5.9 热处理新技术 一、形变热处理 基本方法：将塑性变形与热处理相结合，借助塑
性变形细化组织 主要作用：提高钢的强度，改善钢韧性的热处理。
二、真空热处理 主要作用：防氧化、净化表面、脱脂、脱气、减小
变形
三、离子轰击热处理 基本方法：利用带电离子轰击进入工件表层 主要作用：提高工效，改变材料表层成分，改
0.04mm 马氏体
0.08mm
回火马 氏体
回火时组织变化
马氏体
回火马氏体
碳原子以ε-碳化物形式从马氏体中析出
2、回火时力学性能变化 随回火温度升高
l 硬度下降；塑Βιβλιοθήκη 、韧性上升。 l屈服强度先升后降，
最高值在200℃左右出现； l弹性极限先升后降，
最高值在350℃左右出现；
3、回火工艺
根据回火温度分
碳原子以ε-碳化物形式从马氏体中逐渐析出。 （2）残余奥氏体分解（200～300℃）：
残余奥氏体转变为回火马氏体或下贝氏体。 （3）渗碳体形成（250～400℃）：
ε-碳化物转变为极细小的渗碳体。 （4）铁素体的回复和再结晶，碳化物颗粒聚集长 大（400℃以上）
回火时组织变化
碳化物的 析出； 残余奥氏 体的分解； 铁素体的 回复和再 结晶。
硬度、疲劳强度和耐蚀性。 适用钢：各种钢 渗氮温度：560～570℃ 渗氮时间：1～3小时 渗层厚度：0.01～0.02mm 渗氮前热处理：调质
20 CrMnTi 钢碳氮共渗层组织
1
2
3
1.针状M + 残余A ; 2.混合M + 残余A ; 3.板条M + 针状M
四、渗硼 目的：提高工件表面硬度（高于其他化学热处
如20CrMnTi，18Cr2Ni4W
2、渗碳工艺参数 渗碳温度：900～950℃ 渗层厚度：1～2毫米 渗碳时间：7小时左右
典型滴注剂 ①甲醇-煤油滴注剂：国内许 多厂家采用。 ②甲醇-乙酸乙脂 ③甲醇-丙酮
气体渗碳示意图
示例：滴注式气体渗C 工艺
如20钢，齿轮，
要求渗层厚度为 0.3mm
工艺：930℃，煤油 20D/ min，3h。 炉冷，后淬火
性能：表HRC：58～63 心 HRC40以下
4、渗碳工序安排
下料
锻造
正火
机加工（粗）
渗碳
淬火
低温回火 磨削
低C钢渗C与中C钢表淬比较。
①性能上：中C钢表淬HRC低（HRC50～58），
心部冲击韧性，耐磨性也较低。 低C钢渗C (HRC58～63)
②渗C层易获沿零件轮廓均匀分布，表淬层分布 不易控制，小模数齿轮常有淬透可能。 但渗碳工艺复杂，变形较大，成本较高。
的稳定性与临界淬火冷却速度有关
淬透性影响因素：
A1
（1）奥氏体中含碳量
T
P （2）奥氏体中合金元素的种
A
类和含量
B （3）未溶碳化物和奥氏体晶
M t
粒大小
工件淬硬层与冷却速度的关系
二、淬透性的表示方法
通常用用标准试 样在一定条件下 淬火能够淬硬的 深度H或全部淬透 的最大直径D表示。
测定结构钢 的淬透深度规定 以体积分数为50% 淬火M的硬度作为 基准。
5.4 钢的回火 回火：淬火钢件加热至AC1以下某温度保温一定
时间，而后冷却的热处理工艺。 一、回火目的
（1） 减小或消除淬火应力，防零件变形和开裂。
（2） 稳定组织，防止组织转变引起的零件形状、
尺寸和性能变化。
淬火
（3） 获得所需力学性能。
回火
二、回火时组织转变及力学性能变化 1、回火时组织转变 以碳钢为例： （1）马氏体开始分解（100～200℃）：
表面含C量和一定C浓度梯度
应用最广泛的一种化学热处理工艺。
目的： 高的表面硬度（HRC58~63），耐磨性 高的接触σ-１，弯曲σ-1 高的冲击韧性等。
应用： 适用于承受磨损，交变接触应力或弯曲
应力和冲击载荷的机器零件 如：轴，活塞销、齿轮、凸轮轴既表面要
求高硬度，心部要求足够强度和韧性。 汽车、拖拉机、起重、坦克等设备中零件
80%以上
分类 依渗C剂 聚集状态 渗C方法可分为： 固体渗C、 液体渗C、 气体渗C（和特殊渗C）。
固体渗碳法示意图
泥封
盖
渗碳箱
试棒
零件 渗碳剂
液体渗C 盐浴 特点：加热速度快，加热均匀 缺点：多数盐浴有毒，
盐 浴 ： NaCN ， KCN ， （ 氯 化 物 ， 剧 毒 ） ， 用于小批量生产。
回火托氏体
（3）高温回火（500～650℃） 回火组织：回火索氏体：铁素体+细粒状渗碳体 力学性能：高的塑性、韧性，较低的屈服强度和
硬度。
回 火 索 氏 体
适用：① 主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构 钢制造的各种机械结构零部件
