第一章
1对流传热：靠气体或液体的流动来传热的方式。 ② 在液态介质（熔盐或金属）中加热的特点 加热均匀，不易脱碳，加热速度快。
以热传导为主，兼有辐射传热及对流传热 特点：通过发热体和工件之间流体的流动进行。 2辐射传热：高温物体直接向外发射热的现象。 特点：以电磁波的形式传递能量 波长范围：0.4~40μm 3传导传热：热从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式。
特点：传热物质质点间的相互碰撞； 固体中热传递的主要方式； 4综合传热：
2 对热处理加热时间的理解 热处理加热时间包括两部分：一是工件达到热处理规范所要求温度的时间（整体热处理应为工件芯部达到要求温度的时间）；另一部分是完成组织转变及其他热处理目的所要求的组织结构状态变化所需要的时间。t=升温t+透热t+保温t 1 加热方式的影响
关键不同之处：加热速度不同(依次增大)
随炉加热→预热加热→到温入炉加热→高温入炉加热
随炉加热：工件装入炉中，随着炉子升温而加热，直至所需加热温度
预热加热：工件先在已升温至较低温度的炉子中加热，到温后再转移至预定工件加热温度的炉中加热至工件达到所要求的温度。
到温入炉加热又称热炉装料加热：先把炉子升到工件要求的加热温度，然后再把工件装入炉内进行加热 高温入炉加热：工件装入较工件要求加热温度高的炉内进行加热，直至工件达到要求温度 2 加热介质及工件放置方式的影响 (1) 加热介质的影响 常用的加热介质
空气、惰性气体、氨热分解气体、CO-H2-N2-H2O-CO2、N2-CO-H2混合气体、熔融盐类液体、熔融金属液体等。 ① 流态化炉中加热的特点 流态化物质：石墨粒子
作用：电阻发热体 加热介质 工作时，一定压力和流量的气流通入炉内，石墨粒子翻滚，接触或分离，产生电阻，发热，加热工件。 ——综合传热
③ 在气态介质中加热的特点 属于综合传热
高温区：辐射为主；中温区：辐射和对流兼有； 低于600?C的循环气体炉：对流为主 ④ 真空加热的特点 辐射为主
工件表面光洁、黑度更小，给热系数较光亮加热时更小
(2) 工件在炉内排布方式的影响
工件在炉内排布方式直接影响热量传递的通道 (3) 工件本身的影响
几何形状，表面积与其体积之比，工件的物理性质
氧化 材料中金属元素与氧化性气体形成氧化物层 工件表面变色，失去光泽； 力学性能变坏（如疲劳性能）
T<570?C T>570?C
3Fe+2O2→Fe3O4 3Fe+1/2O2→FeO 3/4Fe+H2O?Fe3O4+H2 Fe+H2O?FeO+H2 3/4Fe+CO2?Fe3O4+CO Fe+CO2?FeO+CO 反应进行的方向的判断条件
该温度下的平衡常数及参与反应物质的浓度或分压 内氧化就是氧沿晶界或其他通道向内扩散，与晶界附近的Si、Mo等元素结合成氧化物的现象。
氧化的速度取决于氧和铁原子通过氧化膜的扩散速度。
氧化物的组织形式
Fe3O4在570?C以下形成，组织致密，氧化速度较慢。
FeO在570?C以上形成，结构疏松，O和Fe原子通过FeO相对扩散，氧化速度加剧。 5
钢中的碳也会和气氛作用，使钢的表面失去一部分碳，含碳量降低，这种现象成为脱碳。 钢加热时的脱碳、增碳平衡 CO2+Cγ-Fe?2CO H2O+Cγ-Fe?2CO+H2 2H2+Cγ-Fe?CH4 判断条件
炉气成分的分压比与平衡常数的比值。
脱碳过程：钢件表面的碳与炉气发生化学反应（脱碳反应），形成含碳气体逸出表面，使表面碳浓度降低；由于表面碳浓度的降低，工件表面与内部发生浓度差，从而发生内部的碳向表面扩散的过程。 组织类型：根据炉气的碳势、加热温度、钢中含碳量：全脱碳层，半脱碳层
钢加热的脱碳过程及脱碳层的结构 ①脱碳过程分两个阶段：
※钢件表面的碳与炉气发生化学反应形成含碳气体逸出；
※工件表面与内部产生碳浓度差，从而发生碳由内部向表面扩散的过程。
②根据脱碳程度可分为全脱碳层和半脱碳层 全脱碳层：当钢件表面碳基本被烧毁，表层呈现全部铁素体晶粒 半脱碳层：当钢材表面的碳未完全烧毁，但表层含碳量低于钢材平均含碳量 6 炉气碳势的测定方法
碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既部增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时表面的含碳量。表示炉气对纯铁饱和碳的能力；或者说纯铁与炉气平衡时表面含碳量；
炉气成分含量测定
在吸热式气氛中，影响碳势的气体为CO、H2、CO2、H2O和CH4。 CO2的测定
红外线CO2分析仪——常用仪器 原理：利用多原子气体对红外线的选择吸收作用，以及选择吸收红外线的能量又和该气体的浓度及气层厚度有关这一性质来测定CO2含量。
H2O的测定：常用露点表示，指气氛中水蒸气开始凝结成雾的温度，即在一个大气压力下气氛中水蒸气达到饱和状态使的温度。炉气中露点，用露点仪测量 O含量（氧分压）的测定：氧探头来测定 露点仪（氯点仪）
露点：水结露的温度，水%↑ →露点↑ →cp ↓ 原理：LiCl盐感湿元件吸水→导电性↑ →控制系统通电→水蒸发 CO2红外仪
原理：CO2选择性吸收4.3μm红外线 →红外线强度↓ →调节装置控制 氧探头
原理：O2 ↑ → CO2 ↑、H2O ↑ →cp↓ ZrO氧敏陶瓷管内、外氧%不同（内为 参比气、外为炉气） →氧浓差电势→调控
控制碳势的方法：
称重法：精密天平测量渗碳前、后的重量变化 综上：多参数控制精度高，碳势仪性能 7 加热介质的选择
基本原则：避免工件表面与加热介质发生化学作用 1真空加热
避免氧化、脱碳，达到光亮热处理的目的
光亮热处理：指在热处理过程中（主要是淬火和退火），采用气体保护或者是真空状态，避免或减少被热处理得工件表面与氧气接触而发生氧化，从而达到工件表面的光亮或相对光亮。
2 保护气氛
在工件加热时保护其表面不氧化、脱碳的气氛。 吸热式气体 特点： 化学反应所产生的热量少，不能维持正常反应，需外部供热
用途：各类碳钢、低合金钢的保护气氛淬火加热； 高速钢及合金工具钢；
高铬钢和不锈钢不宜使用；？ 不做回火加热保护气；？ 放热式气体
浓型：较低的空气、原料混合比
用途：低碳钢光亮退火；中碳钢短时加热；允许少量脱碳的工件光亮淬火
淡型：较高的空气、原料混合比 用途：铜和铜合金的光亮处理 高速切削工具的表面氧化处理 氨热分解气 用途：含铬较高的合金钢、不锈钢的光亮退火和淬火 氮基保护气氛 液滴式保护气氛 其他加热介质
第二章1 概念、目的、应用和工艺参数的制定
正火
定义:将钢加热至Ac3或Accm以上30～50℃保温，
在空气中冷却。得到珠光体类组织的热处理工艺。
适用于碳素钢及低、中合金钢，而不适用于高合金钢。 原因：高合金钢奥氏体非常稳定，C曲线很靠右，空冷也碰不到鼻子，即使在空气中也能淬火。这些钢成为“空淬钢”或“自硬钢”，也叫“马氏体钢”。
目的：①细化组织，消除热加工造成的过热缺陷，使组织正常化； ②提高普通结构零件的机械性能。 ③用于低碳钢，提高硬度，改善钢的切削加工性能； ④用于中碳钢，代替调质处理，为高频淬火做准备，大大降低成本。⑤用于高碳钢，消除网状碳化物，便于球化退火；⑥用于大件热处理，代替淬火⑦不太重要的的工件，在正火状态使用，性能有所提高。 应用：取代部分完全退火；用于普通结构件的最终热处理；用于过共析钢，以减少或消除二次渗碳体呈网状析出
注：1)对有些含碳量低于0.20%的钢，应提高正火的加热温度(可比Ac3高100℃)；以增大过冷奥氏体的稳定性，而且应该增大冷却速度，以获得较细的珠光体和分散度较大的铁素体
2)中碳钢的正火应该根据钢的成分及工件尺寸来确定冷却方式；含碳量较高，含有合金元素，可采用较缓慢冷却速度，如在静止空气中或成堆堆放冷却，反之则采用较快冷却速度。 3）过共析钢正火
为了消除网状碳化物，加热时必须保证碳化物全部溶入奥氏体中；
