热处理基础知识精选课件.ppt

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1、关于热处理基础知识第一页，本课件共有26页 金属材料是目前应用最广泛的一种工程材料，具有金属材料是目前应用最广泛的一种工程材料，具有优良的力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能。优良的力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能。具有：具有：强度较高、塑性较好、导电性高、导热性好、有强度较高、塑性较好、导电性高、导热性好、有金属光泽金属光泽等特性。等特性。下面就介绍金属材料的热处理基础知识。下面就介绍金属材料的热处理基础知识。第二页，本课件共有26页1.热处理的定义 热热处处理理：将将固固态态金金属属或或合合金金在在一一定定介介质质中中加加热热、保保温温和和冷冷却，以改变其整体或表面组织，从而获得所

2、需却，以改变其整体或表面组织，从而获得所需性能性能的工艺方法。的工艺方法。金属材料金属材料性能性能的决定因素：的决定因素：化学成分、内部组织化学成分、内部组织。其中其中“化学化学成分成分”是是改变性能的改变性能的基基础础，“热热处处理理”是是改变性能的改变性能的手段手段，“组织组织”是是性能变化的性能变化的根据。根据。第三页，本课件共有26页 热热处处理理的的三三个个阶阶段段：加加热热、保保温温、冷冷却却。如如图图1-11-1所所示示是最基本的热处理工艺曲线。是最基本的热处理工艺曲线。温温度度加热加热保温保温冷却冷却时间时间图图1-1 热处理工艺曲线热处理工艺曲线 只只有有通通过过正正确确的的

3、热热处处理理工工艺艺，才才能能得得到到一一定定的的组组织织，获获得得预期的性能。预期的性能。第四页，本课件共有26页渗氮表面热处理整体热处理热处理 退火 正火 淬火 回火 固溶处理 固溶处理和时效 气体渗碳 固体渗碳 气体碳氮共渗 液体碳氮共渗 化学热处理 气体渗氮 离子渗氮 气体氮碳共渗 液体氮碳共渗 (盐浴软氮化）其他(如磷化、染黑、渗铝、渗钒、熔射等等)表面淬火+回火（高频淬火、火焰淬火）物理/化学气相沉积 2、热处理工艺分类碳氮共渗氮碳共渗 (软氮化)渗碳第五页，本课件共有26页2.1 整体热处理整体热处理 整体热处理常见的工艺为退火、正火、淬火、回火等整体热处理常见的工艺为退火、正火

4、、淬火、回火等2.1.12.1.1.退火退火 退退火火是是将将组组织织偏偏离离平平衡衡状状态态的的金金属属或或合合金金加加热热到到适适当当温温度度，保保持一定持一定时间时间，然后，然后缓缓慢冷却得到接近平衡状慢冷却得到接近平衡状态组织态组织的的热处热处理工理工艺艺。退火的目的：退火的目的：1 1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；2 2）消除钢中的残余内应力，以防工件变形和开裂；）消除钢中的残余内应力，以防工件变形和开裂；3 3）改改善善组组织织，细细化化晶晶粒粒，改改变变钢钢的的性性能能或或为为以以后后热热处处理理做准备

5、。做准备。第六页，本课件共有26页 退火的分退火的分类类：各各种种退退火火、正正火火加加热热温温度度及及工工艺艺曲曲线如图线如图2-12-1所示。所示。图图2-1 退火正火工艺规范示意图退火正火工艺规范示意图1 1）完完全全退退火火。加加热热到到A Ac3c3以以上上202030300 0C C，保保温温，缓缓冷冷至至6006000 0C C以以下下，再再空空冷冷，得得到到接接近近平平衡衡状状态态组组织织。主主要要用用于于亚亚共共析析钢钢和和共共析析钢钢的的锻锻件件、轧轧件件、铸铸件件，使使晶晶粒粒细细化化，组组织织均均匀匀和和消消除除残残余余应应力力，提提高高钢钢件件的的性性能能。过过共共析

