热处理的基本知识精选PPT.ppt

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1、关于热处理的基本知识第1页，讲稿共97张，创作于星期二钢钢的的热热处处理理1 钢的热处理概述钢的热处理概述2 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变3 钢的整体热处理工艺钢的整体热处理工艺4 钢的表面热处理工艺钢的表面热处理工艺5 热处理新技术简介热处理新技术简介第2页，讲稿共97张，创作于星期二热处理的定义热处理的定义:时间温温度度临界温度临界温度 热热加加保温保温冷冷 却却3-1 钢的热处理概述第3页，讲稿共97张，创作于星期二热处理的主要目的热处理的主要目的:改变钢的性能。改变钢的性能。热处理的应用范围热处理的应用范围:整个制造业。整个制造业。热处理的分类热处理的分类热处理热处理整

2、整 体体热处理热处理表表 面面热处理热处理退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面淬火 化化 学学 热处理热处理感应淬火感应淬火火焰淬火火焰淬火渗碳渗碳;渗氮渗氮;碳氮共渗碳氮共渗;3-1 钢的热处理概述第4页，讲稿共97张，创作于星期二箱式电阻炉3-1 钢的热处理概述第5页，讲稿共97张，创作于星期二台车式电阻炉3-1 钢的热处理概述第6页，讲稿共97张，创作于星期二连续式热处理炉3-1 钢的热处理概述第7页，讲稿共97张，创作于星期二 钢的临界点：平衡临界点：平衡临界点：加热临界点：加热临界点：冷却临界点：冷却临界点：A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、A

3、rcm3-1 钢的热处理概述第8页，讲稿共97张，创作于星期二 钢钢在在加加热热时时奥奥氏氏体体的的形形成成过过程程又又称称为为奥奥氏氏体体化化。以以共共析析钢的奥氏体形成过程为例。钢的奥氏体形成过程为例。2 钢在加热和冷却时的转变1、奥氏体的形成、奥氏体的形成(PA)第9页，讲稿共97张，创作于星期二 奥氏体形核与晶核长大奥氏体形核与晶核长大 奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面上形成。奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面上形成。奥奥氏氏体体晶晶核核形形成成以以后后，依依靠靠铁铁、碳碳原原子子的的扩扩散散，使使铁铁素素体体不不断断向向奥氏体转变和渗碳体不断溶入到奥氏体中去而进行的。奥氏体

4、转变和渗碳体不断溶入到奥氏体中去而进行的。残残留留渗渗碳碳体体的的溶溶解解 铁铁素素体体全全部部消消失失以以后后，仍仍有有部部分分剩剩余余渗渗碳碳体体未未溶溶解解，随随着着时时间间的的延延长长，这这些些剩剩余余渗渗碳碳体体不不断断地地溶溶入入到到奥奥氏氏体体中中去，直至全部消失。去，直至全部消失。奥奥氏氏体体均均匀匀化化 渗渗碳碳体体全全部部溶溶解解完完毕毕时时，奥奥氏氏体体的的成成分分是是不不均均匀匀的的，只只有有延延长长保保温温时时间间，通通过过碳碳原原子子的的扩扩散散才才能能获获得得均均匀匀化化的的奥奥氏氏体。体。亚共析钢的加热过程：亚共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：过共析钢的加热

5、过程：2 钢在加热和冷却时的转变第10页，讲稿共97张，创作于星期二 奥氏体晶粒度的概念奥氏体晶粒度的概念 晶粒度：晶粒度：表示晶粒大小的尺度。表示晶粒大小的尺度。钢钢进进行行加加热热时时，当当珠珠光光体体刚刚刚刚全全部部转转变变为为奥奥氏氏体体时时，在在一一般般情情况况下下，奥奥氏体晶粒是比较细小而均匀的，此时的晶粒大小称为奥氏体的氏体晶粒是比较细小而均匀的，此时的晶粒大小称为奥氏体的起始晶粒度起始晶粒度。在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小称为在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小称为实际晶粒度实际晶粒度。用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒

6、度称为本质晶粒度本质晶粒度。通常采用标准试验方法，即将钢加热到通常采用标准试验方法，即将钢加热到9301093010，保温，保温3 38h8h后测定奥氏体晶后测定奥氏体晶粒大小，如晶粒大小级别在粒大小，如晶粒大小级别在1 14 4级，称为本质粗晶粒钢；如晶粒大小在级，称为本质粗晶粒钢；如晶粒大小在5 58 8级，则称为本质细晶粒钢。级，则称为本质细晶粒钢。2、奥氏体晶粒的长大、奥氏体晶粒的长大2 钢在加热和冷却时的转变第11页，讲稿共97张，创作于星期二晶粒度的测定方法：晶粒度的测定方法：93010保温保温38小时小时(100)本质粗本质细2 钢在加热和冷却时的转变第12页，讲稿共97张，创作

