金属工艺学课件3分解优秀PPT.ppt

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1、第一章 钢的热处理学习目标重点难点主要内容思索与练习本章小结学习目标学习目标了解金属材料与热处理的目的和方法；了解金属材料与热处理的目的和方法；金属材料与热处理的工艺编制；金属材料与热处理的工艺编制；热处理的新工艺、新技术；热处理的新工艺、新技术；重点难点重点难点驾驭金属材料与热处理的原理和主要内容；驾驭钢的基本热处理工艺方法（退火、正火、淬火、回火）；主要内容其次节其次节 钢的退火与正火钢的退火与正火第一节第一节 钢的热处理及基本原理钢的热处理及基本原理第四节第四节 钢的表面热处理钢的表面热处理第三节第三节 钢的淬火与回火钢的淬火与回火第五节第五节 钢的热处理新工艺简介和缺陷分析钢的热处理新

2、工艺简介和缺陷分析第一节 钢的热处理及基本原理 一、钢在加热时的组织转变；一、钢在加热时的组织转变；二、钢在冷却时得组织转变；二、钢在冷却时得组织转变；2.1.1 2.1.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变（一）奥氏体的形成（一）奥氏体的形成（三）奥氏体晶粒长大及其限制（三）奥氏体晶粒长大及其限制（二）影响奥氏体转变的因素（二）影响奥氏体转变的因素 基本概念：基本概念：大多数机械零件的热处大多数机械零件的热处理都是须要加热到相变点理都是须要加热到相变点以上温度，使其全部或部以上温度，使其全部或部分得到匀整的奥氏体组织，分得到匀整的奥氏体组织，以便接受适当的冷却方式，以便接受适当的冷却

3、方式，获的须要的组织结构。获的须要的组织结构。金属材料在加热或冷却金属材料在加热或冷却过程中，发生相变的温度过程中，发生相变的温度称为临界点（或相变点）。称为临界点（或相变点）。如图所示：如图所示：n n （1 1）钢铁材料的理论临界点是）钢铁材料的理论临界点是A1A1、A3A3、AcmAcm；n n （2 2）钢铁材料实际加热时的临界点标注是）钢铁材料实际加热时的临界点标注是Ac1Ac1、Ac3Ac3、AccmAccm；n n （3 3）钢铁材料实际冷却时的临界点标注是）钢铁材料实际冷却时的临界点标注是Ar1Ar1、Ar3Ar3、Arcm.Arcm.（一）奥氏体的形成（一）奥氏体的形成 钢的

4、奥氏体化：钢从室温缓慢加热，最终转变钢的奥氏体化：钢从室温缓慢加热，最终转变为奥氏体的过程，称为钢的奥氏体化。为奥氏体的过程，称为钢的奥氏体化。现已共析钢为例，将钢加热前原始组织为珠光现已共析钢为例，将钢加热前原始组织为珠光体转变为奥氏体的全过程用以下四个步骤来描述。体转变为奥氏体的全过程用以下四个步骤来描述。如图所示如图所示 ：奥氏体晶核的形成；奥氏体晶核的形成；奥氏体晶核的长大；奥氏体晶核的长大；残余渗碳体的溶解；残余渗碳体的溶解；奥氏体成分的匀整化。奥氏体成分的匀整化。（二）影响奥氏体转变的因素（二）影响奥氏体转变的因素n n 1 1加热温度和加热速度的影响；加热温度和加热速度的影响；n

5、 n 2 2化学成分的影响；化学成分的影响；n n 3 3原始组织的影响。原始组织的影响。（三）奥氏体晶粒长大及其限制 1作用：限制奥氏体晶粒大小，是改善钢的组织和提高钢的性能的重要途径。2奥氏体晶粒大小：实际晶粒度：在实际的加热调价下获得的奥氏体晶粒大小称为“实际晶粒度”。通常实际晶粒度都大于其实晶粒度。GB6394-86金属平均晶粒度测定方法规定，晶粒度分为00、0、1、10级，共12级；级数高，晶粒细小，10级为最细晶粒。3 3奥氏体晶粒大小的限制：奥氏体晶粒大小的限制：（1 1）合理选择加热温度和保温时间；）合理选择加热温度和保温时间；（2 2）加入合金元素：例如：铬、钨、钼、钛等与）

6、加入合金元素：例如：铬、钨、钼、钛等与碳结合力强的合金元素；碳结合力强的合金元素；（3 3）合理选择原始组织。）合理选择原始组织。2.1.2 2.1.2 钢在冷却时的组织变更钢在冷却时的组织变更（一）过冷奥氏体的等温转变（一）过冷奥氏体的等温转变（二）过冷奥氏体的连续冷却转变（二）过冷奥氏体的连续冷却转变（三）马氏体转变（三）马氏体转变（一）过冷奥氏体的等温转变（一）过冷奥氏体的等温转变 1 1奥氏体等温转变图（奥氏体等温转变图（C C曲线）曲线）奥氏体等温转变图是表示过冷奥氏体在不同过冷奥氏体等温转变图是表示过冷奥氏体在不同过冷度下的等温过程中，转变温度、转变时间与转变度下的等温过程中，转变

