《工程材料与热成型》课件-4.对钢进行热处理改性

钢的热处理是指将钢在固态下采用适当的方式进行加热、保温和冷却，从而改变钢的内部组织结构，最终获得所需性能的工艺方法。认识钢的热处理钢的各种热处理工艺都包括加热、保温和冷却三个阶段，加热温度和各阶段持续时间是决定热处理工艺的主要因素，钢的热处理工艺曲线如图1所示。

图一热处理工艺曲线

热处理工艺区别于其他加工工艺（如铸造、锻造、焊接等），热处理工艺的特征是不改变工件的形状，只改变材料的组织结构和性能。热处理工艺只适用于固态下能发生组织转变的材料，无固态相变的材料则不能用热处理来进行强化。通过适当的热处理，不仅可以提高钢的使用性能，改善钢的工艺性能，而且能够充分发挥钢的性能潜力，从而减少零件的重量，延长产品使用寿命，提高产品的产量、质量和经济效益。铸造焊接

在机床制造中有60%～70%的零部件要经过热处理；在汽车、拖拉机制造中有70%～90%的零部件要经过热处理；飞机配件、各种工具和滚动轴承等几乎100%的需要进行热处理。曲轴轴承据统计

热处理

普通热处理

退火

正火

淬火

回火

表面热处理

其他热处理

表面淬火

表面化学热处理

火焰加热表面淬火

感应加热表面淬火

激光加热表面淬火电解加热表面淬火

渗碳

渗氮

碳氮共渗渗金属

时效处理

形变热处理

真空热处理

可控气氛热处理

表面气相沉积根据加热、冷却方式的不同以及钢的组织和性能的变化特征不同，可将热处理大致进行如下分类

各种科学发现往往具有一个共同点，那就是勤奋和创新精神。—郭沫若热处理时，首先要把钢加热到一定温度，这是热处理过程中的一个重要阶段，其目的主要是使钢奥氏体化。现在以共析钢（含碳量为0.77%）为例，来说明钢在加热时的组织转变规律。钢的奥氏体化将共析钢加热至Ac1温度时，便会发生珠光体向奥氏体的转变。其转变过程也是一个形核和长大的过程，一般可分为四个阶段。

钢在加热和冷却时相图上各相变临界点的位置第一个阶段奥氏体晶核的形成第二个阶段奥氏体晶核的长大奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体的两相界面上形成。这是因为相界面处成分不均匀，原子排列不规则，晶格畸变大，能为产生奥氏体晶核提供成分和结构两方面的有利条件。奥氏体晶核形成以后，依靠铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，奥氏体晶核不断向铁素体和渗碳体两个方向长大。与此同时，新的奥氏体晶核也不断形成并随之长大，直至铁素体全部转变为奥氏体为止。a)奥氏体晶核的形成b)奥氏体晶核的长大第三个阶段残余渗碳体的溶解第四个阶段奥氏体成分均匀化在奥氏体的形成过程中，当铁素体全部转变为奥氏体后，仍有部分渗碳体尚未溶解（称为残余渗碳体），随着保温时间的延长，残余渗碳体将不断溶入奥氏体中，直至完全消失。即使渗碳体全部溶解，奥氏体内的成分仍不均匀，在原铁素体区域形成的奥氏体含碳量偏低，在原渗碳体区域形成的奥氏体含碳量偏高，还需保温足够时间，让碳原子充分扩散，奥氏体成分才可能均匀。c)残余渗碳体的溶解d)奥氏体成分均匀化亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程

钢在加热和冷却时相图上各相变临界点的位置亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相同。不同的是，亚共析钢的平衡组织中除了珠光体外还有先析出的铁素体，过共析钢中除珠光体外还有先析出的渗碳体。若加热至Ac1温度，只能使珠光体转变为奥氏体，得到“奥氏体+铁素体”或“奥氏体+二次渗碳体”组织，称为不完全奥氏体化。只有继续加热至Ac3或Accm温度以上，才能得到单相奥氏体组织，即完全奥氏体化。职业教育，将使受教育者各得一技之长，以从事于社会生产事业，藉获适当之生活；同时更注意于共同之大目标，即养成青年自求知识之能力、巩固之意志、优美之感情，不惟以之应用于职业，且能进而协助社会、国家，为其健全优良之分子也。—黄炎培

