1、工程材料工程材料 （4）第四章第四章 金属材料热处理金属材料热处理第四章第四章 金属材料热处理金属材料热处理热处理定义热处理定义：在固态范围内，采用：在固态范围内，采用加热、保温和加热、保温和冷却冷却等方法而改变金属材料的内部等方法而改变金属材料的内部组织结构组织结构，从，从而改善金属材料而改善金属材料力学性能力学性能的工艺方法金属材料。的工艺方法金属材料。工件+电阻炉加热时传热示意图空气中对流T高时，辐射热传导A AA A1 1T T t tMsMs4 4、去应力退火、去应力退火二、二、正火正火 1.1.定义：加热到定义：加热到A Ac3c3或或A Accmccm以以上上30305050，保
2、温适当时间，保温适当时间，在在静止的空气中静止的空气中冷却，冷却，获得含有获得含有P P的均匀组织。的均匀组织。+FeFe3 3C C+FeFe3 3C C2 2、目的：正火所达到的、目的：正火所达到的效果效果与材料的与材料的成分及组织状成分及组织状态态有关。有关。（1 1）低低C C钢钢正火后，可得到较细的片状正火后，可得到较细的片状P P，硬度较退，硬度较退火略高，火略高，利于切削加工利于切削加工，由于所得，由于所得F F晶粒较细，钢晶粒较细，钢的韧性较好，板、管、带及型材等大多采用正火的韧性较好，板、管、带及型材等大多采用正火处理，以保证良好的力学性能的配合。处理，以保证良好的力学性能的
3、配合。（2 2）中中C C钢钢普通零件正火后普通零件正火后组织细化组织细化，得到一定，得到一定的力学性能，的力学性能，要求不高要求不高时，时，可可代替调质处理作为代替调质处理作为最后热处理最后热处理或为感应加热表淬前的预备处理或为感应加热表淬前的预备处理 还可以消除魏氏组织，还可以消除魏氏组织，低合金结构钢低合金结构钢（wtwt0.4%0.4%，如，如40Cr40Cr）可用正火代替完全退火可用正火代替完全退火作为切作为切削加工前的准备，可缩短生产周期，降低费用。削加工前的准备，可缩短生产周期，降低费用。3 3）过共析钢过共析钢（工具钢、轴承钢）和渗（工具钢、轴承钢）和渗C C工件可用工件可用正
4、火正火消除网状消除网状C C化物化物。以便在球化退火中获得均匀。以便在球化退火中获得均匀的球状的球状C C化物。在用正火代替渗碳件的第一次淬火化物。在用正火代替渗碳件的第一次淬火时，还能减少工件变形。时，还能减少工件变形。4 4）大型锻件大型锻件常采用正火作为常采用正火作为最终热处理最终热处理，可，可避免淬避免淬火火时较大的时较大的开裂开裂倾向（但不能充分发挥材料潜倾向（但不能充分发挥材料潜力）。正火力）。正火后后需需高温回火高温回火（T=700T=700），以消除应），以消除应力，得到良好的力学性能。力，得到良好的力学性能。（5 5）铸钢件铸钢件正火，正火，n细化细化铸态组织（即细化铸件中铸
5、态组织（即细化铸件中粗大晶粒粗大晶粒，消除消除由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的显微显微组织的不均匀性组织的不均匀性，如等轴晶，如等轴晶-柱状晶柱状晶-粗晶）。粗晶）。n改善切削加工性能改善切削加工性能 由于铸件一般形状较复杂，偏析严重，韧性由于铸件一般形状较复杂，偏析严重，韧性较差。较差。在正火中应采用较为在正火中应采用较为缓慢的加热缓慢的加热，以免，以免热应力造成变形开裂，加热热应力造成变形开裂，加热T T也较锻件高。也较锻件高。退火和正火的加退火和正火的加热热温度温度正火正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成分温度扩散退火扩散退火组织
6、组织：正火：正火冷速快，冷速快，P P组织比退火态的组织比退火态的片层间距小，片层间距小，领域也小领域也小性能性能：亚共析钢中：亚共析钢中：P P越多，强度，硬度越高，韧性越多，强度，硬度越高，韧性，塑脆转化，塑脆转化TT。WcWc0.2%0.2%时，退正火机械性能相近。时，退正火机械性能相近。C%C%，正正火硬度、强度比退火高，塑性低火硬度、强度比退火高，塑性低。三、退火、正火后的组织与性能三、退火、正火后的组织与性能钢的最重要的强化手段：淬火钢的最重要的强化手段：淬火将钢加热到将钢加热到Ac1或或Ac3以以上上3050，保温一段，保温一段时间使钢奥氏体化后，时间使钢奥氏体化后，以大于临界冷
