮温度，保温适当时间后再缓升温至渗氮温度，使工件温度趋于均匀后再通氨气。必要时改进渗氮炉结构，使气氛均匀。必须合理装炉，装炉力求均匀；杆件吊挂平稳且与轴线平行，必要时设计专用夹具或吊具。在渗氮温度和时间相同的情况下，气相氮势愈高，渗氮件畸变愈大，所以建议采用可控渗氮方法。三、碳氮共渗、氮碳共渗（一）碳氮共渗 (carbonitriding) 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。P1431液体碳氮共渗（cyaniding,liquid cyaniding）在一定温度下以含氰化物的熔盐为介质进行的碳氮共渗。2气体碳氮共渗（gas carbonitriding, dry cyaniding）在含碳、氮的气体介质中进行的碳氮共渗。 常用的气体碳氮共渗介质类 别介质组分（%）说 明液体有机化合物+NH31）煤油+NH3（约占2540）2）甲醇+丙酮+NH3（约占2530）1）煤油+NH3应用最广泛2）换气次数一般以2.55次为好（大炉罐取小值，小炉罐取大值）含氮有机化合物1）丙酮+甲醇+尿素（NH）2CO2）三乙醇胺+甲醇3）三乙醇胺（C2H4OH）3N4）甲醇+甲酰胺（HCONH2）5）苯胺（C6H5NH2）1）三乙醇胺在（200300）形成沥青状物堵塞滴管，故在入炉处要加水冷却，但加甲醇可以防止堵塞2）也可以用注射泵喷射入炉3）为增加尿素流动性，可加热至（70100）气体渗碳剂+氨气吸热式气氛（露点0 -5）+富化气（甲烷5%10%或丙烷1%3%或城市煤气10%）+氨气（1.5%5%）1） 吸热式气氛的露点，根据碳势要求调整2） 煤气应去水脱硫3） 换气次数610次左右（大炉罐取小值，小炉罐取大值）3离子碳氮共渗 （glow discharge carbonitriding, plasma carbonitriding, ion carbonitriding） 在低于1105 Pa（通常是1010-1Pa）的含碳、氮气体中，利用工件（阴极）和阳极之间的辉光放电进行的碳氮共渗。4. 碳氮共渗常见缺陷及防止 P148碳氮共渗常见缺陷有哪些？如何防止？（问答5.27）（二）氮碳共渗（软氮化 nitrocarburizing） 工件表层同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺。在气体介质中进行的称气体氮碳共渗，在盐浴中进行的称液体氮碳共渗。P150 液体氮碳共渗、固体氮碳共渗、气体（多种气氛）氮碳共渗、离子氮碳共渗。铁素体氮碳共渗：工艺学P513（500-600） 奥氏体氮碳共渗：工艺学P537（600-700）氮碳共渗常见缺陷与对策缺 陷 特 征产 生 原 因对 策渗层深度不够1） 温度低，保温时间短，介质浓度低或供气量少2） 渗件装炉重叠或与炉底、炉壁接触按常规工艺，重新处理渗层硬度不均匀渗层厚度不均匀1）渗件未清洗干净，装炉过多，进气、出气口位置不合理或堵塞，气氛温度不均匀2）防渗层覆盖不均匀，或镀锡层淌流1） 渗件应清洗干净，合理装炉2） 改善气氛和温度均匀性3） 严格按工艺操作渗层疏松1） 氨分解率低，渗剂加入量多2） 温度高、时间长3） 疏松的特征是表面附近出现空洞1）调整工艺参数2）留磨量大的渗件，可磨去疏松层后使用3）严重疏松报废化合物层脆氨气分解率低，氨气含水量过多合理供气烘干或更换干燥剂表面硬度低1） 温度过高，时间过长，造成表面疏松2） 时间短，氨气分解率偏低3） 渗剂供给不足4） 表面未清洗干净1） 去除表面污迹及锈斑2） 严格工艺纪律表面呈蓝色或金黄色1） 炉膛密封性差，提罐冷却时供气不足2） 出炉温度过高，气氛含水量高1） 提罐冷却时适当加大供气量2） 烘干或更换干燥剂工件表面颜色不均匀1） 工件表面有锈斑、氧化皮、严重油污2） 未清洗干净或局部有防渗剂覆盖1）严格清洗工件，防渗涂覆部位要准确2）不得沾污欲渗表面3）镀锡层不得过厚零件畸变量超差1） 处理前未消除应力2） 温度不均匀或温度过高3） 吊挂不合理1） 渗前去应力2） 炉温保持均匀3） 合理吊挂4） 对畸变要求严格件可用冷炉进料硬氮化、软氮化的工艺特点有何不同？（500问389）四、其他化学热处理（渗其他非金属及渗金属类）1渗硼 （boriding, boronizing）将硼渗入工件表层的化学热处理工艺，其中包括用粉末或颗粒状的渗硼介质进行的固体渗硼；|用熔融渗硼介质进行的液体渗硼；在电解的熔融渗硼介质中进行的电解渗硼；用气体渗硼介质进行的气体渗硼；在低于1105 Pa（通常是10-110-3Pa）的渗硼气体介质中，利用工件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电进行的离子渗硼。