精密机械设计基础2-3.ppt

1、1一、钢的热处理一、钢的热处理 加热、保温、冷却加热、保温、冷却改变金属整体或表面改变金属整体或表面组织，获得所需性能。组织，获得所需性能。二、种类二、种类 1、普通（整体）热处理：、普通（整体）热处理：退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理和化学热处理：、表面热处理和化学热处理：感应加热、火焰加热、电接触加热、电感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗 3、其他热处理、其他热处理第四节第四节 钢的热处理钢的热处理2（1）退火）退火：加热、保温、随炉冷却：加热、保温、随炉冷却目的：目的：硬度、硬度、塑性、细化晶粒、消除内应

2、力塑性、细化晶粒、消除内应力 一般安排在锻造、铸造之后，粗切削加工之前，一般安排在锻造、铸造之后，粗切削加工之前，以消除前一工序产生的某些缺陷，为后续工序做好以消除前一工序产生的某些缺陷，为后续工序做好组织准备。组织准备。（2）正火）正火：加热、保温、空气冷却：加热、保温、空气冷却目的：同退火，较高的力学性能（强度和硬度目的：同退火，较高的力学性能（强度和硬度退火）退火）正火操作简便、生产周期短、效率高、成本低正火操作简便、生产周期短、效率高、成本低（相同性能要求优选正火）。（相同性能要求优选正火）。退火和正火为预备热处理，可以改善切削性能。对性能要退火和正火为预备热处理，可以改善切削性能。对

3、性能要求不高的普通结构钢零件，正火也可作为最终热处理。求不高的普通结构钢零件，正火也可作为最终热处理。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理3（3）淬火）淬火：加热，保温，水、油或盐水冷却：加热，保温，水、油或盐水冷却目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。但目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。淬火是强化钢的最重要的方法。重要的结构淬火是强化钢的最重要的方法。重要的结构件，特别是动载荷与摩擦力作用下的零件，以及件，特别是动载荷与摩擦力作用下的零件，以及各类工具都要进行淬火。各类工具都要进行淬火。方法方法 单介质淬火单

4、介质淬火 内应力大或淬透性差，操作简单，内应力大或淬透性差，操作简单，应用广泛，主要用于形状简单工件。应用广泛，主要用于形状简单工件。双介质淬火双介质淬火 相对较小的内应力和较高的淬透相对较小的内应力和较高的淬透性，操作复杂，主要用于中等复杂形状的高碳钢性，操作复杂，主要用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大尺寸的合金钢工件。工件和较大尺寸的合金钢工件。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理 4（4）回火）回火：零件淬火后，加热至临界温度之下，保温，以一定：零件淬火后，加热至临界温度之下，保温，以一定速度冷却。速度冷却。目的：消除内应力，稳定组织，调整性能，达到设计图纸要目的：消除内应力，稳定组织，调

5、整性能，达到设计图纸要求的硬度。求的硬度。(常是热处理的最后一道工序常是热处理的最后一道工序)回火工艺的种类：回火工艺的种类：低温回火低温回火（150150250250 C C）应力和脆性，应力和脆性，韧性和塑性韧性和塑性,保持保持高强度和耐磨性（高强度和耐磨性（585862HRC62HRC）；多用于工具、模具、轴承及）；多用于工具、模具、轴承及表面淬火件。表面淬火件。中温回火中温回火（350350500500 C C）应力和脆性，应力和脆性，韧性和塑性韧性和塑性,硬硬度度(353550HRC)50HRC)和耐磨性和耐磨性；多用于弹性元件。；多用于弹性元件。高温回火高温回火（500500650

6、650 C C）可完全消除淬火应力，具有良好的综可完全消除淬火应力，具有良好的综合力学性能，硬度一般（合力学性能，硬度一般（252535HRC35HRC）。）。调质处理调质处理=淬火高温回火淬火高温回火 重要的尤其受交变载荷的零件（轴、重要的尤其受交变载荷的零件（轴、连杆、齿轮等）的最终热处理，以及表面淬火件、某些精密连杆、齿轮等）的最终热处理，以及表面淬火件、某些精密零件和工具的预备热处理。零件和工具的预备热处理。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理5（5）表面热处理）表面热处理：仅对钢的表面进行加热和冷：仅对钢的表面进行加热和冷却而不改变其成分的热处理工艺。却而不改变其成分的热处理工艺。目的

7、：提高零件的表层的硬度和耐磨性。目的：提高零件的表层的硬度和耐磨性。（表面淬火）方式：（表面淬火）方式：感应加热感应加热：利用交流电的利用交流电的集肤效应集肤效应，对零件，对零件进行加热，并通过控制电流频率得到不同的进行加热，并通过控制电流频率得到不同的淬硬层深度。淬硬层深度。火焰加热火焰加热：利用火焰加热工件表面，然后立利用火焰加热工件表面，然后立即用水喷射冷却。调节烧嘴的位置和移动速即用水喷射冷却。调节烧嘴的位置和移动速度即可得到不同厚度的淬硬层。度即可得到不同厚度的淬硬层。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理6（6）化学热处理）化学热处理 将钢件置于一定温度的活性介质中保温，将钢件置于一定

