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金属材料热处理本讲稿第一页，共八十九页本讲稿第二页，共八十九页4 4、去应力退火、去应力退火本讲稿第三页，共八十九页二、二、正火正火 1.1.定定义义：加加热热到到A Ac3c3或或A Accmccm以以上上30305050，保温适当时间，保温适当时间，在在静止的空气中静止的空气中冷却，冷却，获得含有获得含有P P的均匀组织。的均匀组织。+FeFe3 3C C+FeFe3 3C C本讲稿第四页，共八十九页2 2、目目的的：正正火火所所达达到到的的效效果果与与材材料料的的成成分分及及组组织织状状态态有关。有关。（1 1）低低C C钢钢正正火火后后，可可得得到到较较细细的的片片状状P P，硬硬度度较较退退火火略略高高，利利于于切切削削加加工工，由由于于所所得得F F晶晶粒粒较较细细，钢钢的的韧韧性性较较好好，板板、管管、带带及及型型材材等等大大多多采采用用正正火火处处理理，以以保保证证良良好好的的力力学学性性能的配合。能的配合。本讲稿第五页，共八十九页（2 2）中中C C钢钢普普通通零零件件正正火火后后组组织织细细化化，得得到到一一定定的的力力学学性性能能，要要求求不不高高时时，可可代代替替调调质质处处理理作作为为最最后后热热处处理理或为感应加热表淬前的预备处理或为感应加热表淬前的预备处理 还还可可以以消消除除魏魏氏氏组组织织，低低合合金金结结构构钢钢（wtwt0.4%0.4%，如如40Cr40Cr）可可用用正正火火代代替替完完全全退退火火作作为为切切削削加加工工前的准备，可缩短生产周期，降低费用。前的准备，可缩短生产周期，降低费用。本讲稿第六页，共八十九页3 3）过过共共析析钢钢（工工具具钢钢、轴轴承承钢钢）和和渗渗C C工工件件可可用用正正火火消消除除网网状状C C化化物物。以以便便在在球球化化退退火火中中获获得得均均匀匀的的球球状状C C化化物物。在在用用正正火火代代替替渗渗碳碳件件的的第第一一次次淬淬火火时时，还还能能减减少工件变形。少工件变形。4 4）大型锻件大型锻件常采用正火作为常采用正火作为最终热处理最终热处理，可，可避免淬火避免淬火时较时较大的大的开裂开裂倾向（但不能充分发挥材料潜力）。正火倾向（但不能充分发挥材料潜力）。正火后后需需高温回火高温回火（T=700T=700），以消除应力，得到良好的力学），以消除应力，得到良好的力学性能。性能。本讲稿第七页，共八十九页（5 5）铸钢件铸钢件正火，正火，n细化细化铸态组织（即细化铸件中铸态组织（即细化铸件中粗大晶粒粗大晶粒，消除消除由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的显微组织显微组织的不均匀性的不均匀性，如等轴晶，如等轴晶-柱状晶柱状晶-粗晶）。粗晶）。n改善切削加工性能改善切削加工性能 由于铸件一般形状较复杂，偏析严重，韧性较由于铸件一般形状较复杂，偏析严重，韧性较差。差。在正火中应采用较为在正火中应采用较为缓慢的加热缓慢的加热，以免热应力，以免热应力造成变形开裂，加热造成变形开裂，加热T T也较锻件高。也较锻件高。本讲稿第八页，共八十九页退火和正火的加退火和正火的加热温度温度正火正火完全退火完全退火球化退火球化退火去应力退火去应力退火成分温度扩散退火扩散退火本讲稿第九页，共八十九页本讲稿第十页，共八十九页组组织织：正正火火冷冷速速快快，P P组组织织比比退退火火态态的的片片层层间间距距小小，领领域域也小也小性性能能：亚亚共共析析钢钢中中：P P越越多多，强强度度，硬硬度度越越高高，韧韧性性，塑脆转化，塑脆转化TT。WcWc0.2%0.2%时时，退退正正火火机机械械性性能能相相近近。C%C%，正正火火硬硬度度、强度比退火高，塑性低强度比退火高，塑性低。三、退火、正火后的组织与性能三、退火、正火后的组织与性能本讲稿第十一页，共八十九页本讲稿第十二页，共八十九页钢的最重要的强化手段：淬火钢的最重要的强化手段：淬火将钢加热到将钢加热到Ac1或或Ac3以上以上3050，保温一段时间，保温一段时间使钢奥氏体化后，以大于使钢奥氏体化后，以大于临界冷速冷却获得临界冷速冷却获得马氏体马氏体的热处理工艺的热处理工艺目目的的：主主要要目目的的是是：(工工具具钢钢)硬硬度度、强强度度、耐耐磨磨性性。