机械设计基础 金属材料热处理教案.pptx

会计学1机械设计基础机械设计基础 金属材料热处理金属材料热处理教学重点：教学重点：教学难点：教学难点：1、掌握钢的热处理的工艺过程；2、掌握钢在加热时的组织转变以及钢在冷却时的组织转变；3、掌握主要的热处理方法的工艺过程及在生产中的应用。1、钢的热处理的工艺过程；2、钢在加热或冷却时的组织转变；3、主要的热处理方法。钢在加热或冷却时的组织转变。教学目标教学目标：第1页/共37页 把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。钢的热处理第2页/共37页热处理整体热处理退火正火淬火回火调质稳定化处理固溶热处理固溶热处理和时效处理表面热处理 表面淬火和回火 物理气相沉积 化学气相沉积 等离子化学气相沉积化学热处理渗碳碳氮共渗渗氮氮碳共渗渗其他非金属渗金属多元共渗溶渗第3页/共37页第一节钢在加热时的组织转变临界温度 平衡时：A1、A3、Acm 加热时：Ac1、Ac3、Accm冷却时：Ar1、Ar3、Arcm钢加热（冷却）时FeFe3C状态图第4页/共37页1奥氏体的形成 Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。共析钢加热到Ac1 以上时，P A 共析钢A化过程 形核、长大、Fe3 C 完全溶解、C 的均匀化。亚（过）析钢的A化 P A 后，先共析 F 或 Fe3C 溶解。21钢在加热时的组织转变第5页/共37页影响A转变速度的因素 加热温度和速度 转变快 C%或 Fe3 C片间距 界面多，形核多 转变快 合金元素 A化速度或 A 晶粒度 加热温度，保温时间 晶粒尺寸 合金碳化物，C%晶粒尺寸 21钢在加热时的组织转变第6页/共37页第二节钢在冷却时的组织转变 1过冷A的等温转变 2过冷A的连续冷却转变连续和等温冷却曲线第7页/共37页1.过冷A的等温转变过冷A:T S T珠光体 P，3800索氏体 S 8000屈氏体 T 800022钢在冷却时的组织转变第9页/共37页高温转变过程 晶格改变和Fe，C原子扩散。光学显微照片 1300 电子显微照片 500045钢，上B+下B，400 中温转变（550 MS）C原子扩散，Fe原子不扩散22钢在冷却时的组织转变第10页/共37页连续冷却 转变方法 炉冷 P 空冷 S 油冷 T+M+A水冷 M+A冷却方法b/MPns/MPn/%/%HBS(HRC)炉内缓冷53028032.549.3160200空气冷却67072034015184550170240水 冷 却1 0007207812145258HRC连续冷却 转变产物 22钢在冷却时的组织转变第11页/共37页转变温度范围过冷程度转变产物代表符号组织形态层片间距转变产物硬度HRCA1650小珠光体P粗片状约0.3m55共析钢过冷奥氏体转变温度与转变产物的组织和性能22钢在冷却时的组织转变第12页/共37页第三节退火与正火预备热处理工艺处理工件毛坯，为以后切削加工和最终热处理做组织准备一、钢的退火钢的退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。目的是消除钢的内应力、降低硬度、提高塑性、细化组织、均匀化学成分，以利于后续加工，并为最终热处理做好组织准备。第13页/共37页完全退火球化退火等温退火扩散退火去应力退火再结晶退火A3线以上30-50CA1线以上20-40CA3线以上30-50CA3线以上150-250CA1线以下600-650C再结晶以上150C缓慢冷却缓冷至600C空冷快冷至A1线下保温缓慢冷却缓慢冷却缓慢冷却消除粗晶和不均匀组织将片状P变为球状P获得均匀组织消除偏析消除残余应力消除加工硬化亚共析钢过共析钢合金钢高合金钢合金钢铸锭铸件铸、锻、焊件冷塑性变形件退火分类退火分类加热温度加热温度冷却方式冷却方式主要目的主要目的适用范围适用范围分类23退火与正火第14页/共37页退退 火火 温温 度度 范范 围围23退火与正火第15页/共37页二、钢的正火正火是指将工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。目的是细化晶粒，消除网状渗碳体，并为淬火、切削加工等后续工序作组织准备。钢的种类正火主要目的低碳低合金钢中碳钢过共析钢高合金钢消除过热组织、细化晶粒、改善切削性消除组织缺陷、保持硬度、为调质做准备消除网状二次渗碳体、为球化退火和淬火做准备淬火作用（空淬）23退火与正火第16页/共37页正正 火火 温温 度度 范范 围围正火问题：1、正火加热温度及冷却方式2、正火主要目的3、正火与退火主要差别23退火与正火第17页/共37页第四节淬火淬火是指将工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。