钢的热处理及表面处理课件.ppt

1、工程材料及成型技术工程材料及成型技术机械学院机械学院第第3章章 钢的热处理及表面处理钢的热处理及表面处理材料成型系材料成型系第三章第三章 钢的热处理及表面处理钢的热处理及表面处理改性处理改性处理热处理热处理表面处理表面处理普通热处理普通热处理退火、正火、回火、淬火退火、正火、回火、淬火渗碳、渗氮渗碳、渗氮碳氮共渗碳氮共渗渗金属渗金属特殊热处理特殊热处理表面淬火表面淬火感应淬火感应淬火高、中、工频淬火高、中、工频淬火火焰淬火火焰淬火激光淬火激光淬火氧乙炔、氧煤气焰氧乙炔、氧煤气焰化学热处理化学热处理表面热处理表面热处理形变热处理形变热处理真空热处理真空热处理可控气氛热处理可控气氛热处理表面强化表

2、面强化表面防护表面防护热喷涂热喷涂气相沉积气相沉积高能束强化高能束强化发蓝（高温碱性和酸性、常温发蓝）发蓝（高温碱性和酸性、常温发蓝）磷化（高温、中温低温和常温磷化）磷化（高温、中温低温和常温磷化）电镀（镀锌、镀铬等）电镀（镀锌、镀铬等）化学镀化学镀着色装饰着色装饰第一节第一节 钢的热处理原理钢的热处理原理普通热处理（普通热处理（退火、正火、淬火和回火退火、正火、淬火和回火）表面热处理（表面热处理（表面淬火表面淬火和和化学热处理化学热处理）。）。加热、加热、保温保温和冷却和冷却改变改变组织组织(材料整体或表面材料整体或表面)获得获得性能性能的一种热加工工艺。的一种热加工工艺。固态金属或合金固态

3、金属或合金在一定介质中在一定介质中 热处理热处理一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变加热时加热时，实际转变温度往往要，实际转变温度往往要偏离平衡的临界温度偏离平衡的临界温度，A AC1C1、A AC3C3、A ACmCm等等冷却时冷却时,如如A Ar1r1、A Ar3r3、A Armrm等等 （一）奥氏体的形成过程（一）奥氏体的形成过程 钢在加热时奥氏体的形成过程又称为钢在加热时奥氏体的形成过程又称为奥氏体化奥氏体化。有形核、长大和均匀化等过程有形核、长大和均匀化等过程以共析钢的奥氏体形成过程为例以共析钢的奥氏体形成过程为例1、奥氏体的形核奥氏体的形核2、奥氏体晶核的奥氏体晶核的长

4、大长大3、残留渗碳体的溶解残留渗碳体的溶解4、奥氏体成分奥氏体成分均匀化均匀化奥氏体的形成奥氏体的形成FFe3C未溶未溶Fe3CA残留残留Fe3CAAAA 形核形核A 长大长大残留残留Fe3C溶解溶解A 均匀化均匀化奥氏体长大示意奥氏体长大示意图图过共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：AAFPFACAC31ACFeACFePcmACAC 331亚共析钢的加热过程：亚共析钢的加热过程：（二）奥氏体晶粒大小及其控制（二）奥氏体晶粒大小及其控制 1.1.晶粒大小的表示方法晶粒大小的表示方法标准金相图片（标准评级图）评定晶粒大小的级别标准金相图片（标准评级图）评定晶粒大小的级别.分为分为8 8级，级

5、，1 1级最粗，级最粗，8 8级最细。级最细。1 14 4级为粗晶粒度，级为粗晶粒度，5 58 8级为细晶粒度。级为细晶粒度。2.2.奥氏体晶粒度的概念奥氏体晶粒度的概念实际晶粒度实际晶粒度:实际条件得到的晶粒大小实际条件得到的晶粒大小本质晶粒度本质晶粒度:用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为。用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为。标准试验方法标准试验方法:加热加热到到9309301010，保温保温3 38h8h后测定奥氏体晶粒大小，后测定奥氏体晶粒大小，在在1 14 4级，级，本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢；在；在5 58 8级，级，本质细晶粒钢。本质细晶粒钢。3.奥氏体晶粒大小对钢的力学性能

6、的影响奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响1).奥氏体晶粒均匀细小奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力热处理后钢的力 学性能提高。学性能提高。2).粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起 工件产生较大的变形甚至开裂。工件产生较大的变形甚至开裂。4.4.奥氏体晶粒大小的控制奥氏体晶粒大小的控制 加热速度加热速度越快越快d d细小细小过热度越大过热度越大钢的化学成分钢的化学成分 无残无残CmCm奥氏体中含碳量的增加奥氏体中含碳量的增加 晶粒长大倾向增大晶粒长大倾向增大TiTi、ZrZr、V V、NbNb、AlAl等等碳化物和氮化物碳化物和氮化物阻碍晶界的迁移阻碍晶界的迁移 本