（结结构构钢钢）与与不不同同T的的回回火火相相配配合合，获获得得不不同同的的强强韧韧、塑塑的的配配合合，满满足足不不同同的的性性能能要求。要求。临临界界冷冷速速第二节第二节 钢的淬火钢的淬火本讲稿第十三页，共八十九页奥氏体奥氏体奥氏体晶界奥氏体晶界马氏体板条马氏体板条马氏体板条马氏体板条马氏体转变马氏体转变无扩散型转变，切变无扩散型转变，切变本讲稿第十四页，共八十九页板条板条M本讲稿第十五页，共八十九页一、淬火加热温度一、淬火加热温度l亚共析钢和共析钢亚共析钢和共析钢:A:AC3C3+30+305050？淬火后组织淬火后组织:均匀细小均匀细小M Ml过共析钢过共析钢:A:AC1C1+30+305050？淬火后组织：均匀细小淬火后组织：均匀细小M M+粒状渗碳体粒状渗碳体本讲稿第十六页，共八十九页二、淬火冷却介质二、淬火冷却介质保证保证工件冷速工件冷速V V临界淬火冷速临界淬火冷速VCVC。工件尺寸一定时，冷速越快：工件尺寸一定时，冷速越快：1.1.获得获得较大的淬硬深度较大的淬硬深度。2.2.容易引起变形开裂。容易引起变形开裂。本讲稿第十七页，共八十九页水作为淬火介质水作为淬火介质（1 1）650650550:550:冷速冷速200/s200/s；M M转变区转变区(300(300200200），冷速：高达），冷速：高达770/s770/s优优点点：冷冷却却能能力力强强，清清洁洁、安安全全、价价格格低低，不不需需清清洗。洗。在可能情况下应广泛使用。在可能情况下应广泛使用。缺点：缺点：M M 转变区冷速大，易开裂转变区冷速大，易开裂适用：形状简单，尺寸不大的适用：形状简单，尺寸不大的碳钢件。碳钢件。本讲稿第十八页，共八十九页盐水、碱水溶液（水中添加盐水、碱水溶液（水中添加5 510%10%的盐、碱）的盐、碱）在在高温区高温区（650650550550）的冷却能力）的冷却能力约为水的约为水的1010倍倍缺点：缺点：低温冷速仍很大。低温冷速仍很大。对工件有腐蚀作用，淬火后必须清洗。对工件有腐蚀作用，淬火后必须清洗。碱水对皮肤有刺激作用，且易于老化变质碱水对皮肤有刺激作用，且易于老化变质 碱水使用受到一定的限制。碱水使用受到一定的限制。适用范围：用于适用范围：用于形状简单，尺寸较大形状简单，尺寸较大的的碳素结构钢件碳素结构钢件淬淬火，还可对火，还可对大截面大截面的的碳素工具钢碳素工具钢，低合金钢工件用盐，低合金钢工件用盐-油双介质淬火。油双介质淬火。本讲稿第十九页，共八十九页3 3）油）油(主要用矿物油主要用矿物油)特点：特点：低温冷速低，。低温冷速低，。油高温冷却能力很小，只有水的油高温冷却能力很小，只有水的1/31/31/61/6。)n“C”“C”鼻尖处冷速较低。截面较大的鼻尖处冷速较低。截面较大的C C钢及低合金钢钢及低合金钢不易淬硬，不易淬硬，主要用于形状复杂的中小型合金钢（主要用于形状复杂的中小型合金钢（A A稳定性大，稳定性大，“C”“C”曲线靠右曲线靠右淬透性大）或尺寸小的碳钢。淬透性大）或尺寸小的碳钢。本讲稿第二十页，共八十九页65055030020020静水静水180/s770/s20循环水循环水360/s770/s10号机油号机油60/s27/s本讲稿第二十一页，共八十九页3.3.淬火应力与控制淬火应力与控制淬火应力形成原因淬火应力形成原因（1 1）热应力：零件不同部位冷却不均衡引起。）热应力：零件不同部位冷却不均衡引起。（2 2）组织应力：零件不同部位）组织应力：零件不同部位M M转变不同时引起。转变不同时引起。时间特性时间特性瞬时应力瞬时应力热处理热处理过程中过程中形成的内应力形成的内应力残余应力残余应力热处理热处理后后零件内存在的应力零件内存在的应力n 变形变形n 开裂开裂本讲稿第二十二页，共八十九页本讲稿第二十三页，共八十九页本讲稿第二十四页，共八十九页n减小变形的措施减小变形的措施1 1、合理选材，正确设计结构合理选材，正确设计结构2 2、正确锻造和进行预备热处理正确锻造和进行预备热处理 3 3、采用合理的热处理工艺采用合理的热处理工艺 本讲稿第二十五页，共八十九页本讲稿第二十六页，共八十九页本讲稿第二十七页，共八十九页1 1、直直接接淬淬火火（direct direct quenchingquenching）适适用用：无无尖尖锐锐棱棱角角，和和截截面面形形状状无无突突变变的的形形状状简简单单的的碳碳钢钢和和合合金金钢工件。