热处理

jianghuamh

残留应力退火
一般机械製品於加工面总是免不了会有残留应力的存在，若製品未经适当应力退火处理，在不当的暴露於热源〈例如阳光、热引擎等〉下，会產生变形的现象，另外由残餘应力经常识高度集中在某一局部区域，例如表面，焊接区等，因此会局部降低製品的机械强度。為避免这些问题，我们必须採用残餘应力退火处理。 此处理是将製品缓慢而均匀的加热至一低於向变化点之温度，然后至於此温度一段时间，在缓慢而均匀的逐步冷却下来，在此过程中最重要的是必须保持製品个区域之冷却速度相同，否则冷却后，由於各区冷却速率的差异，会再度造成残餘应力的出现。此点对复杂形状之製品尤其严重。 # M7 ~8 r# E. n  I4 b& n2 H由於一应力退火乃是利用原子在高温有微小潜变的现象，来重组原子位置以消除应力的存在。因此材料支应力退火温度随著材料之高温潜变能力不同而有所变化。一般对耐潜变之材料。例如低合金钢平常所用之退火温度為595~675℃，但高铬合金钢则在900~1065℃。我们可视情况需要，利用较低的温度与较长的时间，达到与短时间，高温度下处理相同效果支应力消除。
去应力退火处理
去应力退火热处理主要的目的，在於清除因锻造、铸造、机械加工或焊接所產生的残留应力，这种残存应力常导致工件强度降低、经久变形，并对材料韧性、延展性有不良影响，因此弛力退火热处理对於尺寸经度要求严格的工件、有安全顾虑的机械构件事非常重要的。弛力退火的热处理程序係将工件加热到A1点以下的适当温度，保持一段时间（不需像软化退火热处理那麼久）后，徐缓冷却至室温。特别需要注意的是，加热时的速度要缓慢，尤其是大型物件或形状复杂的工件更要特别注意，否则弛力退火的成效会大打折扣。 8 p6 u4 z+ D% a% X+ I
钢的正火
将钢加热到临界点（AC3、ACcm）以上，进行完全奥氏仜化，然后在空气中冷却，这种热处理工艺，称为正火。 * w& S, A/ f' w  M# `! L（一）正火工艺 $ h* q0 X8 F% ^. B' q" W7 B& _正火的加热温度正化学成份AC3以上50-100℃；过共析钢的加热温度ACcm以上30-50℃。保温时间主要取决于工件有效厚度和加热炉的型式，如在箱式炉中加热时，可以每毫米有效厚度保温一分钟计算。保温后的冷却，一般可在空气中冷却，但一些大型工件或在气温较高的夏天，有时也采用吹风或喷雾冷却。 + [8 ~: J4 i9 Z: p（二）正火后组织与性能 正火实质上是退火的一个特例。两者不同之处，主要在于冷却速度较快，过冷度较快，因而发生了伪共析转变，使组织中珠光量增多，且珠光柋的片层间距变小。应该指出，某些高合金钢空冷后，能获得贝氏体或马氏体组织，这是由于高合金钢的过冷奥氏体非常稳定，C曲线。 由于正火后的组织上的特点，故正火后的强度、硬度、韧性都比退火后的高，且塑性也并不降低。 正火的应用 正火与退火相比，钢的机械性能高，提价简便，生产周期短，能耗少，故在可能条件下，应优先考虑采用正火处理。目前的应用如下： 1.作为普通结构零件的最终热处理 ' Z. d# O% w1 s/ ?9 h2.改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性 3.作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理。 . a& Y5 [. |( x4.消除过共析钢中风状二次渗碳体，为球化退火作好组织准备 5.对一些大型的或形状较复杂的零件，淬火可能有开裂的危险进，正火也往往代替淬火、回火处理，而作为这类零件的最终热处理。 很*右。此时己不能称其为正火，而称为空淬有关。为了增加低碳钢的硬度，可适当提高正火温度。 3 \5 O; W, V: \- ]7 J8 ]7 s6 K' X0 F
0 M# I7 ^) B) R# s9 V; p" K1 [	钢之退火处理
