模具材料热处理工艺
热处理----
我们用不同的加热--冷却的方法来改变钢的组织和性能的方法, 就叫钢的热处理.
钢材的种类
钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。钢是经济建设中极为重要的金属材料。 钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显着的提高，故应用日益广泛。
由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：
钢材的种类
一、 按用途分类
按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
结构钢：1、用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。
2、用作工程结构的钢。它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。
工具钢：用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。
特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。
二． 按化学成分分类
按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳 钢（含碳量≥0.6%）。
合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。
此外，还有按冶炼炉的种类，将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。按冶炼时脱氧程度，将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。
钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。
退火
目的:用来消除铸\锻\焊零件的内应力, 降低硬度, 以利切削加工, 细化晶粒, 改善组织, 增加韧性. 流程:
加热(650—700C)
保温1H/25mm
随炉冷却
一．退火的种类
1． 完全退火和等温退火
完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。
2． 球化退火
球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。
3． 去应力退火 (650—700C) 1H/25mm
去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。
淬火
目的:提高机件强度及耐磨性。但淬火后引起内应力，使钢变脆，所以淬火后必须回火。
流程:
预热(500-550C)+(750—800C)
奥氏体化温度(1000—1050C)
保温
急冷
二．淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。
回火
三．钢回火的目的
1． 降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。
2． 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。
3． 稳定工件尺寸
4． 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。
正火
目的:用于处理低碳钢、中碳钢结构及渗碳零件，细化晶粒，增加强度与韧性，减少内应力，改善切削性能
流程:
加热
保温
空气冷却
调质
目的:提高韧性及强度，重要的轮、轴及丝杆等零件 需调质
流程:
淬火
高温回火
感应加热淬火
目的:提高机件表面的硬度及耐磨性，而心部保持一定的韧性，使零件既耐磨又能承受冲击，常用来处理
轮。
流程:
用高频电流将零件表面加热
急速冷却
渗碳淬火
目的:提高机件表面的硬度及耐磨性、抗拉强度等适用于低碳、中碳（C 〈0.4%）结构钢的中小型零件 流程:
将零件在渗碳剂中加热，使碳渗入钢的表面后
再淬火回火
渗碳深度：0.5—2mm
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
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
