1、6 钢的热处理及表面处理钢的热处理及表面处理 将钢在固态下加热、保温、冷却，以改变钢的内部组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。1热处理工艺的定义热处理工艺的定义 根据热处理原理而制定温度、时间、介质等参数称为热处理工艺。6.1 概述概述2热处理的作用热处理的作用 热处理可提高使用性能,改善工艺性能,提高产品质量,利于冷热加工。如錾子在热处理之前和之后的性能是不一样的。3热处理与其它加工工艺的区别热处理与其它加工工艺的区别 不改变工件的形状，只改变工件的组织。4.热处理工艺分类如下：热处理工艺分类如下：普通热处理：退火、正火、淬火和回火。表面热处理：表面淬火、化学热处理。其它热处理：控制气氛
2、热处理、真空热处理。5预备热处理和最终热处理预备热处理和最终热处理 按热处理在零件整个生产过程的位置和作用不同，可将热处理工艺分为预备热处理和最终热处理。最终热处理：赋予工件所需使用性能的热处理 预备热处理：为随后的加工和进一步热处理做准备。在实际加热和冷却时，存在过热和过冷现象，如图所示。过热过热：加热时高于合金相图临界温度才发生相变的现象。如图所示AC1、AC3、ACm为加热时钢的临界温度；6.2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 过冷过冷：冷却时低于合金相图临界温度才发生相变的现象。如图所示A1、A2、Acm为冷却时钢的临界温度。转变温度（过热与过冷）转变温度（过热与过冷）6.2.1 奥
3、氏体的形成奥氏体的形成 1.形成过程：形成过程：钢加热时奥氏体的形成也是通过形核及长大过程来实现的。现以共析钢为例说明奥氏体形成的四个步骤：亚共析钢与过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。第一步：奥氏体晶核形成第二步：奥氏体晶核长大第三步：残余渗碳体溶解第四步：奥氏体均匀化4）原始组织：片状组织比球状组织易向A转变。2.影响影响A转变的因素转变的因素1）加热温度：加热温度提高，会加速A的形成。2）加热速度：加热速度快，过热愈大，A的形成加快。3）化学成分：C量增加，转变速度加快。除Co、Ni外，多数合金元素会减慢A的转变。6.2.2 A晶粒度和晶粒长大及影响因素晶粒度和晶粒长大及影响因素 奥
4、氏体晶粒长大是一个自发过程。注意：本质晶粒度的概念与起始晶粒度和实际晶粒度完全不同。1奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度 奥氏体转变刚完成时的细小晶粒称为起始晶粒度起始晶粒度。在给定温度下的奥氏体晶粒度称为实际晶粒度实际晶粒度。奥氏体晶粒越大，冷却后的晶粒也越大，力学性能则越 低。钢的成分不同，奥氏体晶粒的长大倾向也不同，这种倾向称为本质晶粒度本质晶粒度。A.本质晶粒度有本质粗晶粒度本质粗晶粒度和本质细晶粒度本质细晶粒度之分。B.奥氏体晶粒度：14级的钢为本质粗晶粒度钢；58级的钢为本质细晶粒度的钢。a)本质粗晶粒度：奥氏体随温度的升高迅速长大的钢。如经锰硅脱氧的钢、沸腾钢等；b)本质细晶粒度：奥氏体晶
5、粒长大倾向小，加热到较高温度时才显著长大的钢。如经铝脱氧的钢、镇静钢等。2奥氏体晶粒的长大及影响因素奥氏体晶粒的长大及影响因素 Mn、P元素增加，晶粒增大。1）温度温度：加热温度越高，晶粒越大；：加热温度越高，晶粒越大；C含量增高，晶粒长大倾向增大，残余渗碳体增加，则倾向减小；形成碳化物、氮化物、氧化物的元素增加，则阻碍晶粒长大；2）合金成分合金成分：3）原始组织原始组织：大小、形态。：大小、形态。6.3 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 冷却方式：等温冷却；连续冷却。奥氏体过冷到临界点A1以下时，则为不稳定状态的过冷奥氏体。一）过冷奥氏体的等温转变曲线一）过冷奥氏体的等温转变曲线 等
