1、金属学及热处理金属学及热处理 钢的热处理工艺钢的热处理工艺二二)共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线与曲线与CCT曲线的比较曲线的比较稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMfCCT曲线TTT曲线返回第1页/共94页稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf三三)在连续冷却过程中在连续冷却过程中 TTT 曲线的应用曲线的应用V1V2VkV3V4V1=5.5/s:炉冷炉冷;PV2=20/s:空冷空冷;SV3=33/s:
2、油冷油冷;T+M+A残残V4 138/s:水冷水冷;M+A残残返回第2页/共94页第3页/共94页5.3 钢的退火和正火 铜棒 24 mm如何消除拉拔过程中的硬化现象？电缆线 0.15 mm第4页/共94页切削件的硬度如何调整？刀具如何才能具有较高的韧性？第5页/共94页季裂加工过程（铸、锻、焊、切削）产生的内应力如何消除加工过程中产生的内应力？第6页/共94页5.3 钢的退火和正火第7页/共94页5.3 钢的退火和正火第8页/共94页 在铸在铸/锻造锻造/焊接之后，钢件中不但残留有铸造或锻造应力，焊接之后，钢件中不但残留有铸造或锻造应力，而且还往往存在着成分和组织上的不均匀性，因而机械性能较
3、低，而且还往往存在着成分和组织上的不均匀性，因而机械性能较低，还会导致以后淬火时的变形和开裂。还会导致以后淬火时的变形和开裂。也会存在硬度偏高或偏低的现象，严重影响后续的切削加工性能。也会存在硬度偏高或偏低的现象，严重影响后续的切削加工性能。经过退火和正火后，便可得到细而均匀的组织，并消除应力，经过退火和正火后，便可得到细而均匀的组织，并消除应力，改善钢件的机械性能并为随后的淬火作了准备改善钢件的机械性能并为随后的淬火作了准备经过退火与正火后，钢的组织接近于平衡组织，其硬度适中，经过退火与正火后，钢的组织接近于平衡组织，其硬度适中，有利于下一步的切削加工。有利于下一步的切削加工。如果工件的性能
4、要求不高时，退火或正火常作为最终热处理如果工件的性能要求不高时，退火或正火常作为最终热处理。第9页/共94页5.3 钢的退火和正火第10页/共94页一一)定义定义:把零件加温到把零件加温到临界温度以上临界温度以上3050,保保温一段时间温一段时间,然后然后随炉冷却随炉冷却。二二)目的目的:消除应力消除应力;降低硬度降低硬度;细化晶粒细化晶粒;均匀成分均匀成分;为最终热处理作好组织准备。为最终热处理作好组织准备。返回第11页/共94页四四)工艺参数工艺参数:返回第12页/共94页第13页/共94页 为最终热处理作好组织准备。为最终热处理作好组织准备。返回第14页/共94页完全退火的缺点：完全退火
5、的缺点：所需时间很长，特别是对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，往往需要几十小时解决：解决：为了缩短退火时间，可采用等温退火。等温退火：等温退火：先以较快的速度，将工件加热到Ac3以上3050，保温一定时间后，先以较快的冷速冷到珠光体的形成温度等温，使奥氏体转变成珠光体，待等温转变结束再快冷。这样就可大大缩短退火的时间。第15页/共94页可见等温退火所需时间比完全退火缩短很多。第16页/共94页返回第17页/共94页返回第18页/共94页第19页/共94页去应力退火目的：去应力退火目的：消除铸、锻、焊件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。残余内应力会导致：去应力退火去应力退火加热温度：加热
6、至加热温度：加热至500650（A1点点）第20页/共94页目的：目的：消除加工硬化再结晶退火再结晶退火加热温度：加热至再结晶温度以上加热温度：加热至再结晶温度以上组织：均匀等轴晶粒组织：均匀等轴晶粒第21页/共94页四四)工艺参数工艺参数:返回第22页/共94页五五)热处理后的组织热处理后的组织:原始组织。原始组织。共析钢球化退火组织(化染)700 返回第23页/共94页 T10钢球化退火组织(化染)500 返回第24页/共94页思考思考：确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的：确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：及退火后的组织：（1）经冷轧后的）经冷轧后的15钢钢板，要求
