机械设计中材料的选材与热处理精选文档.ppt

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1、机械设计中材料的选材与热处理本讲稿第一页，共五十四页2022/10/252黑色金属黑色金属有色金属有色金属铸铁铸铁钢钢金属材料金属材料常用工程材料常用工程材料铝合金铝合金铜合金铜合金非金属材料非金属材料橡胶橡胶塑料塑料工程材料分类：工程材料分类：本讲稿第二页，共五十四页2022/10/253铸铁铸铁 铸铁和钢都是铁碳合金，它铸铁和钢都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于含碳量小于2 2的铁碳合金称为钢，的铁碳合金称为钢，含碳量大于含碳量大于2 2的称为铸铁。的称为铸铁。铸铁具有适当的易熔性，良好的铸铁具有适当的易熔性，良好的液态流动性，因而可铸成

2、形状复杂的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。此外，它的减震性、耐磨性、零件。此外，它的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）均较好且成本低切削性（指灰铸铁）均较好且成本低廉，因此在机械制造中应用甚广。廉，因此在机械制造中应用甚广。本讲稿第三页，共五十四页2022/10/254 性能：（与钢相比）性能：（与钢相比）1.1.强度、塑性低（石墨对基体有割裂作用）强度、塑性低（石墨对基体有割裂作用）2.2.抗压强度不低抗压强度不低3.3.减震性好（机器运动时，有减震性好）减震性好（机器运动时，有减震性好）4.4.耐磨性好（碳含量高，硬度高，石墨：软，可作为润滑剂）耐磨性好（碳含量高，硬度高，石墨：软，

3、可作为润滑剂）5.5.加工性好加工性好6.6.成本低成本低铸铁铸铁本讲稿第四页，共五十四页2022/10/255o灰口铸铁：灰口铸铁：碳以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色碳以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色o可锻铸铁可锻铸铁：团絮状石墨，塑性很低，不能锻造，只有钢能锻造，铸铁不能锻造，经过两团絮状石墨，塑性很低，不能锻造，只有钢能锻造，铸铁不能锻造，经过两个生产过程制得的，首先制得白口铁铸件，然后再经石墨化退火而最终制得可锻铸铁个生产过程制得的，首先制得白口铁铸件，然后再经石墨化退火而最终制得可锻铸铁o球墨铸铁：球墨铸铁：球状石墨球状石墨o白口铸铁白口铸铁：一般液体铁水冷却下来，发生石墨化，变成石

4、墨，若冷的太快，变不成石墨，一般液体铁水冷却下来，发生石墨化，变成石墨，若冷的太快，变不成石墨，而是作为渗碳体保存下来，白口铸铁很硬，没有用，要避免出现而是作为渗碳体保存下来，白口铸铁很硬，没有用，要避免出现o合金铸铁合金铸铁：在铸铁中加入数量不等的合金元素，从而改善铸铁的物理、化学和力学性在铸铁中加入数量不等的合金元素，从而改善铸铁的物理、化学和力学性能，如耐磨性、耐蚀性和耐热性能，如耐磨性、耐蚀性和耐热性根据碳在铸铁中存在的形式及石墨的形态，可将铸铁分类：根据碳在铸铁中存在的形式及石墨的形态，可将铸铁分类：本讲稿第五页，共五十四页2022/10/256常用铸铁常用铸铁（其中灰铸铁应用最广，

5、球墨铸铁次之）其中灰铸铁应用最广，球墨铸铁次之）o 片状石墨片状石墨o 铸铁的性能，但片状石墨对基体的分割作用，和引起应力集中效应，故其抗拉强度远铸铁的性能，但片状石墨对基体的分割作用，和引起应力集中效应，故其抗拉强度远 低于钢，其强度、塑性低。铸造性能好低于钢，其强度、塑性低。铸造性能好(灰铸铁含碳量高，熔点比钢低灰铸铁含碳量高，熔点比钢低)，成本最低，成本最低 （冷却下来后直接就可得到）（冷却下来后直接就可得到）o 牌号：牌号：HT250HT250（HTHT：灰铁的汉语拼音首字母，：灰铁的汉语拼音首字母，250250代表抗拉强度值）代表抗拉强度值）o 成分（成分（HT250HT250）：碳