7、温度、转变时间与转变产物及产物量（转变起先及终了）的关系曲线图，产物及产物量（转变起先及终了）的关系曲线图，又称为又称为C C曲线图。曲线图。n n （1 1）A1A1线表示奥氏体与珠光体的平衡温度：左线表示奥氏体与珠光体的平衡温度：左边的一条边的一条C C曲线为转变起先线；右边一条曲线为转变起先线；右边一条C C曲线为曲线为转变终了线；转变终了线；n n （2 2）MsMs线表示奥氏体向马氏体转变的起先线。线表示奥氏体向马氏体转变的起先线。在在A1A1线上部为奥氏体稳定区；转变起先想左边是线上部为奥氏体稳定区；转变起先想左边是过冷奥氏体区；转变起先想和转变终了线之间为过冷奥氏体区；转变起先想

8、和转变终了线之间为奥氏体和转变产物的混合区；转变终了线右边为奥氏体和转变产物的混合区；转变终了线右边为转变产物区。转变起先线与纵坐标之间的距离，转变产物区。转变起先线与纵坐标之间的距离，表示过冷奥氏体转变所需的孕育期；表示过冷奥氏体转变所需的孕育期；n n n n （3 3）“鼻尖鼻尖”：550550左右，曲线上出现一个左右，曲线上出现一个拐点拐点,俗称俗称C C曲线的曲线的“鼻尖鼻尖”此处的孕育期最短，此处的孕育期最短，过冷奥氏体最不稳定，转变速度也最快，这是因过冷奥氏体最不稳定，转变速度也最快，这是因为过冷奥氏体的转变也遵循结晶的基本规律；为过冷奥氏体的转变也遵循结晶的基本规律；2 2过冷

9、奥氏体等温转变产物的组织形态及性能过冷奥氏体等温转变产物的组织形态及性能n n 从从C C曲线图可知，随着过冷奥氏体等温转变温曲线图可知，随着过冷奥氏体等温转变温度的不同，等温转变分为高温等温转变和中温等度的不同，等温转变分为高温等温转变和中温等温转变：温转变：n n （1 1）高温等温转变（珠光体转变）。高温等）高温等温转变（珠光体转变）。高温等温转变温度范围在温转变温度范围在A1A1550550之间，由于转变温度之间，由于转变温度较高，远在具有较强的扩散实力，其转变为扩散较高，远在具有较强的扩散实力，其转变为扩散型转变，转变产物为铁素体薄层与渗碳体薄层交型转变，转变产物为铁素体薄层与渗碳体

10、薄层交替重叠的层状组织，通常把这些层近距不同的珠替重叠的层状组织，通常把这些层近距不同的珠光体组织分别称为珠光体（光体组织分别称为珠光体（P P）、索氏体（）、索氏体（S S）和）和托氏体（托氏体（T T）。）。n n 珠光体层间距离越小，相界面越多，塑性变珠光体层间距离越小，相界面越多，塑性变形抗力越大，强度硬度越高，同时塑性、韧性也形抗力越大，强度硬度越高，同时塑性、韧性也有所提高。有所提高。n n （2 2）中等温转变（贝氏体转变）中等温转变）中等温转变（贝氏体转变）中等温转变的温度范围在的温度范围在550550MsMs之间。由于等温温度不同，之间。由于等温温度不同，贝氏体的形态也不同，

11、分别称为上贝氏体和下贝贝氏体的形态也不同，分别称为上贝氏体和下贝氏体。氏体。n n 上贝氏体形成温度范围在上贝氏体形成温度范围在550550330330之间，之间，原子扩散实力弱，渗碳体微粒已很难集聚长大成原子扩散实力弱，渗碳体微粒已很难集聚长大成片状，其典型形态称羽毛状，塑性和韧性较差。片状，其典型形态称羽毛状，塑性和韧性较差。下贝氏体形成温度在下贝氏体形成温度在550550MsMs之间，原子扩散更之间，原子扩散更困难，其典型形态为黑色针状，强度较高，塑性、困难，其典型形态为黑色针状，强度较高，塑性、韧性也较好，既具有较好的综合实力。韧性也较好，既具有较好的综合实力。n n 3 3亚共析钢、

12、过共析钢的等温转变图亚共析钢、过共析钢的等温转变图n n 亚共析钢、过共析钢的经奥氏体转变后，缓亚共析钢、过共析钢的经奥氏体转变后，缓慢冷却时，首先有铁素体或渗碳体从奥氏体中析慢冷却时，首先有铁素体或渗碳体从奥氏体中析出，说明亚共析钢和过共析钢的过冷奥氏体的稳出，说明亚共析钢和过共析钢的过冷奥氏体的稳定性比共析钢差。定性比共析钢差。n n 4 4影响过冷奥氏体等温转变的因素影响过冷奥氏体等温转变的因素n n（1 1）碳的质量分数的影响）碳的质量分数的影响n n（2 2）合金元素的影响）合金元素的影响n n （二）过冷奥氏体的连续（二）过冷奥氏体的连续冷却转变冷却转变n n 过冷奥氏体的连续冷却

