汽车材料与金属加工第3章-钢的热处理课件.ppt

1、第第3章章 钢的热处理钢的热处理 3.1 钢在加热和冷却时的组织转变钢在加热和冷却时的组织转变 3.2 钢的普通热处理钢的普通热处理 3.3 钢的表面热处理钢的表面热处理第3章 钢的热处理3.1 钢在加热和冷却时的组织转变钢在加热和冷却时的组织转变 3.1.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 3.1.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变第3章 钢的热处理u定义定义：u目的及目的及重要性重要性：提高和提高和改善钢的性能；充分发挥钢的性能潜力；提高寿命；减低成本改善钢的性能；充分发挥钢的性能潜力；提高寿命；减低成本 u分类：分类：普通热处理（普通热处理（四把火：四把火：退火、正火

2、、淬火、回火）退火、正火、淬火、回火）表面热处理（表面淬火、化学热处理）表面热处理（表面淬火、化学热处理）加热加热T()t(h)冷却冷却热处理工艺曲线热处理工艺曲线保温保温 把钢在固态下，通过把钢在固态下，通过加热加热冷却冷却来改变钢内部的组织和性能来改变钢内部的组织和性能保温保温蘸火第3章 钢的热处理转变温度转变温度Fe-Fe3C相图上：相图上：PSK、GS、ES 平衡平衡 临临 界界 点点 为：为：A1、A3、Acm加热时临界点为：加热时临界点为：Ac1、Ac3、Accm冷却时临界点为：冷却时临界点为：Ar1、Ar3、Arcm 3.1钢在加热和冷却时的组织转变钢在加热和冷却时的组织转变第3

3、章 钢的热处理钢热处理时首先要钢热处理时首先要加热加热，其，其 目的是获得目的是获得均匀而细小均匀而细小的奥的奥 氏体组织。氏体组织。经过经过A化以后的钢，再以不化以后的钢，再以不 同的方式冷却，即可得到不同的方式冷却，即可得到不 同的组织，从而获得所需要同的组织，从而获得所需要 的性能。的性能。热处理工艺曲线热处理工艺曲线3.1钢在加热和冷却时的组织转变钢在加热和冷却时的组织转变第3章 钢的热处理3.1.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变（以共析钢为例）：（以共析钢为例）：共析钢在共析钢在A1以下全部为以下全部为P。P是是F和和Fe3C组成的机械混合物组成的机械混合物。当把共析钢加

4、热到当把共析钢加热到Ac1以上温度以上温度时，时，PA，这种转变可用下式，这种转变可用下式表示。表示。P P（F +FeF +Fe3 3C C）A A 0.0218%6.69%0.77%0.0218%6.69%0.77%bcc bcc 复杂斜方复杂斜方 fccfcc珠光体珠光体3.1钢在加热和冷却时的组织转变钢在加热和冷却时的组织转变第3章 钢的热处理共析钢奥氏体形成过程可归纳为共析钢奥氏体形成过程可归纳为奥氏体晶核的形成：奥氏体晶核的形成：a)奥氏体晶核的长大奥氏体晶核的长大:b)残余渗碳体的溶解残余渗碳体的溶解:c)奥氏体成分均匀化奥氏体成分均匀化:d)加热时，为了获得加热时，为了获得均匀

5、而细小的均匀而细小的奥氏体晶粒，必须选取合适的奥氏体晶粒，必须选取合适的加热温度加热温度，并并严格控制保温时间严格控制保温时间。亚共析钢：亚共析钢：F+P F+A A过共析钢：过共析钢：P+Fe3C A+Fe3C A3.1.1钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变奥氏体形成过程奥氏体形成过程第3章 钢的热处理钢加热获得钢加热获得均匀而细小均匀而细小的的A晶粒，是为随后的冷却做组织准备，冷却过晶粒，是为随后的冷却做组织准备，冷却过程是热处理的关键工序，冷却方式不同，冷却后的组织和性能也不同。程是热处理的关键工序，冷却方式不同，冷却后的组织和性能也不同。热处理生产中的冷却方式热处理生产中的冷却方

6、式 等温冷却等温冷却 连续冷却连续冷却 3.1.2钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变第3章 钢的热处理1.过冷过冷A等温转变曲线等温转变曲线 过冷奥氏体过冷奥氏体：把在：把在Ar1温度以下暂时存在的、不稳定的温度以下暂时存在的、不稳定的奥奥 氏体称为过冷奥氏体。氏体称为过冷奥氏体。3.1.2钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变第3章 钢的热处理A1PSKMsM转变开始线转变开始线 MfM转变终了线转变终了线 aa等温转变开始线等温转变开始线 bb等温转变终了线等温转变终了线五线五线 A1 线以上线以上：A稳定存在区稳定存在区MsMf：M转变区转变区aa以左：以左：过冷过冷A区区bb以

