钢的热处理课件.ppt

1、第三章第三章 钢的热处理钢的热处理主要内容：主要内容：1.热处理的基本概念及分类。热处理的基本概念及分类。2. 退火、正火、淬火、回火的原理、目的。退火、正火、淬火、回火的原理、目的。历史o 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而改变。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。o公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺得到迅速发展。中国河北省易县（燕下都）出土的战国时期的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。战国时期的钢剑

2、、戟 历史p 三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.150.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。p 1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时可转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳

3、相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。 第一节 概述主要内容 钢的热处理的概念、目的 热处理分类 实际临界温度曲线p 概念：钢在固态下，通过钢在固态下，通过加热、保温加热、保温并以一并以一定的速度定的速度冷却冷却到室温到室温 ，以改变钢的内部组织，以改变钢的内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。从而获得所需性能的一种工艺方法。1. 钢热处理钢热处理的的概念与目的p热处理的目的：通过改变组织达到改变性能的热处理的目的：通过改变组织达到改变性能的目的。目的。 p热处理的过程：钢的热处理要经过热处理的过程：钢的热处理要经过加热，保温，加热，保温，冷却冷却三个阶段，因此，三个阶段，因此，最高加

4、热温度，保温时最高加热温度，保温时间，冷却速度间，冷却速度就成为热处理工艺的三大要素。就成为热处理工艺的三大要素。三个要素：1. 加热到预定的温度（最高加热温度）2. 在预定的温度下适当保温（保温时间），保温的时间与工件的尺寸和性能有关；3. 以预定的冷却速度冷却（冷却速度）。冷却速度取决于所需的组织和性能。850温度空冷炉冷油冷时间(d,h，min)热处理工艺曲线的示意图热处理分类 根据热处理的目的和工艺方法的不同，热处理可分为三大类：o普通热处理：退火、正火、淬火、回火o表面热处理：表面淬火、化学热处理（渗碳、渗氮等）o其他热处理：形变热处理、超细化热处理、真空热处理、离子轰击热处理、激光

5、热处理、电子束热处理等常用的热处理工艺方法2. 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 钢在室温下的组织钢在室温下的组织（即奥氏体化前的组织为平衡组织的情况） ：p 对于亚共析钢 ： F+Po 共 析 钢 ： Po 过共析钢 ： P+ Fe3C加热目的：使钢发生同素异晶转变（使钢发生同素异晶转变（得到得到奥氏体奥氏体A，消除消除铁素体铁素体F）加热转变：室温组织加热转变：室温组织 A共析钢共析钢奥氏体奥氏体形成过程：形成过程：1、奥氏体的形核与长大；、奥氏体的形核与长大；2、Fe3C的溶解，的溶解，Fe、C原子的扩散；原子的扩散；3、奥氏体的均匀化。、奥氏体的均匀化。AAFe3CFA 核核6.69%

6、0.0218%影响影响 A 形成的因素形成的因素1、加热速度、温度的影响、加热速度、温度的影响。2、原始组织的影响。、原始组织的影响。3、化学成分的影响、化学成分的影响过热度与过冷度过热度与过冷度o 对于加热：非平衡条件下的相变温度高于平衡条件下的相变温度；o 对于冷却：非平衡条件下的相变温度低于平衡条件下的相变温度。o 这个温差叫滞后度： 加热转变 过热度 冷却转变 过冷度，o 加热与冷却速度越大，导致过热度与过冷度越大。此外，过热度与过冷度的增大会导致相变驱动力的增大，从而使相变容易发生。 实际相变温度与理论转变温度之间的关系 钢在加热和冷却时的相变临界点钢在加热和冷却时的相变临界点 实际

7、相变温度与理论转变温度之间的关系 平衡状态相变线：A1、A3、Acm 加热实际相变线：Ac1、Ac3、Accm 冷却实际相变线：Ar1、Ar3、Arcm共析钢加热转变（奥氏体形成）过程温度：温度： 室温室温 Ac1 F + Fe3C A结构结构： 体心 复杂 面心含碳量含碳量： 0.0218 6.69 0.77o 什么是过冷奥氏体高温时所形成的奥氏体冷却到A1点以下尚未发生转变的奥氏体 。A1保保 温温等温等温冷却冷却连续连续冷却冷却时间时间温度温度过冷奥氏体冷却方过冷奥氏体冷却方式式123. 3. 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 A1保保 温温等温冷却等温冷却连续冷却连续冷却时间时间温度温

8、度过冷奥氏体冷却方式过冷奥氏体冷却方式12冷却方式：冷却方式： a.a.等温冷却等温冷却 使加热到奥氏体的钢，先以较快的冷却速度冷至A1线以下某个温度（奥氏体尚未转变）；然后进行保温，使过冷奥氏体在等温状态下发生组织转变；转变完成后再冷却至室温。 b.b.连续冷却连续冷却 使加热到奥氏体的钢，在温度连续下降的过程中发生组织转变。冷却方式不同、冷却速度不同，组织转变的产物不同、钢的性能也不同。过冷奥氏体等温转变过冷奥氏体等温转变产物的开始与终止线产物的开始与终止线孕育期最短孕育期最短过冷奥氏体区过冷奥氏体区贝氏体转变贝氏体转变只有只有C扩散扩散B下下B上上B马氏体转变马氏体转变非扩散相变非扩散相