7、于星期二v晶粒度的控制晶粒度的控制Al脱氧脱氧(本质细本质细)Si/Mn脱氧脱氧(本质粗本质粗)2 钢在加热和冷却时的转变第13页，讲稿共97张，创作于星期二3.影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素1.1.加热温度加热温度 加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒也越粗大，热处理时必须规定合适的加热温度范围。也越粗大，热处理时必须规定合适的加热温度范围。2.2.保温时间保温时间 随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保温时随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保温时间的延长，晶粒长大速度越来越慢，且不会无限制间的延长，晶粒长大速度越来越慢，且

8、不会无限制地长大下去。地长大下去。2 钢在加热和冷却时的转变第14页，讲稿共97张，创作于星期二影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素3.3.加热速度加热速度 加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体的形核加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。生产中常用快速加率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。生产中常用快速加热和短时保温的方法来细化晶粒。热和短时保温的方法来细化晶粒。4.4.冶炼和脱氧条件冶炼和脱氧条件 冶炼时用铝脱氧，或加入冶炼时用铝脱氧，或加入Nb、Zr、V、Ti等强碳化物形成等强碳化物形成元素，形成难溶的碳化物颗粒元素，形成

9、难溶的碳化物颗粒,阻止奥氏体晶粒长大，在一阻止奥氏体晶粒长大，在一定温度下晶粒不易长大。定温度下晶粒不易长大。2 钢在加热和冷却时的转变第15页，讲稿共97张，创作于星期二影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素5.5.含碳量的影响含碳量的影响(有临界值有临界值)随着奥氏体含碳量的增加，随着奥氏体含碳量的增加，FeFe、C C原子的扩散速原子的扩散速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了残余当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了残余渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大倾向减小。渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大倾向减

10、小。2 钢在加热和冷却时的转变第16页，讲稿共97张，创作于星期二 热热加加保温保温时间时间温温度度临界温度临界温度A1连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却过冷过冷奥氏奥氏体的体的两种两种冷却冷却方式方式把加热到奥氏体状态的钢，快速冷却到低于A1的某一温度，并等温停留一段时间，使奥氏体发生转变，然后再冷却到室温。把加热到奥氏体状态的钢，以不同的冷却速度连续冷却到室温。2 钢在加热和冷却时的转变第17页，讲稿共97张，创作于星期二1、过冷奥氏体、过冷奥氏体的等温转变的等温转变2 钢在加热和冷却时的转变共析钢的共析钢的等温转变图等温转变图第18页，讲稿共97张，创作于星期二稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区

11、过过冷冷奥奥氏氏体体区区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A+产产 物物 区区产产物物区区A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变;P 转变区转变区.550Ms(230);中温转变区中温转变区;半扩散型转变半扩散型转变;贝氏体贝氏体(B)转变区转变区.Ms Mf(-50);低温转变区低温转变区;非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体(M)转变区转变区.时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf2 钢在加热和冷却时的转变第19页，讲稿共97张，创作于星期二珠光体转变：扩散相变

12、珠光体转变：扩散相变(A1550,AP（F+Fe3C）)1）在在A1650形形成成的的珠珠光光体体，因因为为过过冷冷度度小小，片片间间距距较较大大(0.4m)，在在500以以上上的的光光学学显显微微镜镜下下，能能分分辨辨其其片片层层状状形形态态；即即为为粗珠光体，习惯上称为粗珠光体，习惯上称为珠光体（珠光体（P）。2 钢在加热和冷却时的转变第20页，讲稿共97张，创作于星期二2）在在650600形形 成成 片片 间间 距距 较较 小小 的的 珠珠 光光 体体(0.20.4m)，在在光光学学显显微微镜镜8001500能能分分辨辨出出其其为为铁铁素素体体薄薄层层和和碳碳化化物物（渗渗碳碳体体）薄薄

13、层层交交替替重重叠叠的的复复相相组组织织称称为为细细珠珠光光体体或或索索氏氏体体，用用字字母母S表表示示（以以英英国冶金学家国冶金学家HCSorby的名字命名）。的名字命名）。珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变(A1550,AP（F+Fe3C）)2 钢在加热和冷却时的转变第21页，讲稿共97张，创作于星期二3）在在600550形形成成片片层层间间距距极极小小的的珠珠光光体体(0.2m)，在在光光学学显显微微镜镜下下高高倍倍放放大大已已无无法法分分辨辨出出其其内内部部构构造造，在在电电子子显显微微镜镜下下可可观观测测到到很很薄薄的的铁铁素素体体层层和和碳碳化化物物（渗渗碳碳体体）层层交交替

14、替重重叠叠的的复复相相组组织织，称称为为极极细细珠珠光光体体或或托托氏氏体体，用用字字母母T表表示示（以以法法国国金相学家金相学家LTroost的名字命名）。的名字命名）。珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变(A1550,AP（F+Fe3C）)2 钢在加热和冷却时的转变第22页，讲稿共97张，创作于星期二珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变(A1550,AP（F+Fe3C）)a)光学显微组织（光学显微组织（500）b)电子显微组织（电子显微组织（8000）图图6-7 珠光体组织珠光体组织2 钢在加热和冷却时的转变第23页，讲稿共97张，创作于星期二贝氏体转变：半扩散相变（贝氏体转变：半

