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1）滲碳鋼及其熱處理

①滲碳鋼的服役條件和性能要求

以齒輪為例分折滲碳鋼的工作條件及對使用性能的要求。齒輪工作時，受到幾種應力的作用：如從嚙合點到齒根的整個齒面上均承受脈動彎曲應力，齒面接觸傳遞動力而造成的接觸應力，兩齒面相對運動(包括滾動與滑動)產生的摩擦力等。在這些應力的作用下，齒輪的常見的失效方式是彎曲疲勞破壞如斷齒、齒面產生接觸疲勞破壞如麻點和硬化層剝落等。由于齒輪的服役條件很復雜，齒輪用鋼不但應有高的耐磨性、接觸疲勞強度、彎曲疲勞強度和屈服強度，而且還應有較高的塑性和韌性。

②滲碳鋼的成分特點

碳含量：滲碳件心部低碳含量(w(C)＝0.1％-0.25％)，這對保證零件心部有足夠塑、韌性。若碳含量過低，表面的滲碳層易于剝落；碳含量過高，則心部塑、韌性下降，表層的壓應力減少，從而降低彎曲疲勞強度。

合金化原則：主加Cr、Mn、Ni、Si、B等元素，提高心部淬透性和強化鐵素體，輔加W、Mo、V、Ti等元素，起到細化晶粒、進一步提高心部淬透性的作用。

③熱處理特點 

預先熱處理（滲碳前）一般是正火，其作用是提高硬度、改善切削加工性能，同時也使組織均勻、消除組織缺陷、細化晶粒。最終熱處理一般為滲碳后進行淬火及低溫回火，以獲得高硬度、高耐磨性的表層及強而韌的心部。

根據鋼化學成分的差異，常用的最終熱處理方式有三種

第一種是滲碳后經預冷、直接淬火并低溫回火(稱直接淬火法)，適用于合金元素含量較低又不易過熱的鋼，如20CrMnTi鋼等。

第二種是滲碳后先緩冷至室溫，然后重新加熱淬火并低溫回火(稱一次淬火法)，適用于滲碳時易過熱的碳鋼及低合金鋼，或固體滲碳后的零件等，如20、20Cr鋼等。

第三種是滲碳后緩冷至室溫、又重新加熱兩次淬火并低溫回火(稱二次淬火法)，適用本質粗晶粒鋼和對性能要求很高的重要合金鋼工件，但因生產周期長、成本高、工件易氧化脫碳和變形，目前生產上已很少采用。

經最終熱處理后的組織應為，表層由回火馬氏體加粒狀合金碳化物及少量殘余奧氏體組成，心部由低碳回火馬氏體及少量鐵素體(淬透時)或鐵素體加珠光體(未淬透時)組成。常用滲碳鋼熱處理后的力學性能見表8。

表8常用滲碳鋼熱處理后的力學性能

 

2）氮化鋼及其熱處理

氮化鋼多為碳含量偏低的中碳鉻鉬鋁鋼(如35CrMo、42CrMo、38CrMoAlA鋼等)。氮化鋼零件一般經過調質處理、切削加工、500—570℃氮化處理。

零件經滲氮處理后具有以下特點：

①由于存在表面化合物層，氮化后不需再進行任何其他熱處理，即可得到非常高的表面硬度，因而有高的耐磨性；

②有一定的耐熱性，在低于滲氮溫度下工作時可保持高硬度，改善抗腐蝕性能；

③可提高鋼件的疲勞強度，降低缺口的敏感性；

④由于氮化處理溫度較低，熱處理變形小，因此，特別適合于尺寸精度要求較高而最終熱處理要求變形小的機械零件(如機床絲桿、鏜桿，大馬力內燃機曲軸等)。

隨著滲氮新工藝的發展，如氮碳共滲、離子氮化等工藝的采用。滲氮工藝的適用范圍不斷擴大，可通過氮化處理工藝改善性能的鋼種逐漸增多。如中碳合金結構鋼、鉻鋼、鉻鉬鋼、鉻釩鋼、鎳鉻鉬鋼、鉻錳鈦鋼、鉻含量(質量分數)為5％的模具鋼H11和H13，鐵素體和馬氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼等。