6、温转变曲线如图所示。等温转变曲线称为C曲线，或称为TTT曲线。一、过冷奥氏体的等温转变产物及转变过程一、过冷奥氏体的等温转变产物及转变过程 P102 A1Ms之间及周边开始线以左区域为过冷奥氏体区。1.共析钢共析钢C曲线的建立与分析曲线的建立与分析 C曲线是用实验的方法建立起来的。左边曲线称为转变开始线。右边曲线称为转变终了线。转变开始线与转变终了线之间称为转变过渡区。转变终了线以右及Ms以下为转变产物区。中温转变 产物为贝氏体（包括B上和B下）；2.转变类型及产物转变类型及产物：高温转变 产物为珠光体（包括P、S和T）；低温转变 产物为马氏体（M）。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变
7、，即珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。现以共析钢为例，说明其转变过程。屈氏体：形成温度为600550，片层极薄，用符号“T”表示。奥氏体转变为珠光体的过程也是形核和长大的过程。如57图所示。形成铁素体晶核 由于铁原子和碳原子均进行扩散时形成了珠光体，因此珠光体由于铁原子和碳原子均进行扩散时形成了珠光体，因此珠光体转变是一种转变是一种扩散型转变扩散型转变。（1）组织形态及性能）组织形态及性能 过冷奥氏体在A1至550将转变为珠光体类型组织。根据片层的厚薄不同，这类组织又可分细为：6.3.1 珠光体型转变珠光体型转变 珠光体：形成温度为A1 650，片层较厚，用符号“P”表示。索氏体：形成温度为
8、650600，片层较薄，用符号“S”表示。形成渗碳体晶核渗碳体晶核长大珠珠光光体体铁素体晶核长大奥氏体6.3.2 贝氏体型转变贝氏体型转变 过冷奥氏体在550Ms将转变为贝氏体组织，贝氏体用符号“B”表示。贝氏体可分为上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）。形成铁素体晶核片状铁素体平行生长 析出渗碳体短棒上贝氏体A.特征：呈羽毛状 B.性能：上贝氏体的力学性能差，无实用价值。上贝氏体上贝氏体:形成温度为550350 上贝氏体转变过程如图所示。（1）贝氏体的组织形态和特性）贝氏体的组织形态和特性下贝氏体下贝氏体:形成温度为350Ms 下贝氏体转变过程如图所示。A 特征：呈黑针状 B 性能：下贝氏体具
9、有优良的力学性能，是生产上常用的组织。由于贝氏体形成时只有碳原子发生扩散，而铁原子不扩散，因由于贝氏体形成时只有碳原子发生扩散，而铁原子不扩散，因此贝氏体转变属于此贝氏体转变属于半扩散型转变半扩散型转变。形成铁素体晶核铁素体长成针状铁素体内析出片状碳化物下贝氏体3）影响）影响C曲线的因素曲线的因素 （1）化学成分：）化学成分：含碳量的影响：A 亚共析钢的C曲线随含碳量的增加而向右移。B 过共析钢的C曲线随含碳量的增加而向左移。C 亚共析钢和过共析钢各有一条共析相析出线。B.某些合金对珠光体转变与贝氏体转变具有不同的延缓作用，使C曲线出现两个“鼻子”。（2）加热条件：）加热条件：合金元素的影响
10、铬对C曲线的影响如图所示。A.加入溶于奥氏体的合金元素使C曲线右移。2过冷奥氏体的连续冷却曲线过冷奥氏体的连续冷却曲线 p103 实际生产中，过冷奥氏体是在连续冷却过程中转变的。连续冷却曲线称为CCT曲线。共析钢的CCT曲线如图所示。曲线中没有贝氏体转变区。当连续冷却曲线碰到K线时，AP则终止；冷至Ms点以下，则AM。Vk为CCT曲线的临界冷却速度。Vk为TTT曲线的临界冷却曲线。CCT曲线由AP转变开始线Ps和终了线Pz及AP转变终止线K组成。与TTT曲线相比，CCT曲线稍位于右下方。因因CCT曲线测定困难，可参照曲线测定困难，可参照TTT曲线确定转变产物曲线确定转变产物。如：冷却速度为5.