7、质细晶粒钢本质细晶粒钢MnMn和和P P促进奥氏体晶粒长大促进奥氏体晶粒长大加热温度与保温时间加热温度与保温时间 T T越高越高，t t越长越长，d d粗大粗大，原子扩散原子扩散(一一)钢在热处理时的冷却方式钢在热处理时的冷却方式 热热加加保温保温时间温度临界温度临界温度连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却 二、钢在冷却时的组织转变二、钢在冷却时的组织转变1 1、过冷奥氏体的高温转变（珠光体转变）、过冷奥氏体的高温转变（珠光体转变）Fe、C原子扩散原子扩散-扩散型转变扩散型转变A A1 1550550等温冷却等温冷却加加热热保温保温时间温度A1550AP 1）珠光体的组织形态）珠光体的组织形态(二

8、二)钢在连续冷却时的组织转变钢在连续冷却时的组织转变按片间距的大小可将其分为三类：按片间距的大小可将其分为三类：600600550550片层极细的，片层极细的，托氏体（屈氏体），托氏体（屈氏体），“T”T”。650650600 600 片层较细的，索氏体，片层较细的，索氏体，“S”S”；珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体（屈氏体）托氏体（屈氏体）A1650片层较粗片层较粗 珠光体，珠光体，“P”2)2)珠光体的力学性能珠光体的力学性能片层间距越小，则强度和硬度越高，塑性和韧性也越好。片层间距越小，则强度和硬度越高，塑性和韧性也越好。组织名称表示符号形成温度范围 层片间距 m硬度HBS珠光体PA1-

9、6500.4170-230索氏体S650-6000.4-0.2230-320托氏体T600-5500.2330-400珠光体形成示意图 2 2、过冷奥氏体的低温转变（马氏体转变）、过冷奥氏体的低温转变（马氏体转变）无扩散性相变（无扩散性相变（FeFe、C C原原子失去扩散能力）子失去扩散能力）马氏体（马氏体（M M）是碳）是碳在在FeFe中的中的过饱过饱和固溶体和固溶体加加热热保温保温时间温度A1550AP230Ms马氏体晶体结构1 1）马氏体的组织形态）马氏体的组织形态板条马氏体a.a.板条马氏体板条马氏体Wc:0.25%Wc:0.25%以下以下低碳马氏体低碳马氏体板条马氏体内有高密度的位错

10、缠结的亚结构板条马氏体内有高密度的位错缠结的亚结构位错马氏体位错马氏体两种基本形态：两种基本形态：针状马氏体 w wc c在在0.25%0.25%1.0%1.0%之间之间两种马氏体的混合组织两种马氏体的混合组织含碳量越高，板条状马氏体量越少含碳量越高，板条状马氏体量越少b.b.针状马氏体针状马氏体当当w wc c 1.0%1.0%时时亚结构主要是孪晶亚结构主要是孪晶孪晶马氏体孪晶马氏体 2）马氏体的力学性能）马氏体的力学性能WC/%含碳量，含碳量的增加而升高。含碳量，含碳量的增加而升高。塑性和韧性塑性和韧性板条（位错）型板条（位错）型比片状（孪晶）型马氏体好得多比片状（孪晶）型马氏体好得多片状

11、马氏体的韧性低，脆性大，断面收缩率和断后伸长率都很低。片状马氏体的韧性低，脆性大，断面收缩率和断后伸长率都很低。亚结构亚结构硬度硬度 3 3）马氏体转变的主要特点）马氏体转变的主要特点无扩散性、速度极快无扩散性、速度极快1010-7-7s s转变是在一个温度范围转变是在一个温度范围内进行的内进行的 在在MsMsM Mf f转变不完全转变不完全多数钢的多数钢的M Mf f点在室温以下点在室温以下残余（留）奥氏体，残余（留）奥氏体，常用常用ArAr表示。表示。加加热热保温保温时间温度A1550AP230MsMf奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响6007005003

12、004002001000-100-2000.20.4 0.6 0.8 1.0 1.21.4 1.6 1.8 2.00温度 Wc 100MsMf90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7Wc 100残余奥氏体量(%)奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响 3 3、过冷奥氏体的中温转变（贝氏体转变）、过冷奥氏体的中温转变（贝氏体转变）MsMs点点(230-550)(230-550)C原子扩散原子扩散半扩散半扩散型转变型转变贝氏体贝氏体（B B）是）是碳化物碳化物（渗碳体）（渗碳体）分

