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,金屬材料及熱處理 基礎(chǔ)知識(shí)講座,2008年12月,目錄 一、金屬材料的分類 二、碳素鋼中常見元素的作用 三、金屬的晶體結(jié)構(gòu) 四、金屬的基本概念 五、鋼鐵中的基本金相組織 六、鐵碳合金相圖 七、常規(guī)熱處理 八、化學(xué)熱處理,一、金屬材料的分類 1、金屬的分類,金屬材料,,黑色金屬,,鐵錳鉻,有色金屬,,重金屬（銅、鎳等） 輕金屬（鋁、鎂、鈉等） 貴金屬（金、銀、鉑等） 半金屬（硅、硼等） 放射性金屬（鐳、鈾等） 稀有金屬（鈦、鎢等）,2、鋼鐵材料的分類 鋼鐵是鋼和鐵的統(tǒng)稱。鋼和鐵都是以鐵和碳為主要元素組成的合金。鋼鐵材料是工業(yè)中應(yīng)用最廣、用量最大的金屬材料。 鋼鐵材料分為生鐵、鑄鐵和鋼三大類。 ★生鐵是指沒有經(jīng)過冶煉的鐵碳合金。其分類方式如下：,,按化學(xué)成分,,,煉鋼生鐵,,鑄造生鐵,普通生鐵,合金生鐵,按用途分類,生鐵,★鑄鐵是指經(jīng)過碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金。碳在鑄鐵中除少量溶解于金屬基體外，通常 以游離狀態(tài)的石墨存在，或以化合狀態(tài)的滲碳體存在。其分類方式如下：,,,按斷口顏色,按化學(xué)成分,按石墨形態(tài),,,灰口鑄鐵,白口鑄鐵,麻口鑄鐵,普通鑄鐵,合金鑄鐵,灰鑄鐵,球墨鑄鐵,可鍛鑄鐵,蠕墨鑄鐵,,鑄鐵,★ 鋼是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0218～２.１１％的鐵碳合金。,,按化學(xué)成分,按用途分,,,碳素鋼,合金鋼,鋼,,中碳鋼（０.２５％≤C≤０.６０％）,高碳鋼（C＞０.６０％）,低碳鋼（C＜０.２５％）,,中合金鋼（５％≤合金元素≤１０％）,高合金鋼（合金元素＞１０％）,低合金鋼（合金元素＜５％）,結(jié)構(gòu)鋼（工程結(jié)構(gòu)用鋼、機(jī)器零件用鋼）,工具鋼（刃具鋼、模具鋼、量具鋼）,特殊鋼（不銹鋼、耐磨鋼、高溫合金等）,專業(yè)用鋼（指各個(gè)工業(yè)部門專業(yè)用途的鋼，如 農(nóng)機(jī)用鋼、機(jī)床用鋼、航空用鋼、宇航用鋼等）,二、碳素鋼中常見元素的作用 1．硅和錳的影響 硅和錳是在煉鋼時(shí)作為脫氧劑進(jìn)入鋼中的。硅溶入鐵素體中起固溶強(qiáng)化作用，從而提高熱軋鋼材的強(qiáng)度、硬度和彈性極限。硅的脫氧作用比錳強(qiáng)，可以消除FeO夾雜對(duì)鋼的有害作用。 錳大部分能溶于鐵素體中，使鐵素體得到強(qiáng)化；此外，錳與硫化合生成MnS，可消除硫的有害作用。 因此，Mn和Si是有益的雜質(zhì)元素，生產(chǎn)中二者含量一般控制在Si≤0.5％,Mn≤0.8％。,2．硫的影響 由于生鐵中含有較多的硫，在煉鋼時(shí)因去除不完全而殘留在鋼中。硫在鐵中與Fe形成化合物FeS。FeS與Fe又能形成低熔點(diǎn)共晶體(熔點(diǎn)為985℃)，分布在晶界上。在鋼材熱壓力加工時(shí)(1150～1200℃)，低熔點(diǎn)的FeS－Fe共晶體已經(jīng)熔化，導(dǎo)致鋼材晶間開裂，韌性極低，這種現(xiàn)象稱為鋼的熱脆性。 硫?qū)︿摰暮附有阅芤伯a(chǎn)生不良影響，它不但導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生熱裂，而且硫在焊接過程中，容易生成SO2氣體，使焊縫產(chǎn)生氣孔和疏松。 因此，總體上S是鋼中有害的雜質(zhì)元素，生產(chǎn)中應(yīng)在煉鋼時(shí)盡量去除掉，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在S≤0.05％。,3.磷的影響 磷在鋼中易產(chǎn)生偏析，形成Fe3P能使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，但卻使鋼的塑、韌性顯著下降，脆性增大。特別是鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度急劇升高，引起鋼的冷脆性。 因此磷在鋼中也是有害雜質(zhì)元素，故磷的含量也要嚴(yán)格控制，一般規(guī)定其含量≤0.05％。