11、5/s时，组织为索氏体；冷却速度为33/s时，组织为屈氏体和马氏体；冷却速度大于138/s时，组织为马氏体和残余奥氏体。（1）马氏体的转变特点）马氏体的转变特点马氏体转变同样是一个形核和长大的过程。主要特点是：无扩散性，相变的过冷度极大，转变速度极快，瞬间形成。共格切变性，由面心立方奥氏体转变为体心正方的马氏体。在不断降温的条件下连续形成马氏体。具有不彻底性。马氏体：碳在-Fe中过饱和的固溶体，用符号“M”表示。6.3.2 马氏体型转变马氏体型转变上马氏体点：发生马氏体转变的开始温度称为上马氏体 点，用“Ms”表示。下马氏体点：马氏体转变的终了温度称为下马氏体点，用“Mf”表示。Ms、Mf点的
12、温度取决于奥氏体的含碳量。图3-20（2）马氏体的形态特点）马氏体的形态特点 马氏体的组织形态分为板条状和针状两大类。板条马氏体。显微组织如图所示。形态：呈细长的扁棒状，显微组织为细条状。马氏体板条内的亚结构是高密度的位错，因而又称为位错马氏体。针状马氏体。显微组织如图所示。形态：呈双凸透镜的片状，显微组织为针状。其亚结构主要是孪晶，因此又称为孪晶马氏体。分析：分析：A.当C0.2%时，为板条马氏体；B.当C1.0%时，为针状马氏体；C.当C0.2.0%时，为板条和 针状的混合组织。马氏体的形态马氏体的形态取决于含碳量，如图所示。（3）马氏体的性能）马氏体的性能 马氏体最主要的特点是硬度高，强
13、度高。马氏体的硬度、韧性与含碳量的关系如图所示 含碳量增加，其硬度增加。所以马氏体是钢的 主要强化手段之一。塑性和韧性取决于亚结构形式和碳在马氏体中的过饱和度。6.4.1 退火和正火的主要目的。p1046.4 钢的退火和正火钢的退火和正火退火工艺可分为可分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火等，如图所示。1）完全退火完全退火6.4.2 退火退火 退火退火是将钢加热、保温，然后缓慢冷却的热处理工艺。1）完全退火完全退火 将亚共析钢加热到Ac3+3050，保温后缓冷的退火工艺称为完全退火。目的：降低硬度，消除内应力。2）等温退火）等温退火 将亚共析钢加热到 Ac3+3050、过共
14、析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到Ar1以下某一温度保温，然后出炉空冷。如图是高速钢等温退火与普通退火的比较。3）球化退火）球化退火 将共析钢或过共析钢加热到 Ac1+2030，保温适当时间后缓慢冷却的热处理工艺称为球化退火。目的：目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球状珠光体（如图所示），为后面的淬火作组织准备。4）扩散退火）扩散退火 将工件加热到略低于固相线温度，保温后缓慢冷却的热处理工艺称为扩散退火。目的：目的：消除成份偏析。5）去应力退火）去应力退火 将工件加热到 Ac1以下某一温度，保温后随炉冷却的 热处理工艺称为去应力退火。目的目的：消除铸、锻、焊的内应力。6）再结晶退火）
15、再结晶退火 消除冷塑性变形后的硬化，恢复塑性的退火。正火是将钢加热到 Ac3或Accm以上3050，保温后空气中冷却的热处理工艺。正火具有以下几方面的应用：6.4.3 正火正火正火具有以下几方面的应用：含碳量0.25%经正火后硬度提高，改善了切削加工性能。消除过共析钢中的二次渗碳体。作为普通结构零件的最终热处理。正火的冷却速度稍快于退火，由C曲线可知，二者的组织是不一样的。正火后的组织比退火细，如图所示。正火退火 淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk的速度冷却的热处理工艺。目的：目的：为了获得马氏体，提高钢的力学性能。淬火淬火6.5 淬火淬火 选择淬火温度的原则是获得均匀细小的奥氏体。
16、如图所示，一般淬火温度在临界点以上。6.5.1 淬火加热温度淬火加热温度 对亚共析钢对亚共析钢，淬火温度为Ac3+3050，淬火组织为马氏体，如图所示。亚温淬火：加热温度在Ac1 Ac3之间，淬火组织为马氏体加铁素体，如图所示。亚温淬火也是一种强韧化处理方法。对共析钢和过共析钢对共析钢和过共析钢，淬火温度为Ac1+3050，组织为细马氏体加颗粒状渗碳体和少量残余奥氏体，如图所示 对合金钢对合金钢，一般淬火温度为临界点以上50100。提高淬火温度有利于合金元素在奥氏体中充分溶解和均匀化。6.5.2 淬火介质淬火介质 为了保证得到马氏体组织，淬火速度必须大于临界冷却速度Vk，但往往会引起工件变形和
