第五章 钢的热处理优秀PPT.ppt

第五章 钢的热处理第一页，本课件共有62页热处理的分类：热处理的分类：热热处处理理普通普通热处理热处理 表面热处理表面热处理退火退火 正火正火 淬火淬火回火回火 表面淬火表面淬火 化学热处理化学热处理 火焰加热火焰加热感应加热感应加热渗碳渗碳 氮化氮化 其它其它其它其它 第二页，本课件共有62页第一节钢在加热时的转变第一节钢在加热时的转变 钢加热到钢加热到A1（PSK）以上时都将发生以上时都将发生PA，但是，但是，亚共析钢需加热到亚共析钢需加热到A3（GS）以上，过共析钢需加热到以上，过共析钢需加热到Acm（ES）以上才能完全奥氏体化。这种转变是一以上才能完全奥氏体化。这种转变是一种扩散型的转变。种扩散型的转变。一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成通常通常A1、A3或或Acm加热时加热时用用AC1、Ac3或或Accm表示，冷却表示，冷却时用时用Ar1、Ar3或或Arcm表示。表示。A1Ar1AC1AcmArcmAccmA3Ac3Ar3AFPF+PP+Fe3CIIA+Fe3CIIA+F温度含碳量Fe G PSEK第三页，本课件共有62页第三步：残余渗碳体溶解第三步：残余渗碳体溶解通过碳原子的扩散，使铁素体向奥氏体转变，通过碳原子的扩散，使铁素体向奥氏体转变，和渗碳体溶解来完成。和渗碳体溶解来完成。第二步：奥氏体的长大。第二步：奥氏体的长大。形核部位在铁素体和渗碳体的相界面处。形核部位在铁素体和渗碳体的相界面处。第一步：奥氏体晶核的形成。第一步：奥氏体晶核的形成。（一）基本过程（一）基本过程下面以共析钢为例说明奥氏体的形成过程。下面以共析钢为例说明奥氏体的形成过程。第四步：奥氏体均匀化第四步：奥氏体均匀化第四页，本课件共有62页1、加热温度和加热速度、加热温度和加热速度加热温度高，加热速度快，转变速度快。加热温度高，加热速度快，转变速度快。原因：碳原子扩散能力大，碳浓度差大加速奥氏原因：碳原子扩散能力大，碳浓度差大加速奥氏体的形成。体的形成。（二）影响珠光体向奥氏体转变的因素（二）影响珠光体向奥氏体转变的因素亚共析钢与过共析钢奥氏体的形成过程，在以上步亚共析钢与过共析钢奥氏体的形成过程，在以上步骤后骤后,当加热到当加热到AC3和和Accm以上时铁素体将全部转变以上时铁素体将全部转变为奥氏体，渗碳体将全部溶入奥氏体。为奥氏体，渗碳体将全部溶入奥氏体。第五页，本课件共有62页3、化学成分、化学成分含碳量增加，转变速度快。含碳量增加，转变速度快。原因：渗碳体增加，原因：渗碳体增加，F/Fe3C相界面增多，奥氏相界面增多，奥氏体的形核部位增加。体的形核部位增加。大部分合金元素减慢奥氏体的形成速度大部分合金元素减慢奥氏体的形成速度原因：主要是减慢碳在奥氏体中的扩散速度。原因：主要是减慢碳在奥氏体中的扩散速度。2、原始组织、原始组织原始组织越细，转变速度快。原始组织越细，转变速度快。原因：原因：F/Fe3C相界面增多，奥氏体的形核部位增相界面增多，奥氏体的形核部位增加。加。第六页，本课件共有62页二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素（一）奥氏体晶粒度的概念（一）奥氏体晶粒度的概念根据奥氏体的形成过程和晶粒长大的情况，奥根据奥氏体的形成过程和晶粒长大的情况，奥氏体的晶粒度可有三种定义：氏体的晶粒度可有三种定义：1、起始晶粒度：珠光体刚刚转变为奥氏体时的、起始晶粒度：珠光体刚刚转变为奥氏体时的晶粒度。一般较小。晶粒度。一般较小。2、本质晶粒度：、本质晶粒度：通常采用标准实验方法：把钢加热通常采用标准实验方法：把钢加热到到930 10，保温，保温3-8小时，测定其小时，测定其奥氏体晶粒奥氏体晶粒的大小。根据标准晶粒度等级图谱评级，的大小。根据标准晶粒度等级图谱评级，14级为级为本质粗晶粒钢，本质粗晶粒钢，58为本质细晶粒钢。如下图：为本质细晶粒钢。如下图：第七页，本课件共有62页本质晶粒度只反应了钢在本质晶粒度只反应了钢在930以下的奥氏体晶以下的奥氏体晶粒长大的倾向性。粒长大的倾向性。第八页，本课件共有62页3、实际晶粒度：具体的热处理或热加工条件下实、实际晶粒度：具体的热处理或热加工条件下实际获得的奥氏体晶粒大小。际获得的奥氏体晶粒大小。实际晶粒度直接影响钢的性能，比起始晶粒度大。实际晶粒度直接影响钢的性能，比起始晶粒度大。实际加热温度越高，保温时间越长，奥氏体的实际实际加热温度越高，保温时间越长，奥氏体的实际晶粒度越粗大，钢的机械性能越下降。