第3章 钢的热处理-3_1_.ppt

第三章第三章 钢的热处理钢的热处理-3四、四、钢的回火钢的回火 Tempering 将将淬淬火火后后的的钢钢重重新新加加热热到到Ac1以以下下某某一一温温度度，保保温温一一定定时时间间，然然后后冷冷却到室温。却到室温。回火工艺回火工艺时间时间温温度度TAc1空冷空冷回火的目的回火的目的v消除淬火应力消除淬火应力,降低钢的脆性。降低钢的脆性。v稳稳定定工工件件尺尺寸寸(淬淬火火和和残残余余是是非非稳稳定定组组织织，如如果果发发生生转转变变，则则零零件的尺寸会发生变化件的尺寸会发生变化)。v获得工件所要求的组织性能。获得工件所要求的组织性能。v回火是热处理工序中最后一道工序。回火是热处理工序中最后一道工序。（一）淬火钢回火时的组织转变（一）淬火钢回火时的组织转变回回火火意意味味着着，当当时时，等等非非稳稳定定组组织织会会发发生生转转变变，根根据据回回火火温温度度不不同同，非非稳稳定定组组织织的的转转变变可可以以分分四四个阶段。个阶段。淬火钢回火时的组织转变四阶段淬火钢回火时的组织转变四阶段四阶段四阶段第一阶段第一阶段T200M分解第二阶段第二阶段 T(200,300)残余残余A转变转变第三阶段第三阶段 T(300,400)碳化物析出碳化物析出 第四阶段第四阶段 T400 Fe3C和和碳碳化化物物聚聚集集长长大大与与F的再结晶的再结晶第一阶段第一阶段 T200以以 碳碳化化物物形形式式析析出出，弥弥散散分分布布、极极细细、粒粒状状，与与保保持持共共格格关关系系的的薄薄片片，其其晶晶体体结结构构为为正正交交晶晶格格，分分子子式式为为Fe2.4C，此此时组织为回火。时组织为回火。分解分解第二阶段第二阶段 T(200300)分分解解使使得得体体积积，残残的的压压力力，残残下下。下下与与回回火火组组织织相相似似，固固这这一一阶阶段段主主要还是回火。要还是回火。残余转变残余转变第三阶段第三阶段 T(300400)v从从-Fe中析出，中析出，(Fe 2.4 C)Fe3C。v淬火时晶格畸变所造成的内应力淬火时晶格畸变所造成的内应力大大消除。大大消除。v组织为：细颗粒状的组织为：细颗粒状的Fe3C的的混合物。混合物。碳化物析出第四阶段第四阶段 T400 回回火火越越高高,Fe3C的的颗颗粒粒越越大大,经经第第三三阶阶段段后后，钢钢组组织织已已经经回回复复为为平平衡衡浓浓度度的的,但但仍仍然然保保留留着着原原的的板板条条状状或或片片状状形形态态，并并且且晶晶粒粒内内部部的的位位错错密密度度很很高高,所所以以与与冷冷变变形形金金属属相相似似。随随回回（一一般般在在500600)F逐逐渐渐发发生生再再结结晶晶，形形成成位位错密度较低的多边形等轴。且较粗大。错密度较低的多边形等轴。且较粗大。回回,Fe3C尺寸尺寸，内应力，内应力，残残，Fe3C和碳化物聚集长大与的再结晶回火回火250 Tempered Martensite回火回火 （350，500）Tempered Troostite回火回火 T（500，600）Tempered Sorbite回火回火 T（600，A1）Tempered Pearlite回火后的组织回火后的组织回火回火M过过饱饱和和F共共格格弥弥散散分布的极细的分布的极细的 碳化物碳化物250回火回火T尚尚未未发发生生再再结结晶晶的的F和和呈呈弥弥散散分分布布的的细细颗颗粒粒Fe3C的混合组织。的混合组织。(350,500)回火回火再再结结晶晶后后的的(多多边边形形)粗粒状粗粒状e3C。(500,600)回火回火多边形较粗大颗粒的多边形较粗大颗粒的Fe3C。光光学学显显微微组组织织与与球球化化退退火火处处理后的组织相似。理后的组织相似。