,三、金屬的晶體結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1、晶體的基本概念 自然界中的一切固態(tài)物質(zhì)，可分為晶體和非晶體兩大類。凡是內(nèi)部原子或分子在三維空間內(nèi)，按照一定幾何規(guī)律作周期性的重復(fù)排列的物質(zhì)稱為晶體。凡是內(nèi)部原子或分子呈無規(guī)則堆積的物質(zhì)稱為非晶體。晶體具有下列特點(diǎn)：（1）具有規(guī)則的外形（2）有固定的熔點(diǎn)（3）具有各向異性 為了描述晶體中原子在三維空間排列的規(guī)律性，可以把原子看成是固定不動(dòng)的剛性小球，把剛性小球抽象為幾何的點(diǎn)，如果把這些點(diǎn)用直線連接起來，就構(gòu)成幾何空間格架。這種抽象地用于描述原子在晶體中排列方式的空間格架，就稱為結(jié)晶格子，簡(jiǎn)稱晶格。,為了便于說明原子在空間排列的特點(diǎn)，根據(jù)晶體中原子排列規(guī)律性和周期性的特點(diǎn)，通常從晶格中選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元，以表示晶格中原子排列的規(guī)律性，這個(gè)最小幾何單元就稱為晶胞。 為了研究晶體結(jié)構(gòu)，通常取晶胞角上某一結(jié)點(diǎn)作為原點(diǎn)，沿其三條棱邊作三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z稱為晶軸。常以晶胞棱邊的長(zhǎng)度a、b、c和棱邊之間夾角α、β、γ六個(gè)參數(shù)作為晶格參數(shù)，表示晶胞的幾何形狀和大小。其中a、b、c稱為晶格常數(shù)，單位為10-10m。而α、β、γ稱為晶軸間夾角，單位為度。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,簡(jiǎn)單立方晶體 （a）晶體結(jié)構(gòu) （b）晶格 （c）晶胞,2、常見金屬晶格類型 1）、體心立方晶格 體心立方晶格的晶胞是一個(gè)立方體，在體心立方晶胞的八個(gè)頂角和立方體的中心各有一個(gè)原子。如下圖所示。 具有體心立方晶格的常見金屬有α—Fe（鐵）、Cr（鉻）、Mo（鉬）、W（鎢）、V（釩）、Nb（鈮）等,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,體心立方晶胞,2）、面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞也是一個(gè)立方體，在面心立方晶胞的八個(gè)頂角和六個(gè)面的中心各有一個(gè)原子。如下圖所示。 具有面心立方晶格的常見金屬有γ—Fe（鐵）、Al（鋁）、Cu（銅）、Ni（鎳）、Au（金）、Ag（銀）和Pb（鉛）等。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,面心立方晶胞,3）、密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是一個(gè)正六棱柱體, 除了位于正六棱柱體的十二個(gè)頂角和上下兩底面中心各有一個(gè)原子外，在柱體中間還有三個(gè)原子。如下圖所示。 具有密排六方晶格的常見金屬有Mg（鎂）、Zn（鋅）、Cd（鎘）、Be（鈹）等。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,密排六方晶胞,四、金屬的基本概念,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1）合金 由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素熔合、燒結(jié)而成的具有金屬特性的物質(zhì)。例如黃銅是由銅和鋅兩種金屬元素合金組成的合金；碳鋼是由鐵和碳組成的合金。合金不僅具有較高的強(qiáng)度、硬度以及某些優(yōu)異的物理、化學(xué)性能和工藝性能，而且價(jià)格比純金屬低廉，所以它比純金屬得到更廣泛的應(yīng)用。 2）組元 組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)叫做組元，簡(jiǎn)稱為元。一般來說，組元既可以是組成合金的元素，也可以是穩(wěn)定的化合物。如黃銅的組元分別是銅和鋅；碳鋼的組元分別是鐵和碳。