11． 钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺 回火的种类及应用
根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种：
（一）低温回火（150－250 度） 低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降 低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具，量 具，冷冲模具，滚动
轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为 HRC58－64。
（二）中温回火（350－500 度） 中温回火所得组织为回火屈氏体。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因 此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为 HRC35－50。
（三）高温回火（500－650 度） 高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理， 其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉 机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为 HB200－330。 气氛与金属的化学反应
一． 气氛与钢铁的化学反应
1. 氧化
2Fe＋O2→2FeO Fe＋H2O→FeO＋H2
FeC＋CO2→Fe＋2CO
2. 还原
FeO＋H2→Fe＋H2O FeO＋CO→Fe＋O2
3. 渗碳
2CO→［C］＋CO2
Fe＋［C］→FeC CH4→［C］＋2H2
4.渗氮
2NH3→2［N］＋3H2
Fe＋［N］→FeN
二． 各种气氛对金属的作用
氮气：在≥1000 度时会与 Cr,CO,Al.Ti 反应 氢气：可使铜，镍，铁，钨还原。当氢气中的水含量达到百分之 0.2—0.3 时，会使钢脱碳 水：≥800 度时，使铁、钢氧化脱碳，与铜不反应 一氧化碳：其还原性与氢气相似，可使钢渗碳
三． 各类气氛对电阻组件的影响 镍铬丝，铁铬铝：含硫气氛对电阻丝有害
钢的氮化及碳氮共渗 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。
铍青铜的热处理
铍 青铜 是一种 用途 极广的 沉淀 硬化型 合金 。经固 溶及 时效处 理后 ，强度 可达
1250-1500MPa(1250-1500 公斤)。其热处理特点是：固溶处理后具有良好的塑性，可进行冷 加工变形。但再进行时效处理后，却具有极好的弹性极限，同时硬度、强度也得到提高。
（1） 铍青铜的固溶处理
一般固溶处理的加热温度在 780-820℃之间，对用作弹性组件的材料，采用 760-780℃，主 要是防止晶粒粗大影响强度。固溶处理炉温均匀度应严格控制在 5℃。保温时间一般可按 1 小时/25mm 计算，铍青铜在空气或氧化性气氛中进行固溶加热处理时，表面会形成氧化膜。 虽然对时效强化后的力学性能影响不大，但会影响其冷加工时工模具的使用寿命。为避免氧 化应在真空炉或氨分解、惰性气体、还原性气氛（如氢气、一氧化碳等）中加热，从而获得 光亮的热处理效果。此外，还要注意尽量缩短转移时间（此淬水时），否则会影响时效后的 机械性能。薄形材料不得超过 3 秒,一般零件不超过 5 秒。淬火介质一般采用水（无加热的 要求），当然形状复杂的零件为了避免变形也可采用油。
（2） 铍青铜的时效处理
铍青铜的时效温度与 Be 的含量有关，含 Be 小于 2.1%的合金均宜进行时效处理。对于 Be 大
于 1.7%的合金，最佳时效温度为 300-330℃，保温时间 1-3 小时（根据零件形状及厚度）。
Be 低于 0.5%的高导电性电极合金，由于溶点升高，最佳时效温度为 450-480℃，保温时间
1-3 小时。近年来还发展出了双级和多级时效，即先在高温短时时效，而后在低温下长时间 保温时效，这样做的优点是性能提高但变形量减小。为了提高铍青铜时效后的尺寸精度，可 采用夹具夹持进行时效，有时还可采用两段分开时效处理。