为了抑制自由碳化物的析出，必须采用较大冷却速度，如鼓风冷却、喷雾冷却，甚至油冷或水冷至Ar1点以下的温度取出空冷。 4）双重正火
适用：锻件的过热组织或铸件粗大铸造组织 第一次正火：Ac3点以上150-200℃→消除粗大组织，使成分均匀；
第二次正火：普通条件进行→细化组织；
退火
定义：将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保
温后随炉缓冷以获得近于平衡组织的热处理工艺 目的：①均匀钢的化学成分及组织；②细化晶粒，调整硬度；③消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能；④为淬火作组织准备。
与退火相比，正火具有以下特点：
1）由于冷却速度较退火快，所得组织比退火时要细； 2）正火后的零件的强度和硬度比退火时高，且含碳量越高，差别越大；
3）低碳钢经正火处理后的强度与硬度，与退火处理的差别不多，但正火处理是在炉外进行，不占用设备，生产率高，所以低碳钢多采用正火代替退火处理。 4）中碳钢的正火可替代调质处理，为高频淬火作准备。
5）高碳钢可消除网状渗碳体，为球化退火做准备。 相同点：均是珠光体型组织
不同处：较大的过冷度（正火）转变温度较低（退火）
退火和正火的组织区别
1）正火P组织比退火状态的片层间距小，P领域小； 2）加热温度与完全退火相同，但正火冷速较快，转变温度较低，会出现伪共析组织；
3）合金钢中的cem稳定，不易充分固溶到A中，故退火、正火后均不易形成片层状P，而呈粒状P。正火后粒状cem较退火的细，故硬度较高；
4）正常规范下退火、正火均使钢的晶粒细化。但如果加热温度过高，使A晶粒粗大，在正火后极易形成魏氏组织，在退火后则形成粗晶粒组织。
退火、正火工艺选择原则
1）C<0.25％，正火
渗碳钢，正火；C<0.20％，高温正火；形状复杂的大型铸件，退火；2）C?(0.25-0.50％)，一般采用正火。合金元素含量较高的钢采用完全退火。3) C?(0.50-0.75％)，一般采用完全退火；4) C?(0.75-1.0％)，制造弹簧，采用完全退火作预备热处理；制造刀具，采用球化退火；5) C＞1.0％，用于制造工具，球化退火作预备热处理 当钢中含有较多合金元素时，由于合金元素强烈地改变了过冷奥氏体连续冷却转变曲线，因此上述原则就不适用。
3 正火与退火的缺陷
1.过烧；由于加热温度过高，出现晶界氧化，甚至局部晶界融化，造成过烧。过烧钢件只能作废。
2.退火后硬度偏高；出现在含碳量大于0.45%的中高碳钢，由于退回时的加热温度低，冷却太快，出现索氏体、托氏体、甚至贝氏体、马氏体组织。或者球化退火时，等温温度过低，球化不充分，碳化物弥散度过大，可通过重新退火加以消除。
3.黑脆（墨脆、石墨化）:碳素工具钢或低合金工具钢在退火后，有时发现硬度虽然很低，但脆性却很大，
一折即断，端口呈灰黑色，所以叫“墨脆”。其实质是部分渗碳体在退火过程中发生了石墨化。金相组织特点是在石墨碳周围，形成大块铁素体。产生墨脆的原因主要是由于退火温度过高，保温时间过长，冷却缓慢，珠光体转变按更稳定的Fe-C平衡图进行所致。钢中含碳量过高，含锰量过低，以及石墨化元素Si、A1等含量过多等均能促进石墨化。碳素工具钢的终锻温度高（>1000?C）且冷却太慢，多次返修退火也可使部分渗碳体分解成石墨。出现这种缺陷只能报废，不能返修。
4.出现粗大W：由于加热温度过高造成的。温度高，晶粒粗大，冷却速度较低时。易出现魏氏组织。消除：采用稍高于Ac3的加热温度，使先共析相溶解，采用合适的冷却速度冷却。W严重时，采用双重正火来消除。
5.反常组织：其组织特征是：在亚共析钢中，在先共析铁素体晶界上有粗大的渗碳体存在，珠光体片间距也很大。在过共析钢中，在先共析渗碳体周围有很宽铁素体条，而先共析渗碳体网也很宽。出现反常组织的原因是：当亚共析钢或过共析钢退火时，在Ar1点附近冷却过慢，特别在略低于Ar1点的温度下长期停留。这种组织的形成过程是待先共析相析出后，在后续的珠光体转变中，渗碳体或铁素体自由长大，而形成游离的渗碳体或铁素体，结果在亚共析钢中出现非共析渗碳体，而在过共析钢中出现非共析铁素体。这和正常组织相反，因为称为反常组织。出现这种组织时，应进行重新退火消除。 6 网状组织
原因：加热温度过高，冷却速度过慢
危害：降低钢的力学性能，特别是网状渗碳体，在后继淬火加热时很难消除。 消除办法：重新正火 7 过热：加热温度过高，保温时间过长，炉温不均匀，都可造成过热。使奥氏体晶粒粗大或出现粗大的W，使钢的冲击韧性降低。可用完全退火或正火细化晶粒来消除渗碳钢中的反常组织. 8 球化不均匀 原因：球化退火前并没有消除网状渗碳体，在球化退火时集聚而成。
消除方法：进行正火和一次球化退火 第三章
定义：把钢加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间，以大于临界冷却速度的冷速冷却，从而获得马氏体或
贝氏体组织的热处理工艺。
组织：主要为M、B或M+B的混合物
目的：提高零件的硬度、强度和耐磨性；如刃具、
量具、模具等；获得良好的综合力学性能；如各种机器零件；改善钢的物理和化学性能；如用高碳钢和磁钢制的永久磁铁、不锈钢和耐热钢。
必要条件：加热温度必须高于临界点以上，以获得奥氏体组织；冷却速度必须大于临界冷却速度，而淬火得到的组织是马氏体或下贝氏体
正火和淬火的区别
低碳钢水冷往往只得到珠光体组织，此时就不能称作淬火，只能说是水冷正火。
高速钢空冷可得到马氏体组织，则此时就应称为淬火，而不是正火。 2 .1淬火介质理想的 冷却曲线（P35） 2.2 淬火烈度
（淬火介质的冷却能力；） 规定静止水的淬火烈度H＝1；
其它淬火介质的淬火烈度由与静止水的冷却能力 比较而得；
冷却强度—反映不同介质的冷却能力
以18℃静止水的冷却能力作为标准，定义其冷却强度H=1
影响因素：水温、搅动
3.1 P35
1.冷却特性—试样温度与冷却时间或试样温度与冷速间的关系
2.冷却机理--三个阶段 1）蒸汽膜阶段—AB段 特点：冷却速度较慢 产生大量过热蒸汽，形成连续的蒸汽膜，使工件和液体分开。 冷却主要靠辐射传热，冷却速度较慢 2）沸腾阶段—BC段 特点—冷速加快
T工件↓，Q放↓→蒸汽膜厚度减薄并破裂，以致使液体工件直接接触，形成大量气泡溢出液体，带走大量热量。
3）对流阶段—CD段
工件冷至低于介质的沸点—主要依靠对流传热 特点：冷速缓慢
当工件表面的温度降低至介质的沸点或分解温度以下时，工件的冷却主要靠介质的对流形成，随着工件与介质的温度降低，冷却速度也逐渐降低。
对无物态变化的介质，淬火冷却主要靠对流散热，在工件温度较高时辐射散热也由很大比例，也存在传导散热。
3.2 常用淬火介质及其冷却特性
1）水
优点：价廉易得、冷却能力强
缺点：①冷却能力对水温的变化很敏感，水温升高，冷却能力便急剧下降，并使对应于最大冷速的温度移向低温，故使用温度一般为20一40℃，最高不许超过60℃；②在马氏体转变区的冷速太大，易使工件严量变形甚至开裂；③不溶或微溶杂质显著降低其冷却能力，工件淬火后易于产生软点。
主要用于形状简单，截面尺寸较大的碳钢件
2）盐水与碱水
盐水:优点—蒸汽膜因加入盐而提早破裂，即其特性温度高；高温区冷却能力为水的10倍；受温度影响较小。
缺点—在低温区间冷速仍很大 使用温度--60℃以下 碱水：优点—高温区冷却能力比盐水大，低温区冷区能力与盐水相近；氧化皮易于脱落；淬火后工件呈银灰色，表面较洁净。
缺点—苛性钠对工件和设备有腐蚀作用；淬火后有刺激性气体产生；易变质
主要适用于形状简单、硬度要求高而均匀、变形要求不严格的碳钢零件的淬火。