# l/ _3 E7 R% V; J) y8 t3 M	退火处理一般是指将钢升温至某一温度，浸置一段时间后，再以一特定速率冷却下来之处理。主要目的是软化钢材。有时亦用以改变其他性质或显微结构。常见的退火处理有下列几种 1.      退火温度： : [' k" `3 b! b, }# p# h在很多之应用退火处理中，我们只注名所需之退火温度，然后让其在炉中冷却即可。在进行退火处理时，最容易造成失败的原因是未能维持炉中温度之均匀性。越大之炉子越有此种问题。 2.      製程退火： 由於材料经过相等程度冷加工后，会有加工硬化的现象，以至无法做进一步的加工。因此我们必须於製程中加入一退火步骤来消除此种不利的加工硬化现象。此类退火处理统称為製程退火。由於我们仅是想恢復材料之柔软性，不在乎材料之显微及结构内容，故為降低加工程本，一般多採用前面所提过的次临界退火。最常见之退火温度在约低於Ae  11至22℃之间。至於温度的控制只要能保持在不超过Ae  之范围即可。 ! T8 ]! |( W3 b& u0 m/ Q3.      切削用退火： 不同之显微姊购对材料之切削性质有很大不同的影响。例如5160钢材，若经球化处理则可减少切削刀具之损耗。然而对其他之钢材，球化结构不一定就有较佳之切削性质。一般我们可是材料之含碳量来订出最佳之切削用显微结构。 4.      球化处理 ) ?* z0 c& C0 }' y; V所的球化处理乃是在退火处理后能获得球状之碳化物之一种处理。一般可採用以下几种方法得到。 0 i! T& M: P7 ?+ l7 O- r4 {a.       长时间热浸置於略低於Ae  之温度。 b.      轮番加热及冷却於Ae  温度上下〈最好刚刚高於Ac  及低於Ar  〉。 $ ~0 m  Y" P  s4 L3 [c.       加热至高於Ac  ，然后慢慢在炉中冷却，或停留Ar  一长时间。 d.      从一温度刚能完全溶解碳化物冷却下来，所有之冷却速率须用不產生碳化物。然后在按a或b法升温回去。 $ g) T7 V, W  E! h+ }* z5.      锻件之退火处理： 由於锻件经常接有冷成型或车型等加工步骤，退火处理一不可避免之热处理过程。所需之退火过程必须取决於锻件之材料及后接之製程。切削用之锻件退火处理──若锻件材料须有球化组织以便随后之切削成型，我们可採用热锻温度於奥斯田化温度之上，然后在锻后直接将锻件出送到一具有球化处理温度之炉内进行球化处理。此法可节省製作之时间与成本。冷成型用之锻件退火处理──為方便随后之冷成型加工，我们当然希望锻件越短越好。故球化处理是最好之处理。在形状及材料条件允许下，前述之步骤為最可取之处理。在冷成型后，由於冷加工，成品之残餘应力应被注意到。我们应採取以前所讨论过的应力退火处理来消除此种情况。 * }1 ?8 t$ ~9 N6 E  R0 H7 y
3 m. H( N( K6 n0 r$ \. U, P	均匀化退火处理
	均匀化处理（Homogenization），是利用在高温进行长时间加热，使内部的化学成分充分扩散，因此又称為『扩散退火』。加热温度会因钢材种类有所差异，大钢锭通常在1200℃至1300℃之间进行均匀化处理，高碳钢在1100℃至1200℃之间，而一般锻造或轧延之钢材则在1000℃至1200℃间进行此项热处理。 ( j5 X% x/ s2 t# d! m. I( v
	球化退火处理
	球化退火主要的目的，是希望藉由热处理使钢铁材料内部的层状或网状碳化物凝聚成為球状，使改善钢材之切削性能及加工塑性，特别是高碳的工具钢更是需要此种退火处理。常见的球化退火处理包括：（1）在钢材A1温度的上方、下方反覆加热、冷却数次，使A1变态所析出的雪明碳铁，继续附著成长在上述球化的碳化物上；（2）加热至钢材A3或Acm温度上方，始碳化物完全固溶於沃斯田体后急冷，再依上述方法进行球化处理。使碳化物球化，尚可增加钢材的淬火后韧性、防止淬裂，亦可改善钢材的淬火回火后机械性质、提高钢材的使用寿命。
X4 _/ Q* k" U! w& r	软化退火处理
	软化退火热处理的热处理程序是将工件加热到600℃至650℃范围内（A1温度下方），维持一段时间之后空冷，其主要目的在於使以加工硬化的工件再度软化、回復原先之韧性，以便能再进一步加工。此种热处理方法常在冷加工过程反覆实施，故又称之為製程退火。大部分金属在冷加工后，材料强度、硬度会随著加工量渐增而变大，也因此导致材料延性降低、材质变脆，若需要再进一步加工时，须先经软化退火热处理才能继续加工。 ! e/ n$ @/ ?) `6 r; e