6、析钢钢不不宜宜完完全全退退火火，因因析析出出网网状状渗渗碳碳体体，降降低低钢的力学性能。钢的力学性能。2 2）球球化化退退火火。使使钢钢中中的的碳碳化化物物呈呈球球状状而而进进行行的的退退火火。将将工工件件加加热热到到A Ac1c1以以上上202030300 0C C，保保温温，然然后后缓缓慢慢冷冷却却。主主要要用用于过共析钢，使钢中二次渗碳于过共析钢，使钢中二次渗碳第七页，本课件共有26页体体和和珠珠光光体体中中的的片片状状渗渗碳碳体体球球状状化化，以以降低硬度提高韧性，改善切削加工性能。降低硬度提高韧性，改善切削加工性能。图图2-2 退火正火工艺规范示意图退火正火工艺规范示意图3)3)去去

7、应应力力退退火火。为为消消除除形形变变加加工工、锻锻造造、焊焊接接等等以以及及铸铸件件内内存存在在的的残残余余应应力力而而进进行行的的退退火火。铸铸钢钢件件的的温温度度为为6006006506500 0C C，铸铸铁铁件件为为500500550550C，保保温温后后在在炉炉内内缓缓慢慢冷冷却却。组组织织不不发发生生变变化化，只只消消除除内内应应力力，减少变形，稳定尺寸。减少变形，稳定尺寸。4 4）扩扩散散退退火火(均均匀匀化化退退火火)。将将钢钢加加热热到到略略低低于于固固相相线线温温度度，长长时时间间保保温温，随随炉炉冷冷却却，使使化化学学成成分分和和组组织织均均匀匀化化。主主要要用用于于质

8、质量量要要求求高高的的合合金金钢钢铸铸锭锭、铸件或锻件。铸件或锻件。第八页，本课件共有26页2 2.1.2.1.2正火正火 正正火火是是将将工工件件加加热热到到A Ac3c3（亚亚共共析析钢钢）或或A Accmccm（过过共共析析钢钢）以以上上303050500 0C C，保保温温适适当当时时间间，在在自自由由流流通通的的空空气气中中冷冷却却，得到珠光体得到珠光体类组织类组织的的热处热处理工理工艺艺。正火正火主要主要应应用于：用于：1 1）对对不不太太重重要要的的零零件件，可可细细化化晶晶粒粒，组组织织均均匀匀，提提高高机机械械性能，作为最终热处理；性能，作为最终热处理；2 2）对对低低碳碳钢

9、钢和和低低碳碳合合金金钢钢，可可提提高高硬硬度度，改改善善切切削削加工性；加工性；3 3）对对于于过过共共析析钢钢或或工工具具钢钢，可可减减少少二二次次渗渗碳碳体体，并并使使其其不不呈呈连续网状碳化物，便于球化退火。连续网状碳化物，便于球化退火。第九页，本课件共有26页2.1.3.2.1.3.淬火淬火 淬淬火火是是将将钢钢加加热热到到相相变变温温度度以以上上，保保温温一一定定时时间间，然然后后快速冷却快速冷却以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。淬淬火火可可提提高高工工件件的的硬硬度度和和耐耐磨磨性性，一一般般淬淬火火后后的的工工件件再再配配合合适适当

10、当温温度度的的回回火火，可可获获得得较较好好的的综综合合力力学学性性能能，如如刀刀具具、模模具具、轴轴和和齿齿轮。淬火质量取决于加热温度和冷却方式。轮。淬火质量取决于加热温度和冷却方式。1 1）淬淬火火加加热热温温度度。根根据据钢钢材材的的化化学学成成分分决决定定，亚亚共共析析钢钢在在A Ac3c3以以上上303050500 0C C，此此时时钢钢的的组组织织为为细细颗颗粒粒的的奥奥氏氏体体，淬淬火火后后获获得得细细小小的的马马氏氏体体。若若温温度度低低于于A Ac3c3，将将出出现现自自由由铁铁素素体体。若若温温度度过过高高，得得到到粗粗大大的的马马氏氏体体，性性能能变变坏坏。共共析析钢钢和