7、右：以右：转变产物区转变产物区aabb：过冷：过冷A与转变产物共存区与转变产物共存区五区五区 aa bb曲线分析曲线分析共析钢的共析钢的C曲线曲线 aabb3.1.2钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变过冷过冷A等温转变曲线等温转变曲线 C C 曲线曲线第3章 钢的热处理共析钢过冷共析钢过冷A等温转变产物的组织形态和性能：等温转变产物的组织形态和性能：1)珠光体转变珠光体转变 Ar1550 A过过P2)贝氏体转变贝氏体转变 550Ms A过过B 3)马氏体转变马氏体转变 MsMf连续冷却连续冷却 A过过M共析钢的共析钢的C曲线曲线 3.1.2钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变第3章

8、钢的热处理1)珠光体转变珠光体转变等温温度等温温度组织名称组织名称符号符号片层间距片层间距硬度硬度HRCAr1 650珠光体珠光体P0.4m1020650600索氏体索氏体S0.2 0.4m2030600550托氏体托氏体T0.2m3040珠光体珠光体(P)(P)3800 3800索氏体索氏体(S)8000托氏体托氏体(T)8000PTS问题：问题：P P、S S、T T有何异同有何异同？共析钢过冷共析钢过冷A等温转变产物的组织形态和性能等温转变产物的组织形态和性能第3章 钢的热处理2)贝氏体转变贝氏体转变温度温度：550Ms产物产物：贝氏体：贝氏体含过饱和碳的铁素体和碳化物含过饱和碳的铁素体

9、和碳化物 组成的机械混合物，用组成的机械混合物，用“B”表示。表示。等温温度等温温度组织名称组织名称符号符号形态形态硬度硬度HRC550350上贝氏体上贝氏体B上上羽毛状羽毛状40-45HRC塑性低、脆塑性低、脆350Ms下贝氏体下贝氏体B下下黑色针状黑色针状45-55HRC塑韧性好塑韧性好上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体PTSB上上B下下共析钢过冷共析钢过冷A等温转变产物的组织形态和性能等温转变产物的组织形态和性能第3章 钢的热处理3)马氏体转变马氏体转变温度：温度：MsMf产产 物：物：马氏体马氏体碳在碳在-Fe中的过饱和固溶体，中的过饱和固溶体，用用“M”表示表示Wc组织名称组织名称符号

10、符号形态形态硬度硬度HRCWC0.2%板条马氏体板条马氏体M板条板条板条板条状状50HRC塑韧性好塑韧性好WC1.0%针状马氏体针状马氏体M针状针状针状针状65HRC 塑韧性极差、脆塑韧性极差、脆板条马氏体板条马氏体 针状马氏体针状马氏体PTSB上上B下下M混合混合M M隐晶隐晶M共析钢过冷共析钢过冷A等温转变产物的组织形态和性能等温转变产物的组织形态和性能第3章 钢的热处理类类型型温温 度度产产 物物形形 态态性性 能能特特 点点P P转转变变A Ar1r1-550550A A r1 r1-650-650珠光体珠光体(P)(P)粗片粗片0.40.425HRC25HRC扩散型扩散型650-60

11、0650-600索氏体索氏体(S)(S)细片细片0.4-0.4-0.20.225-35HRC25-35HRC600-550600-550屈氏体屈氏体(T)(T)极细极细0.20.235-40HRC35-40HRCB B转转变变550550-M-Ms s550-350550-350上贝氏体上贝氏体(B(B上上)羽毛羽毛40-45HRC40-45HRC塑性低、脆塑性低、脆半扩散型半扩散型350-Ms350-Ms下贝氏体下贝氏体(B(B下下)针状针状45-55HRC45-55HRC塑韧性好塑韧性好M M转转变变M Ms s-M-Mf fWcWc0.2%0.2%板条板条M M板条板条50HRC50HR

12、C塑韧性好塑韧性好非扩散型非扩散型不完全性不完全性体积膨胀体积膨胀WcWc1.0%1.0%片状片状M M竹叶竹叶(铁饼铁饼)65HRC 65HRC 塑韧性差、塑韧性差、脆脆PTSB上上B下下M共析钢过冷共析钢过冷A等温转变产物的组织形态和性能等温转变产物的组织形态和性能第3章 钢的热处理P Ps s AP AP 开始线开始线P Pf f AP AP 终止线终止线KKKK P P转变终止线转变终止线k k 上临界冷却速度上临界冷却速度k k 下临界冷却速度下临界冷却速度 M MS S A M A M 开始温度开始温度 M Mf f A M A M 终止温度终止温度3.1.2钢在冷却时的组织转变钢

