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1、钢在加热时组织的转变钢在冷却时组织的转变钢的整体热处理工艺钢的表面热处理和化学热处理工艺热处理工艺的应用第1页/共138页概 述1、钢的热处理定义:将钢在固态下以适当的方式进行将钢在固态下以适当的方式进行加热加热、保温保温和和冷却冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。，以获得所需组织和性能的工艺过程。时间时间温温度度临界温度临界温度热热加加保温保温冷冷却却第2页/共138页2.2.热处理的主要热处理的主要目的目的:改善材料的使用、工艺性能改善材料的使用、工艺性能 。3.3.热处理的热处理的特点特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形：在固态下，只改变工件的组织，不改变形 状和尺寸状和尺寸 。
2、4.4.按目的、加热条件和特点不同热处理按目的、加热条件和特点不同热处理分为分为热处理热处理整整体体热处理热处理表表面面热处理热处理(表面淬火表面淬火)退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;化化学学 热处理热处理感应加热淬火感应加热淬火火焰加热淬火火焰加热淬火渗碳渗碳;渗氮渗氮;碳氮共渗碳氮共渗;第3页/共138页 第一节 钢在加热时的组织转变 转变温度转变温度 奥氏体的形成奥氏体的形成 奥氏体晶粒的长大及其影响因素奥氏体晶粒的长大及其影响因素第4页/共138页一、转变温度图图4-24-2加热和冷却时加热和冷却时Fe-FeFe-Fe3 3C C相图上各相变点的位置相图上各相变点的位置实际加热
3、和冷却时的相变点：实际加热和冷却时的相变点：平衡时平衡时AA11AA33AcmAcm加热时加热时AAc1c1AAc3c3 AccmAccm冷却时冷却时AAr1r1AAr3r3ArcmArcm第5页/共138页 加热工序的目的：得到奥氏体加热工序的目的：得到奥氏体 P (F +Fe P (F +Fe3 3C)AC)A结构结构 体心体心 复杂复杂 面心面心含碳量含碳量 0.77 0.0218 6.69 0.770.77 0.0218 6.69 0.77二、奥氏体的形成过程(以共析钢为例)可见可见:珠光体向奥氏体转变珠光体向奥氏体转变,是由成分相差悬殊、晶格是由成分相差悬殊、晶格截然不同的截然不同的
4、两相混合物两相混合物转变成转变成单相固溶体单相固溶体的过程。因的过程。因此在奥氏体的形成过程必定发生此在奥氏体的形成过程必定发生晶格重构晶格重构和铁、碳原和铁、碳原子的扩散。子的扩散。第6页/共138页 1.1.奥氏体晶核的形成奥氏体晶核的形成 奥氏体的晶核易于在奥氏体的晶核易于在F F和和FeFe33CC渗碳体渗碳体相界面上相界面上形成。这是因为在两相的相界上原子排列不规则，空位和位错密度高；为形核提供了良好的条件。形成。这是因为在两相的相界上原子排列不规则，空位和位错密度高；为形核提供了良好的条件。F FFeFe3 3C CA AA A形核形核第7页/共138页 2.2.奥氏体晶核的长大奥
5、氏体晶核的长大奥氏体形核后逐渐长大，晶核的长大是依靠与其相邻的奥氏体形核后逐渐长大，晶核的长大是依靠与其相邻的F F向向A A的转变和的转变和FeFe33CC的不断溶解来完成的。的不断溶解来完成的。A A向向F F和和FeFe33CC两个方向长大。两个方向长大。未溶未溶FeFe3 3C CA AF F向向A A转变和转变和FeFe33CC溶解溶解第8页/共138页 3.3.残余渗碳体溶解残余渗碳体溶解在奥氏体形成过程中，铁素体比渗碳体先消失，因此奥氏体形成之后，还残存未溶渗碳体。这部分未溶的残余渗碳体将随着时间的延长，继续不断地溶入奥氏体，直至全部消失。在奥氏体形成过程中，铁素体比渗碳体先消失
6、，因此奥氏体形成之后，还残存未溶渗碳体。这部分未溶的残余渗碳体将随着时间的延长，继续不断地溶入奥氏体，直至全部消失。残余残余FeFe3 3C CA A残余残余FeFe3 3C C溶解溶解第9页/共138页 4.4.奥氏体均匀化奥氏体均匀化渗碳体完全溶解后，开始时奥氏体中碳的浓度分布并不均匀渗碳体完全溶解后，开始时奥氏体中碳的浓度分布并不均匀,原先是渗碳体的地方碳浓度高，原先是铁素体的地方碳浓度低。必须继续保温，通过碳的扩散，使奥氏体成分均匀化。原先是渗碳体的地方碳浓度高，原先是铁素体的地方碳浓度低。必须继续保温，通过碳的扩散，使奥氏体成分均匀化。A AAA均匀化均匀化第10页/共138页 亚共
