鍛件表面淬火、滲碳、滲氮等熱處理是為了提高、強化鍛件表面的質(zhì)量，能夠具有更高的強度、硬度、耐磨性和疲勞極限。鍛件表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對其表面進行熱處理的工藝。通常使表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持足夠的塑性和韌性。生產(chǎn)上先選用一定成分的鋼，保證心部力學(xué)性能指標(biāo)滿足要求，然后應(yīng)用表面熱處理方法強化表面層，使之達(dá)到性能要求。許多機械零件在扭轉(zhuǎn)、彎曲等交變負(fù)荷、沖擊負(fù)荷作用下工作，其表面層承受著比心部高的應(yīng)力；在摩擦的場合，表面層還不斷被磨損。表面熱處理分為表面淬火和表面化學(xué)熱處理兩大類。
1.鍛件表面淬火
鍛件的表面淬火是將工件表面快速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，僅使表面層獲得淬火組織，而心部仍保持淬火前組織的熱處理方法。常用的有感應(yīng)加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火。表面淬火一般為中碳鋼和中碳合金鋼鍛件。
感應(yīng)加熱淬火是利用電磁感應(yīng)原理，通過交變電流在工件表面感應(yīng)出巨大渦流，使鍛件表面迅速被加熱，而心部幾乎不受熱。
感應(yīng)加熱表面淬火的特點：淬火后馬氏體晶粒細(xì)化，表層硬度比普通淬火高2-3HRC。表層存在很大的殘余壓應(yīng)力，有助于提高疲勞強度；不易產(chǎn)生變形和氧化脫碳；易于實現(xiàn)機械化與自動化，適合于批量生產(chǎn)。感應(yīng)加熱淬火后，為了減小淬火應(yīng)力和降低脆性，需進行170-200℃低溫回火。
火焰加熱表面淬火是利用氧乙炔氣燃燒的火焰（溫度高達(dá)3100-3200℃)將鍛件表面快速加熱到相變溫度以上，隨后淬火冷卻的工藝方法。
淬火后立即進行低溫回火，或利用鍛件內(nèi)部余熱自身回火。這種方法可獲得2?6 mm的淬透深度，設(shè)備簡單，成本低，適于單件或小批量生產(chǎn)。
2.鋼的化學(xué)熱處理
鍛件的化學(xué)熱處理是將鍛件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入到鋼的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。化學(xué)熱處理的主要特點是：表層不僅有組織的變化，而且有成分的變化，故性能改變的幅度大。其主要作用是強化和保護金屬表面。常用的化學(xué)熱處理方法是滲碳、滲氮和碳氮共滲。
（1）鍛件滲碳處理
將鍛件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原子滲人表層的化學(xué)熱處理工藝。目的是使低碳（Wc=0.10%-0.25%）鋼件表面得到高碳（Wc=1.0%-1.2%），經(jīng)適當(dāng)?shù)?a target="_self" title="熱處理爐">熱處理爐（淬火+低溫回火）后獲得表面高硬度、高耐磨性，而心部仍保持一定強度及較高的塑性、韌性。適用于同時受磨損和較大沖擊載荷的低碳、低碳合金鋼鍛件，如齒輪、活塞銷、套筒等。
目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。即將鍛件置于密閉的加熱爐中，可直接通入滲碳?xì)夥眨缑簹狻⒁夯蜌猓灰部傻稳胗袡C物，如煤油、甲醇等，在高溫下裂解為含碳?xì)夥铡：細(xì)夥赵阡摫砻姘l(fā)生氣相反應(yīng)，生成活性碳原子，被鋼表面吸收而溶入奧氏體中，并向內(nèi)部擴散而形成一定深度的滲碳層。
通常滲碳溫度為900-950℃,滲人速度為每小時0.2-0.3mm。控制保溫時間，即可控制所需的滲層深度。
