钢的热处理课件要点优秀PPT.ppt

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1、第三章第三章第三章第三章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理 第一节 钢在加热时的转变 其次节 钢在冷却时的转变第一节第一节第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变钢在加热时的转变钢在加热时的转变 热处理的定义：将固态金属接受适当的方式进行加热热处理的定义：将固态金属接受适当的方式进行加热热处理的定义：将固态金属接受适当的方式进行加热热处理的定义：将固态金属接受适当的方式进行加热 、保温顺冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。保温顺冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。保温顺冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。保温顺冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。钢的热处理不仅可以改善其组织和性能

2、，还可以改善钢的热处理不仅可以改善其组织和性能，还可以改善钢的热处理不仅可以改善其组织和性能，还可以改善钢的热处理不仅可以改善其组织和性能，还可以改善其加工性能。更重要的是赋于零件的最终性能的关键工序。其加工性能。更重要的是赋于零件的最终性能的关键工序。其加工性能。更重要的是赋于零件的最终性能的关键工序。其加工性能。更重要的是赋于零件的最终性能的关键工序。不少零件加工成形后并不能干脆运用，而是必需进行热处不少零件加工成形后并不能干脆运用，而是必需进行热处不少零件加工成形后并不能干脆运用，而是必需进行热处不少零件加工成形后并不能干脆运用，而是必需进行热处理后才能运用。理后才能运用。理后才能运用。

3、理后才能运用。本本章章主主要要介介绍绍热热处处理理的的基基本本原原理理、常常用用热热处处理理工工艺艺方方法法及其应用。及其应用。热热处处理理方方法法很很多多，依依据据工工艺艺类类型型、工工艺艺名名称称和和实实现现热热处处理理的加方法、将热处理工艺分为两类。的加方法、将热处理工艺分为两类。整体热处理：整体热处理：整体热处理：整体热处理：包括退火、正火、淬火和回火等。包括退火、正火、淬火和回火等。包括退火、正火、淬火和回火等。包括退火、正火、淬火和回火等。表面热处理：表面热处理：表面热处理：表面热处理：包括表面包括表面包括表面包括表面淬火淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗。、渗碳、渗氮、碳氮共渗。、渗碳、

4、渗氮、碳氮共渗。、渗碳、渗氮、碳氮共渗。热热处处理理的的工工艺艺要要素素是是温温度度和和时时间间。任任何何热热处处理理过过程程都都是是由由加加热热、保保温温顺顺冷冷却却三三个个阶阶段段组组成成的的。因因此此，要要驾驾驭驭钢钢的的热热处处理理原原理理，主主要要就就是是要要驾驾驭驭钢钢在在加加热热和和冷冷却却时时的的组组织织转转变变规规律。律。图图3-1 热处理工艺曲线热处理工艺曲线温温度度时间时间0加热加热保保 温温冷却冷却 热处理的任务是通过变更钢材的组织，来变更钢材的性能，以满足运用要求的。一般都有将钢加热到相变温度以上，使常温组织变为高温组织-奥氏体。然后在冷却过程中使它向要求的组织转变。

5、因此，奥氏体在形成过程中，其成份、晶粒大小等，将干脆影响热处理的效果。为此，了解奥体的形成过程和影响因素是很重要的。以共析钢为例，说明奥氏体的转变以共析钢为例，说明奥氏体的转变(形成形成)过程过程。其转变过程可归纳为其转变过程可归纳为四个阶段四个阶段。1 1奥氏体（奥氏体（A A）晶核的形成）晶核的形成2 2奥氏体（奥氏体（A A）晶核的长大）晶核的长大3 3残余渗碳体（残余渗碳体（FeFe3 3C C）的溶解）的溶解4 4奥氏体（奥氏体（A A）的匀整化）的匀整化留意：（留意：（1 1）亚共析钢和过共析钢加热到）亚共析钢和过共析钢加热到AC1-AC3AC1-AC3（或（或AC1-ACcmAC

6、1-ACcm）之间时将分别得到）之间时将分别得到“A+F”“A+F”和和“A+Fe3C”“A+Fe3C”组组织，属不完全奥氏体化。只有当加热到织，属不完全奥氏体化。只有当加热到AC3AC3或或ACcmACcm以上以上温度时，才能完全奥氏体化。温度时，才能完全奥氏体化。（2 2）在实际生产中，奥氏体晶粒的大小对热处理）在实际生产中，奥氏体晶粒的大小对热处理后的组织与性能有很大的影响。一般热处理加热时奥氏后的组织与性能有很大的影响。一般热处理加热时奥氏体晶粒越匀整、细小，冷却后的组织也越匀整、细小，体晶粒越匀整、细小，冷却后的组织也越匀整、细小，其强度、塑性和韧性比较高。因此，应合理选择钢的化其强

