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1、金属工艺学基础（上）第6章 钢的热处理工艺 第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺设计制作人：陈妙婷设计制作人：陈妙婷6.1 钢的热处理工艺分类普通热处理：普通热处理：”四把火四把火”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（火焰加热、感应加热）：表面淬火（火焰加热、感应加热）化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗）化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗）形变热处理：形变热处理：控制轧制（形变）控制轧制（形变）控制冷却控制冷却6.2 钢的普通热处理1、退火定义：将钢加热到一定温度并保温一定时间，然后以缓慢定义：将钢加热到一定温度并保温一定时间，然后以缓慢的速度冷却，
2、使之获得接近平衡状态组织的热处理工艺。的速度冷却，使之获得接近平衡状态组织的热处理工艺。分类：退火可分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀分类：退火可分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火和再结晶退火等化退火、去应力退火和再结晶退火等图图 各种退火工艺规范示意图各种退火工艺规范示意图a)a)加热温度范围加热温度范围 b)b)工艺曲线工艺曲线工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围 工艺：工艺：完全奥氏完全奥氏体化体化组织：组织：层片状珠层片状珠光体光体 硬度，改硬度，改善切削加工性善切削加工性能；能；细化晶粒；细化晶粒；消除内应力；消除内应力；减轻组织不减轻组织不均匀
3、性均匀性(消除魏消除魏氏组织等氏组织等)亚共析钢、合亚共析钢、合金钢的铸、锻、金钢的铸、锻、热轧、焊件的热轧、焊件的预备热处理预备热处理(切切削加工前削加工前或或热热处理前处理前的预备的预备热处理热处理)AC3+2030 AC3 AC1 tT（1）完全退火完全退火45钢锻造后与完全退火后机械性能钢锻造后与完全退火后机械性能状态状态b(Mpa)s(Mpa)(%)(%)k(kJ.m-2)HB锻造锻造6507503004005152040200400230完全退火完全退火60070030035015204050400600200完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高。完全退火后强硬度有所下降
4、，而塑韧性较大幅度提高。主要目的：改善组织均匀性以及加工性能。主要目的：改善组织均匀性以及加工性能。工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围 工艺：工艺：不完全奥氏不完全奥氏体化体化组织：组织：球状球状(粒状粒状)珠光体珠光体 降低降低(过过)共共析钢硬度适合析钢硬度适合切削；切削；为最终热处为最终热处理（淬火与低理（淬火与低温回火）做组温回火）做组织准备织准备含碳量较含碳量较高的工、高的工、模具钢的模具钢的预备热处预备热处理理 AC1+2030 ACm或或AC3 AC1 tT（2）球化退火）球化退火 不完全退火的一种不完全退火的一种工艺关键：工艺关键：Fe3C形态控制形态控制 K球的
5、大小控制球的大小控制 控制奥氏体化程度。控制奥氏体化程度。控制过冷奥氏体冷却转变的温度。控制过冷奥氏体冷却转变的温度。片状与球状珠光体组织切削性能比较片状与球状珠光体组织切削性能比较层片状珠光体层片状珠光体粒粒(球球)状状珠光体珠光体刀具刀具T12钢球化退火与完全退火的性能比较：钢球化退火与完全退火的性能比较：球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，利于切削加工。球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，利于切削加工。状态状态b(Mpa)(%)(%)HB完全退火完全退火8101530230球化退火球化退火6202040180T12钢完全退火与球化退火后性能比较钢完全退火与球化退火后性能比较T12钢完全退火与