氣體滲碳的優(yōu)點是生產(chǎn)率高，勞動條件好，滲碳過程容易控制，容易實現(xiàn)機械化、自動化， 適用于大批量生產(chǎn)。
（2）鍛件的滲氮
鋼的滲氮俗稱氮化，一般在Ac1溫度以下使活性氮原子滲入鍛件件表面，在鍛件表面獲得一定深度的富氮硬化層的熱處理工藝。目的是提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強度、熱硬性和耐蝕性等。適用于交變載荷下工作并要求耐磨的重要結(jié)構(gòu)零件，如高速傳動的精密齒輪、高速柴油機曲軸、高精度機床主軸及在高溫下工作的耐熱、耐蝕、耐磨零件如齒輪套、閥門、排氣閥等。
滲氮的特點：滲氮形成的氮化物硬度高，氮化物硬度可達(dá)950℃，1 200HV,相當(dāng)于65-72HRC;耐磨性好；熱硬性好，在600-650℃有較高熱硬性,氮化后無須淬火。氮化溫度低（500-600℃）,氮化過程中無組織轉(zhuǎn)變，變形小，組織穩(wěn)定。形成的氮化層有少量膨脹，表面形成壓應(yīng)力，可提高疲勞強度。氮化物連續(xù)致密，可提高耐蝕性。
常用的滲氮方法有氣體滲氮、離子滲氮、氦碳共滲（軟氮化）等，生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣體滲氮。
1）氣體氮化。在氣體介質(zhì)中進行滲氮的工藝。氮化用鋼需選用含有與氮親和力大的Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的合金鋼，如38CrMoAlA、350A1A、38CrMo等。氮化前需調(diào)質(zhì)預(yù)處理，目的是改善機加工性能并獲得均勻的回火索氏體組織，保證心部具有較高的強度和韌性。
氣體滲氮是在滲氮爐內(nèi)通入氨氣，加熱升溫至560-570℃以上，氨分解出活性氮原子，活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保溫過程中向里擴散，形成滲氮層。滲氮時間2-5h,可獲得厚度為0.4-0.6mm氮化層。
2)離子滲氮。在低于一個大氣壓的滲氮氣氛中，利用鍛件（陰極）和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電進行滲氮的工藝。離子滲氮相對于氣體滲氮速度快、周期短，38CrMoAlA要達(dá)到0.53-0.70mm深的滲層，僅需1.5-2.0h （氣體滲氮法5h）；滲層質(zhì)量高，明顯提高滲氮層的韌性和疲勞強度；工件變形小，適用于處理精密零件和復(fù)雜零件；材料的適應(yīng)性強，滲氮用鋼、碳鋼、合金鋼和鑄鐵都能進行離子滲氮，但專用滲氮鋼（如38CrMoAlA）效果較佳。缺點是投資高，溫度分布不均，測溫困難和操作要求嚴(yán)格等。
3）鋼的氮碳共滲。也稱氣體軟氮化，是在一定溫度（500-560℃）下，向鍛件表層滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學(xué)熱處理工藝。常以尿素分解為滲劑，加熱后分解出活性碳、氮原子，被鍛件表面吸收，經(jīng)擴散獲得滲層。其目的是提高鍛件表面硬度、耐磨性和疲勞強度。廣泛應(yīng)用于模具、高速鋼刀具、曲軸、齒輪、氣缸套等耐磨件的處理。
氮碳共滲的特點是滲層硬而不脆，具有高的耐磨性、抗咬合性、抗擦傷的能力；處理時間短，一般1?3h，滲后不再進行其他處理；且不受鋼種的限制。缺點是表層碳氮化合物層太薄，僅有0.01?0.02 mm，不宜用于重載條件下。
（3）碳氮共滲
碳氮共滲是一種改進型的氣體滲碳工藝，是在含有碳?xì)浠衔铩⒁谎趸肌睔獾臍夥罩校诟哂贏c1溫度的奧氏體狀態(tài)下，把碳和氮同時滲人鍛件表面增加其表面硬度的工藝。通常在840-870℃下進行，保溫4-6h可得0.5-0.8 mm滲層，但共滲層淺，一般用于輕載荷、高耐磨性的零件。