15、扩散相变（C）550Ms,AB)上贝氏体：上贝氏体：550350，过饱和片状，过饱和片状F渗碳体渗碳体 下贝氏体：下贝氏体：350Ms，过饱和针状，过饱和针状F弥散弥散-Fe2.4C2 钢在加热和冷却时的转变第24页，讲稿共97张，创作于星期二贝氏体转变：半扩散相变（贝氏体转变：半扩散相变（C）550Ms,AB)贝贝氏氏体体的的显显微微照照片片上贝氏体：上贝氏体：过饱和片状过饱和片状F渗碳体，性脆无实用价值渗碳体，性脆无实用价值 下贝氏体：下贝氏体：过饱和针状过饱和针状F弥散弥散-Fe2.4C，综合性能好，综合性能好2 钢在加热和冷却时的转变第25页，讲稿共97张，创作于星期二马氏体转变：非扩

16、散相变，马氏体转变：非扩散相变，Ms以下以下,AM马氏体马氏体_过饱和的过饱和的固溶体固溶体c/a1 称为马氏体的正方度称为马氏体的正方度含碳量高，正方度大含碳量高，正方度大2 钢在加热和冷却时的转变第26页，讲稿共97张，创作于星期二低碳低碳(1.0%)马氏体：片状马氏体：片状_硬而脆硬而脆2 钢在加热和冷却时的转变第28页，讲稿共97张，创作于星期二第29页，讲稿共97张，创作于星期二2、过冷奥氏体的连续冷却转变、过冷奥氏体的连续冷却转变只有只有P、M转变转变vk为临界冷却速度为临界冷却速度2 钢在加热和冷却时的转变第30页，讲稿共97张，创作于星期二过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转

17、变曲线在连续冷却中的应用在连续冷却中的应用v1-炉冷炉冷APv2-空冷空冷ASv3-油冷油冷AT+Mv4-水冷水冷AM A/vk-临界冷却速度临界冷却速度vkPSMT2 钢在加热和冷却时的转变第31页，讲稿共97张，创作于星期二一、钢的退火一、钢的退火(降低硬度、消除应力，细化晶粒降低硬度、消除应力，细化晶粒)完全退火：亚共析钢完全退火：亚共析钢Ac3+3050，缓冷到，缓冷到 600 600时空冷，得到时空冷，得到 F+P F+P；等温退火：同完全退火，可节省时间；等温退火：同完全退火，可节省时间；球化退火：过球化退火：过共析钢共析钢Ac1+2030，消除网状，消除网状 碳化物，使之成为球状

18、；碳化物，使之成为球状；去应力退火：去应力退火：500-650500-650炉冷至炉冷至200200后空冷，后空冷，消除应力。消除应力。4 钢的退火与正火第32页，讲稿共97张，创作于星期二过共析钢的退火组织过共析钢的退火组织4 钢的退火与正火第33页，讲稿共97张，创作于星期二钢的钢的退火退火加热加热温度温度范围范围4 钢的退火与正火SGP退火退火过程过程视频视频500650第34页，讲稿共97张，创作于星期二二、钢的正火二、钢的正火正火目的：细化晶粒，提高强度正火目的：细化晶粒，提高强度 低碳钢低碳钢-提高硬度提高硬度 高碳钢高碳钢消除网状渗碳体消除网状渗碳体工艺过程：工艺过程：Ac3、A

19、ccm+3050,保温后空冷保温后空冷优优 点：周期短、能耗少点：周期短、能耗少【视频演示】【视频演示】4 钢的退火与正火第35页，讲稿共97张，创作于星期二一、钢的淬火工艺一、钢的淬火工艺加热温度：加热温度：Ac3、Ac1 +3050保温保温碳碳 钢：钢：水冷，得细小水冷，得细小M+AM+A/合金钢：合金钢：油或空冷，得油或空冷，得M+FeM+Fe3 3C+C+A A/5 钢的淬火第36页，讲稿共97张，创作于星期二钢的钢的理想理想淬火淬火工艺工艺5 钢的淬火第37页，讲稿共97张，创作于星期二二、淬火方法二、淬火方法单液淬火：直冷，简单易操作单液淬火：直冷，简单易操作双液淬火：先快后慢，降

20、低应力双液淬火：先快后慢，降低应力分级淬火：快分级淬火：快-恒恒-快，应力极低快，应力极低等温淬火：得到等温淬火：得到B B下下工模具、弹簧工模具、弹簧局部淬火：量具等的局部区域局部淬火：量具等的局部区域冷冷 处处 理：理：-70-70-80-80，降低，降低A A残残%，稳定尺寸，稳定尺寸5 钢的淬火第38页，讲稿共97张，创作于星期二淬火工艺曲线5 钢的淬火a)单液淬火单液淬火b)双液淬火双液淬火c)分级淬火分级淬火d)等温淬火等温淬火第39页，讲稿共97张，创作于星期二局部淬火方法局部淬火方法5 钢的淬火第40页，讲稿共97张，创作于星期二三、钢的淬透性三、钢的淬透性(钢在淬火时获得马氏