★结构钢淬火+高温回火，以获得良好的综合力学性 能为目的，称为调质处理，如发动机曲轴、连杆、 螺栓，机床主轴等要求综合机械性能零件。 40Cr
面产生一层致密保护膜
一、氧化处理
1、钢的氧化处理（发蓝、发黑） 基本方法：使钢表层在化学溶液中氧化形成Fe3O4
致密氧化膜。 作用：达到提高耐磨、耐蚀和装饰目的。
2、铝的氧化处理
基本方法：使铝在化学溶液中表层氧化形成Al2O3 致密氧化膜。
作用：提高耐磨、耐蚀性。
二、磷化处理 基本方法：使钢在磷酸盐溶液中表层形成磷酸盐
时效工艺分为： 人工时效：时效温度高、时间短，硬度低。 自然时效：时效温度低、时间长，硬度低。
屈 服 强 度 Mpa
时效时间 小时
Al-Cu合金的时效
5.7 钢的化学热处理
化学热处理：通过活性元素原子的吸收和扩散改 变钢的表层化学成分而改变钢的表层组织与性能 的热处理工艺。
常用：（1）提高硬度：渗碳、渗氮、渗硼等 （2）提高抗高温氧化性：渗铝、渗铬等 （3）提高抗腐蚀性：渗硅、渗氮等
0.5mm/20～50h ）
3、渗氮前热处理及组织 渗氮前热处理：调质 渗氮后组织：渗氮层：合金氮化物+回火索氏体
心部：回火索氏体 4、渗氮工序安排
下料→锻造→正火或回火→机加工（粗）→ 调质→渗氮 → 磨削
渗碳与渗氮的工艺特点
名称 渗碳
处理温度 (℃)
900～950
处理时 处理后是否需 间 ( h ) 要热处理
气体渗C 渗C气体可用碳氢化合物有机液体，
如：煤油、丙酮等直接滴入炉内汽化而得。 优点：生产率高，可机械化、自动化生产、
渗C层浓度可控制，渗C质量高。
气体渗碳法示意图
渗C用钢
含C量：0.15～0.25%，若心部要求强度较高，
含C可为0.30%。 低碳钢：要求不高时可用。 如：20钢 低碳合金钢：截面较大、形状复杂、表面耐磨性、 疲劳强度、心部机械性能要求高的零件
化学热处理三个过程： （1）活性原子产生 （2）活性原子被钢表面吸收 （3）活性原子由钢表面向心部扩散
含活性原 子的渗剂
钢
钢
渗剂分解释 放活性原子
活性原子在工 件表面吸附
活性原子由表 面向心部扩散
一、 钢的渗C（carburizing）
1、渗C的目的、分类及应用
定义—钢件
渗C介质 加热和保温，
膜。 作用：达到提高耐磨、耐蚀性。
第二节 电镀 基本方法：利用电化学反应，使工件表面在化学
溶液中镀上一层金属或金属复合膜。 作用：提高耐磨、耐蚀性，修复磨损零件，实现
表面装饰及其他目的。
第三节 气相沉积
基本方法：借助化学或物理的过程，使选定的金属、 或金属化合物等在工件表面沉积形成一层膜。 作用：提高耐磨、耐蚀性，实现表面装饰及其他目
φ12.5 冷却水
12.5 喷水管
样品台 试样 喷水
淬透性测试试验结果
试样上磨出一个平面 测出从底部到顶部的洛氏硬度值
洛 氏 硬 度 绘制出这样一张图
到试样底端的距离
钢的淬透性以 J HRC
d
来表示，如 J 42 ，表示距水冷端
5
5mm处，试样的硬度值为HRC42。
三、淬透性意义与选材 l 重要零件选高淬透性材料，保证表面和
二、渗氮
1、目的与用钢
目的：保持工件心部良好综合力学性能 （较高的强度和好的塑、韧性）的同时， 使工件具有高的表面耐磨性、红硬性（高 温硬度）、抗蚀性和疲劳强度。
适用钢：中碳合金钢
2、渗氮方法及参数 方法：气体、液体或固体渗氮 渗氮温度：500～600℃ 渗层厚度：0.15～0.7毫米 渗氮时间：10～100小时左右（ 0.3～
（1）低温回火（150～250℃）
回火组织：回火马氏体：碳过饱和度降低了的马
氏体 + 析出碳化物
力学性能：残余应力消除，
高硬度、高强度，较
低的塑性和韧性 回
火 马 氏 体
主要适用
高碳钢制造的各类工模具、机械零件（如轴承）
如锉刀 T12
160-180 ℃ ∽64HRC
渗C及CN共渗淬火后的零件
②高C高合金钢（如高速钢、 高铬钢）的回火T的高达 HRC
500～600℃，在这个T区
间里将发生二次硬化作 用。
560
T/ ℃
4、回火脆性
低温回火脆性：（第一类回火脆性）
250～350℃回火时韧性降低。
不可逆。 预防方法：回避在该温度回火
钢的韧性与回 火温度的关系
高温回火脆性：（第二类回火脆性）
3～9
需要
渗氮 500～600 20～50
不需要
三、碳、氮共渗 1、中温碳、氮共渗（氰化） 目的：提高表面硬度、疲劳强度和抗蚀性(表面 硬度和抗蚀性高于渗碳层)。 适用钢：中、低碳钢 氰化温度：800～860℃ 渗层厚度：0.1～0.75毫米 共渗时间：1～3小时 渗后热处理：淬火 + 低温回火