钢工件。不适用：不适用：处理高碳钢件和形状复杂的工件。处理高碳钢件和形状复杂的工件。例：手用锯条例：手用锯条 T10 T12 T10 T12 油淬（油淬（14 1814 18）本讲稿第二十八页，共八十九页2 2、双液淬火法、双液淬火法 特特点点：既既保保证证了了较较高高淬淬透透层层深深，又可又可减少应力，防止开裂减少应力，防止开裂。水水-油油、盐盐水水-油油、油油-空气等空气等适适用用范范围围：淬淬透透性性较较差差的的大大尺寸工件尺寸工件缺点：不易操作缺点：不易操作多用多用碳素工具钢碳素工具钢和和大截大截面合金工具钢面合金工具钢，要求，要求淬透淬透较深较深的零件淬火。的零件淬火。本讲稿第二十九页，共八十九页3 3、M M分级淬火分级淬火优点：优点：减少了淬火应力减少了淬火应力（组织应力）（组织应力）适用范围：变形要求严格的工件。一般分级淬火时零件适用范围：变形要求严格的工件。一般分级淬火时零件 能能淬透的零件直径要比油淬、水淬小淬透的零件直径要比油淬、水淬小，对对大大截面碳钢、低合金零件截面碳钢、低合金零件不适宜不适宜采用分级淬火。采用分级淬火。本讲稿第三十页，共八十九页4 4、贝氏体等温淬火、贝氏体等温淬火 等等温温温温度度：依依C C曲曲线线及及性性能能要要求求（T T 低低，B B 下下多多且硬度高）且硬度高）适适 用用：合合 金金 钢钢，WcWc0.6%0.6%的碳钢。的碳钢。400-260本讲稿第三十一页，共八十九页本讲稿第三十二页，共八十九页四、淬火常见缺陷四、淬火常见缺陷1 1、淬火裂纹及变形、淬火裂纹及变形 多种原因引起多种原因引起:工艺、结构、材料等。工艺、结构、材料等。2 2、氧化、脱、氧化、脱C C 3 3、过热、过烧、过热、过烧4 4、软点与硬度不足、软点与硬度不足 加热温度不匀、存在氧化皮和表面气泡等加热温度不匀、存在氧化皮和表面气泡等材料淬透性低、淬火冷速太小等材料淬透性低、淬火冷速太小等。本讲稿第三十三页，共八十九页第三节第三节钢的表面淬火钢的表面淬火零件使用性能要求：零件使用性能要求：高高的的表表面面硬硬度度（HRC5058）、强强度度和和疲疲劳劳强强度度，较较好的心部塑性和韧性。好的心部塑性和韧性。采用热处理工艺：表面淬火采用热处理工艺：表面淬火加热感应圈加热感应圈进水进水出水出水淬淬火火喷喷水水套套进进水水进进水水电电流流密密度度加加热热淬淬火火层层轧辊本讲稿第三十四页，共八十九页快速灵活的感快速灵活的感应加加热表面淬火表面淬火本讲稿第三十五页，共八十九页一、感应加热基本原理一、感应加热基本原理感应线圈通感应线圈通交流电交流电交变磁场交变磁场表面表面感应电势感应电势瞬时：瞬时：感生涡流：感生涡流：Z Z：涡流回路电抗，：涡流回路电抗，R R：电阻，：电阻，X XL L：感抗：感抗ZZ很小，很小，（涡流）能达到很大。（涡流）能达到很大。进水进水出水出水淬淬火火喷喷水水套套进进水水电电流流密密度度本讲稿第三十六页，共八十九页涡流热效应涡流热效应 Q Q总总=Q+Q=Q+Q，将零件表层加热，将零件表层加热，（QQ磁滞热效应，比涡流热效应小的多）磁滞热效应，比涡流热效应小的多）n表面效应表面效应（集肤效应）（集肤效应）涡涡流流强强度度随随高高频频电电磁磁场场强强度度由由零零件件表表面面向向内内层层逐逐渐减小而相应渐减小而相应减小减小的规律，称为表面效应。的规律，称为表面效应。交流电交流电频率越高，涡流层越浅频率越高，涡流层越浅集肤效应。集肤效应。本讲稿第三十七页，共八十九页C C钢：感应加热透入深度（近似公式）：钢：感应加热透入深度（近似公式）：f f为电源频率（为电源频率（HZHZ）本讲稿第三十八页，共八十九页感应加热的频率选择及应用感应加热的频率选择及应用 本讲稿第三十九页，共八十九页2 2、特点：、特点：（1 1）加热速度快、时间短，表面淬火可得）加热速度快、时间短，表面淬火可得极细的极细的 马氏体马氏体。