7、速冷却获以大于临界冷速冷却获得得马氏体马氏体的热处理工艺的热处理工艺目的：主要目的是：目的：主要目的是：(工工具钢具钢)硬度、强度、耐磨硬度、强度、耐磨性。（结构钢）与不同性。（结构钢）与不同T的回火相配合，获得不同的回火相配合，获得不同的强韧、塑的配合，满足的强韧、塑的配合，满足不同的性能要求。不同的性能要求。临临界界冷冷速速第二节第二节 钢的淬火钢的淬火奥氏体奥氏体奥氏体晶界奥氏体晶界马氏体板条马氏体板条马氏体板条马氏体板条马氏体转变马氏体转变无扩散型转变，切变无扩散型转变，切变板条板条M一、淬火加热温度一、淬火加热温度l亚共析钢和共析钢亚共析钢和共析钢:A:AC3C3+30+305050
8、？淬火后组织淬火后组织:均匀细小均匀细小M Ml过共析钢过共析钢:A:AC1C1+30+305050？淬火后组织：均匀细小淬火后组织：均匀细小M M+粒状渗碳体粒状渗碳体二、淬火冷却介质二、淬火冷却介质保证保证工件冷速工件冷速V V临界淬火冷速临界淬火冷速VCVC。工件尺寸一定时，冷速越快：工件尺寸一定时，冷速越快：1.1.获得获得较大的淬硬深度较大的淬硬深度。2.2.容易引起变形开裂。容易引起变形开裂。水作为淬火介质水作为淬火介质（1 1）650650550:550:冷速冷速200/s200/s；M M转变区转变区(300(300200200），冷速：高达），冷速：高达770/s770/s优
9、点：冷却能力强，清洁、安全、价格低，不需优点：冷却能力强，清洁、安全、价格低，不需清洗。清洗。在可能情况下应广泛使用。在可能情况下应广泛使用。缺点：缺点：M M 转变区冷速大，易开裂转变区冷速大，易开裂适用：形状简单，尺寸不大的适用：形状简单，尺寸不大的碳钢件。碳钢件。盐水、碱水溶液（水中添加盐水、碱水溶液（水中添加5 510%10%的盐、碱）的盐、碱）在在高温区高温区（650650550550）的冷却能力）的冷却能力约为水的约为水的1010倍倍缺点：缺点：低温冷速仍很大。低温冷速仍很大。对工件有腐蚀作用，淬火后必须清洗。对工件有腐蚀作用，淬火后必须清洗。碱水对皮肤有刺激作用，且易于老化变质碱
10、水对皮肤有刺激作用，且易于老化变质 碱水使用受到一定的限制。碱水使用受到一定的限制。适用范围：用于适用范围：用于形状简单，尺寸较大形状简单，尺寸较大的的碳素结构钢碳素结构钢件件淬火，还可对淬火，还可对大截面大截面的的碳素工具钢碳素工具钢，低合金钢，低合金钢工件用盐工件用盐-油双介质淬火。油双介质淬火。3 3）油）油(主要用矿物油主要用矿物油)特点：特点：低温冷速低，。低温冷速低，。油高温冷却能力很小，只有水的油高温冷却能力很小，只有水的1/31/31/61/6。)n“C”“C”鼻尖处冷速较低。截面较大的鼻尖处冷速较低。截面较大的C C钢及低合金钢及低合金钢不易淬硬，钢不易淬硬，主要用于形状复杂
11、的中小型合金钢（主要用于形状复杂的中小型合金钢（A A稳定性稳定性大，大，“C”C”曲线靠右曲线靠右淬透性大）或尺寸小的碳淬透性大）或尺寸小的碳钢。钢。65055030020020静水静水180/s770/s20循环水循环水360/s770/s10号机油号机油60/s27/s3.3.淬火应力与控制淬火应力与控制淬火应力形成原因淬火应力形成原因（1 1）热应力：零件不同部位冷却不均衡引起。）热应力：零件不同部位冷却不均衡引起。（2 2）组织应力：零件不同部位）组织应力：零件不同部位M M转变不同时引起。转变不同时引起。时间特性时间特性瞬时应力瞬时应力热处理热处理过程中过程中形成的内应力形成的内应
12、力残余应力残余应力热处理热处理后后零件内存在的应力零件内存在的应力n 变形变形n 开裂开裂n减小变形的措施减小变形的措施1 1、合理选材，正确设计结构合理选材，正确设计结构2 2、正确锻造和进行预备热处理正确锻造和进行预备热处理 3 3、采用合理的热处理工艺采用合理的热处理工艺 三三 淬火冷却方法淬火冷却方法:（1 1）单介质淬火）单介质淬火（2 2）双介质淬火）双介质淬火 （为减小淬火应力）（为减小淬火应力）（3 3）M M分级淬火分级淬火 （为减小淬火应力）（为减小淬火应力）（4 4）B B等温淬火：为获得下贝氏体组织。等温淬火：为获得下贝氏体组织。（5 5）冷处理：为获得最大量）冷处理：