3）油—植物油：豆油、芝麻油，冷却特性好，易于老化，价格昂贵。 矿物油：优点：沸点一般比水高150-300?C，其对流阶段的开始温度比水高的多，即一般在钢的Ms点附近已进入对流阶段，故低温区间的冷速远小于水，这有利于减少工件的变形与开裂。油的主要缺点是高温区间的冷却能力很小，仅为水的1/5-1/6，只能用于合金钢或小尺寸碳钢工件的淬火。此外，油经长期使用还会发生老化，故需定期过速成更换新油等。
4） 有机物质的水溶液及乳化液
1）在水中加入不溶于水而构成混合物的物质，如悬浮液（固态物质）或乳化液（未溶液滴）；（2）水中含有气体 增加蒸气膜核心，提高蒸气膜的稳定性，降低特性温度，从而使冷却能力降低。 对液体再施以一定程度的搅拌，则可控制各阶段的温度范围及冷却速度。 无物态变化的淬火介质 熔盐、熔碱及融熔金属
特点：沸点高，在工件处于高温时冷却速度很高，而
当工件接近介质温度时冷速则迅速降低，冷却能力介于水、油之间。
它们多应用于等温淬火和分级淬火。以减少工件的变形，常用于处理形状复杂、尺寸小、变形要求严格的工件等。
介质的冷却能力与介质本身的物理性质及工件和介质间的温度差有关 其它新型淬火介质简介
1.过饱和硝盐水溶液2.水玻璃淬火剂3.氯化锌-碱水4.合成淬火剂5.聚醚淬火剂
4、测定方法、实际意义及 淬透性：P40 钢在淬火时能够获得M组织的倾向（钢被淬透的能力），其大小用钢在一定条件下淬火获得淬透层的深度表示。是钢故有的属性---取决于钢的淬火临界冷速的大小 影响淬透性的因素：
含碳量对碳钢临界淬火冷却速度的影响：在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随含碳量增加，临界冷速减小，淬透性提高；过共析钢随含碳量增加，临界冷速增加，淬透性降低。
合金元素对淬透性的影响：除Ti、Zr和Co外，所有合金元素提高淬透性。除钴以外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使过冷奥氏体的转变曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢的淬透性往往比碳钢要好。
奥氏体晶粒度 ：A晶粒↑，淬透性↑；
奥氏体化温度：T↑→A晶粒粗大；碳化物、非金属夹杂物↑，A均匀化↑→过冷奥氏体稳定性↑→淬透性↑；
第二相及其分布 :奥氏体中未溶的非金属夹杂物和碳化物的存在以及其大小和分布，影响过冷奥氏体的稳定性，从而影响淬透性
淬硬层：将未淬透的工件上具有高硬度M组织的这一层。
V表大于V中 若某处的冷速小于淬火临界冷速—不能得到全M，如果大于，则工件就获得全部马氏体组织。
淬透性与淬硬层的关系—关系密切但不能混为一谈。淬透性好的工件，淬硬层不一定深（大工件），淬透性差的工件，淬硬层不一定浅（小工件）。 测定方法 1.断口检验法
硬脆的淬硬层—晶粒细致，呈绢状断口 软韧的未淬硬层—粗粒状断口
适用于碳素工具钢、低合金工具钢 2.U曲线法
淬透性高低用淬硬层深度h或DH/D表示 D—试样直径 DH未淬硬区直径
适用于结构钢 优点：直观、准确 缺点：繁琐费时 3.临界直径法
不同直径的一组圆柱体试样淬火—找出截面中心恰好是含50%M的试样—临界 淬透直径D0
理想临界直径Di—钢材在冷却强度无限大的冷却介质中淬火，试样能够淬透 的最大直径 4端淬法 实际意义
根据淬透性曲线可以比较不同钢种的淬透性大小
根据淬透性曲线，求出不同直径棒材（或圆柱形工件）截面上的硬度分布 淬透性与机械设计
由于钢的机械性能受淬透性的影响，因此设计人员在根据工件的服役条件和性能要求选材时，必须充分考虑淬透性这一重要因素。
1） 对于一些重要零件，如承受较大载荷的螺栓、拉杆、锤杆等，常常要求其心部和表面机械性能一致，因此应当选用能全部淬透的钢。 2） 某些心部机械性能对于使用条件影响不大的零件，如仅承受弯曲和扭转的轴类零件，不需要一定淬透，因而可选用较低淬透性的钢，只要保证淬透层深度为工件半径的1/3～1/2即可。
3） 有些工件不能选用淬透性高的钢，例如需要焊接的工件，若选用高淬透性的钢，则易在焊缝热影响区内出现淬火组织，造成焊件的变形和开裂。 4） 由于工件的淬透层深度受到工件有效尺寸的影响，一些大尺寸工件往往不能淬透，并且工件截面尺寸越大、淬透层深度越小。因此，在机械设计中，不能将小尺寸试样的性能数据用于大尺寸工件的设计计算中。 5） 低淬透性钢制造的大尺寸工件，采用正火代替凋质处理，不仅更为经济，而且性能也相差不大。
、变形及开裂P48
淬火时工件的内应力—变形和开裂的根本原因 内应力超过材料的屈服强度—工件变形 内应力超过材料的断裂强度—工件开裂 产生原因：冷却过程中存在着温差
热膨胀，随着温度下降，工件线长度将收缩； 当温度下降到M转变点时，发生A向M转变，将使比容增大
种类：热应力：不同部位热胀(或冷缩)的不一致 组织应力：不同部位组织转变不同时性
根据内应力的存在时间特性还可分：瞬时应力，残余应力
1.热应力：由于工件的表层和心部收缩的不同时性
而造成的内应力（轴向、切向、径向）
轴向应力的讨论
冷却开始阶段：表面比心部冷却快，存在温差 表面先冷却收缩，对心部产生压应力，心部反 抗表面收缩对表面产生拉应力
继续冷却：温差?，表层拉应力和心部压应力?， 当心部压应力增大到超过该温度下的屈服强度时 ?心部塑变—沿轴向缩短，应力松弛不再增大 进一步冷却：表层温度较低不再收缩或收缩小—心部比表层有较大收缩—表层拉应力和心部压应力?直至为0
冷却至室温：表层阻碍心部收缩受压应力，心部受拉应力—热应力反向
热应力变化规律：冷却前期，表层受拉，心部受压；冷却后期，表层受压，心部受拉
2.组织应力：由于工件表面和心部发生M转变得不同时性而造成的内应力。
过程：表层先发生M转变发生膨胀，心部牵制使表层受压，心部受拉；心部产 生的拉应力大到足以超过该温度下的屈服强度时发生塑变—心部沿轴向伸长
继续冷却：心部也发生M转变而膨胀，表层阻碍—组织应力反向
变化规律：冷却前期，表层受压，心部受拉； 冷却后期，表层受拉，心部受压 组织应力分布特征
径向应力—表面为零，心部受压 轴向、径向—表面受拉，心部受压
影响淬火应力的因素
1）含碳量：随含碳量↑，热应力↓，组织应力↑。 2）合金元素：合金元素↑→热传导↓→热应力和组织应力↑。 3）工件尺寸
完全淬透时：工件直径↑，残余应力由组织应力型转化为热应力型；
不完全淬透时：应力特性与热应力相类似； 4）淬火介质与冷却
在不同工件冷却温度区间是不相同，因此也影响淬火内应力分布，在Ms点以上冷却时快，Ms点以下冷却慢，为热应力型，反之为组织应力型； 注:淬火过程中，在组织转变前只有热应力，Ms点以下热应力+组织应力且以组织应力为主 5.2变形 P52 1.主要形式：
①工件几何形状的变化，扭曲或翘曲?热应力+组织应力；
②体积变化—工件体积按比例胀大或缩小?组织转变时比容变化
2.扭曲变形产生原因：
①加热时工件在炉内放置不当； ②淬火前变形校正后没有定型处理； ③ 冷却时工件各部分冷却不均匀；
1.热应力、组织应力和比容差效应造成的变形趋向
1）热应力造成的变形趋向 工件沿最大尺寸方向收缩，沿最小尺寸方向胀大—使工件的棱角变圆，平面凸起 2）组织应力造成的变形趋向
工件沿最大尺寸方向伸长，沿最小尺寸方向收缩--使工件棱角突出，平面内凹 3）比容差效应造成变形趋向
工件的体积在各个方向上作均匀的胀大或缩小 工件体积变化?控制M和AR的相对量
2.影响淬火变形的因素
1）钢的淬透性
①淬透性好—使用冷却较缓和的淬火介质—热应力较小；
②淬透性好—工件易淬透--组织应力和比容差效应的作用?，以组织应力造成的变形为主； ③淬透性差—热应力对变形的作用? 2）奥氏体的化学成分
①含碳量降低，热应力作用升高，含碳量升高，组织应力应力作用增高；
②金属元素含量增高，屈服强度、淬透性增高--采用冷却较缓和淬火介质—淬火变形降低
③Ms点上升，组织应力对变形的作用增大 3）淬火加热温度升高，热应力增大? 淬透性升高，组织应力增大?