21、体的能力钢在淬火时获得马氏体的能力)5 钢的淬火第41页，讲稿共97张，创作于星期二1.淬透性的概念淬透性的概念(钢在淬火时获得马氏体的能力钢在淬火时获得马氏体的能力)5 钢的淬火表层与心部淬透性的差别表层与心部淬透性的差别半马氏体区半马氏体区合金元素对淬透性的影响合金元素对淬透性的影响淬透性与淬硬性的区别淬透性与淬硬性的区别第42页，讲稿共97张，创作于星期二合合金金元元素素使使C曲曲线线右右移移，降降低低vk，提提高高钢钢的的淬淬透透性性。是是影影响淬透性的最主要因素。响淬透性的最主要因素。含含碳碳量量碳碳钢钢中中的的含含碳碳量量愈愈接接近近共共析析成成分分，其其C曲曲线线愈愈靠靠右右。v

22、k愈小，淬透性越好。愈小，淬透性越好。奥奥氏氏体体化化温温度度提提高高奥奥氏氏体体化化温温度度，将将使使奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大，成成分分均均匀匀化化，从从而而减减少少珠珠光光体体的的形形核核率率，降降低低钢钢的的vk，增增大大其其淬透性。淬透性。钢钢中中未未溶溶第第二二相相碳碳化化物物、氮氮化化物物及及其其它它非非金金属属夹夹杂杂物物，可成为奥氏体分解的非自发核心，使可成为奥氏体分解的非自发核心，使vk增大，降低淬透性。增大，降低淬透性。影响淬透性的因素影响淬透性的因素(vK)5 钢的淬火第43页，讲稿共97张，创作于星期二影响淬透性的因素影响淬透性的因素(vK)5 钢的淬火第44页，讲

23、稿共97张，创作于星期二2.淬透性的测定淬透性的测定(末端淬火法及临界直径测定法末端淬火法及临界直径测定法)5 钢的淬火末端淬火法末端淬火法:用标准尺寸的端淬试样用标准尺寸的端淬试样(2510025100mm)，经奥氏，经奥氏体化后，对其端面喷水冷却。冷却后沿轴线方向测体化后，对其端面喷水冷却。冷却后沿轴线方向测出硬度出硬度-距水冷端距离的关系曲线，即淬透性曲线。距水冷端距离的关系曲线，即淬透性曲线。根据淬透性曲线可以对不同钢种的淬透性大小进行根据淬透性曲线可以对不同钢种的淬透性大小进行比较、推算出钢的临界淬火直径，确定钢件截面上比较、推算出钢的临界淬火直径，确定钢件截面上的硬度分布情况等。的

24、硬度分布情况等。第45页，讲稿共97张，创作于星期二 末端淬透性末端淬透性:J_末端淬透性，末端淬透性，d_至末端距离，至末端距离，HRC_该处测得的硬度该处测得的硬度5 钢的淬火第46页，讲稿共97张，创作于星期二2.淬透性的测定淬透性的测定(临界直径测定法及端淬试验法临界直径测定法及端淬试验法)5 钢的淬火临界直径测定法临界直径测定法:钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体或体或50%马氏体组织时的最大直径称为临界直径，以马氏体组织时的最大直径称为临界直径，以D0表示。临界直径测定法就是制作一系列直径不表示。临界直径测定法就是制作一系列直径不同的

25、圆棒，淬火后分别测定各试样截面上沿直径同的圆棒，淬火后分别测定各试样截面上沿直径分布的硬度分布的硬度U曲线，从中找出中心恰为半马氏体组曲线，从中找出中心恰为半马氏体组织的圆棒，该圆棒直径即为临界直径。织的圆棒，该圆棒直径即为临界直径。临界直径越临界直径越大，表明钢的淬透性越高。大，表明钢的淬透性越高。第47页，讲稿共97张，创作于星期二5 钢的淬火部分常用钢材的临界淬透直径部分常用钢材的临界淬透直径第48页，讲稿共97张，创作于星期二5 钢的淬火3.3.淬透性的应用：淬透性的应用：受力情况：轴向拉压、弯曲与扭转受力情况：轴向拉压、弯曲与扭转重要与否：重要的轴、齿轮、连杆重要与否：重要的轴、齿轮