13、为获得最大量M M，减少，减少A AB时间时间温温度度A1PMAMs室温1 1、直接淬火（、直接淬火（direct direct quenchingquenching）适用：适用：无尖锐棱角，和无尖锐棱角，和截面形状无突变的形截面形状无突变的形状简单的碳钢和合金状简单的碳钢和合金钢工件。钢工件。不适用：不适用：处理高碳钢件和形状复杂的工件。处理高碳钢件和形状复杂的工件。例：手用锯条例：手用锯条 T10 T12 T10 T12 油淬（油淬（14 1814 18）2 2、双液淬火法、双液淬火法 特点：既保证了特点：既保证了较高淬透较高淬透层深层深，又可，又可减少应力，防减少应力，防止开裂止开裂。水
14、水-油、盐水油、盐水-油、油油、油-空气等空气等适用范围：适用范围：淬透性较淬透性较差差的的大尺寸工件大尺寸工件缺点：不易操作缺点：不易操作多用多用碳素工具钢碳素工具钢和和大大截面合金工具钢截面合金工具钢，要求，要求淬透较深淬透较深的零件淬火。的零件淬火。3 3、M M分级淬火分级淬火优点：优点：减少了淬火应力减少了淬火应力（组织应力）（组织应力）适用范围：变形要求严格的工件。一般分级淬火时零适用范围：变形要求严格的工件。一般分级淬火时零件件 能淬透的零件直径要比油淬、水淬小能淬透的零件直径要比油淬、水淬小，对对大大截面碳钢、低合金零件截面碳钢、低合金零件不适宜不适宜采用分级淬火。采用分级淬火
15、。4 4、贝氏体等温淬火、贝氏体等温淬火 等温温度：依等温温度：依C C曲线及性曲线及性能要求（能要求（T T 低，低，B B 下下多多且硬度高）且硬度高）适 用：合 金 钢，适 用：合 金 钢，W cW c 0.6%0.6%的碳钢。的碳钢。400-260 5 5、深冷处理（或冷处理）（、深冷处理（或冷处理）（Subzero treatmentSubzero treatment）目的：目的：A A残残M M适用：适用：MsMs点低的钢点低的钢种（种（C C高高 0.60.6）要求要求尺寸稳定性很尺寸稳定性很高高的精密零件的精密零件室温四、淬火常见缺陷四、淬火常见缺陷1 1、淬火裂纹及变形、淬火
16、裂纹及变形 多种原因引起多种原因引起:工艺、结构、材料等。工艺、结构、材料等。2 2、氧化、脱、氧化、脱C C 3 3、过热、过烧、过热、过烧4 4、软点与软点与硬度不足硬度不足 加热温度不匀、存在氧化皮和表面气泡等加热温度不匀、存在氧化皮和表面气泡等材料淬透性低、淬火冷速太小等材料淬透性低、淬火冷速太小等。第三节第三节 钢的表面淬火钢的表面淬火 零件使用性能要求：零件使用性能要求：高的表面硬度（高的表面硬度（HRC5058）、强度和疲劳强度，）、强度和疲劳强度，较好的心部塑性和韧性。较好的心部塑性和韧性。采用热处理工艺：表面淬火采用热处理工艺：表面淬火 加热感应圈加热感应圈进水进水出水出水淬
17、淬火火喷喷水水套套进进水水进进水水电流密度电流密度加加热热淬淬火火层层轧辊快速灵活的感应加热表面淬火快速灵活的感应加热表面淬火一、感应加热基本原理一、感应加热基本原理感应线圈通感应线圈通交流电交流电交变磁场交变磁场表面表面感应电势感应电势瞬时：瞬时：感生涡流：感生涡流：Z Z：涡流回路电抗，：涡流回路电抗，R R：电阻，：电阻，X XL L：感抗：感抗ZZ很小，很小，（涡流）能达到很大。（涡流）能达到很大。dtdKe22XReZeIf进水进水出水出水淬淬火火喷喷水水套套进进水水电流电流密度密度涡流热效应涡流热效应 Q Q总总=Q+Q=Q+Q，将零件表层加热，将零件表层加热，（QQ磁滞热效应，比
18、涡流热效应小的多）磁滞热效应，比涡流热效应小的多）n表面效应表面效应（集肤效应）（集肤效应）涡流强度涡流强度随高频电磁场强度随高频电磁场强度由零件表面向内由零件表面向内层逐渐减小而相应层逐渐减小而相应减小减小的规律，称为表面效应。的规律，称为表面效应。交流电交流电频率越高，涡流层越浅频率越高，涡流层越浅集肤效应。集肤效应。RIQf224.0C C钢：感应加热透入深度（近似公式）：钢：感应加热透入深度（近似公式）：f f为电源频率（为电源频率（HZHZ）)(600500mmf加热方式（频率范围）淬硬层深度(mm)应用范围 高频(200300KHZ)0.52.5 中小型零件，如小模数齿轮，中小型轴