17、开裂。要想既得到马氏体又避免变形和开裂，理想的淬火冷却曲线如图所示。最常用的淬火介质是水和油。水是经济且冷却能力较强的淬火介质。如表所示冷却能力。常用介质如表6-1和6-2所示。油主要用于合金钢或小尺寸碳钢工件的淬火。熔融状态的盐也常用作淬火介质，称作盐浴。这类介质只 适用于形状复杂和变形要求严格的小件的分级淬火和等温淬火。近年来出现聚乙烯醇水溶液、三乙醇铵水溶液、高浓度硝盐水溶液等淬火介质。6.5.3 淬火方法淬火方法常用淬火方法如图所示。1）单液淬火法）单液淬火法 将加热的工件放入一种淬火介质中连续冷却至室温的操作方法，如水淬、油淬等。3）分级淬火法）分级淬火法 将加热的工件在Ms点附近（
18、150260）的盐浴或碱浴中淬火，然后取出缓冷的淬火方法。其特点是显著减少淬火变形与开裂，是用于截面尺寸较小淬透性较高的钢件。2）双液淬火法）双液淬火法 将加热的工件放入一种冷却能力较强的介质中冷却至高于MS线（300），然后转入另一种冷却能力较弱的介质冷却的淬火方法。如水淬油冷或油淬空冷。双液淬火主要用于形状复杂的高碳钢工件及大型合金钢工件。4）等温淬火）等温淬火 将加热工件在稍高于Ms点附近温度（260400）的盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间而获得下贝氏体组织的淬火方法。其特点是工件具有良好的综合力学性能，一般不必回火。多用于形状复杂和要求较高的小件。6.6 钢的淬透性钢的淬透性淬透性：淬
19、透性：钢在淬火时能够获得钢在淬火时能够获得M体体的能力，的能力，它是钢材本身固有的属性，它是钢材本身固有的属性，取决于取决于M体的临界冷却速度体的临界冷却速度通常用淬透层深度来表示（通常用淬透层深度来表示（在相同在相同的加热条件下的加热条件下）淬透层深度淬透层深度：从工件表面到半：从工件表面到半M体体层的深度层的深度6.6.1 淬透性的概念淬透性的概念钢的淬透性直接影响其热处理后的力学性能。淬透性高的钢，其力学性能沿截面均匀分布。淬透性低的钢，其截面心部的力学性能低。6.6.2 淬透性对钢力学性能的影响淬透性对钢力学性能的影响6.6.3 影响淬透性的因素影响淬透性的因素(1)(1)含碳量含碳量
20、亚共析钢，含碳量增加亚共析钢，含碳量增加，奥氏体的稳定性增大，奥氏体的稳定性增大，曲线曲线右右移，移，淬透性提高淬透性提高过共析钢，随着含碳量增加过共析钢，随着含碳量增加，奥氏体的稳定性降低，奥氏体的稳定性降低，曲线曲线左左移，淬透性降低移，淬透性降低(未溶渗碳体促进奥氏体分解未溶渗碳体促进奥氏体分解)(2)(2)合金元素合金元素除除CoCo外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使曲线右移，外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使曲线右移，形状也可能会发生改变，使淬透性提高形状也可能会发生改变，使淬透性提高(3)(3)加热温度和保温时间加热温度和保温时间随加热温度的提高和保温时间的延长随加热温度的
21、提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，奥氏体的稳定性，使曲线右移，提高了钢的淬透性使曲线右移，提高了钢的淬透性(4)(4)钢中未溶第二相钢中未溶第二相未溶第二相越多未溶第二相越多，作为结晶核心，使，作为结晶核心，使A A体不稳定，体不稳定，C C曲线左移，曲线左移，淬透性下降淬透性下降6.6.4 淬透性的测定和表示方法淬透性的测定和表示方法 淬透性的测定方法 测定钢的淬透性最常用的方法是末端淬火法末端淬火法。A.将25100mm的标准试样经奥氏体
22、化后，对末端进行喷水冷却。如图所示。B.按规定方法测定硬度值，作出淬透性曲线；C.利用钢的半马氏体区硬度与钢的含碳量关系图，和淬透性曲线图可找出其淬透性的大小。淬透性的表示方法 淬透性值可用 表示。其中J表示末端淬透性，d表示至水冷端的距离，HRC为该处测得的硬度值。钢的淬透性还可用钢在某种冷却介质中完全淬透的最大直径，即临界直径D0表示。dHRCJ淬透性：淬透性：钢在淬火时能够获得钢在淬火时能够获得M体的能力，体的能力，它是钢材本身固它是钢材本身固有的属性，取决于有的属性，取决于M体的临界冷却速度体的临界冷却速度通常用淬透层深度来表示（通常用淬透层深度来表示（在相同的加热条件下在相同的加热条