根據(jù)合金中組元數(shù)目的多少，合金可以分為二元合金、三元合金、多元合金。換句話說，由三個(gè)組元組成的合金，則稱為三元合金，依此類推。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3）相 金屬中具有相同的化學(xué)成分、相同晶體結(jié)構(gòu)和相同物理性能的組分，稱之為相，其中包括固溶體、化合物及純物質(zhì)（石墨）。合金中相和相之間有明顯的界面分開。例如：在鐵碳合金中F為一個(gè)相，F(xiàn)e3C為一個(gè)相，即鐵碳合金的組成是由成分和結(jié)構(gòu)都不相同的F和Fe3C兩個(gè)相組成的。 4）組織 是指用金相觀察方法看到的由形態(tài)、尺寸不同和分布方式不同的一種或多種相構(gòu)成的總體，以及各種材料的缺陷和損傷。合金可以由一個(gè)相組成，其組織稱之為單相組織，也可以由幾個(gè)相復(fù)合而成，其組織稱為多相組織。 5）固溶體 合金組元在液態(tài)相互溶解，當(dāng)合金結(jié)晶成為固態(tài)晶體時(shí)組元間仍能互相溶解而形成均勻的相，這種均勻的固相則稱為固溶體。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)的位置，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體兩類。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a 置換固溶體 置換固溶體是指溶質(zhì)原子代替部分溶劑原子而占據(jù)溶劑晶格中的某些結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體，猶如溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上的原子被溶質(zhì)原子所置換，故稱為置換固溶體，如圖a所示，置換固溶體可分為有限固溶體和無限固溶體。 b 間隙固溶體 溶質(zhì)原子占據(jù)溶 劑晶格間隙位置 而形成的固溶體 稱為間隙固溶體。,a） b）,6）同素異構(gòu)體：自然界中大多數(shù)金屬結(jié)晶后晶格類型都不再變化，但有些金屬如鐵、鈷、鈦、錳、錫等，在固態(tài)下隨溫度或壓力的改變，還會(huì)發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變化，即由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格。這種金屬在固態(tài)下由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的變化，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變所得的晶體，稱為同素異構(gòu)體。 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變可概括如下： 右圖為純鐵的冷卻曲線。,7）過冷度 純金屬的結(jié)晶都是在一定溫度下進(jìn)行的，但在實(shí)際生產(chǎn)中，金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻速度都是相當(dāng)快的，此時(shí)的液態(tài)金屬將在理論結(jié)晶溫度以下的某一溫度才開始結(jié)晶，這個(gè)溫度就是金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度T1低于理論結(jié)晶溫度T0的現(xiàn)象，稱為過冷現(xiàn)象。理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差常用△T表示，稱之為過冷度，過冷度△T= T0－T1。實(shí)踐證明，過冷度不是一個(gè)恒定值，它同金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越快，過冷度越大，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度越低。,五、鋼鐵中的基本金相組織,1、鐵素體 碳溶入α-Fe中的間隙固溶體稱為鐵素體，以符號(hào)F表示。鐵素體仍保持α-Fe的體心立方晶格。