为什么淬火会有残余奥氏体

龙泉剑的秘密

据中央电视台科教频道报道：龙泉剑采用古法“百炼”工艺锻造，硬可毫不费力地将叠在一起的六个铜板劈成两片，而剑刃不卷。韧可弯曲120°后不断裂变形。甚至可将一把薄型宝剑卷成一个圆圈，束在腰中，解开后，宝剑却挺直如故。

一般来说，硬度大的材料，其塑性、韧性相对较差，龙泉剑为什么会将“强、韧、硬、弹”这些看似相互矛盾的特性集于一身？

钢的热处理是将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。钢的热处理不仅可以改善钢的加工工艺性能，而且能提高钢的使用性能，节约成本，延长工件的使用寿命。

热处理工艺过程可分为加热、保温和冷却三个阶段。在工艺文件中，一般用热处理工艺曲线来表示，如图1－21所示。

图1－21 热处理工艺曲线

根据热处理的目的、加热和冷却方式的不同，热处理方法很多，常用的热处理方法可按表1－4进行分类。

表1－4 热处理的分类

1.3.1 钢在加热和冷却时的组织转变

大多数工件的热处理首先是加热到临界点以上某一温度区间，使其全部或部分得到均匀的奥氏体组织，然后按适当方法冷却，获得所需要的组织结构。金属或合金在加热或冷却时发生相变时的温度称为相变点或临界点。为方便起见，常把PSK、GS、ES线分别称为A1、A3、Acm线，而该线上每一点，则相应用A1点、A3点、Acm点表示。Fe－Fe3C相图的临界点A1、A3、Acm是碳钢在极缓慢加热或冷却情况下测定的，但在实际生产中，加热和冷却往往不可能如此缓慢，这样，钢的相变过程就不可能正好在平衡临界点进行。而是在平衡线附近进行，加热转变在平衡临界点以上，而冷却转变在平衡临界点以下。升高和降低的幅度，随加热和冷却速度的增加而增加。通常把实际加热时的临界点标为Ac1、Ac3、Accm。冷却时的临界点标为Ar1、Ar3、Arcm，如图1－22所示。

图1－22 钢加热和冷却时，Fe－Fe3C相图上各临界点的实际位置示意图

1.钢在加热时的组织转变

共析钢在室温下的组织是珠光体，珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。钢在加热到Ac1点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加热到Ac3和Accm以上时，便全部转变为奥氏体。热处理加热最主要的目的就是为了得到奥氏体。因此这种加热转变过程称为钢的奥氏体化。

奥氏体的形成是通过形核和长大来实现的，它可分为四个步骤：奥氏体晶核形成（形核）→晶核长大→残余渗碳体的溶解→奥氏体化学成分的均匀化，如图1－23所示为共析钢奥氏体形成过程示意图。

图1－23 共析钢奥氏体形成过程示意图

观察Fe－Fe3C相图不难看出，亚共析钢需要加热到Ac3以上，并保温适当时间，才能得到成分均匀的奥氏体；过共析钢需要加热到Accm以上才能得到成分均匀的奥氏体。

奥氏体晶粒的大小对随后冷却时的转变及转变产物的性能有重要的影响。在珠光体刚转变为奥氏体时，由于大量的晶核造就了细小的奥氏体晶粒。随着加热温度的升高和保温时间的延长，奥氏体晶粒就会自发长大。奥氏体晶粒越粗大，冷却转变产物的组织越粗大，冷却后钢的力学性能就越差。特别是冲击韧度明显降低，所以在淬火加热时，总是希望得到细小的奥氏体晶粒。因此，奥氏体晶粒的大小是评定加热质量的指标之一。要使钢在加热时得到细小的奥氏体晶粒，生产中常采取以下措施。

1）合理选择加热温度和保温时间

晶粒长大是由于原子扩散而形成的，加热温度越高，扩散速度越快；保温时间越长，晶粒长得越粗大。因而通常利用快速加热、短时保温来获得细小的奥氏体晶粒。

2）选用含有合金元素的钢

大多数合金元素（如Cr、W、Mo、V、Ti）在钢中可以形成难溶于奥氏体的碳化物，并分布在晶粒边界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。

2.钢在冷却时的组织转变

1）两种热处理的冷却方式

冷却过程是热处理的关键工序，冷却方式和冷却速度对奥氏体的组织转变有直接关系。实际生产中采用的冷却方式主要有连续冷却（如炉冷、空冷、水冷等）和等温冷却（如等温淬火），如图1－24所示。