23、件下）淬透层深度淬透层深度：从工件表面到半：从工件表面到半M体层的深度体层的深度淬硬性淬硬性：钢在淬火后能够达到的最高硬度，它取决于：钢在淬火后能够达到的最高硬度，它取决于M体的体的含碳量。含碳量。淬透性好的钢其淬硬性不一定高。淬透性好的钢其淬硬性不一定高。如低碳合金钢淬透性很好，但其淬硬性却不高；而碳素工如低碳合金钢淬透性很好，但其淬硬性却不高；而碳素工具钢的淬透性很差，但其淬硬性却很高具钢的淬透性很差，但其淬硬性却很高6.6.5 淬硬性与淬透性淬硬性与淬透性 对于截面尺寸较大和形状较复杂的重要零件以及要求机械 性能均匀的零件，应选用高淬透性的钢制造。对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件，可
24、选用低淬透 性的钢制造。在设计和制造零件时，必须考虑钢的热处理尺寸效应。6.6.5 淬透性的应用淬透性的应用6.7 钢的回火钢的回火6.7.1 回火的目的回火的目的 降低脆性，减少或消除内应力 获得工艺所要求的力学性能 稳定工件尺寸 对某些高淬透性的合金钢，可降低硬度，以利加工。淬火钢在回火时的转变淬火钢在回火时的转变1）回火时的组织转变 淬火钢组织发生以下四阶段的变化：回火时的组织转变 淬火钢组织发生以下四阶段的变化：马氏体分解：主要发生在100200，马氏体中的碳以碳化物（Fex）的形 式析出，析出的碳化物以极小片状分布在马氏体基体上，这种组织称为回火马氏体，用“M回”表示。如图所示。残余
25、奥氏体分解 主要发生在200300，残余奥氏体分解为碳化物和过饱和，但组织仍是回火马氏体。A残分解在300基本结束。碳化物转变为Fe3 主要发生在250400，此时回火马氏体转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状渗碳体的组织，称为回火屈氏体，用“T回”表示。如图所示。M分解在350基本结束。渗碳体的聚集长大及相再结晶 主要发生在400以上,此时形成颗粒状渗碳体，铁素体由针片状转变为多边形，这种组织称为回火索氏体，用“S回”表示。如图所示。2、回火过程中的性能变化、回火过程中的性能变化2、回火过程中的性能变化、回火过程中的性能变化 总的规律是总的规律是：随回火温度升高，强度、硬度下降，
26、塑性、韧性上升。如图为硬度与回火温度的关系。回火温度在200以下,钢的硬度不降低,对高碳钢,甚至略有升高。回火温度在200300,高碳钢的硬度再次升高,中、低碳钢硬度缓慢降低。回火温度300以上，钢的硬度呈直线下降。注意：回火屈氏体、回火索氏体和球状珠光体与过冷奥氏体直接分解得到的屈氏体、索氏体和珠光体的力学性能有显著区别。6.7.2 回火的种类及应用回火的种类及应用1）低温回火）低温回火（150250）组织为回火马氏体，能降低内应力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。用于工具、模具、轴承、渗碳件等。经表面淬火的工件。3）高温回火）高温回火（500650）组织为回火索氏体，具有良好的综合机械性能。习
27、惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称作调质处理，简称“调质”。调质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、齿轮等。回火回火2）中温回火）中温回火（350500）组织为回火屈氏体，具有较高弹性和一定韧性，主要用于弹簧的处理。淬火钢出现冲击韧性显著下降的现象称为“回火脆性”，如图所示。1）低温回火脆性）低温回火脆性 在250350回火时出现的脆性称为低温回火脆性。一般不在此温度范围内进行回火。2）高温回火脆性）高温回火脆性 在500650回火时出现的脆性称为高温回火脆性。主 要发生在含Cr、Ni、Mn等合金元素的结构钢中。3）快冷可防止高温脆性）快冷可防止高温脆性，在钢中加入（约1%）、o（约 0.5%