9、变M珠光体转变珠光体转变Fe、C扩散扩散0.4m0.2m0.40.2mPSTP0.5 1 10 102 103 104 105MsMf700600500400300200100 0-100时间时间(s)温度温度()Ar1过冷奥氏体等温转变过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能产物的组织与性能珠光体组织特征图珠光体组织特征图(a)珠光体片层的铁素体与渗碳体的混合物 (b) 索氏体片层间距较小的珠光体（也叫正火索氏体） (c)屈氏体上贝氏体与下贝氏体组织特征图上贝氏体与下贝氏体组织特征图上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体第二节第二节 退火与正火退火与正火o 退火（annealing）和正火（normal

10、izing）是生产上应用很广泛的预备热处理工艺，大部分钢制构建经退火和正火后，其力学性能和工艺性能都得到改善和调整。一、退火一、退火o 将钢加热到适当温度，保温一定时间，随后缓慢冷却（随炉冷却）以获得接近平衡状态组织的热处理工艺，称为退火。o 常用的退火工艺有完全退火、球化退火、去应力退火等。o 退火的主要目的在于调整和改善钢材的力学性能和工艺性能（降低硬度，改善切削加工性；细化晶粒，提高塑性和韧性；消除内应力、为最终热处理做好组织准备 ），减少钢材化学成分和组织的不均匀性（扩散退火）。 （1）完全退火）完全退火o 将将亚共析钢亚共析钢加热到加热到Ac3以上以上3050，保温一定时间后，随保温

11、一定时间后，随炉缓慢冷却到炉缓慢冷却到500以下，再出炉在空气以下，再出炉在空气中冷却到室温，最后中冷却到室温，最后得到平衡组织铁素体得到平衡组织铁素体和片状珠光体。和片状珠光体。3加热保温23500后空冷时间/h温度/Ac +(3050)停炉冷却完全退火工艺曲线15/h （ 16h）主要用于亚共析碳亚共析碳钢钢和合金钢合金钢的铸、锻、焊、轧制件，目的是细化晶粒，消除应力，降低硬度，改善切削加工性能。（2）球化退火）球化退火o 把过过共析钢共析钢加热到Ac1以上2030并保温后，以适当的方式冷却，使钢中的网状碳化物球化，这种热处理工艺称为球化退火。(从A中经共析反应析出的渗碳体以未溶渗碳体为晶

12、核，呈球状析出）o 主要用于过共析钢过共析钢及合金工具钢合金工具钢的退火。由于过共析钢中存在网状二次渗碳体，在切削加工时，对刀具磨损很大，使切削加工性能变坏，而球状珠光体硬度低，节省刀具。过共析钢热处理前的显微组织T10钢球化退火组织 ( 化染 ) 500 （3）去应力退火（低温退火）去应力退火（低温退火）o 去应力退火又称低温退火，其去应力退火又称低温退火，其工艺是将工件缓慢加热至工艺是将工件缓慢加热至500650（Ac1），保，保温一定时间后，随炉缓慢冷却温一定时间后，随炉缓慢冷却至至200，再出炉空冷。，再出炉空冷。 温度温度时间时间t t500500650650（Ac1Ac1） 200

13、200出炉空出炉空冷冷 p 其目的是消除铸件、锻其目的是消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件件、焊接件、冷冲压件以及机加工件的残余应以及机加工件的残余应力，防止产生变形。力，防止产生变形。（4）扩散退火（又称为均匀退火）扩散退火（又称为均匀退火） o 将工件加热到Ac3以上150-200（1050-1150 ），长时间保温（10-15h)后随炉缓冷。o 适用于合金钢大型铸、锻件，目的是消除其化学成分的偏析和组织的不均匀性。o 但扩散退火容易使钢的晶粒粗大，影响力学性能，因此一般扩散退火仍需进行完全退火和正火。完全退火完全退火球化退火球化退火扩散退火（均匀扩散退火（均匀化退火）化退火）去应力退火（低

14、去应力退火（低温退火）温退火）Ac3以上以上2030Ac1以上以上1020 略低于固相线略低于固相线Ac1以下，以下，500600 亚共析钢亚共析钢共析和共析和过共析钢过共析钢合金钢大型铸锻合金钢大型铸锻件件热加工、机加工热加工、机加工件件珠光体组织珠光体组织球化组织球化组织粗大组织粗大组织无组织变化无组织变化各种退火加热规范、适用钢种及最后组织各种退火加热规范、适用钢种及最后组织二、正火二、正火o将钢加热到将钢加热到Ac3或或Accm以上以上3050（奥氏体区），保（奥氏体区），保温后温后在空气中冷却在空气中冷却得到珠光体得到珠光体基体组织的热处理工艺，称正基体组织的热处理工艺，称正火。火。