4）淬火冷却速度增大，淬火内应力增大，淬火变形增大
5）原始组织—淬火前的组织状态（夹杂物、带状组织、成分偏析）
①成分不均匀性增大，淬火后组织不均匀，工件不均匀变形
②高碳合金钢中cem分布的方向性：沿cem带状方向的变形大于垂直方向的变形 ③原始组织比容增大，淬火前后比容差减小，体积变形减小
6）工件形状
形状简单、截面对称的工件—淬火变形小 形状复杂、截面不对称工件—淬火变形大 棱角和薄边冷却快，凹角和沟槽冷却较慢 7）淬火前的残余应力大小及分布 存在残余应力—淬火变形增大? 5.3裂缝
根本原因：①拉应力超过材料的断裂强度； ②材料内部存在缺陷
1.淬火裂纹的类型
1）纵向裂纹—产生于淬透工件
产生原因：冷却过快、组织应力过大、热处理前既存裂纹、大块非金属夹 杂、严重碳化物带状偏析等缺陷避免—在Ms点以下尽量缓冷
2）横向裂纹（包括弧形裂纹）--部分淬透工件，淬硬层与未淬硬层的过渡区
适当提高淬火温度，增加工件的淬硬层深度 3）网状裂纹—表面裂纹 0.01~2mm 表面脱碳的高碳钢
4）剥离裂纹（表面剥落）--平行于表面的皮下处 5）显微裂纹—微观应力的作用
2.影响淬火开裂的因素
1）原材料缺陷—破坏机体连续性—造成应力集中—裂纹源
2）锻造缺陷—锻造裂纹（裂纹两侧出现严重脱碳现象）
3）热处理工艺不当
①加热温度过高—易产生淬火裂纹； ②加热速度过快或各部分加热不均匀； ③Ms点以下冷却过快；
④回火温度过低、回火时间过短或淬火后未及时回火。
6 淬火工艺规范的原则（、加热时间）；用淬火方法 P57
加热温度
原则—得到均匀细小的A晶粒—淬火后得到细小M
1）亚共析钢：Ac3+30~50℃
若处于Ac1~Ac3之间--保留一部分F—淬火后钢的强、硬度下降?
若超过Ac3太多—A晶粒粗化—机械性能变差 2）共析钢、过共析钢： Ac1+30~50℃
过共析钢为什么不选择Accm+30~50℃？
目的：得到细小的A晶粒和保留少量渗碳体质点，淬火后得到隐晶M和其上均匀分布的粒状碳化物—强、硬度及耐磨性升高且韧性较好
①渗碳体全部溶于A中，使淬火后钢的耐磨性降低；②A晶粒显著粗化—淬火后得到粗大M—形成显微裂纹倾向升高；③A中含碳量升高--Ms点下降--淬火后AR升高--硬度下降；④高温加热淬火应力大，氧化脱碳严重—变形开裂倾向增大、加热炉使用寿命降低?
3）低合金钢： Ac3（Ac1）+50~100℃
一般过共析低合金钢淬火加热温度为Ac1+50～110℃，亚
共析低合金钢淬火加热温度为Ac3+30～100℃.一般高速钢的加热温度比其Ac1高出300?C以上。
4）工件尺寸及形状：小工件采用较低的淬火温度。
反之，采用高的淬火温度。因小工件加热快，温度高可能引起棱、角处过热和增大变形，故淬火温度取下限。大工件加热慢，温度低容易造成加热不足及延长工时，故应适当提高淬火温度。对形状复杂，容易变形和开裂的工件，应在保证性能要求的前提下，尽量采用较低的淬火温度。
5）淬火介质和淬火方法：采用冷却能力很强的淬火剂时，为减少应力，可适当降低淬火温度。采用等温淬火或分级淬火时，因所用热浴的冷却能力差，故应当适当提高淬火温度，以保证工件淬硬。如T10钢制件，用水或盐水淬火，其淬火温度为760-780?C，而采用硝盐浴分级淬火，常选为800-820?C。 6）奥氏体晶粒长大倾向：对奥氏体晶粒不易长大的本质细晶粒钢，其淬火加热温度范围较宽，所以为了提高加热速度，缩短整个处理周期，可适当提高淬火温度。
实际生产①要增大淬硬层深度—淬火温度升高；②要减少淬火变形—淬火温度降低； ③有较严重的带状组织—淬火温度升高④高碳钢原始组织为片P—淬火温度降低；⑤小尺寸工件—淬火温度降低；⑥形状复杂、易变形开裂工件—淬火温度降低
氏体具有较低的碳的质量分数，并希望得到以板条马氏体为主 的组织。试问如何进行热处理才能达到上述目的？
2、已知马氏体的碳含量高于0.5%时对力学性能有弊无利，为 何碳含量高于0.5％的高碳钢在生产上仍得到了应用？而为了 提高高碳钢的强韧性，在热处理时应注意什么问题？
加热时间：
加热时间=升温时间+保温时间
影响因素：工件尺寸，加热介质和钢的化学成分
保温时间影响因素：
1）钢的成分：碳及合金元素含量升高--导热性降低-保温时间增大?
高碳钢>低碳钢 合金钢>碳素钢 高合金钢>低合金钢 2）工件的形状与尺寸：有效厚度增大--保温时间增长?
等温淬火的加热温度比普通淬火时高30~80℃
原因：等温热介质温度较高—冷却能力小—从高温冷至等温温度过程中易发生P或B转变—设法增大过冷A的稳定性
淬火方法
1.单液淬火法—直接淬火 工件加热后置入某一种淬火介质,
工件表面与中心温差大—热应力和组织应力较大—易变形和开裂
应用于形状简单的工件淬火 2.双液淬火法
在盐水中冷却至400℃，后迅即转入油中
目的：先快冷避免过冷A分解，后慢冷降低变形和开裂倾向 关键：控制工件的水冷时间 3.分级淬火法
工艺：将加热好的工件置于稍高于Ms点的热态淬火介质中，保温，待工件各部分的温度基本一致取出空冷
特点：①缩小了工件与冷却介质间的温差，工件冷却过程中的热应力明显减小了；②分级保温—整个工件温度趋于均匀—随后冷却过程中工件表面与心部M转变的不同时性减小；③恒温停留—A稳定化—AR量?--M转变引起的体积膨胀减少。 4.等温淬火法
贝氏体等温淬火、马氏体等温淬火 1）B等温淬火：置于高于Ms点的 淬火介质中，保持，转变成下B，取出空冷 特点：强度、韧性较高，且淬火变形较小
2）M等温淬火：置于温度稍低于Ms点的淬火介质中保持，发生部分M转变，
取出空冷—低于Ms点的分级淬火
特点：①冷却速度?，过冷A不易分解；②形成的M在等温过程中转变为回火
M，使组织应力?； ③等温过程工件各部分温度趋于一致，空冷冷速较慢，
继续形成M量?--组织应力?--变形开裂倾向? 5.预冷淬火法
工艺：先空冷一定时间后置于淬火介质中冷却
特点：预冷可减小工件在随后快冷时各处之间的温差—变形开裂? 6.喷射淬火法
向工件喷射急速水流—局部淬火 按所要求的淬火深度来确定水流的大小
1.定义：将淬火后的钢在A1以下温度加热、保温并以适当速度冷却
种类：低温（150~250℃）、中温（350~500℃）、高温（?500℃）
2.基本目的
①提高淬火钢的塑韧性，降低脆性；②降低或消除淬火引起的残余内应力；③稳定组织和尺寸 8 淬火钢的回火转变及组织
淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同的组织： 200℃回火，得到α+碳化物(ε，η)，即回火马氏体 (碳化物存在于板条或片内)，记作M' 400℃回火，得到α（0.25%C）+θ碳化物，即回火屈氏体(细小碳化物及针状α)， 记作T'. 600℃回火，得到平衡态等轴α+θ，即回火索氏体(细粒碳化物及等轴α)，记作S'。 9 回火对钢材的力学性能的影响
（1）硬度：回火时硬度变化的总趋势是随回火温度的升高而下降但低、中碳钢在250 ℃以下回火硬度下降不多，高碳钢在100℃回火时硬度略有上升，出现一个峰值。 250 ℃以上回火硬度持续下降。 （2）强度和塑性：回火时强度变化的趋势是随回火温度的升高，强度（ζb、ζs、SK）不断下降，塑性（δ、ψ）不断升高。但低温回火时强度略有上升，塑性基本不变。弹性极限ζe在300～400℃有一峰值。 （3）韧性：回火时韧性变化的趋势是随回火温度的升高，韧性升高，但合金钢的韧性升高是不连续的，在T-aK和 T-KIC曲线上出现两个谷值，即回火脆性。
（4）高碳钢淬火裂纹：回火时可发生自动“焊合”，消除或减少裂纹。