7、度、塑性和韧性比较高。因此，应合理选择钢的化学成分，并限制热处理的加热温度及保温时间。学成分，并限制热处理的加热温度及保温时间。其次节其次节 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变冷却方式干脆影响着钢的相变（确定热处理后钢的组冷却方式干脆影响着钢的相变（确定热处理后钢的组织和性能）。织和性能）。须要热处理的零件，加热以后的冷却方式有以下两种：须要热处理的零件，加热以后的冷却方式有以下两种：1 1）等温冷却等温冷却2）连续冷却连续冷却把加热到奥氏体的钢先以较快的速度过冷到把加热到奥氏体的钢先以较快的速度过冷到A1线线以下的确定温度，然后保持此温度，使奥氏体恒以下的确定温度，然后保持此温度，使奥氏体恒温

8、进行组织转变，当组织转变结束后再接着冷却温进行组织转变，当组织转变结束后再接着冷却到室温到室温把加热到奥氏体的钢先以某一速度（在确定介质把加热到奥氏体的钢先以某一速度（在确定介质中）冷却至室温，使奥氏体在中）冷却至室温，使奥氏体在A1线以下的连续冷线以下的连续冷却中发生组织转变却中发生组织转变一、过冷奥氏体等温转变曲线的建立一、过冷奥氏体等温转变曲线的建立 1 1）过冷奥氏体（）过冷奥氏体（A A）2 2）过冷奥氏体等温转变曲线（）过冷奥氏体等温转变曲线（C C曲线曲线）在在A A1 1温度以下还没有转变成其它组织的奥氏体温度以下还没有转变成其它组织的奥氏体过冷奥氏体在过冷奥氏体在A A1 1

9、温度以下不同温度等温转变时，温度以下不同温度等温转变时，转变量与时间的关系曲线。转变量与时间的关系曲线。二、共析钢过冷奥氏体等温转变的产物二、共析钢过冷奥氏体等温转变的产物 1 1高温转变的产物（高温转变的产物（727 727 550 550）珠光体珠光体2 2中温转变的产物（中温转变的产物（550 550 230 230）贝氏体贝氏体 3 3低温转变的产物（低温转变的产物（230 230）马氏体马氏体 （碳在（碳在-Fe-Fe中的饱和固溶体）中的饱和固溶体）三、过冷奥氏体连续冷却转变的曲线三、过冷奥氏体连续冷却转变的曲线留留意意：同同一一成成分分的的钢钢在在冷冷却却时时，由由于于冷冷却却方方

10、式式的的不不同同，奥奥氏氏体体被被过过冷到不同的温度，将转变成不同的组织，体现出不同的性能。冷到不同的温度，将转变成不同的组织，体现出不同的性能。第三节 钢的一般热处理教学目的和要求：1驾驭有几种热处理工艺。2驾驭各种热处理工艺有何异同，如何操作，及其目的。重点分析：各种热处理工艺操作方法及其目的。热热处处理理整体热处理整体热处理退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火表面热处理表面热处理火焰加热法火焰加热法感应加热法感应加热法激光加热法激光加热法化学、物理气相沉积化学、物理气相沉积化学热处理化学热处理渗碳、渗氮、多元共渗渗碳、渗氮、多元共渗保温保温临界点临界点冷却冷却加热加热时间时间温温

11、度度热热处处理理预先热处理预先热处理比如：退火、正火等比如：退火、正火等最终热处理最终热处理消退前道工序的某些缺陷，为消退前道工序的某些缺陷，为后续工序做准备的热处理后续工序做准备的热处理获得零件所须要的运用性能的热处理获得零件所须要的运用性能的热处理比如：淬火、回火等比如：淬火、回火等 一一、钢的退火、钢的退火 将工件加热到确定温度并保温，然后再缓慢冷却的一种热处理将工件加热到确定温度并保温，然后再缓慢冷却的一种热处理工艺。工艺。依据钢的成分和退火目的不同应接受不同的退火方法，常用的依据钢的成分和退火目的不同应接受不同的退火方法，常用的退火方法有：完全退火（一般退火）；球化退火（不完全退火）