15、o特点：特点：a)冷却速度比退火快，冷却速度比退火快，周期短、周期短、能耗少。能耗少。b)组织细小（细珠光体称索氏组织细小（细珠光体称索氏体），因而钢的力学性能有所体），因而钢的力学性能有所提高。提高。正火的主要目的:细化晶粒，提高强度，细化晶粒，提高强度，提高低碳钢和低合金钢硬提高低碳钢和低合金钢硬度度，改善切削加工性，改善切削加工性（避免（避免“粘刀粘刀”现象）现象） 。对过共析钢进行正火，可对过共析钢进行正火，可减少或消除网状碳化物减少或消除网状碳化物（二次渗碳体），为球化退火做准备；（二次渗碳体），为球化退火做准备；取代部分完全退火取代部分完全退火（正火操作简便，生产周期短，消耗少），

16、（正火操作简便，生产周期短，消耗少），对低对低碳钢、含碳较低的中碳钢可达到消除应力。碳钢、含碳较低的中碳钢可达到消除应力。可作为淬火前的预备热处理，也可用于普通零件的可作为淬火前的预备热处理，也可用于普通零件的最终热处理。最终热处理。退火与正火的比较退火与正火的比较o 各种退火和正火的加热温度各种退火和正火的加热温度范围范围不同（见图不同（见图) )，正火比正火比退火加热温度高。退火加热温度高。o 正火比退火冷却速度快。正火比退火冷却速度快。o 正火得到的索氏体组织比退正火得到的索氏体组织比退火得到的珠光体细，所以对火得到的珠光体细，所以对于同一种材料正火比退火具于同一种材料正火比退火具有较高

17、的力学性能。有较高的力学性能。正火比退火的生产周期短、生产率高、操作简单、正火比退火的生产周期短、生产率高、操作简单、经济性好。经济性好。退火强调软化，正火强调高效率退火强调软化，正火强调高效率 。第三节第三节 淬火与回火淬火与回火o 钢的淬火（quenching）与回火（tempering）是热处理工艺中最重要、用途最广泛的工序。通过淬火可以显著提高钢的强度和硬度，而通过回火可以消除淬火钢的残余内应力、稳定钢的组织，所以淬火和回火工艺是密不可分的。一、淬火一、淬火o 淬火是将钢加热到淬火是将钢加热到Ac3或或Ac1以上以上3050，保温后在淬火介质中保温后在淬火介质中快速冷却，以获得快速冷却

18、，以获得马马氏体组织氏体组织的热处理工的热处理工艺。艺。o 目的：为了提高钢的目的：为了提高钢的硬度和耐磨性硬度和耐磨性 。例：共析钢例：共析钢过冷奥氏体过冷奥氏体连续冷却连续冷却转变转变 p马氏体转变： A M - Fe - Fep马氏体组成：碳在- Fe中的过饱和固溶体p形态： 低碳 M（C1.0%) 片状 M冷却速度极快，则奥氏体仅能发生冷却速度极快，则奥氏体仅能发生同素异构转变，而不能析出碳原子同素异构转变，而不能析出碳原子（以（以Fe3C形式形式)。p硬度：主要取决于马氏体的含碳量（即母相奥氏体的含碳量） 低碳M（板条M）强而韧 高碳M（片状M）硬而脆p塑性和韧性： 低碳M 塑性、韧

19、性好 高碳M 塑性、韧性差。马氏体性能：低碳板条状马氏体组织金相图低碳板条状马氏体组织金相图高碳针片状马氏体组织金相图高碳针片状马氏体组织金相图关于加热温度o 亚共析钢亚共析钢必须加热到必须加热到Ac3以上，进行完全淬火。这以上，进行完全淬火。这是因为亚共析钢如果在是因为亚共析钢如果在Ac1 Ac3之间加热，淬火之间加热，淬火时必然有一部分铁素体保留在淬火组织中，粗大且时必然有一部分铁素体保留在淬火组织中，粗大且较软的铁素体块分布在强硬的马氏体基体上，严重较软的铁素体块分布在强硬的马氏体基体上，严重降低了钢的强度和韧性。降低了钢的强度和韧性。o 而而过共析钢过共析钢必须在必须在Ac1 Accm

20、之间加热，进行不完之间加热，进行不完全淬火，使淬火组织中保留一定数量的细小弥散的全淬火，使淬火组织中保留一定数量的细小弥散的碳化物颗粒，以提高耐磨性。当加热温度高于碳化物颗粒，以提高耐磨性。当加热温度高于Accm时，淬火会得到粗大马氏体和过量残余奥氏体，这时，淬火会得到粗大马氏体和过量残余奥氏体，这反而降低硬度和耐磨性，增大脆性和淬火应力，使反而降低硬度和耐磨性，增大脆性和淬火应力，使工件变形甚至开裂。工件变形甚至开裂。关于保温时间关于保温时间o 保温时间（包括零件的升温时间和保温时间）也保温时间（包括零件的升温时间和保温时间）也是影响淬火质量的因素之一。保温时间的确定受是影响淬火质量的因素之