图1－24 两种冷却方式示意图

连续冷却就是使加热到奥氏体化的钢，在温度连续下降的过程中发生组织转变。如一般热处理在水或油中冷却即属于连续冷却。

等温冷却是指将奥氏体化的钢件迅速冷至Ar1以下某一温度并保温，使其在该温度下发生组织转变，然后再冷却到室温，例如等温退火、等温淬火就属于等温冷却。

2）过冷奥氏体的等温冷却转变

所谓过冷奥氏体，是指在相变温度A1以下未发生转变而处于不稳定状态的奥氏体。过冷奥氏体总是要自发地转变为稳定的新相。通过实验，可以测定在不同的过冷度下反映过冷奥氏体转变产物与时间的关系曲线（称之为过冷奥氏体等温转变曲线）。由于曲线的形状像字母C，故又称为C曲线。图1－25所示为共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线。

图1－25 共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线

（S—索氏体；T—屈氏体。S、T均为珠光体型组织）

分析共析钢的C曲线可看出如下规律。

①在A1线以上，奥氏体处于稳定状态。

②在A1线以下，过冷奥氏体在各个温度下的等温转变并非瞬时进行，而是经过一个所谓的“孕育期”（转变开始线与纵轴之间的距离），在550℃左右的“鼻尖”处孕育期最短，此处奥氏体最不稳定，转变最快。

③共析碳钢过冷奥氏体在Ar1线以下不同的温度处发生三种不同的转变，即高温珠光体转变、中温贝氏体转变和低温马氏体转变。

3）过冷奥氏体的连续冷却转变

在实际生产中，过冷奥氏体大多是在连续冷却中转变的。如钢退火时的炉冷、正火时的空冷、淬火时的水冷等。因此，研究过冷奥氏体在连续冷却时的组织转变规律有重要的意义。图1－26所示是通过实验方法测定的共析碳钢的连续冷却转变曲线（也称CCT曲线）。由图可见，珠光体转变区由三条线构成：Ps、Pf线分别表示A→P转变的开始线和终了线；K线为A→P终止线。当实际冷却速度小于vc时，只发生珠光体转变；当大于vc时，则只发生马氏体转变。冷却速度介于两者之间时，奥氏体的一部转变为珠光体，与K线相交，转变中止，过冷奥氏体即停止向珠光体转变，剩余部分一直冷却到MS线以下发生马氏体转变。过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到奥氏体区的最小冷却速度，称为马氏体临界冷却速度（又称上临界冷却速度），用vc表示。vc越小，钢在淬火时越容易形成马氏体组织。v′c为下临界冷却速度，是保证奥氏体全部转变为珠光体的最大冷却速度。v′c越小，则退火所需时间越长。

图1－26 共析碳钢连续冷却转变曲线

过共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢相比基本相似。而亚共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢却有较大区别，它除了多出一条先共析铁素体析出线以外，还出现了贝氏体转变区。因此，亚共析碳钢在连续冷却后，可以出现由更多产物组成的混合组织。

4）马氏体转变

马氏体是在低温下（Ms到Mf范围内）转变的。马氏体转变属于无扩散型转变，转变前后没有碳浓度的变化。马氏体转变速度极快，瞬间完成。但一般不能进行完全，总有一小部分奥氏体未能转变而残留下来。残余奥氏体的存在，不仅降低淬火钢的硬度和耐磨性，制成工件后，在长期使用过程中，残余奥氏体会继续转变为马氏体，使工件尺寸发生变化。为减少残余奥氏体量，生产上对一些精度要求较高的工件常采用冷处理，将淬火钢件降到低于0℃某一温度。

1.3.2 钢的整体热处理

1.退火和正火

退火和正火通常安排在铸造、锻造和焊接之后或粗加工之前，以消除前一工序所造成的某些组织缺陷及内应力，为随后的切削加工、热处理作好组织上的准备。退火和正火通常作为钢的预备热处理工序，但对一些要求不高的工件，退火和正火也可作为最终热处理工序。