式）P64
回火温度的选择和确定
工件使用性能、技术要求、钢种及淬火状态。 钢回火后的性能主要取决于回火温度，确定方法一般如下： （1）根据各种钢的回火温度-硬度关系曲线或图表来确定回火温度。
（2）采用有关经验公式来确定回火温度。如碳素结构钢，回火温度可参考下列公式： T=200+11X（60-H），H为回火后要求的HRC值。适用于最小HRC30的45钢。
根据工件回火后的性能要求不同，回火按加热温
度一般分为三种：
1.低温回火（150~250℃）
M分解?析出?/?-碳化物—回火马氏体 性能:高硬度、高耐磨性、较高韧性
应用:高碳中、低合金钢，低碳钢和低碳合金钢，渗碳和碳氮共渗零件，低合金超高强度钢
例1： 高碳轴承钢，例GCrl5、GSiMnV等
淬火温度要求十分严格。温度过高会引起过热，晶粒长大，使钢的韧性和疲劳强度下降，且易淬裂和变形；温度过低，则奥氏体中溶解的铬和碳的含量不够，钢淬火后硬度不足。
淬火组织：隐晶马氏体上分布细小均匀分布的粒状碳化物（7%~9%）和少量残余奥氏体。
为使回火性能均匀一致，回火温度也要严格控制，最好在油中进行。
回火组织：极细的回火马氏体、均匀分布的细粒状碳化物以及少量的残余奥氏体，硬度为62~66HRC。
例2 精密轴承
冷处理：保证尺寸精度的稳定性；附加回火：消除磨削应力
球化退火采用等温处理工艺，组织：粒状珠光体，
硬度在(19~24)HBS之间，适宜切削加工。
淬火+低温回火
在600-650℃预热，目的：缩短随后的淬火保温时间，减轻氧化脱碳的可能性。
在850~870℃加热保温后，迅速转移到160-200℃的硝盐槽中进行等温淬火，降低淬火时的变形。
在190-200℃低温回火，降低残余应力，保留较高的硬度值(60~63)HRC
2） 精密量具和高精度配合的结构零件
① 120-150℃(12小时，甚至几十小时)回火。② 目的：稳定组织及最大限度地减少内应力，从而使尺寸稳定。③ 为了消除加工应力，多次研磨，还要多次回火。这种低温回火，常被称作时效。
3） 低碳马氏体的低温回火
低碳位错型马氏体具有较高的强度和韧性，经低温回火后，可以减少内应力，进一步提高强度和塑性。因此，低碳钢淬火以获得板条(位错型)马氏体火目的，淬火后均经低温回火。
4） 渗碳钢淬火回火① 性能要求：表面具有高碳钢性能和心部具有低碳马氏体的性能。② 回火温度：＜200℃。③组织：表层：高碳M回+粒状碳化物＋A残 心部：低碳M回④结果：表面具有高
的硬度和耐磨牲，而心部具有高的强度、良好的塑性和韧性。
二次淬火目的一：细化心部组织并消除表面渗碳层中的网状渗碳体； 二：使表面获得细小的马氏体加粒状碳化物组织，以满足表面高性能的要求； 2.中温回火（350~500℃） 应用：各种弹簧钢
碳素弹簧钢--取此温度范围下线 合金弹簧钢—取此温度范围上限 回火屈氏体
65：380℃回火，可得最高弹性极限；
55SiMn：480℃回火，可获得疲劳极限，弹性极限及强度与韧性的良好配合；
3.高温回火（大于500℃） 回火索氏体—F+弥散分布于 其中的粒状渗碳体
应用：要求优良综合性能的 结构零件
淬火+高温回火=调质处理 高速钢—调质—二次硬化 高硬度、高耐磨性和红硬性
② 用于由中碳碳素结构钢或低合金结构钢加工的发动机曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车拖拉机半轴、机床主轴及齿轮等要求具有综合机械性能的零件； 2） 二次硬化型钢的回火
二次硬化必须在一定温度和时间条件下发生，因此有一最佳回火温度范围，此需视具体钢种而定。
退火：降低钢的硬度，以利于切削加工，并为最终热处理作组织上的准备。退火温度：860~℃880℃。溶入奥氏体中的合金元素不多，奥氏体的稳定性较小，易于转变为软组织。退火组织：索氏体基体上分布着均匀细小的碳化物颗粒退火硬度：207~255HB 淬火加热温度：1280℃加热温度越高，合金元素溶入奥氏体的数量越多，淬火之后马氏体的合金元素亦越高。只有合金元素含量高的马氏体才具有高的红硬性。过高奥氏体晶粒则急剧长大，甚至在晶界处发生局部熔化现象。在不发生过热的前提下，高速钢的淬火温度越高，其红硬性则越好。 预热
1）减少淬火加热过程中的变形开裂倾向； 2）缩短高温保温时间，减小氧化脱碳；
淬火组织：马氏体（60%~65%）+碳化物（10%）+残余奥氏体（25%~30%）
小型或形状简单的刀具——油淬 形状复杂及尺寸较大的刀具——分级 使用中需要承受冲击的刀具——等温
回火
消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体的数量，达到所需要的性能。 回火温度：560℃？
回火组织：回火马氏体+碳化物，硬度为63HRC~66HRC。 在150℃~400℃，约在270℃自马氏体中析出ε-碳化物，然后逐步转变为Fe3C并聚集长大，相应地硬度有所下降；由于析出的Fe3C的聚集和大部分淬火应力的消除，强度、塑性增加。
在400~500℃，马氏体中的Cr向碳化物中转移，渗碳体型的碳化物逐渐转变为弥散的富Cr的合金碳化物（M6C），使钢的硬度又逐渐上升。在500℃~600℃之间，钢的硬度、强度和塑性均有提高，而在550℃~570℃时可达到硬度、强度的最大值。原因是产生了二次硬化和二次淬火的现象。 高合金渗碳钢的回火
① 原因：高合金渗碳钢渗碳以后，由于其奥氏体非常稳定，即使在缓慢冷却条件下，也会转变成马氏体，并存在着大量残余奥氏体。② 目的：使马氏体和残余奥氏体分解，使渗碳层中的一部分碳和合金元素以碳化物形式析出，并集聚球化，得到回火索氏体组织，使钢的硬度降低，便于切削加工，同时还可减少后续淬火工序淬火后渗层中的残余奥氏体量。③ 高合金钢渗碳层中残余奥氏全的分解方式 这类钢由于含有较多的Cr和Ni等合金元素，渗碳层后表层的C含量又很高，这样就导致了马氏体转变温度的大幅度下降。若渗碳后直接淬火，渗碳层中将保留大量的残余奥氏体，使表面硬度下降。 例：20Cr2Ni4钢渗碳后在600-680℃温度进行回火
Ⅱ 以二次淬火的方式使残余奥氏体转变成马氏体
例子：渗碳18Cr2Ni4WA钢 原因：18Cr2Ni4WA钢没有珠光体转变，故其残余奥氏体不能以珠光体转变的方式分解。此时若考虑残余奥氏体的转变，应该选用有利于促进马氏体转变的温度回火。
淬火：加热温度850℃ ，放入200-220℃硝盐中进行等温淬火。 淬火组织
心部：低碳马氏体，具有高强度。 表层：仍保持过冷奥氏体组织 高温回火：520-560℃
回火组织：心部：M低→S回，硬度降低，而韧度提高；
表层：A过→ 高碳M＋粒状K 低温回火：150℃
回火组织：心部：无变化；
表层：回火M，保证了高强度和耐磨性 回火时间所起的作用：①保证组织转变充分进行；②尽量降低或消除内应力；③与回火温度配合使工件获得所需回火性能
回火后的冷却回火后工件一般在空气中冷却;对于一些工模具，回火后不允许水冷，以防止开裂;对于具有第二类回火脆性的钢件，回火后应进行油冷，以抑制回火脆性;对于性能要求较高的工件，在防止开裂条件下，可进行油冷或水冷，然后进行一次低温补充回火，以消除快冷产生的内应力 11 淬火新工艺的发展与应用（）
亚温淬火P67
亚共析钢在Ac1~Ac3之间的温度加热淬火称为亚温淬火，即比正常淬火温度低的温度下淬火。其目的是提高冲击韧性值，降低冷脆转变温度及回火脆倾向性。
为了保证足够的强度，并使残余铁索体均匀细小，亚温淬火温度以选在稍低于Ac3的温度为宜 改善钢的韧性、降低韧脆转化温度、抑制可逆回火脆性
原因：1）晶粒细化和杂质偏聚浓度减小；