(600,A1)（二）淬火钢的回火后力学性能（二）淬火钢的回火后力学性能随随 T回回 硬度、强度硬度、强度 塑性、韧性塑性、韧性 不不同同含含碳碳量量钢钢的的硬硬度度随随回回火火温温度度升高而降低升高而降低35钢钢力力学学性性能能与与回火温度的关系回火温度的关系（三）（三）回火种类及应用回火种类及应用低温回火低温回火(150250)回火，工具钢。回火，工具钢。中温回火中温回火(350500)回火回火T，主要弹簧部件。主要弹簧部件。高温回火高温回火(500650)回火回火S，广泛应用于各种机械零件。广泛应用于各种机械零件。调质调质 Modified Treatment淬火淬火+高温回火高温回火=调质调质Hardening and tempering=Modified Treatment3.4 钢的表面热处理钢的表面热处理表表面面硬硬度度高高，耐耐磨磨性性好好，以以保保证证其精度；其精度；而而心心部部要要具具有有足足够够的的塑塑性性和和韧韧性性，以防止断裂。以防止断裂。对对在在动动载载和和摩摩擦擦条条件件下下工工作作的的机机械零件，要求械零件，要求高碳钢：淬火高碳钢：淬火+低温回火，硬度高，低温回火，硬度高，耐磨性好，但心部韧性差；耐磨性好，但心部韧性差；中碳钢调质处理，心部韧性好，但中碳钢调质处理，心部韧性好，但表面硬度不够，耐磨性差。表面硬度不够，耐磨性差。通过选材和普通热处理无法通过选材和普通热处理无法满足上述要求。满足上述要求。将将工工件件表表面面快快速速加加热热到到A区区，在在热热量量尚尚未未传传到到材材料料心心部部时时立立即即迅迅速速冷冷却却，使使其其表表面面得得到到一一定定深深度度的的淬淬硬硬层层，而而心心部部仍仍保保持持原原始组织的一种局部淬火方法。始组织的一种局部淬火方法。工工业业中中常常用用的的表表面面淬淬火火方方法法有有：感感应应加加热热表表面面淬淬火火、激激光光加加热热表表面面淬淬火火和和火火焰焰加热表面淬火。加热表面淬火。一、一、表面淬火表面淬火（一）火焰加热表面淬火（一）火焰加热表面淬火利利用用气气体体燃燃烧烧产产生生的的火火焰焰加加热热工工件件，使使其其表表面面迅迅速速加加热热到到A区区后后，立立即即喷喷水水冷却，使材料表面淬硬；冷却，使材料表面淬硬；淬硬层深度一般为淬硬层深度一般为26mm；这这种种方方法法所所使使用用的的设设备备简简单单，成成本本低低，但生产效率低，且质量不易控制。但生产效率低，且质量不易控制。工件水（二）感应加热表面淬火（二）感应加热表面淬火利利用用通通入入交交流流电电的的加加热热感感应应器器在在工工件件中中产产生生的的感感应应电流来加热工件。电流来加热工件。因因感感应应电电流流的的集集肤肤效效应应，感感应应电电流流主主要要集集中中在在工工件件的的表表面面层层，心心部部几几乎没有电流；乎没有电流；使使工工件件表表面面层层被被快快速速加加热热到到A区区后后，喷水冷却；喷水冷却；工工件件表表面面层层获获得得一一定定深深度度的的淬淬硬硬层层，而心部组织不变。而心部组织不变。感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点加热速度快；加热速度快；时间短；时间短；因表面层因表面层M相变产生压应力，可提相变产生压应力，可提高工件的疲劳强度；高工件的疲劳强度；工件表面质量高，变形小；工件表面质量高，变形小；这种表面淬火的方法易于实现自动这种表面淬火的方法易于实现自动化。化。（三）激光加热表面淬火（三）激光加热表面淬火用高功率密度的激光束照射到工用高功率密度的激光束照射到工件表面，使其表面层快速加热到件表面，使其表面层快速加热到A区区或或Tm，靠工件自身的热传导迅速自冷靠工件自身的热传导迅速自冷而获得一定深度的淬硬层或冷凝层。而获得一定深度的淬硬层或冷凝层。