1）钢的退火

退火是将工件加热到适当温度，保温一定时间，随后缓慢冷却（如随炉冷却），以获得所需要的组织的热处理工艺。

退火的目的和作用：一是适当降低钢材硬度，提高塑性，方便切削加工；二是降低残余应力，防止材料变形、开裂；三是细化组织、均匀化学成分，提高力学性能，并为最终热处理作好组织准备。生产中常用的退火方法有完全退火、球化退火和去应力退火、扩散退火、再结晶退火等。

（1）完全退火 完全退火是把钢加热到完全奥氏体化，保温后随之缓慢冷却，以获得接近平衡组织的退火工艺。完全退火后得到的常温组织为铁素体和珠光体。常用于亚共析钢的铸件、锻件、焊件等。过共析钢不宜采用完全退火。

（2）球化退火 球化退火使工件中碳化物球状化，所得到的室温组织为铁素体基体上均匀分布着球状或粒状渗碳体（球状珠光体组织）。其目的是改善切削性能，为淬火作好组织准备。适用于碳含量（质量分数）大于0.8％的碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。

（3）去应力退火 去应力退火时不改变钢的内部组织，主要用于消除或降低钢件在切削、铸造、热处理、焊接等过程中产生的残余应力，稳定工件尺寸。

2）钢的正火

将工件加热到Ac3（或Accm）以上30～50℃，保温适当时间后，在空气中冷却的热处理工艺，称为正火。

正火的冷却速度比退火冷却速度快，所以能获得较细的组织和较高的力学性能，而且生产周期比退火短。低碳钢可通过正火处理提高强度和硬度，改善切削加工性能；中碳钢进行正火处理可直接用于对性能要求不高的零件的最终热处理或代替完全退火；对于碳含量（质量分数）大于0.8％的钢，可用正火来消除二次网状渗碳体。

2.钢的淬火和回火

淬火和回火通常称为最终热处理。重要的机械零件通常都要经过淬火和回火热处理，以提高零件的性能，充分发挥钢的潜力。

1）钢的淬火

将钢件加热到Ac1（或Ac3）以上30～50℃，保温一定的时间，然后以大于临界冷却速度vc的冷却速度冷却，以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺，称为淬火。其主要目的是为了获得马氏体，提高钢的硬度和耐磨性，是强化钢材最重要的工艺方法。

淬火质量取决于加热温度、保温时间和冷却速度（通常称为淬火三要素）。

（1）淬火加热温度 不同钢种淬火加热温度可由Fe－Fe3C得出，为防止奥氏体晶粒粗化，淬火加热温度一般只允许比临界温度高30～50℃，其经验公式如下：

亚共析钢 T＝Ac3＋（30～50℃）

共析、过共析钢 T＝Ac1＋（30～50℃）

（2）淬火冷却介质 为了获得马氏体组织，工件在淬火介质中的冷却速度必须大于其临界冷却速度。但冷却速度过大，会增大工件淬火内应力，引起工件变形甚至开裂。

淬火介质的冷却能力决定了工件淬火的冷却速度。为减小淬火内应力，防止工件淬火变形甚至开裂，在保证获得马氏体的前提下，应选用冷却能力弱的淬火介质。常用的冷却介质有水、油、盐浴和空气。

（3）冷却方法

①单介质淬火 将已奥氏体化的工件放在一种冷却介质中冷却。适用于形状简单的钢件。如碳素钢常用的冷却介质是水溶液，而合金钢常用油作为冷却介质。

②双介质淬火 将工件奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质中，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中的一种淬火方法，如先水后油的淬火方法。适用于中等复杂程度的高碳钢和较大尺寸的合金钢工件。

③马氏体分级淬火 工件奥氏体化后浸入温度在Ms点附近的盐浴或碱液中，保持适当时间，在工件整体达到冷却介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火方法。适用于尺寸较小、形状复杂工件的淬火。

④贝氏体等温淬火 工件奥氏体化后快冷到贝氏体转变温度区间，等温保持一段时间，使奥氏体转变为贝氏体。贝氏体等温淬火后淬火应力与变形小，工件具有较高的韧度、塑性和耐磨性，可以用来处理各种中、高碳钢和合金钢制造的小型复杂工件。

（4）钢的淬硬性与淬透性 钢的淬硬性是钢在理想条件下淬火硬化所能达到的最高硬度。淬硬性主要取决于马氏体的含碳量，马氏体中碳含量越高，淬火后得到的马氏体中的碳的过饱和程度就越大，马氏体的晶格畸变越严重，钢的淬硬性越大。