12、；退火方法有：完全退火（一般退火）；球化退火（不完全退火）；去应力退火（低温退火）等。去应力退火（低温退火）等。退退火火完全退火完全退火球化退火球化退火去应力退火去应力退火方法：将亚共析钢加热到方法：将亚共析钢加热到AC3线以上线以上3050，保温确定时间后缓慢冷却（随炉冷却）。保温确定时间后缓慢冷却（随炉冷却）。方法：方法：将共析钢或过共析钢加热到将共析钢或过共析钢加热到AC C1线以上线以上2030，保温后缓慢冷却。，保温后缓慢冷却。方法：方法：将钢加热到将钢加热到ACAC1 1线以下，保温后缓慢冷线以下，保温后缓慢冷却。却。退退火火完全退火完全退火球化退火球化退火去应力退火去应力退火目的

13、：细化晶粒，匀整组织，降低硬度，消退目的：细化晶粒，匀整组织，降低硬度，消退应力。同时也是为切削加工和最终热处理做准应力。同时也是为切削加工和最终热处理做准备备目的：消退网状或片状渗碳体，降低硬度，提目的：消退网状或片状渗碳体，降低硬度，提高韧性。同时也是为切削加工和最终热处理做高韧性。同时也是为切削加工和最终热处理做准备准备目的：消退铸件、焊件中的内应力，稳定尺目的：消退铸件、焊件中的内应力，稳定尺寸。寸。主要应用于：主要应用于：亚共析钢的铸件、锻件和轧件亚共析钢的铸件、锻件和轧件主要应用于：主要应用于：共析、过共析钢和合金工具钢共析、过共析钢和合金工具钢主要特点：没有组织变更主要特点：没有

14、组织变更二二、正火、正火 方法：是将钢件加热到AC3或ACm以上3050，保温确定时间后，从炉中取出在空气中冷却。主要应用于以下几方面主要应用于以下几方面:改善低碳钢的可切削性改善低碳钢的可切削性 。作为中碳钢的预备热处理（可以替代部分退火热处理）。作为中碳钢的预备热处理（可以替代部分退火热处理）。对机械性能要求不高的零件的最终热处理。对机械性能要求不高的零件的最终热处理。留意：正火和一般退火属于同一类型的热处理工艺。都留意：正火和一般退火属于同一类型的热处理工艺。都是将钢加热到奥氏体状态。所不同的是正火在空气中冷却，是将钢加热到奥氏体状态。所不同的是正火在空气中冷却，而退火是随炉冷却。而退火

15、是随炉冷却。三三、淬火、淬火方法：方法：方法：方法：将将将将钢钢钢钢加加加加热热热热到到到到AC3(AC3(AC3(AC3(亚亚亚亚共析共析共析共析钢钢钢钢)或或或或ACcm(ACcm(ACcm(ACcm(共析共析共析共析钢钢钢钢或或或或过过过过共析共析共析共析钢钢钢钢)以上以上以上以上3030303050505050，保温确定，保温确定，保温确定，保温确定时间时间时间时间使其奥氏体化，然后在冷却介使其奥氏体化，然后在冷却介使其奥氏体化，然后在冷却介使其奥氏体化，然后在冷却介质质质质中快速冷中快速冷中快速冷中快速冷却。却。却。却。目的：目的：是是获获得匀整得匀整细细小的小的马马氏体氏体组织组织

16、，再，再经过经过回火回火处处理，提高理，提高钢钢的力的力学性能。学性能。留意：留意：淬火的关键是：确定淬火温度和冷却方式。淬火的关键是：确定淬火温度和冷却方式。它是最常用的一种热处理，是确定产品质量的关键。它是最常用的一种热处理，是确定产品质量的关键。1.1.1.1.淬火温度的选择淬火温度的选择淬火温度的选择淬火温度的选择 碳钢的淬火加热温度范围碳钢的淬火加热温度范围2.2.2.2.常用的淬火冷却方法常用的淬火冷却方法常用的淬火冷却方法常用的淬火冷却方法常用的淬火常用的淬火冷却方法冷却方法单液淬火法单液淬火法双介质淬火法双介质淬火法分级淬火法分级淬火法等温淬火法等温淬火法加热至淬火温度，先投入