13、转过冷奥氏体的连续冷却转变图：表示钢奥氏体化后，在变图：表示钢奥氏体化后，在不同冷却速度的连续冷却条件不同冷却速度的连续冷却条件下，过冷奥氏体转变起先及转下，过冷奥氏体转变起先及转变终了的时间与转变温度之间变终了的时间与转变温度之间的关系曲线称为过冷奥氏体的的关系曲线称为过冷奥氏体的连续冷却转变图，简称连续冷连续冷却转变图，简称连续冷却转变图。如图所示：却转变图。如图所示：n n （1 1）连续冷却转变图的特征：在高温区，组织）连续冷却转变图的特征：在高温区，组织转变起先线和转变终了线都滞后，向右下移动；转变起先线和转变终了线都滞后，向右下移动；在中温区，没有贝氏体转变区，及共析钢在连续在中温

14、区，没有贝氏体转变区，及共析钢在连续冷却时不发生贝氏体抓变；当冷却速度达到确定冷却时不发生贝氏体抓变；当冷却速度达到确定值时，奥氏体被过冷至低温发生马氏体转变。值时，奥氏体被过冷至低温发生马氏体转变。n n （2 2）在生产实际中，常利用同钢种的等温转变）在生产实际中，常利用同钢种的等温转变曲线来定性的分析过冷奥氏体连续冷却转变产物曲线来定性的分析过冷奥氏体连续冷却转变产物的祖师和性能的祖师和性能 。n n 2 2过冷奥氏体的连续冷却转产物的组织的性能过冷奥氏体的连续冷却转产物的组织的性能n n 以共析钢为例来说明：以共析钢为例来说明：v1v1、v2v2、v3v3、v4v4、vkvk分别表示不

15、同的冷却速度曲线，其中分别表示不同的冷却速度曲线，其中v1v1v2v2v3v3v4v4n n （1 1）v1v1相当于随炉温冷却的状况，与曲线相交相当于随炉温冷却的状况，与曲线相交于于700700600600左右，可推断出连续冷却转变产左右，可推断出连续冷却转变产物的组织为珠光体，硬度为物的组织为珠光体，硬度为2525220HBS220HBS；n n （2 2）v2v2相当于空气中冷却的状况，与曲线相交相当于空气中冷却的状况，与曲线相交于于650650600600，可推断出连续冷却转变产物的，可推断出连续冷却转变产物的组织为索氏体，硬度为组织为索氏体，硬度为252535HRC35HRC；n n

16、 （3 3）v3v3相当于油中冷却的状况，先于转变起相当于油中冷却的状况，先于转变起先线相交，但没有与转变终了线相交，然后很快先线相交，但没有与转变终了线相交，然后很快冷却与冷却与MsMs线相交。推断出连续冷却转变产物的组线相交。推断出连续冷却转变产物的组织为托氏体和马氏体混合物，硬度为织为托氏体和马氏体混合物，硬度为454555HRC55HRC；n n （4 4）V4V4相当于水中冷却的状况，与曲线不相相当于水中冷却的状况，与曲线不相交，冷却很快，干脆与交，冷却很快，干脆与MsMs线相交，推断连续冷却线相交，推断连续冷却转变产物的组织为马氏体和少量残余奥氏体，硬转变产物的组织为马氏体和少量残

17、余奥氏体，硬度为度为555565HRC65HRC；n n （5 5）VkVk与与C C曲线曲线“鼻尖鼻尖”部相切，它表示使过部相切，它表示使过冷奥氏体在连续冷却过程中不分解，而全部冷至冷奥氏体在连续冷却过程中不分解，而全部冷至MsMs以下转变为马氏体的最小冷却速度，即钢在淬以下转变为马氏体的最小冷却速度，即钢在淬火时为抑制非马氏体转变所需的最小冷却速度，火时为抑制非马氏体转变所需的最小冷却速度，称为该钢的马氏体临界冷却速度。称为该钢的马氏体临界冷却速度。n n（三）马氏体转变（三）马氏体转变n n 马氏体转变：钢经奥氏体化后，当冷却速度马氏体转变：钢经奥氏体化后，当冷却速度大于大于VkVk时，

18、奥氏体很快被过冷到时，奥氏体很快被过冷到MsMs温度，因温度温度，因温度较低，只有铁原子晶格的重建，过冷奥氏体中的较低，只有铁原子晶格的重建，过冷奥氏体中的碳原子已不能扩散，被迫保留到碳原子已不能扩散，被迫保留到-Fe-Fe中，以铁中，以铁碳合金而言，这种碳在碳合金而言，这种碳在-Fe-Fe中过饱和的固溶体中过饱和的固溶体称为马氏体，用符号称为马氏体，用符号“M”“M”表示，是一种单项的表示，是一种单项的亚稳组织，这一转变称为马氏体。亚稳组织，这一转变称为马氏体。n n1 1马氏体转变的特点：马氏体转变的特点：n n （1 1）马氏体转变是非扩散型的转变；）马氏体转变是非扩散型的转变；n n