28、）等合金元素可有效抑制这类脆性的产生。6.7.3 回火脆性回火脆性淬火回火的工艺缺陷淬火回火的工艺缺陷1）硬度不足）硬度不足 是由淬火加热温度低、表面脱碳、冷速不够、钢材淬 透性低等原因造成的。可采用相应措施加以防治。2）硬度不均匀）硬度不均匀 是由原始组织粗大且不均匀、冷却不均匀等原因造成 的。可通过正火后重新淬火来消除。3）过热和过烧）过热和过烧 过热组织可通过重新淬火来消除；工件一旦过烧则只 能报废。复习题：p128-129 6-2、6-3、6-4、6-8、6-9讨论题1 1、直径为、直径为10mm10mm的的4545钢和钢和T12T12钢试样在不同热处理条件下得钢试样在不同热处理条件下
29、得到的硬度如表到的硬度如表1 1所示，请说明：所示，请说明：（1 1）不同热处理条件下的显微组织（填入表）不同热处理条件下的显微组织（填入表1 1的显微组织的显微组织栏中）；栏中）；（2 2）冷却速度，淬火加热温度、碳含量对钢硬度的影响）冷却速度，淬火加热温度、碳含量对钢硬度的影响及其原因；及其原因；（3 3）回火温度对钢硬度的影响及其原因。）回火温度对钢硬度的影响及其原因。2 2、什么是钢的淬透性和淬硬性？淬透性的好坏对钢热处、什么是钢的淬透性和淬硬性？淬透性的好坏对钢热处理后的组织和性能有什么影响？试比较下列钢种的淬透性理后的组织和性能有什么影响？试比较下列钢种的淬透性和淬硬性的高低：和淬
30、硬性的高低：T8T8、40Cr40Cr、20CrMnTi20CrMnTi、4040。表表 1材料材料热处理工艺热处理工艺硬硬 度度显微组织显微组织热处理温度热处理温度/oC冷却方式冷却方式回火温度回火温度/oCHRBHRCHB45钢钢860炉冷炉冷空冷空冷油冷油冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷20040060085133855534024148196349538515369243750水冷水冷45422T12750炉冷炉冷空冷空冷油冷油冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷水冷20040060093264666635130176257437693652495283860水冷水冷616376.8 钢的
31、表面淬火钢的表面淬火表面淬火前的预备热处理 预备热处理为表面淬火作准备，以获得最终的心部组织。方法有调质和正火等。表面淬火后的组织 表层组织为回火马氏体，心部组织为回火索氏体（调质）或铁素体加索氏体（正火）。利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面的热处理方法。表面淬火用材料含碳量为0.40.5%的中碳钢及铸铁。1.感应加热的基本原理感应加热的基本原理 感应加热表面淬火的装置如图所示。电流透入的深度与感应电流的频率有关。电流频率越高，感应电流透入深度越浅。交变磁场使工件内部感生出巨大的涡流。感应电流在工件表层密度最大，而心部密度为零，这种现象称为集肤效应。f5006.8.1 感应
32、加热表面淬火感应加热表面淬火2.感应加热的分类感应加热的分类 高频高频感应加热感应加热 电流频率范围电流频率范围250300kHz，淬硬层深度为，淬硬层深度为0.52.0mm，适用，适用于中小模数的齿轮及中小尺寸的轴类零件。于中小模数的齿轮及中小尺寸的轴类零件。中频中频感应加热感应加热 电流频率范围电流频率范围25008000Hz，淬硬层深度，淬硬层深度210mm，适用于较，适用于较大的轴和大中模数齿轮。大的轴和大中模数齿轮。工频工频感应加热感应加热 电流频率电流频率50Hz，淬硬层深度可达，淬硬层深度可达1015mm，适用，适用 于较大直径于较大直径零件的穿透加热及大直径零件如轧辊、火车车轮
33、的表面淬火。零件的穿透加热及大直径零件如轧辊、火车车轮的表面淬火。感应加热表面淬火后的回火感应加热表面淬火后的回火 一般只进行低温回火，回火温度一般不高于一般只进行低温回火，回火温度一般不高于200。感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点 加热温度高。感应加热表面淬火后工件表层硬度高，脆性较低。工件表面质量好。生产效率高。3.感应加热表面淬火技术要求感应加热表面淬火技术要求1).表面硬度表面硬度:5055HRC2).淬硬层深度淬硬层深度:一般取一般取1/10半径半径,直径小直径小(10-20mm)取取1/5半径。半径。3).淬硬区分布淬硬区分布:4).预先热处理预先热处理:1）火焰加热表