17、一种冷却加热至淬火温度，先投入一种冷却实力强的介质中冷却至实力强的介质中冷却至MsMs点以下区点以下区域，然后再放入另一种冷却实力弱域，然后再放入另一种冷却实力弱的介质中冷却。适用于高碳钢零件的介质中冷却。适用于高碳钢零件和较大的合金钢零件。和较大的合金钢零件。加热至淬火温度，先投入加热至淬火温度，先投入MsMs点旁边点旁边的油浴和盐浴中冷却（的油浴和盐浴中冷却（2-5min2-5min），），然后再取出空冷。适用于尺寸较小然后再取出空冷。适用于尺寸较小的工件。的工件。形态困难、尺寸要求精确，且硬度形态困难、尺寸要求精确，且硬度与韧性要求高的重要零件。与韧性要求高的重要零件。加热至淬火温度，投

18、入一种淬火介加热至淬火温度，投入一种淬火介质中连续冷却。常见碳钢在水中淬质中连续冷却。常见碳钢在水中淬火、合金钢在油中淬火。火、合金钢在油中淬火。四四、回火、回火方法：方法：方法：方法：将淬火将淬火将淬火将淬火钢钢钢钢加加加加热热热热到到到到AC1AC1AC1AC1以下某一温度，以下某一温度，以下某一温度，以下某一温度，经过经过经过经过保温，然后以确定的保温，然后以确定的保温，然后以确定的保温，然后以确定的冷却方法冷到室温。冷却方法冷到室温。冷却方法冷到室温。冷却方法冷到室温。目的：目的：削减或消退淬火削减或消退淬火应应力，防止力，防止钢钢件件变变形与开裂；形与开裂；稳稳定定组织组织和尺寸；和

19、尺寸；获获得所得所须须要的要的组织组织和性能。和性能。留意：留意：淬火钢不经过回火一般不能干脆运用。淬火钢不经过回火一般不能干脆运用。淬火钢的回火转变淬火钢的回火转变 ：马氏体分解和残余奥氏体的分解：马氏体分解和残余奥氏体的分解 。回火种类及应用：回火种类及应用：回火种类及应用：回火种类及应用：（1 1 1 1）低温回火（）低温回火（）低温回火（）低温回火（150250150250150250150250），目的是降低淬），目的是降低淬），目的是降低淬），目的是降低淬火钢的内应力和脆性，并保持高硬度（火钢的内应力和脆性，并保持高硬度（火钢的内应力和脆性，并保持高硬度（火钢的内应力和脆性，并保持

20、高硬度（5656565664HRC)64HRC)64HRC)64HRC)和耐磨性。如模具、刃具等。和耐磨性。如模具、刃具等。和耐磨性。如模具、刃具等。和耐磨性。如模具、刃具等。（2 2 2 2）中温回火（）中温回火（）中温回火（）中温回火（350500350500350500350500），目的是使钢获），目的是使钢获），目的是使钢获），目的是使钢获得高弹性，并保持较高硬度（得高弹性，并保持较高硬度（得高弹性，并保持较高硬度（得高弹性，并保持较高硬度（3550HRC)3550HRC)3550HRC)3550HRC)和确定和确定和确定和确定的韧性。如弹簧、锻模等。的韧性。如弹簧、锻模等。的韧性。

21、如弹簧、锻模等。的韧性。如弹簧、锻模等。（3 3 3 3）高温回火）高温回火）高温回火）高温回火调质处理（调质处理（调质处理（调质处理（500650500650500650500650目的是目的是目的是目的是获得得强度及韧性等综合力学性能较好。如连杆、获得得强度及韧性等综合力学性能较好。如连杆、获得得强度及韧性等综合力学性能较好。如连杆、获得得强度及韧性等综合力学性能较好。如连杆、曲轴、齿轮等。曲轴、齿轮等。曲轴、齿轮等。曲轴、齿轮等。有些零件，接受表面热处理可以获得表面高硬度和心部高韧性。第四节第四节 钢的表面热处理钢的表面热处理一、表面淬火一、表面淬火 表面淬火的特点是快速加热，使工件要求