渗氮
目的:提高机件的表面硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀能力。适合于合金钢、碳钢、铸铁件，如机床主轴、丝杆、重要液压组件中的零件
流程:
将零件放入氨气内加热，使氮原子渗入钢表面
渗氮层：0.025—0.8mm
渗氮时间：40—50H
碳氮共渗
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。
目的:提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性，用于要求硬度高、耐磨的中小型、薄后零件及刀具等 流程:
钢件在碳、氮中加热
使碳、氮原子同时渗入钢表面
碳氮层：0.2—0.5mm
渗碳处理的选材
（二）渗碳表面硬化处理：
1. 选材：低碳钢或低碳低合金钢
＊低碳钢：S09CK 、S15CK 、S20CK
＊合金钢：SCr415、420；SCM415、418、420、421、822；SNCM220、415、420、616、815
＊含碳量0.15％之钢种，渗碳—淬火后母材内部硬度在HRC30以下，韧性较佳，含强度稍低。
＊含碳量0.20％之钢则硬度在HRC30以上，强度较高而韧性稍差。两者必须视其用途而区分，切勿混用。
2. 加工程序：
＊粗加工→应力消除退火→精加工→渗碳→淬火→低温回火→精磨
3. 渗碳—淬火处理及回火处理：
＊渗碳后必须扩散处理，将最表层含碳量降至约0.8％，并将渗入之碳往内部扩散，以期缓和硬度分布曲线之陡度，增加有效硬化层厚度。渗碳，扩散后，宜降温至800～850℃出炉油淬至100～150℃（碳钢）或150～200℃（合金钢），然后空冷至50～60℃，适时送入回火炉（150～200℃）回火。
4. 渗碳处理时间、厚度及硬化层性质：
＊渗碳处理时间视所需有效硬化层度而定，通常处理1～10小时，有效厚度0.3㎜～㎜，最表层硬度均在HRC60以上（合金钢HRC61～62）。与渗氮处理比较，处理温度较高，且须淬冷，故变形量较大，表面硬度也较低，耐磨耗性，耐热性，耐蚀性及耐熔蚀性等均较差；但其处理时间短，有效硬化层叫厚，能承受较大之负载。
（三）渗氮（氮化）处理
1. 选材：中碳合金钢或高碳合金钢。
＊最常用之中碳合金钢为SACM645及SKD61，高碳合金钢则为SKD11、DC53、SKH51等。SCM440或SNCM439等中碳低合金钢也可以渗氮，但效果不佳。
＊碳钢除了离子渗氮，不能作渗碳处理。
2. 加工程序：
＊粗加工→应力消除退火→精加工→淬火→高温回火→精磨→渗氮处理→抛光
3. 淬火—高温回火（调质）：
＊渗氮处理件必须先施予调质（至该钢种合理之使用硬度），其回火温度必须高于渗氮处理温度。
＊SACM645：HRC32～35、SKD61：HRC45～49、SKD11：HRC56～58，DC53：HRC58～61、SKH51：HRC62～64。
4. 渗碳处理温度、时间、厚度及硬化层性质：
＊渗氮处理通常在500～600℃温度范围进行，但必须稍低于母材调质时之回火温度，以免变形量加大。常见之渗氮时间为40～100小时，可获有效硬化层厚度0.02～0.3㎜。
渗氮层之最表层为氮化物层，硬度高达HV1000以上，但厚度仅为.010㎜（10μm ）以下。最外层为ε—氮化铁Fe2-3N ，较硬且脆；次层为γ’—氮化铁Fe4N ，较软较韧。氮化物层之内部为扩散层，最高硬度达HRC60以上。
＊渗氮层之硬度高、耐磨耗性、耐蚀性、耐热性（500℃以上才分解）、耐熔蚀性等均优于渗碳处理层，处理温度较低且不需淬冷，故其变形量甚微；唯其处理时间较长，且有效硬化层厚度很薄，故不能承受较大之负载。
时效处理
目的:消除内应力，稳定机件形状和尺寸，常用于处理精密机件，如精密轴承、精密丝杆等
流程:
机件精加工前，加热到100—150。C 后
保温5---20H
空气冷却
发蓝发黑
目的:防腐蚀、美化，如用螺丝杆连接件
流程:
将零件置于氧化剂内加热氧化
使表面形成一层氧化铁保护膜
镀镍
目的:防腐蚀、美化验室
流程:
用电解方法，在钢件表面镀一层镍
镀铬
目的:提高表面硬度、耐磨性和耐蚀能力，也用于修复零件上磨损了的表面
流程:
用电解方法，在钢件表面镀一层铬
硬度
目的:检验材料经热处理后的力学性能---硬度HB 用于退火、正火、
流程:
机件精加工前，加热到100—150。C 后
保温5---20H
空气冷却
淬火的方法
（一）物理冶金法
1. 火焰淬火 2.高周波淬火