13、布在分布在碳过碳过饱和的铁素体饱和的铁素体基体上的基体上的两相混合物。两相混合物。加加热热保温保温时间温度A1550AP230MsMfB上贝氏体上贝氏体（B上上）550至至350组织形组织形态呈羽态呈羽毛状毛状B上上=过饱和碳过饱和碳-Fe条状条状+Fe3C细条状细条状过饱和碳过饱和碳-Fe条状条状 Fe3C细条状细条状羽毛状羽毛状 下贝氏体（下贝氏体（B B下下）350350至至Ms(230)Ms(230)呈黑色针状或竹叶状。呈黑色针状或竹叶状。B下下=过饱和碳过饱和碳-Fe针叶状针叶状+Fe3C细片状细片状过饱和碳过饱和碳-Fe针状针状Fe3C细片状细片状针叶状针叶状贝氏体的力学性能贝氏体

14、的力学性能:上贝氏体上贝氏体:强度和韧性均强度和韧性均差差。下贝氏体下贝氏体:强度高强度高，韧性也好，韧性也好，较好的综合较好的综合力学性能力学性能(三三)过冷奥氏体的等温冷却转变曲线过冷奥氏体的等温冷却转变曲线1.建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转 变曲线变曲线-TTT曲线曲线(C 曲线曲线)T-timeT-temperatureT-transformation 共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1孕育期孕育期过冷度过冷度原子扩

15、原子扩散的温散的温度度二二)共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线的分析曲线的分析稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A+产产 物物 区区产物区产物区A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变;P 转变区。转变区。550230;中温转变中温转变区区;半扩散型转变半扩散型转变;贝氏体贝氏体(B)转变区转变区;230-50;低温转低温转变区变区;非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体(M)转变区。转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1

16、MsMf 2.2.亚共析钢的亚共析钢的TTT曲线曲线 FAP+FS+FTBM+A残残A3时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf 3.3.过共析钢的过共析钢的TTT曲线曲线P+Fe3CS+Fe3CTBM+A残残 Fe3CAACM时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf (四四)影响影响 TTT 曲线形状曲线形状 与位置的因素与位置的因素1.奥氏体中含碳量的影响奥氏体中含碳量的影响:共析共析 钢钢亚共亚共析钢析钢时间温度A1过共过共析

17、钢析钢2.奥氏体中含合金元素的影响奥氏体中含合金元素的影响:除除Co、Al(2.5%)外外,所有合金所有合金元元 素溶入奥氏体中素溶入奥氏体中,会引起会引起:向右移向右移向下移向下移MsA1A1Ms含含Cr合金钢合金钢合金元素的影响合金元素的影响2）碳化物溶解充分）碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀奥氏体成分均匀,提高了过冷提高了过冷奥氏体的稳定性奥氏体的稳定性,从而使从而使 TTT曲线向右移。曲线向右移。3.奥氏体状态的影响奥氏体状态的影响1）奥氏体晶粒越细）奥氏体晶粒越细,越有利形核和扩散越有利形核和扩散,有利转变有利转变加热温度越高加热温度越高,保温时间越长保温时间越长,越稳定。越稳定。（五

18、）（五）.过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变一一)建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线-CCT 曲线曲线 C-continuousC-coolingT-transformationVcVc 1、共析碳钢共析碳钢 CCT 曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图时间(lg )温度A1PfPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷炉冷炉冷空冷空冷中止线中止线无贝氏体转变区无贝氏体转变区Vc上临界冷却速度上临界冷却速度V下临界冷却速度下临界冷却速度c稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-10010020050060070

19、0温度()0400A1MsMf2 共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线与曲线与CCT曲线的比较曲线的比较CCT曲线曲线TTT曲线曲线VcV4水冷水冷V3油油冷冷Vc 3、CCT曲线在连续冷却过程中曲线在连续冷却过程中 的应用的应用时间(lg )温度A1PfPsA+PKMsMfV1炉炉冷冷V2空空冷冷V1=5.5/s:炉冷炉冷;PV2=20/s:空冷空冷;SV3=33/s:油冷油冷;T+M+A残残V4 138/s:水冷水冷;M+A残残稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf连续冷却过程中连续冷却过程中

20、 TTT 曲线的应用曲线的应用V1V2VkV3V4V1=5.5/s:炉冷炉冷;PV2=20/s:空冷空冷;SV3=33/s:油冷油冷;T+M+A残残V4 138/s:水冷水冷;M+A残残过过共析钢共析钢无贝氏体转变区无贝氏体转变区先共析渗碳体析出线先共析渗碳体析出线亚亚共析钢共析钢先共析铁素体析出线先共析铁素体析出线贝氏体转变区。贝氏体转变区。共析钢共析钢无贝氏体转变区无贝氏体转变区亚共析钢和过亚共析钢和过共析钢共析钢的连续转变曲线的连续转变曲线 第二节第二节 钢的普通热处理工艺钢的普通热处理工艺毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加机械加工工 最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加

