1、 复习：复习：1、汽车常用材料有哪些、汽车常用材料有哪些 2、金属材料的性能有哪些、金属材料的性能有哪些 新课内容新课内容 1、退火与正火、退火与正火 2、淬火、淬火 3、回火、回火 4、表面淬火、表面淬火 5、渗碳和渗氮、渗碳和渗氮 第第2章章 汽车构件常用热处理应用汽车构件常用热处理应用学习目标：学习目标：1.了解热处理的作用和热处理的基本要素及热处理的基了解热处理的作用和热处理的基本要素及热处理的基本类型；本类型；2.理解钢的临界转变温度；理解钢的临界转变温度；3.掌握零件的退火与正火工艺的目的；掌握零件的退火与正火工艺的目的；4.理解零件的淬火和回火分类方法；理解零件的淬火和回火分类方
2、法；5.了解表面淬火和化学热处理种类了解表面淬火和化学热处理种类能力要求：能力要求：1.能为汽车传动零件选择热处理方法；能为汽车传动零件选择热处理方法；2.能结合实际为汽车变速器齿轮选择热处理方法能结合实际为汽车变速器齿轮选择热处理方法第第2章章 汽车构件常用热处理应用汽车构件常用热处理应用 2.1 热处理的基本概念 2.2 汽车零件热处理基本工艺及应用 2.3 其它热处理方法简介第第2章章 汽车构件常用热处理应用汽车构件常用热处理应用 在整个汽车机械中，约30%-40%的零件要经过热处理，而汽车机械用的工具、量具、轴承等则100%要进行热处理。汽车机械上的零部件需要通过热处理工艺来改善其力学
3、性能，发挥材料潜能，延长使用寿命。总之，凡是重要的零件都必须进行适当的热处理才能满足零件的质量要求，热处理工艺在汽车机械零件与维修中占有很重要的意义。2.1.1热处理的作用热处理的作用 2.1.2热处理的基本要素热处理的基本要素 2.1.3热处理的基本类型热处理的基本类型 2.1.4钢的临界转变温度钢的临界转变温度2.1 热处理的基本概念热处理的基本概念第二章第二章 汽车构件常用热处理应用汽车构件常用热处理应用一、热处理？热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的一种工艺。常用热处理工艺可分为普通热处理（退火、正火、淬火和回火）和表面热处
4、理（表面淬火和化学热处理）。热处理工艺由加热、保温、冷却三个阶段所组成，可用温度时间坐标系中的曲线图表示，这种曲线称为热处理工艺曲线。1、目的、目的热处理的目的热处理的目的改变钢材内部的组织结构，改变钢材内部的组织结构，充分发挥钢材的潜力，提高零件的使用性充分发挥钢材的潜力，提高零件的使用性能和延长使用寿命。能和延长使用寿命。2、热处理设备热处理设备*3、热处理方法、热处理方法钢的热处理方法钢的热处理方法分为退火、正火、淬火、分为退火、正火、淬火、回火、渗碳、渗氮和碳氮共渗等。回火、渗碳、渗氮和碳氮共渗等。2.1 热处理的基本常识*一、热处理的作用*金属材料的热处理通常指的是将金属材料加热到相
5、变温度以上发生相变，再施以不同的冷却方法使金属的组织发生相变的工艺过程。热处理方法热处理方法机机 械械 性性 能能b（Mpa）S（Mpa）%aK J/cm2退火（随炉冷却）退火（随炉冷却）600-700300-35015-2040-5032-48正火（空气中冷却）正火（空气中冷却）700-800350-45015-2045-5540-64淬火（水冷淬火（水冷+低温回火）低温回火）1500-18001350-16002-310-1216-24淬火（水冷淬火（水冷+高温回火）高温回火）850-900650-75012-1460-6696-112二、热处理的基本要素热处理工艺中三大基本要素是：加热、
6、保温、冷却。钢的热处理工艺曲线图钢的热处理工艺曲线图1普通热处理 退火、正火、淬火和回火2表面热处理 感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、渗碳、氮化和碳氮共渗3其它热处理 可控气氛热处理、真空热处理和形变热处理等三、热处理方法按照零件加工过程中的顺序和作用不同，热处理工艺还可以分为预备热处理和最终热处理实际加热时，钢的组织转变总实际加热时，钢的组织转变总是滞后的，冷却时也是如此。是滞后的，冷却时也是如此。加热时高于状态图上的临界点加热时高于状态图上的临界点、冷却时低于临界点。随着加、冷却时低于临界点。随着加热和冷却速度的增加，滞后现热和冷却速度的增加，滞后现象越严重。象越严