19、类 超音频（2040KHZ）0.52.5 同上（能改善淬硬层沿零件轮廊的均匀分布）中频（2.58KHZ）28 直径较大的轴类和模数较大齿轮 工频（50HZ）1015 较大直径钢材透热及要求淬硬层很深的大直径零件，（如轧辊、火车车轮等）感应加热的频率选择及应用感应加热的频率选择及应用 2 2、特点：、特点：（1 1）加热速度快、时间短，表面淬火可得）加热速度快、时间短，表面淬火可得极细的极细的 马氏体马氏体。（2 2）工件表面存在）工件表面存在残余压应力残余压应力，可提高，可提高疲劳强度疲劳强度疲劳强度显著疲劳强度显著使用寿命使用寿命如：如：40Cr40Cr钢，钢，20mm20mm光滑试样，光滑
20、试样，-1-1值：调质：值：调质：450480450480，调质调质+表淬：表淬：630Mpa630Mpa，40MnB40MnB钢制造汽车半轴，钢制造汽车半轴，调质调质改改调质调质+表淬，寿命表淬，寿命2020倍倍-1N（3 3）工件）工件不易氧化、脱碳，变形小不易氧化、脱碳，变形小。（4 4）易于自动化，）易于自动化，生产率高生产率高。（5 5）设备昂）设备昂贵贵（6 6）不适合形状复杂的工件。）不适合形状复杂的工件。3 3、适用钢：、适用钢：中碳钢中碳钢4 4、预先热处理及工件加工工序设置、预先热处理及工件加工工序设置预先热处理：调质预先热处理：调质加工工序设置加工工序设置（各热处理工序目
21、的？）（各热处理工序目的？）下料下料锻造锻造正火或退火正火或退火机加工（粗）机加工（粗）调质调质机加工（细）机加工（细）感应淬火感应淬火低回低回磨削磨削二、火焰加热表面淬火二、火焰加热表面淬火操作操作:高温火焰加热工件表面，随后水冷淬火。高温火焰加热工件表面，随后水冷淬火。特点特点:（1 1）方法简单、不需贵重设备。）方法简单、不需贵重设备。（2 2）工件大小不受限制）工件大小不受限制 （3 3）加热温度不易控制，淬火质量不够稳定。）加热温度不易控制，淬火质量不够稳定。火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图工件工件喷水管喷水管烧嘴烧嘴淬硬层淬硬层喷水管、烧嘴移动方向喷水管、烧嘴移动方向第
22、四节第四节 钢的回火钢的回火回火回火：淬火钢件加热至：淬火钢件加热至A AC1C1以下某温度保温一定以下某温度保温一定 时间，而后冷却的热处理工艺时间，而后冷却的热处理工艺。一、回火目的一、回火目的（1 1）减小或消除淬火应力，防零件变形和开裂。减小或消除淬火应力，防零件变形和开裂。（2 2）稳定组织，防止组织转变引起的零件形状、稳定组织，防止组织转变引起的零件形状、尺寸和性能变化。尺寸和性能变化。（3 3）获得所需力学性能获得所需力学性能。淬火淬火回火回火二、回火时组织转变及力学性能变化二、回火时组织转变及力学性能变化1 1、回火时、回火时组织转变组织转变以碳钢为例：以碳钢为例：（1 1）马
23、氏体开始分解马氏体开始分解（100100200200）：）：碳原子以碳原子以-碳化物形式从马氏体中逐渐析出。碳化物形式从马氏体中逐渐析出。（2 2）残余奥氏体分解残余奥氏体分解（200200300300）：）：残余奥氏体转变为回火马氏体或下贝氏体。残余奥氏体转变为回火马氏体或下贝氏体。（3 3）渗碳体形成渗碳体形成（250250400400）：）：-碳化物转变为极细小的渗碳体。碳化物转变为极细小的渗碳体。（4 4）铁素体的回复和再结晶铁素体的回复和再结晶，碳化物颗粒聚集长碳化物颗粒聚集长大大（400400以上以上）碳化物的碳化物的析出析出；残余奥氏残余奥氏体的分解体的分解；铁素体的铁素体的回复
