第五章 钢的热处理PPT讲稿.ppt

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1、第五章 钢的热处理第1页，共62页，编辑于2022年，星期三热处理的分类：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2页，共62页，编辑于2022年，星期三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。这种转变是一种扩散以上

2、才能完全奥氏体化。这种转变是一种扩散型的转变。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3页，共62页，编辑于2022年，星期三第三步：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

3、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4页，共62页，编辑于2022年，星期三1、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体的形原因：碳原子扩散能力大，碳浓度差大加速奥氏体的形成。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

4、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为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。奥氏体，渗碳体将全部溶入奥氏体。第5页，共62页，编辑于2022年，星期三3、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，奥氏体相界面增多，奥氏体的形核部位增加。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

5、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加。相界面增多，奥氏体的形核部位增加。第6页，共62页，编辑于2022年，星期三二、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，奥氏体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：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晶粒、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。度。一般较小。2、本质

6、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7页，共62页，编辑于2022年，星期三本质晶粒度只反应了钢在本质晶粒度只反应了钢在930以下的奥氏体以下的奥氏体晶粒长大的倾向性。晶粒长大的倾向性。第8页，共62页，编辑于2022年，星期三3、实际晶粒度：具体的热处理或热加工条件下实际获、实际晶粒度：具体的热处理或热加工

7、条件下实际获得的奥氏体晶粒大小。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，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，钢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它将最终决定钢的使用性能。钢在加热后的

8、冷却方式有两种，如图：式有两种，如图：第9页，共62页，编辑于2022年，星期三奥氏体冷至临界温度以下处于不稳定的状态，称为过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。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为下分别可转变为珠光体（珠光体（P）、）、贝氏体贝氏体(B)、马氏体马氏体(M)。第10页，共62页，编辑于2022年，星期三一、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体将共析钢的过冷奥氏体在在A1以下某一温度进行以下某一温度进行等温转变，测定过冷奥等温转变，测定过冷奥氏体转变开始的时刻及氏体转变开始的时刻及终了的时刻

9、，分别将其终了的时刻，分别将其时刻点用光滑的曲线连时刻点用光滑的曲线连接起来，在温度时间坐接起来，在温度时间坐标上，可得到两条曲线，标上，可得到两条曲线，如图：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11页，共62页，编辑于2022年，星期三图形分析：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），），终了线终了线右方是转变产物区（右方是转变产物区（P、B），），两线中间是转变进行两线中间是转变进行区（区（AP或

10、或B）。）。MS是马是马氏体转变或形成的开始温度，氏体转变或形成的开始温度，Mf是马氏体转变或形成的是马氏体转变或形成的终止温度，中间为马氏体终止温度，中间为马氏体转变区。转变区。第12页，共62页，编辑于2022年，星期三奥氏体转变有孕育期，在鼻尖处孕育期最短。从上到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区。下可分为珠光体、贝氏体和马氏体转变三个区。(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13页，共62页，编辑于2022年，星

11、期三转变过程：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为）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。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

12、14页，共62页，编辑于2022年，星期三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15页，共62页，编辑于2022年，星期三性能：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

13、：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，转变转变量量最多。最多。第16页，共62页，编辑于2022年，星期三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，极大的过冷下，非扩散型的转变，在极大的冷速下，极大的过冷

14、下，铁、碳原子无扩散的可能，奥氏体直接转变成含碳过铁、碳原子无扩散的可能，奥氏体直接转变成含碳过饱和的饱和的固溶体。马氏体的含碳量与原奥氏体的含碳量固溶体。马氏体的含碳量与原奥氏体的含碳量相同。相同。第17页，共62页，编辑于2022年，星期三1、板条马氏体（低碳马氏体，位错型马氏体）奥氏体、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含碳量小于百分之0.3时形成时形成板条马氏体，显微组织为板条马氏体，显微组织为一束束细条状组织，亚结构为高密度位错。因为碳的过一束束细条状组织，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，韧性和塑性较好。饱和程度小和高密度位错

15、，性能稳定，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、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。因为碳微组织为双凸透镜状，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，韧性和塑性的过饱和程度大和孪晶，性能不稳定，韧性和塑性差。差。第18页，共62页，编辑于2022年，星期三第19页，共62页，编辑于2022年，星期三产生的条件：产生的条件：1.0%C片状马片状马氏体，中间，混合型。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。

16、随含碳量的增加，马氏体硬度增加。第20页，共62页，编辑于2022年，星期三贝氏体（贝氏体（B）特特点：半扩散型转点：半扩散型转变，碳原子扩散，变，碳原子扩散，铁原子不扩散。铁原子不扩散。过饱和的铁素体过饱和的铁素体和渗碳体组成。和渗碳体组成。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21页，共62页，编辑于2022年，星期三（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。典型碳体以不连续的短杆状