26、、连杆弹弹 簧：要求大的屈强比簧：要求大的屈强比(s/b)阶阶 梯梯 轴：可初车后淬火轴：可初车后淬火焊焊 接接 件：不宜选择淬透性高的钢材件：不宜选择淬透性高的钢材第49页，讲稿共97张，创作于星期二5 钢的淬火淬透性的应用：淬透性的应用：第50页，讲稿共97张，创作于星期二5 钢的淬火淬透性的应用：淬透性的应用：第51页，讲稿共97张，创作于星期二钢经过淬火后必须回火！钢经过淬火后必须回火！回火目的：消除应力，防止工件开裂回火目的：消除应力，防止工件开裂回火工艺：回火工艺：Ac1以下保温后缓冷以下保温后缓冷6 钢的回火第52页，讲稿共97张，创作于星期二一、淬火钢的回火转变一、淬火钢的回火

27、转变马氏体分解（马氏体分解（100350）回火回火M(低过饱和低过饱和-Fe2.4C)Fig 6-35残余奥氏体的分解（残余奥氏体的分解（200300）B下下碳化物的转变（碳化物的转变（250400）-Fe2.4C转变为转变为Fe3C渗碳体的聚集长大和渗碳体的聚集长大和相再结晶（相再结晶（400）成为粒状成为粒状Fe3C，600后粗化后粗化6 钢的回火第53页，讲稿共97张，创作于星期二回火钢的组织和性能转变回火钢的组织和性能转变6 钢的回火第54页，讲稿共97张，创作于星期二二、回火的分类及应用二、回火的分类及应用低温回火（低温回火（150250）回火回火M(低过饱和低过饱和F针针-Fe2.

28、4C)保证高硬度，用保证高硬度，用于工模具等于工模具等 HRC5862中温回火（中温回火（350500）回火屈氏体，回火屈氏体，F针针Fe3C极细粒状极细粒状 HRC3545，用于，用于各种弹性元件各种弹性元件高温回火（高温回火（500650）回火索氏体，回火索氏体，F多边形多边形Fe3C细粒状细粒状 HRC2535淬火淬火+高温回火高温回火调质调质【视频演示视频演示】6 钢的回火第55页，讲稿共97张，创作于星期二二、回火的分类及应用二、回火的分类及应用6 钢的回火不不同同含含碳碳量量碳碳钢钢的的回回火火温温度度与与硬硬度度的的关关系系第56页，讲稿共97张，创作于星期二一种淬火方式：形变强

29、化一种淬火方式：形变强化+热处理强化热处理强化分类：分类：7 钢的形变热处理第57页，讲稿共97张，创作于星期二1、低温形变热处理、低温形变热处理Ar1以下（以下（500600）变）变形量形量6090%抗拉强度可达抗拉强度可达3300MPa超高强度钢的热处理超高强度钢的热处理飞机起落架、模具、冲飞机起落架、模具、冲头、板簧头、板簧7 钢的形变热处理第58页，讲稿共97张，创作于星期二2、高温形变热处理、高温形变热处理Ac1以上变形以上变形强化程度有限强化程度有限强度提高，韧塑性强度提高，韧塑性大大提高大大提高锻件、曲轴、连杆、锻件、曲轴、连杆、叶片、弹簧叶片、弹簧7 钢的形变热处理第59页，讲

30、稿共97张，创作于星期二概概 述述有需求：有需求：如汽车、拖拉机上的传动齿轮，其表面硬度要求为如汽车、拖拉机上的传动齿轮，其表面硬度要求为5862HRC，而心部硬度则要求为，而心部硬度则要求为3338HRC；精密镗床；精密镗床主轴，要求其与滑动轴承配合的表面硬度不低于主轴，要求其与滑动轴承配合的表面硬度不低于900HV，而心部硬度为，而心部硬度为248286HBS。成本低：成本低：方法简单：方法简单：通过快速加热与立即淬火冷却相结合的方法来实现表硬、通过快速加热与立即淬火冷却相结合的方法来实现表硬、心韧心韧8 钢的表面淬火第60页，讲稿共97张，创作于星期二一、感应加热表面淬火一、感应加热表面

31、淬火600/f600/f1/2 1/2 式中：式中：为电流透入的为电流透入的 深度，深度，mmmm；f f为电流频率，为电流频率，HzHz【集肤效应】【集肤效应】8 钢的表面淬火硬度分布第61页，讲稿共97张，创作于星期二感应加热表面淬火的分类感应加热表面淬火的分类高高频频701000KHz，常常用用200300KHz，淬淬硬硬深深度度为为0.52mm。中小模数齿轮、轴类零件等。中小模数齿轮、轴类零件等。中中频频50010000Hz，常常用用25008000Hz，淬淬硬硬深深度度210mm，直直径径较较大大的的轴轴类类和和较较大大模模数数的的齿齿轮轮等等。工工 频频 50Hz，淬淬 硬硬 深深

32、 度度 达达 10 15mm。直直 径径 大大 于于300mm的轧辊及轴类零件等。的轧辊及轴类零件等。超音频超音频202040KHz40KHz，(音频音频20KHz)20KHz)，淬硬深度在，淬硬深度在2mm2mm以以上，适用于模数为上，适用于模数为3 36 6的齿轮及链轮、花键轴、凸轮的齿轮及链轮、花键轴、凸轮等。等。8 钢的表面淬火第62页，讲稿共97张，创作于星期二感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点淬火温度高：淬火温度高：(Ac3+80150)表面硬、脆性低表面硬、脆性低：高：高23HRC，低的脆性。，低的脆性。疲劳强度高：疲劳强度高：表面产生体积膨胀而形成压应力。表面产生体积