（2 2）工件表面存在）工件表面存在残余压应力残余压应力，可提高，可提高疲劳强度疲劳强度疲劳强度显著疲劳强度显著使用寿命使用寿命如：如：40Cr40Cr钢，钢，20mm20mm光滑试样，光滑试样，-1-1值：调质：值：调质：450480450480，调质调质+表淬：表淬：630Mpa630Mpa，40MnB40MnB钢制造汽车半轴，钢制造汽车半轴，调质调质改改调质调质+表淬，寿命表淬，寿命2020倍倍-1N本讲稿第四十页，共八十九页（3 3）工件）工件不易氧化、脱碳，变形小不易氧化、脱碳，变形小。（4 4）易于自动化，）易于自动化，生产率高生产率高。（5 5）设备昂）设备昂贵贵（6 6）不适合形状复杂的工件。）不适合形状复杂的工件。本讲稿第四十一页，共八十九页3 3、适用钢：、适用钢：中碳钢中碳钢4 4、预先热处理及工件加工工序设置、预先热处理及工件加工工序设置预先热处理：调质预先热处理：调质加工工序设置加工工序设置（各热处理工序目的？）（各热处理工序目的？）下料下料锻造锻造正火或退火正火或退火机加工（粗）机加工（粗）调质调质机加工（细）机加工（细）感应淬火感应淬火低回低回磨削磨削本讲稿第四十二页，共八十九页二、火焰加热表面淬火二、火焰加热表面淬火操作操作:高温火焰加热工件表面，随后水冷淬火。高温火焰加热工件表面，随后水冷淬火。特点特点:（1 1）方法简单、不需贵重设备。）方法简单、不需贵重设备。（2 2）工件大小不受限制）工件大小不受限制 （3 3）加热温度不易控制，淬火质量不够稳定。）加热温度不易控制，淬火质量不够稳定。火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图工件工件喷水管喷水管烧嘴烧嘴淬硬层淬硬层喷水管、烧嘴移动方向喷水管、烧嘴移动方向本讲稿第四十三页，共八十九页第四节第四节钢的回火钢的回火回火回火：淬火钢件加热至：淬火钢件加热至A AC1C1以下某温度保温一定以下某温度保温一定 时间，而后冷却的热处理工艺时间，而后冷却的热处理工艺。一、回火目的一、回火目的（1 1）减小或消除淬火应力，防零件变形和开裂。减小或消除淬火应力，防零件变形和开裂。（2 2）稳稳定定组组织织，防防止止组组织织转转变变引引起起的的零零件件形形状状、尺尺寸和性能变化。寸和性能变化。（3 3）获得所需力学性能获得所需力学性能。淬火淬火回火回火本讲稿第四十四页，共八十九页二、回火时组织转变及力学性能变化二、回火时组织转变及力学性能变化1 1、回火时、回火时组织转变组织转变以碳钢为例：以碳钢为例：（1 1）马氏体开始分解马氏体开始分解（100100200200）：）：碳原子以碳原子以-碳化物形式从马氏体中逐渐析出。碳化物形式从马氏体中逐渐析出。（2 2）残余奥氏体分解残余奥氏体分解（200200300300）：）：残余奥氏体转变为回火马氏体或下贝氏体。残余奥氏体转变为回火马氏体或下贝氏体。（3 3）渗碳体形成渗碳体形成（250250400400）：）：-碳化物转变为极细小的渗碳体。碳化物转变为极细小的渗碳体。（4 4）铁铁素素体体的的回回复复和和再再结结晶晶，碳碳化化物物颗颗粒粒聚聚集集长长大大（400400以上以上）本讲稿第四十五页，共八十九页碳化物的析碳化物的析出出；残余奥氏体残余奥氏体的分解的分解；铁素体的回铁素体的回复和再结晶复和再结晶。0.04mm马氏体马氏体0.08mm回火马回火马氏体氏体回火时组织变化回火时组织变化本讲稿第四十六页，共八十九页2 2、回火时力学性能变化、回火时力学性能变化 随回火温度升高随回火温度升高l硬度下降；塑性、韧性上升。硬度下降；塑性、韧性上升。