7、降低硬度；钢钢板，要求降低硬度；再结晶退火再结晶退火消除加工硬化消除加工硬化均匀等轴的均匀等轴的F和和P（2）具有）具有片状片状渗碳体的渗碳体的T12钢坯；钢坯；球化退火球化退火（3）ZG310-570的铸造齿轮的铸造齿轮（4）锻造过热的）锻造过热的60钢锻坯。钢锻坯。完全退火完全退火 扩散退火扩散退火 如为网状渗碳体，怎么办？第25页/共94页一一)定义定义:把把零件加温到零件加温到临界温度以上临界温度以上 7050,保温一段时间保温一段时间,然后然后 在空气中冷却在空气中冷却。二二)目的目的:调整硬度调整硬度,改善钢的切削加工性改善钢的切削加工性;消除应力消除应力;细化晶细化晶 粒粒;均均
8、匀成分匀成分;消除网状碳化物以便于球化退火消除网状碳化物以便于球化退火;提高普通结构零件的力提高普通结构零件的力学性能学性能;为最终热处理作好组织准备。为最终热处理作好组织准备。三三)热处理后的组织热处理后的组织:S，T(Wc=0.61.4%)S+F,T+F(Wc0.6%)返回第26页/共94页四)工艺参数:返回第27页/共94页四)工艺参数:返回第28页/共94页返回第29页/共94页返回第30页/共94页第31页/共94页第32页/共94页一一)定义定义:把零件加温到把零件加温到临界温度以上临界温度以上30 50,保温一保温一段时间段时间,然后然后快速冷却快速冷却(大于临界冷却速度大于临界
9、冷却速度),得到介稳定得到介稳定态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法。二二)目的目的:提高工具、渗碳工件和其他高强度耐磨机器零提高工具、渗碳工件和其他高强度耐磨机器零件等的强度件等的强度硬度和耐磨性硬度和耐磨性;结构钢通过淬火和回火后获结构钢通过淬火和回火后获得良好的综合力学性能得良好的综合力学性能.返回第33页/共94页三三)工艺参数工艺参数:返回第34页/共94页三三)工艺参数工艺参数:返回第35页/共94页四四)热处理后的组织热处理后的组织:返回第36页/共94页五)淬火加热时间()的选择第37页/共94页五五)淬火加热时间淬火加热时间()的选
10、择的选择:=K D工工 件件 有有 效效 厚厚 度度(尺寸最小部位尺寸最小部位)装炉量有关系数装炉量有关系数一般一般 K=11.5加热系数加热系数,与钢种与钢种及加热介质有关及加热介质有关返回第38页/共94页六六)淬火冷却介质淬火冷却介质1.理想淬火冷却介质理想淬火冷却介质时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf返回第39页/共94页2.常用的淬火冷却介质常用的淬火冷却介质 名名 称称 最大冷却速度时最大冷却速度时平均冷却速度平均冷却速度/(s-1)所在温度所在温度/冷却速度冷却速度 /(s-1)650550 3002
11、00 20静止水静止水34077513545040静止水静止水28554511041060静止水静止水2202758018510%NaCl 溶液溶液58020001900100010%NaOH 溶液溶液560283027507752010号机油号机油43023060658010号机油号机油4302307055203号锭子油号锭子油50012010050注注:冷却速度系由冷却速度系由20mm银球所测银球所测返回第40页/共94页七七)常用的淬火方法常用的淬火方法单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火时间时间温度MsA1返回第41页/共94页返回第42页/共94页九九)钢
12、的淬硬性钢的淬硬性(Hardening of steel)1.定义定义:是指钢在淬火后所能达到的是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。最高硬度。2.影响钢的淬硬性的因素影响钢的淬硬性的因素:主要取决于主要取决于 马氏体的马氏体的含碳量。含碳量。返回第43页/共94页十十)钢的淬透性钢的淬透性(Hardenability of steel)1 定义定义:是指钢在淬火时所能得到的是指钢在淬火时所能得到的淬硬层淬硬层(马氏体组织占马氏体组织占50%处处)的的 深度。深度。2 影响钢的淬透性的因素影响钢的淬透性的因素:主要是主要是临界淬火冷却速度临界淬火冷却速度VK 的的大小大小,VK 越大越大,钢的淬透
13、性越小。钢的淬透性越小。3 淬透性的测定及表示方法淬透性的测定及表示方法 曲线曲线:位置越右移，钢的淬透性越大。位置越右移，钢的淬透性越大。临界淬透直径临界淬透直径:钢在某种淬火介质中冷却时，其心部钢在某种淬火介质中冷却时，其心部能淬透的最大直径。能淬透的最大直径。未端淬火法：用符号未端淬火法：用符号 表示。表示。J表示末端淬透性，表示末端淬透性，d表示至距离水冷端的距离，表示至距离水冷端的距离，HRC为该处测得的硬度值。为该处测得的硬度值。返回dHRCJdHRCJ第44页/共94页工件淬硬层与冷却速度的关系工件淬硬层与冷却速度的关系返回第45页/共94页4.淬硬性与淬透性之间的关系淬硬性与淬