13、在冷却时的组织转变过冷过冷A连续转变曲线连续转变曲线 第3章 钢的热处理PSTT+M+AM+A炉冷炉冷 P(P()空冷空冷 S(S(k)油冷油冷 T+M+AT+M+A(k k)水冷水冷 M+A(M+A(k)连续冷却连续冷却 转变产物和冷却速度的关系转变产物和冷却速度的关系3.1.2钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变过冷过冷A连续转变曲线连续转变曲线 第3章 钢的热处理3.2 3.2.2 3.2.2 钢的淬火钢的淬火3.2.1 3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火3.2.33.2.3钢的回火钢的回火第3章 钢的热处理退火：退火：把钢加热到把钢加热到适当温度适当温度，保温，保温一定时一定

14、时 间间，然后，然后缓慢缓慢冷却的热处理工艺。冷却的热处理工艺。P600钢的退火钢的退火缓慢缓慢冷却：冷却：随炉冷却、埋砂冷却或灰冷随炉冷却、埋砂冷却或灰冷3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的退火钢的退火第3章 钢的热处理u退火分类：退火分类：完全退火（等温退火）完全退火（等温退火）等温退火等温退火 球化退火球化退火 扩散退火（均匀化退火）扩散退火（均匀化退火）去应力退火去应力退火3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的退火钢的退火第3章 钢的热处理l适用范围：亚共析钢亚共析钢（W WC C=0.3=0.30.6%0.6%）（铸、锻、焊件）l加热温度：A AC3C3+30+30 5

15、0 50 A AC3C3+30+30 50 50 完全退火完全退火A AC3C3+30+30 50 50 炉冷炉冷A AC3C3600 600，空冷，空冷完全退火工艺曲线完全退火工艺曲线3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的退火钢的退火第3章 钢的热处理l退火后组织：P+F中碳钢：珠光体中碳钢：珠光体+铁素体铁素体 完全退火完全退火l目的：降低硬度，改善切削加工性能细化晶粒消除应力均匀成份、组织提高塑性A AC3C3+30+30 50 50 3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的退火钢的退火第3章 钢的热处理l适用范围：合金钢合金钢l加热温度：A AC3C3+30+30 50 50

16、 A AC3C3（AcAc1 1）+30+30 50 50 等温退火等温退火等温退火工艺曲线等温退火工艺曲线3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的退火钢的退火第3章 钢的热处理l等温退火等温退火完全退火的特例完全退火的特例优点优点:退火时间短，组织均匀，缩短生产周期高速钢的退火工艺曲线高速钢的退火工艺曲线3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的退火钢的退火第3章 钢的热处理l适用范围：共析钢共析钢 、过共析钢、过共析钢l加热温度：l目的：使片状 Fe3C 球化 A Ar1r1-20-20 炉冷炉冷A AC1C1500 500，空冷，空冷A AC1C1+20+20 30 30 A AC

17、1C1+20+20 30 30 HB 便于切削加工使塑性达到最佳为淬火、回火做准备 球化退火球化退火A AC1C1+30+30 50 50 3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的退火钢的退火第3章 钢的热处理球状珠光体l退火后组织：球状球状PP软软 球化退火球化退火片状珠光体3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的退火钢的退火第3章 钢的热处理l加热温度：l目的：消除工件残余应力，稳定工件的尺寸；扩散退火扩散退火去应力退火去应力退火T加热加热A AC1C1T T加热加热=A=AC3C3150 150 250 250 去应力退火去应力退火 均匀化退火（扩散退火）均匀化退火（扩散退火）l

18、加热温度：l目的：消除偏析，均匀成份、组织。3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的退火钢的退火第3章 钢的热处理S正火正火：将钢加热到：将钢加热到Ac3（或（或Accm）以上以上 3050，保温一定时间，然后，保温一定时间，然后 出炉在出炉在空气中冷却空气中冷却的热处理工艺。的热处理工艺。钢的正火钢的正火空冷空冷3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的正火钢的正火第3章 钢的热处理S S 消除应力、细化晶粒、改善组织，提高钢的综合性能消除应力、细化晶粒、改善组织，提高钢的综合性能对于中低碳钢中低碳钢，可适当提高提高硬度，改善其切削加工性能；对于过共析钢过共析钢，可消除网状消除网状Fe

19、Fe3 3C C，为球化退火做准备；作为普通结构件的最终热处理。l正火后组织：正火后组织：l目的：目的：3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火钢的正火钢的正火第3章 钢的热处理l加热温度加热温度l组织和性能组织和性能l对切削加工的影响对切削加工的影响 正火正火细化、硬化细化、硬化 退火退火软化软化l 生产周期生产周期在满足使用性能要求的情况下，优选正火。在满足使用性能要求的情况下，优选正火。3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火退火与正火比较退火与正火比较第3章 钢的热处理退火分类退火分类加热温度加热温度冷却方式冷却方式目的目的适用范围适用范围完全退火完全退火Ac3+3050 随炉冷却到随

