1、2023-1-171第五章第五章 钢的热处理及表面处理技术钢的热处理及表面处理技术第一节第一节 概述概述第二节第二节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变第三节第三节 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变第四、五、六节第四、五、六节 钢的热处理钢的热处理第七、八节第七、八节 钢的表面热处理钢的表面热处理概念辨析概念辨析课堂讨论课堂讨论:作业：作业：P162 2P162 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7本章重点2023-1-172本章重点：本章重点：1.1.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2.C2.C曲线及曲线及CCTCCT曲线曲线3.3.各种热处理工艺和应
2、用各种热处理工艺和应用2023-1-173第一节第一节 概述概述改善钢材性能的主要办法改善钢材性能的主要办法:1.合金化合金化 2.钢的热处理钢的热处理热处理分类：热处理分类：退火退火普通热处理普通热处理 正火正火 淬火淬火 回火回火化学热处理化学热处理渗渗C渗渗NC、N共渗共渗表面热处理表面热处理表面淬火表面淬火感应加热感应加热火焰加热火焰加热2023-1-1742023-1-175第二节第二节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 一、转变温度一、转变温度 二、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）二、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）三、奥氏体晶粒的长大及影响因素三、奥氏体晶粒的长大及影响因
3、素 四、加热时常见的缺陷四、加热时常见的缺陷2023-1-176一、转变温度一、转变温度滞后现象滞后现象原：原：A A1 1、A A3 3、AcmAcm加热：加热：AcAc1 1、AcAc3 3、AccmAccm冷却：冷却：ArAr1 1、ArAr3 3、ArcmArcm钢的相图钢的相图2023-1-177Ac3AccmAc1Ar1Ar3Arcm2023-1-178二、二、奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程（以共析钢为例）（以共析钢为例）4.4.奥氏体成分的均匀化奥氏体成分的均匀化2.2.奥氏体长大奥氏体长大3.3.残余渗碳体的溶解残余渗碳体的溶解1.1.奥氏体形核奥氏体形核亚共析钢奥氏体化过程
4、亚共析钢奥氏体化过程过共析钢奥氏体化过程过共析钢奥氏体化过程2023-1-179三、奥氏体晶粒的长大及影响因素三、奥氏体晶粒的长大及影响因素l1.1.奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度 1 1）起始晶粒度）起始晶粒度 2 2）实际晶粒度）实际晶粒度 3 3）本质晶粒度）本质晶粒度2.2.影响奥氏体晶粒度的因素影响奥氏体晶粒度的因素(1)(1)加热温度和保温时间加热温度和保温时间 晶粒尺寸晶粒尺寸(2)C%(2)C%晶粒尺寸晶粒尺寸 合合金碳化物金碳化物 晶粒尺寸晶粒尺寸2023-1-17101.1.奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度:1)1)起始晶粒度起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶珠光体刚刚转变成奥氏
5、体的晶粒大小。粒大小。2)2)实际晶粒度实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。的大小。3)3)本质晶粒度本质晶粒度:度量钢本身晶粒在度量钢本身晶粒在930930以下以下,随温度升高随温度升高,晶粒长大的程度。晶粒长大的程度。2023-1-1711四、加热时常见的缺陷四、加热时常见的缺陷 过热：过热：晶粒粗大，可以消除晶粒粗大，可以消除(完全退火或等温退完全退火或等温退火或正火火或正火)过烧：过烧：晶界局部熔化，无法消除晶界局部熔化，无法消除 氧化氧化 脱碳脱碳盐浴炉盐浴炉可控气氛保护可控气氛保护真空热处理真空热处理2023-1-1712第三节第三节 钢在冷却时