6、球化退火后组织比较钢完全退火与球化退火后组织比较完全退火、球化退火的工艺缺陷：完全退火、球化退火的工艺缺陷：周期长；变温转变周期长；变温转变组织大小不均组织大小不均 开发出等温退火。开发出等温退火。（3）等温退火等温退火 是完全退火、球化退火工艺的改进是完全退火、球化退火工艺的改进普通退火普通退火等温完全退火等温完全退火等温球化退火等温球化退火 AC3+2030 AC3 Ar1 tTAc1 AC1+2030 Ar1-2030 高速钢等温退火与普通退火工艺曲线高速钢等温退火与普通退火工艺曲线870880 tT4h3h等等温温退退火火普普通通退退火火40 /h720740 炉冷炉冷15 /h空空冷
7、冷空空冷冷 等温退火优势等温退火优势1）缩短工艺时间：）缩短工艺时间：高速钢高速钢 40h20h；2）组织均匀：组织均匀：碳化物球大小一致。碳化物球大小一致。工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围 (1)高温、长时高温、长时 间；间；(2)需再经重结需再经重结晶工艺晶工艺(完全退完全退火或正火火或正火)以细以细化晶粒化晶粒消除或减消除或减轻偏析、轻偏析、带状组织带状组织等等合金钢锭合金钢锭大型铸钢大型铸钢件件tTAC3或或ACm+200300AC3或或ACm（4）扩散（）扩散（均匀化均匀化）退火）退火工艺工艺名称名称工艺规范工艺规范目的目的适用范围适用范围再结晶再结晶退火退火 消除加
8、工硬化消除加工硬化 完全消除残余完全消除残余应力应力冷塑性变形件冷塑性变形件去应力去应力退火退火消除内应力，防消除内应力，防工件变形工件变形铸、锻、焊、铸、锻、焊、冲压、机加工冲压、机加工件件（5）再结晶退火与去应力退火）再结晶退火与去应力退火AC1650700 300650 tT2、正火 1）定义）定义 钢加热到钢加热到AC3 或或ACm以上的以上的A区域，保持一定时间后在空气区域，保持一定时间后在空气中冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺中冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺又称常化。又称常化。2）目的）目的 细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷；细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷；提高低碳钢硬度，改善
9、切削加工性能；提高低碳钢硬度，改善切削加工性能；消除高碳钢网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备；消除高碳钢网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备；型材或大型复杂铸钢件的最终热处理。型材或大型复杂铸钢件的最终热处理。正火与退火的区别正火与退火的区别加热温度较高；加热温度较高；冷却速度较快；冷却速度较快；获得组织较细获得组织较细(索氏体索氏体)；强硬度与塑韧性较高；强硬度与塑韧性较高；生产效率较高。生产效率较高。正火正火 退火退火碳钢正火与退火后的硬度（碳钢正火与退火后的硬度（HB）状态状态结构钢结构钢 软的软的 中等的中等的 硬的硬的工具钢工具钢退火退火正火正火125140160190185230
10、220270正火与退火态正火与退火态45钢机械性能钢机械性能状态状态b(MPa)(%)k(J.cm-2)HB正火正火70080015205080220完全退火完全退火65070015204060180注：正火态强硬度与塑韧性均较高注：正火态强硬度与塑韧性均较高3、正火与退火的选用C%0.75%球化退火球化退火C%0.9%有网状碳化物有网状碳化物 正火正火(消网消网)球化退火球化退火注意：注意：1、退火与正火、退火与正火珠光体类型组织的应用；珠光体类型组织的应用；2、能用正火处则不用退火。、能用正火处则不用退火。正火可作为大件或不重正火可作为大件或不重要工件的最终热处理，而退火一般不作为最终热处
11、理要工件的最终热处理，而退火一般不作为最终热处理淬火与回火淬火与回火是强化钢最常用的热处理工艺方法。先是强化钢最常用的热处理工艺方法。先淬火再根据需要配以不同温度回火，获得所需的力淬火再根据需要配以不同温度回火，获得所需的力学性能。学性能。淬火：淬火：是以获得马氏体或是以获得马氏体或(和贝氏体和贝氏体)为目的的热处为目的的热处理工艺方法。理工艺方法。4、钢的淬火与回火、钢的淬火与回火碳钢：碳钢：亚共析钢：亚共析钢：AC3+3050 过共析钢：过共析钢：AC1+30501）淬火加热温度）淬火加热温度钢的淬火温度范围钢的淬火温度范围 2）合理选择淬火冷却介质）合理选择淬火冷却介质 水：水：鼻温：鼻