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退火常见问题与解决技巧

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( Q# ^0 ~" L5 N8 q6 t6 W5 E, g 工件如何获得性能优异之微细波来体结构？

# y3 \" q8 |% A5 t6 V& }: f退火处理会使钢材变软，淬火处理会使钢材变硬，相比较之下，如施以『正常化』处理，则可获得层状波来铁组织，可有效改善钢材的切削性及耐磨性，同时又兼具不会產生裂痕、变形量少与操作方便等优点。然而正常化处理是比较难的一种热处理技术，因為它採用空冷的方式冷却，会受到许多因素而影响空冷效果，例如夏天和冬天之冷却效果不同、工件大小对空冷速率有别、甚至风吹也会影响冷却速率。因此正常化处理要使用各种方法来维持均一性，可利用遮阳、围幕、坑洞、风扇等。
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* j/ f" A% n0 l2 n0 W 正常化处理与退火处理之差异
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) b8 h4 y; x7 o. P% e: J  P正常化处理维加热至A3点或Acm点以上40~60℃保持一段时间，使钢材组织变成均匀的沃斯田体结构后，在静止的空气中冷却至室温的热处理程序。对亚共析钢而言，可获得晶粒细化的目的而拥有好的强度与韧性；对过共析钢而言，则可防止雪明碳铁在沃斯田铁晶粒边界上形成网状析出，以降低材料的韧性。
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4 b& ]3 m& z; l: M/ d" d& v完全退火处理主要目的是要软化钢材、改善钢材之切削性，其热处理程序為加热至A3点以上20~30℃（亚共析钢）或A1点以上30~50℃持温一段时间，使形成完全沃斯田体组织后（或沃斯田体加雪明碳体组织），在A1点下方50℃使充分发生波来体变态，获至软化的钢材。另外应力消除退火则是在变态点以下450~650℃加热一段时间后徐徐冷却至室温，可消除钢材内部在切削、冲压、铸造、熔接过程所產生的残留应力。
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如何消除工件之残留应力？
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应力消除退火则是在变态点以下450~650℃加热一段时间后徐徐冷却至室温，可消除钢材内部在切削、冲压、铸造、熔接过程所產生的残留应力。对碳钢而言，参考的加热温度為625±25℃；对合金钢而言，参考的加热温度為700±25℃。持温时间亦会有所差异，对碳钢而言，保持时间為每25mm厚度持温1小时；对合金钢而言，保持时间為每25mm厚度持温2小时，冷却速率為每后25mm以275℃/小时以下的冷却速率冷却之。
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如何预防加热变形？
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预防加热变形的发生，最好是缓慢加热，并实施预热处理。一般钢材在选择预热温度时，可依下列準则来选定预热温度：（1）以变态点以下作為预热温度，例如普通钢约在650~700℃，高速钢则在800~850℃左右。（2）以500℃左右作為预热温度。（3）二段式预热，先在500℃左右作第一段预热，保持一段时间充分预热后，在将预热温度调高至A1变态点以下。（4）三段式预热，针对含有高含量合金之大型钢材，例如高速钢，有时需要在1000~1050℃作第三段预热。
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退火的种类和淬火