20、炉冷却到600以以下，出炉空冷下，出炉空冷细化、均匀化，软细化、均匀化，软化、稳定化化、稳定化亚共析钢亚共析钢（W WC C=0.3=0.30.6%0.6%）的铸、的铸、锻、焊接件锻、焊接件过共析钢不宜完全退火过共析钢不宜完全退火等温退火等温退火Ac3（Ac1）+3050 快速冷却到快速冷却到Ar1以下某以下某一温度，等温一定时一温度，等温一定时间，出炉空冷间，出炉空冷与完全退火相同。与完全退火相同。可缩短生产周期，可缩短生产周期，提高生产效率（提高生产效率（1/3）A较稳定的合金钢工件较稳定的合金钢工件球化退火球化退火Ac1+3050 经充分保温后，随炉经充分保温后，随炉冷却到冷却到600出

21、炉空冷出炉空冷 软化（软化（P球球）具有共析或过共析成分的碳钢具有共析或过共析成分的碳钢或合金钢或合金钢扩散退火扩散退火固相线以下固相线以下100200 长时间长时间（10-15h10-15h）保保温后，随炉冷却温后，随炉冷却 均匀化均匀化 质量要求高的合金钢铸锭或铸质量要求高的合金钢铸锭或铸件件去应力去应力退火退火Ac1以下（一般以下（一般为为500650）随炉冷却到随炉冷却到200300出炉空冷出炉空冷 稳定化稳定化 所有钢件所有钢件正火正火A AC3C3（A Accmccm）+30-50+30-50保温适当时间，出炉保温适当时间，出炉空冷空冷细化晶粒、提高硬细化晶粒、提高硬度，消除网状度

22、，消除网状FeFe3 3C C普普 通通 件：提高力性件：提高力性低低 碳碳 钢：提高硬度钢：提高硬度过共析钢：细化晶粒过共析钢：细化晶粒表表3-4 退火和正火的工艺特点及适用范围退火和正火的工艺特点及适用范围3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火第3章 钢的热处理3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火第3章 钢的热处理淬火淬火：将钢加热到：将钢加热到Ac3（或（或Ac1）以上）以上 3050，保温一定时间，然后，保温一定时间，然后 以大于以大于k的速度快速冷却，以获的速度快速冷却，以获 得得马氏体马氏体或或下贝氏体下贝氏体组织的热处组织的热处 理工艺。理工艺。目的：目的：提高钢的提高钢的

23、硬度和耐磨性硬度和耐磨性。是强化钢材最重要的工艺方法。是强化钢材最重要的工艺方法。M+A钢的淬火钢的淬火钢的退火钢的退火钢的正火钢的正火蘸火蘸火 冷却速度快，热应力和组织转变应力大，工件易变形和开裂；冷却速度快，热应力和组织转变应力大，工件易变形和开裂；淬火（淬火（+回火）一般是最终热处理，是决定产品质量的关键工序。回火）一般是最终热处理，是决定产品质量的关键工序。3.2.2 钢的淬火钢的淬火第3章 钢的热处理（1）淬火加热温度）淬火加热温度 亚共析钢：亚共析钢：Ac3+3050（过）共析钢（过）共析钢：Ac1+3050 u合金钢合金钢比相同含碳量的碳钢高比相同含碳量的碳钢高 u碳钢碳钢以铁碳

24、相图为依据以铁碳相图为依据钢号Ac3/T/4578083040Cr7828503.2.2 钢的淬火钢的淬火淬火工艺淬火工艺（2）淬火保温时间：）淬火保温时间：用经验公式用经验公式=KD估算估算第3章 钢的热处理常用冷却介质：水、油、盐或碱的水溶液常用冷却介质：水、油、盐或碱的水溶液 冷却速度：冷却速度：盐水盐水 水水 盐浴盐浴 油油理想的冷却介质：理想的冷却介质：在保证淬后获得在保证淬后获得M的前提下，又不造成开的前提下，又不造成开裂，且变形最小裂，且变形最小。3.2.2 钢的淬火钢的淬火淬火工艺淬火工艺（3）淬火冷却介质）淬火冷却介质 第3章 钢的热处理单介质淬火：单介质淬火：碳钢碳钢水；合