21、工预备热处理预备热处理:退火退火;正火正火最终热处理最终热处理:淬火淬火;回火回火一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线:一、钢的退火一、钢的退火 一一)定义定义:把零件加温到一定温度，保温一段时间把零件加温到一定温度，保温一段时间,然后然后缓慢缓慢（随炉）（随炉）冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。二二)目的目的:1、消除应力、消除应力;2、降低硬度以改善切削加工性能、降低硬度以改善切削加工性能;3、细化晶、细化晶 粒粒;4、均匀成分、均匀成分;5、为最终热处理作好组织准备。、为最终热处理作好组织准备。三三)种类种类退火退火重结晶重结晶退

22、退 火火低温低温退火退火完全退火完全退火扩散退火扩散退火球化退火球化退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火普通退火普通退火等温退火等温退火普通球化普通球化 退退 火火等温球化等温球化 退退 火火四四)工艺参数工艺参数:温温 度度(C)名名 称称Ac3+3050完全退火完全退火Ac1+3050球化退火球化退火500600去应力退火去应力退火Ac3+150250扩散退火扩散退火1、完全退火和等温退火 加热到加热到Ac3+3050，保温后炉冷，保温后炉冷指加热到完全奥氏体化指加热到完全奥氏体化目的：细化，软化目的：细化，软化适用于：亚共析钢的铸、锻件，热轧型材，焊接件适用于：亚共析钢的铸、锻件

23、，热轧型材，焊接件组织：组织：F+P 加热到加热到Ac3（Ac1）+3050，保温后在保温后在Ar1以下等温后空冷以下等温后空冷目的：细化，软化、省时目的：细化，软化、省时适用于：中、高合金钢适用于：中、高合金钢组织：组织：F+P 或或 Fe3C+Pt 过共析钢过共析钢亚共析钢亚共析钢完全退火完全退火等温退火等温退火2、球化退火和扩散退火 加热到加热到Ac1+2030目的：得到球状目的：得到球状 Fe3C，软化，软化适用于：共析钢，过共析钢适用于：共析钢，过共析钢组织：球状组织：球状 P 加热到加热到Ac3+150300，长时间保温后慢冷，长时间保温后慢冷目的：均匀成分目的：均匀成分适用于：铸

24、钢件适用于：铸钢件组织：晶粒粗大组织：晶粒粗大思考：过共析钢怎样退火？思考：过共析钢怎样退火？扩散退火后应完全退火或正火扩散退火后应完全退火或正火细化细化扩散退火扩散退火均匀化退火均匀化退火球化退火球化退火 T10钢球化退火组织(化染)500 粒状珠光体粒状珠光体3、去应力退火和再结晶退火 加热到加热到Ac1-100200，保温后炉冷，保温后炉冷目的：去内应力，稳定组织目的：去内应力，稳定组织适用于：冷加工件，热加工件适用于：冷加工件，热加工件组织：不变组织：不变 加热到加热到t再再+150250，保温后空冷，保温后空冷目的：降低硬度，提高塑性目的：降低硬度，提高塑性适用于：冷变形工件适用于：

25、冷变形工件组织：等轴晶粒组织：等轴晶粒再结晶温度：再结晶温度：T再再=T熔熔 0.4（绝对温度）（绝对温度）低温退火低温退火低温退火低温退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火二、钢的正火二、钢的正火一一)定义定义:把零件加温到临界温度以上把零件加温到临界温度以上 3050,保温一段时间保温一段时间,然后然后 在空气中冷却。在空气中冷却。二二)目的目的:消除应力消除应力;调整硬度调整硬度;细化晶细化晶 粒粒;均匀成分均匀成分;为最终热处理为最终热处理 作好组织准备。作好组织准备。目的：与完全退火相似，且细化晶粒，改善性能目的：与完全退火相似，且细化晶粒，改善性能适用于：适用于：低碳钢低碳钢

26、 改善切削加工性改善切削加工性 过共析钢过共析钢 消除网状消除网状 Fe3C 要求不高的结构件要求不高的结构件 机械性能机械性能第三节钢的淬火第三节钢的淬火一、定义一、定义:把零件加温到临界温度以上把零件加温到临界温度以上 30 50,保温一段时间保温一段时间,然然 后快速冷却后快速冷却(水冷水冷)。二、目的二、目的:为了获得马氏体或下贝氏体组织为了获得马氏体或下贝氏体组织,提提高钢的硬度和耐磨性。高钢的硬度和耐磨性。三三、工艺参数、工艺参数:温温 度度(C)名名 称称Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Ac1+3050共析钢共析钢Ac1+3050过共析钢过共析钢工艺参数工艺参数:四、热处理后的组

