1、第五章 钢的热处理5-1 热处理的原理与分类热处理的原理与分类 热处理是对固态的金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。热处理工艺过程可用以温度时间为坐标的曲线图表示。热处理工艺曲线5-2 钢在加热与冷却时的组织转变钢在加热与冷却时的组织转变一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变1.钢在加热和冷却时的相变温度钢在加热和冷却时的临界点2.奥氏体的形成共析钢中奥氏体形成过程示意图a)形核 b)长大 c)残余Fe3C溶解 d)均匀化 如果在形成奥氏体后继续升温或延长保温时间，会使奥氏体晶粒逐渐长大。晶粒的长大是依靠较大晶粒吞并较小晶粒和晶界迁移的方
2、式进行的。二、钢在冷却时的组织转变二、钢在冷却时的组织转变在实际生产中，钢的热处理工艺有两种。1.奥氏体的等温转变等温转变曲线图(1)珠光体型转变区高温等温转变(2)贝氏体型转变区中温等温转变(3)马氏体型转变区低温连续转变2.奥氏体的连续冷却转变用等温转变曲线分析奥氏体的连续冷却转变5-3 热处理的基本方法热处理的基本方法一、退火与正火一、退火与正火1.退火 退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺。2.正火 正火是将钢加热到Ac3或Accm以上3050，保温适当的时间后，在空气中冷却的工艺方法。退火和正火的加热温度范围及热处理工艺曲线a)加热温度范围
3、 b)热处理工艺曲线1完全退火 2球化退火 3去应力退火 4正火二、淬火与回火二、淬火与回火1.淬火 将钢件加热到Ac3或Ac1以上的适当温度，经保温后快速冷却(冷却速度大于v临)，以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。钢的淬火温度范围(1)淬火加热温度的选择(2)淬火介质的选择(3)常用的淬火方法(4)钢的淬透性与淬硬性 淬透性是在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。淬硬性指钢在理想的淬火条件下，获得马氏体后所能达到的最高硬度。(5)钢的淬火缺陷2.回火 回火是将淬火后的钢重新加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。(1)回火时的组织
4、转变钢(45钢)的回火组织a)回火马氏体 b)回火屈氏体 c)回火索氏体40钢的力学性能与回火温度的关系(2)回火的分类及应用5-4 钢的表面热处理与化学热处理钢的表面热处理与化学热处理 强化零件表面常用的热处理方法有表面热处理和化学热处理两种。一、表面热处理一、表面热处理 钢的表面热处理是指仅对钢件表面进行热处理，以改变表面层组织，满足使用性能要求的热处理工艺。表面淬火是表面热处理中最常用的方法，是强化材料表面的重要手段。目前，表面淬火的方法很多，如火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火、电接触加热表面淬火、激光加热表面淬火等。生产中最常用的方法主要是火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。1.火焰
5、加热表面淬火 应用氧乙炔(或其他可燃气体)火焰对零件表面进行快速加热并随后快速冷却的工艺称为火焰加热表面淬火。2.感应加热表面淬火 利用感应电流通过工件所产生的热效应使工件表面受到局部加热，并进行快速冷却的淬火工艺称为感应加热表面淬火。二、化学热处理二、化学热处理 将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺称为化学热处理。1.化学热处理的过程(1)分解(2)吸收(3)扩散化学热处理的过程示意图2.钢的渗碳 钢的渗碳是将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺。根据渗碳介质的工作状态，渗碳方法可分为固体渗碳、
6、盐浴渗碳和气体渗碳三种，应用最广泛的是气体渗碳。气体渗碳是将工件置于气体渗碳剂中进行渗碳的工艺。气体渗碳示意图 一般零件渗碳后，其表面含碳量控制在0.85%1.05%，含碳量从表面到心部逐渐减少，心部仍保持原来的含碳量。图示为低碳钢渗碳后缓冷的渗碳层显微组织，图中渗碳层的组织由表面向中心依次为过共析组织、共析组织、亚共析组织(过渡层)，中心仍为原来的亚共析组织。低碳钢渗碳后缓冷的渗碳层显微组织3.钢的渗氮 在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。(1)渗氮的特点 1)渗氮层具有很高的硬度和耐磨性，钢件渗氮后表层中形成稳定的金属氮化物，具有极高的硬度，所以渗氮后不用淬火就
7、可达到高硬度，而且具有较高的红硬性。2)渗氮层具有渗碳层所没有的耐腐蚀性，可防止水、蒸气、碱性溶液的腐蚀。3)渗氮比渗碳温度低(一般约570)，所以工件变形小。(2)渗氮的方法 1)气体渗氮 工件在气体介质中进行渗氮称为气体渗氮。它是将工件放入密闭的炉内，加热到500600，通入氨气(NH3)，利用氨气分解出活性氮原子进行渗氮的方法。渗氮层的显微组织a)渗氮层及维氏硬度测试压痕 b)渗氮层中致密的针状氮化物(白色)2)离子渗氮 在低于一个大气压的渗氮气氛中，利用工件(阴极)和阳极之间产生的辉光放电现象进行渗氮的工艺称为离子渗氮。4.碳氮共渗 在一定温度下，将碳、氮原子同时渗入工件表层奥氏体中，
8、并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮共渗。碳氮共渗与渗碳相比，具有很多优点。它不仅加热温度低，零件变形小，生产周期短，而且渗层具有较高的硬度、耐磨性和疲劳强度。5-5 零件的热处理分析零件的热处理分析一、热处理的技术条件一、热处理的技术条件 工件热处理后的组织、应当达到的力学性能、精度和工艺性能等要求，统称为热处理的技术条件。热处理的技术条件是根据零件工作特性提出的。一般零件均以硬度作为热处理的技术条件，对渗碳零件应标注渗碳层深度，对某些性能要求较高的零件还需标注力学性能指标或金相组织要求。二、热处理的工序位置二、热处理的工序位置1.预备热处理 预备热处理包括退火、正火、调质处理等。退火、正火
9、的工序位置通常安排在毛坯生产之后、切削加工之前，以消除毛坯的内应力，均匀组织，改善切削加工性能，并为以后的热处理做好组织准备。对于精密零件，为了消除切削加工的残余应力，在半精加工以后还要安排去应力退火。调质处理工序一般安排在粗加工之后、精加工或半精加工之前，目的是获得良好的综合力学性能，为以后的热处理做好组织准备。调质处理一般不安排在粗加工之前，以免表面调质层在粗加工时大部分被切削，失去调质处理的作用，这一点对于淬透性差的碳素钢零件尤为重要。2.最终热处理 最终热处理包括淬火、回火及表面热处理等。零件经这类热处理后，获得所需的使用性能，因其硬度较高，除磨削外，不宜再进行其他形式的切削加工，故其工序位置一般安排在半精加工之后。有些零件性能要求不高，对其毛坯进行退火、正火或调质处理即可满足使用要求，这时退火、正火或调质处理也可作为最终热处理。三、典型零件或工具的热处理分析三、典型零件或工具的热处理分析1.锉刀锉刀的加工工艺路线为:备料锻造正火、球化退火机械粗加工锉身局部淬火、回火机械精加工2.汽车变速齿轮加工工艺路线为:备料锻造正火机械加工渗碳淬火、低温回火喷丸校正花键孔磨齿3.汽车传动齿轮轴加工工艺路线为:备料锻造正火机械粗加工调质处理机械半精加工花键齿廓和齿轮齿廓部分表面淬火、回火精磨