6、含量：碳含量：2.92.93.53.5，硅含量：，硅含量：1.41.42.12.1 锰含量：锰含量：0.71.1，硫含量硫含量0.150.15，磷含量，磷含量0.12o 常用热处理常用热处理 去应力退火：加工前进行，人工时效处理去应力退火：加工前进行，人工时效处理 高温退火：降低硬度，使渗碳体分解成铁和石墨高温退火：降低硬度，使渗碳体分解成铁和石墨 表面淬火：提高表面耐磨性表面淬火：提高表面耐磨性灰口铸铁：灰口铸铁：制动盘（制动盘（HT250，190-230HBS）本讲稿第六页，共五十四页2022/10/257牌号HT100HT100HT150HT150HT200HT200HT250HT250

7、HT300HT300HT350HT350性能 强度切削加工性表面粗糙度耐热疲劳性高温强度减震性弹行模量对缺口敏感程度耐磨性铸造工艺性本讲稿第七页，共五十四页2022/10/258液体铁水经过球化处理，石墨呈球状分布于基体中液体铁水经过球化处理，石墨呈球状分布于基体中 o 性能：强度、塑性高（与灰口铸铁相比）性能：强度、塑性高（与灰口铸铁相比）o 牌号：牌号：QT500QT5007 7（QTQT：球铁的汉语拼音首字母，：球铁的汉语拼音首字母，500500代表最低抗拉强度值，代表最低抗拉强度值，7 7代表最低延伸率值）代表最低延伸率值）o 成分（成分（QT5007）：碳含量：碳含量：3.63.8，

8、硅含量：，硅含量：2.52.9 锰含量锰含量0.6%，硫含量硫含量0.025，磷含量，磷含量0.08o 热处理热处理 退火：降低应力，表面白口铸铁消除，变成灰口铸铁或球墨退火：降低应力，表面白口铸铁消除，变成灰口铸铁或球墨 正火：得到以珠光体为主的基体组织正火：得到以珠光体为主的基体组织 淬火回火：得到回火马氏体、回火托氏体淬火回火：得到回火马氏体、回火托氏体 或回火索氏体组织或回火索氏体组织球墨铸铁：球墨铸铁：卡钳（卡钳（QT600-3，190-240HBS）支架（）支架（QT500-7，180-240HBS）本讲稿第八页，共五十四页2022/10/259牌号QT400-18QT400-18

9、QT400-15QT400-15QT450-10QT450-10QT500-7QT500-7QT600-3QT600-3QT700-2QT700-2性能 抗拉强度伸长率弹行模量硬度冲击韧度减震性疲劳极限热疲劳抗力耐磨性可加工性本讲稿第九页，共五十四页2022/10/2510钢钢n钢具有高的强度、韧性和塑性，并可用热处理方法改善其力学钢具有高的强度、韧性和塑性，并可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。性能和加工性能。n钢制零件的毛坯可用锻造、冲压、焊接或铸造等方法取得，因钢制零件的毛坯可用锻造、冲压、焊接或铸造等方法取得，因此其应用极为广泛。此其应用极为广泛。本讲稿第十页，共五十四页2022/

10、10/2511钢的分类及牌号钢的分类及牌号1.按照化学成分，钢又可分为碳素钢和合金钢按照化学成分，钢又可分为碳素钢和合金钢a a、碳素钢（简称碳钢，由于钢碳钢具有较好的力学性能和碳素钢（简称碳钢，由于钢碳钢具有较好的力学性能和工艺性能，并且产量大，价格较低，使它成为机械工程上工艺性能，并且产量大，价格较低，使它成为机械工程上应用最广泛的金属材料）应用最广泛的金属材料）按碳含量的多少分为低碳钢：Wc0.3中碳钢：Wc0.30.6高碳钢：Wc0.6本讲稿第十一页，共五十四页2022/10/2512低碳钢：塑性、韧性好，大型支架结构、桥梁中碳钢：综合机械性能好，受力复杂的机器零件高碳钢：硬度高，工具

