热处理的分类及特点

类别    工艺过程    特点    应用范围
单液淬火    工件加热到淬火温度后，浸入一种淬火介质中，直到工件冷至室温为止    此法优点是操作简便，缺点是易使工件产生较大内应力，发生变形，甚至开裂    适用于形状简单的工件，对于碳钢工件，直径大于5mm的在水中冷却，直径小于5mm的可以在油中冷却，合金钢工件大都在油中冷却
双液淬火    加热后的工件先放在水中淬火，冷却至接近Ms点(300一200℃)时，从水中取出立即转到油中(或甚至放在空气中)冷却    利用冷却速度不同的两种介质，先快冷躲过奥氏体最不稳定的温度区间(650一550℃)，至接近发生马氏体转变(钢在发生体积变化)时再缓冷，以减小内应力和变形开裂倾向    主要适用于碳钢制成的中型零件和由合金钢制成的大型零件
分级淬火    工件加热到淬火温度，保温后，取出置于温度略高(也可稍低)于Ms点的淬火冷却剂(盐浴或碱浴)中停留一定时问，待表里温度基本一致时，再取出置于空气中冷却    1．减小了表里温差，降低了热应力
2．马氏体转变主要是在空气中进行，降低了组织应力，所以工件的变形与开裂倾向小
3．便于热校直
4．比双液淬火容易操作    此法多用于形状复杂、小尺寸的碳钢和合金钢工件，如各种刀具。对于淬透性较低的碳素钢工件，其直径或厚度应小于lomm
等温淬火    工件加热到淬火温度后，浸入一种温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴中，保温足够的时间，使其发生下贝氏体转变后在空气中冷却    与其他淬火比
1．淬火后得到下贝氏体组织，在相同硬度情况下强度和冲击韧度高
2．一般工件淬火后可以不经回火直接使用，所以也无回火脆性问题，对于要求性能较高的工件，仍需回火
3．下贝氏体质量体积比马氏体小，减小了内应力与变形、开裂
　    1．由于变形很小，因而很适合于处理—‘些精密的结构零件，如冷冲模、轴承、精密齿轮等2．由于组织结构均匀，内应力很小，显微和超显微裂纹产生的可能性小，因而用于处理各种弹簧，可以大大提高其疲劳抗力
3．特别对于有显著的第一类回火脆性的钢，等温淬火优越性更大
4．受等温槽冷却速度限制，工件尺寸不能过大
5．球墨铸铁件也常用等温淬火以获得高的综合力学性能，一般合金球铁零件等温淬火有效厚度可达100mm或更高
喷雾淬火    工件加热到淬火温度后，将压缩空气通过喷嘴使冷却水雾化后喷到工件上进行冷却    可通过调节水及空气的流量来任
意调节冷却速度，在高温区实现快冷，在低温区实现缓冷。可用喷嘴数量、水量实现工件均匀冷却    对于大型复杂工件或重要轴类零件(如汽轮发电机的轴)，可使其旋转以实现均匀性冷却
淬火的分类及特点