14、透性之间的关系:返回第46页/共94页5.淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响响未淬透钢未淬透钢淬透钢淬透钢返回第47页/共94页一一)定义定义:把把淬火后淬火后的零件重新加温到的零件重新加温到A1线以下某个温线以下某个温度度,保温一段时间保温一段时间,然后冷却到室温。然后冷却到室温。二二)目的目的:消除淬火应力消除淬火应力,降低脆性降低脆性;稳定工件尺寸稳定工件尺寸;调整调整淬火零件的力淬火零件的力 学性能；某些高淬透性的合金钢的高温学性能；某些高淬透性的合金钢的高温软化回火。软化回火。返回第48页/共94页返回第49页/共94页返回第50页/共
15、94页五五)工艺参数工艺参数淬火淬火+高温回火高温回火=调质处理调质处理返回第51页/共94页返回第52页/共94页返回第53页/共94页一一)定义定义:是一种不改变钢表层化学成分是一种不改变钢表层化学成分,但改变表层组织的局部但改变表层组织的局部热处理工艺。热处理工艺。二二)工艺特征工艺特征:通过快速加热使钢的表层奥氏体化通过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷然后急冷,使表使表层形成马氏体组织层形成马氏体组织,而心部仍保持不变。而心部仍保持不变。返回第54页/共94页三三)表面淬火用钢表面淬火用钢:常常选用选用中碳中碳或或中碳低合金钢中碳低合金钢,如如40、45、40Cr、40MnB等等;
16、选用选用9Mn2V,(球墨球墨灰口灰口合金合金)铸铁铸铁,9Cr2W,9Cr2Mo.四四)表面淬火加工的方法表面淬火加工的方法:感应加热感应加热(高、中、工频高、中、工频)、火火 焰加热焰加热、电接触加热法等。、电接触加热法等。返回工艺的核心工艺的核心:使零件具有使零件具有“表硬里韧表硬里韧”的力学的力学性能性能。第55页/共94页1)感应加热的基本原理感应加热的基本原理:*感应电流感应电流-涡流涡流*集肤效应集肤效应*淬火层深度淬火层深度()与电流频率与电流频率(f)的关系的关系:=500600/f （mm）返回第56页/共94页感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图集肤
17、效应示意图返回第57页/共94页第58页/共94页感应加热的分类第59页/共94页2)工艺要求工艺要求:*工艺路线工艺路线:锻造退火或正火机械粗加工正火或调质机锻造退火或正火机械粗加工正火或调质机械精加工感应加热表面淬火低温回火磨削加工械精加工感应加热表面淬火低温回火磨削加工 *表面淬火前表面淬火前,必须对零件进行必须对零件进行正火正火 或调质处理或调质处理,以保证零件有良以保证零件有良好的好的 基体。基体。*表面淬火后表面淬火后,必须对零件进行必须对零件进行低温回火处理低温回火处理,以降低淬火应力和以降低淬火应力和脆性。脆性。返回第60页/共94页3)生产特点生产特点:淬火件的质量好淬火件的
18、质量好;工件变形小工件变形小;不易氧化及脱碳不易氧化及脱碳;淬火层容易控制淬火层容易控制;生产率高生产率高;设备投资大设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。不适于复杂形状零件和小批量生产。返回第61页/共94页1)火焰加热表面淬火的基本方法返回可获淬硬层深度为26mm 第62页/共94页*设备简单设备简单,操作方便操作方便,成本低。成本低。*淬火质量不稳定。淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。适于单件、小批量及大型零件的生产。返回第63页/共94页一一)定义定义:将零件置于一定的化学介质中将零件置于一定的化学介质中,通过加热、保温通过加热、保温,使介质中一种或几种元素原子
19、渗入工件表层使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层,以改变钢表层以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。的化学成分和组织的热处理工艺。返回第64页/共94页二二)化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程:2.吸收吸收:活性原子被活性原子被零件表面吸收和溶零件表面吸收和溶 解。解。3.扩散扩散:活性原子由零件表面向内部扩散活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定的扩形成一定的扩散层散层。1.分解分解:化学介质在高温下释放出待渗化学介质在高温下释放出待渗 的的活性原子活性原子。2CO CO2 +C返回第65页/共94页三三)化学热处理进行的条件化学热处理进行的条件:1.渗入元素的原子渗入元素的原子