11、、耐磨零件碳素钢的性质主要取决于含碳量，含碳量越高则钢的强度越碳素钢的性质主要取决于含碳量，含碳量越高则钢的强度越高，但塑性越低高，但塑性越低a a、碳素钢碳素钢本讲稿第十二页，共五十四页2022/10/2513b b、合金钢合金钢 由于现代工业和科学技术的不断发展，对力学性能和物理、化学性能提出了更高的要求，碳钢虽然经过热处理，也不能满足要求，从而就发展了合金钢，合金钢就是为了改善和提高碳钢的性能或使之获得某些特殊性能，在碳钢的基础上，特意的加入某些合金元素而得到的多元的以铁为基的合金。合金钢的优良性能不仅取决于化学成分，而且在更大程度上取决于适当的热处理本讲稿第十三页，共五十四页2022/

12、10/2514a a、结构钢结构钢：大型结构和：大型结构和机器零件机器零件b b、工具钢：工具、模具、量具、工具钢：工具、模具、量具c c、特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢、特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢2、按用途分大平垫（1Cr13）本讲稿第十四页，共五十四页2022/10/2515a a、普通钢、普通钢b b、优质钢、优质钢c c、高级优质钢、高级优质钢3、按质量分分类方法比较多，按习惯叫即可，如45钢可被称为中碳钢、结构钢、优质钢 按按S S、P P的含量分的，的含量分的，S S、P P含量越多，脆性越大，质量含量越多，脆性越大，质量也就越差高级优质钢：也就越差高级优质钢：S S、

13、P P去的特别好去的特别好本讲稿第十五页，共五十四页2022/10/25164、牌号普通碳素结构钢：用Q数字（屈服强度数值）表示优质碳素结构钢：用钢中平均碳含量分数的两位数字表示，单位为万分之几，也就是说用碳含量万分之几表示碳素工具钢：T数字，在钢号前加T（碳的汉语拼音字头），数字：钢号用平均碳含量的千分数的数字表示（千分之几）T8表示平均碳含量为0.8（千分之八）的碳素工具钢高级优质则在钢号后加A，如T10A 本讲稿第十六页，共五十四页2022/10/2517合金结构钢：数字元素数字表示4、牌号如：60Si2Mn（60：碳含量的万分之几，即0.6；Si、Mn：合金元素；2：表示前边合金元素的

14、平均质量分数，当含量1.5%时，是四舍五入后的数字，当1.5时，数字省略）合金工具钢：数字合金元素数字 如：9CrSi(9：碳含量的千分之几即0.9，当碳含量1时，此数字省略；Cr、Si含量都小于1.5)滚动轴承钢：GCr数字（G：滚；数字：Cr质量分数的千分之几）本讲稿第十七页，共五十四页2022/10/25184、牌号数字：碳含量以千分之几表示，当碳质量分数0.03及0.08时，分别以00及0表示特殊性能钢：数字合金元素数字铸钢：ZG数字数字（前边数字表示屈服强度值，后边数字表示抗拉强度值）如：ZG270-500 本讲稿第十八页，共五十四页2022/10/2519结构钢普通结构钢普通结构钢

15、 普通碳素结构钢1、普通碳素结构钢：碳含量是在0.060.38，杂质比较多，但价格便宜，成本低，适用于要求不高的机械零件和工程构件 如压板（Q235A30）、推动板（Q235A）普通低合金结构钢本讲稿第十九页，共五十四页2022/10/25202、普通合金结构钢普通结构钢普通结构钢 a、成分特点：低碳（C0.2）、低合金、Mn（以Mn为主加元素，因为锰的资源丰富，强化铁素体的效果明显，能降低钢的冷脆温度，另外，加锰后还使组织中的珠光体含量 增加，以而进一步提高强度）b、典型钢号：16Mn（16：万分之几，Mn含量1.5，数字省略）碳含量很低，只有0.16c、性能：塑性、韧性号（低碳）强度高（与

16、没加合金元素的低碳钢相比，高3050，但不要与45钢相比）焊接性好（焊接最麻烦的是断裂，应力大，但是塑性、韧性好的材料不易开裂）大型结构、桥梁（不易断裂，有以上特点，价格也低，工艺很成熟）本讲稿第二十页，共五十四页2022/10/2521优质结构钢优质结构钢 硫、磷含量较低，非金属夹杂物也较少，强度、塑性、韧性均比普通碳素硫、磷含量较低，非金属夹杂物也较少，强度、塑性、韧性均比普通碳素结构钢好，常用于制造较重要的零件结构钢好，常用于制造较重要的零件 如齿轮(Q235A 45)，支点圆柱（45 40Cr）应用最广泛的是45钢（也被称为外能钢），经调质处理后，可获得良好的综合力学性能 1 1、优质