晶粒度越粗大，钢的机械性能越下降。第二节第二节钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 获得细小均匀的奥氏体晶粒仅是热处理的第一步，钢获得细小均匀的奥氏体晶粒仅是热处理的第一步，钢从奥氏体状态的冷却过程是热处理的关键步骤，它将从奥氏体状态的冷却过程是热处理的关键步骤，它将最终决定钢的使用性能。钢在加热后的冷却方式有两最终决定钢的使用性能。钢在加热后的冷却方式有两种，如图：种，如图：第九页，本课件共有62页奥氏体冷至临界温度以下处于不稳定的状态，称为奥氏体冷至临界温度以下处于不稳定的状态，称为过冷奥氏体。过冷奥氏体。过冷奥氏体在过冷奥氏体在不同过冷度不同过冷度下分别可转变下分别可转变为珠光体（为珠光体（P）、）、贝氏体贝氏体(B)、马氏体马氏体(M)。第十页，本课件共有62页一、过冷奥氏体等温转变曲线图一、过冷奥氏体等温转变曲线图将共析钢的过冷奥氏将共析钢的过冷奥氏体在体在A1以下某一温度以下某一温度进行等温转变，测定过进行等温转变，测定过冷奥氏体转变开始的时冷奥氏体转变开始的时刻及终了的时刻，分别刻及终了的时刻，分别将其时刻点用光滑的曲将其时刻点用光滑的曲线连接起来，在温度时线连接起来，在温度时间坐标上，可得到两条间坐标上，可得到两条曲线，如图：曲线，如图：等温转变曲线图又称等温转变曲线图又称C曲线或曲线或TTT曲线。曲线。第十一页，本课件共有62页图形分析：图形分析：A1是奥氏体和是奥氏体和珠光体共存温度，左线为珠光体共存温度，左线为转变开始线，右线为转变转变开始线，右线为转变终了线。开始线左方是过终了线。开始线左方是过冷奥氏体区（冷奥氏体区（A），），终了终了线右方是转变产物区（线右方是转变产物区（P、B），），两线中间是转变两线中间是转变进行区（进行区（AP或或B）。）。MS是马氏体转变或形成的开始是马氏体转变或形成的开始温度，温度，Mf是马氏体转变或是马氏体转变或形成的终止温度，中间为形成的终止温度，中间为马氏体转变区。马氏体转变区。第十二页，本课件共有62页奥氏体转变有孕育期，在鼻尖处孕育期最短。从奥氏体转变有孕育期，在鼻尖处孕育期最短。从上到下可分为珠光体、贝氏体和马氏体转变三个上到下可分为珠光体、贝氏体和马氏体转变三个区。区。(一一)过冷奥氏体的转变产物及性能过冷奥氏体的转变产物及性能1、珠光体型组织、珠光体型组织温度区间：温度区间：C曲线鼻尖曲线鼻尖上部（上部（A1-550）。）。第十三页，本课件共有62页转变过程：通过形核转变过程：通过形核和长大来完成。铁素和长大来完成。铁素体和渗碳体交替互相体和渗碳体交替互相促进形核并长大。如促进形核并长大。如图：图：转变转变特点：特点：1）扩散型转变、碳原子和铁原子的扩散，）扩散型转变、碳原子和铁原子的扩散，生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体。生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体。2）晶格的重构，由面心立方的奥氏体转变）晶格的重构，由面心立方的奥氏体转变为体心立方的铁素体和复杂晶格的渗碳体。为体心立方的铁素体和复杂晶格的渗碳体。组织特点：层片状的组织特点：层片状的铁素体与渗碳体的机铁素体与渗碳体的机械混合物。械混合物。贫碳A富碳AFe3CFA晶界 Fe3CP团第十四页，本课件共有62页根据片间距的大小珠光体类型组织分三类根据片间距的大小珠光体类型组织分三类:1,珠光体（珠光体（P），），形成温度形成温度A1650，最粗最粗.2,索氏体（索氏体（S），），形成温度形成温度650600，较细，较细3,屈氏体（屈氏体（T），），形成温度形成温度600550，最细，最细第十五页，本课件共有62页性能：与片层间距有关，其强度和硬度关系如下：性能：与片层间距有关，其强度和硬度关系如下：珠光体珠光体索氏体索氏体屈氏体屈氏体2、马氏体类型组织、马氏体类型组织马氏体（马氏体（M）：）：含过饱和碳的含过饱和碳的固溶体。固溶体。温度区间：温度区间：MsMf特点：特点：马氏体马氏体的转变从的转变从Ms点开点开始，随温度下降，始，随温度下降，数量不断增加，数量不断增加，Mf点温度终止，点温度终止，转变量转变量最多。最多。第十六页，本课件共有62页MS和和Mf由奥氏体的含碳量由奥氏体的含碳量及合金元素含量及合金元素含量决定，不决定，不受冷却速度的影响，例如含碳量增加，受冷却速度的影响，例如含碳量增加，MS和和Mf点降点降低。低。