6、的组织转变钢在冷却时的组织转变 冷却方式冷却方式 一、共析钢过冷奥氏体等温冷却转变一、共析钢过冷奥氏体等温冷却转变 二、过冷奥氏体的连续冷却转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变2023-1-1713一、共析钢过冷奥氏体等温冷却转变一、共析钢过冷奥氏体等温冷却转变过冷过冷A A体：体：在临界温度（在临界温度（727727）以下，）以下，230230以上存在的以上存在的A A体体2.2.过冷奥氏体等温转变曲线（过冷奥氏体等温转变曲线（C C曲线）的分析曲线）的分析3.3.碳钢碳钢C C曲线对比曲线对比4.4.过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能1.1.过冷奥氏体等温转变
7、曲线（过冷奥氏体等温转变曲线（C C曲线）的建立曲线）的建立工程材料工程材料CAI2023-1-17142023-1-171501时时T/M+ARA1100200300400500600700800-100100101010102345AMsMf过过冷冷AA MA B下下AS转变开始转变开始转变结束转变结束AB上上A TAPMB下下B上上TSP525HRC2535HRC3540HRC4050HRC5060HRC6065HRC2023-1-17164.4.过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能1 1）珠光体转变）珠光体转变扩散型转变：扩散型转变：铁、碳原子扩散、晶格
8、重组铁、碳原子扩散、晶格重组高温转变：高温转变：A1A1550550珠光体：珠光体：A1A1650650 索氏体：索氏体：650650600600托氏体：托氏体：600600550550转转变变产产物物2023-1-17172023-1-1718P 型组织型组织 F+层片状层片状 Fe3C层片间距：层片间距：P S T珠光体珠光体 P，3800索氏体索氏体 S 8000托氏体托氏体 T 80002023-1-1719 表表1 1 过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能组织名称组织名称表示符表示符号号形成温度范形成温度范围围/硬度硬度片间距片间距/nm/nm
9、能分辨片层能分辨片层的放大倍数的放大倍数珠光体珠光体P PA1A165065025HRC25HRC150150450450 5 005 00索氏体索氏体S S650650600600252535HRC35HRC808015015010001000托氏体托氏体T T600600550550353540HRC40HRC3030808020002000同一成分的钢，组织为片状珠光体时强度、硬度比粒状珠同一成分的钢，组织为片状珠光体时强度、硬度比粒状珠光体的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，光体的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，常用球化退火来得到粒状珠光体组织，降低钢的硬度。常用
10、球化退火来得到粒状珠光体组织，降低钢的硬度。珠光体的片层间距越小，强度、硬度越高，塑性、珠光体的片层间距越小，强度、硬度越高，塑性、韧性越好。韧性越好。2023-1-17202 2）贝氏体转变贝氏体转变 中温转变：中温转变：550 550 点点 转变特点：转变特点：半扩散型，铁原子不扩散，碳原子半扩散型，铁原子不扩散，碳原子有一定的扩散能力有一定的扩散能力 转变产物：转变产物：贝氏体，即贝氏体，即FeFe3 3C C分布在含过饱和碳分布在含过饱和碳的铁素体上的两相混合物的铁素体上的两相混合物l上贝氏体：上贝氏体：550 550 350350，呈羽毛状，呈羽毛状l下贝氏体：下贝氏体：350 35
11、0 点，呈针状点，呈针状2023-1-1721光学显微照片光学显微照片 1300电子显微照片电子显微照片 500045钢，钢，B上上+B下下，400 上贝氏体中的上贝氏体中的FeFe3 3C C分布于铁素体条之间，分割了基体分布于铁素体条之间，分割了基体的连续性，易脆断，故上贝氏体的强度和韧性较低的连续性，易脆断，故上贝氏体的强度和韧性较低 上贝氏体的形成过程上贝氏体的形成过程2023-1-1722 下贝氏体形成温度较低，铁素体针细小、下贝氏体形成温度较低，铁素体针细小、无方向性，且碳化物分布均匀，弥散度大，故无方向性，且碳化物分布均匀，弥散度大，故下贝氏体有良好的强度和韧性配合，是一种有下贝