24、和再回复和再结晶结晶。0.04mm马氏体马氏体0.08mm回火马回火马氏体氏体回火时组织变化回火时组织变化2 2、回火时力学性能变化、回火时力学性能变化 随回火温度升高随回火温度升高l 硬度下降；塑性、韧性上升。硬度下降；塑性、韧性上升。l屈服强度先升后降屈服强度先升后降，最高值在最高值在200200左右出现左右出现；l弹性极限先升后降，弹性极限先升后降，最高值在最高值在350350左右出现左右出现；3 3、回火工艺、回火工艺根据回火温度分根据回火温度分（1 1）低温回火）低温回火（150150250250）回火组织：回火马氏体：碳过饱和度降低了的马回火组织：回火马氏体：碳过饱和度降低了的马
25、氏体氏体 +析出碳化物析出碳化物力学性能：残余应力消除，高硬度、高强度，较力学性能：残余应力消除，高硬度、高强度，较 低的塑性和韧性低的塑性和韧性回回火火马马氏氏体体主要适用主要适用n高碳钢制造的各类工模具、机械零件（如轴承）高碳钢制造的各类工模具、机械零件（如轴承）如锉刀如锉刀 T12 160-180 T12 160-180 64HRC64HRCn渗渗C C及及CNCN共渗淬火后的零件共渗淬火后的零件 n低合金超高强度钢低合金超高强度钢 30CrMn30CrMnSiSiNi2A 250-300 Ni2A 250-300（2 2）中温回火（）中温回火（350350500500）回火组织：回火托
26、氏体：铁素体回火组织：回火托氏体：铁素体 +极细粒状渗碳体极细粒状渗碳体力学性能：较高的屈服强度力学性能：较高的屈服强度,高的弹性极限，较好的高的弹性极限，较好的 塑性和韧性塑性和韧性。回火托氏体回火托氏体 1000X1000X适用：适用：wcwc=0.6=0.60.9%0.9%的碳素的碳素弹簧弹簧钢钢(T T取下限取下限)和和wcwc=0.45=0.450.75%0.75%的合金弹簧钢的合金弹簧钢(T T取上限取上限)都适合中温回火都适合中温回火 （3 3）高温回火（）高温回火（500500650650）回火组织：回火索氏体：铁素体回火组织：回火索氏体：铁素体+细粒状渗碳体细粒状渗碳体力学性
27、能：高的塑性、韧性，较低的屈服强度和力学性能：高的塑性、韧性，较低的屈服强度和 硬度。硬度。回火索氏体回火索氏体 500X500X适用：适用：主要用于主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构中碳碳素结构钢或低合金结构钢钢制造的各种机械结构零部件制造的各种机械结构零部件 结构钢结构钢淬火淬火+高温回火高温回火，以获得，以获得综合机械性能综合机械性能为目为目的，称为的，称为调质处理调质处理，如发动机曲轴、连杆、螺栓，如发动机曲轴、连杆、螺栓，机床主轴等要求机床主轴等要求综合机械性能综合机械性能零件。零件。40Cr 40Cr高高C C高合金钢（如高速钢、高合金钢（如高速钢、高铬钢）的回火高铬钢）的回火T
28、T的高达的高达500500600600，在这个，在这个T T区区间里将发生间里将发生二次硬化二次硬化作作用。用。HRCT/5604 4、回火脆性、回火脆性低温回火脆性：低温回火脆性：250250350350回火时韧性降低。回火时韧性降低。预防方法：回避在该温度回火预防方法：回避在该温度回火高温回火脆性：高温回火脆性：500500650650回火时韧性降低。回火时韧性降低。预防方法：回火后快冷。预防方法：回火后快冷。钢的韧性与回钢的韧性与回火温度的关系火温度的关系小结：各种热处理组织比较小结：各种热处理组织比较奥氏体奥氏体缓冷缓冷 快冷（淬火）快冷（淬火）重新加热重新加热较快冷较快冷球化退火球化
29、退火马氏体马氏体回火马氏体回火马氏体加热加热回火回火珠光体珠光体贝氏体贝氏体第五节第五节 钢的淬透性钢的淬透性 一、淬透性定义及影响因素一、淬透性定义及影响因素淬透性淬透性：钢中奥氏体在冷却时：钢中奥氏体在冷却时形成马氏体形成马氏体而不形而不形 成其他组织的成其他组织的能力能力,它主要与钢的它主要与钢的过冷过冷A A 的稳定性的稳定性与与临界淬火冷却速度临界淬火冷却速度有关有关 淬透性影响因素：淬透性影响因素：（1 1）奥氏体中含碳量）奥氏体中含碳量 （2 2）奥氏体中合金元素的种）奥氏体中合金元素的种 类和含量类和含量 （3 3）未溶碳化物和奥氏体晶）未溶碳化物和奥氏体晶 粒大小粒大小TBt