共析钢过冷奥氏体的等温转变过程和转变产物可用其等温转变曲线（CCT曲线，也称C曲线）来分析，如图所示。1.过冷奥氏体等温冷却转变曲线（CCT曲线，C曲线）共析钢过冷奥氏体的等温转变（CCT曲线，C曲线）共析钢过冷奥氏体的等温转变（CCT曲线，C曲线）

共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线中左边一条曲线为转变开始线，右边一条曲线为转变终了线；MS线表示奥氏体向马氏体转变的开始线；Mf表示马氏体转变终了线。在A1线上部为奥氏体稳定区；转变开始线左边是奥氏体转变准备阶段，称为过冷奥氏体区，也称“孕育区”；转变开始线和转变终了线之间为奥氏体和转变产物混合区；转变终了线右边为转变产物区。共析钢过冷奥氏体的等温转变（CCT曲线，C曲线）在图中，大约550℃左右，曲线出现一个拐点，俗称“鼻尖”，此处孕育区最短，过冷奥氏体最不稳定，转变速度也最快。符号A′表示残余奥氏体，指工件淬火冷却至室温后残存的奥氏体。2.过冷奥氏体等温冷却转变产物的组织形态及性能

从C曲线可知，随过冷奥氏体等温转变温度的不同，其转变特性和转变产物的组织也不同。

一般可将过冷奥氏体转变分为高温转变、中温转变和低温转变。

过冷奥氏体在A1～550℃温度范围等温时，将发生珠光体型转变。

由于转变温度较高，原子具有较强的扩散能力，转变产物为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状组织，即珠光体型组织。

等温温度越低，铁素体层和渗碳体层越薄，层间距(一层铁素体和一层渗碳体的厚度之和)越小，硬度越高。

根据片层的厚薄不同，这类组织又可细分为三种，分别称为珠光体（P）、索氏体（S）和托氏体（T）。（1）高温转变（珠光体型转变）珠光体型显微组织（放大500倍）

过冷奥氏体在550℃~MS（马氏体转变开始温度）的转变称为中温转变，由于转变温度较低，原子扩散能力逐渐减弱，其转变产物属于贝氏体型，所以也叫贝氏体型转变。

贝氏体用符号“B”

表示，它仍是由铁素体与渗碳体组成的机械混合物，但其形貌及渗碳体的分布与珠光体型不同，硬度也比珠光体型的高。

由于等温温度不同，贝氏体的形态也不同，分为上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）。（2）中温转变（贝氏体型转变）

上贝氏体的显微组织如图所示，在光学显微镜下，铁素体呈暗黑色，渗碳体呈亮白色。

下贝氏体组织形态呈黑色针状，强度较高，塑性和韧性也较好，具有良好的综合力学性能，其显微组织如图所示。（2）中温转变（贝氏体型转变）上贝氏体组织（放大500倍）下贝氏体组织（放大500倍）（3）低温转变（马氏体型转变）

高碳马氏体由于碳的过饱和而导致晶格严重畸变，增加了塑性变形抗力，特别是含碳高时更为明显。

因此，高碳马氏体硬而脆，硬度可达65HRC左右。而板条状低碳马氏体硬度虽然低些，但具有较高的强度、良好的韧性和塑性。针状马氏体组织（放大500倍）板条状马氏体组织（放大500倍）（3）低温转变（马氏体型转变）

当转变温度低于MS时，由于转变温度很低，只有γ-Fe向α-Fe的晶格转变，铁、碳原子均不能进行扩散，碳将全部固溶在α-Fe的晶格中，这种含过饱和碳的固溶体称为马氏体，用符号M表示。