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* D/ ~1 {! x& N, X8 l# X 一、退火的种类
1． 完全退火和等温退火
完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。
2． 球化退火
球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。
3． 去应力退火
去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。
二．淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。
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  }% a! A" N' G- c7 e# O 退火与正火
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: w, X) E8 J5 E2 F0 f; e     1.钢的退火将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。
; k0 ~: R, g* c1 \) m- z    2.钢的正火正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。

  
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! H7 g% @2 q% T: |完全退火处理

完全退火处理係将亚共析钢加热至Ac3温度以上30~50℃、过共析钢加热至Ac1温度以上50℃左右的温度范围，在该温度保持足够时间，使成為沃斯田体单相组织（亚共析钢）或沃斯田体加上雪明碳体混合组织后，在进行炉冷使钢材软化，以得到钢材最佳之延展性及微细晶粒组织。
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+ b- B5 R' A$ ^0 h 铸铁之弛力退火处理


7 W& n# z1 w- a5 Q% n, {3 Y     几乎所有的铸件在冷却过程中都会產生热应力，在热处理过程中，特别正常化处理和退火处理之后均会成内应力，内应力发生的主要原因在於铸件的内部肉厚不同，在急速冷却过程中由於热降的差异发生，肉厚不同会使每一个不分的收缩各异，因而引起了所谓内应力，冷的部分具有较高的潜变长度，而热的部分其长度较低，故热的部分就会在冷的部分收缩后形成热点造成部份的变形，变形部分之强度，随著变形度的增加而提高，最后再不能进一步变形时，铸件内部形成某种程的弹性应力，甚至塑性应变，即為内应力，此应力几乎可高达与抗拉强度等值，一且由於任何外在的原因使局部应力超过抗拉强度的时候，此类铸件很容易因而造成破裂，热处理是消除内应力最重要的一种方法，主要程序是升高温度，令所有铸建在非常均匀而缓慢的情况下，加热及冷却。
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    退火温度的高低，主要视铸件的组成部分，以及必须消的强度量而定，甚至必须考虑组织的可能变化，最适合的退火温度可大致归纳如下：对非合金性的铸铁而言，约在500~575℃之间，对於低筋性的铸铁而言，大约在550~600℃之间，对高合金铸铁而言则在600~650℃之间，炉内的温度分布，必须儘可能的均匀以避免存在温度梯度，不论任何情况下，用於退火的火焰或热气体，不能直接喷向铸件，以避免在加热的时候，薄壁的部分在次引起热应力，而增加残留应力的存在量，进而引起破裂，在到达退火温度后的第一小时内大部分的内应力均会消除，则视铸件的厚薄而定，一般而言铸件厚度每增加25mm必须增加一小时的退火时间。
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铸铁之软化退火处理


' w9 E9 ~4 `7 E- Q% t$ o     灰铸铁与球状石墨铸铁软化退火，事实上是一种针对碳化物分解的热处理，对非合金性及低合金铸铁而言，铁碳所形成的碳化物并非是一种稳定相，在高温中经过一段足够长的时间，碳化物分解成為石墨、肥力铁或沃斯田铁，此类分解过程就是一般所谓的软化热处理，同时也是製造展性铸铁的主要程序，灰铸铁裡的碳化物主要分两类，第一类是在凝固过程中形成的共晶碳化物(Eutectic Carbide)，一般称之為自由碳化物(Free Carbide)。软化处理主要分成两个步骤，及第一段石墨化及第二段石墨化，共晶碳化物之分解為第一段石墨化，波来铁分解為肥力铁与石墨之步骤為第二段石墨化。图2-2所示為软化处理时间-温度曲线，如果波来铁分解时予以非常缓慢的冷却，则同时可达到弛力退火的效果。  