3. 电子束淬火 4.雷射淬火
（二）化学冶金法
1. 渗碳处理
2. 渗碳氮化处理
3. 渗氮碳化（软氮化）处理
4. 渗氮（氮化）处理
5. 离子渗氮处理
6. 渗硫、渗硼处理
7. 金属渗透处理（如渗铝、铬、钒等）
（三）被覆法
1. 硬质金属（如铬）
2. 被覆熔焊
3. 金属（陶瓷）熔射
4. 爆炸被覆
（四）机械冶金法
1. 珠击法
2. 冷轧法
二、选择表面硬化处理方法考虑因素：
（1）选用之钢类种类—低碳刚、中碳刚、合金钢、工（模）具钢
（2）用途及寿限—负载、耐蚀、耐热…等级使用寿限
（3）尺寸及形状—大、小、细长、实心、空心……
（4）数量—大量生产、少量生产、或量少而种类多
（5）加工程序—含前加工、前处理及后续加工等
（6）公安环保—工业安全、环保卫生等公害问题
（7）成本与交货期—省钱、省工
三、选材及问题探讨
（一）高洲波表面淬火硬化
1. 选材：
＊中碳刚、中碳低和金刚、铸钢、铸铁等均可施予高周波表面硬化处理。
2. 加工程序：
＊粗加工→应力消除退火→精加工→淬火→高温回火→粗磨→预热→高周波加热淬火→低温回火→精磨
3. 淬火—高温回火（俗称〝调质〞）：
＊常用钢种及其调质硬度
＊S45C ：HRC26±2,
SCM440：HRC28±2,
SNCM439：HRC30±2
＊母材硬度不宜太软—易产生硬化层剥裂。
＊母材硬度也不宜太软—易产生高周波加热破裂。
4. 预热：常用钢种之预热温度
＊S45C （低限碳当量） 免预热
＊S45C （高限碳当量或大型件） 100℃以上
＊SCM440 150℃以上
＊SNCN439 200℃以上
＊碳当量较高之刚种，预热温度需较高，但最高以350℃为限。
＊母材较硬（HRC30以上）者，必须充分预热。
＊若以加热线圈预热，宜分数次加热，且勿使其表面温度超出母材之回火温度（或应力消除退火温度）—否则可能产生变形。
3. 高周波处理：
＊工、模具钢铁淬火—回火后即可施予镀硬铬，但中碳钢或中碳低合金钢类则淬火—回火（高温）后，须在作高周波表面硬化处理提高处理件表层之硬度，始能镀硬铬。
4. 前处理：
＊镀硬铬前必须以酸洗清除处理件表面之油脂及污垢，酸洗必须以软水清洗，切勿残留碳酸钙等于处理件表面。不良之前处理，将引起镀层内部鼓泡现象。
5. 高周波频率：
＊是所需要有效硬化层厚度选择是当之频率。频率越高，硬化层越薄。
6. 高周波淬冷停止温度：
＊高周波淬火，需是母材钢种而在适当之温度停止淬冷，以免产生淬裂。
＊S45C ：约100℃，SCM440：约150℃，SNCM439：约200℃
7. 回火：
＊淬火后，必须适时（50～60℃）施予150～200℃之低温回火。
＊切勿放冷过度，以免产生延迟回火破裂。
＊也不宜太早（温度太高）回火，否则其表层硬度会较低。
8. 硬度测定：
＊表面硬化处理件，需剖切截面以微硬度计（MHV ）量测其表面硬度分布。若直接从外表用HRC 测定其硬度，那只能估计母材内部硬度及有效硬化层厚度，而不是该处理件之表面硬度。
9. 精磨：
＊高周波表面硬化处理件之表面硬度高达约HRC60（碳钢）或HRC60以上（合金钢），故研磨处理件表层时，进刀量每道以约.005㎜～010㎜为度，且必须充分冷却，并适时削锐砂轮面，以免产生研磨表面龟裂。
（四）镀硬铬处理
1. 选材：
＊中碳钢、中碳低合金钢、中碳合金钢、高碳钢、或高碳合金钢等，只要能以淬火—回火或高周波表面硬化处理将表层淬硬之钢种均不施予镀硬铬。
2. 加工程序：
＊粗加工→应力消除退火→精加工→淬火—回火 精磨→研磨→高周波处理 前处理→镀硬铬→除氢处理→抛光
3. 镀硬铬：
＊镀硬铬时之电流密度不宜过大。过大之电流密度会使镀槽温度升高，镀层成长太快，会成为多孔质层（硬度测定值较低），镀层品质不佳。欲获得良好之镀层品质，必须降低电流密度，并以5℃的循环水冷却镀槽。
4. 除氢处理：
＊镀硬铬，应适时施予除氢处理，即以约180℃烘烤4小时以上，以免产生氢脆性而引起碎裂。
＊中碳钢、中碳低合金钢、中碳合金钢、高碳钢、或高碳合金钢等，只要能以淬火—回火或高周波表面硬化处理将表层淬硬之钢种均不施予镀硬铬。
5. 镀层厚度、硬度及性质：
＊镀硬铬层厚度以20～50μm 为宜，太薄不耐磨，太厚易剥落。
＊镀硬铬材质硬度号称HRC70。唯若形成多孔质，其硬度测定值可能会低达HRC60以下。
＊镀硬铬很耐磨，尤其是耐蚀性特佳；唯其与母材之结合力较差，热涨冷缩或母材太软等因素，可能会使镀层剥落。
模具材料热处理工艺
热处理----
我们用不同的加热--冷却的方法来改变钢的组织和性能的方法, 就叫钢的热处理.