25、金钢水；合金钢油油优点：优点：操作简单、成本低；操作简单、成本低；缺点：缺点：淬火件质量较低、热应力大淬火件质量较低、热应力大双介质淬火：双介质淬火：水水油；水油；水空气空气优点：优点：能保证淬火件的质量要求能保证淬火件的质量要求缺点：缺点：操作难度大、热应力大操作难度大、热应力大分级淬火：分级淬火：转变产物转变产物 MM；优点：优点：热应力小，工件不易变形；热应力小，工件不易变形；缺点：缺点：操作难度大操作难度大等温淬火：等温淬火：转变产物转变产物 B B下下；优点：优点：综合性能及尺寸精度高、不需回火；综合性能及尺寸精度高、不需回火；缺点：缺点：工艺复杂、成本高工艺复杂、成本高3.2.2

26、钢的淬火钢的淬火常用淬火方法常用淬火方法第3章 钢的热处理淬透性：淬透性：是指钢淬火时获得淬硬层深度的能力。是指钢淬火时获得淬硬层深度的能力。通常以在规定条件下获得淬硬层深度来衡量。通常以在规定条件下获得淬硬层深度来衡量。淬硬（透）层越深，表明淬透性越好。淬硬（透）层越深，表明淬透性越好。决定于决定于K，K越小，越小，A越稳定，淬透性越好越稳定，淬透性越好。淬硬性淬硬性：是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。：是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。决定于马氏体的含碳量。决定于马氏体的含碳量。含碳量越高，淬硬性越好。含碳量越高，淬硬性越好。3.2.2 钢的淬火钢的淬火钢的淬透性钢的淬透性第3章 钢的热处

27、理 dHRCJ淬透性值的表示淬透性值的表示：半半M M区到水冷端距离区到水冷端距离半M区硬度542J如如:l 淬透性曲线的测定淬透性曲线的测定末端淬火法（端淬试验）末端淬火法（端淬试验）3.2.2 钢的淬火钢的淬火钢的淬透性钢的淬透性第3章 钢的热处理加热加热淬火钢淬火钢A Ac1c1以下保温以下保温冷却冷却室温室温l 定义：定义：l目的：目的：减少或消除淬火应力，防止工件变形与开裂减少或消除淬火应力，防止工件变形与开裂稳定工件组织及尺寸；稳定工件组织及尺寸；获得所需的力学性能。获得所需的力学性能。马氏体的分解马氏体的分解残余奥氏体的分解残余奥氏体的分解碳化物的析出和变化碳化物的析出和变化相（

28、相（F）的回复和再结晶）的回复和再结晶 l回火时的组织转变及性能变化回火时的组织转变及性能变化3.2.3 钢的回火钢的回火第3章 钢的热处理回火时的组织转变及性能变化回火时的组织转变及性能变化回火回火阶段阶段组织变化组织变化内应内应力力体体积积性能性能回火后组织回火后组织（一）（一）200200（二）（二）200200300300（三）（三）300300400400（四）（四）400400c/a 1c/a 1c/a1c/a1Fe3CAr B下或M回马氏体分解MH 不变或略、ak 略含C过饱和(针)+(点)M回回马氏体分解残余奥氏体分解(略)、H (略)脆性M回回1马氏体分解碳化物聚集长大相（F

29、）的回复和再结晶消失H、ak M回、H 较高弹性 最佳s 最佳针状 F+颗粒状Fe3C T T回回、H、ak综合性能 最佳等轴 F+颗粒状Fe3C S S回回第3章 钢的热处理回火的种类和应用回火的种类和应用回火工艺回火工艺回火温度回火温度/回火组织及硬度回火组织及硬度特特 点点用用 途途低温回火低温回火100250回火马氏体回火马氏体5864HRC 保持了淬火保持了淬火M的的高硬高硬度和高耐磨性度和高耐磨性，韧性提，韧性提高，内应力和脆性有所高，内应力和脆性有所降低降低 用于工模量具、滚动轴承及用于工模量具、滚动轴承及表面处理件表面处理件中温回火中温回火350500回火托氏体回火托氏体385

30、0HRC 具有具有较高的弹性较高的弹性和一和一定的韧性定的韧性 用于各种弹性零件，如用于各种弹性零件，如汽车汽车弹簧弹簧和热作模具和热作模具高温回火高温回火500650回火索氏体回火索氏体2535HRC 具有较好的具有较好的综合力学综合力学性能性能 广泛用于广泛用于汽车、拖拉机轴类汽车、拖拉机轴类零件、齿轮和高强度螺栓、零件、齿轮和高强度螺栓、连杆等连杆等 调质处理调质处理 淬火淬火 高温回火高温回火3.2.3 钢的回火钢的回火第3章 钢的热处理第3章 钢的热处理回火后的性能：回火后的性能：影响回火后性能的关键因素：影响回火后性能的关键因素：回火温度回火温度3.2.3 钢的回火钢的回火第3章