12、温：150/s；Ms：450/s。优点：冷却能力强；成本低。优点：冷却能力强；成本低。缺点：缺点：M 转变温区冷速过大，变形；转变温区冷速过大，变形；应用：小尺寸、形状简单碳钢件。应用：小尺寸、形状简单碳钢件。油：油：鼻温：鼻温：6070/s；Ms：50/s；优点：优点：M转变温区冷速小，不易变形；转变温区冷速小，不易变形；缺点：鼻温区冷速较小，不易淬透；缺点：鼻温区冷速较小，不易淬透；应用：合金钢件。应用：合金钢件。钢的淬透性概念钢的淬透性概念淬透层深度淬透层深度 由工件表面由工件表面半马氏体点（半马氏体点（50%M）的深度。）的深度。奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的能力奥氏体化的钢在淬火时
13、获得马氏体的能力 用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度表示用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度表示其大小。其大小。V表V心V表V心VC淬透层深度淬透层深度VC100%M50%M图图 钢的淬透性钢的淬透性淬硬性淬硬性 钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏体能得到的最钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏体能得到的最高硬度表示。高硬度表示。主要取决于马氏体中的主要取决于马氏体中的 C%。淬透性淬透性 主要取决于主要取决于钢的化学成分（特别是合金元素）钢的化学成分（特别是合金元素）并并由此决定的临界冷却速度由此决定的临界冷却速度。淬透性与淬硬性淬透性与淬硬性图图 钢中马氏体硬度与碳含量的关系钢中马氏体硬度与碳含量
14、的关系TA1MS分分级级淬淬火火双双液液淬淬火火等等温温淬淬火火单单液液淬淬火火3）正确选择淬火方法）正确选择淬火方法单液淬火单液淬火 尺寸小、尺寸小、形状简单的碳钢、合金钢件。形状简单的碳钢、合金钢件。双液淬火（水淬油冷）双液淬火（水淬油冷）尺寸较大碳钢件。尺寸较大碳钢件。分级淬火分级淬火 稍高于稍高于MS，盐浴；盐浴；小尺寸工模具、变形小、精密件。小尺寸工模具、变形小、精密件。等温淬火等温淬火 淬火热应力、组织应力小，变形小淬火热应力、组织应力小，变形小 形状复杂、尺寸精密件。形状复杂、尺寸精密件。5、回火 定义：将淬火后的钢重新加热到低于定义：将淬火后的钢重新加热到低于Ac1以下某一温度
15、，以下某一温度，经保温后，使淬火组织转变成为稳定的回火组织，再冷经保温后，使淬火组织转变成为稳定的回火组织，再冷却到室温的热处理工艺方法。却到室温的热处理工艺方法。淬火钢的组织：马氏体或马氏体加残留奥氏体组成，它淬火钢的组织：马氏体或马氏体加残留奥氏体组成，它是不稳定的组织，内应力大、脆、易变形或开裂。是不稳定的组织，内应力大、脆、易变形或开裂。目的：为了消除应力，稳定组织，提高钢件的塑性、韧目的：为了消除应力，稳定组织，提高钢件的塑性、韧性，获得塑性、韧性、硬度、强度适当配合的力学性能。性，获得塑性、韧性、硬度、强度适当配合的力学性能。回火种类回火种类 回火温度回火温度内应力内应力，强硬度，
16、强硬度，塑韧性，塑韧性。根据温度不同划分回火种类。根据温度不同划分回火种类。（1）低温回火（）低温回火（150200）组织：组织：回火马氏体回火马氏体(与淬火马氏体比较与淬火马氏体比较)性能：性能：保持高强硬度；内应力和脆性保持高强硬度；内应力和脆性；韧性略；韧性略。应用应用：工、模具钢；工、模具钢；低碳马氏体钢。低碳马氏体钢。（2）中温回火（）中温回火（250500）组织：组织：回火托氏体，它还保持着马氏体的形态，回火托氏体，它还保持着马氏体的形态，内应力基本消除。内应力基本消除。性能：性能：基体已回复；内应力基体已回复；内应力；弹性极限高；较；弹性极限高；较高的强硬度与良好韧性。高的强硬度
17、与良好韧性。应用：应用：弹簧钢、热锻模。弹簧钢、热锻模。（3）高温回火（）高温回火（500650）组织组织 回火索氏体。回火索氏体。性能性能 内应力基本消除，强度与韧性最佳配合内应力基本消除，强度与韧性最佳配合综合机械性能综合机械性能高。高。应用应用 重要结构件，轴、齿轮。重要结构件，轴、齿轮。图图 40Cr40Cr钢经不同温度回火后的力学性能钢经不同温度回火后的力学性能 注：直径注：直径D D=12mm=12mm，油淬。，油淬。常用表面热处理的方法有：常用表面热处理的方法有：表面淬火表面淬火化学热处理化学热处理6.3 钢的表面热处理表面淬火：仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。表面淬火：仅对工