19、（2 2）转变是在一个温度范围内连续冷却过程中）转变是在一个温度范围内连续冷却过程中进行的；进行的；n n2 2马氏体的组织形态和性能马氏体的组织形态和性能n n （1 1）马氏体是碳在）马氏体是碳在-Fe-Fe中德过饱和固溶体，中德过饱和固溶体，马氏体晶格畸变则随碳过饱和度的增加而增加。马氏体晶格畸变则随碳过饱和度的增加而增加。当当WcWc0.25%0.25%时，马氏体晶格时，马氏体晶格c/ac/a1 1，即成了体心，即成了体心正方晶格。正方晶格。n n （2 2）依据组织形态的不同，马氏体通常可分为）依据组织形态的不同，马氏体通常可分为板条马氏体（低碳马氏体）和片状（针状）马氏板条马氏体（

20、低碳马氏体）和片状（针状）马氏体（高碳马氏体）两种：体（高碳马氏体）两种：n n （1 1）板条马氏体有一束束平行的长条状晶体）板条马氏体有一束束平行的长条状晶体组成，其单个警惕的立方体形态为板条状，在光组成，其单个警惕的立方体形态为板条状，在光学显微镜下视察看到的是边缘不规则的块状，故学显微镜下视察看到的是边缘不规则的块状，故称为块状马氏体。这种马氏体主要产生于低碳钢称为块状马氏体。这种马氏体主要产生于低碳钢的淬火组织中。的淬火组织中。n n （2 2）片状（针状）马氏体游湖成确定角度的）片状（针状）马氏体游湖成确定角度的针状晶体组成，其单个晶体的立方形态呈双凸透针状晶体组成，其单个晶体的立

21、方形态呈双凸透镜状，因每个马氏体的厚度与径向尺寸相比很小，镜状，因每个马氏体的厚度与径向尺寸相比很小，所以粗略地说是片状。所以粗略地说是片状。n n （3 3）特点：低碳板条马氏体具有较高的硬度、）特点：低碳板条马氏体具有较高的硬度、较高强度与较好塑性和韧性相协作的综合力学性较高强度与较好塑性和韧性相协作的综合力学性能。片状马氏体具有比板条马氏体更高的硬度，能。片状马氏体具有比板条马氏体更高的硬度，但塑性和韧性较差，脆性较大。但塑性和韧性较差，脆性较大。其次节 钢的退火与正火 一、钢的退火；一、钢的退火；二、钢的正火；二、钢的正火；三、退火与正火的选择三、退火与正火的选择。1 定义：定义：将钢

22、加热到适当温度，保持确定时间，将钢加热到适当温度，保持确定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。然后缓慢冷却的热处理工艺。2 目的：目的：降低硬度，便于切削加工（适宜的加工硬度为降低硬度，便于切削加工（适宜的加工硬度为170HB230HB）；）；细化晶粒，匀整钢的组织和成分，改善钢的力学性能；细化晶粒，匀整钢的组织和成分，改善钢的力学性能；消退内应力，以防止变形和开裂；消退内应力，以防止变形和开裂；为最终热处理做好组织准备。为最终热处理做好组织准备。3 种类：种类：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火和扩散退火 等多种。2.2.1 钢的退火钢的退火 软化软化温度时间（h）加热保温冷却1 定义：定

23、义：将钢加加热到Ac3或Accm以上3050，保 温适当时间后在空气中冷却的热处理工艺。2 目的：目的：细化晶粒、调整硬度；细化晶粒、调整硬度；消退碳化物网，为后续加工及球化退火、淬火等做消退碳化物网，为后续加工及球化退火、淬火等做 好组织准备。好组织准备。3 优点：操作简便、生产效率高，成本低。2.2.2 钢的正火钢的正火 硬化硬化2.2.3 退火与正火的选则 在选择退火或正火时应考虑以下几点：（1）切削加工性能：低碳钢、低碳合金钢应选正火作为预备热处理，中碳钢也可选用正火；而Wc0.5%的碳钢、中碳以上的合金钢应选用退火作为预备热处理；（2）零件形态：对于形态困难的零件或大型铸件、正火有可

24、能因为内应力太大而引起开裂，则应选择退火；（3）经济性：正火比退火操作简便，生产周期短，成本低，在满足要求的状况下，应尽量选用正火，以降低生产成本。第三节 钢的淬火与回火 一、淬火；一、淬火；二、回火；二、回火；2.3.1 2.3.1 淬火淬火n n 定义：定义：淬火时将钢件加热到相变点淬火时将钢件加热到相变点Ac3Ac3或或Ac1Ac1以上某一温度，保温后以适当速度冷却，获得马以上某一温度，保温后以适当速度冷却，获得马氏体或下贝氏体的热处理工艺。氏体或下贝氏体的热处理工艺。n n （一）淬火的目的；（一）淬火的目的；n n （二）淬火工艺；（二）淬火工艺；n n （三）淬火方法及其应用；（三

25、）淬火方法及其应用；n n （四）淬透性与淬硬性。（四）淬透性与淬硬性。n n （一）淬火的目的：（一）淬火的目的：n n （1 1）主要是使钢件得到马氏体（或下贝氏体）主要是使钢件得到马氏体（或下贝氏体）组织，然后与适当的回火相协作，以获得机械零组织，然后与适当的回火相协作，以获得机械零件所需的运用性能。件所需的运用性能。n n （2 2）淬火与回火是强化钢材、提高机械零件运）淬火与回火是强化钢材、提高机械零件运用寿命的重要手段，它们通常作为钢件的最终热用寿命的重要手段，它们通常作为钢件的最终热处理。处理。（二）淬火工艺（二）淬火工艺 1 1、淬火加热、淬火加热 （1 1）淬火加热温度的确定

