第二章-金属材料热处理课件.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 金属热处理可分为 整体处理、表面热处理和化学热处理。整体处理包括：退火、正火、淬火和回火等；表面热处理和化学热处理表面热处理和化学热处理 主要有表

3、面淬火、渗碳和渗氮等工艺。主要有表面淬火、渗碳和渗氮等工艺。钢加热和冷却时的温度变化曲线见钢加热和冷却时的温度变化曲线见图图3-23-2。由图可见，要想使共析钢转变为奥氏体，必须由图可见，要想使共析钢转变为奥氏体，必须将钢加热到将钢加热到A Ac1c1以上；对于亚共析钢必须加热到以上；对于亚共析钢必须加热到A Ac3c3以上。否则，难以达到应有的热处理效果以上。否则，难以达到应有的热处理效果。2 2 退火和正火退火和正火一、退火一、退火 退退火火是是将将金金属属和和合合金金加加热热到到适适当当温温度度，保保温温一一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。按金属成分和

4、性能要求的不同，退火可分为按金属成分和性能要求的不同，退火可分为:1.1.完完全全退退火火 将将铁铁碳碳合合金金完完全全奥奥氏氏体体化化，随随之之缓缓慢慢冷冷却却，获获得得接接近近平平衡衡状状态态组组织织的的退退火火工工艺艺。完完全全退退火火的的目目的的是是通通过过完完全全重重结结晶晶细细化化晶晶粒粒，降降低低硬硬度度，改改善善切切削削性性能能。完全退火完全退火主要用于亚共析钢的铸、锻件主要用于亚共析钢的铸、锻件。2.2.球球化化退退火火 使使钢钢件件中中碳碳化化物物球球状状化化而而进进行行的的退退火火工工艺艺。球球化化退退火火主主要要用用于于过过共共析析钢钢，目目的的是是使使网网状状渗渗碳碳

5、体体球球状状化化，降降低低硬硬度度、提提高高韧韧性性，改改善善切切削削性性能能，为为淬淬火火作作组组织准备。织准备。3.3.去应力退火去应力退火 为了去除由于塑性变形加工、焊接等为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。主要造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。主要用用于消除铸件、锻件、焊接件和切削件的残余应力于消除铸件、锻件、焊接件和切削件的残余应力。二、正火二、正火二、正火二、正火正火是将钢材或钢件加热到或Accm以上3050，保温适 当 的 时 间 后，在 静 止 空 气 中 冷 却 的 热 处 理 工 艺。把钢件加热到以上100150的正火则称为

6、高温正火。二 、回火 回回回回火火火火是是是是钢钢钢钢件件件件淬淬淬淬硬硬硬硬后后后后，再再再再加加加加热热热热至至至至Ac1Ac1Ac1Ac1以以以以下下下下的的的的某某某某一一一一温温温温度度度度，保保保保温温温温一一一一定定定定时时时时间，然后冷却到室温的热处理工艺。间，然后冷却到室温的热处理工艺。间，然后冷却到室温的热处理工艺。间，然后冷却到室温的热处理工艺。其目的是稳定组织，减少内应力，降低脆性，获得所需性能。其目的是稳定组织，减少内应力，降低脆性，获得所需性能。其目的是稳定组织，减少内应力，降低脆性，获得所需性能。其目的是稳定组织，减少内应力，降低脆性，获得所需性能。下表为常见的回

7、火方法及其应用。下表为常见的回火方法及其应用。下表为常见的回火方法及其应用。下表为常见的回火方法及其应用。回火方法 加热温度 （）力学性能 特点应用范围 硬度 （HRC）低温回火低温回火150250 高硬度、耐高硬度、耐磨性磨性刃具、量具、刃具、量具、冷冲模等冷冲模等5865中温回火中温回火350500高弹性、韧高弹性、韧性性弹簧、钢丝弹簧、钢丝绳等绳等3550高温回火高温回火500650良好的综合良好的综合力学性能力学性能连杆、齿轮连杆、齿轮及轴类及轴类20304 表面热处理和化学热处理 一、表面淬火一、表面淬火 表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺。表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺。目

8、目的的：为为了了获获得得高高硬硬度度的的表表面面层层和和有有利利的的残残余余应应力力分分布，提高工件的硬度和耐磨性。布，提高工件的硬度和耐磨性。表面淬火加热的方法很多，如表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热感应加热、火焰加热、电接触加热、激光加热电接触加热、激光加热等。等。二、化学热处理二、化学热处理 化化学学热热处处理理是是将将金金属属和和合合金金工工件件置置于于一一定定温温度度的的活活性性介介质质中中保保温温，使使一一种种或或几几种种元元素素渗渗入入它它的的表表层层，以以改改变变其其化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学成分、组织和性能的热处理工艺。常用的有常用的有渗碳、渗氮、碳氮

9、共渗和渗金属元素渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等等。第一节钢在加热时的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冷却冷却时时：Ar1、Ar3、Arcm钢加热（冷却）时FeFe3C状态图影响A转变速度的因素 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节钢在冷却时的组

10、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PP型型组织组织F+F+层层片状片状 FeFe3 3C C珠光体珠光体 P索氏体索氏体 S屈氏体屈氏体 T层层片片间间距：距：P 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FeFe，C 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（550M550MS S

11、）CC原子原子扩扩散，散，FeFe原原子不子不扩扩散散22 钢在冷却时的组织转变连续冷却转变方法 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连续冷却转变产物 22 钢在冷却时的组织转变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

12、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。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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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。（