钢的淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。工程上规定淬透层的深度是从表面至半马氏体层的深度。由表面至半马氏体层的深度越大，则钢的淬透性越高。淬透性是合理选用钢材及制定热处理工艺的重要依据之一。

需要说明的是，淬火后硬度高的钢，不一定淬透性就高；淬火后硬度低的钢，不一定淬透性就低。

（5）淬火缺陷及处理方法 淬火缺陷及补救方法如表1－5所示。

表1－5 淬火缺陷及处理方法

2）钢的回火

钢件淬硬后，再加热到Ac1点以下某一温度，保温一定时间后冷却到室温的热处理工艺，称为回火。工件淬火后通常获得马氏体加残余奥氏体组织，这种组织不稳定，存在很大的内应力，必须回火。回火不仅能消除应力，稳定工件尺寸，而且能获得良好的性能组合。

随着回火温度的升高，淬火组织将发生一系列变化：

马氏体分解（≤200℃）→残余奥氏体分解（200～300℃）→碳化物转变（250～400℃）→碳化物聚集长大与铁素体的再结晶（＞400℃）。

在500～600℃时，回火后组织为铁素体基体上分布着粒状碳化物，称之为回火索氏体。回火索氏体具有良好的综合力学性能。此阶段内应力和晶格畸变完全消除。

一般淬火件（除等温淬火）必须经过回火才能使用，根据不同的回火温度，分为低温回火、中温回火和高温回火三种，见表1－6。

表1－6 三种不同的回火方法

注：通常将钢件淬火加高温回火的复合热处理工艺称为调质。

3.冷处理和时效处理

1）冷处理

高碳钢及一些合金钢淬火后，组织中有大量的残余奥氏体，影响零件的尺寸稳定性、硬度和耐磨性。要使残余奥氏体继续转变为马氏体，必须将钢冷却到0℃以下（－70～－80℃），这种方法称为冷处理。冷处理实际上是淬火的继续，一般用于要求尺寸稳定性很高的精密零件，如量具、枪杆、精密轴承和丝杠等。

2）时效处理

金属材料经冷、热加工或热处理后，在室温下放置一段时间或适当加热，会发生材料力学性能随时间变化的现象，称为时效。在室温下进行的时效叫自然时效，它不消耗能源，不需设备，但周期长，一般需要放置几十天甚至一两年。在加热（100～200℃）条件下进行的时效处理称为人工时效，人工时效时间短（几至几十小时），但需要加热设备。第三种时效处理方式是振动时效，振动时效采用给工件施加一定频率的振动的方法使其内应力得以释放，从而达到时效的目的。

时效处理可以消除工件的部分内应力，稳定工件尺寸。一些铸件、锻件、焊件或精密量具和轴承等要求高硬度的零件常采用时效处理。

1.3.3 钢的表面热处理

1.钢的表面淬火

表面淬火是一种改变金属表层组织而不改变表层化学成分的局部热处理方法。它是利用快速加热使钢件表层迅速达到淬火温度，不等热量传到心部就立即淬火冷却，从而使表层获得马氏体组织，心部仍为原来的组织，使表面获得高硬度、高耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性。常用的有感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火两种。

1）感应加热表面淬火

感应加热表面淬火，是利用电磁感应、集肤效应、涡流和电阻热等原理，使工件表层快速加热，并快速冷却的热处理工艺。将工件置于通有交流电流的感应线圈内，在交变磁场的作用下，工作内部产生感应电流。由于集肤效应和涡流的作用，工件表层的高密度交流产生的电阻热，迅速加热工件表层，很快达到淬火温度，随即喷水冷却，工件表层即被淬硬，如图1－27所示。交变频率越高，则加热层越薄，因此可选用不同频率来达到不同要求的淬硬层深度。根据所用电流频率不同，感应加热电流频率可分为高频（50～300k Hz）、中频（1 000～10 000Hz）和工频（50Hz）。