根据组织形态的不同，马氏体可分为高碳马氏体（针状）和低碳马氏体（板条状）两种。针状马氏体组织（放大500倍）板条状马氏体组织（放大500倍）职业教育，将使受教育者各得一技之长，以从事于社会生产事业，藉获适当之生活；同时更注意于共同之大目标，即养成青年自求知识之能力、巩固之意志、优美之感情，不惟以之应用于职业，且能进而协助社会、国家，为其健全优良之分子也。—黄炎培对钢进行退火热处理钢的退火是将钢材或钢件加热到临界温度以上的适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（通常随炉冷却）以获得接近平衡的珠光体组织的热处理工艺。退火的主要目的如下：（1）降低硬度，提高塑性，以利于切削加工或继续冷变形；（2）细化晶粒，消除组织缺陷，改善钢的性能，并为最终热处理作组织准备；（3）消除内应力，稳定工作尺寸，防止变形与开裂；（4）为后续热处理做准备。退火方法很多，通常按退火目的不同，分为完全退火、球化退火、均匀化退火和去应力退火等。退火热处理完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火。完全退火是一种将钢加热到Ac3以上30～50℃，保温一定时间，缓慢冷却（随炉或埋入石灰和砂中冷却）至500℃以下，然后在空气中冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。（1）应用

完全退火主要用于亚共析钢和中碳合金钢的铸、焊、锻、轧制件等的处理，一般常作为一些不重要工件的最终热处理或作为某些重要件的预先热处理；（2）作用

完全退火的“完全”是指工件被加热到临界点以上获得完全的奥氏体组织，通过完全重结晶，使热加工造成的粗大、不均匀的组织均匀化和细化；或使中碳以上的碳钢及合金钢得到接近平衡状态的组织，并降低硬度、改善切削加工性能；还可消除残余应力；（3）保温时间计算

完全退火的保温时间按钢件的有效厚度计算。完全退火一、完全退火保温时间计算完全退火的保温时间按钢件的有效厚度计算。在箱式电炉中加热时，碳钢厚度不超过25mm需保温1h，以后每增加25mm厚度延长0.5h；合金钢每20mm保温1h。保温后的冷却一般是关闭电源让钢件在炉中缓慢冷却，当冷至500～600℃时即可出炉空冷。完全退火全过程所需时间比较长，特别是对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，往往需要数十小时，甚至数天的时间。等温完全退火是将钢件或毛坯加热到高于Ac3或Ac1的温度，保温适当时间后，较快地冷却到珠光体转变温度区间的某一温度，并等温保持使奥氏体转变为珠光体型组织，然后在空气中冷却的退火工艺。如果在对应于钢的CCT曲线上的珠光体形成温度进行过冷奥氏体的等温转变处理，就有可能在等温处理之后稍快地进行冷却，以便大大缩短整个退火的过程。二、等温完全退火球化退火是一种将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一定时间，并缓慢冷却，使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺。钢经球化退火后，将获得由大致呈球形的渗碳体颗粒弥散分布于铁素体基体上的球状组织（球状珠光体）。（1）应用

球化退火主要用于共析钢和过共析钢制造的刀具、量具及模具等零件；（2）作用

球化退火的目的是使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化，以降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能，以获得均匀的组织，改善热处理工艺性能，并为以后淬火做组织准备；（3）冷却方式

完普通球化退火和等温球化退火。球化退火三、球化退火均匀化退火又称扩散退火，是将钢加热到略低于固相线的温度(1050～1150℃)下长期加热，长时间保温（10～20h），然后缓慢冷却，以消除或减少化学成分偏析及显微组织(枝晶)的不均匀性，从而达到均匀化的目的。主要用于铸件凝固时发生偏析而造成成分和组织的不均匀性的均匀化处理。四、均匀化退火去应力退火是为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的应力以及铸件内存在的残余应力而进行的热处理工艺。（1）工艺方法去应力退火的加热温度一般为500～600℃，保温后随炉缓冷至室温。由于加热温度在A1以下，退火过程中一般不发生相变；（2）应用

