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滲碳淬火是金屬材料常見的一種熱處理工藝，它可以使?jié)B過碳的工件表面獲得很高的硬度，提高其耐磨程度。傳統(tǒng)工藝主要有：低溫回火、預(yù)冷直接淬火、一次加熱淬火、滲碳高溫回火、二次淬火冷處理、滲碳后感應(yīng)加熱等工序。
淬火工藝在現(xiàn)代機械制造工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。機械中重要零件，尤其在汽車、飛機、火箭中應(yīng)用的鋼件幾乎都經(jīng)過淬火處理。為滿足各種零件千差萬別的技術(shù)要求，發(fā)展了各種淬火工藝。
原理
滲碳與其他化學(xué)熱處理一樣﹐也包含3個基本過程。
①分解
滲碳介質(zhì)的分解產(chǎn)生活性碳原子。
②吸附
活性碳原子被鋼件表面吸收后即溶到表層奧氏體中﹐使奧氏體中含碳量增加。
③擴散
表面含碳量增加便與心部含碳量出現(xiàn)濃度差﹐表面的碳遂向內(nèi)部擴散。碳在鋼中的擴散速度主要取決于溫度﹐同時與工件中被滲元素內(nèi)外濃度差和鋼中合金元素含量有關(guān)。
滲碳零件的材料 一般選用低碳鋼或低碳合金鋼(含碳量小於0.25%)。滲碳后必須進行淬火才能充分發(fā)揮滲碳的有利作用。工件滲碳淬火后的表層顯微組織主要為高硬度的馬氏體加上殘余奧氏體和少量碳化物﹐心部組織為韌性好的低碳馬氏體或含有非馬氏體的組織﹐但應(yīng)避免出現(xiàn)鐵素體。
一般滲碳層深度范圍為0.8～1.2毫米﹐深度滲碳時可達2毫米或更深。表面硬度可達HRC58～63﹐心部硬度為HRC30～42。滲碳淬火后﹐工件表面產(chǎn)生壓縮內(nèi)應(yīng)力﹐對提高工件的疲勞強度有利。因此滲碳被廣泛用以提高零件強度﹑沖擊韌性和耐磨性﹐借以延長零件的使用壽命。
滲碳工藝
1、 直接淬火低溫回火
組織及性能特點：不能細化鋼的晶粒。工件淬火變形較大，合金鋼滲碳件表面殘余奧氏體量較多，表面硬度較低
適用范圍： 操作簡單，成本低廉用來處理對變形和承受沖擊載荷不大的零件，適用于氣體滲碳和液體滲碳工藝。
2 、 預(yù)冷直接淬火、低溫回火，淬火溫度800-850℃
組織及性能特點：可以減少工件淬火變形，滲層中殘余奧氏體量也可稍有降低，表面硬度略有提高，但奧氏體晶粒沒有變化。
適用范圍： 操作簡單，工件氧化、脫碳及淬火變形均小，廣泛應(yīng)用于細晶粒鋼制造的各種工具。
3、 一次加熱淬火，低溫回火，淬火溫度820-850℃或780-810℃
組織及性能特點：對心部強度要求較高者，采用820-850℃淬火，心部為低碳M，表面要求硬度高者，采用780-810℃淬火可以細化晶粒。
適用范圍： 適用于固體滲碳后的碳鋼和低合金鋼工件、氣體、液體滲碳的粗晶粒鋼，某些滲碳后不宜直接淬火的工件及滲碳后需機械加工的零件。
4、 滲碳高溫回火，一次加熱淬火，低溫回火，淬火溫度840-860℃
組織及性能特點：高溫回火使M和殘余A分解，滲層中碳和合金元素以碳化物形式析出，便于切削加工及淬火后殘余A減少。
適用范圍： 主要用于Cr—Ni合金滲碳工件
5、 二次淬火低溫回火
組織及性能特點：第一次淬火（或正火），可以消除滲碳層網(wǎng)狀碳化物及細化心部組織（850-870℃），第二次淬火主要改善滲層組織，對心部性能要求不高時可在材料的Ac1—Ac3之間淬火，對心部性能要求高時要在Ac3以上淬火。
適用范圍： 主要用于對力學(xué)性能要求很高的重要滲碳件，特別是對粗晶粒鋼。但在滲碳后需經(jīng)過兩次高溫加熱，使工件變形和氧化脫碳增加，熱處理過程較復(fù)雜。
6、 二次淬火冷處理低溫回火
組織及性能特點：高于Ac1或Ac3（心部）的溫度淬火，高合金表層殘余A較多，經(jīng)冷處理（-70℃/-80℃）促使A轉(zhuǎn)變從而提高表面硬度和耐磨性。
適用范圍： 主要用于滲碳后不進行機械加工的高合金鋼工件。
7、 滲碳后感應(yīng)加熱淬火低溫回火
組織及性能特點：可以細化滲層及靠近滲層處的組織。淬火變形小，不允許硬化的部位不需預(yù)先防滲。
適用范圍： 各種齒輪和軸類
淬火工藝
將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。
淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿足不同的使用要求。
另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能，如淬火使永磁鋼增強其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。
淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。
淬火時的快速冷卻會使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其大到一定程度時工件便會發(fā)生扭曲變形甚至開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火4類。