18、件表层进行淬火的热处理工艺。原理：通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在热量尚未充原理：通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在热量尚未充分传到零件中心时就立即予以冷却淬火，得到马氏体组织。分传到零件中心时就立即予以冷却淬火，得到马氏体组织。目的：使工件表面获得高硬度和高耐磨性，而心部保持较好目的：使工件表面获得高硬度和高耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性，以提高其在扭转、弯曲、循环应力或在摩擦、的塑性和韧性，以提高其在扭转、弯曲、循环应力或在摩擦、冲击、接触应力等工作条件下的使用寿命。冲击、接触应力等工作条件下的使用寿命。1、钢的表面淬火、钢的表面淬火适用：中碳钢、中碳合金钢。适用：中碳钢、中碳合
19、金钢。方法：火焰加热表面淬火、感应加热表面淬、电接触加热表方法：火焰加热表面淬火、感应加热表面淬、电接触加热表面淬火、激光加热表面淬火。面淬火、激光加热表面淬火。原理：利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表原理：利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面受到局部加热，并进行快速冷却的淬火工艺。面受到局部加热，并进行快速冷却的淬火工艺。特点：特点：加热速度快。加热速度快。淬火质量好。淬火质量好。淬硬层深度易于控制，易实现机械化淬硬层深度易于控制，易实现机械化 和自动化，适用于大批量生产。和自动化，适用于大批量生产。1）感应加热表面淬火）感应加热表面淬火高频感应高频感应加热表面淬火加热表
20、面淬火常用频率为常用频率为80801000 kHz1000 kHz，淬硬层深度为，淬硬层深度为0.50.52 mm2 mm。用于淬硬层较薄的中、小模数齿轮和中、小尺寸轴类零件用于淬硬层较薄的中、小模数齿轮和中、小尺寸轴类零件等。等。感应加热表面淬火类型感应加热表面淬火类型中频感应加热中频感应加热表面淬火表面淬火常用频率为常用频率为250025008000 Hz8000 Hz，淬硬层深度为，淬硬层深度为2 210 mm10 mm。主要用于大、中模数齿轮和较大直径轴类零件等。主要用于大、中模数齿轮和较大直径轴类零件等。工频感应加热工频感应加热表面淬火表面淬火电流频率为电流频率为50Hz50Hz，淬
21、硬层深度为，淬硬层深度为lOlO20 mm20 mm。用于大直径零件（如轧辊、火车车轮等）的表面淬火和大用于大直径零件（如轧辊、火车车轮等）的表面淬火和大直径钢件的穿透加热。直径钢件的穿透加热。火焰加热表面淬火是一种利用乙炔，氧气或煤气火焰加热表面淬火是一种利用乙炔，氧气或煤气-氧气混合氧气混合气体的燃烧火焰，将工件表面迅速加热到淬火温度，随后气体的燃烧火焰，将工件表面迅速加热到淬火温度，随后以浸水和喷水方式进行激冷，使工件表层转变为马氏体而以浸水和喷水方式进行激冷，使工件表层转变为马氏体而心部组织不变的工艺方法。心部组织不变的工艺方法。特点：特点：设备简单、成本低；设备简单、成本低；淬火质量
22、不稳定；淬火质量不稳定；适合单件和小批量生产。适合单件和小批量生产。2）火焰加热表面淬火）火焰加热表面淬火化学热处理化学热处理将工件置于一定温度的将工件置于一定温度的活性介质活性介质中保温，中保温，使使一种或几种元素渗入它的表层一种或几种元素渗入它的表层，以，以改变其化学成分、组改变其化学成分、组织和性能织和性能的热处理工艺。的热处理工艺。不仅改变了钢表面的组织，而且表面层的化学成分也发生不仅改变了钢表面的组织，而且表面层的化学成分也发生了变化，因而能更有效地改变零件表层的性能。了变化，因而能更有效地改变零件表层的性能。根据渗入元素分类：根据渗入元素分类：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金渗碳、
23、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属属等。等。化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程分解 吸收 扩散 2、钢的化学热处理、钢的化学热处理渗碳渗碳将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺。入工件表层的化学热处理工艺。目的：提高钢件表层的含碳量，淬火与回火后表面硬、心目的：提高钢件表层的含碳量，淬火与回火后表面硬、心部韧。部韧。材料：低碳钢、低碳合金钢。材料：低碳钢、低碳合金钢。渗碳后处理：淬火及低温回火。渗碳后处理：淬火及低温回火。工艺路线：工艺路线：锻造锻造正火正火机械加工机械加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火。低温回火。渗碳方法：固