去应力退火广泛用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及机加工件中的残余应力，以稳定钢件的尺寸，减少变形，防止开裂。去应力退火五、去应力退火退火和正火是应用非常广泛的热处理方法，主要用于铸、锻、焊毛坯加工前的预备热处理，以消除前一工序所带来的某些缺陷，还可改善机械零件毛坯的切削加工性能，也可用于性能要求不高的机械零件的最终热处理。合理选择退火和正火铸件焊接件将钢材或钢件加热到临界温度以上的适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（通常随炉冷却）以获得接近平衡的珠光体组织的热处理工艺。合理选择退火和正火钢的退火为钢件进行退火时的感应加热钢经退火后将获得接近于平衡状态的组织，退火的主要目的如下：降低硬度，提高塑性，以利于切削加工或继续冷变形；细化晶粒，消除组织缺陷，改善钢的性能，并为最终热处理作组织准备；消除内应力，稳定工作尺寸，防止变形与开裂；为后续热处理做准备。合理选择退火和正火将钢材或钢件加热到临界温度（Ac3或Accm）以上适当温度，保温适当时间后以较快速度冷却（通常空气中冷却），以获得珠光体类型组织的热处理工艺。合理选择退火和正火钢的正火常用的退火和正火的加热温度范围和工艺曲线如图所示：

退火方法很多，通常按退火目的不同，分为完全退火、球化退火、均匀化退火和去应力退火亚共析钢的正火加热温度为Ac3以上30~50℃；过共析钢的正火加热温度为Accm以上30~50℃。

正火与退火的主要区别是正火冷却速度稍快，得到的组织较细小，强度和硬度有所提高，操作简便，生产周期短，成本较低。对于低碳钢或低碳合金钢，正火可提高其硬度，防止“粘刀”现象，从而改善切削加工性能。对于过共析钢，正火加热到Accm以上，可使网状二次渗碳体充分地溶解到奥氏体中，空冷时，先前的共析碳化物来不及析出，则消除了网状碳化物组织，同时细化了珠光体，使强度提高。对于中碳钢，正火可使晶粒细化，并降低加工表面的粗糙度。用它代替退火，可以得到满意的机械性能，并能缩短生产周期，降低成本。对于机械性能要求不高的结构钢零件，经正火后所获得的性能即可满足使用要求，可用正火作为最终热处理。正火的主要应用改善切削加工性能消除网状二次渗碳体（强化）细化晶粒作为最终热处理一般来说，当钢的硬度为170～230HBW，并且组织中无大块铁素体时，切削加工性较好。因此，对低、中碳钢宜用正火，以防止“粘刀”现象；高碳结构钢、工具钢以及含合金元素较多的中碳合金钢，宜球化退火降低硬度，以利于切削加工。若零件的性能要求不太高时，可采用正火作为最终热处理；对于一些大型或重型零件，当淬火有开裂危险时，也采用正火作为最终热处理；对于一些形状复杂的零件和大型铸件，宜用退火，以防止正火产生较大的内应力而发生裂纹。正火比退火的生产周期短，设备利用率高，节能省时，操作简便，可能的情况下优先采用正火。退火与正火的选择切削加工性使用性能经济性在机械零件、工模具等加工中，退火与正火一般作为预先热处理被安排在毛坯生产之后或半精加工之前。由于正火与退火在某种程度上有相似之处，实际生产中有时可以相互代替；而且正火与退火相比，力学性能高，操作方便，生产周期短，耗能少，因此在可能条件下，应优先考虑正火。生产实践提示职业教育，将使受教育者各得一技之长，以从事于社会生产事业，藉获适当之生活；同时更注意于共同之大目标，即养成青年自求知识之能力、巩固之意志、优美之感情，不惟以之应用于职业，且能进而协助社会、国家，为其健全优良之分子也。—黄炎培将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以适当方式较快地冷却而获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火可以很大地提高钢的硬度和强度，但脆性增加，塑韧性降低，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。为保证钢件淬火后得到马氏体，同时又防止产生变形和开裂，生产中应根据钢件的成分、形状、尺寸、技术要求以及选用的淬火介质的特性等，选择合适的淬火方法。对钢进行淬火热处理电磁感应加热淬火热处理单介质淬火是将钢件奥氏体化后，浸入一种淬火介质中连续冷却到室温的淬火方法，如碳钢件水冷、合金钢件油冷等。此法操作简单，但容易产生淬火变形与裂纹，主要适用于形状较简单的钢件。常用的淬火方法单介质淬火双介质淬火是将钢件奥氏体化后，先浸入一种冷却能力强的介质，在钢件还未到达该淬火介质温度之前即取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介质中冷却，例如先水后油、先水后空气等。此种方法既能保证淬硬，又能减少产生变形和裂纹的倾向，但操作起来较难掌握在两种介质中的停留时间。