30、A1PMA通常用用标准试通常用用标准试样在一定条件下样在一定条件下淬火能够淬硬的淬火能够淬硬的深度深度H H或全部淬透或全部淬透的最大直径的最大直径D D表示。表示。测定结构钢测定结构钢的淬透深度规定的淬透深度规定以以体积分数为体积分数为50%50%淬火淬火M M的硬度的硬度作为作为基准。基准。二、淬透性的表示方法二、淬透性的表示方法 三、淬透性与淬硬性的区别三、淬透性与淬硬性的区别 淬透性淬透性是钢的一种是钢的一种属性属性。主要和钢的过冷奥氏体的。主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关。淬透性有时用淬硬层深度来表示稳定性有关。淬透性有时用淬硬层深度来表示 淬硬性淬硬性是指钢淬火后获得是指钢淬火后获
31、得M M的最高硬度，淬硬性主要的最高硬度，淬硬性主要与钢中的与钢中的碳含量（碳含量（A A中的中的C C含量含量 ）有关（如图）。有关（如图）。固溶于固溶于A A中中C C含量越多，淬火后钢的硬度就越高。含量越多，淬火后钢的硬度就越高。合金元素的含量对淬硬性没有显著的影响，但对钢合金元素的含量对淬硬性没有显著的影响，但对钢的淬透性影响较大。的淬透性影响较大。？：淬火后硬度高的钢淬透性好？：淬火后硬度高的钢淬透性好二、淬透性的测定二、淬透性的测定 实际以淬硬层深度表征淬透性实际以淬硬层深度表征淬透性2525冷却水冷却水10012.512.512.512.5试样试样喷水管喷水管淬透性测试试验结果淬
32、透性测试试验结果样品台样品台试样试样喷水喷水试样上磨出一个平面试样上磨出一个平面测出从底部到顶部的洛氏硬度值测出从底部到顶部的洛氏硬度值绘制出这样一张图绘制出这样一张图到试样底端的距离到试样底端的距离洛洛 氏氏 硬硬 度度钢的钢的淬透性淬透性以以来表示，如来表示，如，表示距水冷端，表示距水冷端5mm5mm处，试样的硬度值为处，试样的硬度值为HRC42HRC42。dHRCJ542J三、淬透性意义与选材三、淬透性意义与选材 l 重要零件选高淬透性材料，保证表面和重要零件选高淬透性材料，保证表面和 心部性能一致心部性能一致。l 选材时注意零件的尺寸效应选材时注意零件的尺寸效应。冷却速度冷却速度淬硬层
33、淬硬层V心部心部第六节第六节 固溶热处理与时效强化固溶热处理与时效强化固溶热处理固溶热处理：加热合金到高温单相区，使合金元：加热合金到高温单相区，使合金元素充分溶入基体相而后素充分溶入基体相而后快速冷却快速冷却，以获得，以获得过饱和过饱和固溶体固溶体的工艺。的工艺。时效强化时效强化：固溶处理的合金于室温或略高于室温：固溶处理的合金于室温或略高于室温保温，通过保温，通过过饱和的溶质原子过饱和的溶质原子形成偏聚区和析出形成偏聚区和析出形成形成第二相微粒第二相微粒而导致的强度和硬度升高而导致的强度和硬度升高。时效工艺分为：时效工艺分为：人工时效：时效温度高、时间短，硬度低。人工时效：时效温度高、时间
34、短，硬度低。自然时效：时效温度低、时间长，硬度低自然时效：时效温度低、时间长，硬度低。Al-CuAl-Cu合金的时效合金的时效屈屈服服强强度度MpaMpa时效时间时效时间 小时小时第七节第七节 钢的化学热处理钢的化学热处理化学热处理化学热处理：通过活性元素原子的吸收和扩散改：通过活性元素原子的吸收和扩散改变钢的表层化学成分而改变钢的表层组织与性能变钢的表层化学成分而改变钢的表层组织与性能的热处理工艺。的热处理工艺。常用：（常用：（1 1）提高硬度：渗碳、渗氮、渗硼等）提高硬度：渗碳、渗氮、渗硼等 （2 2）提高抗高温氧化性：渗铝、渗铬等）提高抗高温氧化性：渗铝、渗铬等 （3 3）提高抗腐蚀性：
35、渗硅、渗氮等）提高抗腐蚀性：渗硅、渗氮等化学热处理三个过程：化学热处理三个过程：（1 1）活性原子产生）活性原子产生 （2 2）活性原子被钢表面吸收）活性原子被钢表面吸收 （3 3）活性原子由钢表面向心部扩散）活性原子由钢表面向心部扩散渗剂分解释渗剂分解释放活性原子放活性原子活性原子在工活性原子在工件表面吸附件表面吸附活性原子由表活性原子由表面向心部扩散面向心部扩散含活性原含活性原子的渗剂子的渗剂钢钢钢钢一、一、钢的渗钢的渗C C（carburizingcarburizing）1 1、渗、渗C C的目的、分类及应用的目的、分类及应用n 定义定义钢件钢件 渗渗C C介质介质 加热加热和和保温保温