27、织四、热处理后的组织:M+Fe3C+A残残 Ac1+3050过共析钢过共析钢 M+A残残 Ac1+3050 共析钢共析钢 M+A残残 Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Wc0.5%M Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Wc0.5%最终组织最终组织淬火温度淬火温度()钢种钢种五、淬火加热时间五、淬火加热时间()的选择的选择:=K D工工 件件 有有 效效 厚厚 度度(尺寸最小部位尺寸最小部位)装炉量有关系数装炉量有关系数一般一般 K=11.5加热系数加热系数,与钢种与钢种及加热介质有关及加热介质有关六、淬火冷却介质六、淬火冷却介质1.理想淬火冷却介质理想淬火冷却介质时间(s)300102103104

28、1010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf2.常用的淬火冷却介质常用的淬火冷却介质 名名 称称 最大冷却速度时最大冷却速度时平均冷却速度平均冷却速度/(s-1)所在温所在温度度/冷却速度冷却速度 /(s-1)650550 300200 20静止水静止水34077513545040静止水静止水28554511041060静止水静止水2202758018510%NaCl 溶液溶液58020001900100010%NaOH 溶液溶液560283027507752010号机油号机油43023060658010号机油号机油4302307055203号号锭子油锭子油

29、50012010050七、七、常用的淬火方法常用的淬火方法单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火时间时间温度MsA1深冷处理和局部淬火分级淬火：在分级淬火：在Ms附近稍保温，使内外均温，最后得附近稍保温，使内外均温，最后得M等温淬火：在等温淬火：在Ms上等温，最后得到上等温，最后得到B下下等温淬火的内应力最小，工件不易变形开裂，等温淬火的内应力最小，工件不易变形开裂，适合形状复杂零件适合形状复杂零件深冷处理深冷处理 淬火后继续在淬火后继续在 0以下冷却，以下冷却，使残使残A M 目的：稳定组织，目的：稳定组织，HRC 用于：量具（模具）用于：量具（模具）局部淬火：局部

30、加热淬火局部淬火：局部加热淬火 整体加热，局部冷却整体加热，局部冷却八八、钢的淬硬性、钢的淬硬性1.定义定义:是指钢在淬火后所能达到的最是指钢在淬火后所能达到的最 高硬度。高硬度。2.影响钢的淬硬性的因素影响钢的淬硬性的因素:主要取决于主要取决于 马氏体的含碳量。马氏体的含碳量。WC/%九、钢的淬透性九、钢的淬透性 1.定义定义:是指钢在淬火时所能得到的淬是指钢在淬火时所能得到的淬 硬层硬层(马氏体组织占马氏体组织占50%处处)的的 深度。深度。2.影响钢的淬透性的因素影响钢的淬透性的因素:主要是临界主要是临界 淬火冷却速度淬火冷却速度V 的大小的大小,V 越越 大大,钢的淬透性越小。钢的淬透

31、性越小。工件淬硬层与冷却速度的关系工件淬硬层与冷却速度的关系.淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未淬透钢未淬透钢淬透钢淬透钢 4.4.钢的淬透性的测量钢的淬透性的测量 1)“末端淬火法末端淬火法”测测定。定。2)2)临界淬火直径：临界淬火直径：dHRCJ最大淬透直径最大淬透直径D Do oD Do o越大，钢的淬透性越大，钢的淬透性越好越好5.344:45 J1244:40JCr钢号D0水/mmD0油/mm心部组织（体积分数）4510-186-8M50%6020-259-15M50%40Cr20-3612-24M50%20CrMnTi32-35

32、12-20M50%T8-T1215-185-7M95%GCr15-30-45M95%9SiCr-40-50M95%Cr12-200M90%部分钢材的临界淬透直径部分钢材的临界淬透直径钢的淬硬性钢的淬硬性指淬火后马氏体所能达到的最高硬度指淬火后马氏体所能达到的最高硬度淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。淬透性主要决定于淬透性主要决定于临界冷却速度临界冷却速度合金元素合金元素淬透性（除淬透性（除CoCo）C C曲线越右曲线越右临界冷却速度小临界冷却速度小 淬透性越好淬透性越好硬硬度度碳含量碳含量淬硬性与淬透性淬硬性与淬透性:淬透性淬透性淬硬性淬硬性钢钢 种种小小低低碳素

