气体与金属的化学反应
一．气体与钢铁的化学反应 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．各种气体对金属的作用
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．各类气氛对电阻元件的影响 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
1. 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.
2. 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。
钢的化学热处理--氧氮共渗
当钢在渗氮的同时通入一些含氧的介质，即可实现其氧氮共渗处理。处理以后的工件兼有蒸汽处理我渗氮处理的共同优点。
1．氧氮共渗的特点：氧氮共渗后渗层可分三个区，表面氧化膜，次表层氧化区和渗氮(nitriding)。表面氧化膜与次表层氧化区厚度相近，一般为2-4μm.氧氮共渗后形成多孔Fe3O4层具有良好的减摩擦性能、散热性能及抗粘着性能。
2．氧氮共渗介质：氧氮共渗时一般用得较多的是不同浓度的氨水。氮原子向内扩散形成渗氮层，水分解形成氧原子向内扩散形成氧化层并在工件表面形成黑色氧化膜。
3．氧氮共渗的主要用途： 氧氮共渗主要用于高速钢刀具的表面处理。共渗时的温度一般为540-590℃，时间通常为1-2小时。氨水浓度以25%-30%为宜。排气升温时通氨量应大些，以利于迅速排空炉内空气。共渗期间通氨量应适中，降温及扩散时应减少氨的滴入量。热处理炉可采用有1Cr18Ni9Ti不锈钢制成炉罐的井式氮化炉代用。炉罐应保护密封性（最好采用真空水冷橡胶密封）。炉顶应有一台密封循环风扇。炉内保持300-1000Pa的正压.
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。
加热缺陷及控制
一、过热现象
我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。
1. 一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。 2. 断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶界面，而冷却时这些夹杂物又会沿晶界面析出，受冲击时易沿粗大奧氏体晶界断裂。
3. 粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。 二、过烧现象
加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。 三、脱碳和氧化
钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。 加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。
为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性） 四、氢脆现象
高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。当然，实际工作中有人利用此现象来为人服务（如合金的粉碎处理等）.
黄铜的热处理
普通黄铜是铜-锌合金，按其组织可分简单黄铜（也称а黄铜），ω(Cu)为100%-62.4%，和两相黄铜（а+β黄铜），ω(Cu)为56.5%-62.4%。Zn在Cu中的固溶度随湿度降低而增大，故无热处理强化效果。经常采用退火处理来改判黄铜的冷加工性能。黄铜关成品退火后的力学性能及冷变形性能主要取决于晶粒尺寸大小。黄铜冷加工中间退火温度如下表：
材料牌号 H96 H90、HS700-1 H80 H68 H62、H59 HFe59-1-1 HMn58-2 HSn70-1 HSn62-1 HPb63-3 HPb59-1 厚度(δ)>5mm 560-600 650-720 650-700 580-650 650-700 600-650 600-660 600-650 600-650 600-650 600-650 厚度(δ)=1-5mm 540-580 620-780 580-650 540-600 600-660 520-620 580-640 560-620 550-630 540-620 580-630 厚度(δ)=0.5-1mm 500-540 560-620 540-600 500-560 520-600 450-550 550-600 470-560 520-580 520-600 550-600 厚度(δ)<0.5mm 450-550 450-560 500-560 440-500 460-530 420-480 500-550 450-500 500-550 480-540 480-550 部分形变铝合金的淬火和时效温度的确定
淬 火 合金牌号 半成品 最低温度 ℃ LY12 LY16 LY17 LY2 LD2 LD5, LD6 LD7 LD8 LD9 LD10 LC4 时效 最佳温度 过烧危险温时效温度 时效时间 ℃? 度℃ 505 545 - 512 596 545 545 545 - 515 525 ℃ /H 板材, 挤压件 485 ~ 490 495 ~ 503 各类 各类 各类 各类 各类 各类 各类 挤压件 各类 包铝板 不包铝板 型材? 520 ~ 525 530 ~ 542 515 490 510 500 520 510 510 490 450 520 ~ 530 495 ~ 508 525 ± 5 515 ± 5 535 ±5 525 ~ 535 510 ~ 530 500 ± 5 455 ~ 480 185 ~ 195 6 ~ 12 160 ~ 175 10 ~ 16 200 ~ 220 8 ~ 12 180 ~ 195 12 ~ 16 165 ~ 175 10 ~ 16 150 ~ 165 6 ~ 15 150 ~ 165 6 ~ 15 180 ~ 195 8 ~ 12 165 ~ 180 8 ~ 14 135 ~ 150 175 ~ 185 120 ~ 125 135 ~ 145 120 ± 5 2 ~ 4 5 ~ 8 24 16 3 LC6 模锻件 450 挤压件 LC9 模锻件 450 455 ~ 473 160 ± 3 100 ± 5 155 ~ 160 145 ± 5 140 ± 5 3 5 8 ~ 9 16 16 6 ~ 8 6 ~ 10 455 ~ 480 520 ~ 530 110 ± 5 117 ± 5
常用淬火介质一般技术要求
淬火介質 一般技术要求 应用范围 碳素结构钢 水 清洁、流动（或循环、搅拌） 水温20-40℃ 碳素工具钢 合金结构钢 铝合金 钛合金 按要求选择浓度 常用浓度（质量分数）（5%-15%） 无机物水溶液 水及水溶液 高浓度（质量分散）（≥20%，饱合浓度） 液温 20-45℃ 循环或搅拌 pH值6.5-8.5 碳素结构钢 按专用产品技术条件及要求选择浓度 低浓度、中等浓度、高浓度（因介质而异） 有机物水溶液 液温20-50℃ 搅拌或热循环 pH值6.5-8.5（或按专门规定） 合金结构钢 轴承钢 弹簧钢 碳素工具钢 合金工具钢 铝合金 按GB443技术条件 全损耗系统用油 常规油温20-80℃ 热油油温＞100℃ 循环或搅拌 淬火油 专用淬火油 碳素工具钢（横截面≤6mm) 合金结构钢 碳素结构钢 合金结构 碳素工具钢 合金工具钢 按工艺要求选择不同淬火油（快速、光亮、等温、轴承钢 真空等淬火油） 弹簧钢 技术条件按专用油品规定 高速钢 油温应低于闪点80-100℃ 搅拌或热循环 使用温度允许波动范围±20℃ 按要求浴温选择配方 ω(C)≥ 0.45%碳素结构钢 碳素工具钢 合金结构钢 合金工具钢 高速钢 热浴 盐浴 硝盐浴氯离子≤0.3%（质量分散） 硫酸根≤0.5% pH值6.5-8.5（质量分散）