第一段石墨化处理的目的在於消除共晶雪明碳铁，因此当灰铸铁或者球状石墨铸铁，再凝固过程中，石墨形成不完全，大部分都会形成共晶雪明碳铁，在铸件的角落和锐边处，由於冷却速率较快，或以金属模铸造时激冷效果均会產生共晶雪明碳铁，另当硅的含量不够，或接种的处理不良都会產生硬点，或形成碳化物，如果铸铁内具碳化物的稳定元素，儒Cr、V或太高之锰含量时，也会形成相同的结果，如果是由於成分的配合不恰当，晶界形成共晶碳化物，则铸件的肉原对碳化物之形成不会產生之影响，此类碳化物在某一个温度范围内相当的不稳定，其分解速度随著温度的降低而急速的减小，且随著温度的升高而急速的增加。第一段石墨化的温度不宜太低，其温度范围大约在850℃至950℃之间，对球状石墨铸铁而言，由於需要较高的韧性，因此温度不宜超过920℃，以免发生沃斯田铁初晶，退火的时间必须加长，退火时间的长短不仅由退火温度来决定，同时需考虑铸铁的种类成分，甚至要考虑碳化物的种类，一般而言退火时间可由2~15小时，為了避免脱碳，同时考虑经济上的效益，退火时间应儘可能地缩短，石墨化元素如硅及微量的铜可加速雪明碳铁的分解，而碳化物的稳定元素，如铬、铝、铜，在正常情况下会严重地延迟石墨化的时间。
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8 V1 `: h3 H7 e& M# C6 `5 G    第二段石墨化处理的目的是消除或减少波来铁，其主要作用在於分解波来铁，或者经过第一段石墨化处理后，在冷却过程中，防止波来铁的再形成，第二段石墨化处理可见图2-1中，应与第一段石墨化裡共同进行，假如无共晶碳化物存在，也可单独进行，主要的执行步骤，是在变态温度以下非常缓慢的冷却，或者在变态温度以下保持一段时间，对球状石墨铸铁而言，肥粒铁化后的组织对性质有非常大的影响，对灰铸铁而言，肥粒铁系的组织单使材料变软而已，雪明碳铁的分解速率随著温度之增加而增加，此现象与第一段石墨化处理结果相似。温度超过变态温度范围，则有部分的组织发生沃斯田铁化，冷却时，可在次形成波来铁，当温度超过600℃时，波来铁分解非常迅速。直到其完全分解為止，退火时间需要8至12小时，当温度超过某一临界点时，此肥粒铁的生长速率会得到相反的效果，可见要完全成肥粒铁化所需要的退火时间在4~24小时之间，温度则在680~740℃之间。