12、氏体有良好的强度和韧性配合，是一种有应用价值的组织应用价值的组织贝氏体转变贝氏体转变F F 针内定向分布着细小针内定向分布着细小FeFe2.42.4C C颗粒颗粒电子显微照片电子显微照片 1200012000T8T8钢，钢，B B下，下，黑色针状黑色针状光学显微照片光学显微照片 400400 2023-1-17233 3）马氏体转变）马氏体转变 马氏体马氏体 ()：C C在在FeFe中的过饱和固溶体中的过饱和固溶体。转变特点转变特点 马氏体的组织类型马氏体的组织类型 马氏体性能马氏体性能2023-1-1724Fe-1.8C，冷至，冷至-60 M M体转变特点：体转变特点：无扩散型转变无扩散型转
13、变 降温形成降温形成:连续冷却完成连续冷却完成 瞬时性瞬时性 转变的不完全性转变的不完全性 冷处理冷处理：P42M M形成时体积形成时体积，造成很大，造成很大内应力。内应力。Fe-1.8C，冷至，冷至-1002023-1-17251)1)无扩散无扩散Fe Fe 和和 C C 原子都不进行扩散，原子都不进行扩散，M M是是C C过饱过饱和的和的体心立方体心立方的的F F体，固溶强化显著。体，固溶强化显著。2023-1-17262)2)降温形成降温形成M M 的形成速度很快，只有温度的形成速度很快，只有温度才发生转变才发生转变2023-1-17273)3)瞬时性瞬时性M M 的形成速度很快，温度的
14、形成速度很快，温度则则 转变量迅速转变量迅速2023-1-17284)4)转变不彻底转变不彻底M M 转变总要残留少量转变总要残留少量 A A，称为残余，称为残余A A体，记体，记为为A AR R；过冷过冷A A中的中的C%C%则则 MsMs、M Mf ，A AR R含量含量2023-1-1729A体的体的C的质量分数对的质量分数对M体转变温度的影响体转变温度的影响 2023-1-17302023-1-1731当奥氏体含碳量小于当奥氏体含碳量小于0.250.25时得到全部板条马氏时得到全部板条马氏体组织，呈扁担状，亚结构以位错为主，有较体组织，呈扁担状，亚结构以位错为主，有较高的强度和韧性，具
15、有良好的综合机械性能。高的强度和韧性，具有良好的综合机械性能。马氏体的组织类型马氏体的组织类型马氏体的组织形态主要取决于过冷奥氏体的含碳马氏体的组织形态主要取决于过冷奥氏体的含碳量量当奥氏体的含碳量大于当奥氏体的含碳量大于1.01.0时，时，得到全部片状得到全部片状马氏体，呈双凸透镜状，亚结构以挛晶为主，硬马氏体，呈双凸透镜状，亚结构以挛晶为主，硬度和强度高，但塑性和韧性很低度和强度高，但塑性和韧性很低2023-1-1732l马氏体的组织类型马氏体的组织类型板条板条M,平行的细板条束组成平行的细板条束组成片状片状M（凸透镜状）（凸透镜状）2023-1-1733C%M C%M 硬度硬度，片状片状
16、M M 硬度高，塑韧性差。板条硬度高，塑韧性差。板条M M 强度高，塑韧性较好强度高，塑韧性较好2023-1-1734二、二、共析钢过冷奥氏体的共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变连续冷却转变PST+MM+ART退火退火正火正火油淬油淬水淬水淬转变终止线转变终止线共析碳钢连续冷却无B体2023-1-1735亚共析钢连续冷却转变亚共析钢连续冷却转变炉冷炉冷 F+P空冷空冷 F(少量少量)+S油冷油冷 T+M+AR 水冷水冷 M+AR过共析钢连续冷却转变过共析钢连续冷却转变炉冷炉冷 P+Fe3C空冷空冷 S+Fe3C（少量）（少量）油冷油冷 T+M+AR水冷水冷 M+AR+Fe3C2023-1-1736
17、第四节第四节 钢的热处理钢的热处理 一、钢的退火与正火一、钢的退火与正火 二、钢的淬火二、钢的淬火 三、钢的淬透性三、钢的淬透性 四、钢的回火四、钢的回火2023-1-1737一、钢的退火与正火一、钢的退火与正火 冷却方式冷却方式 冷却速度冷却速度 组织组织 退火：退火：炉冷炉冷 慢慢 平衡组织平衡组织 正火：正火：空冷空冷 快快 非平衡组织非平衡组织 强度、硬度强度、硬度 塑性、韧性塑性、韧性 退火退火 低低 高高 正火正火 高高 更高更高2023-1-1738降低或提高硬度，便于进行切削加工降低或提高硬度，便于进行切削加工消除残余应力消除残余应力细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能细化晶粒
