第三章钢的热处理(精品).ppt

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1、第三章第三章 钢的热处理钢的热处理钢在钢在加热和保温时的转变加热和保温时的转变钢在钢在冷却时的转变冷却时的转变钢的钢的表面热处理与形变热处理表面热处理与形变热处理钢的钢的退火与正火退火与正火钢的钢的淬火淬火钢的钢的回火回火第三章第三章 钢的热处理钢的热处理热处理热处理固态下，将钢经过固态下，将钢经过加热加热、保温保温和和冷冷 却却三个阶段，以改变组织，从而改三个阶段，以改变组织，从而改 变性能的一种工艺过程。变性能的一种工艺过程。热处理热处理普通热处理：退火、正火、淬火、回火普通热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理表面热处理表面淬火表面淬火化学热处理化学热处理钢在钢在加热和保温时的转变加热

2、和保温时的转变一、加热和保温的目的一、加热和保温的目的加热温度Ac1以上加热目的得到奥氏体保温目的奥氏体成分均匀、晶粒大小适中二、奥氏体形成过程二、奥氏体形成过程1.奥氏体晶核的形成 F、Fe3C 相界上形成A晶核2.奥氏体晶核的长大（1）长大方式 F改组成A，Fe3C溶入A（2）长大速度 F改组成A的速度大于Fe3C溶入的速度3.剩余Fe3C溶解4.奥氏体成分均匀化 加热温度T，保温时间t，A成分均匀三、奥氏体晶粒大小对热处理后组织与性能的影响三、奥氏体晶粒大小对热处理后组织与性能的影响加热保温后的奥氏体越细小，热处理后钢的组织越细小，性能越好；反之亦反。要求：严格控制加热温度和保温时间，防

3、止“过热”。钢钢在在冷却时的转变冷却时的转变一、等温冷却转变一、等温冷却转变二、连续冷却转变二、连续冷却转变三、影响三、影响C C曲线的因素曲线的因素冷却目的：获得所需的 组织和性能（一）等温转变曲线（一）等温转变曲线1.等温转变曲线的建立（一）等温转变曲线（一）等温转变曲线2.曲线分析aa线转变开始线bb线转变终了线aa线以左孕育期bb线以右产物区过冷奥氏体体550（二）等温转变产物与性能（二）等温转变产物与性能1.珠光体类型转变（A1550）转变温度 A1650650600600550组织名称珠光体 P索氏体 S屈氏体 T片层间距小性能好（二）等温转变产物与性能（二）等温转变产物与性能2.

4、贝氏体转变（550Ms）550350350MsB上B下羽毛状针状硬度高于T，塑性低，无应用价值较高的强度硬度，塑性韧性好3.3.马氏体转变（马氏体转变（MsMsMfMf）马氏体MC在Fe中过饱和固溶体低碳低碳M M 板条状板条状高碳高碳M M 片状片状随着随着CC，M M的强度的强度，硬度硬度，塑性韧性，塑性韧性1.1.连续冷却连续冷却C C曲线曲线2.2.等温等温C C曲线在连续冷却中的应用曲线在连续冷却中的应用(1)组织分析V1(随炉冷却)PV2(空气中冷却)SV3(油中冷却)T+MV4(水中冷却)M+A(2)临界冷却速度过冷A不发生分解，直接转变为M的最小冷速度(3)注意a.冷速，强度硬

5、度（VVVVK K时，V，强度硬度不变，内应力）b.表层和心部冷速不同，组织不同。1.1.含碳量：左右位置与含碳量有关含碳量：左右位置与含碳量有关2.2.合金元素合金元素 a.Ca.C曲线右移曲线右移VKVK b.b.使使A A稳定区扩大稳定区扩大3.3.加热温度和保温时间增加加热温度和保温时间增加 使使C C曲线曲线右移右移影响影响c c曲线的因素曲线的因素:第三章第三章 钢的热处理钢的热处理钢的钢的退火与正火退火与正火退火退火1.1.定义定义将钢加热到某一温度并保温，然后缓慢冷却下来的热处理工艺。2.2.目的目的细化晶粒，均匀组织，为 淬火做准备降低硬度，提高塑性韧性，便于切削加工消除残余

6、应力，防止变形、开裂3.3.分类分类完全退火 加热温度：Ac3+3050，保温后缓慢冷却 退火后组织：F+P（相图平衡组织）适用：亚共析钢球化退火 加热温度：Ac1+2030，保温后，冷到 Ar120长期等温，然后缓慢冷却 退火后组织：F+球状Fe3C（球状珠光体）适用：共析钢、过共析钢去应力退火 加热温度：500650Ac1，保温后冷却 无组织变化钢的钢的退火与正火退火与正火正火正火1.1.定义定义 将钢加热到单一的A区 域，经保温，在空气中冷 却下来的热处理工艺。2.2.加热温度及组织加热温度及组织 亚共析钢：Ac3+3050 P 过共析钢：Accm+3050 S 3.3.目的目的 普通结