l屈服强度先升后降屈服强度先升后降，最高值在最高值在200200左右出现左右出现；l弹性极限先升后降，弹性极限先升后降，最高值在最高值在350350左右出现左右出现；本讲稿第四十七页，共八十九页3 3、回火工艺、回火工艺根据回火温度分根据回火温度分（1 1）低温回火）低温回火（150150250250）回火组织：回火马氏体：碳过饱和度降低了的马回火组织：回火马氏体：碳过饱和度降低了的马 氏体氏体+析出碳化物析出碳化物力学性能：残余应力消除，高硬度、高强度，较力学性能：残余应力消除，高硬度、高强度，较 低的塑性和韧性低的塑性和韧性回回火火马马氏氏体体本讲稿第四十八页，共八十九页主要适用主要适用n高碳钢制造的各类工模具、机械零件（如轴承）高碳钢制造的各类工模具、机械零件（如轴承）如锉刀如锉刀 T12 T12 160-180 160-180 64HRC64HRCn渗渗C C及及CNCN共渗淬火后的零件共渗淬火后的零件 n低合金超高强度钢低合金超高强度钢 30 30CrMnCrMnSiSiNi2A 250-300 Ni2A 250-300 本讲稿第四十九页，共八十九页（2 2）中温回火（）中温回火（350350500500）回火组织：回火托氏体：铁素体回火组织：回火托氏体：铁素体+极细粒状渗碳体极细粒状渗碳体力学性能：较高的屈服强度力学性能：较高的屈服强度,高的弹性极限，较好的高的弹性极限，较好的 塑性和韧性塑性和韧性。回火托氏体回火托氏体 1000X 1000X适用：适用：wc=0.6wc=0.60.9%0.9%的碳素的碳素弹簧弹簧钢钢(T T取下限取下限)和和wc=0.45wc=0.450.75%0.75%的合金弹簧钢的合金弹簧钢(T T取上取上限限)都适合中温回火都适合中温回火 本讲稿第五十页，共八十九页（3 3）高温回火（）高温回火（500500650650）回火组织：回火索氏体：铁素体回火组织：回火索氏体：铁素体+细粒状渗碳体细粒状渗碳体力学性能：高的塑性、韧性，较低的屈服强度和力学性能：高的塑性、韧性，较低的屈服强度和 硬度。硬度。回火索氏体回火索氏体 500X 500X本讲稿第五十一页，共八十九页适用：适用：主要用于主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构钢中碳碳素结构钢或低合金结构钢制造的各种机械结构零部件制造的各种机械结构零部件 结结构构钢钢淬淬火火+高高温温回回火火，以以获获得得综综合合机机械械性性能能为为目目的的，称称为为调调质质处处理理，如如发发动动机机曲曲轴轴、连连杆杆、螺螺栓栓，机机床床主轴等要求主轴等要求综合机械性能综合机械性能零件。零件。40 40CrCr本讲稿第五十二页，共八十九页本讲稿第五十三页，共八十九页4 4、回火脆性、回火脆性低温回火脆性：低温回火脆性：250250350350回火时韧性降低。回火时韧性降低。预防方法：回避在该温度回火预防方法：回避在该温度回火高温回火脆性：高温回火脆性：500500650650回火时韧性降低。回火时韧性降低。预防方法：回火后快冷。预防方法：回火后快冷。钢的韧性与回火钢的韧性与回火温度的关系温度的关系本讲稿第五十四页，共八十九页小小结：各种：各种热处理理组织比比较奥氏体奥氏体缓冷冷快冷（淬火）快冷（淬火）重新加重新加热较快冷快冷球化退火球化退火马氏体氏体回火回火马氏体氏体加加热回火回火珠光体珠光体贝氏体氏体本讲稿第五十五页，共八十九页第五节第五节钢的淬透性钢的淬透性一、淬透性定义及影响因素一、淬透性定义及影响因素淬透性淬透性：钢中奥氏体在冷却时：钢中奥氏体在冷却时形成马氏体形成马氏体而不形而不形 成其他组织的成其他组织的能力能力,它主要与钢的它主要与钢的过冷过冷A A 的稳定性的稳定性与与临界淬火冷却速度临界淬火冷却速度有关有关 淬透性影响因素：淬透性影响因素：（1 1）奥氏体中含碳量）奥氏体中含碳量 （2 2）奥氏体中合金元素的种）奥氏体中合金元素的种 类和含量类和含量 （3 3）未溶碳化物和奥氏体晶）未溶碳化物和奥氏体晶 粒大小粒大小TBtA1PMA本讲稿第五十六页，共八十九页通通常常用用用用标标准准试试样样在在一一定定条条件件下下淬淬火火能能够够淬淬硬硬的的深深度度H H或或全全部部淬淬透透的最大直径的最大直径D D表示。表示。测定结构钢的测定结构钢的淬透深度规定以淬透深度规定以体体积分数为积分数为50%50%淬火淬火M M的硬度的硬度作为基准。作为基准。二、淬透性的表示方法二、淬透性的表示方法 本讲稿第五十七页，共八十九页三、淬透性与淬硬性的区别三、淬透性与淬硬性的区别 淬透性淬透性是钢的一种是钢的一种属性属性。主要和钢的过冷奥氏体的稳定。