33、结构钢碳素结构钢(20)小小高高碳素工具钢碳素工具钢(T10A)大大低低低碳合金结构钢低碳合金结构钢(18Cr2Ni4WA)大大高高高碳高合金工具钢高碳高合金工具钢(Cr12MoV)5、淬透性的实际意义 1）淬透性高 保证淬透 减少应力 2）淬透性低 表面淬火 焊接第四节钢的回火第四节钢的回火一、定义一、定义:把淬火后的零件重新加温到把淬火后的零件重新加温到A1线以下某线以下某个温度个温度,保温一段时间保温一段时间,然后冷却到窒温。然后冷却到窒温。二、目的二、目的消除淬火应力消除淬火应力,降低脆性降低脆性;稳定稳定 工件尺寸工件尺寸;调整淬火零件的力学性能。调整淬火零件的力学性能。三、回火时的

34、组织变化：三、回火时的组织变化：M分解分解过饱和过饱和相相C析出析出F块状块状F碳化物碳化物细细Fe3C粒状粒状Fe3C回火回火M 回火回火T 回火回火S 回火回火PA残残分解分解B下下或回火或回火M200-300250-400再结晶再结晶F粗大粗大Fe3C400-600600 1.1.马氏体分解（马氏体分解（100100350350）100100以上以上M M分解分解析出弥散的析出弥散的-Fe-Fe2.42.4C C碳化物碳化物成分和结构不同于渗碳体成分和结构不同于渗碳体 是亚稳定相是亚稳定相回火马氏体回火马氏体(M(M回回):):一定饱和度的一定饱和度的固溶体固溶体+弥散分弥散分布的布的碳

35、化物。碳化物。*M、Ar不稳定回火组织转变过程：回火组织转变过程：2.2.残余奥氏体的分解（残余奥氏体的分解（200200300300）在在200200300300之间回火时之间回火时残余奥氏体将会发生分解残余奥氏体将会发生分解产物产物:过饱和的过饱和的固溶体固溶体+-Fe2.4C碳化物碳化物相当于相当于回火马氏体回火马氏体或下贝氏体或下贝氏体 3.3.碳化物的转变（碳化物的转变（300300400400）4.4.渗碳体的聚集长大和渗碳体的聚集长大和相相的再结晶（的再结晶（400400以上）以上）碳化物碳化物 渗碳体转变渗碳体转变回火托氏体回火托氏体饱和针状的饱和针状的固溶体固溶体+细小颗粒状

36、细小颗粒状的渗碳体的渗碳体400400渗碳体开始聚集长大。渗碳体开始聚集长大。F F明显回复明显回复.450450 相的多边形化相的多边形化回火索氏体回火索氏体:多边形化多边形化相相+较大粒状的渗碳体较大粒状的渗碳体600 600 回火珠光体回火珠光体再结晶等轴的再结晶等轴的相相+粗粒状的渗碳体粗粒状的渗碳体四、回火时的性能变化四、回火时的性能变化随回火温度随回火温度 b，S，HRC，K，e 五、回火种类五、回火种类1低温回火（低温回火（150250）组织：回火组织：回火M 极细极细碳化物碳化物+过饱和过饱和相相 目的：目的：内应力，内应力，脆性，保持高硬度和耐磨性脆性，保持高硬度和耐磨性 适

37、用：工具，量具，轴承适用：工具，量具，轴承 高碳钢高碳钢 渗碳件，表面淬火件渗碳件，表面淬火件 HRC5862 2 中温回火（中温回火（350500）组织：回火组织：回火T 针状针状 F+极细极细 Fe3C 目的：获得高目的：获得高s，e HRC3545 适用：弹簧，扳手，模具适用：弹簧，扳手，模具 中高碳钢中高碳钢 3 高温回火（高温回火（500650）组织：回火组织：回火S 块状块状 F+粒状粒状 Fe3C 目的：获得良好的综合机械性能目的：获得良好的综合机械性能 HRC2535 适用：轴，齿轮，螺栓等重要结构件适用：轴，齿轮，螺栓等重要结构件 中碳钢中碳钢淬火淬火+高温回火高温回火=调质

38、调质耐磨件耐磨件M回回=0.3%C+150250低温回火低温回火弹簧等弹簧等T回回=F针针+Fe3C粒粒350500中温回火中温回火调质件调质件S回回=F多多+Fe3C球球500650高温回火高温回火高合金钢高合金钢P回回=F多多+Fe3C粒粒650A1高温软化高温软化三三)工艺参数工艺参数用途用途组组 织织温度温度()名名 称称淬火淬火+高温回火高温回火=调质处理调质处理第一类回火脆性：第一类回火脆性：250400 每种钢都有，难以避免每种钢都有，难以避免 回火温度禁区回火温度禁区六、回火脆性六、回火脆性韧性随回火温度升高而升高？韧性随回火温度升高而升高？300 600 300 600 回火

