黑色組織是指鋼件在碳氮共滲后，在金相檢測中發(fā)現(xiàn)滲層中出現(xiàn)的黑色斑點、黑色帶及黑色網(wǎng)組織，這些統(tǒng)稱黑色組織，又叫內(nèi)氧化。黑色組織出現(xiàn)在合金鋼的共滲層中，高溫下爐氣中的水汽、氧氣、二氧化碳與鋼中的合金元素相互作用而被氧化，使表層、次表層的合金元素“貧化”。降低了奧氏體的穩(wěn)定性，使等溫轉(zhuǎn)變圖左移，共滲后經(jīng)淬火通過托氏體、貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)而最終形成了氧化物、托氏體和貝氏體的混合組織。由于托氏體、貝氏體易腐蝕，在光鏡下呈現(xiàn)黑色。黑網(wǎng)、黑帶在拋光時不腐蝕，有時也能看到，但腐蝕后更清楚。高氧勢氣氛中的氧原子，

(1)不完全退火與完全退火的區(qū)別1)不完全退火又叫不完全結(jié)晶退火，是將鋼加熱到Ac1與Ac3或Ac1與Acm之間某一溫度，保溫后緩慢冷卻下來，使鋼組織發(fā)生不完全重結(jié)晶。2)不完全退火就是將工件加熱到半奧氏體化進行退火，而完全退火是將工件加熱到完全奧氏體化進行退火。3)不完全退火一般用于過共析鋼，也可用亞共析鋼，而完全退火一般僅用于亞共析鋼。4)完全退火一般獲得片狀珠光體，而不完全退火獲得球狀珠光體。(2)等溫退火與普通退火的區(qū)別  等溫退火與普通退火的工藝和冷卻的方法存在一定區(qū)別，普通退火一般是

(1)深層離子滲氮適用范圍及適用鋼材。一些高速、重載及精密齒輪，如行星傳動的內(nèi)齒圈、風電機中的偏航齒圈，還有螺桿采用滲氮工藝進行表面硬化處理，最大齒輪直徑已達4m，尤其是齒輪的深層滲氮工藝可以在一定范圍代替滲碳淬火工藝而省掉磨齒的工序，節(jié)約了制造成本與工期。離子滲氮常用齒輪材料，42CrMo、40CrNiMo、25Cr2MoV、34CrNi3Mo等，在進行離子滲氮前一般進行調(diào)質(zhì)處理，以保證齒輪心部強度。(2)中硬度調(diào)質(zhì)+韌性深層滲氮。齒面以γ′相為主的化合物層比ε+γ′雙相層能提高接觸疲勞強

鑄鋼件的預備熱處理一般采用退火或正火工藝。但應分別情況，采用不同的預備熱處理方法。(1)正火。低碳鋼一般選用正火處理，以獲得均勻的鐵素體+細片狀珠光體組織。(2)完全退火或等溫退火。中碳鋼及合金鋼一般采用完全退火或等溫退火，以獲得鐵素體+片狀（或球狀）珠光體組織。以上兩種預備熱處理方式，都可以清除鑄造中出現(xiàn)的粗大晶粒，網(wǎng)狀鐵素體和魏氏體組織等微觀缺陷和應力。改善了工件的切削性能，并細化了組織，為最終熱處理做好了組織準備，同時也減少了變形開裂。(3)低溫退火。若為消除鑄造應力，可采用低溫退火工藝。(4)擴散退火+完全

碳氮共滲常用的共滲溫度為820～880℃（低碳鋼及低合金鋼為840～860℃）。碳氮共滲后的熱處理常用以下幾種工藝方法。(1)直接淬火+低溫回火1)工藝特點。碳氮共滲后由共滲溫度(820～860℃)直接淬火，然后進行低溫回火160～200℃×2～3h。2)工藝適用范圍。工藝簡單適用于中、低碳鋼及低合金鋼，可獲得滿意的表面及心部組織。一般選擇油淬（或水淬）。(2)分級淬火+低溫回火1)工藝特點。碳氮共滲后由共滲溫度820～860℃直接在110～200℃熱油或堿浴中分級淬火1～15min后空冷，再進行160