17、碳素结构钢、优质碳素结构钢 本讲稿第二十一页，共五十四页2022/10/2522优质结构钢优质结构钢2 2、渗碳钢、渗碳钢 o成分特点：低碳（碳含量很低，属于低碳钢）o作用：强化提高淬透性o性能：心部韧性好，表面硬度特别高 o应用：受冲击同时要表面高硬度、高耐磨性的零件 压力臂（20CrMnTi），大滚针副托架（15CrMo）本讲稿第二十二页，共五十四页2022/10/2523优质结构钢优质结构钢3 3、调质钢、调质钢 o淬火高温回火 后获得综合机械性能，即强度与韧性的配合o应用：受力复杂的重要零件，最普通的调质钢为35，40，45，但由 于热处理后变形大，实际都加合金元素，随合金量增加强度

18、增加，顺序为 4040Cr 40CrNi 40CrNiMoo为提高某些部位耐磨性，通常要局部高频淬火或表面氮化；需提高表面疲劳抗力，有时要进行喷丸处理主轴（40Cr，260-300HBS,表面离子氮化）长导套（45，260-300HBS，高频淬火）本讲稿第二十三页，共五十四页2022/10/2524优质结构钢优质结构钢3 3、调质钢、调质钢 o35CrMo，调质后，具有高的静强度、冲击韧度和较高的疲劳强度o42CrMo，与35CrMo性能相近，强度和淬透性更好调整六方头（35CrMo，淬火50-55）转向节（42CrMo与40Cr）本讲稿第二十四页，共五十四页2022/10/2525优质结构钢

19、优质结构钢4 4、弹簧钢、弹簧钢o碳含量：0.60.9 o最普通弹簧钢是Mn系列和 Cr系列 Mn系列选择原则65Mn60Si2Mn55SiMnMoVNb Cr系列选择原则50CrMn50CrV 50CrMnVo淬火中温回火，获得高弹性和高韧性，通常需要进行喷丸处理获 得表面压应力弹簧有大有小，制作方式也不一样，主要有两种：冷成型和热成型 本讲稿第二十五页，共五十四页2022/10/2526优质结构钢优质结构钢弹簧钢的特性弹簧钢的特性基准座挡圈（65Mn），回位弹簧、波形弹簧（60Si2Mn）大小扭簧（60Si2Mn 70）o高碳钢如65，70，85，经热处理和冷拔硬化后，可得较高强度和适当韧

20、性塑性，淬透性差只适用较小尺寸弹簧o65Mn，热处理后，综合性能优于碳钢o60Si2Mn，Si与Mn提高弹性极限、屈强比、淬透性和抗松弛稳定性本讲稿第二十六页，共五十四页2022/10/2527优质结构钢优质结构钢4 4、滚动轴承钢o有高而均匀的硬度、提高耐磨性 o有高的接触疲劳强度和弹性极限 滚针（GCr15）本讲稿第二十七页，共五十四页2022/10/2528铜合金铜合金-铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍特点：特点：具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具有良好的减摩性和抗腐蚀性。具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具有良好的减摩性和抗腐蚀性。青铜青铜黄铜

21、黄铜轴承合金（巴氏合金）轴承合金（巴氏合金）-含锡青铜、不含锡青铜含锡青铜、不含锡青铜轴套，衬套轴套，衬套（巴氏合金巴氏合金）有色金属有色金属本讲稿第二十八页，共五十四页2022/10/2529高分子材料高分子材料复合材料复合材料陶瓷陶瓷-塑料、橡胶、合成纤维塑料、橡胶、合成纤维。-强度高、弹性模量大、质量轻。强度高、弹性模量大、质量轻。非金属材料非金属材料-强度高、弹性模量大、质量轻。强度高、弹性模量大、质量轻。塑料塑料-塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，而且各种塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热性、绝缘性、减不同塑料具有不同的特点，如耐

