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1、 钢的钢的热处理基本概念热处理基本概念 1.1钢的表面热处理钢的表面热处理1.3钢的钢的普通热处理普通热处理1.2热处理新技术简介热处理新技术简介1.4第 3 章 钢的热处理 3.1 钢的热处理基本概念3.1.13.1.1 钢的热处理分类钢的热处理分类3.1.2钢的热处理工艺曲线 3.1.3钢的冷却1.钢的等温冷却 在A1550范围等温冷却，钢的组织由奥氏体转变成片状珠光体。在550Ms范围内等温冷却，钢的组织由奥氏体转变成贝氏体：其中550350范围内等温冷却得到上贝氏体组织；350Ms范围内等温冷却得到下贝氏体组织。在Ms以下范围内等温冷却，钢的组织由奥氏体转变成马氏体。2.钢的连续冷却连
2、续冷却是指钢经加热获得奥氏体组织后，使其处于温度连续下降的冷却过程中，直止室温。钢在连续冷却时，总希望能得到马氏体组织。马氏体组织的钢比其它组织的钢，具有更高的强度、硬度和耐磨性，具有更大的承载能力。要想获得马氏体组织，必须使钢的冷却速度大于临界冷却速度（VK），如图3-4所示。马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体（以M表示）。图3-3 共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线3.2 钢的普通热处理 3.2.1钢的退火 钢的退火就是在加热炉内将钢加热到适当的温度，保温一定的时间，然后随炉缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。退火的主要目的：软化钢材以利于切削加工；消除内应力以防止零件变形与开
3、裂；细化晶粒，改善组织，为零件的最终热处理作好准备。钢的退火主要用于铸、锻、焊毛坯或半成品零件的预备热处理，有时也可作为零件的最终热处理。根据钢的成分和退火目的不同，钢的退火有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火和再结晶退火等几种。完全退火是把钢加热到Ac3以上3050，保温一定时间，随炉冷却至600以下，出炉空冷。等温退火以较快速度冷却至Ar1以下某一温度，等温一定时间使奥氏体组织转变成珠光体组织后空冷 球化退火是将钢加热到Ac1以上2040，保温一定时间后，迅速冷却到Ar1以下附近温度，保温一定时间后，随炉冷到600以下出炉空冷。扩散退火又称均匀化退火，是将钢加热到略低于固相
4、线温度（Ac3或Accm以上150250），长时间保温，然后随炉冷却，以使钢的化学成分和组织均匀化。去应力退火又称低温退火，是将钢加热到Ac1以下某一温度（500600）,保温一定时间，然后随炉冷却。结晶退火是将钢加热到再结晶温度以上温度（650700），保温一定时间后炉冷或空冷。完全退火目的是消除组织缺陷如过热组织，细化晶粒，降低硬度和改善切削加工性能。完全退火主要用于亚共析钢的铸、锻件，有时也用于焊接件。完全退火不适用于过共析钢，以避免二次网状渗碳体沿晶界析出，给切削加工和随后的热处理带来不利影响。扩散退火目的是消除或减轻枝晶偏析，使钢的成分均匀化。等温退火与完全退火在加热温度和保温时间上
5、完全相同，唯有冷却方式不同。球化退火目的是使渗碳体球化，使钢的硬度降低，利于切削加工，为后续热处理做好组织准备。球化退火主要适用于处理过共析钢，如工具钢、模具钢、轴承钢等。对于亚共析钢，当需要改善切削加工性能或需要改善冷变形性能时，可采用球化退火。去应力退火目的是消除铸件、锻件、焊件、冷冲压件以及机加工件的残余内应力，减少和防止工件在后继工序或使用过程中发生变形或开裂。去应力退火主要用于处理各类钢的铸件、锻件、焊件、冷冲压件以及机加工件。再结晶退火目的是消除冷变形过程中产生的加工硬化，恢复钢材原有的塑性。再结晶退火主要用于处理冷轧、冷拉、冷压等产生加工硬化的钢材。3.2.2 钢的正火 钢的正火
6、是将钢加热到Ac3(或Accm)以上3050，保温适当的时间，出炉在空气中冷却的一种热处理工艺。正火的目的是改善组织，消除组织缺陷，细化晶粒，提高机械性能。3.2.3钢的淬火 淬火是将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Ac1(共析钢或过共析钢)以上3050，保温一定时间使其奥氏体化，然后在冷却介质中迅速冷却，以获得马氏体组织的一种热处理工艺。1.常用的淬火方法 钢的淬火以其冷却方法不同，分为单液淬火法；双液淬火法；分级淬火；等温淬火；局部淬火。2.钢的淬透性与淬硬性钢的淬透性是指钢在规定的冷却条件下淬火时，获得马氏体组织的能力或获得淬透层深度的能力。淬硬性是指淬火后所能达到的最高硬度。3.2.4 钢