回火、调质、时效与冷处理工艺
类别    工艺过程    特点    应用范围
回火    低温回火    回火温度为l50一250℃    回火后获得回火马氏体组织，但内应力消除不彻底，故应适当延长保温时间    目的是降低内应力和脆性，而保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性。主要用于各种工具、模具、滚动轴承和渗碳或表面淬火的零件等
    中温回火    回火温度为350一450℃左右    回火后获得屈氏体组织，在这一温度范围内回火，必须快冷，以避免第二类回火脆性    目的在于保持一定韧性的条件下提高弹性和屈服强度，故主要用于各种弹簧、锻模、冲击工具及某些要求强度的零件，如刀杆等
    高温回火    回火温度为500一680℃，回火后获得索氏体组织。淬火十高温回火称为调质处理，可获得强度．、塑性、韧性都较好的综合力学性能，并可使某些具有二次硬化作用的高合金钢(如高速钢)二次硬化，其缺点是工艺较复杂，在提高塑性、韧性同时，强度、硬度有所降低    广泛地应用于各种较为重要的结构零件，特别是在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴等。不但可作为这些重要零件的最终热处理，而且还常可作为某些精密零件如丝杠等的预先热处理，以减小最终热处理中的变形，并为获得较好的最终性能提供组织基础
调质        
时效处理    高温时效    加热略低于高温回火的温度，保温后缓冷到300℃以下出炉    时效与回火有类似的作用，这种方法操作简便，效果也很好，但是耗费时间太长    时效的目的是使淬火后的工件进一步消除内应力，稳定工件尺寸
常用来处理要求形状不再发生变形的精密工件，例如精密轴承、精密丝杠、床身、箱体等
低温时效实际就是低温补充回火
    低温时效    将工件加热到100一150 ℃，保温较长时间(约5—20h)        
冷处理    将淬火后的工件，在零度以下的低温介质中继续冷却到零下80℃待工件截面冷到温度均匀一致后，取出空冷    可使残余奥氏体全部或大部分转变为马氏体。因此，不仅提高了工件硬度、抗拉强度，还可以稳定工件尺寸    主要适用于合金钢制成的精密刀具、量具和精密零件，如量块、量规、饺刀、样板、高精度的丝杠、齿轮等。还可以使磁钢更好地保持磁性
表面淬火的种类和特点
类别    工艺过程    特点    应用范围
感应加热表面淬火    将工件放人感应器中，使工件表
层产生感应电流，在极短的时间内加热到淬火温度后，立即喷水冷却，使工件表层淬火，从而获得非常细小的针状马氏体组织
根据电流频率不同，感应加热表
面淬火，可以分为：
1．高频淬火：100一1000kHz
2．中频淬火：1—10kHz
3．工频淬火：50Hz    1．表层硬度比普通淬火高2—
3HRC，并具有较低的脆性
2．疲劳强度、冲击韧度都有所提高，一般工件可提高20％一30％
3．变形小
4．淬火层深度易于控制
5．淬火时不易氧化和脱碳
6．可采用较便宜的低淬透性钢
7．操作易于实现机械化和自动化，生产率高
8．电流频率愈高，淬透层愈薄。例如高频淬火一般1—2mm，中频淬火一般3—5mm，工频淬火能到＞l0—l 5mm
缺点：处理复杂零件比渗碳困难    碳合金结构钢，也可用高碳工具钢和低合金工具钢，以及铸铁一般零件淬透层深度为半径的l／10左右时，可得到强度、耐疲劳性和韧性的最好配合。对于小直径(10一20mm)的零件，建议用较深的淬透层深度，即可达半径的l／5；对于截面较大的零件可取较浅的淬透层深度，即小于半径l／10以下
火焰表面淬火    用乙炔一氧或煤气一氧的混合气体燃烧的火焰，喷射到零件表面上，快速加热，当达到淬火温度后，立即喷水或用乳化液进行冷却    淬透层深度一般为2—6mm，过深往往引起零件表面严重过热，易产生淬火裂纹。表面硬度钢可达65HRC，灰铸铁为40一48HRC，合金铸铁为43—52HRC。这种方法简便，无需特殊设备，但易过热，淬火效果不稳定，因而限制了它的应用    适用于单件或小批生产的大型零件和需要局部淬火的工具或零件，加大型轴类、大模数齿轮等