7、析钢和过共析钢的亚共析钢和过共析钢的A A形成过程与共析钢基本相似，形成过程与共析钢基本相似，不同之处在不同之处在于亚共析钢和过共析钢需加热到于亚共析钢和过共析钢需加热到AcAc33或或AcAccmcm以上，才能获得单一的奥氏体组织，这个过程称为以上，才能获得单一的奥氏体组织，这个过程称为完全奥氏体化完全奥氏体化。第11页/共138页三、奥氏体晶粒的长大及其影响因素1 1奥氏体晶粒的长大奥氏体晶粒的长大 由于奥氏体在铁素体与渗碳体相界面上形核，由于奥氏体在铁素体与渗碳体相界面上形核，形成的晶核多形成的晶核多，因而刚完成珠光体向奥氏体的转变时奥氏体的晶粒是比较，因而刚完成珠光体向奥氏体的转变时奥
8、氏体的晶粒是比较细小细小的。但是如果在形成奥氏体后继续升高温度，或者是在高温长时间保温，就会引起奥氏体晶粒长大。的。但是如果在形成奥氏体后继续升高温度，或者是在高温长时间保温，就会引起奥氏体晶粒长大。由于晶粒粗大，往往使钢的强韧性恶化，特别是冲击韧性将明显下降，韧脆转变温度相应升高，脆性倾向加大。由于晶粒粗大，往往使钢的强韧性恶化，特别是冲击韧性将明显下降，韧脆转变温度相应升高，脆性倾向加大。因此，钢在加热时应严格控制加热规范，以获得细小而均匀的奥氏体晶粒。因此，钢在加热时应严格控制加热规范，以获得细小而均匀的奥氏体晶粒。第12页/共138页2.奥氏体晶粒度:晶粒度晶粒度晶粒大小的量度。晶粒大
9、小的量度。晶粒的大小通常用晶粒的大小通常用晶粒度级别指数晶粒度级别指数来表示来表示;奥氏体的晶粒度一般分为奥氏体的晶粒度一般分为8 8级，级，l l4 4级为粗晶粒，级为粗晶粒，5 58 8级为细晶粒。级为细晶粒。奥氏体实际晶粒度：奥氏体实际晶粒度：是指钢在具体热处理或热加工条件下获得的奥氏体晶粒度是指钢在具体热处理或热加工条件下获得的奥氏体晶粒度;它的大小决定了钢件热处理或热加工后室温组织的晶粒大小，直接影响到钢件的力学性能。因此，在钢材验收、零件技术要求、热加工工艺评定、产品质量分析中所规定的它的大小决定了钢件热处理或热加工后室温组织的晶粒大小，直接影响到钢件的力学性能。因此，在钢材验收、
10、零件技术要求、热加工工艺评定、产品质量分析中所规定的“晶粒度检验晶粒度检验”一般都是指依据一般都是指依据 GBGBT63941986T63941986检验钢的奥氏体实际晶粒度检验钢的奥氏体实际晶粒度 第13页/共138页1 1）合理选择并严格控制加热温度和保温时间）合理选择并严格控制加热温度和保温时间随着温度升高晶粒度将随之长大。温度愈高，晶粒长大愈明显。在一定温度下，保温时间愈长，奥氏体晶粒也越粗大。随着温度升高晶粒度将随之长大。温度愈高，晶粒长大愈明显。在一定温度下，保温时间愈长，奥氏体晶粒也越粗大。2 2）合理选择原始组织）合理选择原始组织随着钢中奥氏体含碳量的增加，奥氏体晶粒长大的倾向
11、也增大。但当随着钢中奥氏体含碳量的增加，奥氏体晶粒长大的倾向也增大。但当wc1.2%wc1.2%时，奥氏体晶界上存在未溶的渗碳体能阻碍晶粒的长大，故奥氏体实际晶粒度较小。时，奥氏体晶界上存在未溶的渗碳体能阻碍晶粒的长大，故奥氏体实际晶粒度较小。3 3）加入一定量的合金元素）加入一定量的合金元素若碳以未溶的碳化物形式存在，则它有阻碍晶粒长大的作用。锰和磷是促进奥氏体晶粒长大倾向的元素。若碳以未溶的碳化物形式存在，则它有阻碍晶粒长大的作用。锰和磷是促进奥氏体晶粒长大倾向的元素。3.3.奥氏体晶粒大小的控制奥氏体晶粒大小的控制第14页/共138页 第二节 钢在冷却时的转变 过冷奥氏体的等温冷却转变过
12、冷奥氏体的等温冷却转变 过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变第15页/共138页热热加加保温保温时间时间温温度度临界温度临界温度A A11连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却在热处理生产中，常用的冷却方式：在热处理生产中，常用的冷却方式：等温冷却等温冷却和和连续冷却连续冷却。第16页/共138页一、过冷奥氏体的等温冷却转变(一一)过冷奥氏体等温转变图过冷奥氏体等温转变图(C(C曲线）的建立曲线）的建立现以金相硬度法测定现以金相硬度法测定共析钢共析钢过冷奥氏体等温转变为例，来说明等温转变图的建立过程。过冷奥氏体等温转变为例，来说明等温转变图的建立过程。过冷奥氏体过冷奥氏体:在相变温度在相
13、变温度A A11以下，未发生转变而处于不稳定状态的奥氏体。以下，未发生转变而处于不稳定状态的奥氏体。过冷奥氏体的等温转变：过冷奥氏体的等温转变：指钢经奥氏体化后冷却到相变点以下的某温度区间内等温时。过冷奥氏体所发生的转变。指钢经奥氏体化后冷却到相变点以下的某温度区间内等温时。过冷奥氏体所发生的转变。第17页/共138页 共析钢 C曲线建立过程示意图时间时间(s)(s)30030010102210103310104410101 10 0800800-100100100100200200500500600600700700温度温度()0 0400400A A1 1第18页/共138页（二）共析碳钢