由于α-Fe的晶格間隙很小，因而溶碳能力極差，在727℃時(shí)溶碳量最大，WC可達(dá)0.0218%，隨著溫度的下降溶碳量是逐漸減小的，在600℃時(shí)溶碳量WC約為0.0057%，在室溫時(shí)溶碳量幾乎等于零。因此其力學(xué)性能幾乎和純鐵相同，其強(qiáng)度、硬度較低，但具有良好的塑性與韌性。,2、奧氏體 碳溶入γ-Fe中的間隙固溶體稱為奧氏體，以符號(hào)A表示。奧氏體仍保持γ-Fe的面心立方晶格。在727℃時(shí)溶碳能力WC為0.77%，而在1148 ℃時(shí)可達(dá)2.11%。奧氏體的存在溫度范圍為727～1495℃。奧氏體的晶粒呈多邊形，與鐵素體的顯微組織形態(tài)相近，但晶粒邊界較鐵素體平直。奧氏體的力學(xué)性能與其溶碳量及晶粒大小有關(guān)。一般來說，奧氏體的伸長(zhǎng)率為40%～50%，硬度為170～220HB，強(qiáng)度、硬度較低，具有良好的塑性和低的變形抗力，適于進(jìn)行壓力加工。與γ-Fe一樣，奧氏體無鐵磁性。,3、滲碳體 化學(xué)式為Fe3C的金屬化合物稱為滲碳體。滲碳體的WC＝6.69%，熔點(diǎn)為1227℃。滲碳體的硬度極高（約800HBW），脆性大，塑性幾乎等于零，是一個(gè)硬而脆的相。滲碳體具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，碳原子構(gòu)成一個(gè)正交晶格(即三個(gè)軸間夾角α＝β＝γ＝90°，三個(gè)晶格常數(shù)a≠b≠c)，在每個(gè)碳原子周圍都有六個(gè)鐵原子構(gòu)成八面體，各個(gè)八面體的軸彼此傾斜一角度，每個(gè)八面體內(nèi)都有一個(gè)碳原子，每個(gè)鐵原子為兩個(gè)八面體所共有。,4、珠光體 由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。其強(qiáng)度較高，硬度適中，有一定塑性?？估瓘?qiáng)度σb ：770MPa 伸長(zhǎng)率δ：20～35% 沖擊韌性αk ： 30～40J/cm2 硬度HBS ： 180,5、馬氏體 碳溶于α-Fe中所形成的過飽和固溶體 ，其強(qiáng)度、硬度很高，但塑性、韌性低。,６、萊氏體 高溫萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，低溫萊氏體是由珠光體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，萊氏體硬度很高，塑性極差。,六、鐵碳合金相圖,1、鐵碳相圖分析 Fe-Fe3C相圖是表示在緩慢冷卻（加熱）條件下（即平衡狀態(tài)）不同成分的鋼和鑄鐵在不同溫度下所具有的組織狀態(tài)的一種圖形。它表明了鐵碳合金的成分、溫度與組織變化規(guī)律之間的關(guān)系，是研究鋼和鑄鐵及制定其焊接、熱處理、鑄造和鍛造等熱加工工藝的重要依據(jù)。鐵碳相圖如圖所示：,組成Fe-Fe3C相圖的基本相有4個(gè)：液相L、鐵素體F(高溫時(shí)以δ表示)、奧氏體A和Fe3C，它們存在于4個(gè)單相區(qū)內(nèi)。,2、Fe-Fe3C相圖中鐵碳合金的分類 根據(jù)鐵碳合金的含碳量及室溫組織不同，可將鐵碳合金相圖中所有合金分成三大類：工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵。 1）工業(yè)純鐵 是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC小于0.0218%的鐵碳合金，室溫顯微組織為鐵素體。 2）鋼 是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC為0.0218～2.11%的鐵碳合金，根據(jù)室溫組織的不同，鋼又分三種： 亞共析鋼——含碳量WC小于0.77%，組織是鐵素體和珠光體。 共析鋼——含碳量WC為0.77%，組織是珠光體。 過共析鋼——含碳量WC大于0.77%，組織是珠光體和二次滲碳體。,3）白口鑄鐵 是含碳量WC在2.11%～6.69%的鐵碳合金，其特點(diǎn)是液態(tài)結(jié)晶時(shí)，都有共晶轉(zhuǎn)變。液態(tài)合金的流動(dòng)性好，因而鑄鐵都具有良好的鑄造性能。但因其共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是以滲碳體為基的萊氏體組織，所以性能很脆，不能鍛造。