39、脆性：回火脆性：在某温度区间回火时，在某温度区间回火时，k 显著降低显著降低第二类回火脆性：第二类回火脆性：500600 含含CrCr、MnMn、NiNi的钢明显的钢明显 可以消除：可以消除：钢中加钢中加 MoMo、W W 回火后快冷回火后快冷化学热处理化学热处理表面淬火表面淬火第五节第五节 钢的表面热处理钢的表面热处理对轴、齿轮、凸轮对轴、齿轮、凸轮的机械性能要求的机械性能要求表面：硬，耐磨，耐疲劳表面：硬，耐磨，耐疲劳M心部：塑，韧，耐冲击心部：塑，韧，耐冲击F，P解决思路：解决思路：选材选材低淬透性材料低淬透性材料工艺工艺只改变表层组织只改变表层组织同时改变表层同时改变表层组织、成分组织

40、、成分表面热处理表面热处理工艺的核心工艺的核心:使零件具有使零件具有“表硬里韧表硬里韧”一、表面淬火一、表面淬火一一)定义定义:是一种不改变钢表层化学成是一种不改变钢表层化学成 分分,但改变表层组织的热处理工艺。但改变表层组织的热处理工艺。二二)工艺特征工艺特征:通过快速加热使钢的表通过快速加热使钢的表 层奥氏体化层奥氏体化,然后急冷然后急冷,使表层使表层 形成马氏体组织形成马氏体组织,而心部仍保而心部仍保 持不变。持不变。三三)表面淬火用钢表面淬火用钢:选用中碳或中碳低合金钢。选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。等。四四)表面淬火加工的方法表面淬火加工的方法:感应加热

41、感应加热(高、中、工频高、中、工频)、火、火 焰加热、激光加热等。焰加热、激光加热等。1.感应加热表面淬火感应加热表面淬火1)感应加热的基本原理感应加热的基本原理:*感应电流感应电流-涡流涡流*集肤效应集肤效应*淬火层深度淬火层深度()与电流频率与电流频率(f)的关系的关系:=500/f （mm）集肤效应示意图集肤效应示意图1.感应加热表面淬火感应加热表面淬火1)感应加热的基本感应加热的基本原理原理:*感应电流感应电流-涡流涡流*集肤效应集肤效应淬火层深度淬火层深度()电流频率电流频率(f)(500mmf分类：分类：高频（高频（200300 KHz），），中频（中频（2.58 KHz），），工

42、频（工频（50 Hz），厚度分别为），厚度分别为0.5-2，3-6，10-15mm特点：特点：加热速度快，时间短加热速度快，时间短 表层为极细的隐晶表层为极细的隐晶M 硬度高硬度高 脆性低脆性低 23HRC 体积膨胀形成压应力体积膨胀形成压应力,-1 变形小，不易氧化脱碳变形小，不易氧化脱碳 易机械化、自动化易机械化、自动化 设备价贵，维修调整困难设备价贵，维修调整困难适用于：需淬硬层薄的中、小零件适用于：需淬硬层薄的中、小零件多用于：中碳钢、中碳合金钢多用于：中碳钢、中碳合金钢2)工艺要求工艺要求:*表面淬火前表面淬火前,必须对零件进行正火必须对零件进行正火 或调质处理或调质处理,以保证零件

43、有良好的以保证零件有良好的 基体。基体。*表面淬火后表面淬火后,必须对零件进行低温必须对零件进行低温 回火处理回火处理,以降低淬火应力和脆性。以降低淬火应力和脆性。2.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火的基本方法火焰加热表面淬火的基本方法2)火焰加热表面淬火的特点火焰加热表面淬火的特点:*设备简单设备简单,操作方便操作方便,成本低。成本低。*淬火质量不稳定。淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。适于单件、小批量及大型零件的生产。淬硬层淬硬层2-6mm（三）激光加热表面淬火（三）激光加热表面淬火无需冷却介质无需冷却介质,加热加热:高功率密度高功率密度:103105

44、W/cm2淬硬层：淬硬层：0.1-0.8mm硬度高、耐磨性好硬度高、耐磨性好(50%)复杂件的拐角、沟槽、深孔等复杂件的拐角、沟槽、深孔等二、化学热处理二、化学热处理一一)定义定义:将零件置于一定的将零件置于一定的化学介质化学介质 中中,通过加热、保温通过加热、保温,使介质使介质 中一种或几种元素原子渗入中一种或几种元素原子渗入 工件表层工件表层,以以改变钢表层的化改变钢表层的化 学成分学成分和组织的热处理工艺。和组织的热处理工艺。二二)化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程:2.吸收吸收:活性原子被零件表面吸收和溶活性原子被零件表面吸收和溶 解。解。3.扩散扩散:活性原子由零件表面向内部扩