14、（二）共析碳钢 C C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过冷冷奥奥氏氏体体区区A A向产向产物转变开始线物转变开始线A A向产物向产物转变终止线转变终止线A A+产产物物区区产产物物区区A A1 1550550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变;P;P转变区。转变区。550550230230;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)(B)转变区转变区;230230-50-50;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)(M)转变区。转变区。时间时间(s)(s)30030010102210103310104410101
15、10 0800800-100100100100200200500500600600700700温度温度()0 0400400A A1 1MsMsMMf f第19页/共138页（三）转变产物的组织和性能（三）转变产物的组织和性能A1650A1650层片状珠光体层片状珠光体25HRCVk)(Vk)冷却的热处理工艺。冷却的热处理工艺。回火：回火：将将淬火后淬火后钢件再加热到钢件再加热到A A1 1以下的某一温度，以下的某一温度，保温一定时间后，然后冷却到室温的热处理保温一定时间后，然后冷却到室温的热处理 工艺工艺 。淬火与回火是不可分割的综合程序第60页/共138页一、淬火 目的：目的：为了获得为了
16、获得马氏体（或贝氏体）马氏体（或贝氏体）组织，提高钢的组织，提高钢的硬度、强度和耐磨性硬度、强度和耐磨性1、淬火加热工艺参数:第61页/共138页淬火加热温度和淬火后组织M+Fe3C+A残Ac1+3050过共析钢M+A残残Ac1 1+3050共析钢M+A残Ac3+3050亚共析钢Wc0.5%MAc3 3+3050亚共析钢Wc0.5%最终组织淬火温()钢种第62页/共138页2、淬火冷却工艺（1）理想淬火冷却速度时间时间(s)(s)30030010102210103310104410101 10 0800800-100100100100200200500500600600700700温度温度()
17、0 0400400A A1 1MsMsMMf f理想冷却速度：慢理想冷却速度：慢快快慢慢第63页/共138页（2）常用的淬火冷却介质l l）水）水水是目前应用最广泛的淬火冷却介质，水在水是目前应用最广泛的淬火冷却介质，水在300300200200范围内的冷却速度也很大，常使淬火钢件变形开范围内的冷却速度也很大，常使淬火钢件变形开裂。裂。常用作碳钢的淬火常用作碳钢的淬火。含含5 51010的盐（的盐（NaClNaCl）水溶液。在）水溶液。在650650550550时的时的冷却能力比水提高近一倍。因此，用食盐水溶液淬火冷却能力比水提高近一倍。因此，用食盐水溶液淬火的钢件，容易得到高而均匀的硬度和光
18、洁的表面。但的钢件，容易得到高而均匀的硬度和光洁的表面。但是，食盐水溶液在是，食盐水溶液在300300200200范围内的冷却能力仍然范围内的冷却能力仍然很大，仍有可能使淬火钢件产生变形和开裂。很大，仍有可能使淬火钢件产生变形和开裂。常用于常用于形状简单的低、中碳钢工件的淬火。形状简单的低、中碳钢工件的淬火。第64页/共138页2 2）油）油各种矿物油，也是一种应用很广泛的淬火介质，油在各种矿物油，也是一种应用很广泛的淬火介质，油在3003002002000 0C C温度范围内，冷却速度远小于水，但油在温度范围内，冷却速度远小于水，但油在650650550550温度范围内的冷却速度却比水小很多
19、，因温度范围内的冷却速度却比水小很多，因此，生产上用油作淬火介质，此，生产上用油作淬火介质，只适用于过冷奥氏体稳只适用于过冷奥氏体稳定性较大的合金钢淬火，不适用于碳钢的淬火。定性较大的合金钢淬火，不适用于碳钢的淬火。3 3）盐浴）盐浴主要用于贝氏体等温淬火，马氏体分级淬火。其特点主要用于贝氏体等温淬火，马氏体分级淬火。其特点是沸点高、冷却能力介于水与油之间，是沸点高、冷却能力介于水与油之间，常用于处理形常用于处理形状复杂、尺寸较小和变形要求严格的工件。状复杂、尺寸较小和变形要求严格的工件。第65页/共138页（3）常用的淬火方法:为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和为了保证获得所需淬火组织