它們的斷口是呈白亮光澤，故又稱白口鑄鐵。根據(jù)室溫組織的不同，白口鑄鐵又分為三種： 亞共晶白口鑄鐵——含碳量WC小于4.3%，組織是珠光體、二次滲碳體與萊氏體。 共晶白口鑄鐵——含碳量WC 為4.3%，組織是萊氏體。 過共晶白口鑄鐵——含碳量WC 大于4.3%，組織是萊氏體與一 次滲碳體。,3、典型鐵碳合金的結(jié)晶過程分析,,,七、常規(guī)熱處理：正火、退火、淬火、回火 1、正火 加熱到全部奧氏體化溫度（ Ac3或Acm以上30~50℃），經(jīng)保溫后以空冷的速度冷卻下來，以獲得細(xì)珠光體的熱處理工藝方法。,正火的目的如下：①含碳量低于0·5%以下的鋼，能使晶粒細(xì)化，組織均勻，提高硬度，改善切削加工性；②對(duì)于共析鋼，正火能消除其組織中的網(wǎng)狀碳化物，利于球化退火；③正火使鑄鍛件過熱晶粒細(xì)化和消除內(nèi)應(yīng)力；④對(duì)于最終要求淬火的零件，正火能細(xì)化晶粒，改善碳化物的形態(tài)和分布，為最終熱處理作準(zhǔn)備。,2、退火 退火是將鋼加熱到高于或略低于臨界點(diǎn)的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的一種熱處理工藝。 其目的是： 1）使退火后鋼的組織接近于平衡組織，降低鋼的硬度，以利于切削加工； 2）消除鑄件或鍛件中的殘余應(yīng)力，以防變形和開裂； 3）消除鑄件或鍛件中的組織缺陷，如粗大晶粒、成分不均勻等，為隨后熱處理作好組織上的準(zhǔn)備。,退火的種類有：①擴(kuò)散退火： Ac3或Acm以上150~250 ℃，保溫10~15小時(shí)后緩冷，主要用于大型鑄件，目的是改進(jìn)或消除在冶金過程中形成的成份偏析或枝晶偏析，處理后的鑄件內(nèi)部晶粒十分粗大，為細(xì)化晶粒，需進(jìn)行一次完全退火，以提高塑性、韌性。 ②完全退火： Ac3以上30~50 ℃，保溫得到均一的奧氏體，緩冷得到等軸鐵素體+片狀珠光體，主要用于原始晶粒粗大，內(nèi)應(yīng)力大，硬度較高的亞共析鋼的鑄件、鍛件等，能細(xì)化晶粒，降低硬度、便于切削加工，消除內(nèi)應(yīng)力。 ③球化退火： Ac1以上20~30 ℃，獲得粒狀珠光體，適用于工、模、軸承鋼的預(yù)先熱處理，降低硬度，改善切削加工性能，并為最終熱處理作準(zhǔn)備。,④去應(yīng)力退火： 500~650 ℃， 保溫2~4小時(shí)后緩冷至200~300 ℃出爐。目的是消除鑄鋼件、焊接件、機(jī)械加工件的內(nèi)應(yīng)力，減少和防止工件在后繼工序或使用過程中發(fā)生變形或開裂。 ⑤再結(jié)晶退火：再結(jié)晶以上適當(dāng)溫度（碳鋼一般650 ~700 ℃）保溫1~3小時(shí)， 然后爐冷或出爐空冷。目的是消除冷變形產(chǎn)生的冷作硬化，使被拉長(zhǎng)壓扁或破碎的晶粒度變?yōu)榫鶆蚣?xì)小的等軸晶粒。,3、淬火 淬火是將鋼件加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（共析、過共析鋼）以上30-50℃，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻下來，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝。其目的是：改變鋼的內(nèi)部組織，獲得高的硬度和強(qiáng)度，更好地發(fā)揮鋼材的性能潛力，為回火做好組織準(zhǔn)備。工藝曲線如下所示：,,Ac3或Ac1線,常用的淬火方法有： 直接淬火：直接淬入單一淬火介質(zhì)，一般碳鋼在水中冷卻，合金鋼在油中冷卻，簡(jiǎn)便易行，缺點(diǎn)是易變形、開裂。 雙液淬火：某些淬透性差的鋼鹽水淬易裂，油淬不硬，采用水淬油冷，關(guān)鍵在控制冷卻能力強(qiáng)的淬火介質(zhì)的冷卻時(shí)間。 等溫淬火：將A化的工件淬入BS溫度下的等溫鹽液中較長(zhǎng)時(shí)間以獲得BS組織然后再空冷，由于等溫轉(zhuǎn)變不完全空冷到室溫后獲得BS為主的M和A′，使得有較高硬度的同時(shí)還保持有很高的韌性。,4、回火 不回火的馬氏體很脆，且存在較大的內(nèi)應(yīng)力，有時(shí)甚至?xí)匀婚_裂，必需回火才能使用?