31、钢的热处理 回火脆性的概念回火脆性的概念 第一类回火脆性第一类回火脆性 250250350 350（低温、不可逆）产生范围产生范围：所有钢 防止措施防止措施：避免在该脆性区回火；钢中加少量 Si；第二类回火脆性第二类回火脆性 500500650 650 （高温、可逆）产生范围产生范围：部分合金结构钢 （含Cr、Ni、Si、Mn）防止措施防止措施：回火后快冷 加少量 Mo、W 减少钢中杂质 改变热处理工艺回火脆性回火脆性3.2.3 钢的回火钢的回火第3章 钢的热处理3.3 钢的表面热处理钢的表面热处理3.3.1 钢的表面淬火钢的表面淬火3.3.2 钢的化学热处理钢的化学热处理第3章 钢的热处理定

32、义：定义：不改变钢的化学成分和心部组织的情况下，利用快不改变钢的化学成分和心部组织的情况下，利用快 速加热，将速加热，将表层加热到表层加热到A化温度化温度后进行淬火的热处后进行淬火的热处 理工艺。理工艺。目的目的：提高提高表面表面硬度和耐磨性，心部在保持一定的强度、硬度和耐磨性，心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。3.3.1 钢的表面淬火钢的表面淬火第3章 钢的热处理u所用钢种：所用钢种：中碳成分中碳成分的优质碳素结构钢、合金结构钢的优质碳素结构钢、合金结构钢u应用：应用：承受弯曲、扭转、摩擦和冲击载荷的零件：承受弯曲、扭转、摩擦和冲击

33、载荷的零件：齿轮、凸轮、曲轴、轧辊等齿轮、凸轮、曲轴、轧辊等只需只需表面淬硬的工件；表面淬硬的工件；机床导轨等大型、复杂工件机床导轨等大型、复杂工件只能只能表面淬硬的工件。表面淬硬的工件。u分类：分类：感应加热淬火、火焰加热淬火、激光加热淬火感应加热淬火、火焰加热淬火、激光加热淬火3.3.1 钢的表面淬火钢的表面淬火第3章 钢的热处理感应加热表面淬火感应加热表面淬火)(f600500mmu分类分类高频感应加热：高频感应加热：f=200f=200300kHZ300kHZ，=0.5=0.52.0m2.0m中频感应加热中频感应加热 f=2500f=25008000HZ8000HZ，=2.0=2.01

34、0mm10mm工频感应加热工频感应加热 f=50HZ =10f=50HZ =1015mm15mmu原理：原理：利用工件在利用工件在交变磁场交变磁场中产生的中产生的感应电流，感应电流，将工件将工件表面迅速加热表面迅速加热到淬火温度，然后快到淬火温度，然后快 速冷却的工艺。速冷却的工艺。u 淬硬层深度淬硬层深度u 淬后要低温淬后要低温(180200)回火。回火。3.3.1 钢的表面淬火钢的表面淬火第3章 钢的热处理表表3-4 感应加热淬火的种类及应用范围感应加热淬火的种类及应用范围种种 类类常用频率常用频率/kHz淬硬深度淬硬深度/应用范围应用范围高频感应加热高频感应加热2003000.52 淬硬

35、层要求较薄的中小模数齿轮和中小尺寸淬硬层要求较薄的中小模数齿轮和中小尺寸的轴类零件的轴类零件中频感应加热中频感应加热2.58210 大、中模数齿轮和较大直径的轴类零件大、中模数齿轮和较大直径的轴类零件工频感应加热工频感应加热50Hz1020 大直径零件如轧辊、火车车轮等大直径零件如轧辊、火车车轮等高频淬火高频淬火超音频淬火设备超音频淬火设备长轴高频淬火长轴高频淬火内齿圈高频淬火内齿圈高频淬火3.3.1 钢的表面淬火钢的表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火第3章 钢的热处理 加热速度快：高频只需几秒加热速度快：高频只需几秒-几十秒，不需保温，生产率高几十秒，不需保温，生产率高 加热温度高：加

36、热温度高：AC3+100-200 淬火质量好：组织为极细淬火质量好：组织为极细M，比普通淬火高，比普通淬火高2-3HRC，且塑韧性好。，且塑韧性好。但感应加热设备较贵，维修调整较困难，形状复杂的零件不易制作感应但感应加热设备较贵，维修调整较困难，形状复杂的零件不易制作感应器，不适于单件生产。器，不适于单件生产。u 特点特点3.3.1 钢的表面淬火钢的表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火第3章 钢的热处理 锻造锻造 退火或正火退火或正火 粗加工粗加工 调质或正火调质或正火 精加工精加工 感应加热表面淬火感应加热表面淬火 低温回火低温回火 粗磨粗磨 时效处理时效处理 精磨精磨消除锻造消除锻造应

