机械设计基础（第二章 金属材料热处理）.ppt

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1、第二章 金属材料热处理第一节第一节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变第二节第二节 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变第三节第三节 退火与正火退火与正火第四节第四节 淬淬 火火第五节第五节 回回 火火第六节第六节 钢的表面热处理及化学热处理钢的表面热处理及化学热处理第七节第七节 热处理新技术简介热处理新技术简介第八节第八节 热处理工艺应用热处理工艺应用教学重点：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；

2、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：把固把固态态金属材料在一定介金属材料在一定介质质中的加中的加热热、保、保温和冷却，以改温和冷却，以改变变其其组织组织和性能的一种工和性能的一种工艺艺。钢钢 的的 热热 处处 理理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一第一节节钢钢在加在加热时热时的的组织转变组织转变临临界温度界温度 平衡平衡时时：A1、A3、Acm 加加热时热时：Ac1、Ac3、Accm冷却冷

3、却时时：Ar1、Ar3、Arcm钢加热（冷却）时FeFe3C状态图1奥氏体的形成奥氏体的形成 Fe，C原子原子扩扩散和晶格改散和晶格改变变的的过过程。程。共析共析钢钢加加热热到到Ac1 以上以上时时，P A 共析共析钢钢A化化过过程程 形核形核、长长大、大、FeFe3 3 C C 完全完全溶解、溶解、C 的均匀化的均匀化。亚亚（过过）析）析钢钢的的A化化 P A 后，先共析后，先共析 F 或或 Fe3C 溶解溶解。21 钢在加热时的组织转变影响影响A转变转变速度的因素速度的因素 加加热热温度和速度温度和速度 转变转变快快 C%或或 FeFe3 3 C C片片间间距距 界面多，形核多界面多，形核

4、多 转变转变快快 合金元素合金元素 A化速度化速度或或 A 晶粒度晶粒度 加加热热温度，保温温度，保温时间时间 晶粒尺寸晶粒尺寸 合金碳化物合金碳化物，C%晶粒尺寸晶粒尺寸 21 钢在加热时的组织转变第二第二节节钢钢在冷却在冷却时时的的组织转变组织转变 1 1过过冷冷A A的等温的等温转变转变 2 2过过冷冷A A的的连续连续冷却冷却转变转变连续和等温冷却曲线连续和等温冷却曲线1.1.过过冷冷A A的等温的等温转变转变过过冷冷A:T S T珠光体珠光体 P，3800索氏体索氏体 S 8000屈氏体屈氏体 T 800022 钢在冷却时的组织转变高温高温转变转变过过程程 晶格改晶格改变变和和Fe，

5、C原子原子扩扩散。散。光学光学显显微照片微照片 1300 电电子子显显微照片微照片 500045钢钢，上，上B+下下B，400 中温中温转变转变（550 MS）C原子原子扩扩散，散，Fe原子原子不不扩扩散散22 钢在冷却时的组织转变连续连续冷却冷却 转变转变方法方法 炉冷炉冷 P 空冷空冷 S 油冷油冷 T+M+A水冷水冷 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连续连续冷却冷却 转变产转变产物物 22 钢在冷却时的组织转变

6、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。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30-50CA

7、1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 退火与正火退退退退 火火火火 温温温温 度度度度 范范范范 围围围围23 退火与正火二、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

8、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 退火与正火正正正正 火火火火 温温温温 度度度度 范范范范 围围围围正火问题：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 退火与正火第四节第四节 淬淬 火火 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

9、 淬 火淬火问题：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 火冷却介冷却介质质冷却速度：冷却速度：盐盐水水 水水 盐盐浴浴 油油 淬火方法淬火方法 单单介介质质淬火：水、油冷淬火：水、油冷 双介双介质质淬火：水冷淬火：水冷+油冷油冷 分分级级淬火：淬火：Ms盐盐浴中均温空冷浴中均温空冷 等温淬火（等温淬火（在在盐盐、碱浴中）、碱浴中）下下B 淬火缺陷 过热与过烧过热与过烧 氧化与脱碳氧化与脱碳 硬度不足和软点硬度不足和软点 变形和开裂变形和开裂24 淬 火第五节第五节 回回 火火淬火后，加热到Ac1以下，保温，冷却。目的目的：消除淬火应力，调整

10、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 火整整

11、整整 体体体体 热热热热 处处处处 理理理理 工工工工 艺艺艺艺 曲曲曲曲 线线线线整体工艺曲线整体工艺曲线25 回 火25 回 火第六节第六节 钢的表面热处理与化学热处理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感应加热表面淬火感应加热表面淬火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火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火26 钢的

12、表面热处理与化学热处理激光加热表面淬火激光加热表面淬火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二、钢的化学热处理二、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、渗碳渗碳介质中加热保温 2、渗氮、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、碳氮共渗26 钢的表面热处理与化学热处理渗渗 氮氮26 钢的表面热处理与化学热处理渗渗 氮氮26 钢的表面热处理与化学热处理第七节第七节 热处理新技术简介热处理新技术简介电弧喷涂电弧

13、喷涂离子喷涂离子喷涂27 热处理新技术简介第八节 热处理工艺应用劳动版钢的热处理录像钢的热处理钢的热处理录录 像像本本 章章 小小 结结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。（再再 见见