（3） 铍青铜的去应力处理
铍青铜去应力退火温度为 150-200℃，保温时间 1-1.5 小时，可用于消除因金属切削加工、 校直处理、冷成形等产生的残余应力，稳定零件在长期使用时的形状及尺寸精度。 热处理应力及其影响
热处理残余力是指工件经热处理后最终残存下来的应力,对工件的形状,&127;尺寸和性 能都有极为重要的影响。当它超过材料的屈服强度时,&127;便引起工件的变形,超过材料的
强度极限时就会使工件开裂,这是它有害的一面,应当减少和消除。但在一定条件下控制应力 使之合理分布,就可以提高零件的机械性能和使用寿命,变有害为有利。分析钢在热处理过程 中应力的分布和变化规律,使之合理分布对提高产品质量有着深远的实际意义。例如关于表 层残余压应力的合理分布对零件使用寿命的影响问题已经引起了人们的广泛重视。 一、钢的热处理应力 工件在加热和冷却过程中,由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致,形成温差，就会导致 体积膨胀和收缩不均而产生应力,即热应力。在热应力的作用下,由于表层开始温度低于心部, 收缩也大于心部而使心部受拉,当冷却结束时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而 使表层受压心部受拉。即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉。这种现象受到 冷却速度,材料成分和热处理工艺等因素的影响。当冷却速度愈快,含碳量和合金成分愈高, 冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大,最后形成的残余应力就愈大。另一 方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时,因比容的增大会伴随工件 体积的膨胀,&127;工件各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力变 化的最终结果是表层受拉应力,心部受压应力,恰好与热应力相反。组织应力的大小与工件在 马氏体相变区的冷却速度,形状，材料的化学成分等因素有关。 实践证明,任何工件在热处理过程中,&127;只要有相变,热应力和组织应力都会发生。&127; 只不过热应力在组织转变以前就已经产生了，而组织应力则是在组织转变过程中产生的,在 整个冷却过程中,热应力与组织应力综合作用的结果,&127;就是工件中实际存在的应力。这 两种应力综合作用的结果是十分复杂的,受着许多因素的影响,如成分、形状、热处理工艺等。 就其发展过程来说只有两种类型,即热应力和组织应力,作用方向相反时二者抵消,作用方向 相同时二者相互迭加。不管是相互抵消还是相互迭加,两个应力应有一个占主导因素,热应力 占主导地位时的作用结果是工件心部受拉,表面受压。&127;组织应力占主导地位时的作用结 果是工件心部受压表面受拉。
二、热处理应力对淬火裂纹的影响 存在于淬火件不同部位上能引起应力集中的因素(包括冶金缺陷在内),对淬火裂纹的产生都 有促进作用,但只有在拉应力场内(&127;尤其是在最大拉应力下)才会表现出来,&127;若在 压应力场内并无促裂作用。 淬火冷却速度是一个能影响淬火质量并决定残余应力的重要因素,也是一个能对淬火裂纹赋 于重要乃至决定性影响的因素。为了达到淬火的目的，通常必须加速零件在高温段内的冷却 速度,并使之超过钢的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织。就残余应力而论,这样做由于 能增加抵消组织应力作用的热应力值,故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目 的。其效果将随高温冷却速度的加快而增大。而且,在能淬透的情况下,截面尺寸越大的工件, 虽然实际冷却速度更缓,开裂的危险性却反而愈大。这一切都是由于这类钢的热应力随尺寸 的增大实际冷却速度减慢,热应力减小,&127;组织应力随尺寸的增大而增加,最后形成以组 织应力为主的拉应力作用在工件表面的作用特点造成的。