7、的回火钢的回火是将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷到室温的热处理工艺。回火的目的是减少或消除淬火应力，防止钢件变形与开裂；稳定组织和尺寸；获得所需要的组织和性能。1.常用的回火方法按加热温度不同，回火可分为低温、中温、高温回火三类。低温回火温度定在150250，保温时间为2小时左右。中温回火温度定在350500，保温时间2小时左右。高温回火温度定在500650，保温时间2小时左右。2.回火脆性 淬火后的钢在250400回火和500600回火出现冲击韧度显著的下降现象，称之为回火脆性。其中在250400之间出现的回火脆性称之为低温回火脆性（又称第一回火脆性）。在50
8、0600之间出现的回火脆性称之为高温回火脆性。3.3 钢的表面热处理3.3.1钢的表面淬火钢的表面淬火就是对钢件工作表面进行快速加热，使钢件表面迅速达到淬火温度，随后急速冷却使钢件工作表面获得淬火组织，而心部仍保持原始组织的一种方法。依据加热源的不同，钢的表面淬火分为感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、激光加热表面淬火。3.3.2钢的表面化学热处理钢的表面化学热处理是将钢件置于特定的介质中加热、保温，使介质分解的一种或多种活性元素渗入钢件表层，以改变表层化学成分，再经后续热处理，使钢件表层获得所需组织和性能的热处理工艺。其目的主要是为了表面强化和改善钢件表面的物理化学性能，即提高钢件表面的硬度
9、、耐磨性、接触疲劳强度、热硬性和耐腐蚀。1.钢的渗碳钢的渗碳是将钢件置于富碳介质中，加热到高温（900930），使活性碳原子渗入钢件的表面，形成高碳渗层的过程。钢件渗碳后要进行淬火和低温回火处理，以保证表面和心部各自具有的力学性能。目的就是表面形成高碳层，经淬火后表面为高碳组织，以保证表面具有高的强度、硬度和高的耐磨性而心部具有良好的塑性和韧性。渗碳主要适用于低碳钢和低碳合金钢的工件。2.钢的氮化钢的渗氮是把钢件置于富氮的介质中，加热至500600温度，使介质分解出的活性氮原子渗入钢件表面，经扩散形成氮化层的过程，俗称氮化。渗氮的目的是提高钢件表面硬度、热硬性、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性以及抗咬
10、合性。3.钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗就是将碳、氮原子同时渗入钢件表面的一种化学热处理工艺。碳氮共渗是渗碳和渗氮工艺的综合，兼有两者的长处。4.渗硼及渗金属 钢的渗硼是将钢件置于富硼的介质中，加热到一定温度，使介质分解出活性硼原子，渗入钢件表面形成渗层的过程。渗硼目的是提高钢件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性、红硬性和抗氧化性。钢的渗金属就是利用介质通过高温，使金属元素在钢件的表面扩散渗入的过程。3.4 热处理新技术在真空中进行的热处理称为真空热处理。真空热处理是在1.330.0133Pa真空度的真空介质中加热工件。包括真空淬火、真空回火和真空化学热处理。真空热处理可有效减少钢件变形，使钢脱氧、脱氢和净
11、化表面，使钢件表面无氧化、无脱碳、表面光洁，可显著提高耐磨性和疲劳强度。3.4.1真空热处理3.4.2可控气氛热处理可控气氛热处理是指在炉内通入一种或几种一定成分的气体，通过对这些气体成分的控制，使其保护钢件不发生氧化与脱碳的一种热处理工艺。其目的是防止钢件表面氧化脱碳，进行可控制的气体渗碳或碳氮共渗，对已脱碳的钢件作复碳处理，实现光亮热处理。3.4.3形变热处理形变热处理是将钢的塑性变形同热处理有机结合在一起，获得形变强化和相变强化综合效果的工艺方法。3.4.4化学热处理新技术1.离子化学热处理离子化学热处理是在真空炉中通入少量与热处理目的相适应的气体，在高压直流电场作用下，使稀薄的气体放电、启辉加热钢件，与此同时，欲渗元素从电离的气体中分解出来，渗入钢件表面。离子化学热处理渗速快，渗层质量好。目前常用的有：离子渗氮、离子渗碳、离子碳氮共渗、离子渗硫和渗金属。2.电解热处理电解热处理是将钢件和加热容器分别接在电源的负极和正极上，容器中装有渗剂，利用化学反应使欲渗元素的原子渗入钢件表面。电解热处理可以进行渗碳、渗硼和渗氮等处理。