45、活性原子由零件表面向内部扩 散散,形成一定的扩散层。形成一定的扩散层。2.分解分解:化学介质在高温下释放出待渗化学介质在高温下释放出待渗 的活性原子。的活性原子。2CO CO2 +C1.加热加热:工件加热到合适的温工件加热到合适的温度使之有利于吸收渗入元素度使之有利于吸收渗入元素.三三)化学热处理进行的条件化学热处理进行的条件:1.渗入元素的原子必须是渗入元素的原子必须是活性原子活性原子,而而 且具有较大的且具有较大的扩散扩散能力。能力。2.零件本身具有零件本身具有吸收吸收渗入原子的能力渗入原子的能力,即对渗入原子有一定的溶解度或能即对渗入原子有一定的溶解度或能 与之化合与之化合,形成化合物。

46、形成化合物。四四)化学热处理的种类化学热处理的种类:渗碳渗碳;渗氮渗氮;碳氮碳氮 共渗共渗;渗硼渗硼;渗铝渗铝;渗硫渗硫;渗硅渗硅;渗铬等。渗铬等。1.钢的渗碳钢的渗碳1)定义定义:把钢置于含有活性炭的介质中，加热、保把钢置于含有活性炭的介质中，加热、保温，使温，使活性活性碳原子碳原子渗入钢的表面的热处理工艺。渗入钢的表面的热处理工艺。2)目的目的:获得具有表硬里韧性能的零件。获得具有表硬里韧性能的零件。3)用钢用钢:低碳钢和低碳合金钢。低碳钢和低碳合金钢。4)方法方法:固体、气体、液体渗碳。固体、气体、液体渗碳。固体渗碳法示意图固体渗碳法示意图 设备简单 操作方便 生产率低 质量不易控制 劳

47、动条件差 单件、小批量零件零件渗碳剂渗碳剂试棒试棒盖盖泥封泥封渗碳箱渗碳箱222222CCOCOCOCOCCOOC 气体渗碳法示意图气体渗碳法示意图 煤油、甲醇等 生产率高 渗碳层质量好 劳动条件好2222224COHHCOCCOCOCHCH液体渗碳法液体渗碳法 工件放入熔融的液体中工件放入熔融的液体中 设备简单设备简单 质量容易控制质量容易控制 操作方便操作方便 渗入速度快渗入速度快 盐浴配方大多含有氰盐盐浴配方大多含有氰盐 单件，小批量单件，小批量5)工艺工艺:加热温度为加热温度为900950;渗碳时间一般为渗碳时间一般为39小时小时;渗碳层厚渗碳层厚0.5-2mm,Wc%1.0%6)渗碳

48、后的组织渗碳后的组织:1%CP+Fe3C0.2%C F+P少少表面表面中心中心零零 件件PP+F渗渗碳碳层层的的组组织织过共析组织过共析组织(P+Fe3C)共析组织共析组织(P)过渡区亚共析组织过渡区亚共析组织(P+F)原始亚共析组织原始亚共析组织(F+P)7)渗碳后的热处理工艺渗碳后的热处理工艺8)热处理后的组织热处理后的组织低碳低碳M回回+FM回回+Cm+A残残低碳低碳合金钢合金钢F+PM回回+Fe3C+A残残低碳钢低碳钢心部组织心部组织表层组织表层组织钢种钢种9)常用的钢种常用的钢种:15、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。等。2.钢的渗氮钢的渗氮1)

49、定义定义:把钢置于含有活性氮原子的介质中，加热、把钢置于含有活性氮原子的介质中，加热、保温，使活性保温，使活性氮原子氮原子渗入钢的表面的热处理工艺。渗入钢的表面的热处理工艺。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧及及抗蚀性能抗蚀性能 的零件。的零件。3)用钢用钢:中碳合金钢。中碳合金钢。4)方法方法:气体渗氮、离子渗氮。气体渗氮、离子渗氮。5)工艺工艺:加热温度加热温度500600;保温时间保温时间2050h（0.30.5mm）。）。6)热处理特点热处理特点:渗氮前需调质处理渗氮前需调质处理;渗氮后不需热处理。渗氮后不需热处理。7)渗氮处理后的组织渗氮处理后的组织 表层表层:Fe4N、

50、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN。心部心部:S回回。8)常用的钢种常用的钢种:35 CrMo、38CrNiW、38 CrMoAlA 等。等。渗氮件的性能：渗氮件的性能：表面强化和表面保护表面强化和表面保护1)高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性合金氮化物层，合金氮化物层，100010001100HV1100HV，而且在，而且在600600650650下保持不下降；下保持不下降；2)疲劳极限高疲劳极限高渗氮层的体积增大产生残余压应力，疲劳极限提高达渗氮层的体积增大产生残余压应力，疲劳极限提高达15%15%35%35%；3)高的耐蚀性能高的耐蚀性能致密的耐蚀的氮化物，使工件在水、过热的蒸