24、体渗碳法、液体渗碳法和气体渗碳法三种。渗碳方法：固体渗碳法、液体渗碳法和气体渗碳法三种。1 1）钢的渗碳）钢的渗碳低碳钢件渗碳后表层含碳量低碳钢件渗碳后表层含碳量0.850.851.051.05为最佳。表层为最佳。表层为为过共析组织过共析组织（珠光体和网状二次渗碳体），与其相邻为（珠光体和网状二次渗碳体），与其相邻为共析组织共析组织（珠光体），再向里为（珠光体），再向里为亚共析组织亚共析组织的过渡层（珠的过渡层（珠光体和铁素体），心部为原光体和铁素体），心部为原低碳钢组织低碳钢组织（铁素体和少量珠（铁素体和少量珠光体）光体）工件的渗碳层深度取决于工件尺寸和工作条件，一般为工件的渗碳层深度取决于
25、工件尺寸和工作条件，一般为0.50.52.5 mm2.5 mm。为使工件表面具有高硬度、高耐磨性，必须对渗碳工件进为使工件表面具有高硬度、高耐磨性，必须对渗碳工件进行淬火和低温回火。行淬火和低温回火。渗碳后的组织及热处理渗碳后的组织及热处理 1 1）直接淬火）直接淬火工件从渗碳温度预冷到略高于心部工件从渗碳温度预冷到略高于心部ArAr3 3的某一温度，立即放的某一温度，立即放入水或油中。预冷是为了减少淬火应力和变形。入水或油中。预冷是为了减少淬火应力和变形。渗碳后常用的淬火方法渗碳后常用的淬火方法图图 渗碳后热处理示意图渗碳后热处理示意图a)a)、b)b)直接淬火直接淬火 c)c)一次淬火一次
26、淬火 d)d)二次淬火二次淬火第一次淬火是为了改善心部组织和消除表面网状二次渗碳体，第一次淬火是为了改善心部组织和消除表面网状二次渗碳体，加热温度为加热温度为AcAc3 3以上以上30305050。2 2）一次淬火）一次淬火图图 渗碳后热处理示意图渗碳后热处理示意图a)a)、b)b)直接淬火直接淬火 c)c)一次淬火一次淬火 d)d)二次淬火二次淬火第二次淬火是为细化工件表层组织，获得细马氏体和均匀分第二次淬火是为细化工件表层组织，获得细马氏体和均匀分布的粒状二次渗碳体，加热温度为布的粒状二次渗碳体，加热温度为AcAc1 1以上以上30305050，二次，二次淬火法工艺复杂，生产周期长，成本高
27、，变形大，只适用于淬火法工艺复杂，生产周期长，成本高，变形大，只适用于表面耐磨性和心部韧性要求高的零件。表面耐磨性和心部韧性要求高的零件。3 3）二次淬火）二次淬火图图 渗碳后热处理示意图渗碳后热处理示意图a)a)、b)b)直接淬火直接淬火 c)c)一次淬火一次淬火 d)d)二次淬火二次淬火渗氮渗氮：在一定温度，一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学：在一定温度，一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。热处理工艺。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性。常用渗氮方法常用渗氮方法气体渗氮：在有活性氮原子的气体中进行渗氮。气体渗氮：
28、在有活性氮原子的气体中进行渗氮。离子渗氮离子渗氮：在低于：在低于1101105 5PaPa的渗氮气氛中，利用工件（阴极）的渗氮气氛中，利用工件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的工艺。和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的工艺。2 2）钢的渗氮）钢的渗氮氮原子的渗入使渗氮层内形成残留压应力，可提高疲劳强氮原子的渗入使渗氮层内形成残留压应力，可提高疲劳强度（度（25253535）；渗氮层表面由致密的、连续的氮化）；渗氮层表面由致密的、连续的氮化物组成，使工件具有很高的耐蚀性；渗氮温度低，工件变物组成，使工件具有很高的耐蚀性；渗氮温度低，工件变形小；渗氮层很薄（形小；渗氮层很薄（0.60.60.
29、70mm0.70mm），渗氮后只能精），渗氮后只能精磨、研磨或抛光。渗氮层较脆，不能承受冲击力，生产周磨、研磨或抛光。渗氮层较脆，不能承受冲击力，生产周期长（例如期长（例如0.30.30.5mm0.5mm的渗层，需要的渗层，需要303050h50h），成本），成本高。高。渗氮前零件须经调质处理，获得回火索氏体组织，以提高渗氮前零件须经调质处理，获得回火索氏体组织，以提高心部的性能。渗氮后不需再热处理。心部的性能。渗氮后不需再热处理。渗氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交变载荷渗氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交变载荷以及要求耐热、耐蚀、耐磨的零件的重要零件。以及要求耐热、耐蚀、耐