26、）淬火加热温度的确定 亚共析钢：亚共析钢：Ac3+Ac3+（30305050）；）；共析钢和过共析钢：共析钢和过共析钢：Ac1+Ac1+（30305050）。）。（2 2）淬火加热保温时间的确定）淬火加热保温时间的确定 目前生产中常接受下列阅历公式估算加热时间：目前生产中常接受下列阅历公式估算加热时间：t=KD t=KD 2 2淬火冷却淬火冷却 为了获得良好的淬火效果，应接受合理的冷却速为了获得良好的淬火效果，应接受合理的冷却速度进行冷却。度进行冷却。淬火介质：钢件淬火冷却所运用的介质称为淬火淬火介质：钢件淬火冷却所运用的介质称为淬火介质。常用的淬火介质有水、水溶液、油、硝盐介质。常用的淬火介

27、质有水、水溶液、油、硝盐浴、碱浴、空气等浴、碱浴、空气等（三）淬火方法及其应用1水冷（或油冷）淬火：水冷（或油冷）淬火是将钢加热到相变点以上某一温度，保温适当时间后，随之在水（或油）中急冷的淬火工艺。2双液淬火（双介质淬火）：将钢奥氏体化后，先侵入一种冷却实力强的介质中，在钢还未达到该淬火介质温度之前取出，立刻侵入另一种冷却实力弱的介质中冷却的淬火工艺。n n3 3马氏体分级淬火（分级淬火）：马氏体分级淬马氏体分级淬火（分级淬火）：马氏体分级淬火是将钢件奥氏体化后，随之侵入温度稍高或稍火是将钢件奥氏体化后，随之侵入温度稍高或稍低于低于MsMs的盐浴或碱浴中，保持适当时间，待钢件的盐浴或碱浴中，

28、保持适当时间，待钢件内外层温度都达到介质温度后取出空冷，以获得内外层温度都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺。马氏体组织的淬火工艺。n n4 4贝氏体等温淬火（等温淬火）：贝氏体等温淬贝氏体等温淬火（等温淬火）：贝氏体等温淬火：是指工件加热奥氏体化后快冷到贝氏体转变火：是指工件加热奥氏体化后快冷到贝氏体转变温度区间等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬温度区间等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺。火工艺。（四）淬透性与淬硬性（四）淬透性与淬硬性n n1 1淬透性的概念：指在规定条件下钢试样淬硬深度和硬淬透性的概念：指在规定条件下钢试样淬硬深度和硬度分布特征的材料特性。度分布特征

29、的材料特性。n n2 2影响淬透性的因素：影响淬透性的因素：（1 1）钢的化学成分；）钢的化学成分；（2 2）奥氏体化温度及保温时间。）奥氏体化温度及保温时间。n n3 3淬透性的应用：淬透性的应用：n n 钢的淬透性是选材和制定热处理工艺规程时钢的淬透性是选材和制定热处理工艺规程时的主要依据，它对钢经热处理后的力学性能有很的主要依据，它对钢经热处理后的力学性能有很大影响。完全淬透的工件，经回火后整个截面上大影响。完全淬透的工件，经回火后整个截面上的力学性能匀整一样；未经淬透的工件，经回火的力学性能匀整一样；未经淬透的工件，经回火后未淬透部分的屈服点（后未淬透部分的屈服点（ss）和在冲击吸取功

30、）和在冲击吸取功（AkAk）均较低）均较低.n n4 4淬硬性的概念淬硬性的概念n n 钢在志向条件下淬火所能达到的最高硬度的钢在志向条件下淬火所能达到的最高硬度的实力称为钢淬硬性。实力称为钢淬硬性。2.3.2 2.3.2 回火回火 定义：回火是指工件淬硬后，加热到定义：回火是指工件淬硬后，加热到Ac1Ac1以下以下的某一温度，保温确定时间，然后冷却到室温的的某一温度，保温确定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。热处理工艺。（一）回火的目的；（一）回火的目的；（二）淬火钢在回火时组织和性能的变更；（二）淬火钢在回火时组织和性能的变更；（三）回火方法及其应用。（三）回火方法及其应用。（一）回火的目

31、的：削减内应力，稳定组织，使工件形态、尺寸稳定；调整组织，消退脆性，以获得工件所需的的运用性能。（二）淬火钢在回火时组织和性能的变更 第一阶段（200）马氏体分解，淬火组织经过回火，转变为回火马氏体组织；其次阶段（200300）残余奥氏体分解，淬火组织经过回火，转变为回火马氏体组织；第三阶段（250400）碳化物转变，淬火组织经过回火，形成回火托氏体组织；第四阶段（400）碳化物聚集长大与铁素体的再结晶，淬火组织经过回火，最终形成回火索氏体组织。（三）回火方法及其应用（三）回火方法及其应用n n 1.1.低温回火低温回火(150(150250)250)淬火钢经低温回火后，获得的组织为回火马氏淬