7、重。通常把加热时的临界温度标以字母“C”，如AC1、AC3、Accm等；把冷却时的临界温度标以字母“r”，如Ar1、Ar3、Arcm等1A1A亚共析钢中是珠光体和网状铁素体，0.0218%-0.77%共析钢中一般是纯珠光体，0.77%过共析钢中是珠光体和渗碳体，0.77%钢在加热和冷却时的临界温度 2.2 汽车零件热处理基本工艺及应用 2.2.1退火与正火 2.2.2零件的淬火 2.2.3钢的回火（一）退火 将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却(炉冷)的热处理工艺叫做退火。1、退火目的l调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HBW。l 消除内应力，防止加工中变形。l 细化晶粒，
8、为最终热处理作组织准备。一、退火与正火 2.2 汽车零件热处理基本工艺及应用2、退火工艺退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。完全退火 将工件加热到Ac3以上2030保温后缓冷的退火工艺，主要用于亚共析钢.（2）球化退火球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。它是将工件加热到Ac1+30-50 保温后缓冷，或者加热后冷却到略低于 Ar1 的温度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。主要用于共析、过共析钢。球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称球状珠光体,用P球表示。球状珠光体l对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应先
9、进行正火，以消除网状.（3）去应力退火 一些铸件、锻件和焊接件会残存很大的内应力，为了消除由于变形以及铸造、锻造、焊接过程引起的残余内应力而进行的退火称为去应力退火。将工件加热至较低温度，保温一定时间后冷却，使工件发生回复，从而消除残余内应力。二、正火 正火是将亚共析钢加热到Ac3+30 50，共析钢加热到Ac1+3050，过共析钢 加热到Accm+30 50保温 后空冷的工艺。正火比退火冷却速度大。正火温度2、正火的目的 对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。普通件最终热处理。要改善切削性能：低碳钢用正火，中碳钢用退火或正
10、火,高碳钢用球化退火.热处理与硬度关系合适切削加工硬度二、零件的淬火淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺.真空淬火炉真空淬火炉淬火目的是为获得马氏体组织，提高零件的硬度和耐磨性。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征。危害：零件的韧性降低，同时产生很大的内应力，使零件变形和开裂。消除危害方法：淬火后，必须及时进行回火处理，以消除内应力。（一）（一）淬火温度淬火温度 1、碳钢、碳钢 亚共析钢亚共析钢l淬火温度为淬火温度为Ac3+30-50。l预备热处理组织为退预备热处理组织为退火或正火组织。火或正火组织。亚共析钢淬火组织：亚共析钢淬火组织：0.5%
11、C时为时为M 0.5%C时为时为M+A。65MnV钢钢(0.65%C)淬火组织淬火组织45钢钢(含含0.45%C)正常淬火组织正常淬火组织 在在Ac1 Ac3之间的加热之间的加热淬火称亚温淬火淬火称亚温淬火。35钢（含钢（含0.35%C）亚温淬火组织亚温淬火组织l亚温淬火组织为亚温淬火组织为F+M，强硬度强硬度低，但塑韧性好低，但塑韧性好.F铁素体铁素体 M马氏体马氏体 共析钢共析钢 淬火温度淬火温度为为Ac1+30-50；淬火组织为淬火组织为M+A。过共析钢过共析钢 淬火温度淬火温度:Ac1+30-50.温度高于温度高于Accm，则奥氏则奥氏体晶粒粗大、含碳量高体晶粒粗大、含碳量高,淬火后马
12、氏体晶粒粗大淬火后马氏体晶粒粗大、A量增多。使钢硬度、量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。形开裂倾向增加。淬火组织淬火组织:M+Fe3C颗粒颗粒+A。(预备组织为预备组织为P球球)T12钢（含1.2%C）正常淬火组织 2、合金钢、合金钢 由于多数合金元素由于多数合金元素(Mn、P除外除外)对奥氏体晶粒长大对奥氏体晶粒长大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。亚共析钢淬火温度为亚共析钢淬火温度为Ac3+50100。共析钢、过共析钢淬火温度共析钢、过共析钢淬火温度为为Ac1+50100。钢坯加热钢坯加热（二）淬火介质常