20、，又要防止变形和开裂，必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方开裂，必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。法才能解决。通常的淬火方法包括：通常的淬火方法包括：单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火马氏体分级淬火马氏体分级淬火贝氏体等温淬火贝氏体等温淬火局部淬火局部淬火第66页/共138页1 1）单液淬火单液淬火 将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。优点：优点：操作简单，容易实操作简单，容易实现自动化现自动化缺点：缺点：易产生淬火缺陷，易产生淬火缺陷，水中淬火易产生变形和水中淬火易产生变形和 裂纹，油中淬火易产生硬裂纹，油中淬火易产生硬度不足或
21、硬度不均匀等现度不足或硬度不均匀等现象。象。应用：碳钢应用：碳钢一般用一般用水水作冷作冷却介质，却介质，合金钢合金钢可用可用油油作作冷却介质。冷却介质。第67页/共138页2 2）双液淬火双液淬火将加热的工件将加热的工件先投入先投入一种一种冷却能力强冷却能力强的介质中冷却，然的介质中冷却，然后后在接近在接近MsMs点点温度（钢的组织还未开始转变时迅速取出）温度（钢的组织还未开始转变时迅速取出），马上浸入马上浸入另一种另一种冷却能力弱冷却能力弱的介质中使之发生马氏体的介质中使之发生马氏体转变的淬火，称为转变的淬火，称为双介质淬火双介质淬火。优点：优点：内应力小，变形及开内应力小，变形及开裂小。裂
22、小。缺点：缺点：操作困难，不易掌握操作困难，不易掌握应用：应用：先水淬后油冷先水淬后油冷适用于形状适用于形状复杂的高碳钢，如丝锥。复杂的高碳钢，如丝锥。先油淬后空冷先油淬后空冷适用于尺寸较适用于尺寸较大的合金钢大的合金钢第68页/共138页3 3）马氏体分级淬火：）马氏体分级淬火：定义：定义：将加热的工件将加热的工件先先放入放入温度为温度为MsMs点（点（1501502602600 0C C）附近的盐或碱浴附近的盐或碱浴中，稍加中，稍加停留，停留，等工件整体温度趋于均等工件整体温度趋于均匀时，再取出匀时，再取出空冷空冷以获得以获得马氏体。马氏体。优点：优点：有效减小内应力，有效减小内应力，防止
23、变形与开裂防止变形与开裂缺点：缺点：对于碳钢零件，对于碳钢零件，淬火后会出现非马氏体淬火后会出现非马氏体组织组织应用：应用：尺寸小，形状尺寸小，形状复杂工件复杂工件第69页/共138页4 4）贝氏体等温淬火：贝氏体等温淬火：定义：定义：将加热的工件先放入将加热的工件先放入稍高于稍高于MsMs点温度点温度（2602604004000 0C C）的盐或碱浴的盐或碱浴中，中，保温足够时间保温足够时间，使其发生，使其发生下贝氏下贝氏转变后转变后出炉空冷。出炉空冷。优点：优点：内应力小，工件内应力小，工件不易变形与开裂，具有不易变形与开裂，具有良好的综合力学性能。良好的综合力学性能。应用：应用：用于形状
24、复杂，用于形状复杂，尺寸要求精确，并且硬尺寸要求精确，并且硬度和韧性都要求较高的度和韧性都要求较高的工件工件如：各种模具，成型刃如：各种模具，成型刃具，弹簧等具，弹簧等第70页/共138页第71页/共138页淬火工艺演示淬火工艺演示淬火工艺演示淬火工艺演示第72页/共138页5 5）局部淬火）局部淬火定义：定义：仅对钢件需要硬化的仅对钢件需要硬化的局部局部进行加热淬火的工艺。进行加热淬火的工艺。优点：优点：既保证了钢件局部的高硬度，又避免其他部既保证了钢件局部的高硬度，又避免其他部分产生变形或开裂。分产生变形或开裂。第73页/共138页（4 4）冷处理）冷处理定义：定义：钢件淬火冷却到室温后，
25、继续在钢件淬火冷却到室温后，继续在00以下的介质以下的介质中冷却的热处理工艺，称为冷处理，或深冷处理。中冷却的热处理工艺，称为冷处理，或深冷处理。目的：目的：是使残余奥氏体在继续冷却时转变为马氏体，是使残余奥氏体在继续冷却时转变为马氏体，即尽量减少钢中残余奥氏体量而增多马氏体量，提高即尽量减少钢中残余奥氏体量而增多马氏体量，提高钢的硬度和耐磨性，避免随后因奥氏体转变而引起钢钢的硬度和耐磨性，避免随后因奥氏体转变而引起钢件尺寸形状的改变，从而提高钢件尺寸的稳定性。件尺寸形状的改变，从而提高钢件尺寸的稳定性。应用：应用：只用于如精密量具、模具、精密轴承等尺寸稳只用于如精密量具、模具、精密轴承等尺寸