马氏体转变不完全，有残余奥氏体存在，用马氏体转变不完全，有残余奥氏体存在，用A或或A残残表示。表示。非扩散型的转变，在极大的冷速下，极大的过冷非扩散型的转变，在极大的冷速下，极大的过冷下，铁、碳原子无扩散的可能，奥氏体直接转变成下，铁、碳原子无扩散的可能，奥氏体直接转变成含碳过饱和的含碳过饱和的固溶体。马氏体的含碳量与原奥氏体固溶体。马氏体的含碳量与原奥氏体的含碳量相同。的含碳量相同。第十七页，本课件共有62页1、板条马氏体（低碳马氏体，位错型马氏体）奥氏、板条马氏体（低碳马氏体，位错型马氏体）奥氏体含碳量小于百分之体含碳量小于百分之0.3时形成时形成板条马氏体，显微板条马氏体，显微组织为一束束细条状组织，亚结构为高密度位错。组织为一束束细条状组织，亚结构为高密度位错。因为碳的过饱和程度小和高密度位错，性能稳定，因为碳的过饱和程度小和高密度位错，性能稳定，韧性和塑性较好。韧性和塑性较好。马氏体类型：马氏体类型：2、片状马氏体（高碳马氏体，孪晶马氏体），显微、片状马氏体（高碳马氏体，孪晶马氏体），显微组织为双凸透镜状，亚结构主要是孪晶。因为碳的过组织为双凸透镜状，亚结构主要是孪晶。因为碳的过饱和程度大和孪晶，性能不稳定，韧性和塑性差。饱和程度大和孪晶，性能不稳定，韧性和塑性差。第十八页，本课件共有62页第十九页，本课件共有62页产生的条件：产生的条件：1.0%C片状片状马氏体，中间，混合型。马氏体，中间，混合型。获得马氏体是强化钢材的主要方法之一。获得马氏体是强化钢材的主要方法之一。随含碳量的增加，马氏体硬度增加。随含碳量的增加，马氏体硬度增加。第二十页，本课件共有62页贝氏体（贝氏体（B）特特点：半扩散型点：半扩散型转变，碳原子转变，碳原子扩散，铁原子扩散，铁原子不扩散。过饱不扩散。过饱和的铁素体和和的铁素体和渗碳体组成。渗碳体组成。转变温度：转变温度：550-Ms温度范围内温度范围内3、贝氏体类型组织、贝氏体类型组织第二十一页，本课件共有62页（一）上贝氏体（一）上贝氏体（B上上）形成温度形成温度550350。组。组织特征：从晶界向晶内生长的成束的铁素体条，渗碳织特征：从晶界向晶内生长的成束的铁素体条，渗碳体以不连续的短杆状分布于铁素体条之间。典型组织：体以不连续的短杆状分布于铁素体条之间。典型组织：具有羽毛状的特征。具有羽毛状的特征。（二）下贝氏体（二）下贝氏体（B下下），形成温度），形成温度350MS，组组织特征：片状铁素体和其内部沉淀碳化物。典型组织：织特征：片状铁素体和其内部沉淀碳化物。典型组织：碳化物呈针状，具有黑针状特征。碳化物呈针状，具有黑针状特征。机械性能：下贝氏体的强度、塑性、韧性高于上贝氏体。机械性能：下贝氏体的强度、塑性、韧性高于上贝氏体。原因：上贝氏体形成温度高，铁素体条宽，渗碳体分布原因：上贝氏体形成温度高，铁素体条宽，渗碳体分布于条状铁素体晶界。下贝氏体位错密度高，碳化物于晶于条状铁素体晶界。下贝氏体位错密度高，碳化物于晶内析出。内析出。贝氏体类型：贝氏体类型：第二十二页，本课件共有62页第二十三页，本课件共有62页碳钢中，随含碳量的增加，亚共析钢的碳钢中，随含碳量的增加，亚共析钢的C曲线右移，曲线右移，过冷奥氏体稳定性升高；过共析钢的过冷奥氏体稳定性升高；过共析钢的C曲线左移，过曲线左移，过冷奥氏体稳定性降低。冷奥氏体稳定性降低。亚共析钢的亚共析钢的C曲线与过共析钢的曲线与过共析钢的C曲线比共析钢的曲线比共析钢的C曲线左上方多一条先共析线。曲线左上方多一条先共析线。（二）影响（二）影响C曲线的因素曲线的因素C曲线的位置和形状十分重要，决定奥氏体的等温转曲线的位置和形状十分重要，决定奥氏体的等温转变速度；转变产物的性质；钢的淬透性；指导热处理变速度；转变产物的性质；钢的淬透性；指导热处理工艺的制定。工艺的制定。影响因素主要有：影响因素主要有：1、碳的影响、碳的影响第二十四页，本课件共有62页2、合金元素的影响除、合金元素的影响除Co以外，所有的合金元素溶入以外，所有的合金元素溶入奥氏体后，都增大其稳定性，使奥氏体后，都增大其稳定性，使C曲线右移。某些曲线右移。某些碳化物形成元素改变碳化物形成元素改变C曲线的形状。曲线的形状。第二十五页，本课件共有62页3、奥氏体状态的影响、奥氏体状态的影响奥氏体温度不高、保温时间不长、加热速度较快时，奥氏体温度不高、保温时间不长、加热速度较快时，奥氏体成分不均匀，晶粒细小，未溶第二相多，则奥氏体成分不均匀，晶粒细小，未溶第二相多，则冷却时容易形核，冷却时容易形核，C曲线右移。曲线右移。