17、分布于铁素体条之间。典型组织：具有羽毛状的特征。组织：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，组织特组织特征：片状铁素体和其内部沉淀碳化物。典型组织：碳化征：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。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。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，碳化物于晶内析出。化物

18、于晶内析出。贝氏体类型：贝氏体类型：第22页，共62页，编辑于2022年，星期三第23页，共62页，编辑于2022年，星期三碳钢中，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，过曲线右移，过冷奥氏体稳定性升高；过共析钢的冷奥氏体稳定性升高；过共析钢的C曲线左移，过冷奥曲线左移，过冷奥氏体稳定性降低。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曲曲线左上方多一条先共析线。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

19、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。理工艺的制定。影响因素主要有：影响因素主要有：1、碳的影响、碳的影响第24页，共62页，编辑于2022年，星期三2、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。某些碳化曲线右移。某些碳化物形成元素改变物形成元素改变C曲线的形状。曲线的形状。第25页，共62页，编辑于2022年，星期三3、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、加热速度较快奥氏体温度

20、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，未溶第二相时，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，多，则冷却时容易形核，C曲线右移。曲线右移。第26页，共62页，编辑于2022年，星期三二、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27页，共62页，编辑于2022年，星期三3、细化晶粒，改善组织以提高钢的机械性能。作为最、细化晶粒，改善组织以提高钢的机械性

21、能。作为最终热处理或为最终热处理作好组织上的准备。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）以便进行机械加工。以便进行机械加工。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28页，共62页，编辑于2022年，星期三主要应用主要应用：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，

22、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至，保温一定时间后随炉缓慢冷却至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，均匀：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。

23、组织，不适用于低碳钢和过共析钢。第29页，共62页，编辑于2022年，星期三二、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。如高速钢的。如高速钢的退火。退火。第30页，共62页，编辑于2022年，星期三应用应用：过共析碳钢及合金工具钢，使其组织由层片：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，改状和

24、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。善切削加工性，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，获得球化组织的热处后缓慢冷却，使碳化物球化，获得球化组织的热处理工艺。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31页，共62页，编辑于2022年，星期三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、

25、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32页，共62页，编辑于2022年，星期三（3）普通结构件的最终热处理，提高普通零件的机械性普通结构件的最终热处理，提高普通零件的机械性能。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

26、，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削加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，切削易粘工性，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。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，为球化退火作用于过共析钢，消除网状渗碳体，为球化退火作好准备。好准备。第33页，共62页，编辑于2022年，星期三目的：目的：为了获得马氏体，提高钢的强度、硬度等机械为了获得马氏体，提高钢的强度、硬度等机械性能，是强化钢材常用的手段，与回火配合获得所需性能，是强化钢材常用的手

27、段，与回火配合获得所需要的性能。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，得到冷却，得到马氏体的热处理工艺。马氏体的热处理工艺。第34页，共62页，编辑于2022年，星期三过共析钢在过共析钢在AC13050。得到均匀细小的马氏体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，马氏体粗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，硬度大；变形严

28、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，硬度不和耐磨性下降。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。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，钢件易变形，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，硬度不足，强甚至开裂。温度低，出现铁素体，硬度不足，强度不高。度不高。第35页，共62页，编辑于2022年，星期三要求：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

29、开裂，理想的冷，理想的冷却介质是在却介质是在650550冷却速度快，其余温度冷却冷却速度快，其余温度冷却速度慢。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36页，共62页，编辑于2022年，星期三（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却工件在一种介质中连续冷却到室温的操作方法。如水淬，到室温的操作方法。如水淬，油淬。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时时转入冷却能力较弱的介质中冷却，如转入冷却能力较弱的介质中冷却，如

30、水淬油冷法，以防水淬油冷法，以防在马氏体相变时开裂。在马氏体相变时开裂。第37页，共62页，编辑于2022年，星期三3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

31、，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38页，共62页，编辑于2022年，星期三5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以下的致以下的致冷剂中，保持一段时间，使残余奥氏体充分转变成冷剂中，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。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的马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氏体，防止工件在保存或使用中发生组织转变,稳定尺稳定尺寸

32、。寸。第39页，共62页，编辑于2022年，星期三淬透性：钢在奥氏体化后淬火时获得马氏体而不淬透性：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。形成其它组织（珠光体等）的能力。淬透性大小用淬透层深度表示，淬透层深度由钢的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表面至内部马氏体组织占50处的距离来表示。淬处的距离来表示。淬透层越深，钢的淬透层越深，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40页，共62页，编辑于2022年，星期三淬硬性与含碳量有关，含淬硬性与含碳量有

33、关，含碳量越高，得到的马氏体碳量越高，得到的马氏体的硬度越高。而淬透性与的硬度越高。而淬透性与C曲线的位置有关，主要曲线的位置有关，主要取决于合金元素的含量取决于合金元素的含量与种类。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的速度冷却的速度冷却所形成的马氏体组织所能达到的最高硬度所形成的马氏体组织所能达到的最高硬度第41页，共62页，编辑于2022年，星期三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