21、一。保温时间的确定受到到加热速度、加热温度、钢材成分、零件形状和加热速度、加热温度、钢材成分、零件形状和尺寸、装炉方式尺寸、装炉方式的影响。在生产上有许多计算加的影响。在生产上有许多计算加热时间的方法，其中较常用的一种方法是热时间的方法，其中较常用的一种方法是当炉温当炉温到达淬火温度时，按工件单位有效厚度的保温时到达淬火温度时，按工件单位有效厚度的保温时间乘上工件的有效厚度来计算间乘上工件的有效厚度来计算。q 例如：在箱式炉中，单位有效厚度的保温时间：例如：在箱式炉中，单位有效厚度的保温时间：碳钢为碳钢为1-1.3 min/mm； 合金钢为合金钢为1.5-2 min/mm。关于淬火（冷却）介质

22、关于淬火（冷却）介质o 生产中常用的冷却介质分为是生产中常用的冷却介质分为是水、水、盐（碱）盐（碱）溶液溶液和和油油。 （1）水的冷却能力很大，但易使工件变形和开裂，主）水的冷却能力很大，但易使工件变形和开裂，主要用于奥氏体稳定性较差的碳钢。要用于奥氏体稳定性较差的碳钢。 （2）盐（碱）水的冷却能力比水强，淬火后的工件硬）盐（碱）水的冷却能力比水强，淬火后的工件硬度高而均匀、表面光洁，但极易使工件变形和开裂且度高而均匀、表面光洁，但极易使工件变形和开裂且锈蚀。常用于形状简单、硬度要求高、尺寸变形要求锈蚀。常用于形状简单、硬度要求高、尺寸变形要求不严的碳钢零件。不严的碳钢零件。 （3）油冷却速度

23、远小于水，有利于减少工件的变形与）油冷却速度远小于水，有利于减少工件的变形与开裂；但在开裂；但在650500冷却能力差，容易造成碳素冷却能力差，容易造成碳素钢中奥氏体分解而淬不透。所以，油类冷却介质主要钢中奥氏体分解而淬不透。所以，油类冷却介质主要应用于过冷奥氏体比较稳定的合金钢淬火。应用于过冷奥氏体比较稳定的合金钢淬火。 常用淬火介质冷却能力比较常用淬火介质冷却能力比较淬火冷却介质冷却能力（C /S）650500 C 300200 C水（18 C ）600270水（50 C ）100270WNaCl10%的盐水溶液（18 C ）1100300WNaOH10%的钠水溶液（18 C ）12003

24、00肥皂水30200矿物机油（10号机油）15030淬火冷却方法淬火冷却方法o 常用的淬火方法有常用的淬火方法有单介质淬火单介质淬火、双介质淬火双介质淬火、马氏体分级淬火马氏体分级淬火法法、贝氏体等温淬火法贝氏体等温淬火法、冷处冷处理理等。等。 马氏体分级淬火法是将奥氏马氏体分级淬火法是将奥氏体化的钢件先浸入温度在马体化的钢件先浸入温度在马氏体点附近的盐浴或碱浴中，氏体点附近的盐浴或碱浴中，待其表面与心部温差减小后待其表面与心部温差减小后再取出空冷。所以此方法特再取出空冷。所以此方法特别适用于形状复杂、尺寸比别适用于形状复杂、尺寸比较小的工件淬火。较小的工件淬火。淬火冷却方法淬火冷却方法 贝氏

25、体等温淬火法将奥氏体化的钢件浸入温度在贝氏体转变温度区间（260-400 ）的盐（碱）浴中等温保持，使奥氏体转变为下贝氏体，然后进行空冷。 冷处理是钢件淬火冷却到室温后，继续在0 以下的介质中冷却的热处理工艺。 二、回火二、回火o 淬火钢一般不能直接使用。钢的淬火组织是淬火马氏体和残余奥氏体，都是不稳定组织，而淬火马氏体又极脆，并存在很大的内应力，若不及时回火，会使工件发生变形甚至开裂。o 回火是将淬火钢重新加热到Ac1点以下某一温度，保温后再冷却至室温的热处理工艺。回火的目的回火的目的（1）消除或降低内应力，降低脆性，防止变形和开裂。（2）稳定组织，稳定尺寸和形状，保证零件使用精度和性能。（

26、3）通过不同的回火工艺，来调整零件的强度、 硬度，获得所需要的韧性和塑性。回火工艺及应用回火工艺及应用o根据回火温度的不同，回火方法主要有下列三种：根据回火温度的不同，回火方法主要有下列三种：1 1）低温回火低温回火（150150250250）：组织为回火马氏体，其）：组织为回火马氏体，其目的是降低淬火应力和脆性，保持高硬度（目的是降低淬火应力和脆性，保持高硬度（565664HRC64HRC）和高耐磨性。常用于处理各种工模具以及渗碳淬火或和高耐磨性。常用于处理各种工模具以及渗碳淬火或表面淬火的工件。表面淬火的工件。 回火马氏体是淬火马氏体内脱溶沉淀析出高度弥散的碳化物质点。此时，碳已碳已经部分