36、，表面含表面含C C量量和和一定一定C C浓度梯度浓度梯度 应用应用最广泛最广泛的一种化学热处理工艺。的一种化学热处理工艺。n 目的：目的：高的表面硬度（高的表面硬度（HRC5863HRC5863），耐磨性），耐磨性 高的接触高的接触-，弯曲，弯曲-1-1 高的冲击韧性等。高的冲击韧性等。应用：应用：适用于承受磨损，交变接触应力或弯曲适用于承受磨损，交变接触应力或弯曲应力和冲击载荷的机器零件应力和冲击载荷的机器零件 如：如：轴，活塞销、齿轮、凸轮轴轴，活塞销、齿轮、凸轮轴既表面要既表面要求高硬度，心部要求足够强度和韧性。求高硬度，心部要求足够强度和韧性。汽车、拖拉机、起重、坦克等设备中零件汽车
37、、拖拉机、起重、坦克等设备中零件80%以上n分类分类 依渗依渗C C剂剂 聚集状态聚集状态 渗渗C C方法可分为：方法可分为：固体渗固体渗C C、液体渗液体渗C C、气体渗气体渗C C（和特殊渗（和特殊渗C C）。）。+-加热炉加热炉密封箱密封箱工件工件固体渗固体渗碳剂碳剂固体渗碳示意图固体渗碳示意图泥封泥封固体渗固体渗C C在渗在渗C CT T加热渗加热渗C C（930930，3 35h5h）渗剂：渗剂：固体碳固体碳粒粒：木炭：木炭（7090%7090%）+催催渗剂渗剂：碳酸钠、：碳酸钠、BaCO3BaCO3单件、小批量单件、小批量 液体渗液体渗C C 盐浴盐浴 特点：特点：加热速度快，加热
38、均匀加热速度快，加热均匀 缺点缺点：多数盐浴有毒，：多数盐浴有毒，盐浴：盐浴：NaCNNaCN，KCNKCN，（氯化物，（氯化物，剧毒），用于小批量生产。剧毒），用于小批量生产。气体渗气体渗C C 渗渗C C气体可用碳氢化合物有机液体，气体可用碳氢化合物有机液体，如：如：煤油、丙酮煤油、丙酮等直接滴入炉内等直接滴入炉内汽化汽化而得。而得。n优点：优点：生产率高生产率高，可机械化、自动化生产、，可机械化、自动化生产、渗渗C C层层浓度可控制，渗浓度可控制，渗C C质量高。质量高。n渗渗C C用钢用钢 含含C C量：量：0.150.25%0.150.25%，若心部要求强度较高，若心部要求强度较高，
39、含含C C可为可为0.30%0.30%。低碳钢低碳钢：要求不高时可用。：要求不高时可用。如：如：2020钢钢 低碳合金钢：低碳合金钢：截面较大、形状复杂、表面耐磨性、截面较大、形状复杂、表面耐磨性、疲劳强度、心部机械性能要求高的零件疲劳强度、心部机械性能要求高的零件 如如20CrMnTi20CrMnTi，18Cr2Ni4W18Cr2Ni4W2 2、渗碳工艺参数、渗碳工艺参数渗碳温度：渗碳温度：900900950950渗层厚度：渗层厚度：1 12 2毫米毫米渗碳时间：渗碳时间：7 7小时左右小时左右典型滴注剂典型滴注剂甲醇甲醇-煤油滴注剂：国内许煤油滴注剂：国内许多厂家采用。多厂家采用。甲醇甲醇
40、-乙酸乙脂乙酸乙脂甲醇甲醇-丙酮丙酮气体渗碳示意图气体渗碳示意图示例：滴注式气体渗示例：滴注式气体渗C C工工艺艺 如如2020钢，齿轮，钢，齿轮，要求要求渗层厚度渗层厚度为为0.3mm0.3mm 工艺：工艺：930930，煤油煤油20D/min20D/min，3h3h。炉炉冷，后淬火冷，后淬火工艺气氛填充空气渗碳简图 3 3、渗碳后热处理及组织、渗碳后热处理及组织（1 1）渗碳后热处理：淬火）渗碳后热处理：淬火+低温回火低温回火（2 2）渗碳后组织：）渗碳后组织：渗层含碳量：渗层含碳量：0.850.851%1%左右；左右；渗层组织：回火马氏体渗层组织：回火马氏体 +少量碳化物少量碳化物心部组
41、织：回火马氏体心部组织：回火马氏体性能：表性能：表HRCHRC：58586363 心心 HRC40HRC40以下以下 4 4、渗碳工序安排、渗碳工序安排下料下料锻造锻造正火正火机加工（粗）机加工（粗）渗碳渗碳 淬火淬火低温回火低温回火磨削磨削n低低C C钢渗钢渗C C与中与中C C钢表淬比较。钢表淬比较。性能上：中性能上：中C C钢表淬钢表淬HRCHRC低（低（HRC50HRC505858），），心部冲击韧性，耐磨性也较低。心部冲击韧性，耐磨性也较低。低低C C钢渗钢渗C(HRC58C(HRC5863)63)渗渗C C层易获沿零件轮廓均匀分布，表淬层分布层易获沿零件轮廓均匀分布，表淬层分布不易