33、膨胀而形成压应力。表面质量好、变形小：不易氧化、脱碳，变形小。表面质量好、变形小：不易氧化、脱碳，变形小。生产过程易于控制：适用于大批量生产。生产过程易于控制：适用于大批量生产。不不 足：设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。足：设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。8 钢的表面淬火第63页，讲稿共97张，创作于星期二二、火焰加热表面淬火二、火焰加热表面淬火常用氧常用氧-乙炔火焰对零件表面进行加热乙炔火焰对零件表面进行加热常常用用材材料料为为中中碳碳钢钢和和中中碳碳合合金金钢钢，如如35、45、40Cr、65Mn等等；还可用于灰铸铁、合金铸铁等铸铁件。还可用于灰铸铁、合金铸铁等铸铁件。淬淬硬硬深深

34、度度一一般般为为26mm。主主要要适适用用于于单单件件或或小小批批量量生生产产的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。缺缺点点是是加加热热不不均均，易易造造成成工工件件表表面面过过热热，淬淬火火质质量量不不稳稳定。定。8 钢的表面淬火第64页，讲稿共97张，创作于星期二火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图8 钢的表面淬火第65页，讲稿共97张，创作于星期二三、激光加热表面淬火三、激光加热表面淬火能量密度能量密度10104 410108 8W/cmW/cm2 2 淬硬深度淬硬深度0.30.5mm形状复杂、盲孔等均可形状复杂、盲孔等均可8 钢的表面淬

35、火第66页，讲稿共97张，创作于星期二概述（概述（1）化学热处理：化学热处理：将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表面化学成使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表面化学成分、组织和性能的热处理工艺。分、组织和性能的热处理工艺。化学热处理的主要特点是：化学热处理的主要特点是：表层不仅有组织的变化，而且有成分的变化，故性能改变表层不仅有组织的变化，而且有成分的变化，故性能改变的幅度大。其主要作用是强化和保护金属表面。的幅度大。其主要作用是强化和保护金属表面。9 钢的化学热处理第67页，讲稿共97张，创作

36、于星期二概述（概述（2）化学热处理的基本过程为：化学热处理的基本过程为：加热加热将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗入将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗入元素活性原子；元素活性原子；分解分解由化合物分解或离子转变而得到由化合物分解或离子转变而得到渗入元素活性原子；渗入元素活性原子；吸收吸收活性原子被吸附并溶入工活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶体或化合物；件表面形成固溶体或化合物；扩散扩散渗入原子在一定渗入原子在一定温度下，由表层向内部扩散形成一定深度的扩散层。温度下，由表层向内部扩散形成一定深度的扩散层。9 钢的化学热处理第68页，讲稿共97张，创作于星期二概述（概述（3）化学热处理方法

37、：化学热处理方法：渗碳、碳氮共渗可提高钢的硬度、耐磨性及疲劳性质；渗碳、碳氮共渗可提高钢的硬度、耐磨性及疲劳性质；渗氮、渗硼、渗铬使工件表面特别硬，可显著提高耐磨性和耐渗氮、渗硼、渗铬使工件表面特别硬，可显著提高耐磨性和耐蚀性；蚀性；渗铝可提高耐热抗氧化性；渗铝可提高耐热抗氧化性；渗硫可提高减摩性；渗硫可提高减摩性；渗硅可提高耐酸性等。渗硅可提高耐酸性等。最常用：最常用：渗碳、渗氮和碳氮共渗及氮碳共渗渗碳、渗氮和碳氮共渗及氮碳共渗。9 钢的化学热处理第69页，讲稿共97张，创作于星期二一、钢的渗碳一、钢的渗碳 将钢件在将钢件在渗碳渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学介质中加热并保温使碳原

38、子渗入表层的化学热处理工艺。热处理工艺。目的目的是使低碳是使低碳(w wc c=0.10=0.100.25%)0.25%)钢件表面得到钢件表面得到高碳高碳(w wc c=1.0=1.01.2%)1.2%)，经适当的热处理，经适当的热处理(淬火淬火+低温回火低温回火)后获后获得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定强度及较高的得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定强度及较高的塑性、韧性，塑性、韧性，适用于适用于同时受磨损和较大冲击载荷的低碳、同时受磨损和较大冲击载荷的低碳、低合金钢零件，如齿轮、活塞销、套筒及要求很高的喷低合金钢零件，如齿轮、活塞销、套筒及要求很高的喷油嘴偶件等。油嘴偶件等。9