；鼗鹗羌訜岬紸c1以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s，以減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，提高組織與尺寸穩(wěn)定性，提高鋼的韌性和塑性，適當(dāng)降低硬度，賦予工件最終的使用性能。根據(jù)加熱的溫度不同分為： ①、低溫回火：150-250℃進(jìn)行，目的是減少應(yīng)力和脆性，保持較高的硬度和耐磨性，主要用于量、刃、模、滾珠軸承、滲碳件和高頻淬火件，如球軸承及內(nèi)外圈、齒輪等最后都要低溫回火，得到回火馬氏體。 ②、中溫回火：350-500 ℃進(jìn)行，目的是獲得高的彈性和屈服強(qiáng)度，得到回火屈氏體。主要用于各種彈簧，如制動(dòng)蹄回位彈簧。,③、高溫回火： 500 -650℃進(jìn)行，淬火加高溫回火又稱調(diào)質(zhì)處理，目的是要得到一定的強(qiáng)度、硬度和良好的韌性、塑性相配合的綜合力學(xué)性能，組織為回火索氏體。,八、化學(xué)熱處理： 鋼的化學(xué)熱處理是將零件放在某種化學(xué)介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，使介質(zhì)中的某些元素滲入到零件表面，從而改變零件表面層的化學(xué)成分和組織，使零件表面層具有不同特殊性能的一種熱處理工藝。 ★ 滲碳 滲碳是將零件放在滲碳?xì)夥罩屑訜?、保溫和冷卻，使介質(zhì)中的活性碳原子滲入到零件表面，從而增加零件表面碳含量的一種熱處理工藝。 其基本過程大致如下：滲碳劑在高溫下通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分解，產(chǎn)生活性碳原子；活性碳原子吸附到鋼的表面上；吸附的活性碳原子由鋼的表面層向內(nèi)滲入并擴(kuò)散，形成一定深度的滲碳層。,1、常用滲碳鋼 ①低碳鋼及低碳合金鋼：15、20、20Cr、 20CrMo ，用于受力較輕的耐磨件，如小齒、活塞銷等，處理后抗拉強(qiáng)度約490-784MPa，沖擊韌性98-117J/c㎡； ②低碳中合金滲碳鋼： 20CrMnTi、18CrMnMo，用于中級(jí)負(fù)荷，處理后抗拉強(qiáng)度約882-980MPa，沖擊韌性88-117J/c㎡ ； ③低碳高合金鋼：18 Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4用于負(fù)載大、磨損大的軸、齒類，處理后抗拉強(qiáng)度約1176-1372MPa，沖擊韌性78·4-98J/c㎡。,3、滲碳濃度、深度對(duì)性能的影響 ①表面碳濃度對(duì)性能的影響：0.8-1%各種性能都比較好，低于0.8%耐磨性不利，高于1 .1%會(huì)形成網(wǎng)狀或塊狀碳化物，使硬度化層脆性增加，發(fā)生剝落，降低壽命。,碳濃度,性能值,②滲碳層深度對(duì)性能的影響：有效硬化層深度應(yīng)能保證傳遞到心部的應(yīng)力小于心部的強(qiáng)度，這樣才能保證零件不受破壞；但過份增加深度，不僅浪費(fèi)物力、人力和能源，而且對(duì)提高性能反而不利，大于1毫米疲勞極限下降，大于1.5毫米沖擊韌性明顯下降。 ③滲碳層深度的選擇：取決于零件的使用條件和鋼材料心部強(qiáng)度。 滲碳齒為例： T（深度）=M（模數(shù)）*（15~20）/100若考慮以抗疲勞為主建議滲碳層選淺一些，若以抗點(diǎn)蝕為主建議可以深一點(diǎn)。,4、滲碳層的缺陷組織： ①表面脫碳：滲碳件表面出現(xiàn)鐵素體，降低了表面硬度，從而降低耐磨性，造成原因?yàn)槌鰻t與空氣接觸氧化脫碳所致，或在冷卻時(shí)無保護(hù)氣氛。 ②表面含碳量偏低：表面出現(xiàn)少量鐵素體導(dǎo)致淬火后有屈氏體，降低了零件的耐磨性，造成原因?yàn)樘紕?shì)不足或溫度不足。 ③滲碳過度區(qū)太陡：由高碳共析組織突然降低到原始組織，這種缺陷使得交界處應(yīng)力特別大，易在交界處發(fā)生開裂，形成T型裂紋，造成原因?yàn)闈B碳速度過分大于擴(kuò)散速度所致。,④網(wǎng)狀碳化物：表面碳濃度高致使有較多的網(wǎng)狀碳化物，且正火工藝選擇不合理，未將網(wǎng)狀碳化物消除。碳化物呈連續(xù)網(wǎng)狀沿晶界分布，導(dǎo)致晶界脆性增加，在使用中受外力作用時(shí)，易在晶界處開裂，這種缺陷也易造成磨削裂紋。,白亮呈網(wǎng)狀分布的為網(wǎng)狀碳化物,,謝謝大家！,