32、火钢经低温回火后，获得的组织为回火马氏体。体。n n 淬火钢经低温回火后，钢的硬度一般为淬火钢经低温回火后，钢的硬度一般为585862HRC62HRC。低温回火主要用于由高碳钢、合金工具钢。低温回火主要用于由高碳钢、合金工具钢制造的刃具、量具、冷作模具、滚动轴承及渗碳制造的刃具、量具、冷作模具、滚动轴承及渗碳件、表面淬火件等。件、表面淬火件等。2.2.中温回火（中温回火（250250450450）淬火钢经中温回火后，获得的组织为回火托氏淬火钢经中温回火后，获得的组织为回火托氏体。体。淬火钢经中温回火降低了淬火应力，钢的硬度淬火钢经中温回火降低了淬火应力，钢的硬度一般为一般为353550HRC5

33、0HRC。中温回火主要用于处理钢制弹。中温回火主要用于处理钢制弹性元件，如各种卷簧、板簧、弹簧钢丝等。性元件，如各种卷簧、板簧、弹簧钢丝等。3.3.高温回火（高温回火（500500）淬火钢经高温回火后，获得的组织为回火索氏淬火钢经高温回火后，获得的组织为回火索氏体。体。淬火钢经高温回火后，钢的硬度一般为淬火钢经高温回火后，钢的硬度一般为200200330HBW330HBW。高温回火主要用于处理轴类、连杆、螺。高温回火主要用于处理轴类、连杆、螺栓、齿轮等工件。栓、齿轮等工件。第四节 钢的表面热处理 一、钢的表面淬火；一、钢的表面淬火；二、钢的化学热处理；二、钢的化学热处理；2.4.1 2.4.1

34、 钢的表面淬火n n（一）感应加热表面淬火（感应淬火）（一）感应加热表面淬火（感应淬火）；n n（二）火焰淬火（二）火焰淬火 ；钢的表面淬火的基本概念：钢的表面淬火的基本概念：表面淬火：是指仅对工件表层进行淬火的工艺。表面淬火：是指仅对工件表层进行淬火的工艺。表面热处理：为变更工件表面的组织和性能，仅对其表表面热处理：为变更工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺称为表面热处理。面进行热处理的工艺称为表面热处理。表面淬火目的：可使工件表层获得马氏体组织，具有高表面淬火目的：可使工件表层获得马氏体组织，具有高硬度、高耐磨性；内部仍保持淬火前的组织、具有足够的硬度、高耐磨性；内部仍保持淬火

35、前的组织、具有足够的强度和韧性。强度和韧性。分类：按加热方法的不同，表面淬火方法主要有：感应分类：按加热方法的不同，表面淬火方法主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。等。n n（一）感应加热表面淬火（感应（一）感应加热表面淬火（感应淬火）淬火）n n 利用感应电流通过工件所产利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面、局部生的热效应，使工件表面、局部或整体加热并进行快速冷却的淬或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺称为感应加热表面淬火火工艺称为感应加热表面淬火 n n （1 1）感应加热基本原理。如）感应加热基本原理

36、。如图所示：图所示：（2 2）感应淬火的特点。）感应淬火的特点。感应加热表面淬火具有工件加热速度快、时间短，变形感应加热表面淬火具有工件加热速度快、时间短，变形小，具有较好的耐磨性和较低的脆性，基本无氧化和无脱小，具有较好的耐磨性和较低的脆性，基本无氧化和无脱碳特点；碳特点；淬硬层深度简洁限制；淬硬层深度简洁限制；能耗低，生产效率高，易实现机械化和制动化，适宜大能耗低，生产效率高，易实现机械化和制动化，适宜大批量生产。批量生产。感应加热设备较困难，要常常维护，对与困难工件的感感应加热设备较困难，要常常维护，对与困难工件的感应圈不易制作。应圈不易制作。（3 3）感应淬火的应用。感应加热表面淬火主

37、要用于中）感应淬火的应用。感应加热表面淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢制造的工件，如碳钢和中碳合金钢制造的工件，如4040钢、钢、4545钢、钢、40Cr40Cr钢、钢、40MnB40MnB钢等钢等 （二）（二）火焰淬火火焰淬火 (1)(1)火焰淬火：是利用乙炔一氧或其它可燃火焰淬火：是利用乙炔一氧或其它可燃气体燃烧的火焰对工件表层进行加热，随之快速气体燃烧的火焰对工件表层进行加热，随之快速冷却的淬火工艺。冷却的淬火工艺。(2)(2)火焰淬火的优缺点：火焰淬火的优缺点：优点：操作简便，不须要特殊设备，生产成优点：操作简便，不须要特殊设备，生产成本低，淬硬层深度一般为本低，淬硬层深度一般为2 26

38、mm6mm。主要用于单件。主要用于单件或小批量生产的各种齿轮、轴、轧辊等。或小批量生产的各种齿轮、轴、轧辊等。缺点：因火焰温度高，若操作不当工件表面缺点：因火焰温度高，若操作不当工件表面简洁过热或加热不均，造成硬度不匀整，淬火质简洁过热或加热不均，造成硬度不匀整，淬火质量难以保证。量难以保证。2.4.2 2.4.2 钢的化学热处理钢的化学热处理n n（一）渗碳（一）渗碳n n（二）渗氮（氮化）（二）渗氮（氮化）n n（三）碳氮共渗（三）碳氮共渗n n（一）渗碳（一）渗碳n n 定义：所谓渗碳是将工件放入渗碳气氛中，定义：所谓渗碳是将工件放入渗碳气氛中，并在并在900900950950的温度下加