26、稳定性要求很高的钢件。定性要求很高的钢件。第74页/共138页3.3.热处理工艺结构分析热处理工艺结构分析:淬火件结构设计原则及改善结构工艺性的措施淬火件结构设计原则及改善结构工艺性的措施(1)(1)第75页/共138页淬火件结构设计原则及改善结构工艺性的措施淬火件结构设计原则及改善结构工艺性的措施(2)(2)第76页/共138页淬火件结构设计原则及改善结构工艺性的措施淬火件结构设计原则及改善结构工艺性的措施(3)(3)第77页/共138页二、钢的回火1 1、目的：、目的：消除淬火应力；消除淬火应力；稳定工件尺寸；稳定工件尺寸；获得需要的组织，调整力学性能。获得需要的组织，调整力学性能。22、
27、回火转变与组织、回火转变与组织(1)(1)回火第一阶段回火第一阶段(低于低于200)200)马氏体分解马氏体分解 M M 过饱和过饱和相相+碳化物碳化物(回火马氏体回火马氏体)组织保持组织保持M M特征，内应力降低，硬度变化不大。特征，内应力降低，硬度变化不大。(2)(2)回火第二阶段（回火第二阶段（200200300300）残余奥氏体分解残余奥氏体分解 A B A B下下 （同时马氏体继续分解同时马氏体继续分解 ）内应力进一步降低，硬度变化不大内应力进一步降低，硬度变化不大第78页/共138页(3)(3)回火第三阶段（回火第三阶段（300300400400）碳化物转变碳化物转变过饱和过饱和相
28、相+碳化物碳化物 针状针状F+F+细细FeFe3 3C C（回火托氏体）（回火托氏体）内应力基本消除，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧性内应力基本消除，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧性有所提高。有所提高。(4)(4)回火第四阶段（回火第四阶段（400400）渗碳体长大和渗碳体长大和相再相再结晶结晶 针状针状F+F+细细FeFe3 3C C 块状块状F+F+粒状粒状FeFe3 3C C（回火索氏体）（回火索氏体）淬火应力全部消除，硬度明显降低。淬火应力全部消除，硬度明显降低。组织转变：组织转变：300300 400400MM过饱和过饱和 相相+碳化物碳化物针状针状F+F+细细Fe3CFe3C块状块
29、状F+F+粒状粒状FeFe33CC（回火（回火MM）（回火（回火T T）（回火回火S S）第79页/共138页3 3、回火过程中力学性能变化：、回火过程中力学性能变化：随回火温度的升高，强度、硬度降低；随回火温度的升高，强度、硬度降低；随回火温度的升高，塑性提高；弹性极限在随回火温度的升高，塑性提高；弹性极限在30030040040000CC达最大；达最大；在在25025035035000CC出现回火脆性。出现回火脆性。第80页/共138页(1)(1)低温回火（低温回火（150150150150 250250250250）CCCC 组织：组织：MM回回=过饱和过饱和 相相+碳化物；碳化物；硬度
30、为硬度为5858585864HRC64HRC64HRC64HRC。目的：目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应力，减保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应力，减少钢的脆性。少钢的脆性。应用：应用：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬火火.4 4、回火的种类与应用、回火的种类与应用:按回火温度的不同，回火可分以下三种：按回火温度的不同，回火可分以下三种：第81页/共138页 回火马氏体组织金相图第82页/共138页(2)中温回火（250500）C 组织：T回=F针+Fe3C粒,硬度为3550HRC.目的：获得高的弹性极限、屈服点和
31、较好的韧性.又称弹性处理。应用：弹性零件及热锻模具等。第83页/共138页(3)(3)高温回火（高温回火（500500 650650）C C 组织：组织：S S回回=F=F块块+Fe+Fe3 3C C球球,硬度为硬度为25-35HRC25-35HRC目的：目的：获得良好的综合力学性能。获得良好的综合力学性能。应用：应用：广泛应用于承受疲劳载荷的中碳钢重要件，广泛应用于承受疲劳载荷的中碳钢重要件，如连杆、主轴、齿轮、重力螺钉等。如连杆、主轴、齿轮、重力螺钉等。淬火后高温回淬火后高温回火也称为调质热处理。火也称为调质热处理。中碳钢（中碳钢（0.40.40.60.6C C）亦称为调）亦称为调质钢。质