27、的从固溶体中析出并形经部分的从固溶体中析出并形成了过渡碳化物，其成了过渡碳化物，其固溶体固溶体仍有一定的碳的过饱和度，仍仍有一定的碳的过饱和度，仍是一种亚稳组织。是一种亚稳组织。回火马氏体仍保持针（条）状特征 。2 2）中温回火中温回火（350350500500）：组织为回火托（屈）氏）：组织为回火托（屈）氏体，硬度体，硬度353550HRC50HRC。中温回火的目的是具有较高的弹中温回火的目的是具有较高的弹性极限和屈服极限，并有一定的韧性和抗疲劳性，多性极限和屈服极限，并有一定的韧性和抗疲劳性，多用于各种弹簧和锻模等。用于各种弹簧和锻模等。 回火托氏体是铁素体与渗碳体的混合物，在铁素体基体中

28、弥散分布着微小颗粒状渗碳体。回火托氏体中的铁素体仍然基本保持原来针状马氏体的形态，渗碳体则呈细小的颗粒状。 回火托氏体具有很高的弹性极限，同时有一定的塑性。 回火工艺及应用回火工艺及应用3 3）高温回火高温回火（500500650650）：组织为回火索氏体，）：组织为回火索氏体，硬度硬度202035HRC35HRC。特点是在保持较高强度的同时，特点是在保持较高强度的同时，具有较好的塑性和韧性。（回火索氏体组织是具有较好的塑性和韧性。（回火索氏体组织是铁铁素体素体+ +细粒状渗碳体细粒状渗碳体的混合物的混合物 ）v 调质处理：调质处理：淬火加高温回火的热处理又称为淬火加高温回火的热处理又称为调质

29、调质处理处理，广泛用于处理各类重要零件，例如轴、齿，广泛用于处理各类重要零件，例如轴、齿轮、连杆、螺栓等。轮、连杆、螺栓等。n回火索氏体是在充分发达的等轴铁素体中弥散分布着已经聚集回火索氏体是在充分发达的等轴铁素体中弥散分布着已经聚集长大了的球状渗碳体。回火索氏体中的铁素体已不呈针状形态而长大了的球状渗碳体。回火索氏体中的铁素体已不呈针状形态而呈等轴状。呈等轴状。 n回火索氏体比正火索氏体组织具有适中的强度和优异的冲击韧回火索氏体比正火索氏体组织具有适中的强度和优异的冲击韧性，这就是为什么多数结构零件要进行调质处理（淬火性，这就是为什么多数结构零件要进行调质处理（淬火+ +高温回高温回火）的原

30、因。火）的原因。 第四节第四节 表面淬火和化学热处理o 在生产中，许多机械零件如轴、齿轮、凸轮等，要求表面有较高的耐磨性，而心部则要求有足够的塑性和韧性。o 表面淬火表面淬火就是通过快速将零件表面加热使钢表层奥氏体化，而心部未被加热，然后淬火冷却，使表层获得马氏体组织，而心部组织并未发生变化，达到“外硬内韧”状态。o 生产中应用最多的是感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。 感应加热表面淬火感应加热表面淬火o 将工件至于通过交变电流的线圈中，由于电磁感应和集肤效应，将钢件表层迅速加热至淬火温度，而心部电流几乎为零、温度变化很小，这时经喷水冷却，钢件表层快冷淬火，得到一定深度的马氏体层。感应加热表

31、面淬火感应加热表面淬火o 感应加热淬火的淬硬层深度与电流频率有关电流频率越高，淬火后工件淬硬层越薄。o 根据所用电流频率，感应加热分为三种：高频感应加热 常用频率200300kHz，脆硬层深度0.52.5 mm，适用于中小尺寸轴类零件及中小模数的齿轮等。中频感应加热 常用频率25008000Hz，脆硬层深度38mm，适用于较大尺寸的轴和大中模数的齿轮等。工频感应加热电流频率50kHz，脆硬层深度1020mm，适用于大直径轧辊、火车车轮等的表面淬火。火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火o 用乙炔氧火焰对工件表面进行快速加热，当达到淬火温度时立即喷水冷却，其淬硬层深度一般为26mm。 火焰表面淬火 p

32、优点：操作简单、不需要特殊设备、成本低、灵活性大，可适合各种生产场合。p缺点：加热温度不易控制，工件表面易过热，淬火质量不够稳定，对工人的技术水平要求较高。p适用：单件小批量生产以及大型零件（如大型轴类、大模数齿轮等）的表面淬火和需要局部淬火及外形复杂的零件。化学热处理化学热处理o 钢的化学热处理是将工件置于特定介质中加热和保温，使一种或几种元素渗入工件表面，以改变表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。o 化学热处理不仅可以使工件表面硬度、耐磨性提高，还可以使工件表面获得一些特殊性能，如耐蚀性等。o 化学热处理一般以渗入的元素来命名，如渗碳、氮化、碳氮共渗 。渗碳渗碳o 渗碳是为了增加钢件表

