的性能也不相同。渗碳、渗氮、碳氮共渗是以提高工件表面硬度和耐磨性为主，渗金属的主要目的是提高耐腐蚀性和抗氧化性等。化学热处理由分解、吸收和扩散三个基本过程所组成：即渗入介质在高温下通过化学反应进行分解，形成渗入元素的活性原子；渗入元素的活性原子被钢的表面吸附；被吸附的活性原子由钢的表层逐渐向内扩散，形成一定深度的扩散层。目前在机械制造业中，最常用的化学热处理是渗碳、渗氮和碳氮共渗。

一、渗碳

为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。

渗碳所用钢种一般是碳的质量分数0.10%～0.25%的低碳和低碳合金钢，如15、20、20r、20CrMnTi等钢。渗碳后的工件都要进行淬火和低温回火，使工件表面获得高的硬度（56～64HRC）、耐磨性和疲劳强度，而心部仍保持一定的强度和良好的韧性。渗碳被广泛应用于要求表面硬而心部韧的工件上，如齿轮、凸轮轴、活塞销等。

根据渗碳时介质的物理状态不同，渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳，目前气体渗碳应用最广泛。气体渗碳是工件在气体渗碳介质中进行的渗碳工艺，它是将工件放入密封的加热炉中（如图2-13中的井式气体渗碳炉），通入气体渗碳进行的渗碳。

二、渗氮

在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺，称为渗氮（又叫氮化）。渗氮的目的是为了提高工件表层的硬度、耐磨性、热硬性、耐腐蚀性和疲劳强度。

渗氮处理广泛应用于各种高速转动的精密齿轮、高精度机床主轴、交变循环载荷作用下要求疲劳强度高的零件（如高速柴油机曲轴）以及要求变形小和具有一定耐热、抗腐蚀能力的耐磨零件（如阀门）等。但是渗氮层薄而脆，不参承受冲击和振动，而且渗氮处理生产周期长，生产成本较高。钢件渗氮后不需淬火就可达到68～72HRC的硬度，目前常用的渗氮方法有

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气体渗氮和离子渗氮两种。

零件不需要渗氮的部分应镀锡或镀铜保护，也可留1mm的余量，在渗氮后磨去。

渗氮工件的加工工艺路线如下：

毛坯锻造→退火或正火→粗加工→调质→精加工→镀锡（非渗氮面）→渗氮→精磨或研磨

三、碳氮共渗

在奥氏体状态下同时将碳、氮原子渗入工件表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺，称为碳氮共渗。根据共渗温度不同，可分为低温（520～580℃）、中温（760～880℃）和高温（900～950℃）碳氮共渗，其目的主要是提高工件表层的硬度和耐磨性。

2.7 热处理新技术简介

2.7.1 形变热处理

形变热处理是将塑性变形和热处理结合，以获得形变强化和相变强化综合效果的工艺。这种工艺既可提高钢的强度，改善塑性和韧性，又可节能，在生产中得到了广泛的应用。例如将钢加热至Ac3以上，获得奥氏体组织，保持一定时间后进行形变，立刻淬火获得马氏体组织，然后在适当温度回火后，即可获得很高的强韧性。钢件形变热处理后一般都可提高强度10%～30%，提高塑性40%～50%，可提高冲击韧性1～2倍，并使钢件具有高的抗脆断能力。该工艺广泛用于结构钢、工具钢工件，用于锻后余热淬火、热轧淬火等工艺。 2.7.2 真空热处理

在低于一个大气压的环境中进行加热的热处工艺，称为真空热处理。所谓真空加热，就是在稀薄空气中加热，钢件表面氧化很轻，几乎难于察觉，故真空热处理可以避免氧化、脱碳，能达到光亮热处理的目的。真空热处理的特点为：

（1）热处理变形小。因为真空加热缓慢而且均匀，故热处理变形小。 （2）可提高工件表面力学性能，延长工件使用寿命。

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（3）节省能源，减少污染，劳动条件好。

（4）真空热处理设备造价较高，目前多用于工模具、精密零件的热处理。

2.7.3 可控气氛热处理

为达到无氧化、无脱碳或按要求增碳，工件在炉气成分可控的加热炉中进行的热处理，称为可控气氛热处理。它的主要目的是减少和防止工件加热时的氧化和脱碳，提高工件尺寸精度和表面质量，节约钢材，控制渗碳时渗层的碳浓度，而且可使脱碳工件重新复碳。 2.7.4 激光热处理

激光是一种具有极高能量密度、高亮度和方向性的强光源。激光热处理是以高能量激光作为能源，以极快速度加热工件并自冷强化的热处理工艺。

激光淬火具有工件处理质量高、表面光洁、变形极小，且无工业污染、易实现自动化的特点，适于各种小型复杂工件的表面淬火，还可以进行局部表面合金化等。但是，激光器价格昂贵，生产成本较高，故其应用受到一定限制。同时生产中不够安全，容易对人眼造成危害，操作时要注意安全。

2.7.5 电子束表面淬火

电子束表面淬火是以电子枪发射的电子束作为热源轰击工件表面，以极快速加热工作并自冷，淬火后使工件表面强化的热处理工艺。

电子束的能量大大高于激光，而且其能量利用率可达80%，高于激光热处理。电子束表面淬火质量高，淬火过程中工件基体性能几乎不受影响，是很有前途的热处理新技术。

2.8 热处理工艺应用

热处理是改善金属或合金性能的主要方法之一，广泛应用于机械制造中，重要的机械零件绝大多数都要进行热处理。此外，在进行零件的结构设计、材料选择、制定零件的加工工艺路线及分析零件质量时，也经常涉及热处理问题。热处理穿插在机械零件制造过程的加工工序之间，因此，科学合理地安排热处理的工序位置与相关技术及对零件热处理结构工艺性

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进行优化设计是非常重要的。 2.8.1 热处理的技术条件

设计人员在设计零件时，首先应根据零件的工作条件和环境，选择材料，提出零件的性能要求，然后根据这些要求选择热处理工序及相关技术条件，来满足零件的使用性能要求。因此，在零件图上应标出热处理方法的名称及有关应达到的力学性能指标。对于一般的零件仅需标注出硬度值即可，对于重要的零件则还应标注出强度、塑性、韧性指标或金相组织状态要求；对于化学热处理零件不仅要标注出硬度值，还要标注出渗层部位和渗层的深度。

标注热处理技术条件时，推荐采用《金属热处理工艺分类及代号》（GB/T12603－1990），并标明应达到的力学性能指标及其他要求，可用文字在零件图样标题栏上方作扼要说明。热处理工艺代号标注方法如下：

热处理工艺代号由基础分类工艺代号及附加分类工艺代号组成。在基础分类工艺代号中按照工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热方法三个层次进行分类，均有相应的代号，如表2-5所示。其中工艺类型分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三种；工艺名称都是按组织状态或渗入元素进行分类的；加热方法分为加热炉加热、感应加热、电阻加热等类型；附加分类是对基础分类中某些工艺的具体条件再进一步细化分类，包括各种热处理的加热介质（表2-6）、退火工艺方法（表2-7）、淬火冷却介质或冷却方法（表略）、渗碳和碳氮共渗的后续冷却方法（表略）等。

如2-14所示：5154表示采用电阻加热方式对螺钉进行整体调质处理，热处理后的

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