34、面淬火）火焰加热表面淬火 火焰加热淬火如图所示。其淬硬层深度一般为28mm。特点及应用：特点及应用：设备简单、成本低、灵活性大，但淬火质量较难控制。主要用于单件小批量生产件及大型零件的表面淬火。6.8.2 其他表面淬火方法简介其他表面淬火方法简介2）电接触加热表面淬火）电接触加热表面淬火电接触加热的原理如图所示。特点及应用：工件变形小，工艺简单，不需回火，但硬化层薄。形状复杂的工件不宜采用。6.9 化学热处理化学热处理化学热处理由三个基本过程基本过程组成：介质分解出渗入元素的活性原子，如：CH42H2+C 2NH33H2+2N 零件表面吸收活性原子，进入晶格内形成固溶体或化合物。在一定温度下由
35、表面向内部扩散。化学热处理是使某些元素渗入工件表层，以改变其 表面层化学成分而获得所需性能的热处理工艺。化学热处理可分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铬、渗铝等。6.9.1 渗碳渗碳 渗碳就是将低碳钢放入高碳介质中加热、保温，以获得高碳表层的化学热处理工艺。气体渗碳法：如图所示，此法是使工件在高温（900 950）的渗碳气氛进行渗碳的。A 渗碳气氛有两种供给方式，一种是将富碳气体直接通入炉内；另一种是将已分解的有机物液体滴入炉内。B 气体渗碳法优点是生产率高，质量好，但渗碳层深度不易控制。1.渗碳方法渗碳方法 固体渗碳法：此法是将工件埋在固体渗碳剂中，装箱密封，加热到渗碳温度保温以使工件表层增
36、碳的工艺。A 固体渗碳法特点是生产率低，设备简单，成本低，目前一些小厂仍广泛使用。B 固体渗碳剂一般由主渗剂（木炭粒）和催渗剂组成的混合物。真空渗碳：将零件放入特制的真空渗碳炉中，先抽真空，然后升温至渗碳温度，再通入一定量的渗碳气体进行渗碳的一种热处理工艺。2.渗碳层的成份和厚度渗碳层的成份和厚度 工件渗碳后表面含碳量可达过共析钢的成份，由表向里碳浓度逐渐降低，如图所示。机器零件渗碳层的厚度通常为0.52mm。渗碳后的热处理方法有三种，如图所示。直接淬火法直接淬火法：零件渗碳出炉后冷至约830，直接放入冷却介质中淬火，然后进行低温回火。一次淬火法一次淬火法：渗碳零件出炉缓冷后，再加热到淬火温度
37、进行淬火和回火。两次淬火法两次淬火法：将工件渗碳后缓冷再进行两次淬火。3.渗碳后的热处理渗碳后的热处理 氮化也称渗氮,是指向工件表面渗入氮原子,以形成高氮硬化层的化学热处理工艺。6.9.2 渗氮渗氮1.概念概念2.氮化用钢及氮化处理技术条件氮化用钢及氮化处理技术条件 氮化用钢通常是含有Al、Cr、Mo、Tie、V等合金钢。应用 最广泛的是38CrMoAl。选择氮化层厚度不超过0.60.7mm。工件在氮化前进行调质处理，氮化后不进行热处理。氮化后工件表面硬度高10001200HV、耐磨性高和热硬性高。氮化后工件的疲劳强度显著提高。氮化工件变形小；耐腐蚀能力高。氮化工艺复杂，成本高。目前氮化工艺主
38、要用于耐磨性和精度均要求很高的零件3.氮化特点及应用氮化特点及应用 在专门设备中通入氨气并加热至560570。氮化时间约2050h，氮化层深度一般0.10.6mm。离子渗氮离子渗氮 在低真空度容器内，稀薄的氨气在高电压作用下，迫使电离后的氨离子高速冲击工件，使其渗入工件表面。离子氮化的优点是氮化时间短，变形小。1）渗氮工艺）渗氮工艺 气体渗氮气体渗氮离子氮化离子氮化6.9.3 钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗 碳氮共渗碳氮共渗是使工件表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺，也称作碳氮共渗。常用的氰化方法有：2.低温气体碳氮共渗（氮软低温气体碳氮共渗（氮软化）共渗介质有尿素、甲酰氨和三乙醇氨等，处理温度不