18、，改善组织以提高钢的力学性能为最终热处理作好组织准备为最终热处理作好组织准备退火与正火的目的退火与正火的目的球化退火球化退火工程材料工程材料CAI确定下列钢件退火方法，并指出退火目的及退火后的组织确定下列钢件退火方法，并指出退火目的及退火后的组织(1)经冷轧后的经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；钢钢板，要求降低硬度；(2)ZG270一一500的铸造齿轮；的铸造齿轮；(3)锻造过热的锻造过热的60钢锻坯；钢锻坯；(4)具有片状渗碳体的具有片状渗碳体的T12钢坯。钢坯。2023-1-1739 指出下列钢件进行正火的主要目的和正火后的组织指出下列钢件进行正火的主要目的和正火后的组织 (1)20钢齿
19、轮；钢齿轮；(2)综合力学性能要求不高的综合力学性能要求不高的45钢小轴钢小轴 (3)T12钢手工锉刀毛坯。钢手工锉刀毛坯。2023-1-1740二、二、钢的淬火钢的淬火三、钢的淬透性三、钢的淬透性 见教材见教材P132（一）钢的淬透性与淬硬性的概念（一）钢的淬透性与淬硬性的概念（二）影响淬透性的因素（二）影响淬透性的因素(三）淬透性的测定三）淬透性的测定工程材料工程材料CAI淬火种类淬火种类冷却方式冷却方式淬火种类比较淬火种类比较2023-1-1741（一）钢的淬透性与淬硬性的概念（一）钢的淬透性与淬硬性的概念 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，它是它
20、是钢材本身固有的属性，钢材本身固有的属性，主要取决于主要取决于M体的临界冷体的临界冷却速度却速度 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体区的深度体区的深度 淬硬性淬硬性：钢在淬火后能够达到的最高硬度，：钢在淬火后能够达到的最高硬度，它它取取决于决于M体的含碳量体的含碳量。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。2023-1-1742淬硬性与淬透性之间的关系淬硬性与淬透性之间的关系:淬透性淬透性淬硬性淬硬性钢钢 种种小小低低碳素结构钢碳素结构钢(20)小小高高碳素工具钢碳素
21、工具钢(T12A)大大低低低碳合金结构钢低碳合金结构钢(20Cr2Ni4A)大大高高高碳高合金工具钢高碳高合金工具钢(W18Cr4V)2023-1-17432023-1-1744淬火方法冷却方式特点和应用单液淬火将A化后的工件放入一种淬火冷却介质中一直冷却到室温。操作简单，已实现机械化与自动化，适用于形状简单的工件双液淬火将A化后的工件在水中冷却到接近Ms点时，立即取出放入油中冷却防止低温M转变时工件发生裂纹，常用于形状复杂的合金钢分级淬火将A化后的工件放入温度稍高于Ms点的盐浴中，使工件各部分与盐浴的温度一致后，取出空冷完成M转变大大减小热应力、变形和开裂，但盐浴的冷却能力较小，故只适用于截
22、面尺寸小于10mm的工件。如刀具、量具等等温淬火将A化的工件放入温度稍高于Ms点的盐浴中等温保温，使过冷A转变为B下组织后，取出空冷它常用来处理形状复杂、尺寸要求精确、强韧性高的工具、模具和弹簧等局部淬火对工件局部要求硬化的部位进行加热淬火冷处理将淬火冷却到室温的钢继续冷却到-70-80，使残余A转变为M，然后低温回火，消除应力，稳定新生M组织提高硬度、耐磨性、稳定尺寸，适用于一些高精度的工件，如精密量具、精密丝杠、精密轴承2023-1-1745（二）影响淬透性（二）影响淬透性(C(C曲线曲线)的因素（的因素（P114P114）1.1.含碳量含碳量(奥氏体的含碳量奥氏体的含碳量)亚共析钢，随着
23、含碳量亚共析钢，随着含碳量，奥氏体的稳定性增，奥氏体的稳定性增大，则大，则曲线曲线，淬透性，淬透性过共析钢，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，奥氏体的稳定性降低，降低，曲线左移，淬透性降低曲线左移，淬透性降低共析钢的过冷奥氏体最稳定共析钢的过冷奥氏体最稳定 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，都使外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使曲线曲线，形状也可能会发生改变，使淬透性，形状也可能会发生改变，使淬透性2023-1-1746 3.3.加热温度和保温时间加热温度和保温时间 TT和和tt，则，则曲线曲线，钢的淬透性，钢的淬透性 4.4.钢中