主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关。淬透性有时用淬硬层深度来表示性有关。淬透性有时用淬硬层深度来表示 淬硬性淬硬性是指钢淬火后获得是指钢淬火后获得M M的最高硬度，淬硬性主要与钢的最高硬度，淬硬性主要与钢中的中的碳含量（碳含量（A A中的中的C C含量含量 ）有关（如图）。有关（如图）。固溶于固溶于A A中中C C含量越多，淬火后钢的硬度就越高。含量越多，淬火后钢的硬度就越高。合金元素的含量对淬硬性没有显著的影响，但对钢的淬透合金元素的含量对淬硬性没有显著的影响，但对钢的淬透性影响较大。性影响较大。？：淬火后硬度高的钢淬透性好？：淬火后硬度高的钢淬透性好本讲稿第五十八页，共八十九页本讲稿第五十九页，共八十九页二、淬透性的测定二、淬透性的测定 实际以淬硬层深度表征淬透性实际以淬硬层深度表征淬透性2525冷却水冷却水10012.512.512.512.5试样试样喷水管喷水管本讲稿第六十页，共八十九页淬透性淬透性测试试验结果果样品台品台试样喷水水试样上磨出一个平面上磨出一个平面测出从底部到出从底部到顶部的洛氏硬度部的洛氏硬度值绘制出制出这样一一张图到到试样底端的距离底端的距离洛洛氏氏硬硬度度本讲稿第六十一页，共八十九页钢的钢的淬透性淬透性以以来表示，如来表示，如，表示距水冷端，表示距水冷端5mm5mm处，试样的硬度值为处，试样的硬度值为HRC42HRC42。本讲稿第六十二页，共八十九页本讲稿第六十三页，共八十九页三、淬透性意义与选材三、淬透性意义与选材l重要零件选高淬透性材料，保证表面和重要零件选高淬透性材料，保证表面和 心部性能一致心部性能一致。l选材时注意零件的尺寸效应选材时注意零件的尺寸效应。冷冷却却速速度度淬硬层淬硬层V心部心部本讲稿第六十四页，共八十九页第六节第六节固溶热处理与时效强化固溶热处理与时效强化固溶热处理固溶热处理：加热合金到高温单相区，使合金元：加热合金到高温单相区，使合金元素充分溶入基体相而后素充分溶入基体相而后快速冷却快速冷却，以获得，以获得过饱和过饱和固溶体固溶体的工艺。的工艺。时效强化时效强化：固溶处理的合金于室温或略高于室温：固溶处理的合金于室温或略高于室温保温，通过保温，通过过饱和的溶质原子过饱和的溶质原子形成偏聚区和析出形成偏聚区和析出形成形成第二相微粒第二相微粒而导致的强度和硬度升高而导致的强度和硬度升高。本讲稿第六十五页，共八十九页时效工艺分为：时效工艺分为：人工时效：时效温度高、时间短，硬度低。人工时效：时效温度高、时间短，硬度低。自然时效：时效温度低、时间长，硬度低自然时效：时效温度低、时间长，硬度低。Al-CuAl-Cu合金的时效合金的时效屈屈服服强强度度MpaMpa时效时间时效时间 小时小时本讲稿第六十六页，共八十九页第七节第七节钢的化学热处理钢的化学热处理化化学学热热处处理理：通通过过活活性性元元素素原原子子的的吸吸收收和和扩扩散散改改变变钢钢的的表表层层化化学学成成分分而而改改变变钢钢的的表表层层组组织织与与性性能能的的热热处理工艺。处理工艺。常用：（常用：（1 1）提高硬度：渗碳、渗氮、渗硼等）提高硬度：渗碳、渗氮、渗硼等 （2 2）提高抗高温氧化性：渗铝、渗铬等）提高抗高温氧化性：渗铝、渗铬等 （3 3）提高抗腐蚀性：渗硅、渗氮等）提高抗腐蚀性：渗硅、渗氮等本讲稿第六十七页，共八十九页化学热处理三个过程：化学热处理三个过程：（1 1）活性原子产生）活性原子产生 （2 2）活性原子被钢表面吸收）活性原子被钢表面吸收 （3 3）活性原子由钢表面向心部扩散）活性原子由钢表面向心部扩散渗剂分解释放渗剂分解释放活性原子活性原子活性原子在工活性原子在工件表面吸附件表面吸附活性原子由表活性原子由表面向心部扩散面向心部扩散含活性原子含活性原子的渗剂的渗剂钢钢钢钢本讲稿第六十八页，共八十九页一、一、钢的渗钢的渗C C（carburizingcarburizing）1 1、渗、渗C C的目的、分类及应用的目的、分类及应用n 定义定义钢件钢件 渗渗C C介质介质 加热加热和和保温保温，表表面含面含C C量量和和一定一定C C浓度梯度浓度梯度 应用应用最广泛最广泛的一种化学热处理工艺。