(1)滲碳工藝（外因）對內(nèi)氧化的影響1)降低氣氛中氧化物含量或氧勢。只有在無氧化物的介質(zhì)中才可能實現(xiàn)無內(nèi)氧化的滲碳。例如，在真空條件下使用不含氧的碳氮化合物，如乙炔或甲烷中滲碳；或者在氨氣裂解氣或氮中添加甲烷或其他無氧的碳化物的氣氛中滲碳。由于加熱階段時間僅占滲碳時間(約400min)的1/4～1/8，內(nèi)氧化的主要部分不是在加熱階段中產(chǎn)生的。但是在加熱階段迅速排出進入的空氣或把其中的氧消耗掉，從而縮短加熱階段時間。通過低合金鋼的內(nèi)氧化層生長方程式：X2=bte-Q/RT表明，在其他條件給定下，內(nèi)氧化深度X與處理時間

滲碳后常用熱處理工藝方法如下:(1)直接淬火1)工藝特點：滲碳后晶粒不易長大，滲碳后由滲碳溫度降至860℃左右，將零件自滲碳爐中取出直接淬火，然后回火以獲得表面所需的硬度及金相組織。2)工藝的優(yōu)缺點①優(yōu)點：操作方便、生產(chǎn)效率高、零件的變形和脫碳較小、節(jié)約能源。多用于處理變形小和承受沖擊載荷不大的零件。②缺點：淬火溫度較高、晶粒粗大、殘留奧氏體較多、降低了表層硬度。(2)預冷直接淬火+低溫回火。包括：①隨爐降溫預冷淬火；②在空氣中預冷淬火。1)工藝特點：滲碳后對零件先預冷到800～850℃，再進行淬火，預冷的目的是減

深層滲碳熱處理工藝對熱處理設備主要有以下三方面的要求：(1)溫度與碳勢控制方式要求1)溫度控制方式。溫度控制采用爐內(nèi)主控方式（國產(chǎn)設備多采用爐外主控方式）。爐內(nèi)主控是指通過合理的數(shù)學模型，以爐蓋熱電偶檢測到的溫度與目標溫度之間的差值來實現(xiàn)對各個加熱區(qū)的功率自動調(diào)節(jié)，從而控制爐膛溫度的一種溫度控制方式。其優(yōu)點是可以更精確地控制爐膛溫度，減小爐溫的偏差，并可以顯著提高爐溫的可靠性。2)碳勢控制方式。碳勢控制采用連續(xù)控制碳勢方法。其包括兩個方面：①通過比例閥的連續(xù)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)富化劑的按不同比例連續(xù)滴入。②通過比例閥的連續(xù)調(diào)

大件(直徑≥100mm)調(diào)質(zhì)熱處理時，由于受淬透性、散熱條件及淬火介質(zhì)的限制，心部允許有下貝氏體、細珠光體或鐵素體及上貝氏體；同時，大件內(nèi)部缺陷較多，容易造成較大的內(nèi)應力，所以開裂的傾向較大。其主要考慮因素如下。(1)加熱溫度1)加熱溫度。多采用淬火加熱溫度的上限，以增加鋼的淬透性。2)加熱方式①一般均采用低溫裝爐。對于形狀簡單、直徑小于400mm的碳鋼和低合金鋼工件，可以隨爐升溫，但低溫階段加熱速度不得太快，一般控制在30～70℃/h。②對于形狀較復雜的中合金鋼工件，應分段加熱。低溫階段加熱速度控制在30～

機床齒輪可分為低速低載荷用齒輪、中高速中載荷用齒輪、高速沖擊載荷用齒輪與大斷面齒輪，不同用途的齒輪熱處理工藝不同，下面將一一介紹各種齒輪的熱處理工藝。(1)低速低載荷用齒輪。如變速箱齒輪、掛輪架齒輪、車床溜板齒輪。1)齒輪性能要求。耐磨性為主，強度要求不高。2)齒輪材料。45、50、55鋼。3)熱處理工藝。調(diào)質(zhì)：200～250HBW或240～280HBW；感應淬火：40～45HRC或52～56HRC。(2)中、高速，中載荷用齒輪。如車床變速箱齒輪、鉆床變速箱齒輪、磨床齒輪及變速箱齒輪、高速機床進給變速箱齒輪。1)齒