第二十六页，本课件共有62页二、过冷奥氏体连续转变曲线二、过冷奥氏体连续转变曲线在生产实践中，奥氏体大多数在连续冷却中转变，因在生产实践中，奥氏体大多数在连续冷却中转变，因此需要测定和利用过冷奥氏体连续转变曲线图（此需要测定和利用过冷奥氏体连续转变曲线图（CCT图）。图）。第二十七页，本课件共有62页3、细化晶粒，改善组织以提高钢的机械性能。作、细化晶粒，改善组织以提高钢的机械性能。作为最终热处理或为最终热处理作好组织上的准备。为最终热处理或为最终热处理作好组织上的准备。第第三三节节钢的退火和正火钢的退火和正火退火和正火退火和正火:将钢加热、保温后在炉内缓冷（退火）将钢加热、保温后在炉内缓冷（退火）或空冷（正火）的操作。或空冷（正火）的操作。主要目的：主要目的：1、调整钢件硬度（、调整钢件硬度（HB160-230）以便进行机械加以便进行机械加工。工。2、消除残余应力以防钢件的变形和开裂。、消除残余应力以防钢件的变形和开裂。第二十八页，本课件共有62页主要应用主要应用：亚共析成份的各类碳钢和合金钢的铸、：亚共析成份的各类碳钢和合金钢的铸、锻、焊接件的热处理，降低硬度，以便切削。常作锻、焊接件的热处理，降低硬度，以便切削。常作为不重要零件的最终热处理或某些重要零件的预先为不重要零件的最终热处理或某些重要零件的预先热处理。热处理。一、完全退火一、完全退火完全退火：（完全退火：（又称重结晶退火）：将钢件加热到又称重结晶退火）：将钢件加热到AC3以上以上3050，保温一定时间后随炉缓慢冷却，保温一定时间后随炉缓慢冷却至至500以下出炉在空气中冷却。以下出炉在空气中冷却。组织：铁素体与珠光体的平衡组织。组织：铁素体与珠光体的平衡组织。目的目的：降低硬度，改善切削加工性能细化晶粒，：降低硬度，改善切削加工性能细化晶粒，均匀组织，不适用于低碳钢和过共析钢。均匀组织，不适用于低碳钢和过共析钢。第二十九页，本课件共有62页二、等温退火二、等温退火：将某些合金钢件加热到：将某些合金钢件加热到AC3以上以上3050保温奥氏体后以较快速度冷却到保温奥氏体后以较快速度冷却到C曲线曲线鼻尖处，进行等温转变，然后空冷到室温，得到适鼻尖处，进行等温转变，然后空冷到室温，得到适合切削加工的索氏体，缩短合切削加工的索氏体，缩短退火时间退火时间。如高速钢。如高速钢的退火。的退火。第三十页，本课件共有62页应用应用：过共析碳钢及合金工具钢，使其组织由层片状：过共析碳钢及合金工具钢，使其组织由层片状和网状渗碳体变为粒状。主要目的降低硬度，改善切削和网状渗碳体变为粒状。主要目的降低硬度，改善切削加工性，为以后淬火作好组织准备。加工性，为以后淬火作好组织准备。对网状渗碳体严重者可先进行一次正火。对网状渗碳体严重者可先进行一次正火。三、球化退火三、球化退火：使钢在：使钢在AC1-Accm之间长期保温，之间长期保温，后缓慢冷却，使碳化物球化，获得球化组织的热后缓慢冷却，使碳化物球化，获得球化组织的热处理工艺。处理工艺。组织：粒状珠光体组织：粒状珠光体。由粒状渗碳体和铁素体组成的。由粒状渗碳体和铁素体组成的珠光体组织。珠光体组织。第三十一页，本课件共有62页主要用于主要用于消除铸造件、锻件、焊接件、热轧件、消除铸造件、锻件、焊接件、热轧件、冷拉件的残余应力。冷拉件的残余应力。四、去应力退火四、去应力退火去应力退火（又称低温退火）：将钢件缓慢加热到去应力退火（又称低温退火）：将钢件缓慢加热到500650（AC1）,长期保温后，随炉缓冷到长期保温后，随炉缓冷到200300出炉。出炉。第三十二页，本课件共有62页（3）普通结构件的最终热处理，提高普通零件的机普通结构件的最终热处理，提高普通零件的机械性能。械性能。五、钢的正火五、钢的正火正火：将钢件加热到正火：将钢件加热到Ac3或或Accm以上以上3050保温保温后从炉中取出，在空气中冷却后从炉中取出，在空气中冷却。与退火的区别与退火的区别:冷却速度较快，组织较细。冷却速度较快，组织较细。主要应用主要应用：（1）改善低碳钢或低合金结构钢的切改善低碳钢或低合金结构钢的切削加工性，低碳钢或低合金结构钢退火后硬度低，削加工性，低碳钢或低合金结构钢退火后硬度低，切削易粘刀，正火后提高硬度，便于切削加工。切削易粘刀，正火后提高硬度，便于切削加工。（2）用于过共析钢，消除网状渗碳体，为球化退火用于过共析钢，消除网状渗碳体，为球化退火作好准备。作好准备。第三十三页，本课件共有62页目的：目的：为了获得马氏体，提高钢的强度、硬度等机为了获得马氏体，提高钢的强度、硬度等机械性能，是强化钢材常用的手段，与回火配合获得械性能，是强化钢材常用的手段，与回火配合获得所需要的性能。所需要的性能。