的一种化学热处理工艺。本讲稿第六十九页，共八十九页n 目的：目的：高的表面硬度（高的表面硬度（HRC5863HRC5863），耐磨性），耐磨性 高的接触高的接触-，弯曲，弯曲-1-1 高的冲击韧性等。高的冲击韧性等。本讲稿第七十页，共八十九页应用：应用：适适用用于于承承受受磨磨损损，交交变变接接触触应应力力或或弯弯曲曲应力和冲击载荷的机器零件应力和冲击载荷的机器零件 如如：轴轴，活活塞塞销销、齿齿轮轮、凸凸轮轮轴轴既既表表面面要要求高硬度，心部要求足够强度和韧性。求高硬度，心部要求足够强度和韧性。汽车、拖拉机、起重、坦克等设备中零件汽车、拖拉机、起重、坦克等设备中零件80%以上本讲稿第七十一页，共八十九页n分类分类 依渗依渗C C剂剂 聚集状态聚集状态 渗渗C C方法可分为：方法可分为：固体渗固体渗C C、液体渗液体渗C C、气体渗气体渗C C（和特殊渗（和特殊渗C C）。）。本讲稿第七十二页，共八十九页+-加热炉加热炉密封箱密封箱工件工件固体渗碳固体渗碳剂剂固体渗碳示意图固体渗碳示意图泥封泥封固体渗固体渗C C在渗在渗C CT T加热渗加热渗C C（930930，3 35h5h）渗剂：渗剂：固体碳粒固体碳粒：木炭木炭（7090%7090%）+催催渗剂渗剂：碳酸钠、：碳酸钠、BaCO3BaCO3单件、小批量单件、小批量本讲稿第七十三页，共八十九页 液体渗液体渗C C 盐浴盐浴 特点：特点：加热速度快，加热均匀加热速度快，加热均匀 缺点缺点：多数盐浴有毒，：多数盐浴有毒，盐盐浴浴：NaCNNaCN，KCNKCN，（氯氯化化物物，剧剧毒毒），用于小批量生产。用于小批量生产。本讲稿第七十四页，共八十九页 气体渗气体渗C C 渗渗C C气体可用碳氢化合物有机液体，气体可用碳氢化合物有机液体，如：如：煤油、丙酮煤油、丙酮等直接滴入炉内等直接滴入炉内汽化汽化而得。而得。优优点点：生生产产率率高高，可可机机械械化化、自自动动化化生生产产、渗渗C C层层浓度可控制，渗浓度可控制，渗C C质量高。质量高。本讲稿第七十五页，共八十九页n渗渗C C用钢用钢 含含C C量量：0.150.25%0.150.25%，若若心心部部要要求求强强度度较较高高，含含C C可为可为0.30%0.30%。低碳钢低碳钢：要求不高时可用。：要求不高时可用。如：如：2020钢钢 低低碳碳合合金金钢钢：截截面面较较大大、形形状状复复杂杂、表表面面耐耐磨磨性性、疲疲劳劳强度、心部机械性能要求高的零件强度、心部机械性能要求高的零件 如如20CrMnTi20CrMnTi，18Cr2Ni4W18Cr2Ni4W本讲稿第七十六页，共八十九页2 2、渗碳工艺参数、渗碳工艺参数渗碳温度：渗碳温度：900900950950渗层厚度：渗层厚度：1 12 2毫米毫米渗碳时间：渗碳时间：7 7小时左右小时左右典型滴注剂典型滴注剂甲醇甲醇-煤油滴注剂：国内许多煤油滴注剂：国内许多厂家采用。厂家采用。甲醇甲醇-乙酸乙脂乙酸乙脂甲醇甲醇-丙酮丙酮气体渗碳示意图气体渗碳示意图本讲稿第七十七页，共八十九页示例：滴注式气体渗示例：滴注式气体渗C C工艺工艺 如如2020钢，齿轮，钢，齿轮，要求要求渗层厚度渗层厚度为为0.3mm0.3mm 工艺：工艺：930930，煤油煤油20D/20D/minmin，3h3h。炉冷，后淬炉冷，后淬火火本讲稿第七十八页，共八十九页3 3、渗碳后热处理及组织、渗碳后热处理及组织（1 1）渗碳后热处理：淬火）渗碳后热处理：淬火+低温回火低温回火（2 2）渗碳后组织：）渗碳后组织：渗层含碳量：渗层含碳量：0.850.851%1%左右；左右；渗层组织：回火马氏体渗层组织：回火马氏体+少量碳化物少量碳化物心部组织：回火马氏体心部组织：回火马氏体性能：表性能：表HRCHRC：58586363 心心 HRC40HRC40以下以下 本讲稿第七十九页，共八十九页4 4、渗碳工序安排、渗碳工序安排下料下料锻造锻造正火正火机加工（粗）机加工（粗）渗碳渗碳 淬火淬火低温回火低温回火磨削磨削本讲稿第八十页，共八十九页n低低C C钢渗钢渗C C与中与中C C钢表淬比较。钢表淬比较。性性能能上上：中中C C钢钢表表淬淬HRCHRC低低（HRC50HRC505858），心心部部冲击韧性，耐磨性也较低。