图1－27 感应加热表面淬火原理示意图

1—工件；2—加热感应圈；3—淬火喷水套；4—加热淬火层；5—间隙

感应加热表面淬火的主要优点是：加热速度快，生产效率高，淬火后晶粒细小，力学性能好，不易产生变形及氧化脱碳。常用于中碳钢和中碳低合金钢制造的中小型工件的成批生产。

2）火焰加热表面淬火

火焰加热表面淬火是利用乙炔－氧气或其他可燃气体火焰（约3 000℃以上），将工件表面迅速加热到淬火温度，然后立即喷水冷却的热处理工艺，如图1－28所示。

图1－28 火焰加热表面淬火示意图

1—加热层；2—烧嘴；3—喷水器；4—淬硬层；5—工件

火焰加热表面淬火的淬硬层深度一般为2～6mm。它具有设备简单、淬火速度快、变形小等优点，适用于单件或小批生产的大型零件和需要局部淬火的工件，如大型轴、齿轮、轨道和车轮等。火焰加热生产效率低，稍不注意，工件表面容易过热，质量控制较困难，因而应用上有一定的局限性。

2.钢的化学热处理

化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。常用的化学热处理有渗碳、渗氮和碳氮共渗、渗铝、渗铬等。以下主要介绍前三种化学热处理工艺。

1）钢的渗碳

为了增加钢件表层的碳含量和一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入钢件表层的化学热处理工艺称为渗碳。渗碳的主要目的是提高钢件表层的碳含量和一定的碳浓度梯度，然后经淬火和低温回火，使工件的表面层获得高硬度、高耐磨性；而心部的含碳量低，具有良好的塑性和韧性。

进行渗碳热处理的钢常为低碳钢或低碳合金钢，主要牌号有15、20、20Cr、20Cr Mn Ti等。渗碳热处理时的加热温度为900～950℃，保温时间越长，则渗碳层厚度越厚。渗碳后钢件表面层的碳含量（质量分数）可达0.8％～1.0％，故经淬火后表面硬度可达60HRC以上。

根据渗剂的不同，渗碳方法可分为固体渗碳、气体渗碳和液体渗碳三种。气体渗碳的生产率较高，渗碳过程容易控制，渗碳层质量较好，易实现自动化生产，应用最为广泛。图1－29为气体渗碳法示意图。

渗碳热处理适用于表面要求高硬度、高耐磨性，而心部要求高韧度的零件。如表面易磨损、承受较大冲击载荷的齿轮轴、齿轮、活塞销、凸轮等。

图1－29 气体渗碳法示意图

1—渗碳工件；2—耐热罐；3—加热组件；4—风扇；5—液体渗碳剂；6—废气；7—砂封

2）钢的渗氮

在一定温度下（一般在钢的临界点温度以下）使活性氮原子渗入钢件表面的化学热处理工艺称为渗氮。其目的在于提高工件的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、耐蚀性及热硬性。

渗氮处理有气体渗氮、离子渗氮等工艺方法，其中气体渗氮应用最广。

与渗碳相比，渗氮温度大大低于渗碳温度，工件变形小，渗氮层的硬度、耐磨性、疲劳强度、耐蚀性及热硬性均高于渗碳层。但渗氮层比渗碳层薄且脆，渗氮处理时间比渗碳长得多，生产效率低。渗氮处理常用于受冲击力不大的耐磨件，如精密机床主轴、镗床镗杆、精密丝杠、排气阀、高速精密齿轮等。

3）碳氮共渗

碳氮共渗是在一定温度下同时将碳、氮渗入工件表层奥氏体中并以渗碳为主的化学热处理工艺。在生产中主要采用气体碳氮共渗。

碳氮共渗后，进行淬火加低温回火。共渗淬火后，得到含氮马氏体，耐磨性比渗碳更好。共渗层比渗碳层有较高的压应力，因而有更高的疲劳强度，耐蚀性也较好。

碳氮共渗工艺与渗碳工艺相比，具有时间短，生产效率高，表面硬度高、变形小等优点，但共渗层较薄，主要用于形状复杂，要求变形小的小型耐磨零件。

1.3.4 钢的热处理新工艺简介

随着科学技术的不断发展，出现了许多新的热处理工艺。以下简要介绍可控气氛热处理、强韧化处理、形变热处理、真空热处理和激光热处理等。

1.可控气氛热处理

顾名思义，在可控制炉气成分浓度的热处理炉中进行的热处理称为可控气氛热处理。其显著特点是能有效控制表面碳浓度，防止工件在加热时的氧化和脱碳。炉气可分为渗碳性、还原性和中性气氛等。