①碳、氮化物指点阻碍A晶粒长大—A晶粒细小；②a-B界面面积远大于A晶界面积—杂质元素偏聚浓度减少；③自由F的存在减轻裂纹尖端的应力集中—阻止裂纹扩展。
2）杂质元素在?和?晶粒中的再分配； 扩大r相区的元素富集在r相内
缩小r相区的元素富集在a相内 3）减少碳化物的沿晶析出
注：强韧化效果与含碳量、回火温度有关
2.控制残余奥氏体形态、数量和稳定性的热处理
等温淬火
预冷等温淬火
采用两个温度不等的盐浴，工件加热后，先在温度较低的盐浴中进行冷却，然后转入等温淬火浴槽中进行下贝氏体转变，再取出后空冷。
该法适用于淬透性较差或尺寸较大的工件 用低温盐浴预冷以增加冷却速度，避免自高温冷却时发生部分珠光体或上贝氏体转变
预淬等温淬火
将加热好的工件先淬入温度低于Ms点的热浴以获得>10％的马氏体，然后移入等温淬火槽中等温进行下贝氏体转变，取出空冷，再根据性能要求进行适当的低温回火。当预淬中获得的马氏体量不多时，也可以不进行回火
该法是利用预淬所得的马氏体对贝氏体的催化作用，来缩短贝氏体等温转变所需时间
该法适用于某些合金工具钢下贝氏体等温转变需要较长时间的场合。在等温转变过程中，预淬得到的马氏体进行了回火。 分级等温淬火
在进行下贝氏体等温转变之前，先在中温区进行一次(或二次)分级冷却的工艺。
该种工艺可减少热应力及组织应力，工件变形开裂倾向性小，同时还能保持强度、塑性的良好配合，适合于高合金钢(如高速钢等)复杂形状工具的热处理。 淬火、回火缺陷及其预防、补救P69
第四章
1 表面淬火的概念、目的、分类及应用
表面淬火是指被处理的工件在表面有限深度范围内,加热到相变点以上,然后迅速冷却，在工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺
表面淬火是将钢快速加热至临界温度以上，然后快速冷却的过程
目的：在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织，
而其心部仍保持着淬火前的组织状态（调质或正火状态），以获得表面层硬而耐磨，心部又有足够塑性，韧性的工件
分类（根据加热的热源不同）：
感应加热表面淬火;火焰加热表面淬火;电接触加热淬火; 电解液加热表面淬火; 激光加热表面淬火;电子束加热表面淬火；等离子束加热表面淬火 根据交流电源的频率不同，可以分为三类：
高频感应加热表面淬火；中频感应加热表面淬火； 工频感应加热表面淬火。
应用用于中碳调质钢或球铁制零件；低碳钢因效果不
显著，很少应用；高碳钢因为脆性大，只在工具或高冷硬轧辊上
(1)一定的加热速度范围内，临界点随加热速度的增加而提高；(Ac3和Accm极限1130℃)
（2） 奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增大
快速加热时，钢种、原始组织对奥氏体成分的均匀性有很大影响。对热传导系数小，碳化物粗大且溶解困难的高合金钢采用快速加热是有困难的。 （3） 提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒
①过热度大→奥氏体晶核不仅在铁素体/碳化物相界面上形成，而且也可能在铁素体的亚晶界上形成，因此使奥氏体的成核率增大；
② 加热时间极短→奥氏体晶粒来不及长大；
（4）快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响
快速加热使奥氏体成分不均匀及晶粒细化，减小了过冷奥氏体的稳定性，使c-曲线左移。 例子：亚共析钢
微小体积内的不均匀性：P区域；
大体积范围内的不均匀性：P和先共析F 淬火后马氏体成分也不均匀 1 表面淬火的金相组织
与钢种；淬火前的原始组织；淬火加热时沿截面温度的分布有关
表面淬火的金相组织
淬火前为退火状态的共析钢表面淬火后的组织： 表层：马氏体M；
向内：珠光体P＋马氏体M； 心部：原始组织珠光体
淬火前为正火状态的45钢表面淬火后的组织： 表层：马氏体M；
向内：铁素体F＋马氏体M；
再向内：铁素体F＋珠光体P＋马氏体M； 心部：原始组织铁素体F＋珠光体P
（思考：若45钢表面淬火前为调质状态，其表面淬火后的组织如何？
原始组织为调质状态的45钢
由于S回为粒状渗碳化均匀分布在铁素体基体上的均匀组织，因此表面淬火后不会出现由于上述那种碳浓度大体积不均匀性所造成的淬火组织的不均匀。）
2 表面淬火后性能
表面硬度：快速加热，激冷淬火后表面硬度比普通淬火高。
原因：奥氏体晶粒细化、成分不均匀； 耐磨性：工件的耐磨性比普通淬火的高。
原因：奥氏体晶粒细化、成分不均匀；表面硬度高； 表面处于压应力状态 疲劳强度：采用正确的表面淬火工艺，可以显著地提高零件的抗疲劳性能，降低缺口敏感性。
原因：表面强度提高；表面形成很大的残余压应力。 例如：40Cr，调质加表面淬火时疲劳极限σ-1＝疲劳强度的提高与淬硬层深度有一定关系。 层浅，强化效果不显著；
淬硬层深度增加，ζ-1 随层深的增加而增大； 但淬硬层过厚时，表面残余压应力下降，ζ-1反而降低。 实验表明：在弯曲疲劳强度最高时的最佳淬硬层深度δ＝10～20％D（工件直径）
3 感应表面加热淬火工艺参数的确定 P80
两种参数
热参数：感应加热温度、加热时间、加热速度等；
电参数：设备频率、零件单位表面功率、阳极电压、阳极电流、槽路电压、栅极电流等；
感应加热表面淬火是借助调整设备的电参数来控制热参数，达到保证表面淬火质量
根据零件尺寸及硬化层深度的要求，合理选择设备 ① 设备频率的选择 主要根据硬化层深度来选择 设备确定后，频率就不能任意调节，电流频率的透入深度是不能根据硬化层深度的要求来随意选择的。要实现透入式加热，电流的频率的选择范围为 当硬化层深度已知，就可以找到一电流最佳频率。实践证明，硬化层深度为电流热透入深度的一半时，可以得到电流最佳频率
当要求硬化层深度大于现有设备频率所能达到的电流透入深度时，在保证表面不过热的条件下，采用的方法
降低零件单位表面的输入功率，延长加热时间； 增大零件与感应器之间的间隙，延长加热时间；或在同时加热时采用间断加热法，以增加热传导时间； 零件在感应加热前，在感应器中进行预热； 连续加热时，采用双匝或多匝感应器； 采用较小单位表面功率，延长加热时间；
零件尺寸大，而设备功率不足时，应采用连续顺序
加热淬火，使感应器加热的表面积尽量减小，以提高单位表面功率，并同时采取预热措施； ② 比功率的选择 比功率：指感应加热时工件单位表面积上所吸收的电功率；
在频率一定时，比功率愈大，加热速度愈快；当比功率一定时，频率愈高，电流进入愈浅，加热速度愈快。
比功率的选择主要取决于频率和要求的硬化层深度。在频率一定时，硬化层较浅的，选用较大比功率(透入式加热)；在层深相同情况下，设备频率较低的可选用较大比功率
1） 感应加热淬火温度
与加热速度和淬火前原始组织有关 采用较高的淬火加热温度，一般高频加热淬火温度可比普通加热淬火温度高30~200℃。 加热速度较快的，采用较高的温度；
淬火前的原始组织不同，也可适当地调整淬火加热温度。调质处理的组织比正火的均匀，可采用较低的温度
2） 加热方式
① 同时加热法：对工件需淬火表面同时加热，一般在设备功率足够、生产批量比较大的情况下采用；
② 连续加热法：对工件需淬火部位中的一部分同时加热，通过感应器与工件之间的相对运动，把已加热部位逐渐移到冷却位置冷却，待加热部位移至感应器中加热，如此连续进行，直至需硬化的全部部位淬火完毕。
3） 冷却方式和冷却介质的选择
① 冷却方式：喷射冷却法和浸液淬火法
