淬火回火表面热处理课件.ppt

1、第第 三三 章章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(热处理热处理工工 艺艺 部部 分分）教学要求教学要求：本节是课程的重点，要求熟练掌握：本节是课程的重点，要求熟练掌握：1.1.各种热处理工艺方法的目的，工艺特点，组织各种热处理工艺方法的目的，工艺特点，组织和性能特点及其应用。和性能特点及其应用。2.2.能根据零件材料和性能要求选择合适的热处理能根据零件材料和性能要求选择合适的热处理方法。方法。ReviewReview 金属热处理金属热处理是通过是通过加热加热、保温保温、冷却冷却，以改善以改善材料内部结构与性能的工艺方法材料内部结构与性能的工艺方法。根据工艺方法根据工艺方法 热处理可分

2、为三大类：热处理可分为三大类：普通热处理普通热处理：退火、正火、淬火、回火：退火、正火、淬火、回火 表面热处理表面热处理：表面淬火和表面化学热处理：表面淬火和表面化学热处理 其它热处理其它热处理：形变热处理，超细化热处理：形变热处理，超细化热处理,真空热处理等真空热处理等 3.3 3.3 退火与正火退火与正火1 1、定义、定义 退火退火（AnnealingAnnealing）将钢加热到预定温度，保温后将钢加热到预定温度，保温后缓慢冷却缓慢冷却（炉（炉冷）冷），获得接近平衡组织的热处理工艺。，获得接近平衡组织的热处理工艺。正火正火（NormalizingNormalizing）将钢加热到奥氏体状

3、态将钢加热到奥氏体状态,保温后在保温后在空空气中气中冷冷却却的工艺。的工艺。1.1.退火与正火退火与正火（1 1）目的目的 例、齿轮加工工艺路线例、齿轮加工工艺路线 毛坯锻造毛坯锻造正火（退火）正火（退火）机加工机加工热处热处理理精加工精加工-1 1）消除应力消除应力 以减少铸锻焊和其它加工零件变形以减少铸锻焊和其它加工零件变形,开裂倾向；开裂倾向；2 2）细化晶粒细化晶粒，消除组织缺陷为后续热处理作准备。，消除组织缺陷为后续热处理作准备。3 3）调整硬度，改善切削性能调整硬度，改善切削性能（退火可降低硬度，正火可适当（退火可降低硬度，正火可适当提高硬度）；提高硬度）；正火还可以消除网状渗碳体

4、，利于后续球化退火。正火还可以消除网状渗碳体，利于后续球化退火。2 2、工艺、工艺13.3钢的退火与正火钢的退火与正火1 1）完全退火）完全退火 特点：特点：完全完全A A化化 缺点缺点：周期很长，成：周期很长，成本高。本高。2 2）等温退火）等温退火 特点特点：完全：完全A A化化 周期短，成本低周期短，成本低3）球化退火）球化退火 适用适用：高碳钢：高碳钢 目的目的：降低硬度，改善切削性：降低硬度，改善切削性能。能。加热温度加热温度：Ac1+30Ac1+305050平衡组织平衡组织球化组织球化组织含含1.4%C钢的钢的组织组织3 3、选择、选择1 1）考虑切削性能考虑切削性能（刀具最佳切削

5、硬度刀具最佳切削硬度180220 HBS)180220 HBS)表表 不同含碳量的钢在正火和退火后的硬度不同含碳量的钢在正火和退火后的硬度(HBS)(HBS)含碳量（）含碳量（）0.250.250.250.250.650.650.6 50.6 50.80.8工具钢工具钢退火硬度退火硬度150150150150180180180180220220187217187217正火硬度正火硬度156156156156228228228228280280230340230340中低碳钢采用正火，中低碳钢采用正火，高碳钢和工具钢采用退火有利于切高碳钢和工具钢采用退火有利于切削削。2）考虑使用性能考虑使用性能

6、正火比退火硬，正火优先。正火比退火硬，正火优先。3 3）考虑经济性考虑经济性 正火生产周期短，成本较低正火生产周期短，成本较低真空退火炉真空退火炉3.4 3.4 钢的淬火钢的淬火 淬火：淬火：Quenching激冷激冷 Hardening硬化硬化 把钢把钢加热加热 保温保温 快冷快冷使零件使零件硬化硬化的热处理工的热处理工艺艺。淬火后获得淬火后获得马氏体或贝氏体组织马氏体或贝氏体组织。3.4.1-13.4.1-1淬火加热温度的选择淬火加热温度的选择 碳钢的淬火加热温度范围碳钢的淬火加热温度范围1 1、亚共析钢、亚共析钢 AC AC3 3(30(3050)50)2 2、过共析钢、过共析钢 AcA