钢材的种类
钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。钢是经济建设中极为重要的金属材料。 钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显着的提高，故应用日益广泛。
由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：
钢材的种类
一、 按用途分类
按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
结构钢：1、用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。
2、用作工程结构的钢。它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。
工具钢：用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。
特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。
二． 按化学成分分类
按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳 钢（含碳量≥0.6%）。
合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。
此外，还有按冶炼炉的种类，将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。按冶炼时脱氧程度，将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。
钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。
退火
目的:用来消除铸\锻\焊零件的内应力, 降低硬度, 以利切削加工, 细化晶粒, 改善组织, 增加韧性. 流程:
加热(650—700C)
保温1H/25mm
随炉冷却
一．退火的种类
1． 完全退火和等温退火
完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。
2． 球化退火
球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。
3． 去应力退火 (650—700C) 1H/25mm
去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。
淬火
目的:提高机件强度及耐磨性。但淬火后引起内应力，使钢变脆，所以淬火后必须回火。
流程:
预热(500-550C)+(750—800C)
奥氏体化温度(1000—1050C)
保温
急冷
二．淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。
回火
三．钢回火的目的
1． 降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。
2． 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。
3． 稳定工件尺寸
4． 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。
正火
目的:用于处理低碳钢、中碳钢结构及渗碳零件，细化晶粒，增加强度与韧性，减少内应力，改善切削性能
流程:
加热
保温
空气冷却
调质
目的:提高韧性及强度，重要的轮、轴及丝杆等零件 需调质
流程:
淬火
高温回火
感应加热淬火
目的:提高机件表面的硬度及耐磨性，而心部保持一定的韧性，使零件既耐磨又能承受冲击，常用来处理
轮。
流程:
用高频电流将零件表面加热
急速冷却
渗碳淬火
目的:提高机件表面的硬度及耐磨性、抗拉强度等适用于低碳、中碳（C 〈0.4%）结构钢的中小型零件 流程:
将零件在渗碳剂中加热，使碳渗入钢的表面后
再淬火回火
渗碳深度：0.5—2mm
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
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
渗氮