37、力应力；调整硬度，便于机调整硬度，便于机加工加工细化晶粒，提高心部综细化晶粒，提高心部综合性能，为淬火做准备合性能，为淬火做准备强化表面，获得强化表面，获得M降低淬火应力降低淬火应力稳定表面组织稳定表面组织T T加加：160160200200进一步降低应力，稳进一步降低应力，稳定组织，防止工件变定组织，防止工件变形开裂形开裂u 工艺路线工艺路线：3.3.1 钢的表面淬火钢的表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火第3章 钢的热处理原理：利用氧原理：利用氧乙炔（煤气）的混合乙炔（煤气）的混合 气体燃烧的火焰，将工件表层气体燃烧的火焰，将工件表层 快速加热到淬火温度，然后立快速加热到淬火温度，然后

38、立 即喷水冷却的热处理工艺。即喷水冷却的热处理工艺。淬硬层深度淬硬层深度:=28mm特点：设备简单成本低；但质量不易控制。特点：设备简单成本低；但质量不易控制。应用应用：批量小、形状复杂、大件。：批量小、形状复杂、大件。3.3.1 钢的表面淬火钢的表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火第3章 钢的热处理将工件置于一定温度的活性将工件置于一定温度的活性介质介质中，使一种或几种元中，使一种或几种元素素渗入渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺的热处理工艺。渗碳、渗氮和碳氮共渗等。渗碳、渗氮和碳氮共渗等。3.3.2 钢的化学热处理钢的化

39、学热处理u定义：定义：u种类种类第3章 钢的热处理钢的渗碳钢的渗碳定义定义：将工件在：将工件在渗碳介质渗碳介质中加热并保温，使中加热并保温，使碳原子碳原子渗渗 入工件表层的化学热处理工艺。入工件表层的化学热处理工艺。用途：用途：用于在用于在较大冲击载荷和在严重磨损条件下较大冲击载荷和在严重磨损条件下工作的零件。工作的零件。如汽车变速齿轮、活塞销、摩擦片、套筒等。如汽车变速齿轮、活塞销、摩擦片、套筒等。渗碳用钢：渗碳用钢：低碳钢和低碳合金钢。低碳钢和低碳合金钢。渗碳的目的：渗碳的目的：提高工件提高工件表层碳的质量分数表层碳的质量分数，经淬火和低温回火后，经淬火和低温回火后，使工件表面使工件表面获

40、得高硬度和耐磨性获得高硬度和耐磨性，而心部仍然保持，而心部仍然保持 良好的塑性和韧性。良好的塑性和韧性。3.3.2 钢的化学热处理钢的化学热处理 方法：方法：固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳第3章 钢的热处理气体渗碳示意图气体渗碳示意图 原理：原理：将工件置于将工件置于密封密封的井式气体渗碳炉中，的井式气体渗碳炉中，加热到加热到930左右，滴入左右，滴入煤油、甲醇、煤油、甲醇、苯苯等，使渗碳介质在高温下分解出等，使渗碳介质在高温下分解出活性活性 碳原子碳原子，并被工件表面吸收，被吸收的，并被工件表面吸收，被吸收的 活性碳原子由表面逐渐向工件内部扩散，活性碳原子由表面逐渐

41、向工件内部扩散，形成具有一定深度的渗碳层。形成具有一定深度的渗碳层。深层深度深层深度：渗碳后：渗碳后=0.52.5 mm表层含碳量：表层含碳量：WC=0.85%1.05%气体渗碳气体渗碳 渗碳后热处理渗碳后热处理：淬火淬火+低温回火低温回火渗后硬度：渗后硬度：表面硬度：表面硬度：5864HRC，心部硬度：心部硬度：3045HRC。钢的渗碳钢的渗碳3.3.2 钢的化学热处理钢的化学热处理第3章 钢的热处理u渗后组织渗后组织表面表面0.851.05%心部心部0.150.30%wcP+网状网状Fe3CPP+F渗碳工艺渗碳工艺 锻造锻造 正火正火 切削加工切削加工 渗碳渗碳 淬火淬火+低温回火低温回火

42、 精加工精加工钢的渗碳钢的渗碳3.3.2 钢的化学热处理钢的化学热处理第3章 钢的热处理经渗碳的机车从动齿轮钢的渗碳钢的渗碳3.3.2 钢的化学热处理钢的化学热处理第3章 钢的热处理u定义：定义：将工件在将工件在渗氮介质渗氮介质中加热并保温，使中加热并保温，使氮原子氮原子渗入工渗入工 件表层的化学热处理工艺件表层的化学热处理工艺 u目的：目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性。提高工件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性。u特点：特点：氮化温度低：氮化温度低：(500600)时间长：（时间长：（2050h）硬度更高：硬度更高：10001200HV（6972HRC）渗层薄：渗层薄