7、c1 1(30(3050)50)为什么亚共析钢要进行完全淬火为什么亚共析钢要进行完全淬火 完全淬火完全淬火得到得到完全马氏体。完全马氏体。不完全淬火不完全淬火马氏体组织中有铁马氏体组织中有铁素体出现。素体出现。为什么过共析钢只能进行不完全淬火为什么过共析钢只能进行不完全淬火 完全淬火完全淬火：马氏体：马氏体含碳量过高，易开含碳量过高，易开裂和形成大量残余裂和形成大量残余奥氏体；奥氏体；不完全淬火不完全淬火：有：有细小弥散渗碳体残细小弥散渗碳体残余，奥氏体含碳量余，奥氏体含碳量低，因而淬火时不低，因而淬火时不易开裂，且残余渗易开裂，且残余渗碳体量少。碳体量少。为什么过共析钢只能进行不完全淬火为什

8、么过共析钢只能进行不完全淬火1T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织T12钢过热淬火组织钢过热淬火组织3.4.1-2淬火冷却介质的选择淬火冷却介质的选择 选用原则：为选用原则：为减少淬火应力，减少淬火应力，能获得能获得M M或或B B尽可能慢尽可能慢冷冷。水水 适用于碳钢，变形开裂适用于碳钢，变形开裂倾向大。倾向大。盐水盐水 10 10的的NaClNaCl水溶液，水溶液，适用于低碳钢，适用于低碳钢，油油 常用常用1010号机油，适用于号机油，适用于合金钢，不能用于碳钢冷却。合金钢，不能用于碳钢冷却。理想的淬火冷却曲线图理想的淬火冷却曲线图3.4.2 3.4.2 常用淬火方法常用淬火方法1.1.单液

9、淬火单液淬火优点：工艺简单，优点：工艺简单，操作方便。操作方便。缺点：淬火应力大，缺点：淬火应力大，工件易变形。工件易变形。适用：形状简单的适用：形状简单的中、低碳钢工件。中、低碳钢工件。3.4.2 3.4.2 常用淬火方法常用淬火方法-双液淬火双液淬火 优点：大大减小工优点：大大减小工件的淬火应力和变件的淬火应力和变形开裂倾向。形开裂倾向。缺点：操作难度较缺点：操作难度较高。高。适用：小批量适用：小批量3.4.2 3.4.2 常用淬火方法常用淬火方法 分级淬火分级淬火 优点优点：操作简单。：操作简单。可有效防止应力和可有效防止应力和开裂。开裂。缺点缺点：需要盐浴炉：需要盐浴炉 适用适用：小工

10、件大批：小工件大批量。量。3.4.2 3.4.2 常用淬火方法常用淬火方法 等温淬火等温淬火 目的目的：得到：得到B B下下 优缺点优缺点：同分级：同分级淬火，也需要盐淬火，也需要盐浴炉。浴炉。适用适用：需要高强：需要高强韧性的小工件韧性的小工件。3.4.2 3.4.2 常用淬火方法常用淬火方法单液淬火单液淬火 操作方便，变形大操作方便，变形大双液淬火双液淬火 水淬水淬油冷或油淬油冷或油淬空冷空冷分级淬火分级淬火 加热零件先在加热零件先在MsMs点附近介质点附近介质 中冷却中冷却,再取出空冷，再取出空冷，等温淬火等温淬火 在贝氏体转变区的介质中在贝氏体转变区的介质中冷却，得到冷却，得到贝氏体贝

11、氏体组织组织 常用淬火方法示意图常用淬火方法示意图 3.4.3钢的淬透性钢的淬透性1定义定义 淬透性淬透性（HardenabilityHardenability）直译：钢可淬火硬化的能力直译：钢可淬火硬化的能力,钢淬火时获得马氏体的难易程度钢淬火时获得马氏体的难易程度。它主要取决于钢中合金元素，它主要取决于钢中合金元素，合金元素的种类和含量越高，合金元素的种类和含量越高，钢的淬透性越高。钢的淬透性越高。钢的淬透性对零件淬硬层深度的影响钢的淬透性对零件淬硬层深度的影响a)b)图图3.28 3.28 淬火时零件截面上的冷速变化及结果淬火时零件截面上的冷速变化及结果a a）未淬透）未淬透 b b）淬