39、超过570，处理时间13h，硬度可达5067HRC。现普 遍用于模具、刃具、量具及耐磨零件的处理。1.中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗(氰化)滴入煤油并通入氨气，加热温度830850。保温3 4h时，氰化层厚度可达0.50.6mm。目前主要用于形状复 杂、要求变形小、受力不大的小型零件的处理。6.10 热处理零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性1零件的设计结构形状不合理,常会引起淬火变形、开裂,使零件报废。因此，在设计淬火零件的结构形状时，应充分考虑热处理对零件结构的要求。2设计零件结构时应遵循以下几个原则。避免尖角和棱角，如图所示。避免厚薄悬殊，必要时可增加工艺孔。如图所示。采用对称结构，
40、以减小热处理时的变形，如图所示。某些易变形的零件可采用封闭结构，如图所示为弹簧夹头，其槽口在热处理之后再切开。必要时可将整体件改成组装件，如图零件的镶拼结构。热处理的切削加工工艺的要求热处理的切削加工工艺的要求 1.合理安排冷热加工工序；2.预留加工余量；3.减小工件表面粗糙度。热处理技术条件的标注热处理技术条件的标注 1.热处理技术条件代号及表示方法；2.整体热处理零件的标注方法；3.局部热处理的标方法。一一.气相沉积气相沉积 气相沉积法有化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD）。1化学气相沉积化学气相沉积 在真空反应室内，加热到9001100进行。如覆以TiC层，则将挥发性氯化钛
41、（如TiCl4）与气态碳氢化合物（如CH4）一道通入容器，便使工件表面发生化学反应生成TiC，并沉积成68m的覆盖层。2物理气相沉积物理气相沉积 是借助一种惰性气体（如氩气）的辉光放电，使金属（如Ti）蒸发离子化，同时引进CO2等反应气体，便可使工件表面获得碳化物（如TiC）。6.11 6.12 表面处理方法和其它热处理方法表面处理方法和其它热处理方法二二.可控气氛热处理可控气氛热处理6.11 6.12 表面处理方法和其它热处理方法表面处理方法和其它热处理方法 可控气氛热处理是采用无氧化加热，或采用控制气氛来防止热处理过程中的氧化和脱碳的一种工艺。1采用无氧化加热采用无氧化加热 此方法是在炉内
42、通入高纯度中性气体N和氩等进行加热，以防氧化和脱碳。2可控气氛法可控气氛法 一般利用含碳的液体（甲醇、乙醇、丙酮等），分解和裂化成一定的碳势的控制气氛，引入热处理炉内。所谓碳势，是指加热时控制气氛的脱碳作用和渗碳作用保持平衡下钢的含碳量。如某一控制气氛在一定温度下如果具有0.4%碳势，则含碳为0.4%的钢在此气氛中加热不会脱碳和氧化。三三.真空热处理真空热处理 真空热处理是在1.330.0133Pa真空度的真空介质中加热的热处理工艺。特点及应用特点及应用：真空热处理可使零件表面无氧化、不脱碳、变形小。真空热处理广泛用于化学热处理中，如真空渗碳、真空渗铬等。四四.激光热处理和电子束表面淬火激光热
43、处理和电子束表面淬火 激光热处理是利用激光加热工件，依靠工件本身的传热来实现冷却淬火的工艺。电子束淬火是利用电子枪发射成束电子，轰击工件表面，使之急速加热，而后自冷淬火使工件表面强化的热处理工艺。特点：可在0.3s达到最高温度，1s内冷却到Ms点，可在表层获得全部马氏体组织。激光热处理不受钢种的限制，与钢的淬透性无关。五五.形变热处理形变热处理 形变热处理是将塑性变形和热处理有机结合起来，以获得形变强化和相变强化综合效果的热处理工艺。形变热处理方法很多。根据变形温度的不同，有高温形变热处理、低温形变热处理、复合形变热处理、等温形变热处理等。其中高温形变热处理应用最多。六六.其他化学热处理新工艺
44、其他化学热处理新工艺电解热处理是将工件和加热容器分别接在电源的负极和正极上，容器中装有渗剂，利用电化学反应使欲渗元素的原子渗入工件表层的化学热处理工艺。电解热处理可以进行电解渗碳、电解渗硼和电解渗氮等。离子化学热处理是在真空炉中通入少量与热处理目的相适应的气体，在高压直流电场作用下，稀薄的气体放电、启辉加热工件。与此同时，欲渗元素从通入的气体中离解出来，渗入工件表层的化学热处理工艺。小结 掌握钢在加热和冷却时的组织转变，冷却转变后的掌握钢在加热和冷却时的组织转变，冷却转变后的组织和性能。组织和性能。熟悉普通热处理及其应用。熟悉普通热处理及其应用。了解钢的表面淬火和化学热处理和热处理新技术新了解钢的表面淬火和化学热处理和热处理新技术新工艺应用工艺应用。作业：p1296-2、6-8、6-10、6-11、6-12、6-13