45鋼制成的齒輪，經(jīng)過熱處理調(diào)質(zhì)后獲得的索氏體組織，具有高的強度和塑性，且具有一定的韌性。若45鋼制造強度要求較高的齒輪，要求齒輪表面高硬度、高耐磨性，而心部具有高強度和高韌性，調(diào)質(zhì)后可進行高頻淬火處理。但熱處理時，由于淬透性差，水淬變形大，裂紋傾向敏感，尤其在40℃左右水淬更為明顯。為此，可參照下面熱處理工藝方法進行。(1)預備熱處理。正火在840～870℃，可代替調(diào)質(zhì)處理作為最后熱處理，或為感應加熱表面淬火前的預備熱處理。正火后的硬度≤226HBW。(2)加熱與淬火1)加熱溫度。加熱溫度820～860℃，

常用馬氏體不銹鋼碳的質(zhì)量分數(shù)為0. 1%~0.45%，鉻含量為12%~14%（質(zhì)量分數(shù)），屬于鉻不銹鋼，通常指Cr13型不銹鋼。典型鋼號有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。這類鋼一般用來制作既能承受載荷，又需要耐蝕性的各種閥門、泵等零件，以及一些不銹工具等。為提高耐蝕性，馬氏體不銹鋼碳的質(zhì)量分數(shù)都控制在很低范圍，一般不超過0. 4%。碳的質(zhì)量分數(shù)越低，鋼的耐蝕性就越好，碳的質(zhì)量分數(shù)越高，基體中碳的質(zhì)量分數(shù)就越高，則鋼的強度和硬度就越高；碳的質(zhì)量分數(shù)越高，形成鉻的碳化物量也就越多，其耐蝕性就變得越差。

低溫形變等溫淬火熱處理工藝可用于含合金元素略低的鋼種。首先將鋼料加熱至奧氏體化溫度，然后在下貝氏體區(qū)域進行形變，隨之等溫轉(zhuǎn)變，得到貝氏體組織。采用低溫形變等溫淬火后，工件可以得到中等強度和較好的韌性。低溫形變熱處理的強韌化機制如下：1)由于奧氏體是過冷到500~600℃前后變形，且變形量較大，所以奧氏體受到嚴重扭曲，并產(chǎn)生了大量亞晶、次亞晶和數(shù)量很大的位錯，使鋼材強度大幅度提高。2)在變形的同時析出很多超微細的碳（氮）化物，這些碳（氮）化物以高度彌散狀態(tài)沉淀在位錯周圍，阻止位錯運動，對位錯起到釘扎作用，從而大大地提

由于鐵的晶體結(jié)構(gòu)與石墨的晶體結(jié)構(gòu)差異很大，而鐵與滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)要接近一些，所以普通鑄鐵在一般鑄造條件下只能得到白口鑄鐵，而不易獲得灰鑄鐵。因此，必須通過添加合金元素和改善鑄造工藝等手段來促進鑄鐵石墨化，形成灰鑄鐵。1．化學成分的影響碳、硅、錳、硫、磷對石墨化有不同影響。其中碳、硅、磷是促進石墨化的元素，錳和硫是阻礙石墨化的元素。在生產(chǎn)實際中，調(diào)整碳和硅的含量是控制鑄鐵組織和性能的基本措施之一。在一般鑄造條件下，鑄鐵中較高的碳含量是石墨化的必要條件，保證一定量的硅是石墨化的充分條件，碳與硅含量越高越易石墨化。若碳、

與氣體滲碳相比，碳氮共滲有如下優(yōu)點：1)可以在較低溫度下，及在同樣時間內(nèi)獲得同樣滲層深度；或在處理溫度相同的情況下，共滲速度較快。2)碳氮共滲在工件表面、爐壁和發(fā)熱體上不析出炭黑。3)處理后零件的耐磨性比滲碳的高。4)工件扭曲變形小。在滲劑一定的情況下，碳氮共滲溫度與時間對滲層的組織結(jié)構(gòu)影響規(guī)律已如前述。在具體生產(chǎn)條件下應根據(jù)零件工作條件、使用性能要求及滲層組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，再按前述規(guī)律確定，中溫氣體碳氮共滲工件的使用狀態(tài)和滲碳淬火相近，一般都是共滲后直接淬火。因此，盡管氮的滲入能降低臨界點，但考慮心部強度，一