主要用于形状较复杂的碳钢件和形状简单截面较大的合金钢件。常用的淬火方法双介质淬火分级淬火是将加热好的钢件先放入温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴中，保持一定的时间，使钢件内外的温度达到均匀一致，然后取出钢件在空气中冷却，使之转变为马氏体组织。这种淬火方法可大大减少钢件的热应力和组织应力，明显地减少变形和开裂，但由于盐浴或碱浴的冷却能力较小，故此法只适用于截面尺寸比较小（一般直径或厚度小于12mm）、形状较为复杂的工件。常用的淬火方法分级淬火等温淬火是将钢件加热奥氏体化后，随即快冷到贝氏体转变温度区间（260～400℃）等温，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。此法产生的内应力很小，所得到的下贝氏体组织具有较高的硬度和韧性，但生产周期较长，常用于形状复杂，强度、韧性要求较高的小型钢件，如各种模具、成型刃具等。常用的淬火方法等温淬火模具职业教育，将使受教育者各得一技之长，以从事于社会生产事业，藉获适当之生活；同时更注意于共同之大目标，即养成青年自求知识之能力、巩固之意志、优美之感情，不惟以之应用于职业，且能进而协助社会、国家，为其健全优良之分子也。—黄炎培钢件经淬火后虽然具有高的硬度和强度，但脆性较大，并存在较大的淬火应力，为了避免工件在放置和使用过程中发生变形与开裂，一般情况下必须经过适当的回火后才能使用。1.对淬火钢进行回火热处理将淬火后的钢件重新加热到A1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称为回火。降低脆性，减少或消除内应力，防止工件的变形和开裂。稳定组织，调整硬度，获得工艺所要求的力学性能。稳定工件尺寸，保证工件在使用过程中不发生尺寸和形状的变化，以满足各种工件的使用性能要求。

对于某些高淬透性的合金钢，空冷时即可淬火成马氏体组织，通过回火可使碳化物聚集长大，降低钢的硬度，以利于切削加工。淬火和回火两种工艺通常紧密地结合在一起，是强化钢材、提高机械零件使用寿命的重要手段。通过淬火后适当温度的回火，可以获得不同的组织和性能，满足各类零件或工具对于使用性能的要求。回火的目的淬火钢回火后的组织和性能主要取决于回火温度，随着回火温度的增加，钢的强度和硬度降低，塑性和韧性升高。根据回火温度的不同，可将回火分为以下三类：2.常用的回火方法低温回火高温回火中温回火低温回火的温度为150～250℃，其目的是保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应力，减少钢的脆性。低温回火后的组织为回火马氏体，其硬度一般为58～64HRC。低温回火主要用于刃具、量具、冷作模具、滚动轴承、渗碳淬火件等。如图所示。