32、钢。第84页/共138页回火的种类及应用第85页/共138页5 5、调质和时效、调质和时效(1)(1)调质处理：淬火调质处理：淬火+高温回火高温回火=调质处理调质处理如如:45:45钢调质与正火性能比较：钢调质与正火性能比较：正火正火 SFe3CSFe3C为片状为片状调质调质 回火回火SFe3CSFe3C为粒状为粒状 综合机械性能好综合机械性能好同一钢种调质后的硬度与正火相当，但塑性、韧性更好同一钢种调质后的硬度与正火相当，但塑性、韧性更好调质处理，一般作为最终热处理，但也可以作为表面淬火和化学热处理的预备热处理。调质处理，一般作为最终热处理，但也可以作为表面淬火和化学热处理的预备热处理。第8
33、6页/共138页(2)(2)时效处理时效处理某些精密零件（精密量具、精密轴承等），常采用某些精密零件（精密量具、精密轴承等），常采用100100150150加热、保温加热、保温101050h50h的时效处理。的时效处理。钢件经过时效处理后，其组织和性能基本不变，只钢件经过时效处理后，其组织和性能基本不变，只是消除残余应力，使钢件组织和尺寸更加稳定，以保是消除残余应力，使钢件组织和尺寸更加稳定，以保证钢件在长期使用和保存过程中不失去工作精度。证钢件在长期使用和保存过程中不失去工作精度。第87页/共138页弹簧的加工过程第88页/共138页第五节钢的淬透性与淬硬度一、钢的淬透性一、钢的淬透性:指在
34、规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特征指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特征.（用规定条件下淬硬层深度表示）（用规定条件下淬硬层深度表示）淬硬层深度：表面到半淬硬层深度：表面到半MM组织的距离组织的距离.淬硬层淬硬层深深，淬透性，淬透性好好第89页/共138页1.1.影响淬透性的因素影响淬透性的因素:钢的临界冷却速度钢的临界冷却速度VcVc越低越低（即即CC曲线右移曲线右移），钢的淬透性），钢的淬透性越好越好（1 1）钢的化学成分）钢的化学成分1 1）含碳量对淬透性的影响）含碳量对淬透性的影响在亚共析钢中，在亚共析钢中，WcWc CC曲线右移曲线右移,淬透性淬透性 在过共析钢中
35、，在过共析钢中，WcWcCC曲线左移曲线左移淬透性淬透性2 2）合金元素对淬透性的影响）合金元素对淬透性的影响一般说来，除钴（一般说来，除钴（CCOO）和铝（）和铝（wwAIAI2525）以外的合金元素，使等温转变图）以外的合金元素，使等温转变图右移右移，临界冷却速度减小，从而使钢的淬透性提高。，临界冷却速度减小，从而使钢的淬透性提高。（2 2）奥氏体化的条件）奥氏体化的条件提高奥氏体化温度，延长保温时间，都有助于增大过冷奥氏体的稳定性，使等温转变图提高奥氏体化温度，延长保温时间，都有助于增大过冷奥氏体的稳定性，使等温转变图右移右移，临界冷却速度减小，从而提高钢的淬透性。，临界冷却速度减小，从
36、而提高钢的淬透性。第90页/共138页2.2.淬透性的实际意义淬透性的实际意义:是进行设计选材的重要依据是进行设计选材的重要依据未淬透钢淬透钢淬透性好的钢，经淬火回火后，截面上组织均匀一淬透性好的钢，经淬火回火后，截面上组织均匀一致，综合力学性能好。致，综合力学性能好。第91页/共138页淬透性的应用淬透性的应用大截面、形状复杂、受动载荷的零件大截面、形状复杂、受动载荷的零件应选淬透应选淬透性好的钢；如连杆、螺栓、锻模等性好的钢；如连杆、螺栓、锻模等受弯曲、扭转应力及表面耐磨的零件，其表面受力受弯曲、扭转应力及表面耐磨的零件，其表面受力很大，心部受力较小，不要求全部淬透很大，心部受力较小，不要
37、求全部淬透应选淬透应选淬透性中等的钢；如轴性中等的钢；如轴第92页/共138页二、钢的淬硬性淬硬性：淬硬性：是指钢在理想条件下淬火成马氏体后所能是指钢在理想条件下淬火成马氏体后所能达到的达到的最高硬度。最高硬度。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钢含碳量。主要取决于钢含碳量。低碳钢淬火的最高硬度值低，淬硬性差低碳钢淬火的最高硬度值低，淬硬性差高碳钢淬火的最高硬度值高，淬硬性好高碳钢淬火的最高硬度值高，淬硬性好第93页/共138页淬透性取决于淬透性取决于VkVk或或C C曲线位置；曲线位置；实际淬硬层深度与工件形状、大小、冷却介质实际淬硬层深度与工件形状、大小、冷却介质有关；有关