20、必须是活性原子必须是活性原子,而而 且具有较大的扩散能力。且具有较大的扩散能力。2.零件本身具有零件本身具有吸收渗入原子的能力吸收渗入原子的能力,即对渗入原子有一定的溶解度或能即对渗入原子有一定的溶解度或能 与之化合与之化合,形成化合物。形成化合物。四四)化学热处理的种类化学热处理的种类:渗碳渗碳;渗氮渗氮;碳氮碳氮 共渗共渗;渗硼渗硼;渗铝渗铝;渗硫渗硫;渗硅渗硅;渗铬等。渗铬等。返回第66页/共94页1)定义定义:向钢的向钢的表面渗入碳原子表面渗入碳原子的过程。的过程。2)目的目的:使工件在热处理后具有高的表使工件在热处理后具有高的表面硬度、耐磨性及高的接触强度和弯面硬度、耐磨性及高的接触
21、强度和弯曲疲劳强度，而心部仍保持良好的韧曲疲劳强度，而心部仍保持良好的韧性。性。(获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧性能的零件性能的零件)3)用钢用钢:低碳钢和低碳合金钢。低碳钢和低碳合金钢。如如15、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA4)方法方法:固体、气体、固体、气体、液体渗碳。液体渗碳。返回第67页/共94页零件零件渗碳剂渗碳剂试棒试棒盖盖泥封泥封渗碳箱渗碳箱返回(碳粒与碳酸盐碳粒与碳酸盐)第68页/共94页返回(甲醇甲醇+丙丙酮酮)第69页/共94页第70页/共94页5)工艺参数工艺参数:加热温度为加热温度为900950;渗碳时间渗碳时间一般为一般为39小
22、时小时;6)渗碳后的组织渗碳后的组织:1%CP+Fe3C0.2%C F+P少少表面表面中心中心零零 件件PP+F返回其表面的含碳量最高，通常在0.8-1.1%范围。7)工艺路线：工艺路线：锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火（直接淬火（直接一次淬火一次淬火两次淬火）两次淬火）+低温回火低温回火精加工精加工第71页/共94页20钢渗碳缓冷组织(化染)580 表层珠光体+网状渗碳体;中层珠光体;内层铁素体+珠光体返回第72页/共94页时间温度930850方案方案1方案方案2渗渗 碳碳淬火淬火加热加热返回第73页/共94页返回第74页/共94页返回第75页/共94页20CrMnTi 钢渗碳层
23、组织(化染)320 渗碳体(白色块状)+高碳M(兰色针状)+残余A(棕黄色)返回第76页/共94页1)定义定义:向钢的向钢的表面渗入氮原子表面渗入氮原子的过程。的过程。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧及抗蚀表硬里韧及抗蚀性能性能 的零件。的零件。3)用钢用钢:中碳合金钢。中碳合金钢。35 CrMo、ro ro 38 CrMoAlA(氮化王牌氮化王牌钢钢)4)方法方法:气体气体渗氮、渗氮、渗氮渗氮。介质：介质：氨气、液氮氨气、液氮 5）工艺路线：）工艺路线：锻造退火粗加工调质精加工锻造退火粗加工调质精加工去应力退火精磨渗精磨或碾磨去应力退火精磨渗精磨或碾磨返回第77页/共94页第78页/共
24、94页第79页/共94页6)工艺工艺:加热温度加热温度500600;保温时间保温时间0.30.5mm/2050h。7)热处理特点热处理特点:渗氮前需调质处理渗氮前需调质处理;渗氮后不需热处理。渗氮后不需热处理。8)渗氮处理后的组织渗氮处理后的组织 表层表层:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN。心部心部:S回回。返回第80页/共94页38 CrMoAl 气体渗氮层组织(化染)650 黄色区:(Fe2-3N)+(Fe4N);红色区:(Fe4N);蓝绿色区:含氮索氏体+脉状氮化物;绿黄色区:索氏体基体。返回第81页/共94页9）氮化处理的特点：）氮化处理的特点：第82页/共94页返回第83页/共94页1)定义定义:向钢的向钢的表面同时渗入碳和氮原表面同时渗入碳和氮原 子子的过程。的过程。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧性能的零件。性能的零件。3)方法方法:固体碳氮共渗固体碳氮共渗气体碳氮共渗气体碳氮共渗液体碳氮共渗液体碳氮共渗高温高温中温中温低温低温返回第84页/共94页4)工艺工艺:返回第85页/共94页第86页/共94页第87页/共94页第88页/共94页第89页/共94页第90页/共94页第91页/共94页第92页/共94页第93页/共94页感谢您的观看。感谢您的观看。第94页/共94页