第四节第四节钢的淬火与回火钢的淬火与回火一、钢的淬火一、钢的淬火（一）淬火的目的（一）淬火的目的淬火：将钢加热到淬火：将钢加热到AC3或或AC1以上以上3050，保温后以大于保温后以大于临界冷却速度的冷速进行临界冷却速度的冷速进行冷却，得冷却，得到马氏体的热处理工艺。到马氏体的热处理工艺。第三十四页，本课件共有62页过共析钢在过共析钢在AC13050。得到均匀细小的马氏得到均匀细小的马氏体和粒状碳化物的混合组织。淬火温度过高，马氏体体和粒状碳化物的混合组织。淬火温度过高，马氏体粗大；变形严重；开裂倾向大；残余奥氏体增加，硬粗大；变形严重；开裂倾向大；残余奥氏体增加，硬度和耐磨性下降。温度低，得到非马氏体组织，硬度度和耐磨性下降。温度低，得到非马氏体组织，硬度不足。对合金钢加热温度可以高一些。不足。对合金钢加热温度可以高一些。（二）淬火温度的选择（二）淬火温度的选择亚共析钢在亚共析钢在AC33050，得到细小的马氏体得到细小的马氏体组织，温度过高，得到粗大马氏体，钢件易变组织，温度过高，得到粗大马氏体，钢件易变形，甚至开裂。温度低，出现铁素体，硬度不形，甚至开裂。温度低，出现铁素体，硬度不足，强度不高。足，强度不高。第三十五页，本课件共有62页要求：即得到马氏体又不产生变形和开裂要求：即得到马氏体又不产生变形和开裂，理想的，理想的冷却介质是在冷却介质是在650550冷却速度快，其余温度冷冷却速度快，其余温度冷却速度慢。却速度慢。常用介质有：水、盐水、油。常用介质有：水、盐水、油。（三）淬火冷却介质（三）淬火冷却介质第三十六页，本课件共有62页（四）常用淬火方法（四）常用淬火方法1单液淬火法单液淬火法工件在一种介质中连续冷工件在一种介质中连续冷却到室温的操作方法。如却到室温的操作方法。如水淬，油淬。水淬，油淬。2双液淬火法双液淬火法在在Ms以上，在冷却能力较强的介质中冷却，接近以上，在冷却能力较强的介质中冷却，接近Ms时转入冷却能力较弱的介质中冷却，如时转入冷却能力较弱的介质中冷却，如水淬油冷水淬油冷法，以防在马氏体相变时开裂。法，以防在马氏体相变时开裂。第三十七页，本课件共有62页3分级淬火法分级淬火法热浴淬火法，使工件先在稍高于热浴淬火法，使工件先在稍高于Ms（150260）的硝盐或碱浴中冷却，减小表面和心部温差的硝盐或碱浴中冷却，减小表面和心部温差后，再取出在空气中冷却。减小钢的内应力，变形，后，再取出在空气中冷却。减小钢的内应力，变形，适用于小件，复杂件。适用于小件，复杂件。组织：获得马氏体和残余奥氏体。组织：获得马氏体和残余奥氏体。4等温淬火法等温淬火法将钢件淬入稍高于将钢件淬入稍高于MS温度的硝盐浴或碱浴中，保温温度的硝盐浴或碱浴中，保温足够时间，使其发生下贝氏体转变，随后在空气中冷足够时间，使其发生下贝氏体转变，随后在空气中冷却。却。组织：获得下贝氏体组织：获得下贝氏体。第三十八页，本课件共有62页5冷处理冷处理冷处理：将淬火冷至室温的零件继续深冷至冷处理：将淬火冷至室温的零件继续深冷至Mf以下以下的致冷剂中，保持一段时间，使残余奥氏体充分转的致冷剂中，保持一段时间，使残余奥氏体充分转变成马氏体的操作方法。变成马氏体的操作方法。目的：目的：为了减少钢中的残余奥氏体以获得最大数量为了减少钢中的残余奥氏体以获得最大数量的马氏体，防止工件在保存或使用中发生组织转变的马氏体，防止工件在保存或使用中发生组织转变,稳定尺寸。稳定尺寸。第三十九页，本课件共有62页淬透性：钢在奥氏体化后淬火时获得马氏体而不形淬透性：钢在奥氏体化后淬火时获得马氏体而不形成其它组织（珠光体等）的能力。成其它组织（珠光体等）的能力。淬透性大小用淬透层深度表示，淬透层深度由淬透性大小用淬透层深度表示，淬透层深度由钢的表面至内部马氏体组织占钢的表面至内部马氏体组织占50处的距离来处的距离来表示。淬透层越深，钢的淬表示。淬透层越深，钢的淬透透性越好。性越好。二二钢的淬透性钢的淬透性（一）淬透性、淬硬性的定义及影响因素（一）淬透性、淬硬性的定义及影响因素第四十页，本课件共有62页淬硬性与含碳量有关，淬硬性与含碳量有关，含碳量越高，得到的马含碳量越高，得到的马氏体的硬度越高。而淬氏体的硬度越高。而淬透性与透性与C曲线的位置有曲线的位置有关，主要取决于合金元关，主要取决于合金元素的含量与种类。素的含量与种类。淬透性差，性能分布不淬透性差，性能分布不均，冲击韧性、屈强比、均，冲击韧性、屈强比、疲劳极限都要下降。疲劳极限都要下降。淬硬性：指钢在正常淬火条件下，以超过淬硬性：指钢在正常淬火条件下，以超过VK的速度冷的速度冷却所形成的马氏体组织所能达到的最高硬度却所形成的马氏体组织所能达到的最高硬度第四十一页，本课件共有62页决定性因素是临界冷却速度（决定性因素是临界冷却速度（VK）。）