12、透）淬透 2 2、测定、测定-末端淬火法（末端淬火法（GB 225GB 2258888）图 3.29.末端淬示意图 钢的淬透性值以钢的淬透性值以 J J 表示，表示，J J表示末端淬火法，表示末端淬火法，d d（mmmm）为至水冷端距离，为至水冷端距离，HRCHRC为相应距离的硬度值。如：为相应距离的硬度值。如：J J ，J J ，J JdHRC54217744103530（c c）淬透性曲线）淬透性曲线淬透性好的钢淬透性好的钢材经材经调质处理调质处理后，整个截面后，整个截面都是回火都是回火S S，力，力学性能均匀，学性能均匀，强韧性高；强韧性高；而淬透性差而淬透性差的钢表层为回的钢表层为回火

13、火S S，心部为片，心部为片状状S+FS+F，心部强，心部强韧性差。韧性差。4 4、应用、应用 1 1）选择材料）选择材料 2 2）选择淬火冷却介质）选择淬火冷却介质 40Cr40Cr钢的淬透性曲线带钢的淬透性曲线带3.5.3.5.淬火钢的回火淬火钢的回火 回火回火(TemperingTempering,韧化韧化)：淬火钢在淬火钢在A A1 1温度以下温度以下 加热、保温、冷却的工艺。加热、保温、冷却的工艺。（1 1）回火的目的）回火的目的 1 1）消除应力消除应力，降低脆性，减少变形和开裂；，降低脆性，减少变形和开裂；2 2）稳定组织稳定组织，使，使A AR R（Retained Auste

14、niteRetained Austenite）分解转变；分解转变；3 3）调整和改善性能调整和改善性能，通过不同回火工艺提高钢的强韧，通过不同回火工艺提高钢的强韧性。性。（2 2）回火的组织与性能变化）回火的组织与性能变化 1 1）组织变化组织变化 100100300 200300 200300300 马氏体的分解马氏体的分解 M M 碳化物碳化物 （回火马氏体回火马氏体）残余奥氏体的转变残余奥氏体的转变 A AR R B B 或或 M M 渗碳体聚集长大、渗碳体聚集长大、铁素体回复和再结晶铁素体回复和再结晶 500500 组织：块状组织：块状F F 粒状粒状FeFe3 3C C （回火索氏体

15、回火索氏体 500500）碳化物的形成碳化物的形成 碳化物碳化物FeFe3 3C C 针状针状 F F 组织组织：针状针状F+F+细粒状细粒状 Fe Fe3 3C C (回火托氏体回火托氏体（350350500500）)400以上以上300-400300-4002 2）性能变化性能变化 随着回火温度随着回火温度升高升高,淬火钢的强度淬火钢的强度,硬度硬度下降下降,塑性塑性升高升高,韧性呈升高趋势韧性呈升高趋势,但中间出现两次下降（回火脆性）但中间出现两次下降（回火脆性）。图.40钢在不同回火温度的性能变化回火脆性回火脆性第一类回火脆性第一类回火脆性 发生在发生在300300左右，是左右，是 一

16、种不可避免的脆性，一种不可避免的脆性，亦称不可逆回火脆性。亦称不可逆回火脆性。第二类回火脆性第二类回火脆性 发生在发生在570570左右，但左右，但回火以后较快冷却可以回火以后较快冷却可以避免。避免。图 淬火钢的韧性与回火温度的关系 回火回火名称名称回火温度回火温度回火后回火后组组 织织性能特点及主要应用性能特点及主要应用低温低温回火回火150150250250回回 火火马氏体马氏体高硬度，高耐磨性高硬度，高耐磨性。适用于工具、齿轮，滚动轴承等适用于工具、齿轮，滚动轴承等中温中温回火回火350350500500 回回 火火托氏体托氏体高弹性极限，屈服极限和高弹性极限，屈服极限和抗疲劳性能抗疲劳性能适用于弹性元件，部分模具适用于弹性元件，部分模具高温高温回火回火500500650650回回 火火索氏体索氏体高的综合力学性能高的综合力学性能.适用于轴类，杆类零件，以及齿适用于轴类，杆类零件，以及齿轮的表面淬火前处理轮的表面淬火前处理。3 3）回火工艺）回火工艺 淬火淬火+高温回火称为高温回火称为调质调质处理处理。