39、 钢的化学热处理第70页，讲稿共97张，创作于星期二钢的渗碳原理示意图钢的渗碳原理示意图9 钢的化学热处理第71页，讲稿共97张，创作于星期二1、气体渗碳（、气体渗碳（1）方法：方法：滴注式渗碳滴注式渗碳介质：介质：苯、醇、煤油等液体苯、醇、煤油等液体工艺：工艺：将工件装在密封的渗碳炉中，加热到将工件装在密封的渗碳炉中，加热到900900950(950(常用常用930)930)，向炉内滴入煤油、苯、甲醇、，向炉内滴入煤油、苯、甲醇、丙酮等有机液体，在高温下分解成丙酮等有机液体，在高温下分解成COCO、COCO2 2、H H2 2及及CHCH4 4等气体组成的渗碳气氛，在高温下与工件接等气体组成

40、的渗碳气氛，在高温下与工件接触时便在工件表面进行下列反应，生成活性碳原触时便在工件表面进行下列反应，生成活性碳原子。子。9 钢的化学热处理第72页，讲稿共97张，创作于星期二1、气体渗碳（、气体渗碳（2）生成活性碳原子：生成活性碳原子：2COC+CO2COC+CO2 2 CHCH4 4C+2HC+2H2 2 CO+HCO+H2 2C+HC+H2 2O O 随随后后活活性性碳碳原原子子被被钢钢表表面面吸吸收收而而溶溶入入奥奥氏氏体体中中，并并向内部扩散而形成一定深度的渗碳层。向内部扩散而形成一定深度的渗碳层。气体渗碳的优点是：气体渗碳的优点是：生产率高，劳动条件好，渗碳过程容易控制，生产率高，劳

41、动条件好，渗碳过程容易控制，容易实现机械化、自动化，适用于大批量生产。容易实现机械化、自动化，适用于大批量生产。9 钢的化学热处理第73页，讲稿共97张，创作于星期二2、固体渗碳、固体渗碳渗渗碳碳 工工艺艺：工工件件+渗渗碳碳剂剂密密封封装装入入渗渗碳碳箱箱中中，加热至加热至900950保温。保温。固固 体体 渗渗 碳碳 剂剂：碳碳 粉粉 和和 碳碳 酸酸 盐盐(BaCO3或或 Na2CO3)的混合物。的混合物。化学化学 反应：反应：C+O22CO BaCO3或或Na2CO3BaO（或（或Na2O）+CO2 CO2+C 2CO 2COC+CO29 钢的化学热处理第74页，讲稿共97张，创作于星

42、期二3、渗碳层的组织及热处理、渗碳层的组织及热处理表面的含碳量最高：表面的含碳量最高：wc=1.0%左右，由表及里，左右，由表及里，含碳量逐渐降低，直至原始含碳量。含碳量逐渐降低，直至原始含碳量。组织由表及里为：组织由表及里为：(P+Fe3C)(P)(P+F)(F+P)渗碳层的深度：渗碳层的深度：碳钢碳钢从表面到过渡区亚共析组织一半处的深从表面到过渡区亚共析组织一半处的深度为渗碳层的深度；度为渗碳层的深度；合金钢合金钢从表面到过渡区亚共析组织终止处从表面到过渡区亚共析组织终止处的深度作为渗碳层的深度。的深度作为渗碳层的深度。9 钢的化学热处理第75页，讲稿共97张，创作于星期二渗渗碳碳层层的的

43、组组织织9 钢的化学热处理过共析组织(P+Fe3C)共析组织(P)过渡区亚共析组织(P+F)原始亚共析组织(F+P)第76页，讲稿共97张，创作于星期二渗碳层的热处理（渗碳层的热处理（1）9 钢的化学热处理直接淬火法直接淬火法 预冷至预冷至850880后直接淬入油中或水中，后直接淬入油中或水中，180200进行低温回火。进行低温回火。预冷目的预冷目的：减少淬火变形及开裂，使表层析出碳化物，降减少淬火变形及开裂，使表层析出碳化物，降低奥氏体的含碳量，从而降低淬火后的残余奥氏体量，提高低奥氏体的含碳量，从而降低淬火后的残余奥氏体量，提高表层硬度。表层硬度。特特 点：点：操作简单、成本低，生产率高，

44、但在高温下操作简单、成本低，生产率高，但在高温下长期保温，奥氏体晶粒易长大，影响淬火后工件的性能，长期保温，奥氏体晶粒易长大，影响淬火后工件的性能，故只适用于渗碳件的心部和表层都不过热的情况下；此外故只适用于渗碳件的心部和表层都不过热的情况下；此外预冷过程中，二次渗碳体沿奥氏体晶界呈网状析出，对工预冷过程中，二次渗碳体沿奥氏体晶界呈网状析出，对工件淬火后的性能不利。件淬火后的性能不利。用途：用途：大批量生产的汽车、拖拉机齿轮常用此法。大批量生产的汽车、拖拉机齿轮常用此法。第77页，讲稿共97张，创作于星期二渗碳层的热处理（渗碳层的热处理（2）9 钢的化学热处理一次淬火法一次淬火法：工件经渗碳空