淬火熱處理工藝過程中零件出現(xiàn)變形是必然的，但零件出現(xiàn)表面裂紋導致表面或整體開裂是不允許的，一般作為廢品處理（高碳鋼淬火零件內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋，經(jīng)回火后能消除的除外）。(1)引起變形和開裂的原因  在淬火加熱時，由于零件熱應力以及高溫時材料強度降低，延展性增加會導致變形。對合金鋼而言，由于其導熱性較差，若加熱速度太快，不僅零件變形大，甚至有開裂的危險。在冷卻過程中由于熱應力與組織應力的共同作用，零件常出現(xiàn)變形，有的甚至出現(xiàn)表面裂紋。熱應力是在加熱或冷卻過程中，零件由表面至心部各層的加熱或冷卻速度不一樣

經(jīng)淬火熱處理后零件硬度偏低和出現(xiàn)軟點的主要原因是：1)亞共析鋼加熱溫度低或保溫時間不充分，淬火組織中有殘留鐵素體。2)加熱過程中鋼件表面發(fā)生氧化、脫碳，淬火熱處理后局部生成非馬氏體組織。3)淬火熱處理時，冷卻速度不足或冷卻不均勻，未全部得到馬氏體組織。4)淬火介質(zhì)不清潔，工作表面不干凈，影響了工件的冷卻速度，致使未能全部淬硬。正常情況下的材質(zhì)及零件截面尺寸，為防止淬火熱處理后零件硬度偏低最重要的是防止加熱時零件表面脫碳，其中最有效的辦法是采用可控氣氛或真空加熱。若在一般空氣電阻爐中加熱，在確保零件燒透及組織轉(zhuǎn)變的前

金屬材料滲碳熱處理后的缺陷主要有以下幾種：(1)黑色組織    在含Cr、Mn及Si等合金元素的滲碳鋼滲碳淬火后，在深滲層表面組織中出現(xiàn)沿晶界呈現(xiàn)斷續(xù)網(wǎng)狀的黑色組織。鋼滲碳淬火后在未經(jīng)腐蝕的金相試樣上可看到黑色組織，預防黑色組織的辦法是注意滲碳爐的密封性能，降低爐氣中的含氧量，一旦工件上出現(xiàn)黑色組織時，若其深度不超過0. 02mm，可以增加一道磨削工序，將其磨去，或進行表面噴丸處理。(2)反常組織    這種組織在前述過共析鋼退火組織缺

準備工作1)鑄件準備：鑄件去應力退火前應將冒口、型砂等清除干凈，氣孔、砂眼的補焊及粗加工工序應按排在去應力退火前。2)設備（可采用箱式電爐、燃氣爐及燃煤爐）準備：對使用的加熱爐，應按有關(guān)設備操作規(guī)程檢修，對燃料爐應清理主煙道、爐膛、燃燒室及燃燒嘴的灰分等。3)測溫儀表準備。4)裝爐：同爐裝的鑄件壁厚應力求接近，具有同一規(guī)范的鑄件可裝同一爐。鑄件擺放應平穩(wěn)并用支柱支撐。多層裝爐應采用適當墊鐵，使鑄鐵與爐底、鑄件之間留有150~ 200mm的間距。每層鑄件之間的墊鐵位置應當相同，鄰層之間不允許墊鐵的位置相互錯開，以免發(fā)

退火、正火件熱處理工序的檢驗項目及要求如下：(1)硬度檢驗。按圖樣或客戶要求進行。(2)變形檢驗。零件變形量原則上小于其加工余量的1/3~1/2，客戶有要求的，按客戶要求進行（校正工序應計費）。(3)金相檢驗。一般不做金相檢驗。精密件、重要件或客戶要求進行的，應在工藝文件中注明，成批大量生產(chǎn)的可根據(jù)實際情況定期抽查，并根據(jù)技術(shù)要求按下列規(guī)定協(xié)商處理：1)碳素工具鋼退火后的珠光體組織，應為2～4級（按GB/T 1298-2008第一級別圖評定）不允許有連續(xù)網(wǎng)狀碳化物。鋼料尺寸≤60mm的≤2級；>6