目的:提高机件的表面硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀能力。适合于合金钢、碳钢、铸铁件，如机床主轴、丝杆、重要液压组件中的零件
流程:
将零件放入氨气内加热，使氮原子渗入钢表面
渗氮层：0.025—0.8mm
渗氮时间：40—50H
碳氮共渗
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。
目的:提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性，用于要求硬度高、耐磨的中小型、薄后零件及刀具等 流程:
钢件在碳、氮中加热
使碳、氮原子同时渗入钢表面
碳氮层：0.2—0.5mm
渗碳处理的选材
（二）渗碳表面硬化处理：
1. 选材：低碳钢或低碳低合金钢
＊低碳钢：S09CK 、S15CK 、S20CK
＊合金钢：SCr415、420；SCM415、418、420、421、822；SNCM220、415、420、616、815
＊含碳量0.15％之钢种，渗碳—淬火后母材内部硬度在HRC30以下，韧性较佳，含强度稍低。
＊含碳量0.20％之钢则硬度在HRC30以上，强度较高而韧性稍差。两者必须视其用途而区分，切勿混用。
2. 加工程序：
＊粗加工→应力消除退火→精加工→渗碳→淬火→低温回火→精磨
3. 渗碳—淬火处理及回火处理：
＊渗碳后必须扩散处理，将最表层含碳量降至约0.8％，并将渗入之碳往内部扩散，以期缓和硬度分布曲线之陡度，增加有效硬化层厚度。渗碳，扩散后，宜降温至800～850℃出炉油淬至100～150℃（碳钢）或150～200℃（合金钢），然后空冷至50～60℃，适时送入回火炉（150～200℃）回火。
4. 渗碳处理时间、厚度及硬化层性质：
＊渗碳处理时间视所需有效硬化层度而定，通常处理1～10小时，有效厚度0.3㎜～㎜，最表层硬度均在HRC60以上（合金钢HRC61～62）。与渗氮处理比较，处理温度较高，且须淬冷，故变形量较大，表面硬度也较低，耐磨耗性，耐热性，耐蚀性及耐熔蚀性等均较差；但其处理时间短，有效硬化层叫厚，能承受较大之负载。
（三）渗氮（氮化）处理
1. 选材：中碳合金钢或高碳合金钢。
＊最常用之中碳合金钢为SACM645及SKD61，高碳合金钢则为SKD11、DC53、SKH51等。SCM440或SNCM439等中碳低合金钢也可以渗氮，但效果不佳。
＊碳钢除了离子渗氮，不能作渗碳处理。
2. 加工程序：
＊粗加工→应力消除退火→精加工→淬火→高温回火→精磨→渗氮处理→抛光
3. 淬火—高温回火（调质）：
＊渗氮处理件必须先施予调质（至该钢种合理之使用硬度），其回火温度必须高于渗氮处理温度。
＊SACM645：HRC32～35、SKD61：HRC45～49、SKD11：HRC56～58，DC53：HRC58～61、SKH51：HRC62～64。
4. 渗碳处理温度、时间、厚度及硬化层性质：
＊渗氮处理通常在500～600℃温度范围进行，但必须稍低于母材调质时之回火温度，以免变形量加大。常见之渗氮时间为40～100小时，可获有效硬化层厚度0.02～0.3㎜。
渗氮层之最表层为氮化物层，硬度高达HV1000以上，但厚度仅为.010㎜（10μm ）以下。最外层为ε—氮化铁Fe2-3N ，较硬且脆；次层为γ’—氮化铁Fe4N ，较软较韧。氮化物层之内部为扩散层，最高硬度达HRC60以上。
＊渗氮层之硬度高、耐磨耗性、耐蚀性、耐热性（500℃以上才分解）、耐熔蚀性等均优于渗碳处理层，处理温度较低且不需淬冷，故其变形量甚微；唯其处理时间较长，且有效硬化层厚度很薄，故不能承受较大之负载。
时效处理
目的:消除内应力，稳定机件形状和尺寸，常用于处理精密机件，如精密轴承、精密丝杆等
流程:
机件精加工前，加热到100—150。C 后
保温5---20H
空气冷却
发蓝发黑
目的:防腐蚀、美化，如用螺丝杆连接件
流程:
将零件置于氧化剂内加热氧化
使表面形成一层氧化铁保护膜
镀镍
目的:防腐蚀、美化验室
流程:
用电解方法，在钢件表面镀一层镍
镀铬
目的:提高表面硬度、耐磨性和耐蚀能力，也用于修复零件上磨损了的表面
流程:
用电解方法，在钢件表面镀一层铬
硬度
目的:检验材料经热处理后的力学性能---硬度HB 用于退火、正火、
流程:
机件精加工前，加热到100—150。C 后
保温5---20H
空气冷却
淬火的方法
（一）物理冶金法