45、冷后，再重新加热至淬火温度工件经渗碳空冷后，再重新加热至淬火温度（如（如830860）进行淬火，然后在）进行淬火，然后在180200回火。回火。这种方法在工件重新加热时奥氏体晶粒得到细化，这种方法在工件重新加热时奥氏体晶粒得到细化，使钢的性能得到提高。使钢的性能得到提高。用途用途 适用于比较重要的零件，如高速柴油机齿轮等。适用于比较重要的零件，如高速柴油机齿轮等。第78页，讲稿共97张，创作于星期二渗碳层的热处理（渗碳层的热处理（3）9 钢的化学热处理二次淬火法二次淬火法 渗碳空冷后，先加热到渗碳空冷后，先加热到AcAc3 3以上以上(一般一般为为850850900900)油淬，使心部组织细化

46、，消除表层油淬，使心部组织细化，消除表层网状渗碳体；然后再加热到网状渗碳体；然后再加热到AcAc1 1以上以上(一般为一般为750750800800)油淬，最后在油淬，最后在180180200200进行回火。二次淬进行回火。二次淬火法使工件表层和心部组织被细化，从而获得较好火法使工件表层和心部组织被细化，从而获得较好的力学性能。但工艺复杂，成本高；工件经反复加的力学性能。但工艺复杂，成本高；工件经反复加热冷却后易产生变形和开裂。所以只适用于少数对热冷却后易产生变形和开裂。所以只适用于少数对性能要求特别高的工件。性能要求特别高的工件。第79页，讲稿共97张，创作于星期二渗碳工件的一般工艺路线渗碳

47、工件的一般工艺路线9 钢的化学热处理 锻造（问题）锻造（问题）正火（目的）正火（目的）机械加工机械加工【可否与渗碳工艺倒置可否与渗碳工艺倒置】渗碳（组织）渗碳（组织）淬火淬火+低温回火低温回火精加工精加工第80页，讲稿共97张，创作于星期二渗碳工件的最终组织渗碳工件的最终组织9 钢的化学热处理淬火淬火+低温回火：低温回火：针状回火马氏体针状回火马氏体+碳化物碳化物+少量残余奥氏体少量残余奥氏体 硬度为硬度为585864HRC64HRC，而心部则随钢的淬透性而定。，而心部则随钢的淬透性而定。对于低碳钢如对于低碳钢如1515、2020钢，其心部组织为铁素体钢，其心部组织为铁素体+珠珠光体，硬度相当

48、于光体，硬度相当于101015HRC15HRC；对于低碳合金钢如对于低碳合金钢如20CrMnTi20CrMnTi，心部组织为回火低，心部组织为回火低碳马氏体碳马氏体+铁素体，硬度为铁素体，硬度为353545HRC45HRC。第81页，讲稿共97张，创作于星期二渗碳工件的实际应用渗碳工件的实际应用9 钢的化学热处理 设计设计技技术术条件条件：渗碳渗碳层层深度深度、表面硬度表面硬度、心部硬度心部硬度及及不允不允许许渗碳渗碳的部位等，的部位等，不允不允许许渗碳的部位渗碳的部位：可采用可采用镀铜镀铜的方法来防止渗碳或多留加工的方法来防止渗碳或多留加工余量。余量。第82页，讲稿共97张，创作于星期二二、

49、钢的氮化（渗氮）二、钢的氮化（渗氮）9 钢的化学热处理渗渗氮氮一一般般在在AcAc1 1温温度度以以下下使使活活性性氮氮原原子子渗渗入工件表面的化学热处理工艺。入工件表面的化学热处理工艺。目目的的提提高高工工件件表表面面硬硬度度、耐耐磨磨性性、疲疲劳劳性质、耐蚀性及热硬性。性质、耐蚀性及热硬性。分类分类气体渗氮和离子渗氮。气体渗氮和离子渗氮。第83页，讲稿共97张，创作于星期二1 1、气体氮化（、气体氮化（1 1）9 钢的化学热处理气气体体渗渗氮氮 在在气气体体介介质质中中进进行行渗渗氮氮的的工工艺艺称称为为气体渗氮。气体渗氮。工工艺艺过过程程 在在渗渗氮氮炉炉内内通通入入氨氨气气，在在380

50、380以以上上氨分解出活性氮原子氨分解出活性氮原子:2NH:2NH3 33H3H2 2+2N+2N活活性性氮氮原原子子被被工工件件表表面面吸吸收收并并溶溶入入表表面面，在在保保温过程中向里扩散，形成渗氮层。温过程中向里扩散，形成渗氮层。第84页，讲稿共97张，创作于星期二1 1、气体氮化（、气体氮化（2 2）9 钢的化学热处理工艺特点：工艺特点：温温度度低低：500500600600常常用用550550570570，远远低低于于渗渗碳碳温温度度。由由于于氮氮在在铁铁素素体体中中有有一一定定的的溶溶解解能能力力，无无需加热到高温。需加热到高温。时间长：时间长：202050h50h，氮化层厚度为，