（1）低温回火量尺滚动轴承中温回火的温度为350～500℃，其目的是获得高的弹性极限、高的屈服强度和较好的韧性。中温回火后的组织为回火托氏体，其硬度一般为35～50HRC。中温回火主要用于弹性零件及热锻模具等。（2）中温回火弹簧热锻模具（3）高温回火高温回火的温度为500～650℃，其目的是获得良好的综合力学性能，即在保持较高强度和硬度的同时，具有良好的塑性和韧性。高温回火后的组织为回火索氏体，硬度一般为220～330HBW。高温回火主要用于各种重要的结构零件，如螺栓、连杆、齿轮及轴类等。职业教育，将使受教育者各得一技之长，以从事于社会生产事业，藉获适当之生活；同时更注意于共同之大目标，即养成青年自求知识之能力、巩固之意志、优美之感情，不惟以之应用于职业，且能进而协助社会、国家，为其健全优良之分子也。—黄炎培

渗碳是钢的一种化学热处理的方法。为了增加钢件表层的含碳量和形成一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层，这种工艺就叫做钢的渗碳。对钢的表面渗碳热处理（1）渗碳的作用

提高工件表面的硬度、耐磨性及疲劳强度，并使其心部保持良好的塑性和韧性。（2）渗碳用钢为保证工件渗碳后表层具有高的硬度和耐磨性，而心部具有良好的韧性，渗碳用钢碳的质量分数一般为0.1%～0.25%的低碳钢和低碳合金钢。图

渗碳图

渗碳用钢（3）渗碳方法根据采用的渗碳剂不同，渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳三种。其中气体渗碳的生产率高，渗碳过程容易控制，在生产中应用最广泛。

气体渗碳就是工件在气体渗碳介质中进行渗碳的工艺。如图a所示，将装挂好的工件放在密封的渗碳炉内，滴入煤油、丙酮或甲醇等渗碳剂并加热到900～950℃，渗碳剂在高温下分解，产生的活性碳原子渗入工件表面并向内部扩散形成渗碳层，从而达到渗碳目的。渗碳层深度主要取决于渗碳时间，一般按每小时0.10～0.15mm估算，或用试棒实测确定。

图a气体渗碳方法示意图

固体渗碳是把工件和固体渗碳剂装入渗碳箱中，用盖子和耐火泥封好后，送入炉中加热到900～950℃，保温一定的时间后出炉，零件便获得了一定厚度的渗碳层。图b固体渗碳方法示意图

固体渗碳剂通常是由一定粒度的木炭和少量的碳酸盐（BaCO3或Na2CO3）混合组成。木炭提供渗碳所需要的活性碳原子，碳酸盐只起催化作用。在渗碳温度下，固体渗碳剂分解出来的不稳定的CO，能在钢件表面发生气相反应，产生活性碳原子，并为钢件的表面所吸收，然后向钢的内部扩散而进行渗碳。固体渗碳的优点是设备简单，容易实现。与气体渗碳法相比，固体渗碳法的渗碳速度慢，劳动条件差，生产率低，质量不易控制。图

渗碳层组织（4）渗碳后的组织工件经渗碳后，含碳量从表面到心部逐步减少，表面碳的质量分数可达0.80%～1.05%，而心部仍为原来的低碳成分。通常规定，从工件表面到过渡区一半处的厚度称为渗碳层厚度。渗碳层的厚度取决于零件的尺寸和工作条件，一般为0.5～2.5mm。渗碳层太薄，易造成工件表面的疲劳脱落；渗碳层太厚，则经不起冲击载荷的作用。（5）渗碳后的热处理工件渗碳只改变工件表层化学成分，性能多数情况下仍达不到外硬内韧的要求，工件经渗碳后可经过淬火及低温回火处理，提高硬度和耐磨性，而心部具有良好的韧性。（a)遇冷直接淬火