1. 火焰淬火 2.高周波淬火
3. 电子束淬火 4.雷射淬火
（二）化学冶金法
1. 渗碳处理
2. 渗碳氮化处理
3. 渗氮碳化（软氮化）处理
4. 渗氮（氮化）处理
5. 离子渗氮处理
6. 渗硫、渗硼处理
7. 金属渗透处理（如渗铝、铬、钒等）
（三）被覆法
1. 硬质金属（如铬）
2. 被覆熔焊
3. 金属（陶瓷）熔射
4. 爆炸被覆
（四）机械冶金法
1. 珠击法
2. 冷轧法
二、选择表面硬化处理方法考虑因素：
（1）选用之钢类种类—低碳刚、中碳刚、合金钢、工（模）具钢
（2）用途及寿限—负载、耐蚀、耐热…等级使用寿限
（3）尺寸及形状—大、小、细长、实心、空心……
（4）数量—大量生产、少量生产、或量少而种类多
（5）加工程序—含前加工、前处理及后续加工等
（6）公安环保—工业安全、环保卫生等公害问题
（7）成本与交货期—省钱、省工
三、选材及问题探讨
（一）高洲波表面淬火硬化
1. 选材：
＊中碳刚、中碳低和金刚、铸钢、铸铁等均可施予高周波表面硬化处理。
2. 加工程序：
＊粗加工→应力消除退火→精加工→淬火→高温回火→粗磨→预热→高周波加热淬火→低温回火→精磨
3. 淬火—高温回火（俗称〝调质〞）：
＊常用钢种及其调质硬度
＊S45C ：HRC26±2,
SCM440：HRC28±2,
SNCM439：HRC30±2
＊母材硬度不宜太软—易产生硬化层剥裂。
＊母材硬度也不宜太软—易产生高周波加热破裂。
4. 预热：常用钢种之预热温度
＊S45C （低限碳当量） 免预热
＊S45C （高限碳当量或大型件） 100℃以上
＊SCM440 150℃以上
＊SNCN439 200℃以上
＊碳当量较高之刚种，预热温度需较高，但最高以350℃为限。
＊母材较硬（HRC30以上）者，必须充分预热。
＊若以加热线圈预热，宜分数次加热，且勿使其表面温度超出母材之回火温度（或应力消除退火温度）—否则可能产生变形。
3. 高周波处理：
＊工、模具钢铁淬火—回火后即可施予镀硬铬，但中碳钢或中碳低合金钢类则淬火—回火（高温）后，须在作高周波表面硬化处理提高处理件表层之硬度，始能镀硬铬。
4. 前处理：
＊镀硬铬前必须以酸洗清除处理件表面之油脂及污垢，酸洗必须以软水清洗，切勿残留碳酸钙等于处理件表面。不良之前处理，将引起镀层内部鼓泡现象。
5. 高周波频率：
＊是所需要有效硬化层厚度选择是当之频率。频率越高，硬化层越薄。
6. 高周波淬冷停止温度：
＊高周波淬火，需是母材钢种而在适当之温度停止淬冷，以免产生淬裂。
＊S45C ：约100℃，SCM440：约150℃，SNCM439：约200℃
7. 回火：
＊淬火后，必须适时（50～60℃）施予150～200℃之低温回火。
＊切勿放冷过度，以免产生延迟回火破裂。
＊也不宜太早（温度太高）回火，否则其表层硬度会较低。
8. 硬度测定：
＊表面硬化处理件，需剖切截面以微硬度计（MHV ）量测其表面硬度分布。若直接从外表用HRC 测定其硬度，那只能估计母材内部硬度及有效硬化层厚度，而不是该处理件之表面硬度。
9. 精磨：
＊高周波表面硬化处理件之表面硬度高达约HRC60（碳钢）或HRC60以上（合金钢），故研磨处理件表层时，进刀量每道以约.005㎜～010㎜为度，且必须充分冷却，并适时削锐砂轮面，以免产生研磨表面龟裂。
（四）镀硬铬处理
1. 选材：
＊中碳钢、中碳低合金钢、中碳合金钢、高碳钢、或高碳合金钢等，只要能以淬火—回火或高周波表面硬化处理将表层淬硬之钢种均不施予镀硬铬。
2. 加工程序：
＊粗加工→应力消除退火→精加工→淬火—回火 精磨→研磨→高周波处理 前处理→镀硬铬→除氢处理→抛光
3. 镀硬铬：
＊镀硬铬时之电流密度不宜过大。过大之电流密度会使镀槽温度升高，镀层成长太快，会成为多孔质层（硬度测定值较低），镀层品质不佳。欲获得良好之镀层品质，必须降低电流密度，并以5℃的循环水冷却镀槽。
4. 除氢处理：
＊镀硬铬，应适时施予除氢处理，即以约180℃烘烤4小时以上，以免产生氢脆性而引起碎裂。
＊中碳钢、中碳低合金钢、中碳合金钢、高碳钢、或高碳合金钢等，只要能以淬火—回火或高周波表面硬化处理将表层淬硬之钢种均不施予镀硬铬。
5. 镀层厚度、硬度及性质：
＊镀硬铬层厚度以20～50μm 为宜，太薄不耐磨，太厚易剥落。
＊镀硬铬材质硬度号称HRC70。唯若形成多孔质，其硬度测定值可能会低达HRC60以下。
＊镀硬铬很耐磨，尤其是耐蚀性特佳；唯其与母材之结合力较差，热涨冷缩或母材太软等因素，可能会使镀层剥落。