22、淬硬的表表面淬火的特点是快速加热，使工件要求淬硬的表面快速升至淬火温度，而心部仍保持面快速升至淬火温度，而心部仍保持AC1以下温度，再以下温度，再快速冷却，结果工件表面层被淬硬为马氏体组织，心部快速冷却，结果工件表面层被淬硬为马氏体组织，心部仍为原来的组织，保持了良好的韧性。再经过适当的低仍为原来的组织，保持了良好的韧性。再经过适当的低温回火，就能获得要求的性能。温回火，就能获得要求的性能。依据加热方法不同，表面淬火方法可分为三种：依据加热方法不同，表面淬火方法可分为三种：1 1火焰加热表面淬火法火焰加热表面淬火法 淬深为淬深为2 26mm6mm需凭阅历难以把握。需凭阅历难以把握。2 2感应加

23、热表面淬火法感应加热表面淬火法 利用电流的集肤效应对工件表面快速加热利用电流的集肤效应对工件表面快速加热 ，而心部则，而心部则几乎未被加热。几乎未被加热。高频感应加热高频感应加热 电流频率为（电流频率为（f=200f=200300300）KHZKHZ 淬淬深深为为0.50.52mm 2mm。主主要要用用于于淬淬硬硬层层较较浅浅的的中中、小小 型零件加热，如小轴、小模数齿轮等。型零件加热，如小轴、小模数齿轮等。高频淬火齿轮的工艺路途为：高频淬火齿轮的工艺路途为：锻锻造造正正火火或或退退火火粗粗加加工工调调质质精精加加工工高高频频淬淬火火低温回火低温回火磨削。磨削。二、化学热处理二、化学热处理 化

24、学热处理是把工件放在特定介质中加热和保温，使一化学热处理是把工件放在特定介质中加热和保温，使一种或几种元素渗入工件表面，以变更表层成份和组织。运用种或几种元素渗入工件表面，以变更表层成份和组织。运用工件表面与心部具有不同的机械性能或特殊的物理、化学性工件表面与心部具有不同的机械性能或特殊的物理、化学性能。能。原理：将要渗的活性元素加热分解，即所谓激活，然后被工件表面吸取，进而向工件内部扩散。常用的化学热处理方法有：常用的化学热处理方法有：1 1渗碳渗碳 钢的表面吸取碳原子的过程，称为渗碳。钢的表面吸取碳原子的过程，称为渗碳。目目的的：使使零零件件表表面面获获得得高高硬硬度度（HRC58HRC5

25、86464），心心部部获获得较高的强度和韧性。得较高的强度和韧性。(1)(1)气气体体渗渗碳碳法法：主主要要用用甲甲烷烷、煤煤气气、甲甲苯苯、煤煤油油等等作作渗碳剂，在气体高温下分解出活性碳原子进行渗碳。渗碳剂，在气体高温下分解出活性碳原子进行渗碳。如图所示如图所示。(2)(2)固体渗碳法：固体渗碳剂主要是木炭，其次是少量固体渗碳法：固体渗碳剂主要是木炭，其次是少量碳酸盐碳酸盐。如图所示如图所示。(3)(3)液体渗碳法：液体渗碳法：因有有毒气体产生，所以应用于不广。因有有毒气体产生，所以应用于不广。2 2氮化氮化 即使工件表面渗入氮原子。即使工件表面渗入氮原子。目前应用较广的是气体氮化法。把工

26、件放在特地氮化的炉子里，加热到500600，同时通入氨气(NH3)，氨气加热到450，就分解出活性氨原子，扩散渗入工件表层，形成氮化层。氮化的要素是温度和时间，用时间限制渗层厚度。氮氮化化处处理理的的缺缺点点是是：时时间间长长,一一般般要要用用合合金金钢钢,所所以以成本高。只用于机床中高速传动轴；精密齿轮等。成本高。只用于机床中高速传动轴；精密齿轮等。一般氮化零件的工艺路途为：锻造退火粗加工调质精加工除应力退火磨削氮化精磨。3 3碳氮共渗碳氮共渗 把碳和氮同时渗入零件表层的过程称为氰化把碳和氮同时渗入零件表层的过程称为氰化 。依据处理温度的不同分为高温、中温顺低温氰化。4 4其它化学热处理方法其它化学热处理方法 (1)(1)渗铝渗铝 目的：是使钢的表面具有高的抗氧化性能。目的：是使钢的表面具有高的抗氧化性能。(2)2)渗铬渗铬 目的：是增加零件抗蚀性能，还可提高碳钢的目的：是增加零件抗蚀性能，还可提高碳钢的硬度和耐磨性。硬度和耐磨性。气体渗碳气体渗碳返 回固体渗碳固体渗碳返 回返 回火焰加热淬火法火焰加热淬火法