常用钢材为中碳钢，如35、45钢及中碳合金钢(合金元素＜3％)，如40Cr、65Mn等，还可用于灰铸铁件、合金铸铁件。含碳量过低，淬火后硬度低，而碳和合金元素含量过高，则易碎裂，因此，以含碳量(质量分数)在0.35％一0.5％之间的碳素钢最适宜
电接触加热表面淬火    采用两电极(铜滚轮或碳棒)向工件表面通低电压大电流，在电极与工件表面接触处产生接触电阻，产生的热使工件表面温度达到临界点以上，电极移去后冷却淬火    1．设备简单，操作方便
2．工件变形极小，不需回火
3．淬硬层薄，仅为0.15一O.35mm
4．工件淬硬层金相组织，硬度不均匀    适用于机床铸铁导轨表面淬火与维修，气缸套、曲轴、工具等也可应用
脉冲淬火    用脉冲能量加热可使工件表面以极快速度(1／1000s)加热到临界点以上，然后冷却淬火    1.由于加热冷却迅速，工件组织极细，晶粒极小
2.淬火后不需回火
3.淬火层硬度高(950一1250HV)
4.工件无淬火变形，无氧化膜    适于导热率高的钢种，高合金钢难于进行这种淬火。用于小型零件、金属团削工具、照像机、钟表等机器易磨损件
化学热处理常用渗入元素及其作用
渗入元素    工艺方法    常用材料    渗层组织    渗层深度/mm    表面硬度    作用与特点    应用举例
C    渗碳    低碳钢、低碳合金钢、热作模具钢    淬火后为碳化物十马氏体十残余奥氏体    0.3～1.6    57～63HRC    渗碳淬火后可提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度、能承受重载荷。处理温度较高，工件变形较大    齿轮、轴、活塞销、链条、万向联轴器
N    渗氮（氮化）    含铝低合金钢，中碳含铬低合金钢，含5％Cr的热作模具钢，铁素体、马氏体、奥氏体不锈钢，沉淀硬化不锈钢    合金氮化物十含氮固溶体    0.1～0.6    700～900HV    提高表面硬度、耐磨性、抗咬合性、疲劳强度、抗蚀性(不锈钢例外)以及抗回火软化能力。硬度、耐磨性比渗碳者高。渗氮温度低，工件变形小。处理时间长，渗层脆性大    镗杆、轴、量具、模具、齿轮
C、N    碳氮共渗    低中碳钢，低中碳合金钢    淬火后为碳氮化合物十含氮马氏体十残余奥氏体    0.25～0.6    58～63HRC    提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度。共渗温度比渗碳低，工件变形小，厚层共渗较难    齿轮、轴、链条
    低温碳氮共渗（软氮化）    碳钢、合金钢，高速钢、铸铁、不锈钢    碳氮化合物十含氮固溶体    0.007～0.020
0.3～0.5    50～68HRC    提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度。温度低、工件变形小。硬度较一般渗氮低    齿轮、轴、工模具、液压件
S    渗硫    碳钢、合金钢、高速钢    硫化铁    0.006～0.08    70HV    渗层具有良好的减摩性，可提高零件的抗咬合能力。可在200℃以下低温进行    工模具、齿轮、缸套、滑动轴承等
S、N    硫氮共渗    碳钢、合金钢、高速钢    硫化物、氮化物    硫化物＜0.01氮化物
0.01～0.03    300～1200HV    提高抗咬合能力、耐磨性及疲劳强度。提高高速钢刀具的红硬性和切削能力。渗层抗蚀性差    工模具、缸套
S、C、N    硫碳氮共渗    碳钢、合金钢、高速钢    硫化物、碳氮化合物    硫化物＜0.01碳氮化合物
0.01～0.03    600～1200HV    作用同上。在溶盐介质中一般含有剧毒的氰盐     工模具、缸套
B    渗硼    中高碳钢、中高碳合金钢    硼化物    0.1～0.3    1200～1800HV    渗层硬度高，抗磨料磨损能力强，减摩性好，红硬性高，抗蚀性有改善。脆性大，盐浴渗硼时，熔盐流动性差，易分层，渗后的工件难清洗    冷作模具、阀门
防止热处理零件开裂的注意事项
序号    注意事项    图例    说明
        改进前    改进后   
1    避免尖角、棱角     