38、；淬硬性是指钢淬火后能达到的最高硬度，主要淬硬性是指钢淬火后能达到的最高硬度，主要取决于马氏体的含碳量；取决于马氏体的含碳量；淬透性好的钢其淬硬性不一定高。淬透性好的钢其淬硬性不一定高。5）淬硬性与淬透性之间的区别:第94页/共138页如：淬硬性与淬透性之间的关系:淬透性淬硬性钢种小低碳素结构钢(20)小高碳素工具钢(T10A)大低低碳合金结构钢(18Cr2Ni4WA)大高高碳高合金工具钢(Cr12MoV)第95页/共138页 第六节 钢的表面热处理表面淬火化学热处理工艺的核心：使零件具有“表硬里韧”的力学性能。第96页/共138页一、钢的表面淬火定义：定义：通过快速加热，使工件表层进行淬火的
39、工艺。通过快速加热，使工件表层进行淬火的工艺。工艺特征：工艺特征：通过快速加热至淬火温度，使钢的通过快速加热至淬火温度，使钢的表层表层奥氏体化，然后急冷以大于奥氏体化，然后急冷以大于VcVc的速度冷却，使的速度冷却，使表层表层形成形成马氏体组织马氏体组织，而心部仍保持不变。，而心部仍保持不变。表面淬火加工的方法表面淬火加工的方法:感应加热感应加热(高、中、工频高、中、工频)、火焰加热、火焰加热、电接触加热法等。电接触加热法等。第97页/共138页（一）感应加热表面淬火1 1、感应加热的基本原理、感应加热的基本原理感应圈通入交流电感应圈通入交流电形成涡流（集肤效应）形成涡流（集肤效应）表层得表层
40、得AA水冷得水冷得MM电流电流频率越高，频率越高，集肤效应越强烈，加热层集肤效应越强烈，加热层越薄越薄。第98页/共138页第99页/共138页2 2、感应加热表面淬火的分类、感应加热表面淬火的分类l l）高频感应加热表面淬火：高频感应加热表面淬火：常用频率为常用频率为200300kHz200300kHz，淬硬层深度一般为，淬硬层深度一般为0.52.50.52.5mmmm；主要用于要求淬硬层主要用于要求淬硬层较浅较浅的中小型钢件（如小模数齿轮、中小型轴等）的表面淬火。的中小型钢件（如小模数齿轮、中小型轴等）的表面淬火。2)2)中频感应加热表面淬火：中频感应加热表面淬火：常用频率为常用频率为2.
41、58kHz2.58kHz，淬硬层深度一般为，淬硬层深度一般为2828mmmm；它主要用于淬硬层要求它主要用于淬硬层要求较深较深的钢件（如直径较大的轴类和中等模数的齿轮、大模数齿轮单齿等）的表面淬火。的钢件（如直径较大的轴类和中等模数的齿轮、大模数齿轮单齿等）的表面淬火。3 3）工频感应加热表面淬火工频感应加热表面淬火常用频率为常用频率为50Hz50Hz，淬硬层深度可达，淬硬层深度可达10151015mmmm；它主要用于要求深淬硬层的它主要用于要求深淬硬层的大直径大直径钢件（如轧辊、火车车轮等）的表面淬火。钢件（如轧辊、火车车轮等）的表面淬火。第100页/共138页3 3、感应加热表面淬火的特点
42、、感应加热表面淬火的特点 加热速度极快，温度高，时间短；加热速度极快，温度高，时间短；表层得极细马氏体，硬度、耐磨性、韧性较好；表层得极细马氏体，硬度、耐磨性、韧性较好；表层存在残余压应力，疲劳强度较高；表层存在残余压应力，疲劳强度较高；工件不易氧化脱碳，变形小；工件不易氧化脱碳，变形小；易实现机械化，自动化；易实现机械化，自动化；设备价贵，维修调整困难。设备价贵，维修调整困难。4 4、感应加热表面淬火用钢、感应加热表面淬火用钢 中碳钢、低合金中碳钢，中碳钢、低合金中碳钢，4040，4545，40Cr40Cr 55、感应淬火零件的一般工艺路线：、感应淬火零件的一般工艺路线：锻造锻造正火正火机加
43、工机加工调质调质半精加工半精加工感应淬火感应淬火低温回火低温回火磨削加工磨削加工第101页/共138页（二）火焰加热表面淬火1、火焰加热表面淬火的基本方法第102页/共138页第103页/共138页2、火焰加热表面淬火的特点:操作简便，设备简单，成本低，灵活性大；操作简便，设备简单，成本低，灵活性大；加热温度不易控制，淬火质量不稳定；加热温度不易控制，淬火质量不稳定；主要用于单件、小批量生产的大型零件。主要用于单件、小批量生产的大型零件。第104页/共138页二、钢的化学热处理1、定义：将零件置于一定的化学介质中将零件置于一定的化学介质中 ,通过加热、保温，通过加热、保温，使介质中一种或几种元
44、素原子渗入工件表层，以改使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层，以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。2、化学热处理的种类:渗碳;渗氮;碳氮共渗;渗硼;渗铝;渗硫;渗硅;渗铬等。第105页/共138页3、化学热处理的基本过程:2)吸收:活性原子被零件表面吸收和溶解。3)扩散:活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定的扩散层。1)分解:化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。2COCO22+C第106页/共138页（一）钢的渗碳1、定义:向钢的表面渗入碳原子的过程。2、目的:使钢件表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳强度，而心部具有一定的强度和较高的韧性的零件。3