目的主要是使钢件得到马氏体（或贝氏体）组织，提高钢的硬度和强度。淬火温度范围24淬火第18页/共37页淬火问题：1、淬火加热温度及冷却方式 2、常用冷却介质 3、淬透性和淬硬性淬淬 火火 过过 程程24淬火第19页/共37页冷却介质冷却速度：盐水 水 盐浴 油 淬火方法 单介质淬火：水、油冷 双介质淬火：水冷+油冷 分级淬火：Ms盐浴中均温空冷 等温淬火（在盐、碱浴中）下B 淬火缺陷过热与过烧氧化与脱碳硬度不足和软点变形和开裂24淬火第20页/共37页第五节回火淬火后，加热到Ac1以下，保温，冷却。目的：消除淬火应力，调整性能。低温回火（150250）回火M(过饱和F+薄片状Fe2.4C)+A。淬火应力，韧性，保持淬火后的高硬度。用于高C工具钢等。中温回火（350500）回火T(F+细粒状Cm)。弹性极限和屈服强度，韧性和硬度中等。用于弹簧等。高温回火（500650）回火S(等轴状F+粒状Cm)。综合机械性能最好,即强度、塑性和韧性都较好。用于重要零件。调质处理 淬火+高温回火 第21页/共37页回火问题：1、回火主要目的 2、回火种类 3、回火脆性 4、调质回火种类加热温度达到的硬度应用范围低温回火中温回火高温回火150-200C350-500C500-650CHRC60HRC35-50HRC20刃具、模具弹簧重要结构件25回火第22页/共37页整整 体体 热热 处处 理理 工工 艺艺 曲曲 线线整体工艺曲线25回火第23页/共37页25回火第24页/共37页第六节钢的表面热处理与化学热处理表面具有高硬度和耐磨性，心部具有一定的强度和足够的韧性。一、钢的表面热处理表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。表面淬火是最常用的表面热处理。主要方法有：1、感应加热表面热处理2、火焰加热表面热处理第25页/共37页感应加热表面淬火感应加热表面淬火26钢的表面热处理与化学热处理第26页/共37页火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火26钢的表面热处理与化学热处理第27页/共37页激光加热表面淬火激光加热表面淬火26钢的表面热处理与化学热处理第28页/共37页二、钢的化学热处理钢的化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入到它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。最常用的方法有：1、渗碳渗碳介质中加热保温2、渗氮表面硬而心部韧氮原子渗入工件表层疲劳强度高、变形小3、碳氮共渗26钢的表面热处理与化学热处理第29页/共37页渗 氮26钢的表面热处理与化学热处理第30页/共37页渗 氮26钢的表面热处理与化学热处理第31页/共37页第七节热处理新技术简介电弧喷涂第32页/共37页离子喷涂27热处理新技术简介第33页/共37页第八节热处理工艺应用劳动版钢的热处理录像钢的热处理录像第34页/共37页本章小结1、为了提高钢的某些机械性能指标，保证机器零件和工具的工作可靠性及其使用寿命，通常要对钢进行热处理。热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。它可改善工件的组织和性能，充分发挥材料潜力，从而提高工件使用寿命。2、钢的退火与正火主要用来处理工件毛坯，为以后切削加工和最终热处理做组织准备，对一般铸件、焊接件以及性能要求不高的工件，退火、正火都可作为最终热处理。淬火的目的主要是使钢件得到马氏体（或贝氏体）组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火相配合，可以更好地发挥钢材的性能潜力。回火是指工件淬硬后，加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火是紧接淬火之后进行的，通常也都是零件进行热处理的最后一道工序。其目的是消除和减小内应力，稳定组织，调整性能，以获得强度和韧性之间较好的配合。3、在生产中有些零件，如齿轮、花键轴、活塞销等，要求表面具有高硬度和耐磨性，心部具有一定的强度和足够的韧性。这时就需要对零件进行表面热处理或化学热处理，以满足上述要求。（第35页/共37页再 见第36页/共37页