零件的尖角、棱角部分是淬火应力最集中的地方，往往成为淬火裂纹的起点，应予倒钝
            

            
平面高频淬火时，硬化层达不到槽底，槽底虽有尖角，但不致于开裂
         

为了避免锐边尖角熔化或过热，在槽或孔的边上应有2—3mm的倒角(与轴线平行的键槽边可不倒角)，直径过渡应为圆角
         

二平面交角处应有较大的圆角或倒角，并有5—8mm不能淬硬
2    避免断面突变     

断面过渡处应有较大的圆角半径，以避免冷却速度不一致而开裂
            
结构允许时，可设计成过渡圆锥
3    避免结构尺寸厚薄相差悬殊     

加开工艺孔，使零件截面较均匀
         

变盲孔为通孔
         

拨叉槽部的一侧厚度不得小于5mm
         

盲孔改为通孔，以使厚薄均匀
            
形状不改变，仅由全部淬火改为齿部高频淬火
4    避免孔距离边缘太近     

避免危险尺寸或太薄的边缘。当零件要求必须是薄边时，应在热处理后成形(加工去多余部分)
         

改变冲模螺孔的数量和位置，减少淬裂倾向
         

结构允许时，孔距离边缘应不小于1.5d
         
结构不允许时(如车床刀架)，可采用降温预冷淬火方法，以避免开裂
         
全部淬火时，4孔φ11边缘易开裂；若局部淬火能满足要求，就不必全部淬火
5    形状复杂的零件，避免选用要求水淬的钢     
改进前，用45钢水淬，6×φ10孔处易开裂，整个工件易发生弯曲变形，且不易校直；改用40Cr钢油淬，减少了开裂倾向
6    防止螺纹脆裂     

螺纹在淬火前已车好，则在淬火时用石棉泥、铁丝包扎防护，或用耐火泥调水玻璃防护
         

渗碳件螺纹部位采用留加工余量的方法，或螺纹先车出，采用直接防护方法(镀钢、涂膏剂等)
         

渗氮件螺纹部位采用留加工余量方法，或螺纹先车出，采用直接涂料或电镀防护
防止热处理零件变形的基本要求
序号    注意事项    图例    说明
        改进前    改进后   
1    采用封闭对称结构     

一端有凸缘的簿壁套类零件镕氮后变形成喇叭口，在另一端增加凸缘后，变形大大减小
         

几何形状力求对称，使变形减小或变形有规律：如图例T611A机床渗氮摩擦片、坐标握床精密刻线尺退火
         


         

弹簧夹头部采用封闭结构，淬火、回火后再切开槽口
         

单键槽的细长轴，淬火后一定弯曲；宜改用花键轴
         

将淬火时冷却快的部位涂上涂料(耐火泥或石棉与水玻璃的混合物)，以降低冷却速度，使冷却均匀
         
改变淬火时入水方式，使断面各部分冷却速度接近，以减少变形
2    细长铀类、长板类零件应避免采用水淬     
长板类零件水淬会产生翘曲变形，采用油淬，可减小变形
3    选好适当的材料和热处理方法     
改进前，槽部直接淬火比较困难，改用渗碳淬火(花键孔防护)
         
最好改用离子渗氮
(花键孔用铁片屏蔽)
         
摩擦片用15钢，渗碳淬火时须有专用淬火夹具和回火夹具，合格率较低；改用65Mn钢油淬，夹紧回火即可
         
改进前，由于考虑销孔配作，选用20Cr钢渗碳，渗碳后去掉A、B面碳层，然后淬火，工艺复杂；改用高额淬火较为简单
         

此件两部分工作条件不相同，设计成组合结构，不同部位用不同材料，既提高工艺性，又节约高合金钢材料
4    机械加工与热处理工艺互相配合     

改进前，有配作孔的一面去掉渗碳层，形成碳层不对称，淬火后必然翘曲；改为两件一起下料，渗碳后开切口，淬火后再切成单件
         
改进前，齿部淬火后6个孔处的齿图将下凹；应在齿部淬火后再钻6个孔
         
使渗氮前获得均匀理想的金相组织，并消除切削加工应力，以保证渗氮件变形微小
         

全部加工后淬火则内螺纹会产生变形；最好在槽口局部淬火后再车内螺纹
5    增加零件刚性     

杠杆为铸件，其杆臂
较长，铸造时及热处理
时均易变形。加横梁后，
使变形减少
防止热处理零件硬度不均的注意事项
序号    图例    注意事项    说明
    改进前    改进后        
1     

避免盲孔和死角    盲孔和死角使淬火时的气泡无法超出，造成硬度不均；应设计工艺排气孔
2     

两个高频淬火部位不应相距太近，以免互相影响    齿部和端面均要求淬火时，端面与齿部距离应不小于5mm
     

    二联或二联以上的齿轮，若齿部均需高频淬火，则齿部两端面间的距离应不小于8mm
     

    内外齿均需高频淬火时，两齿根圆间的距离应不小于10mm
3     
选择适当的材料和热处理方法    改进前，弧齿锥齿轮凹凸齿面硬度不一致，特别是模数较大时，硬度差亦较大；应采用渗碳或渗氮，用离子渗氮更好
4     

齿条避免采用高频淬火    平齿条高频淬火只能淬到齿顶，如果加热过久，会使齿顶熔化，而齿根淬不上火；应采用渗碳或渗氮
     

    圆断面的齿条，当齿顶平面到圆柱表面的距离小于10mm时，可采用高频淬火
         
    最好采用渗氮处理，用离子渗氯更好

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