。VK越小，钢越小，钢的淬透性越大；的淬透性越大；VK越大，淬透性越小。越大，淬透性越小。影响影响VK的因素与影响的因素与影响C曲线的因素相同（含碳量；曲线的因素相同（含碳量；合金元素；奥氏体化温度）。合金元素；奥氏体化温度）。影响淬透性的因素影响淬透性的因素（二）淬透性的测定及表示方法（二）淬透性的测定及表示方法1.临界淬透直径法临界淬透直径法钢在某种介质中淬火时心部获得半马氏体的最钢在某种介质中淬火时心部获得半马氏体的最大直径，称为临界淬透直径，用大直径，称为临界淬透直径，用D0表示。表示。第四十二页，本课件共有62页2.末端淬火法末端淬火法将标准试样按规定淬火温度加热后置于试验机支将标准试样按规定淬火温度加热后置于试验机支架上对其末端喷水淬火，在统一的冷却条件下冷架上对其末端喷水淬火，在统一的冷却条件下冷却后测定离末端不同距离的硬度，绘制硬度与末却后测定离末端不同距离的硬度，绘制硬度与末端距离的关系曲线。如图：端距离的关系曲线。如图：第四十三页，本课件共有62页（3）稳定组织和尺寸。淬火后的组织马氏体和残余）稳定组织和尺寸。淬火后的组织马氏体和残余奥氏体是极不稳定的组织，会自发的向铁素体和碳化奥氏体是极不稳定的组织，会自发的向铁素体和碳化物转变，利用回火可以使其充分的转变到一定的程度，物转变，利用回火可以使其充分的转变到一定的程度，使组织结构稳定化，保证工件在使用中不在发生尺寸使组织结构稳定化，保证工件在使用中不在发生尺寸和形状的改变。和形状的改变。三、淬火钢的回火三、淬火钢的回火回火：将淬火钢加热到临界温度回火：将淬火钢加热到临界温度AC1以下某一温度，以下某一温度，保温一定时间然后冷却到室温的一种热处理工艺。保温一定时间然后冷却到室温的一种热处理工艺。回火目的：回火目的：（1）消除脆性，降低内应力，防止变形和开裂。）消除脆性，降低内应力，防止变形和开裂。（2）调整钢的机械性能。淬火后工件硬而脆通过适）调整钢的机械性能。淬火后工件硬而脆通过适当的回火配合调整硬度，减小脆性，得到所需要的当的回火配合调整硬度，减小脆性，得到所需要的塑性和韧性。塑性和韧性。第四十四页，本课件共有62页四、回火的种类及应用四、回火的种类及应用回火决定了钢最终的机械性能，根据回火温度的不回火决定了钢最终的机械性能，根据回火温度的不同可分为三类：同可分为三类：目的目的：降低钢中的残余应力和脆性，保持：降低钢中的残余应力和脆性，保持其淬火后的高硬度和耐磨性，硬度为其淬火后的高硬度和耐磨性，硬度为HRC5864。主要用于主要用于各种高碳和合金钢的各种高碳和合金钢的工模具，轴承，表面淬火和渗碳淬火的零件。工模具，轴承，表面淬火和渗碳淬火的零件。（一）低温回火（一）低温回火回火温度为回火温度为150250，保温后空冷，保温后空冷，获得回火获得回火马氏体组织，马氏体组织，第四十五页，本课件共有62页目的目的：得到强度、塑性、和韧性都较好的综合机械：得到强度、塑性、和韧性都较好的综合机械性能。硬度性能。硬度HRC1535左右。左右。目的目的：得到高弹性极限具有一定的韧性，硬度：得到高弹性极限具有一定的韧性，硬度HRC3550左右，左右，主要用于主要用于各类弹簧处理。各类弹簧处理。（二）、中温回火（二）、中温回火回火温度为回火温度为350500，保温后空冷。保温后空冷。得到回火得到回火屈氏体组织，屈氏体组织，（三）高温回火（三）高温回火回火温度为回火温度为500600，保温后空冷，保温后空冷，得到回得到回火索氏体组织。火索氏体组织。第四十六页，本课件共有62页调质处理广泛的用于各种重要的结构件，特别是在调质处理广泛的用于各种重要的结构件，特别是在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类。交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类。重要概念：调质处理（简称调质）：淬火加高温重要概念：调质处理（简称调质）：淬火加高温回火相结合的热处理回火相结合的热处理。第四十七页，本课件共有62页第五节第五节钢的表面淬火钢的表面淬火表面淬火：利用快速加热装置将工件表面迅速加热至表面淬火：利用快速加热装置将工件表面迅速加热至淬火温度，而不等热量传至中心，便立即进行淬火冷淬火温度，而不等热量传至中心，便立即进行淬火冷却的一种热处理工艺方法。却的一种热处理工艺方法。