（b）一次淬火

（c）二次淬火渗碳淬火职业教育，将使受教育者各得一技之长，以从事于社会生产事业，藉获适当之生活；同时更注意于共同之大目标，即养成青年自求知识之能力、巩固之意志、优美之感情，不惟以之应用于职业，且能进而协助社会、国家，为其健全优良之分子也。—黄炎培钢件淬火硬化后，表面硬度低于应有的硬度，称为硬度不足；表面硬度偏低的局部小区域称为软点。引起硬度不足和软点的主要原因有淬火加热温度偏低、保温时间不足、淬火冷却速度不够以及表面氧化脱碳等。在热处理生产中，因淬火工艺控制不当，常会产生硬度不足与软点、过热和过烧、氧化和脱碳、变形与开裂等缺陷。预防钢的淬火缺陷淬火硬度不足一、硬度不足与软点淬火加热温度过高或保温时间过长，晶粒过分粗大，以致钢的性能显著降低的现象称为过热。工件过热后可通过正火细化晶粒予以补救。若加热温度达到钢的固相线附近时，晶界氧化和开始部分熔化的现象称为过烧。工件过烧后无法补救，只能报废。淬火过热与过烧二、过热与过烧工件淬火冷却时，由于不同部位存在温度差异及组织转变的不同时性所引起的应力称为淬火冷却应力。当淬火应力超过钢的屈服点时，工件将产生变形；当淬火应力超过钢的抗拉强度时，工件将产生裂纹，从而造成废品。为防止淬火变形和裂纹，需从零件结构设计、材料选择、加工工艺流程、热处理工艺等各方面全面考虑，尽量减少淬火应力，并在淬火后及时进行回火处理。淬火裂纹三、变形与开裂工件加热时，介质中的氧、二氧化碳和水等与金属反应生成氧化物的过程称为氧化。而加热时由于气体介质和钢铁表层碳的作用，使表层含碳量降低的现象称为脱碳。氧化脱碳会使工件表面质量降低，且淬火后硬度不均匀或偏低。防止氧化脱碳的主要措施是采用保护气氛或可控气氛加热，也可在工作表面涂上一层防氧化剂。淬火氧化四、氧化与脱碳对工件表面气相沉积处理气相沉积技术是利用气相之间的物理、化学反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层金属或化合物的薄膜涂层，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。

气相沉积技术是利用气相中发生的物理、化学反应，生成的反应物在工件表面形成一层具有特殊性能的金属或化合物的涂层。气相沉积按其过程本质不同分为化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）两类。1.化学气相沉积（CVD）

化学气相沉积是将工件置于炉内加热到高温后，向炉内通入反应气(低温下可气化的金属盐)，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。化学气相沉积法的缺点是加热温度较高，目前主要用于硬质合金的涂覆。图化学气相沉积2.物理气相沉积（PVD）

物理气相沉积是通过蒸发或辉光放电、弧光放电、溅射等物理方法提供原子、离子，使之在工件表面沉积形成薄膜的工艺。物理气相沉积包括蒸镀、溅射沉积、磁控溅射、离子束沉积等方法，因都是在真空条件下进行的，所以又称真空镀膜，其中离子镀发展最快。

进行离子镀时，先将真空室抽至高度真空后通入氩气，并使真空度调至1~10Pa，工件（基板）接上1~5kV负偏压，将欲镀的材料放置在工件下方的蒸发源上，当接通电源产生辉光放电后，由蒸发源蒸发出的部分镀材原子被电离成金属离子，在电场作用下，金属离子向阴极（工件）加速运动，并以较高能量轰击工件表面，使工件获得需要的离子镀膜层。2.物理气相沉积（PVD）图