Ⅰ 喷射冷却法：当感应加热终了时把工件置于喷射器之中，向工件喷射淬火介质进行淬火冷却。
Ⅱ 浸液淬火法：当工件加热终了时，浸入淬火介质中进行冷却。
Ⅲ 对细、薄工件或合金钢齿轮，为减少变形、开裂，可将感应器与工件同时放入油槽中加热，断电后冷却，这种方法称为埋油淬火法。 ② 淬火介质
水、聚乙烯醇水溶液、聚丙烯醇水溶液、乳化液和油
4 感应表面加热基本原理 P80
利用感应电流通过工件产生的热效应，使工件表面局部加热，继之快速冷却，以获得M组织的工艺。 电磁感应原理 电流热效应原理
将一个线圈通以交变电流，在线圈周围便会产生交变磁场。若再将一导体(零件)置于该交变磁场中，则导
体中将产生感应电流．感应电流的频率与线圈中电流的频率相同。由于零件本身有阻抗，当有电流通过时便会发出热量，所以感应加热时，零件是依靠在其自身中流通的感应电流(或称涡流)产生热量而被加热的。
5 常用表面淬火方法及其优缺点（加热）
感应加热
1) 由于感应加热速度极快，钢的奥氏体化温度明显
升高，奥氏体化时间显著缩短，即奥氏体化是短时间内在一个很宽的温度范围内完成的。
2) 由于感应加热时间短、过热度大，使得奥氏体形核多，且不易长大，因此淬火后表面得到细小的隐晶马氏体，硬度比普通淬火的高2-3HRC，韧性也明显提高。
3) 表面淬火后，不仅工件表层强度高，而且由于马氏体转变产生的体积膨胀，在工件表层造成了有利的残余压应力，从而有效地提高了工件的疲劳强度并降低了缺口敏感性。
4) 感应加热速度快、时间短，工件一般不会发生氧化和脱碳；同时由于芯部未被加热，淬火变形小。 5) 感应加热表面淬火的生产效率高，便于实际机械化和自动化；但因设备费用昂贵，不宜用于单件生产。
火焰加热表面淬火
缺点：表面容易过热；
较难得到小于2mm的淬硬层深度，只适用于火焰喷射方便的表层上；
采用的混合气体有爆炸危险
优点：设备简单、使用方便、成本低；
不受工件体积大小的限制，可灵活移动使用； 淬火后表面清洁，无氧化、脱碳现象，变形也小 第五章
1化学热处理定义、目的、方法、分类 金属制件放在一定的化学介质中，使其表面与介质相互作用，吸收其中某些化学元素的原子（或离子）并通过加热，使该原子自表面向内部扩散的过程成为化学热处理。
简单说是向钢的表面渗入某种元素的热处理工艺。 注意：化学热处理既改变表面的化学成分，又改变其组织。
目的 获得单一材料难以获得的性能或进一步提高制件的使用性能。
1）碳钢渗C或C、N共渗→（淬火）获得表面高硬度、耐磨性，心部保持良好 的塑韧性。
2）渗氮（软N化或离子渗N）→表面耐磨、抗腐蚀
3）渗Al→提高工件表面抗氧化、耐磨性能力。
真空渗碳 方法1.渗入法—在零件表面渗入某种元素
渗碳、渗氮、渗硼、渗铝、碳氮共渗等?溶于 特点：a 由于将渗碳温度由普通气体渗碳时900?Fe形成固溶体或与Fe形成化合物 2.沉积法—将具有某种特殊性能的化合物直接沉积于基体表面 物理气相沉积、化学气相沉积 分类 以渗入元素命名：渗金属，渗非金属 1）渗入非金属元素：
单元渗：C、N、B、O、S、Si等；
多元渗：C＋N、O＋N、O＋ C＋N
2）渗入金属元素： 单元渗：Al、Cr、Ti、Nb、V、Zn
多元渗：Al＋Si、Al＋Cr、 Al＋V、Al＋Cr＋Si
4） 渗入元素对表面性能作用分类： 提高渗层强度及耐磨性→渗C、N、B、Nb、V等。高抗氧化、耐高温→Al、Cr。 提高抗啮合、抗擦伤→渗S、N、磷化等。 提高抗腐性能→渗N、渗Si、渗Zn 5） 介质的物理状态分： 固体―如固体渗C、固体渗B等。 液体―如盐溶炉渗B或B、C、N共渗等，渗Al等金属 气体―气体渗C和C、N共渗
化学热处理的基本过程大致分为三个阶段： 1.分解阶段：渗剂中的化学反应分解出渗入元素的活性原子。渗碳 CH4=2H2+[C] 2.吸收阶段：活性原子被金属表面吸收 3.扩散阶段：渗入原子在金属基体内达到一定浓度后从工件表面向内部扩散 3.渗碳定义、目的 分类 概念：将钢件在碳的活性介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的一种表面化学热处理工艺。 目的：提高零件的表面硬度、耐磨性；高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度；心部保持良好的塑性与韧性分类： 分类 ：按渗碳介质状态不同，分为固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳。以气体渗碳应用最广泛。 4 气体渗碳与真空渗碳工艺（） 气体渗碳（1）概念：把工件放在一定温度的富碳气体介质中，加热和保温进行渗碳的工艺。（2）特点： 操作简便，周期短，质量容易控制，劳动条件好。 950°C提高到1030?1050°C以上，以及由于真空加热的表面净化作用所造成的表面活化状态，使渗碳时间显著缩短。 b. 渗碳表面质量好，渗碳层均匀，没有过渡渗碳的危险等，无脱碳现象，工件变形小，节省能源。 c. 作业条件好，如排除了烟、热对环境的污染等。
5 渗碳后热处理P119
工件渗碳后，表层高碳，心部低碳。为获得理想的性能，需要进行热处理。 1、直接淬火 渗碳后，预冷到一定温度，立即进行淬火冷却，这种方法适合于气体或液体渗碳，固体渗碳不适合。 2、一次淬火法 工件渗碳后随炉冷却到室温，然后再重新加热到淬火温度，经保温后淬火。 3、两次淬火法 将渗碳缓冷到室温的工件进行两次加热淬火。
注意：无论哪种淬火，渗碳件都需要进行低温回火（180--200） 1、渗碳后缓冷到室温下的组织 表面过共析区：P＋Fe3CII；接近共析区：P；亚共析区（过渡区）：F＋P；心部：原始组织。 渗碳后缓冷，渗层分三个区域： ①过共析层：OA段 珠光体＋网状渗碳体 ②共析层：A段 珠光体 ③过渡层：AC段 珠光体＋铁素体 心部原始组织：大量 铁素体＋少量珠光体 2、渗碳后淬火加低温回火后的组织： 表面：回火马氏体+颗粒状碳化物+残余奥氏体； 心部组织依据钢种来确定。 若为低碳钢，淬透性差，为铁素体+珠光体； 若为低碳合金钢，淬透性好，为马氏体加少量铁素体。 3 性能 表面：具有较高的硬度、耐磨性以及疲劳强
度；心部：具有良好的塑性与韧性 P124
定义：钢铁工件在一定温度的含有活性氮的介质中保温一定时间，使其表面渗入氮原子的过程。
目的：提高工件的表面硬度、疲劳强度、耐磨性、耐蚀性及抗咬合性 原理：
钢铁的渗氮过程和其它化学热处理过程一样，由分解、吸收、扩散三个基本过程组成。
渗剂的分解：指渗剂中分解出含有活性氮原子的物质。使用最多的渗氮介质是氨气。 2NH3→3H2+2[N]
9.渗氮工艺方法
根据渗氮目的不同，渗氮工艺方法分成两大类： 一类是以提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度等为主要目的而进行的渗氮，称为强化渗氮；
另一类是以提高工件表面抗腐蚀性能为目的的渗氮，称为抗腐蚀渗氮，也称防腐渗氮。 第六章
1.热处理工艺与机械零件设计的关系p160
1. 根据零件服役条件合理选择材料及提出技术要求 （1）根据零件服役条件合理选择材料 淬透性；淬硬层深度
调质件对淬硬层深度要求：
整个截面均匀承载零件，要求心部至少有50%M 轴类零件，3/4，半径或1/2半径
尺寸较大的碳素钢和低合金钢调质件，正火+高温回火
（2）合理确定热处理技术条件
①根据零服役条件，恰当提出技术要求
②热处理要求只能定在所选钢号淬透性和淬硬性范
围内
③热处理要求应该允许有一定的热处理变形 ④经济效果