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45钢40Cr钢调质                        
& o7 y1 Q+ I8 P2 c# q7 o    调质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。
4 Q* b8 T9 K6 [    调质钢有碳素调质钢和合金调质钢二大类，不管是碳钢还是合金钢，其含碳量控制比较严格。如果含碳量过高，调质后工件的强度虽高，但韧性不够，如含碳量过低，韧性提高而强度不足。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。
    调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。小型工厂不可能每炉搞金相分析，一般只作硬度测试，这就是说，淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度，回火后硬度按图要求来检查。
% Y$ V8 j! E1 Y, A  {工件调质处理的操作，必须严格按工艺文件执行，我们只是对操作过程中如何实施工艺提些看法。
) b7 p* k/ Q# v* o& f. M0 C4 b( }8 p 1、 45钢的调质
   45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。
45钢淬火温度在A3+(30~50) ℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。因为45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180℃左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。
  E2 ]. u8 W! D    45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。
    45钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560~600℃，硬度要求为HRC22~34。因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；而有些齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插加工，硬度要求就低些。关于回火保温时间，视硬度要求和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，一般工件回火保温时间总在一小时以上。
: _0 E& S( C4 h$ B: g* V   2、40Cr钢的调质处理
   Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。截面尺寸大或重要的调质工件，应采用Cr钢。但Cr钢有第二类回火脆性。
1 t3 c/ `9 X! z! n4 {" A$ h. z   40Cr工件调质的淬回火，各种参数工艺卡片都有规定，我们在实际操作中体会是：
   （一）40Cr工件淬火后应采用油冷，40Cr钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小。但是小型企业在供油紧张的情况下，对形状不复杂的工件，可以在水中淬火，并未发现开裂，只是操作者要凭经验严格掌握入水、出水的温度。
   （二）40Cr工件调质后硬度仍然偏高，第二次回火温度就要增加20~50℃，不然，硬度降低困难。
   （三）40Cr工件高温回火后，形状复杂的在油中冷却，简单的在水中冷却，目的是避免第二类回火脆性的影响。回火快冷后的工件，必要时再施以消除应力处理。
, \1 @, G8 X. t8 y8 \影响调质工件的质量，操作工的水平是个重要因素，同时，还有设备、材料和调质前加工等多方面的原因，我们认为：
    （一）工件从加热炉转移到冷却槽速度缓慢，工件入水的温度已降到低于Ar3临界点，产生部分分解，工件得到不完全淬火组织，达不到硬度要求。所以小零件冷却液要讲究速度，大工件予冷要掌握时间。
    （二）工件装炉量要合理，以1~2层为宜，工件相互重叠造成加热不均匀，导致硬度不匀。
- ^8 \" B  k3 N    （三）工件入水排列应保持一定距离，过密使工件近处蒸气膜破裂受阻，造成工件接近面硬度偏低。
    （四）开炉淬火，不能一口气淬完，应视炉温下降程度，中途闭炉重新升温，以便前后工件淬后硬度一致。
    （五）要注意冷却液的温度，10%盐水的温度如高于60℃，不能使用。冷却液不能有油污、泥浆等杂质，不然，会出现硬度不足或不均匀现象。
7 T# o  n( D6 G+ R, m    （六）未经加工毛坯调质，硬度不会均匀，如要得到好的调质质量，毛坯应粗车，棒料要锻打。
2 t6 R6 S7 ~; t# t( S- N* k    （七）严把质量关，淬火后硬度偏低1~3个单位，可以调整回火温度来达到硬度要求。但淬火后工件硬度过低，有的甚至只有HRC25~35，必须重新淬火，绝不能只施以中温或低温回火以达到图纸要求完事，不然，失去了调质的意义，并有可能产生严重的后果。

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　　　　　　　　　　　　　　　钢的氮化及碳氮共渗
, B0 O+ U/ g) L( F* ]钢的氮化（气体氮化）
概念：氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850）及耐磨性。氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程，习惯上碳氮共渗又称作氰化。目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较是广。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度，低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。
氧氮共渗
当钢在渗氮的同时通入一些含氧的介质，即可实现其氧氮共渗处理。处理以后的工件兼有蒸汽处理我渗氮处理的共同点。
1． 氧氮共渗的特点：氧氮共渗后渗层可分三个区，表面氧化膜，次表层氧化区和渗氮nitriding。表面氧化膜与次表层氧化区厚度相近，一般为2-4μm.氧氮共渗后形成多孔Fe3O4层具有良好的减摩擦性能、散热性能及抗粘着性能。
0 L) ^* b) U5 q. p! @' ]/ z0 b2． 氧氮共渗介质：氧氮共渗时一般用得较多的是不同浓度的氨水。氮原子向内扩散形成渗氮层，水分解形成氧原子向内扩散形成氧化层并在工件表面形成黑色氧化膜。
3． 氧氮共渗的主要用途： 氧氮共渗主要用于高速钢刀具的表面处理。共渗时的温度一般为540-590℃，时间通常为1-2小时。氨水浓度以25%-30%为宜。排气升温时通氨量应大些，以利于迅速排空炉内空气。共渗期间通氨量应适中，降温及扩散时应减少氨的滴入量。热处理炉可采用有1Cr18Ni9Ti不锈钢制成炉罐的井式氮化炉代用。炉罐应保护密封性（最好采用真空水冷橡胶密封）。炉顶应有一台密封循环风扇。炉内保持300-1000Pa的正压.