24、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，则，则C C曲线曲线，淬透性，淬透性 总结：总结：A A体晶粒越粗大，则晶界越少，形体晶粒越粗大，则晶界越少，形核几率越小，则核几率越小，则A A体越稳定，体越稳定，C C曲线右移。曲线右移。淬透性越好淬透性越好2023-1-1747 三、钢的淬透性三、钢的淬透性（三）淬透性的测定（三）淬透性的测定2023-1-17482023-1-17492023-1-1750四、钢的回火（四、钢的回火（P127P127）1概念概念(Conception)将淬火后的钢加热到将淬火后的钢加热到Ac1Ac1以下某一温度，以下某一温度，保温后冷却下来的一种热处
25、理工艺。保温后冷却下来的一种热处理工艺。2.目的目的(purpose)（1 1）稳定工件组织、性能和尺寸）稳定工件组织、性能和尺寸 （2 2）减小或消除残余应力，防止工件的变形和）减小或消除残余应力，防止工件的变形和开裂开裂 （3 3）降低工件的强度、硬度，提高其塑性和韧）降低工件的强度、硬度，提高其塑性和韧性，以满足不同工件的性能要求性，以满足不同工件的性能要求2023-1-17513淬火钢在回火时的组织转变淬火钢在回火时的组织转变（1 1）马氏体分解）马氏体分解(100(100200)200)这一阶段转变完成后这一阶段转变完成后,钢的组织由钢的组织由有一定有一定过饱和度的体固溶体过饱和度的
26、体固溶体和与其有共格关系的和与其有共格关系的碳化物碳化物所组成所组成，这种组织称为，这种组织称为回火马氏体（回火马氏体（M M回回）。如图。如图a a所示。所示。A A残残 M M回回 2023-1-1752（3 3）马氏体分解完成和碳化物的转变）马氏体分解完成和碳化物的转变（300300400400）这一阶段转变完成后这一阶段转变完成后,钢的组织由钢的组织由饱和的饱和的针状针状F F体体和和极细小粒状的渗碳体极细小粒状的渗碳体组成，这种组组成，这种组织称为织称为回火托氏体（回火托氏体（T T回回），），如图如图b b所示。所示。（2 2）残余奥氏体转变）残余奥氏体转变 在在200200300
27、300之间之间,钢中的残余奥氏体部分钢中的残余奥氏体部分发生分解，转变为下贝氏体，而此时钢中的发生分解，转变为下贝氏体，而此时钢中的主要组织仍然是回火马氏体。主要组织仍然是回火马氏体。2023-1-1753回火托氏体回火托氏体 2023-1-17542023-1-1755（4 4）F F体的回复、再结晶和碳化物的聚集长大体的回复、再结晶和碳化物的聚集长大（400400）这一阶段转变完成后这一阶段转变完成后,钢的组织由钢的组织由等轴的等轴的F F体体和和细细小的粒状渗碳体小的粒状渗碳体组成组成，称为，称为回火索氏体（回火索氏体（S S回回），如图如图c c所示。所示。2023-1-1756202
28、3-1-17572023-1-1758 4、淬火钢在回火时的性能变化、淬火钢在回火时的性能变化 碳钢的硬度与回火温度的关系碳钢的硬度与回火温度的关系2023-1-1759 钢的冲击韧度与回火温度的关系钢的冲击韧度与回火温度的关系2023-1-17602023-1-17615 5回火种类、组织、性能及应用回火种类、组织、性能及应用（1 1）低温回火）低温回火(150(150250)250)组织：组织：M M回回+A+AR R 性能特点性能特点：部分降低了钢中残余应力和脆性，：部分降低了钢中残余应力和脆性，而保持钢在淬火后所得到的高强度、硬度和耐而保持钢在淬火后所得到的高强度、硬度和耐磨性，磨性，
29、585865HRC65HRC 应用：应用：要求要求硬度高耐磨性好硬度高耐磨性好的工具、量具、滚的工具、量具、滚动轴承、渗碳工件以及表面淬火工件等。动轴承、渗碳工件以及表面淬火工件等。2023-1-1762（2 2）中温回火）中温回火(350(350500)500)组织：组织：T T回回 性能特点：性能特点：内应力基本消除，具有极高的弹性内应力基本消除，具有极高的弹性极限和良好的韧性。极限和良好的韧性。应用：应用：要求要求弹性极好弹性极好的弹簧零件、发条及热锻的弹簧零件、发条及热锻模具，模具，353545HRC45HRC弹簧热处理对比弹簧热处理对比2023-1-1763（3 3）高温回火）高温回