激光束斑点直径仅激光束斑点直径仅2050mm2，故工件与激光束要作相对运动，使光故工件与激光束要作相对运动，使光束能照射到整个工件表面。束能照射到整个工件表面。特点质量高；质量高；表层组织超细化；表层组织超细化；硬度高（比常规淬火高硬度高（比常规淬火高HRC610）；）；脆性极小；脆性极小；工件变形小；工件变形小；自冷淬火，生产率高，易于实现自动化；自冷淬火，生产率高，易于实现自动化；设备昂贵，成本高。设备昂贵，成本高。二、钢的化学热处理钢的化学热处理将将工工件件置置于于一一定定的的化化学学介介质质中中，通通过过加加热热、保保温温和和冷冷却却，使使介介质质中中的的某某些些元元素素渗渗入入到到工工件件表表层层，以以改改变变表表层层的的化化学学成成份份和和组组织织，从从而而使使工工件件表表面面具具有有与心部不同的性能的一种热处理工艺。与心部不同的性能的一种热处理工艺。与与表表面面淬淬火火热热处处理理相相比比，化化学学热热处处理理不不仅仅使使工工件件表表面面与与心心部部的的组组织织不不同同，且成份亦不同。且成份亦不同。作用作用渗渗碳碳、渗渗氮氮、碳碳氮氮共共渗渗可可提提高高钢钢表表面的硬度、耐磨性及疲劳强度；面的硬度、耐磨性及疲劳强度；渗渗B、渗渗Cr可可提提高高表表面面耐耐磨磨性性和和耐耐蚀性；蚀性；渗渗Al、渗、渗Si可提高耐热抗氧化性；可提高耐热抗氧化性；渗渗S可提高减摩性。可提高减摩性。渗渗入入不不同同的的元元素素，则则赋赋予予工工件件表表面面不不同同的性能。的性能。（一）渗碳处理（一）渗碳处理渗渗碳碳是是向向低低碳碳钢钢或或低低碳碳合合金金钢钢工工件件表表层层渗入碳原子的过程。渗入碳原子的过程。l根根据据渗渗碳碳介介质质的的不不同同，渗渗碳碳可可分分为为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。l渗渗碳碳后后工工件件中中的的含含碳碳量量从从表表面面向向心心部部逐逐渐渐降降低低，表表面面可可达达0.81.0%，而心部仍保持原始成份。而心部仍保持原始成份。加加 热热 温温 度度 900950气体渗碳剂气体渗碳剂裂裂化化混混合合气气体体（天天然然 气气 或或 煤煤 气气 CH4+C3H8）；）；有有机机液液体体高高温温下下分分解解产产生生的的混混合合气气体体（CO、CH4、C2H4）组织组织渗碳缓冷后的成分渗碳缓冷后的成分表面：过共析表面：过共析 心部：亚共析心部：亚共析工件渗碳后，通常还要进行淬火工件渗碳后，通常还要进行淬火+低温低温回火处理，组织为表面：回火处理，组织为表面：高碳回火高碳回火M+粒状渗碳体或碳化物粒状渗碳体或碳化物+少量少量A 心部：随材料而异心部：随材料而异 普通低碳钢为：普通低碳钢为：F+P 低碳合金钢为：回火低碳低碳合金钢为：回火低碳M+F渗碳层深度及工艺路线渗碳层深度及工艺路线渗碳层深度：渗碳层深度：0.33mm采用渗碳工艺的零件的加工工艺路线：采用渗碳工艺的零件的加工工艺路线：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低温回火温回火精加工精加工成品成品（二）渗氮渗氮是向钢件渗氮是向钢件表层渗入氮原子的过程。表层渗入氮原子的过程。渗渗氮氮用用钢钢通通常常是是含含有有铝铝、铬铬、钼钼、钒钒、钛钛等等合合金金元元素素的的钢钢。这这些些合合金金元元素素极极易易与与氮氮形形成成颗颗粒粒细细小小、分分布布均均匀匀、硬硬度度很很高高且且非非常常稳稳定定的的各各种种氮氮化化物物，从从而而提提高高工工件件表表面面硬硬度度、耐耐磨磨性性、疲疲劳劳强强度度和和耐耐蚀蚀性性及及热热硬性（硬性（600650）。）。