30、磨的零件的重要零件。渗氮和渗碳相比有何特点？渗氮和渗碳相比有何特点？方法方法:固体碳氮共渗固体碳氮共渗气体碳氮共渗气体碳氮共渗液体碳氮共渗液体碳氮共渗高温高温中温中温低温低温3 3）碳氮共渗技术）碳氮共渗技术定义定义:向钢的表面同时渗入碳和氮原子的过程。向钢的表面同时渗入碳和氮原子的过程。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。工艺工艺合金结构钢合金结构钢HRC53HRC5360608208208608604 46 6以渗碳为主以渗碳为主0.50.50.8mm0.8mm淬火淬火+低温回火低温回火中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗合金工具钢合金工具钢HRC54HRC546
31、363低温气体碳氮共渗低温气体碳氮共渗5005006006003 34 4以渗氮为主以渗氮为主0.10.10.4mm0.4mm不需要不需要材料材料性能性能名称名称温度温度()()时间时间(h)(h)作用作用渗层渗层热处理热处理定义：用活性硼原子渗入钢件表层并形成铁的硼化物的化学定义：用活性硼原子渗入钢件表层并形成铁的硼化物的化学热处理工艺。热处理工艺。特点：提高钢件的表面硬度特点：提高钢件的表面硬度(1300(13002000HV)2000HV)和耐磨性，和耐磨性，同时具有良好的耐热性和耐蚀性。同时具有良好的耐热性和耐蚀性。目前用得最多的是盐浴渗硼，最常用的盐浴渗硼剂是由无水目前用得最多的是盐
32、浴渗硼，最常用的盐浴渗硼剂是由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组成。其中硼砂提供活性硼硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组成。其中硼砂提供活性硼原子，碳化硅或碳化硼是还原剂。原子，碳化硅或碳化硼是还原剂。通常渗硼温度为通常渗硼温度为900900950950，时间为，时间为4 46h6h，渗硼层深度，渗硼层深度可达可达0.10.10.3mm0.3mm。4 4）钢的渗硼）钢的渗硼定义：在炉气成分可控的热处理炉内进行的热处理。定义：在炉气成分可控的热处理炉内进行的热处理。分类：分类：吸热式气氛吸热式气氛放热式气氛放热式气氛滴注式气氛滴注式气氛6.4 钢的热处理新技术钢的热处理新技术1 1）可控气氛热处理）可控
33、气氛热处理定义：在定义：在0.01330.01331.33Pa1.33Pa真空度的真空介质中对工真空度的真空介质中对工件进行热处理的工艺。件进行热处理的工艺。优点：优点：减少工件变形减少工件变形减少和防止工件氧化减少和防止工件氧化净化工件表面净化工件表面脱气作用脱气作用应用：几乎全部热处理工艺均可以进行真空热处理，应用：几乎全部热处理工艺均可以进行真空热处理，淬火介质也由最初仅能气淬发展到现在的油淬、水淬、淬火介质也由最初仅能气淬发展到现在的油淬、水淬、硝盐淬火等。硝盐淬火等。2 2）真空热处理）真空热处理定义：利用阴极定义：利用阴极(工件工件)和阳极间的辉光放电产生的等和阳极间的辉光放电产生
34、的等离子体轰击工件，使工件表层的成分、组织及性能发离子体轰击工件，使工件表层的成分、组织及性能发生变化的热处理工艺。生变化的热处理工艺。分类：分类：离子渗氮离子渗氮离子渗碳离子渗碳3 3）离子渗扩热处理）离子渗扩热处理优点：优点：表面形成的氮化层具有优异的力学性能；表面形成的氮化层具有优异的力学性能；离子渗氮节约能源，渗氮气体消耗少，操作环境无污染；离子渗氮节约能源，渗氮气体消耗少，操作环境无污染；离子渗氮速度快。离子渗氮速度快。缺点：缺点：设备昂贵，工艺成本高，不宜于大批量生产。设备昂贵，工艺成本高，不宜于大批量生产。离子渗氮离子渗氮优点：优点：硬度、疲劳强度、耐磨性等力学性能高；硬度、疲劳
35、强度、耐磨性等力学性能高；渗碳速度快；渗碳速度快；工件不易产生氧化，表面洁净，耗电少和无污染。工件不易产生氧化，表面洁净，耗电少和无污染。离子渗碳离子渗碳定义：将形变强化与相变强化综合起来的一种复合强定义：将形变强化与相变强化综合起来的一种复合强韧化处理方法。韧化处理方法。分类：分类：高温形变热处理高温形变热处理低温形变热处理低温形变热处理4 4）形变热处理）形变热处理激光淬火：利用专门的激光器发出能量密度极高的激激光淬火：利用专门的激光器发出能量密度极高的激光，以极快的速度加热工件表面。光，以极快的速度加热工件表面。电子束淬火：利用电子枪发射成束电子，轰击工件表电子束淬火：利用电子枪发射成束