13、用的淬火冷却介质有油、水、盐水、碱水等。其冷却能力依次增加。水主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火；油一般用作合金钢的淬火；为了减少零件淬火时的变形，常用盐水作淬火介质。（三）淬火方法（三）淬火方法 采用不同的淬火方法可采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。弥补介质的不足。1、单液淬火法、单液淬火法 加热工件在一种介质中加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火连续冷却到室温的淬火方法。方法。操作简单，易实现自动操作简单，易实现自动化。适用于形状简单的化。适用于形状简单的碳钢和合金钢零件。碳钢和合金钢零件。各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图1单液淬火法单液淬火法2双液淬火法双液淬火法3分级
14、淬火法分级淬火法4等温淬火法等温淬火法 2、双液淬火法、双液淬火法 工件先在一种冷却能力工件先在一种冷却能力强的介质中冷，再在另强的介质中冷，再在另一种冷却能力较弱的介一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油方法。如水淬油冷，油淬空冷淬空冷.优点是冷却理想，缺点优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状是不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。复杂的碳钢件及大型合金钢件。3、分级淬火法、分级淬火法 在在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。再取出缓冷。l可减少内应力，用于小尺可减少内应力，用于
15、小尺寸工件。寸工件。盐浴炉盐浴炉 4、等温淬火法、等温淬火法 将工件在稍高于将工件在稍高于 Ms 的盐浴的盐浴或碱浴中保温足够长时间，或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬从而获得下贝氏体组织的淬火方法。火方法。经等温淬火零件具有良好的经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小综合力学性能，淬火应力小.适用于形状复杂及要求较高适用于形状复杂及要求较高的小型件。的小型件。五、钢的淬透性网带式淬火炉网带式淬火炉 淬透性是钢的主要热处理性能。淬透性是钢的主要热处理性能。是选材和制订热处理工艺的重要依据之一是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。1、淬透性的概念、淬透性的概念M量和硬度随
16、量和硬度随深度的变化深度的变化 淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。l淬硬层深度是指由淬硬层深度是指由工件表面到半马氏工件表面到半马氏体区体区(50%M+50%P)的深度。的深度。l淬硬性是指钢淬火淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高后所能达到的最高硬度，即硬化能力硬度，即硬化能力.2、淬透性与淬硬层深度的关系 同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相
17、同时的淬硬层深度来确定的。3、影响淬透性的因素 钢的淬透性取决于临界冷却速度Vk，Vk越小，淬透性越高。Vk取决于C曲线的位置，C 曲线越靠右，Vk越小。l因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素.即除Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。在钢的淬火过程中，易产生变形和开裂、氧化和脱碳、过热和过烧、硬度不足等淬火缺陷。不同冷却条件下的转变产物不同冷却条件下的转变产物等温退火等温退火P退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S(油冷油冷)T+M+A等温淬火等温淬火B下下M+A分级淬火分级淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf时间