22、蚀性、绝热性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其应用日益摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其应用日益广泛。广泛。本讲稿第二十九页，共五十四页2022/10/2530橡胶橡胶-橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用作联轴橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。硬橡胶可用于制器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。造用水润滑的轴承衬。螺杆防尘罩（DF 6454）非金属材料非金属材料本讲稿第三十页，共五十四页2022/10/2531非金属材料非金属材料 复复合合材材料料 克克服服了了高高分分子子

23、材材料料和和陶陶瓷瓷材材料料的的不不足足，综综合合了了各各种种不不同同材材料料的的优优良良性性能能，具具有有高高的的比比强强度度、比比刚刚度度、抗抗疲疲劳劳、减减振振、耐耐磨磨性性能能优优良良等等特特点点。尤尤其其是是金金属属基基复复合合材材料料，从从力力学学性性能能角角度度看看，可可能能是是最最理理想想的的机机械械工工程程材材料料。但但复复合合材材料料价价格格昂昂贵贵，除除在在航航天天航航空空、船船舶舶、武武器器装装备备等等国国防防工工业业中中的的重重要要结结构构件件上上应应用用外外，在在一一般般的的民民用用工工业业上上应应用用有有限限。但但应应注注意意的的是是，随随着着复复合合材材料料的的

24、生生产产成成本本降低，其应用潜力巨大、前景极其广阔。降低，其应用潜力巨大、前景极其广阔。刹车片（M432A)本讲稿第三十一页，共五十四页2022/10/2532o陶瓷材料硬而脆、加工性能差，也不能用作重要的受力零件；陶瓷材料硬而脆、加工性能差，也不能用作重要的受力零件；目前主要应用领域是建筑陶瓷和功能材料。目前主要应用领域是建筑陶瓷和功能材料。o陶瓷材料具有高热硬性及化学稳定性，可用作耐热、耐磨、耐蚀的零件，如燃烧陶瓷材料具有高热硬性及化学稳定性，可用作耐热、耐磨、耐蚀的零件，如燃烧器喷嘴、刀具与模具、石油化工容器等。器喷嘴、刀具与模具、石油化工容器等。o由于陶瓷功能材料具有极其广阔的应用前景

25、，在高新技术产品中占据重要地位，由于陶瓷功能材料具有极其广阔的应用前景，在高新技术产品中占据重要地位，故有人认为故有人认为2121世纪是世纪是“第二个石器时代第二个石器时代”。陶瓷作为结构材料，目前。陶瓷作为结构材料，目前尚处开发应用阶段。尚处开发应用阶段。非金属材料非金属材料陶瓷材料陶瓷材料本讲稿第三十二页，共五十四页2022/10/2533o普通热处理：退火、正火、淬火、回火 o表面热处理：渗碳、渗氮、高频淬火钢的热处理钢的热处理 在在铸铸造造、压压力力加加工工和和焊焊接接成成形形过过程程中中，不不可可避避免免地地存存在在组组织织缺缺陷陷。对对金金属属材材料料进进行行热热处处理理主主要要源

26、源于于提提高高其其综综合合机机械械性性能能，符符合合材材料料在在设设计计和和制制备备过过程程中中所所遵遵循循的的“成分组织性能成分组织性能”的原则。的原则。热处理是将金属材料以一定的速度加热到预定温度并保持预定的时间，再热处理是将金属材料以一定的速度加热到预定温度并保持预定的时间，再以预定的冷却速度进行冷却的综合工艺方法。以预定的冷却速度进行冷却的综合工艺方法。本讲稿第三十三页，共五十四页2022/10/2534钢的退火 加热保温缓冷（随炉冷却）退火退火1、去应力（应力存在，使材料本身性能下降）、去应力（应力存在，使材料本身性能下降）2 2、调整内部组织（最大目的，使之变成均匀细小的组织）、调