33、层的含碳量和使其具有渗碳是为了增加钢件表层的含碳量和使其具有一定的碳浓度，向低碳钢（一定的碳浓度，向低碳钢（0.10.25%C）或低合金钢的表层渗入碳原子的化学热处理工或低合金钢的表层渗入碳原子的化学热处理工艺。艺。o 渗碳处理广泛用于表层要求高硬度、高的耐磨渗碳处理广泛用于表层要求高硬度、高的耐磨性及疲劳强度，而心部要求一定强度和高韧性性及疲劳强度，而心部要求一定强度和高韧性的零件，如汽车主轴和变速齿轮等。的零件，如汽车主轴和变速齿轮等。o 渗碳后的工件表层为过共析钢组织，其硬度和渗碳后的工件表层为过共析钢组织，其硬度和耐磨性满足不了零件要求，必须进行耐磨性满足不了零件要求，必须进行淬火和低

34、淬火和低温回火处理。温回火处理。o 常用的渗碳方法是气体渗碳和固体渗碳。常用的渗碳方法是气体渗碳和固体渗碳。电阻丝工件炉体耐热罐煤油砂封废气火焰炉盖风扇电动机渗氮渗氮o 渗氮是向钢的表面层渗入氮原子以提高表层的硬渗氮是向钢的表面层渗入氮原子以提高表层的硬度、耐磨性、疲劳强度及耐蚀性的化学热处理工度、耐磨性、疲劳强度及耐蚀性的化学热处理工艺。艺。o 目前最广泛的渗氮工艺是气体渗氮。渗氮过程与目前最广泛的渗氮工艺是气体渗氮。渗氮过程与气体渗碳过程基本相同，但渗氮温度低，速度非气体渗碳过程基本相同，但渗氮温度低，速度非常缓慢。常缓慢。o 氮化后工件不需再进行其他处理。氮化后工件不需再进行其他处理。o

35、 氮化主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件，氮化主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件，如镗床主轴、精密传动齿轮等。由于氮化层很薄，如镗床主轴、精密传动齿轮等。由于氮化层很薄，一般不超过一般不超过0.600.70mm， 碳氮共渗碳氮共渗o 目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗应用较为广泛。o 中温气体碳氮共渗以渗碳为主，但比渗碳处理加热温度低、时间短、零件变形小、生产效率高。o 低温气体碳氮共渗是在500570的温度下，向钢的表面层同时渗入碳、氮原子的过程。共渗温度较低，是以渗氮为主的碳氮共渗过程，共渗层深度可达0.010.02mm。低温气体碳氮共渗低温气体碳氮共渗o 低温气体碳氮共渗的共渗

36、介质常用尿素，受热分解提供活性碳、氮原子，与气体氮化相比，其渗层硬度较低，脆性较小，故称为软氮化。达到提高耐磨性、疲劳强度和耐蚀性的目的。o 低温气体碳氮共渗和渗氮一样，不需要再进行其他处理，而且不受钢种限制。o 例如高速钢刀具经气体软氮化后，寿命可提高20%-200%。第五节第五节 热处理零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性o 零件应尽量避免尖角、棱角热处理零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性o 零件应尽量避免尖角、棱角热处理零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性零件截面厚度应力求均匀热处理零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性零件截面厚度应力求均匀热处理零件的结构工艺性热处理零件的结构

37、工艺性零件的形状应尽量对称和封闭热处理零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性零件的形状应尽量对称和封闭1.退火与正火的比较。退火与正火的比较。2.生产中常用的冷却介质分为是生产中常用的冷却介质分为是水、溶液和油？水、溶液和油？3.常用的淬火方法有常用的淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、单介质淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火法、贝氏体等温淬火法、冷处马氏体分级淬火法、贝氏体等温淬火法、冷处理理等？等？4.淬火后获得组织是淬火后获得组织是马氏体和珠光体马氏体和珠光体组织吗？组织吗？5.感应加热淬火所用的电流频率越高，淬火后工感应加热淬火所用的电流频率越高，淬火后工件淬硬层越薄？件淬硬层越薄？6.为

38、什么淬火后的工件要经过热处理？为什么淬火后的工件要经过热处理？习习 题题7.根据回火温度的不同，回火方法主要有几根据回火温度的不同，回火方法主要有几种？种？8.回火是将淬火钢重新加热到回火是将淬火钢重新加热到Ac1点以下某点以下某一温度，保温后再冷却至室温的热处理工一温度，保温后再冷却至室温的热处理工艺？艺？9.把淬火和高温回火相结合的热处理又称为把淬火和高温回火相结合的热处理又称为调质处理？调质处理？第四章第四章 工业用钢工业用钢o 教学目的：教学目的： 1 1、 了解钢的分类方法、了解钢的分类方法、编号及用途编号及用途 学会选择材料学会选择材料 2 2、 了解了解杂质元素对钢性能的影响杂质