18、时间温度温度淬火淬火PP均匀均匀A细细A？三、钢的回火 将淬火后的钢，重新加热到AC1以下某一温度，保温一定时间后冷却至室温的热处理工艺叫回火。淬火钢经回火后可以减少或消除淬火应力，稳定组织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、硬度和塑性、韧性得到适当配合，以满足不同工件的性能要求。淬火后必须立即回火，其间隔时间最长也不易超过一小时。钢的回火分类及应用根据钢件性能要求不同，按其回火温度范围，可分为以下三类：低温回火温度范围：150250之间。目的：降低应力和脆性，使钢具有高的硬度、强度和耐磨性。应用：一般用来处理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滚动轴承和渗碳件等。中温回火温度范围：3
19、50500之间。目的：回火后具有高的弹性极限和屈服强度，较高的韧性，应用：主要用于各种弹簧和模具。高温回火温度范围：500650之间。目的：使工件的强度、塑性、韧性有较好地配合，即具有高的综合机械性能。应用：适用于中碳结构钢制作的曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车拖拉机半轴、机床主轴及齿轮等重要机器零件。调质*淬火+高温回火称为调质。钢的回火分类及应用2.3 其它热处理方法简介 2.3.1表面淬火 2.3.2化学热处理2.3 其它热处理方法简介一、表面淬火将零件快速加热到淬火温度，而不等热量传至中心就快速冷却的工艺过程。目的：达到表面硬度高、芯部韧性好。1感应加热表面淬火1）感应加热的基本原理*2）感
20、应加热表面淬火的分类及应用 第一类是高频感应加热淬火，常用电流频率范围为200300kHz，一般淬硬层深度为0.52.0mm。适用于汽车机械中小模数的齿轮及中小尺寸的轴类零件等。第二类是中频感应加热淬火，常用电流频率范围为25008000Hz，一般淬硬层深度为210mm。适用于汽车机械较大尺寸的轴和大中模数的齿轮等。第三类是工频感应加热淬火，电流频率为50Hz，不需要变频设备，淬硬层深度可达1015mm。适用于较大直径零件的穿透加热及大直径零件的表面淬火。3）感应加热适用的材料4）感应加热表面淬火的特点 一是加热温度高，升温快。这是由于感应加热速度很快，因而过热度大。二是零件表层易得到细小马氏
21、体，因而硬度比普通淬火提高23HRC，且脆性较低。三是零件表层存在残余压应力，因而疲劳强度较高。四是零件表面质量好，这是由于加热速度快，没有保温时间，零件不易氧化和脱碳，且由于内部未被加热，淬火变形小。五是生产效率高，便于实现机械化、自动化。淬硬层深度也易于控制。2火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热温度很高（约3000以上），能将零件迅速加热到淬火温度，通过调节烧嘴的位置和移动速度，可以获得不同厚度的淬硬层。3其他类型的表面淬火1）电接触加热表面淬火 电接触表面淬火是一种处理铸铁表面的新工艺。它利用表面接触电阻所产生的高温来加热待淬火表面，而利用待淬火零件本身的热传导使之冷却来达到淬火的
22、目的。2）激光热处理激光热处理是利用激光加热金属材料表面实现表面热处理。激光加热具有极高的功率密度，由于功率密度极高，零件传导散热无法及时将热量传走，结果使得零件被激光照射区迅速升温到奥氏体化温度实现快速加热。激光淬火技术可对汽车齿轮、轴颈、汽缸内壁、减振器、摩擦轮等零件进行表面强化，适用材料为中、高碳钢。二、化学热处理 渗碳和渗氮属于化学热处理。1）渗碳种类：气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳三种。气体渗碳是将零件放在加热炉中，滴入煤油或通入煤气、石油液化气等渗剂，加热到规定温度，保温足够时间，使零件表层碳浓度升高，这种热处理的方法，称为渗碳。目的：零件表层硬度高、耐磨，芯部具有较高的韧性和强度，