42、控制，小模数齿轮常有淬透可能。不易控制，小模数齿轮常有淬透可能。但渗碳工艺复杂，变形较大，成本较高。但渗碳工艺复杂，变形较大，成本较高。二、渗氮二、渗氮1 1、目的与用钢、目的与用钢目的：保持工件心部良好综合力学性能（较高的目的：保持工件心部良好综合力学性能（较高的强度和好的塑、韧性）的同时，使工件具有高的强度和好的塑、韧性）的同时，使工件具有高的表面表面耐磨性、耐磨性、红硬性红硬性（高温硬度）、（高温硬度）、抗蚀性抗蚀性和疲和疲劳强度劳强度。适用钢：中碳合金钢适用钢：中碳合金钢2 2、渗氮方法及参数、渗氮方法及参数方法：气体、液体或固体渗氮方法：气体、液体或固体渗氮渗氮温度：渗氮温度：500
43、500600600渗层厚度：渗层厚度：0.150.150.70.7毫米毫米渗氮时间：渗氮时间：1010100100小时左右小时左右3 3、渗氮前热处理及组织、渗氮前热处理及组织渗氮前热处理：调质渗氮前热处理：调质渗氮后组织：渗氮层：合金氮化物渗氮后组织：渗氮层：合金氮化物+回火索氏体回火索氏体 心部：回火索氏体心部：回火索氏体4 4、渗氮工序安排、渗氮工序安排下料下料锻造锻造正火或回火正火或回火机加工（粗）机加工（粗）调质调质渗氮渗氮 磨削磨削三、碳、氮共渗三、碳、氮共渗1 1、中温碳、氮共渗（氰化）、中温碳、氮共渗（氰化）目的：提高表面硬度、疲劳强度和抗蚀性目的：提高表面硬度、疲劳强度和抗蚀
44、性(表面表面硬度和抗蚀性高于渗碳层硬度和抗蚀性高于渗碳层)。适用钢：中、低碳钢适用钢：中、低碳钢氰化温度：氰化温度：800800860860渗层厚度：渗层厚度：0.10.10.750.75毫米毫米共渗时间：共渗时间：1 13 3小时小时渗后热处理：淬火渗后热处理：淬火 +低温回火低温回火2 2、低温气体、低温气体 碳、氮共渗（氮、碳共渗）碳、氮共渗（氮、碳共渗）目的：以渗氮为主、渗碳为辅，提高工件表面目的：以渗氮为主、渗碳为辅，提高工件表面 硬度、疲劳强度和耐蚀性。硬度、疲劳强度和耐蚀性。适用钢：各种钢适用钢：各种钢渗氮温度：渗氮温度：560560570570渗氮时间：渗氮时间：1 13 3小
45、时小时渗层厚度：渗层厚度：0.010.010.02mm0.02mm渗氮前热处理：调质渗氮前热处理：调质四、渗硼四、渗硼目的：提高工件表面硬度（高于其他化学热处目的：提高工件表面硬度（高于其他化学热处 理）、耐蚀性、红硬性和抗氧化性。理）、耐蚀性、红硬性和抗氧化性。渗硼温度：渗硼温度：950950左右左右渗硼时间：渗硼时间：4 46 6小时小时渗硼后热处理：可不淬火或淬火渗硼后热处理：可不淬火或淬火第八节第八节 热处理零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性1 1、尽量避免尖角、尽量避免尖角2 2、截面厚度尽量均匀，避免悬殊。、截面厚度尽量均匀，避免悬殊。尖角应避免尖角应避免应避免截面应避免截面厚
46、度悬殊厚度悬殊3 3、形状尽量对称和封闭、形状尽量对称和封闭4 4、形状复杂和各部分性能要求不同的零件分拆、形状复杂和各部分性能要求不同的零件分拆 设计，加工后组装设计，加工后组装。尽量采用尽量采用对称结构对称结构尽量采用尽量采用封闭结构封闭结构第九节第九节 热处理新技术热处理新技术一、形变热处理一、形变热处理基本方法：将塑性变形与热处理相结合，借助塑基本方法：将塑性变形与热处理相结合，借助塑 性变形细化组织性变形细化组织主要作用：提高钢的强度，改善钢韧性的热处理主要作用：提高钢的强度，改善钢韧性的热处理。二、真空热处理二、真空热处理主要作用：防氧化、净化表面、脱气、减小变形主要作用：防氧化、净化表面、脱气、减小变形 三、离子轰击热处理三、离子轰击热处理基本方法：利用带电离子轰击进入工件表层基本方法：利用带电离子轰击进入工件表层主要作用：提高工效，改变材料表层成分，改主要作用：提高工效，改变材料表层成分，改 善材料表面性能。善材料表面性能。四、激光热处理四、激光热处理基本方法：利用激光迅速加热工件局部表面基本方法：利用激光迅速加热工件局部表面主要作用：改变材料表层组织和性能，且减小主要作用：改变材料表层组织和性能，且减小 变形，细化组织变形，细化组织。