8、温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表面，使一种或几种元素渗入其表面，改变其化学改变其化学成分和组织成分和组织，达到改进表面性能、满足技术，达到改进表面性能、满足技术要求的热处理过程。要求的热处理过程。目的目的：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性和疲劳强度等力学性能。氧化性和疲劳强度等力学性能。按表面渗入元素的不同，分为按表面渗入元素的不同，分为渗碳渗碳、氮化氮化、碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等种类。碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等种类。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理7表面淬火与化学热处理的比较表面淬火与化学热处理的比较第四节第四节 钢的热处理钢

9、的热处理处理方法处理方法表面淬火表面淬火渗碳渗碳渗氮渗氮处理过程处理过程表面加热淬火、表面加热淬火、低温回火低温回火渗碳、淬火、渗碳、淬火、低温回火低温回火调质、氮化调质、氮化生产周期生产周期很短，几秒至很短，几秒至几分钟几分钟长，长，39h很长，很长，3050h硬化层深度硬化层深度/mm0.570.520.30.5最高硬度（最高硬度（HRC）556158636570耐磨性耐磨性较好较好良好良好最好最好疲劳强度疲劳强度良好良好较好较好最好最好耐蚀性耐蚀性一般一般一般一般最好最好热处理后变形热处理后变形小小较大较大最小最小8FeFe3C相图相图9奥氏体连续冷却奥氏体连续冷却时的组织转变时的组织转

10、变冷却方法冷却方法 b/Mpa s/Mpa（%）（%）HBW或或HRC炉内缓冷炉内缓冷53028032.549.3160200空气冷却空气冷却670772034015184550170240水冷却水冷却10007207812145258HRC4545号钢加热到号钢加热到840840 C C，以不，以不同方法冷却后的力学性能同方法冷却后的力学性能10感应加热表面淬火零件的工艺路感应加热表面淬火零件的工艺路线一般为：线一般为：毛坯锻造（或轧材下料）毛坯锻造（或轧材下料）退退火或正火火或正火粗加工粗加工调质调质（获得较高的综合力学性能）（获得较高的综合力学性能）精加工精加工感应加热表面淬感应加热表面

11、淬火火低温回火（低温回火（淬火应淬火应力力）磨削加工。磨削加工。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理加热时间短，变形小，硬度高，脆性加热时间短，变形小，硬度高，脆性低，生产率高，易机械化、自动化，低，生产率高，易机械化、自动化，适宜大批量生产；但设备昂贵，且难适宜大批量生产；但设备昂贵，且难以处理复杂形状零件。以处理复杂形状零件。主要用于中碳钢和中碳主要用于中碳钢和中碳合金钢制造的零件（如合金钢制造的零件（如40MnB、40Cr、40、45等）。等）。11 同感应加热相比，火焰加热表面淬火设备简单，同感应加热相比，火焰加热表面淬火设备简单，成本低廉，但生产率低，质量难以保证（易过成本低廉，但生产

12、率低，质量难以保证（易过热）。主要用于单件或小批量生产的零件或大型热）。主要用于单件或小批量生产的零件或大型零件。零件。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理12气体渗碳法示意气体渗碳法示意渗碳渗碳零件的工艺路线一般为：零件的工艺路线一般为：毛坯锻造（或轧材下料）毛坯锻造（或轧材下料）正正火火粗加工、半精加工粗加工、半精加工渗渗碳碳淬火淬火低温回火低温回火精精加工（磨削加工）。加工（磨削加工）。适用：低碳钢、低碳合金钢，适用：低碳钢、低碳合金钢，如如1515、2020、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等。等。渗碳后的工件还需进行淬火和渗碳后的工件还需进行淬火和回火处理，保证表硬回

13、火处理，保证表硬（585864HRC64HRC）芯软。）芯软。13 目前广泛应用的是气体氮化，一般在目前广泛应用的是气体氮化，一般在500570 C以以下进行。结束后随炉降温至下进行。结束后随炉降温至200 C以下，停气出炉。以下，停气出炉。氮化温度较低，零件产生变形较小，疲劳强度高，氮化温度较低，零件产生变形较小，疲劳强度高，很好的耐蚀性，更高的硬度很好的耐蚀性，更高的硬度6872HRC和耐磨性、热和耐磨性、热硬性硬性。氮化后不需热处理。但氮化层薄而脆，不耐冲。氮化后不需热处理。但氮化层薄而脆，不耐冲击和振动，且过程工艺复杂，时间长，成本高。击和振动，且过程工艺复杂，时间长，成本高。一般用于耐磨性和精度都要求很高的精密零件，或一般用于耐磨性和精度都要求很高的精密零件，或要求耐热和抗腐蚀的耐磨件，如发动机气缸、排气阀、要求耐热和抗腐蚀的耐磨件，如发动机气缸、排气阀、内齿轮、精密丝杠、模具等。内齿轮、精密丝杠、模具等。渗氮零件的工艺路线一般为：渗氮零件的工艺路线一般为：毛坯锻造毛坯锻造退火退火粗加工粗加工调质调质精加精加工工去应力退火去应力退火粗磨粗磨镀锡（非渗氮面保镀锡（非渗氮面保护）护）渗氮渗氮精磨或研磨。精磨或研磨。第四节第四节 钢的热处理钢的热处理