30、火(500(500650)650)调质处理：调质处理：淬火与高温回火相结合的工艺淬火与高温回火相结合的工艺 组织：组织：S S回回 性能特点性能特点：内应力基本消除，强度和硬度降低，：内应力基本消除，强度和硬度降低，塑性和韧性提高，具有较高的综合力学性能，塑性和韧性提高，具有较高的综合力学性能，252535HRC35HRC 应用：应用：要求要求综合力学性能好综合力学性能好的中碳结构钢和低的中碳结构钢和低合金结构钢制造的各种重要的结构零件，特别合金结构钢制造的各种重要的结构零件，特别是在交变载荷下工作的连杆、螺栓以及轴类等。是在交变载荷下工作的连杆、螺栓以及轴类等。6.6.自身淬火回火法自身淬火
31、回火法2023-1-17647.回火脆性回火脆性 概念：概念：淬火钢在某些温度范围内回火时脆性显著淬火钢在某些温度范围内回火时脆性显著增大的现象增大的现象 低温回火脆性：低温回火脆性：250250350350，第一类，不可逆，第一类，不可逆 高温回火脆性：高温回火脆性：450450650650，第二类，可逆，第二类，可逆 W W、MoMo消除高回脆消除高回脆2023-1-1765 例题例题 锉刀要求硬度为锉刀要求硬度为606063HRC63HRC，通常采用，通常采用T12T12钢钢制造，试制订正确的热处理工艺，并注明工艺制造，试制订正确的热处理工艺，并注明工艺名称、加热温度、冷却方式以及热处理
32、各阶段名称、加热温度、冷却方式以及热处理各阶段所获得的组织。（所获得的组织。（AcAc1 1=730,Accm=830=730,Accm=830）分析方法：分析方法：1.1.材料特点材料特点 2.2.工件性能要求工件性能要求 3.3.制订热处理工艺制订热处理工艺2023-1-1766热处理工艺如下：热处理工艺如下：1.1.预备热处理：球化退火预备热处理：球化退火 加热温度：加热温度：750750770 770 冷却方式：炉冷至冷却方式：炉冷至550550以下出炉空冷以下出炉空冷 组织：球状组织：球状P P体体+球状球状FeFe3C C2.2.最终热处理：淬火最终热处理：淬火+低温回火低温回火
33、淬火加热温度：淬火加热温度：760760780780 冷却方式：水冷冷却方式：水冷 组织：组织：淬淬+Fe+Fe3 3C C粒状粒状+A+AR R（少量）（少量）回火温度：回火温度：1801801010 组织：组织：回回+Fe+Fe3 3C C粒状粒状+A+AR R（少量）（少量）2023-1-1767 第七、八节第七、八节 钢的表面热处理钢的表面热处理 一、一、钢的表面淬火钢的表面淬火 表面淬火是将工件表面快速加热到淬火温表面淬火是将工件表面快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织，度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织，而心部仍保持淬火前组织的热处理方法。而心部仍保持淬火
34、前组织的热处理方法。感应加热表面淬火感应加热表面淬火火焰表面淬火火焰表面淬火激光表面淬火激光表面淬火工艺特点及应用工艺特点及应用一、钢的表面淬火一、钢的表面淬火二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理2023-1-1768二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理 化学热处理是将钢件置于一定温度的活性化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使介质中的一种或几种元素原子介质中保温，使介质中的一种或几种元素原子渗入工件表面，以改变钢件表层化学成分和组渗入工件表面，以改变钢件表层化学成分和组织，进而达到改进表面性能，满足技术要求的织，进而达到改进表面性能，满足技术要求的热处理工艺。热处理工艺。基本过程
35、：基本过程：化学介质的分解；化学介质的分解；活性原子被钢件表面吸收和溶解；活性原子被钢件表面吸收和溶解；原子由表面向内部扩散，形成一定的扩散层。原子由表面向内部扩散，形成一定的扩散层。1.渗碳渗碳2.渗氮渗氮（俗称（俗称氮化氮化）3.碳氮共渗碳氮共渗（俗称为（俗称为氰化）氰化）2023-1-1769 1 1钢的渗碳钢的渗碳 将钢件放入渗碳的介质中加热并保温，使活将钢件放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。目的：目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部
