渗碳后的热处理方法和效果分析

渗碳处理只改变工件表面的化学成分，必须通过随后的热处理，才能使表层的组织和性能发生根本的变化，使工件具有高硬度、高耐磨性的性能。渗碳后一般采用淬火及低温回火工艺进行处理。

1.渗碳后热处理的目的

渗碳后的热处理主要达到以下目的：

1）提高工件表面的强度、硬度和耐磨性。

2）提高心部的强度和韧性。

3）细化晶粒。

4）消除网状碳化物和减少残留奥氏体。

5）消除内应力，稳定尺寸。

2.渗碳后热处理的方法

针对工件渗碳后表面碳含量高、心部碳含量低，以及在长时间渗碳过程中引起晶粒粗大的特点，要求采用不同规范的热处理工艺来满足不同的材料及组织性能要求，最常用的渗碳后热处理方法包括以下几种：

（1）直接淬火低温回火法 工件渗碳后随炉降温或出炉预冷至高于Ar₁或Ar₃温度（760～850℃）直接淬火，然后在（140～200）℃±20℃回火2～3h。降温或出炉预冷的目的是：减少淬火内应力，从而减少工件的变形；降低奥氏体中的碳含量，使淬火后的残留奥氏体减少，以提高表面硬度。直接淬火的优点是减少加热和冷却的次数，使操作简化、生产率提高，还可减少淬火变形及表面氧化脱碳。目前凡本质细晶粒钢（如20CrMnTi、20MnVB、25MnTiBRE等）制作的工件大都采用此法。本质粗晶粒钢工件由于较长时间保持在渗碳温度下，奥氏体晶粒会显著长大，直接淬火后渗层出现粗大马氏体，使工件韧性降低，故不宜直接淬火。但对那些只要求耐磨性的不甚重要的工件，也可直接淬火低温回火后使用。

（2）一次淬火低温回火法 工件渗碳后直接出炉或降温到860～880℃出炉，在冷却坑内冷却或空冷至室温，然后再重新加热淬火。淬火温度的选择要兼顾表面和心部的要求。对于合金渗碳钢，可采用稍高于心部Ac₃温度（820～860℃），使心部铁素体全部溶解，淬火后心部获得较高强度。对于碳素渗碳钢，应选择在Ac₁和Ac₃之间温度（780～810℃）进行加热淬火。对于心部强度要求不高的工件，则根据表面硬度要求选择在稍高于Ac₁以上（一般为760～780℃）温度加热淬火。(https://www.xing528.com)

渗碳后一次淬火的方法应用较广泛，适用于固体渗碳后的工件和气体、液体渗碳的本质粗晶粒钢工件，或某些不宜直接淬火的工件，渗碳后需要机加工的工件也应采用这种方法。

（3）二次淬火低温回火法 将渗碳后的工件置于空气中冷却或坑内缓冷，然后再进行两次淬火和低温回火。第一次淬火温度选择Ac₃+40℃，碳钢为880～900℃，合金钢为840～900℃，目的是细化心部组织，使淬火后心部组织为细晶粒低碳马氏体或索氏体，并消除渗层的网状碳化物。第二次淬火温度在Ac₁+50℃温度范围内，淬火后使表层得到细针状马氏体和呈小颗粒状分布的二次渗碳体，并能有效地减少渗层的残留奥氏体数量。二次淬火法虽能获得较好的表面和心部组织，但也存在加热次数多，工艺较复杂，工件易氧化、脱碳和变形，加工费用高等缺点。一般只有当直接淬火、一次淬火无法满足要求时才考虑使用。

渗碳后常用热处理工艺及适用范围见表6-21。常用结构钢的渗碳及后续热处理规范见表6-22。

表6-21 渗碳后常用热处理工艺及适用范围

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表6-22 常用结构钢的渗碳及后续热处理规范

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