23、具有高的疲劳强度。材料：低碳钢或低碳合金钢。2)渗氮 渗氮在一定的温度下使活性氮原子渗入到零件的表面，这种化学热处理称为渗氮或氮化。目的零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗腐蚀性能都得到了极大的提高；芯部具有较高的韧性和强度，具有高的疲劳强度。优点：氮化温度低，变形极小，氮化后不需要进行其他热处理和加工。缺点：工艺时间长，成本高。本章小结1.整体热处理的种类包括退火、正火、淬火和回火等。2.表面热处理包括感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、渗碳、氮化和碳氮共渗等。3.热处理的目的预备热处理目的是改善锻造、铸造和焊接等毛坯件的组织、消除内应力，为后续的机加工或进一步的热处理作
24、准备。4.表面淬火或表面渗碳属于最终热处理目的是使经过成型工艺，达到形状和尺寸要求后的零件机械性能达到所需要的使用性能。小结：1、退火与正火 2、淬火 3、回火 4、表面淬火 5、渗碳和渗氮 作业：复习：预习：一、退火与正火 1退火 退火的工艺过程为加热一保温一随炉冷却的热处理过程。退火的目的是为了消除零件内部应力，降低硬度，提高塑性，使零件容易加工。2正火正火的工艺过程为加热一保温一空气中冷却的热处理过程。正火的目的可提高零件的硬度和强度，也可作为某些零件的最终热处理。2.2 汽车零件热处理基本工艺及应用 等温退火等温退火 亚共析钢加热亚共析钢加热到到Ac3+3050,共析共析、过共析钢加过
25、共析钢加热热到到Ac1+3050，保温后快冷到保温后快冷到Ar1以下的某一温以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢钢.高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较四、四、淬透性的测定及其表示方法淬透性的测定及其表示方法 1、淬透性的测定常用、淬透性的测定常用末端淬火法末端淬火法示，示，J 表示末端表示末端淬透性，淬透性，d 表示表示半马氏体区到水半马氏体区到水冷端的距离，冷端的距离，HRC 为半马氏为半马氏体区的硬度。体区的硬度
26、。2、淬透性的表示方法、淬透性的表示方法 用淬透性曲线表示用淬透性曲线表示dHRCJ即用即用 表表 用临界淬透直径表示用临界淬透直径表示 临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏体的最大直径，用淬成半马氏体的最大直径，用D0表示。表示。D0与介质有关，如与介质有关，如45钢钢D0水水=16mm，D0油油=8mm。只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如较，如45钢钢D0油油=8mm，40Cr D0油油=20mm。马氏体马氏体索氏体五、五、淬透性的应用淬透性的应用 1、利用淬透性曲线及
27、圆棒冷速与端淬距离的关系利用淬透性曲线及圆棒冷速与端淬距离的关系曲线可以预测零件淬火后的硬度分布曲线可以预测零件淬火后的硬度分布。下图为下图为预预测测50mm直径直径40MnB钢钢轴淬火后断面的硬度分布轴淬火后断面的硬度分布.2、利用淬透性曲线进行选材。、利用淬透性曲线进行选材。如如要求厚要求厚60mm汽汽车转向节淬火后表面硬度超过车转向节淬火后表面硬度超过HRC50，1/4半径处半径处为为HRC45。可按下图箭头所示程序进行选材分析可按下图箭头所示程序进行选材分析.3、利用淬透性可控制淬硬、利用淬透性可控制淬硬层深度。层深度。对于截面承载均匀的重要件对于截面承载均匀的重要件,要全部淬透。如螺
28、栓要全部淬透。如螺栓、连杆连杆、模具等。模具等。对于承受弯曲、对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透扭转的零件可不必淬透(淬硬淬硬层深度一般为半径的层深度一般为半径的1/21/3)，如轴类、齿轮等，如轴类、齿轮等。淬硬层深度与工件尺寸有关淬硬层深度与工件尺寸有关,设计时应注意尺寸效应设计时应注意尺寸效应。高强螺栓高强螺栓柴油机连杆柴油机连杆齿轮齿轮 二、淬火 工艺过程为加热一保温一快速冷却(水冷或油冷)的热处理过程，使钢由奥氏体转变为马氏体（高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。）。目的提高零件的硬度和耐磨性。危害：零件的韧性降低，同时产生很大的内应力，使零件变形和开裂。消除危害方法：淬火后，必须及时进行回火处理，以消除内应力。淬火温度：是零件的奥氏体化温度，是