36、电子，轰击工件表面，使之急速加热，自冷淬火后使工件表面强化的热面，使之急速加热，自冷淬火后使工件表面强化的热处理。处理。5 5）激光淬火和电子束淬火）激光淬火和电子束淬火过热：过热：晶粒粗大晶粒粗大重结晶消除；重结晶消除；过烧：过烧：晶界熔化或氧化晶界熔化或氧化无法挽回。无法挽回。氧化：氧化：空气中的氧气与工件表面形成氧化物的现象空气中的氧气与工件表面形成氧化物的现象 脱碳：脱碳：工件表层中的碳被氧化烧损而使工件表层中碳工件表层中的碳被氧化烧损而使工件表层中碳含量下降的现象。含量下降的现象。变形：变形：工件在热处理时，尺寸和形状发生变化的现象。工件在热处理时，尺寸和形状发生变化的现象。开裂：开
37、裂：当工件在热处理时产生的内应力值瞬间超过材当工件在热处理时产生的内应力值瞬间超过材料的抗拉强度时，工件就会产生开裂而报废。料的抗拉强度时，工件就会产生开裂而报废。1 1）常见的热处理缺陷）常见的热处理缺陷6.5 热处理工艺的应用2 2）热处理工件的结构工艺性）热处理工件的结构工艺性避免尖角和棱角；避免尖角和棱角；避免厚薄悬殊的截面；避免厚薄悬殊的截面；尽量采用封闭结构；尽量采用封闭结构；尽量采用对称结构；尽量采用对称结构；当有开裂倾向和特别复杂的热处理工件时，尽量采用当有开裂倾向和特别复杂的热处理工件时，尽量采用组合结构，把整体件改为组合件。组合结构，把整体件改为组合件。3 3）热处理技术条
38、件的标注及热处理工序位置安排）热处理技术条件的标注及热处理工序位置安排热处理技术条件的标注热处理技术条件的标注设计者依据工件的工作特性，提出热处理技术条件并设计者依据工件的工作特性，提出热处理技术条件并在零件图上标出代号在零件图上标出代号(企业标准，省、部颁标准，国企业标准，省、部颁标准，国家标准代号家标准代号)。由于硬度检验属于非破坏性的检验，因此在零件图上由于硬度检验属于非破坏性的检验，因此在零件图上常常常常 标注硬度值。标注硬度值。对于那些非常重要的零件，在零件图上有时也标注抗对于那些非常重要的零件，在零件图上有时也标注抗拉强度、伸长率、金相组织等。拉强度、伸长率、金相组织等。表面淬火、
39、表面热处理工件要标明处理部位、层深及表面淬火、表面热处理工件要标明处理部位、层深及组织等要求。组织等要求。热处理的工序位置热处理的工序位置 预先热处理工序位置（退火、正火、调质）预先热处理工序位置（退火、正火、调质）安排在毛坯生产之后、切削加工之前，或粗加工之后、半精加安排在毛坯生产之后、切削加工之前，或粗加工之后、半精加工之前。工之前。a a）退火、正火工序位置）退火、正火工序位置 毛坯生产毛坯生产 退火（或正火）退火（或正火）切削加工。切削加工。b b）调质工序位置）调质工序位置 下料下料 锻造锻造 正火（或退火）正火（或退火）粗加工（留余量）粗加工（留余量）调质调质 半精加工（或精加工）
40、半精加工（或精加工）a a）整体淬火工序位置）整体淬火工序位置 下料下料 锻造锻造 退火（或正火）退火（或正火）粗加工、半精加工粗加工、半精加工（留余量）（留余量）淬火、回火（低、中温）淬火、回火（低、中温）磨削。磨削。b b）表面淬火工序位置）表面淬火工序位置 下料下料 锻造锻造 退火（或正火）退火（或正火）粗加工粗加工 调质调质 半精加半精加工（留余量）工（留余量）表面淬火、低温回火表面淬火、低温回火 磨削。磨削。最终热处理工序位置（淬火、回火、渗碳、渗氮）最终热处理工序位置（淬火、回火、渗碳、渗氮）c c）渗碳淬火的工序位置渗碳淬火的工序位置 下料下料 锻造锻造 正火正火 粗粗、半精、半
41、精加工加工 渗碳、淬火渗碳、淬火 低温回火低温回火 磨削磨削 d d）渗氮的工序位置）渗氮的工序位置 下料下料 锻造锻造 退火退火 粗加工粗加工 调质调质 半精半精、精加工、精加工 去去应力退火应力退火 粗磨粗磨 渗氮渗氮 精磨、研磨或抛光。精磨、研磨或抛光。第六章第六章思考题参考答案或提示思考题参考答案或提示6.1、什么是、什么是 热处理热处理?热处理目的是什么热处理目的是什么?答：钢的普通热处理是将工件整体进行加热、保温和冷却，使其获得均匀组答：钢的普通热处理是将工件整体进行加热、保温和冷却，使其获得均匀组织和性能的一种热加工工艺。织和性能的一种热加工工艺。6.2、什么叫球化退火、什么叫球
42、化退火?球化退火的目的是什么球化退火的目的是什么?主要用于什么钢主要用于什么钢?答：参见答：参见p766.3、什么是正火热处理、什么是正火热处理?目的是什么目的是什么?用于什么场合用于什么场合?答：参见答：参见p776.4、什么是淬火、什么是淬火?淬火对冷却速度有何要求淬火对冷却速度有何要求?答：参见答：参见p786.5、什么叫淬透性和淬硬性、什么叫淬透性和淬硬性?它们各自的影响因素有哪些它们各自的影响因素有哪些?答：参见答：参见p78796.6、什么是回火、什么是回火?回火工艺的分类、目的、组织与应用是什么回火工艺的分类、目的、组织与应用是什么?答：参见答：参见p80816.7、什么叫调质处