11、和过过共共析析钢钢加加热热温温度度在在A Ac1c1以上以上303050500 0C C，得到细小的马氏体和小颗粒的渗碳体组织。，得到细小的马氏体和小颗粒的渗碳体组织。第十页，本课件共有26页2 2）淬淬火火冷冷却却方方法法。冷冷却却介介质质对对淬淬火火效效果果有有很很大大影影响响，常常用用的的有有水水、油油和和盐盐、碱碱的的水水溶溶液液。水水用用于于形形状状简简单单、截截面面较较大大的的碳碳素素钢钢工工件件。油油用用于于合合金金钢钢和和复复杂杂的的碳碳素素钢钢。常常用用淬淬火火方方法法如如图图1-31-3所所示示。1 1表表示示单单液液淬淬火火，2 2表表示示双双液液淬淬火火，3 3表表示示

12、分分级级淬淬火火，4 4表表示等温淬火。示等温淬火。例例如如：P863 P863 防防钻钻板板（材材料料65Mn65Mn）采采用用盐盐浴浴等等温温淬淬火火，改改善善变变形形。C453C453方方舌舌组件（组件（Q235)Q235)采用渗碳水淬采用渗碳水淬3 3）淬透性和淬硬性。）淬透性和淬硬性。图图2-3 常用淬火方法示意图常用淬火方法示意图 淬透性：淬透性：钢在淬火后，获得淬透层（淬硬层）钢在淬火后，获得淬透层（淬硬层）深度的能力。深度的能力。淬硬性：淬硬性：钢淬火时能达到的最高硬度。钢淬火时能达到的最高硬度。第十一页，本课件共有26页2.1.4.2.1.4.回火回火 回回火火是是为为了了消

13、消除除淬淬火火引引起起的的残残余余应应力力及及获获得得要要求求的的组组织织和和性性能能，将将淬淬火火后后的的工工件件加加热热到到A Ac1c1以以下下某某一一温温度度，保保温温一一定定时时间间，然然后冷却到室温的热处理工艺。后冷却到室温的热处理工艺。回回火火目目的的：淬淬火火后后得得到到性性能能很很脆脆的的马马氏氏体体组组织织，而而且且淬淬火火马马氏氏体体是是不不稳稳定定的的组组织织，它它有有变变为为稳稳定定状状态态的的趋趋势势，而而使使零零件件尺尺寸寸变变化化，并并存存在在内内应应力力，零零件件容容易易变变形形和和开开裂裂。为为此此利用回火来达到以下目的：利用回火来达到以下目的：1 1）减少

14、和消除淬火应力；）减少和消除淬火应力；2 2）稳定工件尺寸，防止变形和开裂）稳定工件尺寸，防止变形和开裂；3 3）获获得得工工件件所所需需的的组组织织和和性性能能；即即获获得得要要求求的的强强度度、硬硬度和韧性。度和韧性。第十二页，本课件共有26页 回火的种类及应用：回火的种类及应用：1 1）低低温温回回火火。加加热热温温度度为为1501502502500 0C C，得得到到碳碳的的过过饱饱和和程程度度稍稍小小的的固固溶溶体体回回火火马马氏氏体体，硬硬度度较较高高，在在HRC58HRC586464之之间间，高高耐耐磨磨性性。可可消消除除一一定定的的残残余余应应力力，韧韧性性有有所所改改善善。用