36、面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的强度和良好的韧性配合。具有一定的强度和良好的韧性配合。（1 1）渗碳方法）渗碳方法 渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。目前广泛应用的是目前广泛应用的是气体渗碳法气体渗碳法。工艺特点及应用工艺特点及应用2023-1-1770 2 2钢的渗氮钢的渗氮（俗称（俗称氮化氮化）在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的热处理工艺称为渗氮。热处理工艺称为渗氮。目的：目的：提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。热硬性和耐蚀性等
37、。常用的渗氮方法有：常用的渗氮方法有：（1 1）气体渗氮（）气体渗氮（氮化）氮化）、离子渗氮、离子渗氮（2 2）氮碳共渗（软氮化，低温氰化）氮碳共渗（软氮化，低温氰化）（3 3）碳氮共渗（中温氰化）碳氮共渗（中温氰化）等。等。生产中应用较多的是生产中应用较多的是气体渗氮气体渗氮。2023-1-1771工艺特点及应用工艺特点及应用渗氮渗氮 与渗碳相比，渗氮温度低且渗氮后不再进行热处理，与渗碳相比，渗氮温度低且渗氮后不再进行热处理，所以工件变形小。所以工件变形小。试确定下列零件的热处理方法，试确定下列零件的热处理方法，(均用锻件，且钢材淬透均用锻件，且钢材淬透性足够性足够)。(1)某机器变速箱齿轮
38、某机器变速箱齿轮(模数模数m4)要求齿面耐磨，心部强要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用度和韧性要求不高，材料选用45钢；钢；(2)某发动机上的活塞销，心部要求良好的韧性，表面要某发动机上的活塞销，心部要求良好的韧性，表面要求高的耐磨性，材料选用求高的耐磨性，材料选用20钢；钢；(3)某机床主轴，要求有良好的综合力学性能，轴颈部分某机床主轴，要求有良好的综合力学性能，轴颈部分要求耐磨要求耐磨(50-55HRC)，材料选用，材料选用45钢；钢；(4)镗床镗杆，在重载下工作。精度要求极高，并在滑动镗床镗杆，在重载下工作。精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较
39、高的轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合力学性能，材料选用综合力学性能，材料选用38CrMoAlA钢。钢。2023-1-1772 1.1.完全退火是将工件加热到完全退火是将工件加热到Acc mAcc m以上以上30305050，保温，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。2.2.马氏体转变温度区的位置主要与钢的化学成分有关，马氏体转变温度区的位置主要与钢的化学成分有关，而与冷却速度无关。而与冷却速度无关。3.3.临界冷却速度是指过冷奥氏体向马氏体转变的最快临界冷却速度是指过冷奥氏体向马氏体转变的最快的冷却速度。的冷却速度。
40、4.4.低碳钢和某些低碳合金钢，经正火后能适当提高硬低碳钢和某些低碳合金钢，经正火后能适当提高硬度，改善切削加工。度，改善切削加工。5.5.去应力退火是将工件加热到去应力退火是将工件加热到Ac3Ac3线以上，保温后缓慢线以上，保温后缓慢地冷却下来地热处理工艺。地冷却下来地热处理工艺。6.6.淬透层深的钢淬透性好。淬透层深的钢淬透性好。7.7.除钴之外，其它合金元素溶入奥氏体后，均能增加除钴之外，其它合金元素溶入奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性，使过冷奥氏体的稳定性，使C C曲线左移。曲线左移。2023-1-17731.同一种钢材在相同的加热条件下，其淬透性为同一种钢材在相同的加热条件下，其