P1522. 渗硫（sulphurizing）将硫渗入工件表层的化学热处理工艺。P1533渗金属（diffusion metallizing, metal cementation）工件在含有被渗金属元素的渗剂中加热到适当温度并保温，使这些元素渗入表层的化学热处理工艺。其中包括渗铝、渗锌、渗钛、渗钒、渗钨、渗锰、渗锑、渗铍和渗镍等。渗铝P154、渗锌P1572.4表面淬火 （P162-）一.感应加热淬火（感应淬火 induction hardening） 利用感应电流通过工件所产生的热量，使工件表层、局部或整体加热并快速冷却的淬火。1. 原理、特点感应加热主要基于电磁感应，表面效应和热传导这三项基本原理。1）电磁感应2）表面效应（集肤效应）3）邻近效应4) 圆环效应5) 导磁体槽口效应6) 尖角效应感应加热淬火的基本原理是什么？交变电流具有哪些物理特性？（问答4.1） 2. 技术要求 P1643. 工艺参数 P164加热方式 比功率 频率 加热参数 温度 时间 冷却介质 冷却方式 冷却时间 感应淬火的冷却方法及冷却介质应根据材质、工件形状和大小、采用的加热方式和淬硬层深度等因素综合考虑确定。常用的冷却方法有喷冷、浸冷和自冷等；冷却介质有水、压缩空气、有机聚合物水溶液、油等。形状简单的工件可采用喷水冷却。低合金钢工件和形状复杂的碳钢工件可采用聚乙烯醇水溶液、聚烷撑乙二醇（PAG类如Ucon A、AQ251等）水溶液等进行喷射冷却。形状复杂的合金钢工件可酌情采用油浸冷或适当浓度Ucon E等有机聚合物水溶液浸冷、喷射冷却。回火 自热回火（自回火 self tempering 利用局部或表层淬硬工件内部的余热使淬硬部分回火）、炉中回火、感应回火。P166电参数调整4.感应器设计 P1705.感应加热淬火中常见缺陷及预防措施P173 1)硬度不足 产生硬度不足的原因有两个：加热不足或冷却不足。(1) 加热不足比功率偏低、加热时间不足、感应器与工件表面间隙偏大，造成淬火温度偏低，组织中有较多未溶铁素体。(2)冷却不足加热结束后延时过长再冷却、喷液时间过短、喷射压力和喷射密度过低及淬火介质冷却速度低等均为造成冷却不足，组织中出现托氏体等非马氏体组织。 2)软点 喷水孔局部堵塞或分布过稀，导致工件局部区域冷却不足而出现软点。 3)软带 轴类零件连续加热淬火，有时会出现黑白相间螺旋型软带或沿工件与感应器的相对运动方向的某一区域出现直线黑带。这些区域中存在未溶铁素体或托氏体组织。原因如下：(1) 喷水角度偏小，加热区返水；(2) 工件旋转速度与工件或感应器移动速度不协调，工件旋转一圈感应器相对移动距离偏大；(3) 喷水孔角度不一致，工件在感应器内偏心旋转。4）淬火裂纹感应淬火裂纹的形成原因和预防措施如表所列。表 感应淬火裂纹的形成原因和预防措施序号淬火裂纹形成原因控制措施1过热，如轴端裂纹、齿面弧形裂纹、齿顶延伸到齿面裂纹降低比功率，减少加热时间，增大感应器与表面距离，同时加热时降低感应器高度2 冷却过于激烈采用冷速较缓慢的淬火介质，降低喷液供给量和喷液压力3钢材的碳质量分数较高，如C0.5%，开裂倾向急剧增加精选碳量，使45钢中的碳控制在下限，采用冷速较缓慢的淬火介质4工件表面沟槽、油孔使感应电流集中用铁屑堵塞5未及时回火及时回火或采用 5) 畸变感应淬火多数表现为热应力型畸变。为此应减少热量向工件内层中的传递。为减少畸变，通常采用透入式加热，提高比功率，缩短加热时间；轴类零件采用旋转加热，齿轮内孔加防冷盖，减少内径缩小；薄壁齿轮淬火时对内孔喷水加速冷却以控制内径涨大。6) 硬化区分布不合理淬硬区与非淬硬区的交接部位恰在工件的应力集中处，如花键轴的花键末端、齿轮的齿面与齿根的交接处、半轴法兰盘与轴的圆弧过渡区以及零件中的沟槽的交接面部位，由于这些地方存在残留拉应力峰，同时服役中又是结构上脆弱部位，容易产生断裂。为此可采取一些措施，使硬化区离开应力集中的危险断面6mm8mm或对截面过渡的圆角也实施淬火。7) 硬化层过厚要求高硬度且经受冲击载荷易断裂的较小零件，如小模数齿轮，硬化层过厚是不利的。为此选材上可用低淬透性钢或在工艺上采用较高的电源频率和比功率，适当减小感应器与工件的间隙，缩短加热时间，减少硬化层厚度。8) 表面灼伤由于感应器与工件接触短路，使工件表面打弧留下烧伤痕迹和蚀坑。注意工件内应力和预先处理状况（清除铁屑等）、淬火机床精度、感应器刚性以及与工件间的间隙。二、火焰淬火（flame hardening, torch hardening）利用氧乙炔（或其他可燃气）火焰使工件表层加热并快速冷却的淬火。P177原理、特点操作要领（操作安全）P179淬火操作中还应注意工件的正确装夹。操作安全见表表 火焰淬火的安全项 目说 明防止乙炔爆炸温度300，压力增