34、的淬越小，钢的淬透性越大；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大直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，用径，称为临界淬透直径，用D0表示。表示。第42页，共62页，编辑于2022年，星期三2.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

35、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43页，共62页，编辑于2022年，星期三（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

36、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，保温以下某一温度，保温一定时间然后冷却到室温的一种热处理工艺。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，得到所需要的塑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。性

37、和韧性。第44页，共62页，编辑于2022年，星期三四、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，根据回火温度的不同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：可分为三类：目的目的：降低钢中的残余应力和脆性，保持其：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工模具，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。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，获得回火马获得回火马氏

38、体组织，氏体组织，第45页，共62页，编辑于2022年，星期三目的目的：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

39、。第46页，共62页，编辑于2022年，星期三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47页，共62页，编辑于2022年，星期三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淬火表面淬火：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，便立即进行淬火冷却的一种温度，而不等热量传至中心，便立即进

40、行淬火冷却的一种热处理工艺方法。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48页，共62页，编辑于2022年，星期三方法：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、

41、冲击负荷下工作的零件，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表面，使其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，或表面有摩擦的场合。如：齿轮、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。凸轮、曲轴颈、轧辊等。第49页，共62页，编辑于2022年，星期三（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圈中，在感应圈中通入一定频率的交电流，于是工件中就感应出的交电流，于是工件中就感应出同频率的感应电流，感应电流在

42、同频率的感应电流，感应电流在工件中自成回路，这种电流分布工件中自成回路，这种电流分布不均匀，有不均匀，有“集肤效应集肤效应”，即工，即工件表面电流密度大，心部几乎等件表面电流密度大，心部几乎等于零，由于钢件本身有电阻使工于零，由于钢件本身有电阻使工件表面迅速加热到淬火温度，而件表面迅速加热到淬火温度，而心部仍接近室温，然后迅速喷水心部仍接近室温，然后迅速喷水淬火冷却使表层淬硬。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50页，共62页，编辑于2022年，星期三3、工频淬火，频率在、工频淬火，频率在50HZ，用于大直径钢材的穿透用于大直径钢材的穿透加热及淬硬层深的大工件的表面

43、淬火，如轧辊和火车车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：加热的电流频率。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，用于中小用于中小零件，如小模数齿轮，中小型轴类件，可得到零件，如小模数齿轮，中小型轴类件，可得到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，用于淬硬层较深用于淬硬层较深的零件，模数

44、较大的齿轮和直径较大的轴类件，可的零件，模数较大的齿轮和直径较大的轴类件，可以获得以获得3-6mm的硬化层。的硬化层。第51页，共62页，编辑于2022年，星期三5.生产率高，淬硬层易控制，易实现机械化和自动化，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。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，淬火后表面得到加热时间短，奥氏体不易长大，淬火后表面得到极细的隐晶马氏体，硬度比普通淬火高极细的隐晶马氏体

45、，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、脱碳；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。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52页，共62页，编辑于2022年，星期三二、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

46、，射到工件的表面，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喷水快冷，获得表面层硬度和淬硬层深度的一种表面淬火方法。淬火方法。特点：方法简单、无需特殊设备，适用于单件小特点：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。批生产，如大型零件、大模数齿轮的局部淬火。其缺点质量难以控制。其缺点质量难以控制。第53页，共62页，编辑于2022年，星期三化学热处理：将化学热处理：将金属金属工件放入含有某种活性原子的化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，使介质中的活性原子学介质中，通过加热和保温，使介质中的活性原子被吸收

47、、扩散渗入工件一定深度的表层，改变表层被吸收、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热的化学成份和组织，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，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。该原子能溶入铁。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

48、与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。有较强亲和力形成化合物。第54页，共62页，编辑于2022年，星期三1.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子得到渗入元素活性原子。3.活性原子吸附，溶入活性原子吸附，溶入钢件表层，并在保温过程中由钢件表层，并在保温过程中由表层向内表层向内扩散扩散，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

49、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，渗处于高能状态，能克服钢件表面铁原子的结合力，渗入钢件表层。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55页，共62页，编辑于2022年，星期三主要主要使用的钢材使用的钢材：心部要求不高，尺寸较小的渗碳件，：心部要求不高，尺寸较小的渗碳件，常用常用低碳钢低碳钢15、20号钢或号钢或低碳合金钢低碳合金钢15Cr、20Cr。要要求较高，尺寸较大的零件则用求较高，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；高碳低碳

50、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，低钢，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。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，表层具有高的含碳量，：向钢的表层渗入碳原子，表层具有高的含碳量，经热处理后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，而心部仍保持而心部仍保持一定强度及较高的韧性和塑性一定强度及较高的韧性和塑性。第56页，共62页，编辑于2022年，星期三心部组织：低碳钢（心部组织：低碳钢（15、2