43、理、什么叫调质处理?调质处理获得什么组织调质处理获得什么组织?答：淬火并高温回火的复合热处理工艺方法，称为调质。调质处理后的组织答：淬火并高温回火的复合热处理工艺方法，称为调质。调质处理后的组织是回火索氏体是回火索氏体6.8、什么叫表面热处理、什么叫表面热处理?常用的表面热处理有哪些常用的表面热处理有哪些?答：表面热处理：仅对零件表面进行热处理，使表面和心部具有不同性能答：表面热处理：仅对零件表面进行热处理，使表面和心部具有不同性能包括只改变工件表面层组织的表面淬火工艺和改变工件表面层组织及表面化包括只改变工件表面层组织的表面淬火工艺和改变工件表面层组织及表面化学成分的学成分的化学热处理工艺。
44、化学热处理工艺。6.9、什么叫化学热处理、什么叫化学热处理?常用的化学热处理的种类有哪常用的化学热处理的种类有哪答：参见答：参见p846.10、什么是渗碳处理、什么是渗碳处理?目的是什么目的是什么?答：参见答：参见p85*6.11、目前热处理新工艺有哪些、目前热处理新工艺有哪些?答：可控气氛热处理、真空热处理、离子渗扩热处理、形变热处理、激光淬答：可控气氛热处理、真空热处理、离子渗扩热处理、形变热处理、激光淬火和电子束淬火火和电子束淬火复习效果自测（填空题）复习效果自测（填空题）(1)球化退火的目的是降低硬度、均匀组织、改善切削加工性能，为淬火作组球化退火的目的是降低硬度、均匀组织、改善切削加
45、工性能，为淬火作组织准备。织准备。(2)去应力又称为去应力又称为 低温低温 退火。因去应力退火温度低，不改变工件原来退火。因去应力退火温度低，不改变工件原来 组织组织 。(3)去应力退火的目的是为了消除铸件、锻件和焊接件内的残余应力以及冷变去应力退火的目的是为了消除铸件、锻件和焊接件内的残余应力以及冷变形加工中所造成的内应力。形加工中所造成的内应力。(4)再结晶退火用于消除冷变形加工再结晶退火用于消除冷变形加工(如冷轧、冷拉、冷冲如冷轧、冷拉、冷冲)产生的畸变组织，产生的畸变组织，消除加工硬化。消除加工硬化。(5)正火是将钢加热到正火是将钢加热到Ac3(亚共析钢亚共析钢)或或Accm(过共析钢
46、过共析钢)以上以上3050，保，保温一段时间，然后在温一段时间，然后在 空气中空气中 或在强制流动的空气中冷却到或在强制流动的空气中冷却到 室温室温 的热处理的热处理方法。方法。(6)正火比退火冷却速度正火比退火冷却速度 快快 ，因而正强度和硬度也比退火组织，因而正强度和硬度也比退火组织 高高 。(7)通过正火可使硬度提高到接近最佳切削加工硬度，从而改善通过正火可使硬度提高到接近最佳切削加工硬度，从而改善 切削切削 加工性加工性能。能。(8)生产上退火或正火工艺的选择主要根据钢的种类、加工工艺生产上退火或正火工艺的选择主要根据钢的种类、加工工艺(冷、热冷、热)、零、零件的使用性能及经济性等进行
47、综合考虑。件的使用性能及经济性等进行综合考虑。(9)作为最终热处理对强度要求不高的零件可把正火作为最终热处理。正火可作为最终热处理对强度要求不高的零件可把正火作为最终热处理。正火可以细化晶粒，均匀组织，从而提高钢的强度、硬度和韧性。以细化晶粒，均匀组织，从而提高钢的强度、硬度和韧性。(10)淬火与回火是淬火与回火是 强化强化 钢最常用先淬火再根据需要配以不同温度回火，获得钢最常用先淬火再根据需要配以不同温度回火，获得所需的力的热处理工艺方法。所需的力的热处理工艺方法。(11)调质处理是指调质处理是指 淬火淬火 加加 高温回火的热处理方法。高温回火的热处理方法。(12)钢的表面淬火是将工件钢的表
48、面淬火是将工件 快速加热快速加热 到淬火温度，然后到淬火温度，然后 迅速迅速 冷却，仅使冷却，仅使 表面层表面层 获得淬火组织的热处理方法。获得淬火组织的热处理方法。(13)钢的表面淬火处理的方法钢的表面淬火处理的方法 感应感应 加热表面淬火加加热表面淬火加 火焰火焰 加热表面淬火加热表面淬火(14)化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中 保温保温 ，使介质中的一，使介质中的一种或几种元素原子渗入种或几种元素原子渗入 工件工件 表层，以改变钢件表层化学成分和组织，进而达表层，以改变钢件表层化学成分和组织，进而达到改进到改进 表面性能表面性能，满足，满足 技术要求技术要求 的工艺。的工艺。(15)生产上应用最广的化学热处理是渗碳、渗氮和碳氮共渗。生产上应用最广的化学热处理是渗碳、渗氮和碳氮共渗。