45、、用钢：Wc=0.1Wc=0.10.25%0.25%低碳钢低碳钢和和低碳低碳合金钢。合金钢。常用的钢种常用的钢种:15:15、2020、20Cr20Cr、20Mn220Mn2、20CrMnTi20CrMnTi、18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA等。等。4、方法:固体、气体、液体渗碳。第107页/共138页 气体渗碳法示意图第108页/共138页 固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱第109页/共138页零件渗碳的操作过程第110页/共138页5 5、工艺、工艺:加热温度：加热温度：900900930;930;渗碳时间：气体渗碳按（渗碳时间：气体渗碳按（0.200.200.250.2
46、5）mm/hmm/h的速度估的速度估算；固体渗碳按（算；固体渗碳按（0.100.100.150.15）mm/hmm/h的速度估算；的速度估算；6 6、渗碳后的组织、渗碳后的组织:wc0.85-1.05wc0.85-1.05P+Fe3 3C wc0.1-0.25wc0.1-0.25F+P少少表面中心零件PP+F第111页/共138页20钢渗碳缓冷组织580表层珠光体+网状渗碳体;中层珠光体;内层铁素体+珠光体第112页/共138页渗碳零件工艺路线：锻造正火机加工渗碳淬火、低温回火精加工生产中常用三种方法1)直接淬火法2)一次淬火法3)二次淬火法7、渗碳后的热处理工艺第113页/共138页表面热表
47、面热处理方处理方法法用钢用钢组织组织性能性能表层表层心部心部表层表层心部心部表面淬表面淬火火中碳钢中碳钢M回回回回F+P耐磨性耐磨性塑性韧塑性韧性好性好渗碳渗碳 淬火、淬火、低温回低温回火火低碳钢低碳钢高碳高碳高碳高碳MM回回回回+Fe+Fe3 3C C（粒状）（粒状）（粒状）（粒状）+A+A残残M板条板条板条板条或或（F+T）耐磨性耐磨性强而韧强而韧8、表面淬火与渗碳组织、性能比较第114页/共138页第六节 热处理工艺的应用一、热处理的技术条件的标注设计者根据零件的性能要求，在图纸上标明材料的牌设计者根据零件的性能要求，在图纸上标明材料的牌号，并相应的热处理条件，作为热处理操作及检验的号，
48、并相应的热处理条件，作为热处理操作及检验的依据，一般来讲，在图纸上用依据，一般来讲，在图纸上用硬度硬度作为热处理条件作为热处理条件。如调质如调质220HBS220HBS250HBS250HBS，淬火、回火，淬火、回火58HRC58HRC62HRC62HRC。渗碳零件还标注渗碳层深度，淬火、回火后的硬度渗碳零件还标注渗碳层深度，淬火、回火后的硬度和渗碳部位等。和渗碳部位等。表面淬火应标注淬硬部位。表面淬火应标注淬硬部位。第115页/共138页毛坯生产预备热处理机械加工最终热处理机械精加工预备热处理:退火;正火；调质最终热处理:淬火;回火；表面热处理二、热处理工序位置的确定第116页/共138页1
49、 1、退火、退火 、正火工序位置正火工序位置在毛坯生产（铸造，锻造，焊接）之后，便于在毛坯生产（铸造，锻造，焊接）之后，便于毛坯切削加工。毛坯切削加工。其加工工艺路线如下：其加工工艺路线如下：毛坯生产（铸造，锻造，焊接）毛坯生产（铸造，锻造，焊接）退火（或正火）退火（或正火）切削加工切削加工、调质工序位置、调质工序位置主要提高综合力学性能；粗加工之后，半精加工或精主要提高综合力学性能；粗加工之后，半精加工或精加工之前。加工之前。下料下料锻造锻造正火（退火）正火（退火）粗加工粗加工调质调质精加工。精加工。第117页/共138页、淬火工序位置、淬火工序位置（1 1）整体）整体淬火淬火件加工工艺路线
50、如下：件加工工艺路线如下：下料下料锻造锻造正火（或退火）正火（或退火）粗加工（半精加工）粗加工（半精加工）淬火淬火+中温（或低温）回火中温（或低温）回火磨削加工。磨削加工。（2 2）表面淬火件加工工艺路线如下：）表面淬火件加工工艺路线如下：下料下料锻造锻造正火（或退火）正火（或退火）粗加工粗加工调质调质半半精加工精加工表面淬火表面淬火+低温回火低温回火磨削加工。磨削加工。第118页/共138页、渗碳工序、渗碳工序目的大大提高表面硬度、耐磨目的大大提高表面硬度、耐磨性性，特别是受冲击件。特别是受冲击件。渗碳件加工路线一般为：渗碳件加工路线一般为：下料下料锻造锻造正火正火粗加工、半精加工粗加工、半