7、构件，可作为最终热处理 低碳钢，使强度硬度上升，便于切削加工 高碳钢，消除Fe3C，为球化退火准备钢的钢的退火与正火退火与正火选用选用1.1.切削加工性切削加工性 硬度对切削加工性有很大影响，一般认为硬度在HB170230时，切削加工性最好，太软或太硬都不好。当含碳量不同时，可按以下原则选择：C0.25%时正火 0.250.5%完全退火、正火 0.50.77%完全退火 C0.77%时正火+球化退火2.2.使用性能使用性能 对亚共析钢零件，正火比退火具有更好的机械性能，若 零件性能要求不高时(一般使用零件)，可将正火作为最 终热处理3.3.经济性经济性 正火比退火生产周期短、成本低、效率高、操作

8、简便，在可能的条件下，应优先采用。第三节第三节 钢钢的的淬火淬火一、淬火工艺一、淬火工艺二、淬透性二、淬透性三、淬火缺陷三、淬火缺陷钢的钢的淬火淬火淬火工艺淬火工艺1.1.定义定义 将钢加热到Ac3(Ac1)+3050，经保温后，急速冷却下 来的热处理工艺。2.2.目的目的 得到M，获得高的强度、硬度和耐磨性。亚共析钢：Ac3+3050 M 共析、过共析钢：Ac1+3050 M+球状Fe3C 3.3.加热温度及组织加热温度及组织 思考思考：a.当亚共析钢加热温度处于Ac1Ac3之间，淬火 后的组织、性能会怎样？b.当过共析钢加热温度在Accm+3050时，淬 火后的组织、性能会怎样？注意注意：

9、a.过共析钢淬火工艺流程：正火+球化退火+淬火 b.钢在淬火时，要严格控制加热温度和保温时 间！在保证V V冷冷V VK K的前提下，尽量选择冷速较慢的冷却剂，以防零件的变形、开裂。4.4.淬火剂的选择淬火剂的选择 淬火方法有：单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火(B下)等，实际生产中，可根据生产条件和性能要求，选择合适的方法。5.5.淬火方法淬火方法钢的钢的淬火淬火淬透性淬透性1.1.定义定义 淬火后，得到M层深度的能力。主要取决于V VK K。2.2.影响因素影响因素 (1)(1)成分成分 一般情况下，合金元素使C曲线右移，V VK K，淬透性 (2)(2)淬火剂淬火剂 淬火剂的冷却速度

10、，心部冷速，淬透性 (3)(3)尺寸尺寸 尺寸尺寸，心部冷速，心部冷速，淬透性，淬透性 大尺寸 合金钢 油淬 小尺寸 碳素钢 水淬3.3.淬硬性淬硬性 钢淬火后，M所能达到的最高硬度。淬硬性不同于淬透性，它与冷速无关，仅取决于C量，C，淬硬性。钢的钢的淬火淬火淬火缺陷淬火缺陷1.1.氧化、脱碳氧化、脱碳 加热温度高，表面氧化起皮，表层C，强度硬度不足。防止：控制热处理气氛。2.2.硬度不足硬度不足 加热温度，保温时间，冷速，组织不均匀，出现软 点硬度不足 防止：正火均匀组织重新淬火3.3.过热过热 加热温度过高，晶粒粗大，硬度。正火（退火）细化晶粒淬火4.4.过烧过烧 加热温度，沿A晶界氧化、

11、熔化报废5.5.变形、开裂变形、开裂 淬火时，冷速，内应力，零件变形、开裂 改善结构（对称），选择合适的冷却剂和冷却方法钢的钢的回火回火一、回火一、回火二、回火时的组织转变二、回火时的组织转变三、回火的分类三、回火的分类四、回火性能四、回火性能钢的钢的回火回火1.1.定义定义 淬火后的钢，重新加热到A1以下温度，保温后，冷却下来 的热处理工艺。2.2.目的目的 (1)去除内应力，防止变形与开裂(2)降低脆性，提高塑性韧性，获得所需的性能(3)稳定尺寸、组织回火时的组织转变回火时的组织转变1.M1.M及及A A的的分分解解 150250时，M中的C原子偏聚，析出碳化物；A也发 生分解，变成M。产

12、物：碳量稍低的M+细小碳化物回火马氏体M。性能：保持高的强度硬度的同时，有一定的塑性韧性。2.2.渗碳体的形成渗碳体的形成 350500，M放出全部碳F，碳化物聚集长大成Fe3C。产物：F+颗粒Fe3C（极细）回火屈氏体T。性能：有较高的强度硬度，较好塑性韧性，特别是具有很高 的弹性极限。3.3.渗碳体的长大渗碳体的长大500650时，F、颗粒Fe3C长大。产物：多边形F+粒状Fe3C（细小）回火索氏体S。性能：具有较高强度硬度的同时，良好的塑性韧性。（良好的综合机械性能）钢的钢的回火回火回火的分类回火的分类1.1.低温回火：低温回火：150250，回火马氏体M，保持高硬度、耐磨性。适用：工具