2.强韧化热处理

同时改善钢件强度和韧度的热处理，称为强韧化热处理。常见的强韧化热处理方法如下。

（1）通过提高淬火加热温度、快速短时低温加热淬火等方法，以获得板条马氏体。

（2）进行超细化处理。将钢在一定的温度条件下，通过数次快速加热和冷却等方法以获得极细密的组织，从而达到强韧化的目的。进行多次加热冷却的原因是每次加热和冷却都能细化组织。碳化物越细、裂纹源就越少。组织越细密，裂纹扩展通过晶界的阻碍越大，故能使金属材料强韧化。

（3）调整热处理工艺，使淬火马氏体组织中同时存在一定数量的铁素体或下贝氏体（或残余奥氏体）。这类组织往往硬度稍低，但能大大提高韧度。它主要用于结构钢及其零件。

3.形变热处理

将变形强化和热处理强化结合起来的热处理工艺称为形变热处理。该方法能够较大程度地提高金属材料的综合力学性能，成为目前强化金属材料的先进技术之一。

1）高温形变热处理

在奥氏体区进行锻造或轧压，随后立即淬火，以保留变形强化效果。这种工艺称为高温形变热处理。这种处理方法能提高结构钢的塑性和韧性，显著减少回火脆性，一般碳钢、低合金钢均可采用这种热处理。

2）中温形变热处理

在亚稳定的奥氏体状态下进行塑性变形，随后快速冷却的操作称为中温形变热处理。这种方法有着更为显著的强化效果，可应用于结构钢、弹簧钢、轴承钢和工具钢等。

形变热处理的主要缺点是难以适用于制造形状复杂的零件，经形变热处理后的工件将给焊接和切削加工带来一定困难。

4.真空热处理

真空热处理是将工件置于1.33～0.013 3Pa的真空度下的介质中所进行的热处理工艺，包括真空退火、真空淬火和真空化学热处理等。真空热处理在工艺过程中不发生氧化、脱碳，表面光洁；加热升温平缓，工件温差小，变形小；有利于排除有害气体，减少了氢脆等危害，提高韧度；污染小，劳动环境好。但真空热处理设备复杂、成本高，维护调试要求高。大多应用于工具、模具、精密零件以及一些特殊要求的工件热处理。

5.激光热处理

激光热处理是利用高能量密度的激光束扫描照射工件表面，以极快的加热速度迅速加热至相变温度以上，停止照射后，依靠工件自身传导散热迅速冷却表层而进行“自行淬火”，使工件表面强化。激光热处理不受钢材种类限制，淬火质量高，基体性能不变，有很好的发展前景。

6.离子注入

离子注入是将被注入元素的原子进行电离，经高压电场加速成几万甚至几百万电子伏特能量的载能束，射入工件表面并停留在表层晶体内的工艺方法。

与其他表面处理方法相比，离子注入技术有以下特点：离子注入是一个非平衡过程，可将任何材料注入到任何基体材料中；注入层与基体间没有界面，系冶金结合，结合强度高，附着性好；高能离子强行射入工件表面，使表面强化，疲劳强度提高；离子注入在真空和较低温度下进行，工件不产生氧化脱碳现象，不存在变形问题。

离子注入可用于半导体材料的掺杂，也可用于模具、刀具、轴承和人工关节的表面处理。

1.3.5 热处理的工艺性

1.热处理时机的确定

退火、正火、调质等预备热处理一般安排在毛坯生产之后，切削加工之前；或粗加工之后，精加工之前。正火和退火的作用是消除热加工毛坯的内应力、细化晶粒、调整组织、改善切削加工性。调质的作用是提高零件综合性能，为最终热处理作组织上的准备，对一些要求不高的零件，调质也可作为最终热处理工序。

最终热处理包括各种淬火＋回火及化学热处理。一般安排在半精加工之后，磨削加工之前。处理后零件硬度很高，除可以磨削外，一般不能进行其他切削加工。

2.热处理工艺对零件结构的要求

工件结构不合理会给热处理操作带来不便。如图1－30（a）所示零件截面厚薄悬殊，淬火时易开裂、变形，应改为图1－30（b）；图1－30（c）所示镗杆（截面图）要求渗氮后变形极小，原设计为一侧开槽，热处理后变形超差，改为图1－30（d）两侧开槽的对称结构后达到要求；图1－30（e）热处理时易产生应力集中，应改为1－30 （f）所示的圆弧过渡；为避免图1－30（g）所示T形工件热处理后的变形，可采用图1－30（h）所示的组合结构。

图1－30 热处理对零件结构的要求