目的：组织上，使表层被淬硬为马氏体，而心部仍目的：组织上，使表层被淬硬为马氏体，而心部仍为未淬火的组织（退火、正火、调质状态的组织）。为未淬火的组织（退火、正火、调质状态的组织）。性能上，使钢的表面具有高的强度、硬度、高耐磨性能上，使钢的表面具有高的强度、硬度、高耐磨性和疲劳极限，而心部仍保持足够的塑性和韧性。性和疲劳极限，而心部仍保持足够的塑性和韧性。第四十八页，本课件共有62页方法：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电方法：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电阻加热表面淬火等。阻加热表面淬火等。应用：扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷下工作的应用：扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷下工作的零件，表面承受着比心部高的应力需要强化钢材的零件，表面承受着比心部高的应力需要强化钢材的表面，使其具有高强度、高硬度，或表面有摩擦的表面，使其具有高强度、高硬度，或表面有摩擦的场合。如：齿轮、凸轮、曲轴颈、轧辊等。场合。如：齿轮、凸轮、曲轴颈、轧辊等。第四十九页，本课件共有62页（一）感应加热的基本原理（一）感应加热的基本原理把钢件放在空心铜管绕制的感应圈把钢件放在空心铜管绕制的感应圈中，在感应圈中通入一定频率的交中，在感应圈中通入一定频率的交电流，于是工件中就感应出同频率电流，于是工件中就感应出同频率的感应电流，感应电流在工件中自的感应电流，感应电流在工件中自成回路，这种电流分布不均匀，有成回路，这种电流分布不均匀，有“集肤效应集肤效应”，即工件表面电流密，即工件表面电流密度大，心部几乎等于零，由于钢件度大，心部几乎等于零，由于钢件本身有电阻使工件表面迅速加热到本身有电阻使工件表面迅速加热到淬火温度，而心部仍接近室温，然淬火温度，而心部仍接近室温，然后迅速喷水淬火冷却使表层淬硬。后迅速喷水淬火冷却使表层淬硬。一、感应加热表面淬火一、感应加热表面淬火第五十页，本课件共有62页3、工频淬火，频率在、工频淬火，频率在50HZ，用于大直径钢材的穿用于大直径钢材的穿透加热及淬硬层深的大工件的表面淬火，如轧辊透加热及淬硬层深的大工件的表面淬火，如轧辊和火车车轮，可以获得和火车车轮，可以获得10-15mm以上的硬化层。以上的硬化层。生产上根据零件的尺寸和硬化层深度的要求选择感应加生产上根据零件的尺寸和硬化层深度的要求选择感应加热的电流频率。根据电流频率，分三类：热的电流频率。根据电流频率，分三类：1、高频淬火，频率在、高频淬火，频率在200000300000HZ，用于用于中小零件，如小模数齿轮，中小型轴类件，可得中小零件，如小模数齿轮，中小型轴类件，可得到到0.5-2.5mm的硬化层的硬化层2、中频淬火，频率在、中频淬火，频率在25008000HZ，用于淬硬层用于淬硬层较深的零件，模数较大的齿轮和直径较大的轴类件，较深的零件，模数较大的齿轮和直径较大的轴类件，可以获得可以获得3-6mm的硬化层。的硬化层。第五十一页，本课件共有62页5.生产率高，淬硬层易控制，易实现机械化和自生产率高，淬硬层易控制，易实现机械化和自动化，适用于大批量生产。动化，适用于大批量生产。（一）（一）感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点1.加热速度极快，奥氏体转变温度范围扩大加热速度极快，奥氏体转变温度范围扩大，转变，转变所需时间短。所需时间短。2.加热时间短，奥氏体不易长大，淬火后表面得加热时间短，奥氏体不易长大，淬火后表面得到极细的隐晶马氏体，硬度比普通淬火高到极细的隐晶马氏体，硬度比普通淬火高HRC2-3度。度。3.疲劳强度高。由于马氏体转变，表面产生残余压疲劳强度高。由于马氏体转变，表面产生残余压应力，提高了疲劳强度。应力，提高了疲劳强度。4.加热速度快，无保温时间，钢件表面不易氧化、加热速度快，无保温时间，钢件表面不易氧化、脱碳；心部未加热，变形小。脱碳；心部未加热，变形小。缺点：设备昂贵，不适用于单件生产。缺点：设备昂贵，不适用于单件生产。第五十二页，本课件共有62页二、火焰加热表面淬火二、火焰加热表面淬火用乙炔用乙炔-氧或煤气氧或煤气-氧混合气体燃烧得到的高温火焰喷射氧混合气体燃烧得到的高温火焰喷射到工件的表面，当工件的表面的温度达到淬火温度，喷到工件的表面，当工件的表面的温度达到淬火温度，喷水快冷，获得表面层硬度和淬硬层深度的一种表面淬火水快冷，获得表面层硬度和淬硬层深度的一种表面淬火方法。