27、整内部组织（最大目的，使之变成均匀细小的组织）3 3、改善切削加工性能（铸件、锻件冷却下来后，表面硬度太高，不易、改善切削加工性能（铸件、锻件冷却下来后，表面硬度太高，不易 切削加工，首先热处理，缓冷，表面硬度就会下降）切削加工，首先热处理，缓冷，表面硬度就会下降）目的：本讲稿第三十四页，共五十四页2022/10/2535完全退火 目的：a、使热加工造成的粗大、不均匀的组织细化 b、降低硬度，改善切削加工性能等温退火 目的及加热过程与完全退火相同，但组织转变容易控制球化退火 目的：a、为以后的热处理作组织准备 b、降低硬度，改善切削加工性能去应力退火 目的：消除残余应力（不改变组织，只是去应力

28、，因此加热温度很低）再结晶退火：目的：消除加工硬化的影响，不想让它加工硬化，加热后发生再结晶，性能回复到加工硬化前 钢的常用退火工艺钢的常用退火工艺本讲稿第三十五页，共五十四页2022/10/2536钢的正火 加热保温空冷（冷却速度比退火快一些）正火正火与与退退火火一一样样，只只是是第第三三个个不不同同：退退火火是是让让它它硬硬度度而而正正火火是是当当材材料料表表面面太太软软时时，让它变硬一些让它变硬一些目的：本讲稿第三十六页，共五十四页2022/10/2537冷却速度快，晶粒细小，强度、硬度更好可以作为最终热处理（一些重要零件，要先预先 热处理，再最终热处理，但有些零件，受力不大 而且不非常

29、重要，可把正火作为组中热处理 效率高（不用占用炉子，快）对所有零件的预先热处理，能正火不退火区别（与退火相比）40Cr：退火b/MPa:656 正火b/MPa:754本讲稿第三十七页，共五十四页2022/10/2538淬火淬火目的：1、获得硬、脆的马氏体2、得到优异的力学性能淬火的必要性淬火的必要性淬火的必要性淬火的必要性 经过退火或正火的工件只能获得一般的强度和硬度，对于许多经过退火或正火的工件只能获得一般的强度和硬度，对于许多需要高强度、高耐磨条件下工作的零件则必须淬火与回火处理。需要高强度、高耐磨条件下工作的零件则必须淬火与回火处理。（所有重要机器零件都要进行淬火处理，退火、正火为它所准

30、备）本讲稿第三十八页，共五十四页2022/10/2539淬透性与淬硬性 钢的淬透性钢的淬透性大小通常用规定条件下淬火获得淬透层的深度（又称有效淬硬大小通常用规定条件下淬火获得淬透层的深度（又称有效淬硬深度）的距离作为深度）的距离作为淬透层深度淬透层深度。钢的淬硬性钢的淬硬性钢的淬硬性钢的淬硬性指淬火后马氏体所能达到的最高硬度，淬硬性主要决定于马氏体的指淬火后马氏体所能达到的最高硬度，淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。碳含量。本讲稿第三十九页，共五十四页2022/10/2540（1 1）淬透性大的件易淬透，组织和性能均匀一致；）淬透性大的件易淬透，组织和性能均匀一致；（2 2）淬火性大的工件在淬火

31、时，可选用冷却能力较小的）淬火性大的工件在淬火时，可选用冷却能力较小的 淬火介质以减小淬火应力。淬火介质以减小淬火应力。（3 3）对受力大而复杂的工件，为确保组织性能均匀一致，）对受力大而复杂的工件，为确保组织性能均匀一致，可选用淬透性大的钢。可选用淬透性大的钢。（4 4）当要求工件表面硬度高，而心部韧性好时，可选用）当要求工件表面硬度高，而心部韧性好时，可选用 低淬透性钢。低淬透性钢。淬透性的应用：淬透性的应用：（45与40Cr）本讲稿第四十页，共五十四页2022/10/2541常用淬火冷却方法常用淬火冷却方法常用淬火冷却方法常用淬火冷却方法 为为了了保保证证获获得得所所需需淬淬火火组组织织

32、，又又要要防防止止变变形形和和开开裂裂，必必须须采采用用已已有有的的淬淬火火介介质质再再配配以以各各种种冷冷却却方方法法才能解决。才能解决。通通常常的的淬淬火火方方法法包包括括单单液液淬淬火火、双双液液淬淬火火、分分级级淬淬火火和和等等温温淬淬火火等等，如图所示。如图所示。本讲稿第四十一页，共五十四页2022/10/2542回火o所有的钢淬火后立即回火处理（回火一定在淬火后进行）所有的钢淬火后立即回火处理（回火一定在淬火后进行）o去除淬火应力去除淬火应力 o得到所需的组织和性能得到所需的组织和性能 淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力，稳定组织，提高钢的塑性淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力