并与冷却愈慢应力愈小的传统观念 大相径庭。对这类钢件而言,在正常条件下淬火的高淬透性钢件中只能形成纵裂。避免淬裂 的可靠原则是设法尽量减小截面内外马氏体转变的不等时性。仅仅实行马氏体转变区内的缓 冷却不足以预防纵裂的形成。一般情况下只能产生在非淬透性件中的弧裂,虽以整体快速冷 却为必要的形成条件，可是它的真正形成原因,却不在快速冷却(包括马氏体转变区内)本身, 而是淬火件局部位置(由几何结构决定),在高温临界温度区内的冷却速度显著减缓,因而没 有淬硬所致&127;。产生在大型非淬透性件中的横断和纵劈,是由以热应力为主要成份的残余 拉应力作用在淬火件中心&127;,而在淬火件末淬硬的截面中心处,首先形成裂纹并由内往外 扩展而造成的。为了避免这类裂纹产生，往往使用水--油双液淬火工艺。在此工艺中实施高 温段内的快速冷却,目的仅仅在于确保外层金属得到马氏体组织,&127;而从内应力的角度来
看,这时快冷有害无益。其次,冷却后期缓冷的目的,主要不是为了降低马氏体相变的膨胀速 度和组织应力值,而在于尽量减小截面温差和截面中心部位金属的收缩速度,从而达到减小 应力值和最终抑制淬裂的目的。
三、残余压应力对工件的影响 渗碳表面强化作为提高工件的疲劳强度的方法应用得很广泛的原因。一方面是由于它能有效 的增加工件表面的强度和硬度，提高工件的耐磨性，另一方面是渗碳能有效的改善工件的应 力分布,在工件表面层获得较大的残余压应力,&127;提高工件的疲劳强度。如果在渗碳后再 进行等温淬火将会增加表层残余压应力,使疲劳强度得到进一步的提高。有人对 35SiMn2MoV 钢渗碳后进行等温淬火与渗碳后淬火低温回火的残余应力进行过测试其
热处理工艺 残余应力值（kg/mm2)
渗碳后 880-900 度盐浴加热，260 度等温 40 分钟
-65
渗碳后 880-900 度盐浴加热淬火，260 度等温 90 分钟
-18
渗碳后 880-900 度盐浴加热，260 度等温 40 分钟，260 度回火 90 分钟
-38
表 1.35SiMn2MoV 钢渗碳等温淬火与渗碳低温回火后的残余应力值
从表 1 的测试结果可以看出等温淬火比通常的淬火低温回火工艺具有更高的表面残余压应 力。等温淬火后即使进行低温回火,其表面残余压应力，也比淬火后低温回火高。因此可以 得出这样一个结论,即渗碳后等温淬火比通常的渗碳淬火低温回火获得的表面残余压应力更 高,从表面层残余压应力对疲劳抗力的有利影响的观点来看，渗碳等温淬火工艺是提高渗碳 件疲劳强度的有效方法。渗碳淬火工艺为什么能获得表层残余压应力?渗碳等温淬火为什么 能获得更大的表层残余压应力?其主要原因有两个：一个原因是表层高碳马氏体比容比心部 低碳马氏体的比容大,淬火后表层体积膨胀大,而心部低碳马氏体体积膨胀小,制约了表层的 自由膨胀,&127;造成表层受压心部受拉的应力状态。而另一个更重要的原因是高碳过冷奥氏 体向马氏体转变的开始转变温度（Ms）,比心部含碳量低的过冷奥氏体向马氏体转变的开始 温度（Ms）低。这就是说在淬火过程中往往是心部首先产生马氏体转变引起心部体积膨胀, 并获得强化,而表面还末冷却到其对应的马氏体开始转变点（Ms）,故仍处于过冷奥氏体状 态,&127;具有良好的塑性,不会对心部马氏体转变的体积膨胀起严重的压制作用。随着淬火 冷却温度的不断下降使表层温度降到该处的（Ms）点以下,表层产生马氏体转变,引起表层体 积的膨胀。但心部此时早已转变为马氏体而强化,所以心部对表层的体积膨胀将会起很大的 压制作用,使表层获得残余压应力。&127;而在渗碳后进行等温淬火时，当等温温度在渗碳层 的马氏体开始转变温度（Ms）以上,心部的马氏体开始转变温度（&127;Ms）点以下的适当温 度等温淬火,比连续冷却淬火更能保证这种转变的先后顺序的特点(&127;即保证表层马氏体 转变仅仅产生于等温后的冷却过程中)。&127;当然渗碳后等温淬火的等温温度和等温时间对 表层残余应力的大小有很大的影响。有人对 35SiMn2MoV 钢试样渗碳后在 260℃和 320℃等温
40&127;分钟后的表面残余应力进行过测试,其结果如表 2。由表 2 可知在 260℃行动等温比 在 320℃等温的表面残余应力要高出一倍多