方法。特点：方法简单、无需特殊设备，适用于单件小批特点：方法简单、无需特殊设备，适用于单件小批生产，如大型零件、大模数齿轮的局部淬火。其缺生产，如大型零件、大模数齿轮的局部淬火。其缺点质量难以控制。点质量难以控制。第五十三页，本课件共有62页化学热处理：将化学热处理：将金属金属工件放入含有某种活性原子的工件放入含有某种活性原子的化学介质中，通过加热和保温，使介质中的活性原化学介质中，通过加热和保温，使介质中的活性原子被吸收、扩散渗入工件一定深度的表层，改变表子被吸收、扩散渗入工件一定深度的表层，改变表层的化学成份和组织，并获得与心部不同的性能的层的化学成份和组织，并获得与心部不同的性能的热处理工艺。与普通热处理不同，不仅有组织变化，热处理工艺。与普通热处理不同，不仅有组织变化，同时也有表层成分的变化。同时也有表层成分的变化。第六节第六节钢的化学热处理钢的化学热处理种类：渗碳，渗氮、渗硼、渗金属等种类：渗碳，渗氮、渗硼、渗金属等某种元素渗入工件表面的条件：某种元素渗入工件表面的条件：1.钢具有吸收渗入活性原子的能力钢具有吸收渗入活性原子的能力。该原子能溶入。该原子能溶入铁晶格中形成固溶体，在铁中有一定的溶解度，或铁晶格中形成固溶体，在铁中有一定的溶解度，或与铁有较强亲和力形成化合物。与铁有较强亲和力形成化合物。第五十四页，本课件共有62页1.将将工件工件加热加热到一定温度，使之有利于溶入活性原子到一定温度，使之有利于溶入活性原子或与之形成化合物。或与之形成化合物。2.利用化合物分解或离子转化利用化合物分解或离子转化得到渗入元素活性原得到渗入元素活性原子子。3.活性原子吸附，溶入活性原子吸附，溶入钢件表层，并在保温过程中钢件表层，并在保温过程中由表层向内由表层向内扩散扩散，形成一定层深的，形成一定层深的扩散层扩散层。2.渗入元素的原子必须是具有化学活性的活性原子渗入元素的原子必须是具有化学活性的活性原子，处于高能状态，能克服钢件表面铁原子的结合力，处于高能状态，能克服钢件表面铁原子的结合力，渗入钢件表层。渗入钢件表层。下面主要介绍渗碳和氮化。下面主要介绍渗碳和氮化。化学热处理的基本过程：化学热处理的基本过程：第五十五页，本课件共有62页主要主要使用的钢材使用的钢材：心部要求不高，尺寸较小的渗碳：心部要求不高，尺寸较小的渗碳件，常用件，常用低碳钢低碳钢15、20号钢或号钢或低碳合金钢低碳合金钢15Cr、20Cr。要求较高，尺寸较大的零件则用要求较高，尺寸较大的零件则用20CrMnTi、20MnVB等制造。等制造。低碳钢能满足心部韧性，但表面硬度低，不耐磨；高低碳钢能满足心部韧性，但表面硬度低，不耐磨；高碳钢，热处理后表面硬度高，耐磨，但心部韧性太差，碳钢，热处理后表面硬度高，耐磨，但心部韧性太差，低碳钢渗碳淬火后能很好的满足要求。低碳钢渗碳淬火后能很好的满足要求。一、钢的渗碳一、钢的渗碳（一）渗碳的目的及用钢（一）渗碳的目的及用钢目的目的：向钢的表层渗入碳原子，表层具有高的含：向钢的表层渗入碳原子，表层具有高的含碳量，经热处理后碳量，经热处理后表层具有高硬度和耐磨性表层具有高硬度和耐磨性，而心而心部仍保持一定强度及较高的韧性和塑性部仍保持一定强度及较高的韧性和塑性。第五十六页，本课件共有62页心部组织：低碳钢（心部组织：低碳钢（15、20钢）为钢）为F+P,硬度硬度HRC15-20。选择原则：根据性能要求及材料成分决定。选择原则：根据性能要求及材料成分决定。2.渗碳后热处理：淬火渗碳后热处理：淬火+低温回火低温回火淬火可用直接淬火法（渗后预冷至淬火可用直接淬火法（渗后预冷至860-800直接淬直接淬火火+低温回火）或一次淬火法（空冷至室温，然后重低温回火）或一次淬火法（空冷至室温，然后重新加热至新加热至AC1+30-50，淬火淬火+低温回火）低温回火）3.钢件渗碳、淬火、低温回火后的最终的组织：钢件渗碳、淬火、低温回火后的最终的组织：表面组织：细小片状表面组织：细小片状M+少量碳化物，硬度少量碳化物，硬度HRC58-62低低碳合金钢（碳合金钢（20CrMnTi）为板条状为板条状M+F+T，硬度硬度HRC35-45。第五十七页，本课件共有62页4.工艺路线：下料工艺路线：下料锻造锻造正火正火机械（粗）机械（粗）加工加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火低温回火机械（精）加工。机械（精）加工。（四）渗碳后淬火与表面淬火的比较（四）渗碳后淬火与表面淬火的比较渗碳后淬火比表面淬