物理气相沉积3.气相沉积技术的应用

CVD法和PVD法在满足现代技术所要求的高性能方面比常规方法有许多优越性，如镀层附着力强、均匀，质量好、生产率高，选材广、公害小，可得到全包覆的镀层，能制成各种耐磨膜（如TiN、碳化钛（TiC）等）、耐蚀膜（如Al、Cr、Ni及某些多层金属等）、润滑膜（如二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）、石墨、氟化钙（CaF2）等）、磁性膜、光学膜等。另外，气相沉积所适应的基体材料可以是金属、碳纤维、陶瓷、工程塑料、玻璃等多种材料。因此，在机械制造、航空航天、电器、轻工、原子能等方面应用广泛。例如，在高速工具钢和硬质合金刀具、模具以及耐磨件上沉积TiC、TiN等超硬涂层，可使其寿命提高几倍。气相沉积涂层刀具如图所示。3.气相沉积技术的应用a）不同形状的涂层刀片b）装有机夹式涂层刀片的端面铣刀c）整体式涂层立铣刀职业教育，将使受教育者各得一技之长，以从事于社会生产事业，藉获适当之生活；同时更注意于共同之大目标，即养成青年自求知识之能力、巩固之意志、优美之感情，不惟以之应用于职业，且能进而协助社会、国家，为其健全优良之分子也。—黄炎培选择合理的热处理工艺在零件的生产加工过程中，热处理被穿插在各个冷热加工工序之间，起着承上启下的作用。一、常用热处理方案的选择热处理方案的正确选择以及工艺位置的合理安排，是制造出合格零件的重要保证。每一种热处理方法都有它的特点，而每一种材料也有其适宜的热处理方法。另外，实际工作中不同零件的结构形状、尺寸大小、性能要求均不一样，对热处理方案的选择都有较大的影响。热处理加热炉

常用预备热处理方法有三大类：1.预备热处理钢材通过预备热处理可以使晶粒细化、成分组织均匀、内应力得到消除，为最终热处理作好组织准备。因此，预备热处理是减少应力，防止变形和开裂的有效措施。正火工艺曲线退

火、一般地，零件预备热处理大都采用正火。调

质。正

火、

1.预备热处理但对成分偏析较严重、毛坯生产后内应力较大以及正火后硬度偏高时，应采用退火工艺；对毛坯中成分偏析严重的应采用均匀化高温扩散退火；共析钢及过共析钢多采用球化退火；亚共析钢则应采用完全退火（现一般用等温退火来代替）；消除内应力较彻底的应采用去应力退火；如果对零件综合力学性能要求较高时，预备热处理则应采用调质。退火工艺曲线

工件通过最终热处理，获得最终所须的组织及性能，满足工件使用要求。2.最终热处理因此，它是热处理中保证质量的最后一道关口。各种淬火方法示意图最终热处理的方法很多，主要包括淬火、回火、表面热处理（表面淬火及化学热处理）等。

一般地，根据工件的材料类型，形状尺寸，淬透性大小及硬度要求等选择合适的淬火方法。如对于形状简单的碳钢件可采用单液水中淬火；而对于合金钢制工件多采用单液油中淬火；各种淬火方法示意图（1）淬火为了有效地减小淬火内应力，防止工件变形、开裂，则可采用预冷并双液、分级、等温淬火方法；对于某些只需局部硬化的工件可针对相应部位进行局部淬火。

淬火后的工件应及时回火，而且回火应充分。对于要求高硬度、耐磨工件应采用低温回火；（2）回火对于高韧性，较高强度的工件则进行中温回火；而对于要求具备较高综合力学性能的工件应进行高温回火。回火工艺示意图

有时，工作条件要求零件表层与心部具有不同性能，这时可根据材料化学成分和具体使用性能的不同，选择相应的表面热处理方法。如对于表层具有高硬度、强度、耐磨性及疲劳极限，而心部具有足够塑性及韧性的中碳钢或中碳合金钢工件，可采用表面淬火法；（3）表面热处理对于低碳钢或低碳合金钢工件，可采用渗碳法；而对于承载力不大但精度要求较高的合金钢，多采用渗氮。表面热处理为了提高化学热处理的效率，生产中还可采用低温气体碳氮共渗及中温气体碳氮共渗。另外，还可根据需要对工件进行其他渗金属或非金属的处理，如为提高工件高温抗氧化性可渗铝，为提高工件耐磨性和红硬性可渗硼等。还有，为了提高零件表面硬度，耐磨性，减缓材料的腐蚀，可在零件表面涂覆其他超硬，耐蚀材料。

对于精密零件和量具等，为稳定尺寸，提高耐磨性可采用冷处理或长时间的低温时效处理。当然，在实际生产过程中，由于零件毛坯的类型及加工工艺过程的不同，在具体安排热处理方法及工艺位置时并不一定要完全按照上述原则，而应根据实际情况进行灵活调整。（4）其他热处理