43、：（0.10.4）氮化前调质处理、氮化后无须淬火。氮化前调质处理、氮化后无须淬火。u用于：用于：耐磨、耐高温、耐腐蚀的精密零件，如精密齿轮、精密机床主轴、耐磨、耐高温、耐腐蚀的精密零件，如精密齿轮、精密机床主轴、汽轮机阀门及阀杆、发动机气缸和排气阀等。汽轮机阀门及阀杆、发动机气缸和排气阀等。钢的渗氮（氮化）钢的渗氮（氮化）3.3.2 钢的化学热处理钢的化学热处理第3章 钢的热处理渗渗 碳碳渗渗 氮氮定义定义向工件表面渗入碳原子的过程。向工件表面渗入碳原子的过程。向钢表面渗入向钢表面渗入N N原子的过程原子的过程目的目的提高表面提高表面W WC C，淬火后使表面获得高的硬度、耐磨性，淬火后使表面

44、获得高的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部仍保持较高的塑韧性和疲劳强度，而心部仍保持较高的塑韧性提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度和抗腐蚀性。提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度和抗腐蚀性。用钢用钢W WC C=0.15%-0.3%=0.15%-0.3%的低碳钢和低碳合金钢。的低碳钢和低碳合金钢。最常用：最常用：38CrMoAL38CrMoAL应用应用在较大冲击载荷和在严重磨损条件下工作的零件在较大冲击载荷和在严重磨损条件下工作的零件汽车变速齿轮、活塞等。汽车变速齿轮、活塞等。耐磨、耐高温、耐腐蚀的精密零件（精密齿轮、精耐磨、耐高温、耐腐蚀的精密零件（精密齿轮、精密机床主轴密机床主轴、精密机床丝杠、精密模具

45、）、精密机床丝杠、精密模具）方法方法气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳气体渗气体渗N N、离子渗、离子渗N N工艺工艺温温 度：度：900-950900-950，速速 度：度：=0.2-0.5=0.2-0.5/h/h（气）（气）层层 深：一般深：一般0.5-2.50.5-2.5煤油滴量：煤油滴量：温温 度：度：500-600 500-600 时时 间：间：0.3-0.50.3-0.5,需需20-50h20-50h渗渗 层：层：0.6-0.70.6-0.7.氨分解率氨分解率:性能性能表面硬度：表面硬度：606064HRC64HRC心心 韧韧硬度高：硬度高：1000-1200

46、HV1000-1200HV抗疲劳、耐腐蚀抗疲劳、耐腐蚀特点特点渗速快，但变形大（温度高）渗速快，但变形大（温度高）A.A.周期长（达周期长（达70h70h），成本高；），成本高；B.B.变形小（温度低）；变形小（温度低）；C.C.渗层薄而脆，不易受冲击。渗层薄而脆，不易受冲击。渗碳和渗氮的比较渗碳和渗氮的比较3.3.2 钢的化学热处理钢的化学热处理第3章 钢的热处理1.热处理热处理是将钢在固态下加热、保温、冷却以获得所需组织和性能的工艺。是将钢在固态下加热、保温、冷却以获得所需组织和性能的工艺。目的是提高或改善金属材料的性能，充分挖掘金属材料的性能潜力。目的是提高或改善金属材料的性能，充分挖掘

47、金属材料的性能潜力。2.退火和正火退火和正火作为预先热处理常安排在铸造、锻造和焊接之后或粗加工之作为预先热处理常安排在铸造、锻造和焊接之后或粗加工之 前，用以消除前一工序所造成的某些组织缺陷及内应力，为随后的切削加前，用以消除前一工序所造成的某些组织缺陷及内应力，为随后的切削加 工及热处理做组织准备，也可用于性能要求不高的零件的最终热处理。工及热处理做组织准备，也可用于性能要求不高的零件的最终热处理。3.淬火和回火淬火和回火作为最终热处理，淬火必须与回火工艺相配合，才能使钢具有作为最终热处理，淬火必须与回火工艺相配合，才能使钢具有 不同的力学性能，以满足各类零件或工模具的使用要求。不同的力学性

48、能，以满足各类零件或工模具的使用要求。4.表面热处理表面热处理是指仅对工件表层进行的热处理工艺，用于要求表面有较高强是指仅对工件表层进行的热处理工艺，用于要求表面有较高强 度、硬度和耐磨性，而心部要求有足够塑性和韧性的零件。度、硬度和耐磨性，而心部要求有足够塑性和韧性的零件。本章小结本章小结第3章 钢的热处理1P P52525353 2.2.某钢的等温转变曲线如图，说明该钢快速冷却到，并在某钢的等温转变曲线如图，说明该钢快速冷却到，并在300 300 经不同经不同时间等温后，按（时间等温后，按（a a）、）、(b)(b)、(c)(c)线冷却后得到的组织。线冷却后得到的组织。综合训练题综合训练题第3章 钢的热处理第3章 钢的热处理