（1）零件热处理加热和冷却时要便于装卡，吊挂。 （2）有利于热处理时均匀加热和冷却 （3）避免尖角、棱角 （4）采用封闭对称结构
（5）对形状复杂或截面尺寸变化较大的零件，尽可能采用组合结构或镶拼结构
2.热处理工艺与其他冷、热加工工艺的关系（艺对热处理质量的影响）
1. 锻造工艺对热处理质量的影响
(1)锻造加热对热处理质量的影响 过热缺陷→晶粒粗大，冲击韧性降低 消除：高温正火、多次正火
（2）锻造比不足或锻打方法不当对热处理质量的影响 共晶碳化物分布不均匀 消除：锻打 带状组织
消除：高温正火或扩散退火
（3）锻造变形不均匀性对热处理的影响 组织和应力分布不均匀 消除：退火或正火
2.切削加工与热处理的关系P166
结构钢热处理后硬度为HB180-220的切削性能好。 切削加工进刀量大引起工件产生切削应力
为消除因切削应力产生的变形应淬火之前附加一次或多次去应力退火 3.工艺路线P166
3.应用p167 将塑性变形和热处理有机结合，以提高材料力学性能的复合工艺称为形变热处理 形变温度：高温、低温
相变类型：P、B、M、时效
复合热处理是将两种或更多的热处理工艺复合，或是将热处理与其他加工工艺复合，使各工艺间互相弥补增强，以更大程度地挖掘材料潜力，使零件获得单一工艺所无法达到的优良性能。 渗氮整体淬火；
渗氮高频加热表面淬火； 渗氮加高频淬火；
4.热处理工艺设计的步骤和方法P170 一般步骤是：根据零件使用性能及技术要求，提出所可能实施的几种热处理工艺方案，首先从其所可能达
到的性能要求，工艺操作的繁简及质量可靠性等进行分析比较，再根据生产批量的大小，现有设备条件及国内外热处理技术发展趋势，进行综合技术经济分析．砚定最佳热处理工艺方案。
附：热处理工序位置 （一）预备热处理
退火和正火： 毛坯--退火或正火--机械加工 目的是消除毛坯中的内应力，细 化晶粒，均匀组织；改善切削加 工性；或为最终热处理做组织准备
调质处理：下料--锻造--正火或退火--机械粗加工--调质--机械精加工
主要是提高零件的综合力学性能， 或为以后表面淬火和为易变形的 精密零件淬火作组织准备 （二）最终热处理的工序位置 整体淬火，回火：
下料--锻造--正火或退火--机械粗加工，半精加工--淬火，低温回火（中温回火）--磨削
下料--锻造--正火或退火--机械粗加工--调质--半精加工--磨削
感应加热表面淬火：下料--锻造--正火或退火--机械粗加工--调质--机械半精加工--感应加热表面淬火，低温回火--磨削
渗碳的工序位置：下料--锻造--正火--机械粗加工，半精加工--局部镀铜--渗碳--淬火，低温回火--磨削 渗氮工序位置：下料--锻造--退火--机械粗加工--调质--机械精加工----粗磨--渗氮--精磨或研磨 （不需渗氮部位镀锡保护，渗氮后磨去） 第七章
料、保温材料，炉内金属构件所需的耐热金属材料，电热原件所需的电热材料，炉壳所需的金属材料，以及炉内气体管路、水冷系统、淬火系统、真空系统等所需的各种标准设备。 筑炉材料包括耐火材料、隔热材料、炉用金属材料和一般建筑用材料
1.耐火材料：凡是能够抵抗高温、并能承受高温物理和化学作用的材料
耐火材料的性能可以分为物理性能和工作性能。 物理性能：体积密度，比重，气孔率，吸水率，透气性，耐压强度，热膨胀性热性，导电性，热容量等。 工作性能：耐火度，高温结构强度，化学稳定性，
体积稳定性，耐急冷急热性等。 2.常用耐火材料和保温材料
热处理炉常用耐火材料有：粘土砖、高铝砖、轻质耐火粘土砖、硅酸铝耐火纤维和耐火混凝土、耐火涂料等。
常用保温材料有:石棉、矿渣棉、蛭石、硅藻土、膨胀珍珠岩、岩棉以及超轻质耐火砖等。它们常以散料或制成制品使用，近些年来新炉型不提倡使用散料 3.金属电热元件
常用的金属电热材料有镍铬合金、铁铬铝合金，真空和保护气氛中也使用钼、钨、钽 非金属电热元件
常用的非金属电热材料有碳化硅（硅碳棒）、硅钼棒，石墨等 红外电热元件
通电后能辐射出波长为2.5-50um的红外线，被物体吸收后有极强的热效应。 金属管（红外涂料）、陶瓷管、石英玻璃 在选择和使用电热材料时应考虑以下性能： 耐热性和高温强度 电阻系数 电阻温度系数 热膨胀系数 机械加工性能 抗蚀性
4.电阻炉定义、特点、分类 定义：将电流通入金属或非金属电热元件，使电能转换成热量，依靠辐射与对流将量传给被加热的工件，从而使工件加热到规定温度。
特点：结构简单、操作方便，工作温度范围广，炉温分布较均匀且容易控制，便于使用控制气氛，容易实现机械化和自动化操作 分类
工作温度：低温炉＜650°C 、中温炉650-1000°C、高温炉＞1000°C 炉膛介质：空气介质炉、控制气体炉和液体介质炉（浴炉）
炉膛形状：箱式炉、井式炉、罩式炉和直通式炉 专门化程度：通用炉和专用炉
工艺用途：退火炉、正火炉、淬火炉、回火炉和渗碳炉
作业规程：周期作业炉、半连续作业炉和连续作业炉
5. 箱式电阻炉
应用：中小型零件的热处理，退火、正火、淬火、回火和固体渗碳等
缺点：冷炉升温慢，炉内温差较大，工件容易产生氧化和脱碳，操作不方便，特别是大型箱式电阻炉，工人在操作时的劳动强度较大 井式电阻炉 应用：用来加热细长工件，工件在吊挂状态下加热以防产生弯曲变形。
特点：炉膛较深，散热条件不同，上下温度不均，采用分段控制温度。
6.
定义：利用液体介质加热（或冷却）工件的一种热处理炉。
应用的工艺：淬火、正火、回火、局部加热、化学热处理、等温或分级淬火。
优点：加热速度快，加热均匀，防止氧化与脱碳，提高工件的表面质量，操作方便； 用途：加热一些尺寸不大、形状复杂且表面质量要求高的工件，象刀具、模具、量具以及其他一些精密的零件。
液体介质：盐浴炉、金属浴炉、碱浴炉、油浴炉 工作温度：150-1300℃ 外热式浴炉 特点：热源在坩锅外部，热量通过坩锅壁传入加热介质。
工作温度：900°C以下
应用：碳钢与合金钢工件的淬火、正火、回火等，特别适于作各种化学热处理，或者等温冷却用； 内热式浴炉
特点：将热源放在介质的内部，直接加热介质 7.热处理燃料炉基本类别、燃料分类 热处理燃料炉的基本类别和特点 固体燃料炉通常指煤炉，这种炉子通常有较大的燃烧室。煤与空气难混合均匀，燃烧常不完全，容易产生黑烟，热效率低
气体燃料炉通常称为煤气炉。气体燃料易于同空气混合均匀，燃烧完全
液体燃料炉主要是油炉，油需要先经雾化，其燃烧过程不如气体燃料易于控制 燃料分类
天然固体燃料是煤 天然液体燃料是石油
天然气体燃料是天然气
人造气体燃料常用的有以下几种
发生炉煤气 主要成分是CO和N2。 水煤气 主要成分是CO和H2。
混合发生炉煤气 主要成分是CO、H2和N2。 城市煤气 其主要成分是H2、CO和CH4等。 高炉煤气 主要成分是CO和H2。 焦炉煤气 主要成分是H2和CH4。 液化石油气 主要成分是丙烷和丁烷 8. 减少炉壁的热损失 改造燃烧装置 减少废气热损失 利用废气余热
废气余热的利用是提高燃料炉热效率，节约能源的重要措施。热处理燃料炉的废气可以用于预热工件，预热空气和煤气，或作勺低温加热设备的热源以及可控气氛(N2)的原料，尺寸较大且连续工作的炉子，其废气还可用于加热废气锅炉。 9.优点：防止工件氧化脱碳；进行渗碳等化学热处理；对已脱碳的工件可使表面复碳；可进行穿透渗碳；便于实现机械化，自动化。 应具备的条件： 炉膛密封良好 炉内保持正压 强制炉气循环流动 装设安全装置
炉内构件抗气氛侵蚀 10.
特点:工件无氧化、脱碳，可保持表面光洁度； 对零件还有脱气、脱脂的作用；
可提高材料的机械性能，尤其是疲劳强度和耐磨性。 炉内传热主要依靠辐射进行，加热速度慢，温度均匀性较差；
设备复杂，投资高。