39、热、保温，以提的温度下加热、保温，以提高工件表层渗碳的质量分数并在其中形成确定碳高工件表层渗碳的质量分数并在其中形成确定碳的质量分数梯度的化学热处理工艺。的质量分数梯度的化学热处理工艺。（1 1）渗碳的方法）渗碳的方法 固体渗碳：将工件置于四周填满固体渗碳剂的箱中，固体渗碳：将工件置于四周填满固体渗碳剂的箱中，用盖和耐火泥浆将箱密封后，送入炉中加热至渗碳温度，用盖和耐火泥浆将箱密封后，送入炉中加热至渗碳温度，保持确定时间使工件表面增碳。常用的固体渗碳剂是碳粉保持确定时间使工件表面增碳。常用的固体渗碳剂是碳粉和碳酸盐等混合物。和碳酸盐等混合物。气体渗碳：将工件置于密封的井式渗碳炉中，滴入气体渗碳

40、：将工件置于密封的井式渗碳炉中，滴入易热分解和气化的液体（如煤油、甲醇等）或干脆通入渗易热分解和气化的液体（如煤油、甲醇等）或干脆通入渗碳气体（如煤气、石油液化气等），加热到渗碳温度，上碳气体（如煤气、石油液化气等），加热到渗碳温度，上述液体或气体在高温下分解形成渗碳气氛（由述液体或气体在高温下分解形成渗碳气氛（由COCO、CO2CO2、H2H2、CH4CH4等组成）的过程称为气体渗碳。等组成）的过程称为气体渗碳。真空渗碳：将零件放入特制的真空渗碳炉中，并使之真空渗碳：将零件放入特制的真空渗碳炉中，并使之达到确定的真空度，然后将炉温升至渗碳温度，再通入确达到确定的真空度，然后将炉温升至渗碳温度

41、，再通入确定量的渗碳气体爱护进行渗碳的过程称为真空渗碳。定量的渗碳气体爱护进行渗碳的过程称为真空渗碳。（2）渗碳用钢、渗碳后组织及热处理n n 渗碳用钢为低碳钢和低碳合金钢，碳的渗碳用钢为低碳钢和低碳合金钢，碳的质量分数一般为质量分数一般为0.1%0.1%0.25%0.25%（如（如1515钢、钢、2020钢、钢、20Cr20Cr钢、钢、20CrMnTi20CrMnTi钢等）。碳的质量分数提高，钢等）。碳的质量分数提高，将降低工件心部的韧性。将降低工件心部的韧性。n n 渗碳后的组织，工件渗碳后其表层碳的渗碳后的组织，工件渗碳后其表层碳的质量分数通常为质量分数通常为0.85%0.85%1.05

42、%.1.05%.渗碳缓冷后表层组渗碳缓冷后表层组织为过共析组织，与其相邻的为共析组织，再向织为过共析组织，与其相邻的为共析组织，再向里为亚共析组织，心部为原低碳钢组织。里为亚共析组织，心部为原低碳钢组织。渗碳后的热处理，渗碳后常用的热处理工渗碳后的热处理，渗碳后常用的热处理工艺有三种：艺有三种：干脆淬火法：先将渗碳件自渗碳温度预冷至某干脆淬火法：先将渗碳件自渗碳温度预冷至某一温度（一温度（850850880880），马上淬入水或油中，），马上淬入水或油中，然后再进行低温回火。然后再进行低温回火。一次淬火法：工件渗碳后出炉缓冷至室温，然一次淬火法：工件渗碳后出炉缓冷至室温，然后再重新加热进行淬火

43、。后再重新加热进行淬火。二次淬火法二次淬火法;第一次淬火是为了改善心部组织和第一次淬火是为了改善心部组织和消退表面网状二次渗碳体，加热温度为消退表面网状二次渗碳体，加热温度为AC3AC3以上以上30305050；其次次淬火是为细化工件表层，获；其次次淬火是为细化工件表层，获得细马氏体和匀整分布的粒状二次渗碳体，加热得细马氏体和匀整分布的粒状二次渗碳体，加热温度为温度为AC1AC1以上以上30305050。（二）渗氮（氮化）（二）渗氮（氮化）1.1.渗氮的定义：在确定温度下渗氮的定义：在确定温度下(一般在一般在AC1AC1以下以下)于确定渗氮介质中，使活性氮原子渗入工件表层于确定渗氮介质中，使活

44、性氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗氮。的化学热处理工艺称为渗氮。2.2.渗氮的目的：为了提高工件表层的硬度、耐渗氮的目的：为了提高工件表层的硬度、耐磨性、热硬性、耐腐蚀性和疲惫强度。磨性、热硬性、耐腐蚀性和疲惫强度。3.3.常用的渗氮方法有气体渗氮和离子渗氮：常用的渗氮方法有气体渗氮和离子渗氮：n n （1 1）气体渗氮：利用氨气在加热时分解产生）气体渗氮：利用氨气在加热时分解产生的活性氮原子渗入到工件表面形成渗氮层，同时的活性氮原子渗入到工件表面形成渗氮层，同时向心部扩散的热处理工艺。向心部扩散的热处理工艺。n n 应用最广泛的渗氮用钢是：应用最广泛的渗氮用钢是：38CrMoAl38