41、淬透性为（）A.水淬比油淬的淬透性好；水淬比油淬的淬透性好；B.小件比大件的淬透性好；小件比大件的淬透性好；C.同种材料淬透性相同。同种材料淬透性相同。2.下列材料中，淬硬性高的是（下列材料中，淬硬性高的是（）A.9SiCr B.45 C.12Cr2Ni4WA 8.马氏体硬度主要取决于马氏体中的合金含量。马氏体硬度主要取决于马氏体中的合金含量。9.钢的热处理后的最终性能，主要取决于该钢的化学成分。钢的热处理后的最终性能，主要取决于该钢的化学成分。10.钢的热处理是通过加热，保温和冷却，以改变钢的形钢的热处理是通过加热，保温和冷却，以改变钢的形状，尺寸，从而改善钢的性能的一种工艺方法。状，尺寸，
42、从而改善钢的性能的一种工艺方法。11.过共析钢完全退火后能消除网状渗碳体。过共析钢完全退火后能消除网状渗碳体。12.马氏体转变的马氏体转变的Ms和和Mf温度线，随奥氏体含碳量增加而温度线，随奥氏体含碳量增加而上升。上升。2023-1-1774 1 1、直径为、直径为1010的的4545钢和钢和T12T12钢试样在不同热处钢试样在不同热处理条件下得到的硬度如表所示，请分析说明：理条件下得到的硬度如表所示，请分析说明：（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的的显微组织栏中）；显微组织栏中）；（2 2）冷却速度，淬火加热温度、碳含量对钢硬）冷却速度，淬
43、火加热温度、碳含量对钢硬度的影响及其原因；度的影响及其原因；（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。课堂讨论课堂讨论2023-1-1775钢种钢种热处理温度热处理温度/冷却方式冷却方式回火温度回火温度/HRBHRBHRCHRCHBHB显微组织显微组织4545钢钢840840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2002004004006006008585131338385555535340402424148148196196349349538538515515369369243243750750水冷水冷4545422422T12T12750
44、750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2002004004006006009393262646466666636351513030176176257257437437693693652652495495283283860860水冷水冷6161637637P+FS+F少量 T+M+ARM+ARM回+ART回S回F+M+AR2023-1-17762.共析钢加热到相变点以上，用图示的冷却曲线冷却，共析钢加热到相变点以上，用图示的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？2023-1-17773.3.分析分析4545钢得到下列
45、组织的热处理工艺钢得到下列组织的热处理工艺1)1)粗片状珠光体粗片状珠光体+铁素体；铁素体；2)2)细片状珠光体细片状珠光体+少量铁素体；少量铁素体；3)3)细小的球状索氏体；细小的球状索氏体；4)4)表面是回火马氏体，心部是回火索氏体表面是回火马氏体，心部是回火索氏体2023-1-17784.4.有一批用有一批用3535钢制成的螺钉，要求其头部在热处钢制成的螺钉，要求其头部在热处理后的硬度为理后的硬度为353540HRC40HRC，现材料中混入少量，现材料中混入少量T10T10钢和钢和1010钢。若由钢。若由T10T10钢和钢和1010钢制成的螺钉仍按钢制成的螺钉仍按3535钢钢进行热处理（
46、淬火、回火），能否达到要求？为进行热处理（淬火、回火），能否达到要求？为什么？什么？2023-1-17796.T86.T8钢的钢的C C曲线如图所示，若使该钢在曲线如图所示，若使该钢在570570等温等温不同的时间，按图示不同的时间，按图示1 1、2 2、3 3、4 4的冷却速度冷的冷却速度冷却至室温，试问各获得什么组织？然后再进行却至室温，试问各获得什么组织？然后再进行高温回火，又各获得什么组织？高温回火，又各获得什么组织？800 A1 700 600 500 400 300 200 1 2 3 4 0 Mf-100 1 10 102 103 104 1052023-1-17807.7.某载重汽车发动机的汽缸盖螺栓，原选用某载重汽车发动机的汽缸盖螺栓，原选用40Cr40Cr钢调质处理，后改用钢调质处理，后改用15MnVB15MnVB钢钢880880油淬、油淬、200200低温回火，提高使用寿命低温回火，提高使用寿命1.51.5倍，试分析原因。倍，试分析原因。