39、元素对钢性能的影响o 钢是含碳量小于钢是含碳量小于2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。o 钢的种类繁多。钢的种类繁多。一、钢的分类一、钢的分类按按化学成分化学成分分类：碳素钢分类：碳素钢（以铁、碳为主要合金元素） 合金钢合金钢（除铁碳外还人为加入其它元素）按按用途用途分类：分类： 结构钢结构钢 工具钢工具钢 特殊钢特殊钢按按质量质量分类：分类： 普通钢普通钢（P 0.045%，S 0.050%） 优质钢优质钢（P、S均 0.035%） 高级优质钢高级优质钢（P 0.035%，S 0.030%） 按含碳量分类：低碳钢按含碳量分类：低碳钢 中碳钢中碳钢 高碳钢高碳钢杂质对钢性能的影响杂质对钢性能的影

40、响 o 钢中基本元素为：Fe 、C；o 杂质元素主要有：Si、Mn、S、P。1. Si、Mno 是炼钢时用硅铁、锰铁脱氧后残留在钢中的杂质元素。o 在碳钢中wsi0.37% wMn=0.25%-0.8%对力学性能影响不大。但作为合金元素，可提高钢的力学性能。 Si（1）可清除钢中的FeO，脱氧能力比Mn强。 它与钢液中的FeO能结成密度较小的硅酸盐以炉渣的形式被除去。从而消除FeO对钢的不良影响（2）硅能溶入铁素体中，使铁素体强化，从而提高钢的强度和硬度，但降低塑性和韧性。当含硅量不多时，其对钢的性能影响不大。（3）总起来说，硅也是一种有益的元素。作为杂质其含量应小于0.4%。Mn（1）可清除

41、钢中的FeO，改善钢的品质。 锰从FeO中夺取氧形成MnO进入炉渣，从而把钢中的FeO还原成铁，改善钢的质量 。（2）减轻硫的有害作用，降低钢的脆性，改善钢的热加工性能。（MnS在高温时有一定塑性，切削加工中MnS能起断屑作用，因此改善了钢的切削加工性，这类钢称作易切削钢)（3）在室温下锰能大部分溶入铁素体中形成含锰铁素体的置换固溶体，使铁素体强化，提高钢的强度和硬度。 （4）锰在碳钢中的质量分数一般为0.25%0.80%，最高可达1.2%。总起来说，锰是一种有益的元素。p S是在炼钢时由矿石和燃料带入钢中的 热脆 ，是有害元素。p P是由矿石带入钢中的冷脆，是有害元素。p 因此衡量钢质量的主

42、要指标为钢中的S、 P含量。S一般控制在0.065%以下,P一般控制在0.045%以下。2. S、 PSo 硫可与铁生成FeS， FeS与Fe能形成低熔点（985）的共晶体，且分布在晶界上。当钢材在10001200 进行热压力加工时，由于共晶体熔化，从而导致热加工时开裂。这种金属在高温时出现脆裂的现象，称为“热脆”。Po 磷在钢中能全部溶于铁素体中，提高铁素体的强度和硬度。但在室温下却使钢的塑性和韧性急剧下降（Fe3P而使钢的脆性增加 ），产生低温脆性，这种现象称为冷脆。o 磷的有害作用在一定条件下可以转化，例如钢中加入适量的磷还可以提高钢材的耐大气腐蚀性能。o 在炮弹用钢中加入较多磷，可增大

43、钢的脆性，使炮弹在爆炸时碎片增多，从而增加了杀伤力。P二、碳素钢二、碳素钢o 碳素钢是含碳量在1.5%以下，并含有硅、锰、硫、磷等杂质的金属材料。 按含碳的质量分数分类 低碳钢 0.0218%wc 0.25% ； 中碳钢 0.25%wc 0.60%； 高碳钢 0.60%wc1.3%。 按照钢的用途和质量可分为：碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢。 第3.1讲 热处理的概念与加热相变主要内容：主要内容：1.1.热处理的基本概念。热处理的基本概念。2.2.钢加热过程的组织转变。钢加热过程的组织转变。p 什么是热处理？ 金属材料在固态下加热到预定的温度、保温预定的时间、然后以预定的方式（速度）冷

44、却下来的一种工艺方法。加热保温冷却温度时间临界温度热处理工艺曲线1.1.热处理的概念热处理的概念p为什么要热处理（目的）？ 通过加热、保温、冷却，改变材料的组织结构，达到改善其性能的目的。 45钢热处理前后的性能钢热处理前后的性能状态状态b/MPax100 k(Jcm-2)HBS热轧热轧6001640220正火正火700-80015-2050-80160-220淬火淬火750-8502-0.25 80-120300-400p如何热处理？有哪些关键要素？ 热处理的过程包括加热，保温，冷却三个阶段。因此，加热温度、保温时间、冷却速度就成为热处理工艺的三大要素。2、热处理的基本原理1）铁碳合金相图u