45、CrMoAl、35CrMo35CrMo、18CrNiW18CrNiW等钢。等钢。n n 适用场合：主要用于耐磨性和精度要求很高适用场合：主要用于耐磨性和精度要求很高的精密零件或承受交变载荷的重要零件，以及要的精密零件或承受交变载荷的重要零件，以及要求耐热、耐腐蚀的零件。求耐热、耐腐蚀的零件。n n （2）离子渗氮：是一种较先进的工艺，是指在低真空的容器内，保持氮气的压强为133.321333.32Pa，在400700V的直流电压作用下，迫使电离后的氮离子高速冲击工件（阴极），被工件表面吸取，并渐渐向内部扩散形成渗氮层。n n 特点：速度快、时间短（仅为气体渗氮的1/51/2），渗氮层质量好，对

46、材料的好用性强，已广泛应用于机床零件、汽车发动机零件及成型刀磨具等。（三）碳氮共渗（三）碳氮共渗n n 在奥氏体状态下同时将碳、氮原子渗入工件在奥氏体状态下同时将碳、氮原子渗入工件表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮共渗。其主要目的是提高工件表面的硬度和耐磨共渗。其主要目的是提高工件表面的硬度和耐磨性，常用的是气体碳氮共渗。性，常用的是气体碳氮共渗。第五节 钢的热处理新工艺 简介和缺陷分析 一、钢的热处理新工艺简介；一、钢的热处理新工艺简介；二、常见热处理缺陷分析与预防措施；二、常见热处理缺陷分析与预防措施；2.5.1 2.5.1 钢的热处理新工

47、艺简介；钢的热处理新工艺简介；一、可控气氛热处理一、可控气氛热处理 二、真空热处理二、真空热处理 三、激光热处理三、激光热处理 四、复合热处理四、复合热处理 五、强韧化处理五、强韧化处理 六、形变热处理六、形变热处理 七、热处理工艺过程计算机限制与制动化七、热处理工艺过程计算机限制与制动化 八、计算机协助设计（八、计算机协助设计（CADCAD）在热处理中的应用）在热处理中的应用 2.5.2 2.5.2常见热处理缺陷分析与预防措施常见热处理缺陷分析与预防措施n n（一）氧化和脱碳（一）氧化和脱碳n n（二）过热和过烧（二）过热和过烧n n（三）硬度不足及软点（三）硬度不足及软点n n（四）变形和

48、开裂（四）变形和开裂（一）氧化和脱碳（一）氧化和脱碳 为防止氧化和脱碳，可接受以下方法处理：为防止氧化和脱碳，可接受以下方法处理：（1 1）隔绝被加热的工件，不与炉气接触；）隔绝被加热的工件，不与炉气接触；（2 2）为了限制炉气中氧化性气体的含量，使炉）为了限制炉气中氧化性气体的含量，使炉内为中性气氛，通入爱护性气体（氨、氮、焦炉内为中性气氛，通入爱护性气体（氨、氮、焦炉煤等）；煤等）；（3 3）在工件表面敷放氧化涂料，如硼砂、石墨）在工件表面敷放氧化涂料，如硼砂、石墨粉、玻璃粉、耐火粘土等；粉、玻璃粉、耐火粘土等；（4 4）高级合金钢及精密零件在真空中接受无氧）高级合金钢及精密零件在真空中接

49、受无氧化加热化加热 。（二）过热和过烧（二）过热和过烧n n 工件加热温度偏高，而使晶粒过度长大，以工件加热温度偏高，而使晶粒过度长大，以致力学性能显著降低的现象称为过热。致力学性能显著降低的现象称为过热。n n 工件加热温度过高，致使晶界氧化和部分熔工件加热温度过高，致使晶界氧化和部分熔化的现象称为过烧。化的现象称为过烧。（三）硬度不足及软点（三）硬度不足及软点 钢件淬火后较大区域内硬度达不到技术要求的钢件淬火后较大区域内硬度达不到技术要求的现象，称为硬度不足。现象，称为硬度不足。钢件淬火硬化后，其表面很多小区域存在硬度钢件淬火硬化后，其表面很多小区域存在硬度偏低的现象称为软点。偏低的现象称

50、为软点。（四）变形和开裂（四）变形和开裂 变形是淬火时钢件产生形态或尺寸偏差的现象。变形是淬火时钢件产生形态或尺寸偏差的现象。开裂是淬火时钢件表层或内部产生裂纹的现象。开裂是淬火时钢件表层或内部产生裂纹的现象。热应力是指钢件加热和热应力是指钢件加热和(或或)冷却时，由于不同部位出现冷却时，由于不同部位出现温差而导致热胀和温差而导致热胀和(或或)冷缩不均所产生的内应力。冷缩不均所产生的内应力。相变应力是热处理过程中，因钢件不同部位组织转变不相变应力是热处理过程中，因钢件不同部位组织转变不同步而产生的内应力。同步而产生的内应力。为了削减淬火应力，削减变形和防止开裂，通常接受以为了削减淬火应力，削减