15、用于于各各类类高高碳碳钢钢的工具、模具、量具。的工具、模具、量具。2 2）中中温温回回火火。加加热热温温度度为为3503505005000 0C C，得得到到极极细细颗颗粒粒状状渗渗碳碳体体和和铁铁素素体体的的混混合合物物回回后后火火托托氏氏体体，有有极极高高的的弹弹性性极极限限和和屈屈服服强强度度，也也有有较较好好的的韧韧性性。硬硬度度在在HRC35HRC354545；用用于于各各种种弹弹簧簧、弹弹簧簧夹头夹头及及锻锻模。模。3 3）高高温温回回火火。加加热热温温度度为为5005006506500 0C C，得得到到细细而而均均匀匀的的颗颗粒粒状状渗渗碳碳体体和和铁铁素素体体的的混混合合物物

16、-回回火火索索氏氏体体，有有较较高高的的强强度度和和硬硬度度，又又有有较较好好的的韧韧性性和和塑塑性性。工工厂厂一一般般把把淬淬火火和和高高温温回回火火叫叫调调质质处处理理。用用于于重重要要的的零零件件如如轴轴、齿齿轮轮、连连杆杆和和螺螺栓。栓。第十三页，本课件共有26页2.22.2.化学热处理化学热处理 是是通通过过改改变变工工件件表表层层化化学学成成分分、组组织织和和性性能能的的金金属属热热处处理工艺。理工艺。将将工工件件置置于于一一定定温温度度下下的的含含碳碳、氮氮或或其其它它合合金金元元素素的的活活性性介介质质(气气体体、液液体体、固固体体)中中加加热热和和保保温温，从从而而使使工工件

17、件表表层层渗渗入入碳碳、氮氮、硼硼和和铬铬等等元元素素。渗渗入入元元素素后后，有有时时还还要要进进行行其其它它热热处处理理工工艺艺如如淬火及回火。淬火及回火。提高工件表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性能等等。提高工件表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性能等等。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗铝、渗硼、渗釩等。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗铝、渗硼、渗釩等。第十四页，本课件共有26页 2.2.1渗碳渗碳 在富碳的介质中使碳渗入低碳钢（在富碳的介质中使碳渗入低碳钢（C0.1%0.3%）或低）或低合金钢的表面，使表面层碳浓度达到合金钢的表面，使表面层碳浓度达到0.81.2%，再经过淬火，再经过淬火和回火

18、后，表面层获得高的硬度、耐磨性和疲劳强度，而和回火后，表面层获得高的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部保持高的韧性。心部保持高的韧性。发生下列化学反应：发生下列化学反应：C+O2CO2 CO2+C 2CO 2CO CO2+C第十五页，本课件共有26页 2.2.2碳氮共渗碳氮共渗在一定温度下，同时将碳、氮原子渗入工件表面，并以渗碳在一定温度下，同时将碳、氮原子渗入工件表面，并以渗碳为主的化学热处理工艺。为主的化学热处理工艺。优点优点 碳氮共渗与渗碳相比，主要有如下优点：碳氮共渗与渗碳相比，主要有如下优点：1.渗层性能好。两者渗层硬度差别不大，但碳氮共渗层的渗层性能好。两者渗层硬度差别不大，但碳氮共渗

19、层的 耐磨性、耐蚀性及疲劳强度比渗碳层高。耐磨性、耐蚀性及疲劳强度比渗碳层高。2.渗入速度快。碳、氮原子同时渗入，能相互促进渗入过程渗入速度快。碳、氮原子同时渗入，能相互促进渗入过程;3.工件变形小。碳氮共渗温度一般低于渗碳温度。工件变形小。碳氮共渗温度一般低于渗碳温度。三民公司有盐浴碳氮共渗、多用炉渗碳、三民公司有盐浴碳氮共渗、多用炉渗碳、多用炉碳氮共渗等加工方式。多用炉碳氮共渗等加工方式。第十六页，本课件共有26页3 3.硬度检查硬度检查 硬度硬度指金属材料抵抗外物压入其表面的能力，也是衡量金属指金属材料抵抗外物压入其表面的能力，也是衡量金属材料软硬程度的一种力学性能指标。工程上常用的有布