渗氮处理的特点渗氮渗氮工艺温度比渗碳低（工艺温度比渗碳低（600650,900 950)，工件变形小；，工件变形小；渗层薄（渗层薄（0.150.75mm）；）；生产周期长（生产周期长（3050h）；）；渗氮层脆性大；渗氮层脆性大；要使用专用合金钢。要使用专用合金钢。（三）碳氮共渗（三）碳氮共渗同时向钢的表层渗入碳和氮原子的过程。同时向钢的表层渗入碳和氮原子的过程。将将工工件件放放入入充充有有渗渗碳碳介介质质和和氨氨气气的的炉炉中中，加加热热到到840860 后后保保温温，共共渗渗介介质质分分解解出出C、N原原子子被被工工件件表表面面奥奥氏氏体体吸吸收收并并向内部扩散，形成一定深度的向内部扩散，形成一定深度的CN共渗层。共渗层。3.5 钢的特种热处理钢的特种热处理 Special Heat Treatment of Steels 可可以以防防止止钢钢件件表表面面氧氧化化，脱脱碳碳，保保护护工工件件热热处处理理后后表表面面的的质质量量和性能。和性能。一、真空热处理一、真空热处理二、二、可控气氛热处理可控气氛热处理 工件在可控气氛中进行的各种工件在可控气氛中进行的各种热处理叫可控气氛热处理热处理叫可控气氛热处理1 具有氧化和脱碳具有氧化和脱碳作用的气体作用的气体2具有还原性具有还原性的气体的气体4 中性中性 气体气体3具有强烈渗碳具有强烈渗碳作用的气体作用的气体三、三、形变热处理形变热处理 形变热处理就是将塑性变形与热处理操作相形变热处理就是将塑性变形与热处理操作相互结合，使金属材料同时受到形变强化和相变强互结合，使金属材料同时受到形变强化和相变强化的一种综合工艺。化的一种综合工艺。1 相相变变前前变变形形的的形形变变热热处处理理2 相相变变中中变变形形的的形形变变热热处处理理3 相相变变后后变变形形的的形形变变热热处处理理相变前变形的形变热处理A化温度下变形过冷A变形组织：M；P；BA相变后变形A相变中变形组织：P；B要点总结要点总结Focus in 熟悉熟悉四种热处理四种热处理 掌握掌握三个转变、两种转变图三个转变、两种转变图 通晓通晓典型组织典型组织 了解了解表面热处理和特殊热处理表面热处理和特殊热处理四种热处理四种热处理退火退火 Annealing正火正火 Normalization淬火淬火 Quenching回火回火 Tempering 钢钢TTT曲线比较曲线比较温温 度度时时 间间APM+ABAABPMsMf共析钢共析钢时时 间间温温度度APM+ABAABPAMsMf亚共析钢亚共析钢AF过共析钢过共析钢AFe3C共析钢的连续冷却转变曲线共析钢的连续冷却转变曲线V1 PV V2 PV2 V V4 P+M+AV V4 M+AV5 M+APsAA+PPzKA1时间时间温温度度V1V2V3V4V5热处理过程中的三种转变钢加热时的钢加热时的A转变（转变（A化）；化）；4个阶段个阶段过冷过冷A的冷却转变；的冷却转变；高、中、低温转变高、中、低温转变P、B、M型转变型转变淬火钢的回火转变。淬火钢的回火转变。4个阶段个阶段钢中的基本组织钢中的基本组织v铁素体铁素体Fv渗碳体渗碳体Fe3Cv珠光体珠光体Pv奥氏体奥氏体Av马氏体马氏体Mv贝氏体贝氏体B马氏体马氏体 M(Martensite)C在在 Fe 中的中的过饱和过饱和固固溶体。溶体。铁素体铁素体F：C在在 Fe 中的中的固溶体固溶体53奥氏体奥氏体AC在在 Fe 中的固溶体中的固溶体最大溶解度最大溶解度 E 2.11%1148 S 0.77%727 贝氏体贝氏体B F和和Fe3C的机械混合物的机械混合物 (是在是在F基体上分布着基体上分布着Fe3C,Fe3C不再不再连续连续)珠光体珠光体P F和和Fe3C的机械混合物的机械混合物 (F和和Fe3C成层片状分布成层片状分布)作业作业第三章10、11、12、14（1/2/4）