13、、滚动轴承及其它耐磨件。2.2.中温回火：中温回火：350500，回火屈氏体T，高的弹性极限。适用：弹簧件。3.3.高温回火：高温回火：500650，回火索氏体S，良好的综合机械性能。适用：复杂受力零件，如轴类、连杆、齿轮、重要螺栓。生产中，将淬火+高温回火的工艺合称调质钢的钢的回火回火回火性能回火性能1.1.调质与正火的性能比较：调质与正火的性能比较：调质的性能要优于正火，即强度硬度高，塑性韧性好。原因：正火组织S中F、Fe3C为片状（应力集中），调质组织S中F、Fe3C为球状。2.2.回火温度与性能的关系：回火温度与性能的关系：钢回火后的性能与温度有关，一般情况下，T，塑性韧性，强度硬度，

14、内应力。但不是绝对的，当T，由于F、Fe3C长得很大，会导致性能。3.3.回火脆性：回火脆性：低温回火脆性：250350回火高温回火脆性：合金钢450600回火钢的钢的表面热处理与形变热处理表面热处理与形变热处理表面热处理表面热处理形变热处理形变热处理表面淬火化学热处理目的：获得外硬内韧的性能要求。(一一)表面淬火表面淬火1.1.含义：含义：对零件表面快速加热，保温后快冷。2.2.工艺流程：工艺流程：调质（正火）+表面淬火+低温回火。3.3.组织：组织：表层M，心部为原始组织S（或S）4.4.适用材料：适用材料：中碳钢感应加热表面淬火机感应加热表面淬火机感应圈感应圈中频电炉感应圈中频电炉感应圈

15、(二二)化学热处理化学热处理1.1.含义：含义：通过化学手段，改变零件表面的成分（C量或其它元素），然后进行热处理，使表层和心部产生性能差异。2.2.渗碳：渗碳：低碳钢（0.100.25%），在900950活性碳气氛加热，渗碳后，表层达到过共析成分，并有一定的渗碳层厚度，心部碳量不变。表层高碳：强度、耐磨性好。心部低碳：塑性、韧性好，耐冲击。3.3.组织：组织：表层：高碳M+少量渗碳体心部：低碳M（或S）4.4.适用材料：适用材料：低碳钢5.5.应用：应用：汽车变速齿轮（20CrMnTi）毛坯成型预备热处理(正火)切削加工渗碳+淬火+低温回火(喷丸)精加工井式气体渗碳炉井式气体渗碳炉15钢渗碳

16、后金相组织钢渗碳后金相组织钢的钢的表面热处理与形变热处理表面热处理与形变热处理形变热处理形变热处理1.1.含义：含义：2.2.种类：种类：把塑性变形与热处理工艺结合起来的一种综合工艺。零件可在获得加工硬化（形变强化）的同时获得热处理强化，简化了工艺流程。形变在相变前的热处理形变在相变中的热处理形变在相变后的热处理低温形变热处理高温形变热处理汽车钢板弹簧汽车钢板弹簧（55Si2Mn)55Si2Mn)退火切削加工加热弯曲(形变)淬火+中温回火喷丸精加工第三章第三章 钢的热处理钢的热处理小结小结典型零件的生产工艺流程典型零件的生产工艺流程低碳钢（低碳钢（20CrMnTi20CrMnTi）：）：毛坯成

17、型预备热处理（正火）切削加工渗碳（碳、氮共渗）+淬火+低温回火（喷丸）精加工中碳钢（中碳钢（4545）毛坯成型预备热处理（正火）切削加工淬火+高温回火（调质）表面淬火+低温回火（喷丸）精加工1.1.齿轮：齿轮：2.弹簧：弹簧：钢板弹簧（钢板弹簧（55Si2Mn55Si2Mn）退火切削加工加热弯曲（形变）淬火+中温回火喷丸精加工 气门弹簧（气门弹簧（65Mn65Mn）退火切削加工加热卷簧及校正（形变）淬火+中温回火喷丸精加工检验曲轴（曲轴（4545）正火切削加工锻造（形变）淬火+高温回火（调质）表面淬火+低温回火（轴颈）喷丸精加工检验半轴（半轴（40Cr40Cr）下料锻造正火切削加工淬火+高温回火（调质）表面淬火+低温回火（轴颈）喷丸精加工检验4.4.工具类：工具类：锯条（锯条（T10T10）正火球化退火切削加工淬火+低温回火精加工检验3.3.轴类：轴类：