33、，稳定组织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、硬度和塑性、韧性得到适当配合，以满足不同和韧性，从而使钢的强度、硬度和塑性、韧性得到适当配合，以满足不同工件的性能要求。工件的性能要求。本讲稿第四十二页，共五十四页2022/10/2543 回火的目的是降低应力和脆性，获得回火马氏体组织，使钢具有高的硬度、强回火的目的是降低应力和脆性，获得回火马氏体组织，使钢具有高的硬度、强度和耐磨性。低温回火一般用来处理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、度和耐磨性。低温回火一般用来处理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滚动轴承和渗碳件等。（滚动轴承和渗碳件等。（HRC60HRC60）回火的种类回

34、火的种类回火的种类回火的种类1 1）低温回火（）低温回火（150150250250）本讲稿第四十三页，共五十四页2022/10/25442 2）中温回火（）中温回火（350350500500）回火的目的是获得回火屈氏体，具备高的弹性极限和回火的目的是获得回火屈氏体，具备高的弹性极限和韧性，并保持一定的硬度，主要用于各种韧性，并保持一定的硬度，主要用于各种弹簧弹簧，锻模、压，锻模、压铸模等模具。（铸模等模具。（35HRC4535HRC45）回火的种类回火的种类回火的种类回火的种类本讲稿第四十四页，共五十四页2022/10/2545回火的种类回火的种类回火的种类回火的种类3 3）高温回火（）高温回

35、火（500500650650）回回火火的的目目的的是是具具备备良良好好的的综综合合机机械械性性能能（较较高高的的强强度度、塑塑性性、韧韧性性），得得到到回回火火索索氏氏体体组组织织。一一般般把把淬淬火火加加高高温温回回火火的的热热处处理理称称为为“调调质质处处理理”。（28HRC3328HRC33）本讲稿第四十五页，共五十四页2022/10/2546同样的产品，工艺不同，达到的效果也不同，不同热处理可达到不同目的主动转轴用挡圈（65Mn，低温回火，47-54HRC）压力臂保持架（65Mn，淬火38-44HRC）调整套用卡簧（65Mn）钢的热处理小结钢的热处理小结钢的热处理小结钢的热处理小结 钢

36、钢铁铁材材料料热热处处理理通通过过加加热热、保保温温和和冷冷却却方方式式借借以以改改变变合合金金的的组组织织与性能，与性能，强韧化的两个重要途径之一。强韧化的两个重要途径之一。本讲稿第四十六页，共五十四页2022/10/2547表面热处理常见方法表面热处理常见方法表面热处理常见方法表面热处理常见方法 如果需要由表面到心部具有不同的性能，通常采用表面热处理如果需要由表面到心部具有不同的性能，通常采用表面热处理钢的感应表面淬火钢的感应表面淬火钢的感应表面淬火钢的感应表面淬火 利利用用电电磁磁感感应应原原理理，表表层层感感应应电电流流密密度度大大，温温度度高高；心心部部几几乎乎不不受受热热。将将工工

37、件件表表面面快快速速加加热热到到淬淬火火温温度度，然然后后迅迅速速冷冷却却，仅仅使使表表面面层层获得淬火组织，而心部仍保持淬火前组织。电流频率越高淬透层越薄获得淬火组织，而心部仍保持淬火前组织。电流频率越高淬透层越薄调整套（40Cr高频淬火）本讲稿第四十七页，共五十四页2022/10/2548 淬火温度高于一般淬火温度。淬火温度高于一般淬火温度。淬火后马氏体晶粒细化，表淬火后马氏体晶粒细化，表层硬度比普通淬火高层硬度比普通淬火高2 23HRC3HRC。表层存在很大的残余压应力。表层存在很大的残余压应力。不易产生变形和氧化脱碳。不易产生变形和氧化脱碳。易于实现机械化与自动化。易于实现机械化与自动