冲击韧性，耐磨性也较低。低低C C钢渗钢渗C(HRC58C(HRC5863)63)渗渗C C层层易易获获沿沿零零件件轮轮廓廓均均匀匀分分布布，表表淬淬层层分分布布不不易易控制，小模数齿轮常有淬透可能。控制，小模数齿轮常有淬透可能。但渗碳工艺复杂，变形较大，成本较高。但渗碳工艺复杂，变形较大，成本较高。本讲稿第八十一页，共八十九页二、渗氮二、渗氮1 1、目的与用钢、目的与用钢目的：保持工件心部良好综合力学性能（较高的目的：保持工件心部良好综合力学性能（较高的强度和好的塑、韧性）的同时，使工件具有高的强度和好的塑、韧性）的同时，使工件具有高的表面表面耐磨性、耐磨性、红硬性红硬性（高温硬度）、（高温硬度）、抗蚀性抗蚀性和疲和疲劳强度劳强度。适用钢：中碳合金钢适用钢：中碳合金钢2 2、渗氮方法及参数、渗氮方法及参数方法：气体、液体或固体渗氮方法：气体、液体或固体渗氮渗氮温度：渗氮温度：500500600600渗层厚度：渗层厚度：0.150.150.70.7毫米毫米渗氮时间：渗氮时间：1010100100小时左右小时左右本讲稿第八十二页，共八十九页3 3、渗氮前热处理及组织、渗氮前热处理及组织渗氮前热处理：调质渗氮前热处理：调质渗氮后组织：渗氮层：合金氮化物渗氮后组织：渗氮层：合金氮化物+回火索氏体回火索氏体 心部：回火索氏体心部：回火索氏体4 4、渗氮工序安排、渗氮工序安排下料下料锻造锻造正火或回火正火或回火机加工（粗）机加工（粗）调质调质渗氮渗氮 磨削磨削本讲稿第八十三页，共八十九页三、碳、氮共渗三、碳、氮共渗1 1、中温碳、氮共渗（氰化）、中温碳、氮共渗（氰化）目的：提高表面硬度、疲劳强度和抗蚀性目的：提高表面硬度、疲劳强度和抗蚀性(表面表面硬度和抗蚀性高于渗碳层硬度和抗蚀性高于渗碳层)。适用钢：中、低碳钢适用钢：中、低碳钢氰化温度：氰化温度：800800860860渗层厚度：渗层厚度：0.10.10.750.75毫米毫米共渗时间：共渗时间：1 13 3小时小时渗后热处理：淬火渗后热处理：淬火+低温回火低温回火本讲稿第八十四页，共八十九页2 2、低温气体、低温气体 碳、氮共渗（氮、碳共渗）碳、氮共渗（氮、碳共渗）目的：以渗氮为主、渗碳为辅，提高工件表面目的：以渗氮为主、渗碳为辅，提高工件表面 硬度、疲劳强度和耐蚀性。硬度、疲劳强度和耐蚀性。适用钢：各种钢适用钢：各种钢渗氮温度：渗氮温度：560560570570渗氮时间：渗氮时间：1 13 3小时小时渗层厚度：渗层厚度：0.010.010.02mm0.02mm渗氮前热处理：调质渗氮前热处理：调质本讲稿第八十五页，共八十九页四、渗硼四、渗硼目的：提高工件表面硬度（高于其他化学热处目的：提高工件表面硬度（高于其他化学热处 理）、耐蚀性、红硬性和抗氧化性。理）、耐蚀性、红硬性和抗氧化性。渗硼温度：渗硼温度：950950左右左右渗硼时间：渗硼时间：4 46 6小时小时渗硼后热处理：可不淬火或淬火渗硼后热处理：可不淬火或淬火本讲稿第八十六页，共八十九页第八节第八节热处理零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性1 1、尽量避免尖角、尽量避免尖角2 2、截面厚度尽量均匀，避免悬殊。、截面厚度尽量均匀，避免悬殊。尖角应避免尖角应避免应避免截面应避免截面厚度悬殊厚度悬殊本讲稿第八十七页，共八十九页3 3、形状尽量对称和封闭、形状尽量对称和封闭4 4、形状复杂和各部分性能要求不同的零件分拆、形状复杂和各部分性能要求不同的零件分拆 设计，加工后组装设计，加工后组装。尽量采用尽量采用对称结构对称结构尽量采用尽量采用封闭结构封闭结构本讲稿第八十八页，共八十九页第九节第九节热处理新技术热处理新技术一、形变热处理一、形变热处理基本方法：将塑性变形与热处理相结合，借助塑基本方法：将塑性变形与热处理相结合，借助塑 性变形细化组织性变形细化组织主要作用：提高钢的强度，改善钢韧性的热处理主要作用：提高钢的强度，改善钢韧性的热处理。二、真空热处理二、真空热处理主要作用：防氧化、净化表面、脱气、减小变形主要作用：防氧化、净化表面、脱气、减小变形本讲稿第八十九页，共八十九页