20、氏硬度、材料软硬程度的一种力学性能指标。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。洛氏硬度和维氏硬度。1 1）布布氏氏硬硬度度HBS(HBW)HBS(HBW)。布布氏氏硬硬度度是是在在布布氏氏硬硬度度计计上上进进行行测测量量的的，用用一一定定直直径径的的钢钢球球或或硬硬质质合合金金球球为为压压头头，以以相相应应的的实实验验力力压压入入试试样样表表面面，保保持持规规定定的的时时间间后后，卸卸除除实实验验力力，在在试试样样表表面面形形成成压压痕痕，以以压痕球形表面所承受的平均负荷作为布氏硬度值，如图压痕球形表面所承受的平均负荷作为布氏硬度值，如图3-13-1示。示。图图3-1 布氏硬度实验原理图

21、布氏硬度实验原理图实验力（实验力（kgf）；）；球体直径（球体直径（mm）；）；压痕平均直径（压痕平均直径（mm）。）。式中式中第十七页，本课件共有26页 在做布氏试验时，只需测量出在做布氏试验时，只需测量出d值即可从有关表格上查出相值即可从有关表格上查出相应的布氏硬度值。压头为钢球时，为应的布氏硬度值。压头为钢球时，为HBS，适用于布氏硬度，适用于布氏硬度450以以下的材料；压头为硬质合金球时，为下的材料；压头为硬质合金球时，为HBW，适用于布氏硬度，适用于布氏硬度650以以下的材料。下的材料。优点：测量结果准确，缺点：压痕大，不适合成品检验。优点：测量结果准确，缺点：压痕大，不适合成品检验

22、。第十八页，本课件共有26页 2）洛氏硬度）洛氏硬度 洛氏硬度是用压头压入的压痕深度作为测量硬度值的依据。洛氏硬度是用压头压入的压痕深度作为测量硬度值的依据。可以直接从洛氏硬度计的表盘上读出，它是一个相对值，人们可以直接从洛氏硬度计的表盘上读出，它是一个相对值，人们规定每规定每0.002mm压痕深度为一个洛氏硬度单位。压痕深度为一个洛氏硬度单位。洛氏硬度用洛氏硬度用HRA、HRB和和HRC来表示。来表示。表面洛氏硬度表面洛氏硬度HR15N、HR30N、HR45N、HR15T等等等等 HRC采用顶角为采用顶角为120的金刚石圆锥体为压头，施加的金刚石圆锥体为压头，施加150kgf的的外力，主要用

23、于淬火钢等较硬材料的测定，常用硬度值为外力，主要用于淬火钢等较硬材料的测定，常用硬度值为20-67HRC；HRA采用外加载荷为采用外加载荷为60kgf，用于测量高硬度薄层，常用硬度，用于测量高硬度薄层，常用硬度值为值为70-85HRA；HRB采用直径采用直径1.588mm的钢球，的钢球，100kgf的外加载荷，用于硬的外加载荷，用于硬度较低的材料，常用硬度值为度较低的材料，常用硬度值为25-100HRB。第十九页，本课件共有26页洛氏硬度优缺点洛氏硬度优缺点优点：优点：1.洛氏硬度有许多不同的标尺，压头有硬质、软质多种，洛氏硬度有许多不同的标尺，压头有硬质、软质多种，可以测出从极软到极硬材料的

24、硬度；可以测出从极软到极硬材料的硬度；2.压痕小，可在成品零件上检测压痕小，可在成品零件上检测；3.测量迅速简便测量迅速简便 缺点：缺点：洛氏硬度有许多不同的标尺，其硬度值无法统一洛氏硬度有许多不同的标尺，其硬度值无法统一第二十页，本课件共有26页3 3）维氏硬度）维氏硬度HVHV 测测试试的的基基本本原原理理与与布布氏氏硬硬度度相相同同，但但压压头头采采用用锥锥面面夹夹角角136136的金刚石正四棱锥体。的金刚石正四棱锥体。维氏硬度试验所用载荷小，压痕深度浅。维氏硬度试验所用载荷小，压痕深度浅。适适用用于于低低载载荷荷维维氏氏硬硬度度测测定定表表面面淬淬火火时时硬硬化化层层深深度度和和渗渗碳