38、化。感应加热淬火后，为了减小淬感应加热淬火后，为了减小淬火应力和降低脆性，需进行火应力和降低脆性，需进行170170200200低温回火。低温回火。感应加热表面淬火的特点：感应加热表面淬火的特点：本讲稿第四十八页，共五十四页2022/10/2549其目的是其目的是通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面获得高碳通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面获得高碳回火马氏体，具有高硬度、耐磨性和抗疲劳性能；而心部为低碳回火马氏体，具有高硬度、耐磨性和抗疲劳性能；而心部为低碳回火马氏体或索氏体，具有一定的强度和良好的韧性配合。回火马氏体或索氏体，具有一定的强度和良好的韧性配合。钢的渗碳钢的渗碳钢的渗碳钢的

39、渗碳大滚针副托架（大滚针副托架（大滚针副托架（大滚针副托架（15CrMo,15CrMo,渗碳渗碳渗碳渗碳0.25-0.55mm,668-850HV10.25-0.55mm,668-850HV1，淬火），淬火），淬火），淬火）本讲稿第四十九页，共五十四页2022/10/2550o渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。渗碳法。o常用于渗碳的钢为低碳钢和低碳合金钢，如常用于渗碳的钢为低碳钢和低碳合金钢，如1515、2020、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、12CrNi312CrNi3等。等。

40、o渗碳后的热处理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法。渗碳后的热处理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法。钢的渗碳钢的渗碳钢的渗碳钢的渗碳本讲稿第五十页，共五十四页2022/10/2551钢的渗氮钢的渗氮钢的渗氮钢的渗氮 渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面，在钢件渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面，在钢件表面获得一定深度的富氮硬化层的热处理工艺。其目的是提高零件表面硬度、表面获得一定深度的富氮硬化层的热处理工艺。其目的是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。常用的渗氮方法有常用的渗氮方法有气

41、体渗氮气体渗氮、离子渗氮离子渗氮、氮碳共渗（软氮化）氮碳共渗（软氮化）等。等。渗层较深应选用离子渗氮离子渗氮或或气体渗氮；气体渗氮；渗层较浅应选用氮碳共渗，氮碳共渗，也可选用也可选用离离子渗氮子渗氮碳素钢工件不应选用碳素钢工件不应选用离子渗氮离子渗氮或或气体渗氮，气体渗氮，应用应用氮碳共渗氮碳共渗本讲稿第五十一页，共五十四页2022/10/2552渗氮后的钢件性能渗氮后的钢件性能 氮化层氮化层HRCHRC为为69697373，在，在600600650650有较高红硬性；有较高红硬性；一般，一般，T T渗氮渗氮T T渗碳渗碳，无需进一步热处理，渗氮层各性，无需进一步热处理，渗氮层各性 能均优于渗

42、碳层，工件不易变形；能均优于渗碳层，工件不易变形；氮化层比碳化层薄且脆；且氮化层比碳化层薄且脆；且t t渗氮渗氮t t渗碳渗碳，生产效率低。，生产效率低。为提高工件心部强韧性，需在渗氮前进行调质处理。为提高工件心部强韧性，需在渗氮前进行调质处理。钢的渗氮钢的渗氮钢的渗氮钢的渗氮转动圈（08Al 20，表面离子氮化，DN0.1mm,500-600HV1)本讲稿第五十二页，共五十四页2022/10/2553高频淬火、渗碳、渗氮都可达到内韧外硬的效果，但是适应的材料、场合不同 表面热处理小结表面热处理小结表面热处理小结表面热处理小结调整套（调整套（40Cr40Cr调质调质260-300HBS260-

43、300HBS，渗氮，渗氮DN0.2mm,550-650HV1高频淬火高频淬火DS=1-2MM,55-60HRCDS=1-2MM,55-60HRC）转动圈（08Al 20，表面离子氮化，DN0.1mm,500-600HV1)大滚针副托架（大滚针副托架（大滚针副托架（大滚针副托架（15CrMo,15CrMo,15CrMo,15CrMo,渗碳渗碳渗碳渗碳0.25-0.55mm,668-850HV10.25-0.55mm,668-850HV10.25-0.55mm,668-850HV10.25-0.55mm,668-850HV1，淬火），淬火），淬火），淬火）本讲稿第五十三页，共五十四页2022/10/2554 谢谢大家！本讲稿第五十四页，共五十四页