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　　　　　　　　　　　　　　　加热工艺不当常产生的缺陷
9 B& J7 |% N# M$ w3 k    加热不当所产生的缺陷可分为：①由于介质影响使坯料外层组织化学状态变化而引起的缺陷，如氧化、脱碳、增碳和渗硫、渗铜等。②由内部组织结构的异常变化引起的缺陷，如过热、过烧和未热透等。③由于温度在坯料内部分布不均，引起内应力（如温度应力、组织应力）过大而产生的坯料开裂等。
( |, X- s. W( h" q9 W    1.脱碳
    脱碳是指金属在高温下表层的碳被氧化，使得表层的含碳量较内部有明显降低的现象。
    脱碳层的深度与钢的成分、炉气的成分、温度和在此温度下的保温时间有关。采用氧化性气氛加热易发生脱碳，高碳钢易脱碳，含硅量多的钢也易脱碳。
% z  g2 C; o+ [) T    脱碳使零件的强度和疲劳性能下降，磨损抗力减弱。
' J# l1 Y- g9 Y9 P, R- K; X$ r    2.增碳
    经油炉加热的锻件，常常在表面或部分表面发生增碳现象。有时增碳层厚度达1.5～1.6mm，增碳层的含碳量达1％（质量分数）左右，局部点含碳量甚至超过2％（质量分数），出现莱氏体组织。
( d# e7 r# f9 ~( q    这主要是在油炉加热的情况下，当坯料的位置靠近油炉喷嘴或者就在两个喷嘴交叉喷射燃油的区域内时，由于油和空气混合得不太好，因而燃烧不完全，结果在坯料的表面形成还原性的渗碳气氛，从而产生表面增碳的效果。
    增碳使锻件的机械加工性能变坏，切削时易打刀。
# h3 i  j- q! o7 s9 Y- c    3.过热
. G8 E3 ?  l; X5 D    过热是指金属坯料的加热温度过高，或在规定的锻造与热处理温度范围内停留时间太长，或由于热效应使温升过高而引起的晶粒粗大现象。
; ^: b8 L, t0 u2 j    碳钢（亚共析或过共析钢）过热之后往往出现魏氏组织。马氏体钢过热之后，往往出现晶内织构，工模具钢往往以一次碳化物角状化为特征判定过热组织。钛合金过热后，出现明显的β相晶界和平直细长的魏氏组织。合金钢过热后的断口会出现石状断口或条状断口。过热组织，由于晶粒粗大，将引起力学性能降低，尤其是冲击韧度。
- k8 @( u3 t/ D    一般过热的结构钢经过正常热处理（正火、淬火）之后，组织可以改善，性能也随之恢复，这种过热常被称之为不稳定过热；而合金结构钢的严重过热经一般的正火（包括高温正火）、退火或淬火处理后，过热组织不能完全消除，这种过热常被称之为稳定过热。
    4.过烧
7 B. d0 X/ `* m) Z' L/ F3 B, A    过烧是指金属坯料的加热温度过高或在高温加热区停留时间过长，炉中的氧及其它氧化性气体渗透到金属晶粒间的空隙，并与铁、硫、碳等氧化，形成了易熔的氧化物的共晶体，破坏了晶粒间的联系，使材料的塑性急剧降低。过烧严重的金属，撤粗时轻轻一击就裂，拔长时将在过烧处出现横向裂纹。
    过烧与过热没有严格的温度界线。一般以晶粒出现氧化及熔化为特征来判断过烧。对碳钢来说，过烧时晶界熔化、严重氧化工模具钢（高速钢、Cr12型钢等）过烧时，晶界因熔化而出现鱼骨状莱氏体。铝合金过烧时出现晶界熔化三角区和复熔球等。锻件过烧后，往往无法挽救，只好报废。
5.加热裂纹
* I" ?0 Q  r$ k% M. ^9 X1 d9 A, n    在加热截面尺寸大的大钢锭和导热性差的高合金钢和高温合金坯料时，如果低温阶段加热速度过快，则坯料因内外温差较大而产生很大的热应力。加之此时坯料由于温度低而塑性较差，若热应力的数值超过坯料的强度极限，就会产生由中心向四周呈辐射状的加热裂纹，使整个断面裂开。
6.铜脆
5 Z) E$ n, N( v    铜脆在锻件表面上呈龟裂状。高倍观察时，有淡黄色的铜（或铜的固溶体）沿晶界分布。
: ^2 Z2 |' [/ w    坯料加热时，如炉内残存氧化铜屑，在高温下氧化钢还原为自由铜，熔融的钢原子沿奥氏体晶界扩展，削弱了晶粒间的联系。另外，钢中含铜量较高[＞2％（质量分数）]时，如在氧化性气氛中加热，在氧化铁皮下形成富铜层，也引起钢脆。