45、铁碳合金相图反映了在平衡条件下，铁碳合金的成分、组织和温度之间的关系及变化规律。u这种随温度变化而发生相变的规律是热处理的理论基础。理论相变线与实际相变线平衡状态相变线：A1、A3、Acm加热实际相变线：Ac1、Ac3、Accm冷却实际相变线：Ar1、Ar3、Arcm钢在加热和冷却时的相变 2 2）钢加热时的组织转变）钢加热时的组织转变 晶体结构的转变如下：钢加热目的？ 使钢发生组织变化（得到奥氏体A，消除铁素体F）体心立方加 热面心立方共析钢共析钢加热后得到的组织加热后得到的组织：温度： 室温 Ac1 以上组织： P A结构： 体心立方 面心立方亚共析钢亚共析钢加热后得到的组织？加热后得到的

46、组织？温度： 室温 Ac3 以上组织： P + F A结构： 体心立方 面心立方温度： 室温 ACCM 以上组织： P + Fe3C A结构： 体心立方+复杂斜方 面心立方过共析钢过共析钢加热后得到的组织？加热后得到的组织？例，共析钢：例，共析钢：珠光体珠光体转变成转变成奥氏体奥氏体的过程的过程例，共析钢：例，共析钢：P（F+Fe3C）形成形成A过程过程奥氏体形核 （在 F / Fe3C相界面上形核） A 形核A长大 奥氏体晶核长大 （F A晶格重构，Fe3C 溶解，C A中扩散）A 成分均匀化p 奥氏体均匀化残余Fe3C溶解p 残余Fe3C溶解谢 谢 ！复习题1、什么是钢的热处理？ 答：钢在

47、固态下加热到一定的温度、保温一段时间、然后以适当的速度冷却至室温，以改变内部组织，从而得到所需性能的一种工艺方法复习题2、共析钢加热到Ac1以上得到的组织是什么？ 答：奥氏体第3.2讲 C曲线与冷却相变主要内容：主要内容：1.1.C曲线的含义。曲线的含义。2.2.钢冷却后的组织转变产物与性能。钢冷却后的组织转变产物与性能。1 1、钢冷却后的组织转变、钢冷却后的组织转变u冷却的目的：使加热后所形成的A，转变成所需要的晶体组织，得到所需的材料性能。A的转变产物珠光体P索氏体S托氏体（屈氏体）T马氏体M贝氏体B不同的冷却方式和冷却速度，得到不同的产物。u冷却方式： 等温（转变）冷却和连续（转变）冷却

48、。等温冷却：温度时间特点：转变产物的组织性能均匀，研究领域应用广。快冷等温转变冷却连续冷却：温度时间u冷却方式： 等温（转变）冷却和连续（转变）冷却。特点：转变产物为粗细不匀甚至类型不同的混合组织，实际生产中广泛采用。冷却过程中发生组织转变u冷却速度： 多种冷却速度。 不同的冷却速度，得到不同的转变产物（组织）和性能，因而，对应不同的热处理工艺。2 2、 C曲线曲线什么是什么是C 曲线？曲线？ 表示表示过冷奥氏体过冷奥氏体在在不同的过冷度不同的过冷度下下，等温转等温转变变的的转变开始时间、转变终了时间、转变转变开始时间、转变终了时间、转变产物产物类类型型相互之间关系的一组曲线相互之间关系的一组

49、曲线。形状像形状像“C”。（见下图）（见下图）u“过冷奥氏体”的概念 在临界点以下存在的奥氏体，称为过冷奥氏体。01时 间 /sT/M +AA1100200300400500600700800-100100101010102345AMsMf过冷冷A过冷冷AAMA 下BAS转 变 开 始转 变 结 束A 上BATAPM下B上BTSP525HRC2535HRC3540HRC4050HRC5060HRC6065HRC线线、区的意义、区的意义线线：纵坐标为温度，横坐标为时纵坐标为温度，横坐标为时间，临界点间，临界点A A1 1线线，转变，转变开始线，开始线，转变终了转变终了线，线，M MS S线，线，

50、M Mf f线。线。区：区：稳定稳定A A区（区（A A1 1以上），以上），过冷过冷A A区，区，过冷过冷A A等温转变区（等温转变区（APAP、ABAB），），转变产物区（转变产物区（P P、B B），）， M M形成区（形成区（AMAM）、）、转变转变产物产物区区M M。 孕育孕育期最短的部位，即转变期最短的部位，即转变开始线的突出部分，称为鼻子。开始线的突出部分，称为鼻子。 三种转变类型三种转变类型： 高温转变高温转变： A1 -550 过冷过冷A 珠光体珠光体型型组织组织P 中温转变中温转变： 550-MS 过冷过冷A 贝氏体型贝氏体型组织组织B 低温转变低温转变：（连续冷却）：（连