25、、渗氮件表面硬度以及小件、薄件硬度等。碳、渗氮件表面硬度以及小件、薄件硬度等。优缺点：优缺点：1.1.试试验验载载荷荷可可任任意意选选择择，(从从1kg50kg,1kg50kg,以以及及10g1000g)10g1000g)故可测硬度范围宽，故可测硬度范围宽，2.2.材质不论软硬，测量数据稳定可靠，精度高。材质不论软硬，测量数据稳定可靠，精度高。3.3.工作效率较低。工作效率较低。第二十一页，本课件共有26页4 4 金属材料的分类金属材料的分类 金属材料金属材料碳素钢碳素钢合金钢合金钢碳素结构钢碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊性能钢特殊性能钢铸铁：灰口铸

26、铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁铸铁：灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁有色金属：铜合金、铝合金等有色金属：铜合金、铝合金等钢钢第二十二页，本课件共有26页 4.1碳素钢的分类及牌号T7、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13说明举 例形状复杂的需要采用铸造成形的钢质零件（参见 GB11352-89ZG230-450、ZG270500、ZG310-570、ZG340-640表示屈服强度为200MPa、抗拉强度为400MPa的碳素铸钢ZG200-400一般工程铸造碳钢制造需较高硬度、耐磨性、又能承受一定冲击的工具，如手锤、冲头等（参见 GB1298-86）表示平均Wc为千分之8的碳素

27、工具钢，A表示高级优质T8T8A碳素工具钢用于制造曲轴、传动轴、齿轮、连杆等重要零件（参见 GB699-88）08F、10、20、35、40、50、60、65表示平均Wc为万分之45的优质碳素结构钢 45优质碳素结构钢一般以型材供应的工程结构件，制造不太重要的机械零件及焊接件（参见 GB700-88）Q195、Q215A，Q235B、Q255A、Q255B、Q275等屈服点为235MPa、质量为A级的沸腾钢Q235-A 碳素结构钢用 途常 用 牌 号编 号 方 法分 类第二十三页，本课件共有26页4.2 4.2 合金钢分类和牌号合金钢分类和牌号 4.2.1.分类分类合金结构钢合金结构钢合金工具

28、钢合金工具钢特殊性能钢特殊性能钢建筑及工程用钢或构件用钢建筑及工程用钢或构件用钢机器制造用钢机器制造用钢渗碳钢渗碳钢调质钢调质钢弹簧钢弹簧钢滚动轴承钢滚动轴承钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢磁钢磁钢 按用途分按用途分:第二十四页，本课件共有26页 4.2.2合金钢的牌号1 1）低合金高强度结构钢）低合金高强度结构钢Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q460Q4602 2）合金结构钢）合金结构钢 （1 1）渗碳钢）渗碳钢 20Cr20Cr、SCM415SCM415、20Mn220Mn2、20MnV20MnV、20CrMnTi20CrM

29、nTi等等 （2 2）调质钢）调质钢 40Cr40Cr、42SiMn42SiMn、35CrMo35CrMo等等 （3 3）弹簧钢）弹簧钢 65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn （4 4）滚动轴承钢）滚动轴承钢 GCr9GCr9、GCr9SiMnGCr9SiMn、GCr15GCr15等等 （5 5）低合金刃具钢）低合金刃具钢 9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V等等 （6 6）高速钢）高速钢 W18Cr4VW18Cr4V 不锈钢牌号前的数字表示平均碳质量分数的千倍。当不锈钢牌号前的数字表示平均碳质量分数的千倍。当 Wc0.03%Wc0.03%或或Wc0.08%Wc0.08%者，在牌号前分别冠以者，在牌号前分别冠以“00”00”或或“0”0”。第二十五页，本课件共有26页感感谢谢大大家家观观看看第二十六页，本课件共有26页