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　　　　　　　　　　　　　渗碳齿轮热处理的变形控制
" B8 U. J& T  R. ^$ H9 @, e渗碳齿轮的热处理变形 热处理变形直接影响到齿轮的精度、强度、噪声和寿命，即使在渗碳热处理后加上磨齿工序，变形仍然要降低齿轮的精度等级。影响渗碳热处理变形的因素较多，只有控制各方面的因素才能将变形控制到较小程度。控制齿轮变形也必须在制造齿轮的全过程中设法去解决。
3 [8 t7 S4 m0 l* |) ?1)齿轮材料冶金因素对变形的影响 试验表明，钢的淬透性越高．变形越大。当心部硬度高于40HRC时，变形会明显增大。因此，对钢的淬透性带有一定的要求，淬透性带越窄．则变形越稳定，要钢厂提供“低、稳变形”钢材。A1／N含量比控制在1～2.5范围内，可使淬进性带变窄、减小变形。另外，材料的方框偏析及带状组织影响齿轮花键孔的不均匀变形及渗碳不均匀。
" N: n5 n& Q. N/ K" w2)预备热处理对齿轮变形的影响 正火硬度过高、混晶、大量索氏体或魏氏组织都会使内孔变形增大，所以要用控温正火或等温退火来处理锻件。
: V# k  Q5 L  `) ?0 i) |; i3)渗碳工艺对变形的影响 温度的均匀性．碳层的均匀性，冷却介质温度的均匀件都影响齿轮变形，同时渗碳温度越高，渗碳层越厚．油温低、齿轮变形大。所以要改进设备，优化工艺，提高齿轮热处理质量。
4)淬火对变形的影响 淬火冷却行为是影响齿轮变形最重要的因素，热油淬火比冷油淬火变形小，般控制在100℃±120℃．油的冷却能力对变形也是至关重要的。搅拌方式和烈度均影响变形，上淬火压床淬火的盘状齿轮，按各种齿轮的变形情况．调整冲火压床 参数减小变形，调整内、外压模及胀心块的压力及各段喷油量的大小及上作台面来控制变形。
5)装夹方式及夹具 目的使工件加热冷却均匀，工件各部分渗碳层均匀，以减少热应力不均，组织应力不均，来减小变形，可改变装夹方式，盘类零件与油面垂直，轴类零件立装，使用补偿垫圈，支承垫圈，叠加垫圈等，花键孔零件可用渗碳心轴等。
" @. v. H" k6 G4 Q( I5 k3 \% T6)机械加工方面配合：第一．掌握热处理变形规律、移动公差带位置，提高产品合格率；第二，根据变形规律、施用反变形、收缩端预胀孔，提高淬火后变形合格率，第三，对非对称或厚度不均匀零件采用预留加工量的方法．热处理后再加工。第四，热处理后用推刀精整花键孔，或电解加工精磨花键孔，或渗碳后再加热套芯棒淬火，后压出芯棒，保证花键孔尺寸等手段减小变形.