1、齿轮热处理齿轮热处理轴承热处理轴承热处理弹簧热处理弹簧热处理工具热处理工具热处理轴的热处理轴的热处理基本思路：基本思路：工作条件（载荷，环境）工作条件（载荷，环境）失效形式失效形式性能要求性能要求材料材料热处理工艺热处理工艺u钢的热处理举例钢的热处理举例121 1、工作条件、工作条件用于传递动力、改变方向或速度的重要零用于传递动力、改变方向或速度的重要零件，受力情况复杂。件，受力情况复杂。2 2、常见失效形式、常见失效形式 齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）；齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）；齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）；齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）；断齿（强度低或超载）
2、断齿（强度低或超载）一一.齿轮热处理齿轮热处理33.3.齿轮的技术要求齿轮的技术要求 齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。4.4.齿轮用钢齿轮用钢:低、中碳低、中碳 轻载齿轮：轻载齿轮：4545，调质或正火，调质或正火 中载齿轮：中载齿轮：4545、40Cr40Cr，调质，耐磨部位表面淬火，调质，耐磨部位表面淬火 重载齿轮：重载齿轮：20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi，渗碳淬火，渗碳淬火 高精度齿轮：高精度齿轮：38CrMoAlA38CrMoAlA，调质，调质-渗氮渗氮41
3、1）渗碳齿轮）渗碳齿轮材料：材料：20CrMnTi20CrMnTi、20Cr20Cr、30CrMnTiA30CrMnTiA等等服役场合：高速重载（汽车齿轮）服役场合：高速重载（汽车齿轮）下料下料锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火5.5.齿轮热处理工艺齿轮热处理工艺精加工精加工掌握各热处理工序的目的，工艺，组织掌握各热处理工序的目的，工艺，组织5(1)(1)正火正火 细化晶粒；调整硬度，便于切削加工细化晶粒；调整硬度，便于切削加工 加热至加热至AcAc3 3+30+3050,50,空冷空冷,组织细珠光体组织细珠光体+(+(少量铁素体少量铁素体)(2)(2)渗碳渗碳
4、提高表面含碳量提高表面含碳量 920920930930保温保温3 39h 9h(3)(3)渗碳后淬火渗碳后淬火 获得马氏体，提高表面硬度获得马氏体，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火直接淬火或一次淬火 表面：表面：高碳高碳M+ArM+Ar+碳化物碳化物,过渡层过渡层:M+ArM+Ar,心部心部:低碳低碳M+FM+F（少量）（少量）(4)(4)回火回火 消除淬火应力，低温消除淬火应力，低温200200，MMMM回回下料下料锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火精加工精加工工艺路线工艺路线620 CrMnTi 20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线钢制造齿轮的热处理
5、工艺曲线7加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 粗加工粗加工 半精加工半精加工 精车加工精车加工及及 精磨精磨 2 2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）适用于适用于353555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn55,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齿轮。等材料齿轮。正火正火调质调质表面淬火表面淬火低温回火低温回火8(1)(1)正火正火(或完全退火）或完全退火）细化晶粒，调整硬度细化晶粒，调整硬度 加热至加热至AcAc3 3+30+3050,50,空冷空冷,细珠光体细珠光体+(+(少量铁素体少量铁素体)(2
6、)(2)调质热处理调质热处理 使心部具有良好强韧性使心部具有良好强韧性 加热至加热至AcAc3 3+30+305050后淬火后淬火+500+500600600高温回火高温回火,回火索氏体回火索氏体(3)(3)表面感应淬火表面感应淬火(表面火焰淬火表面火焰淬火)提高表面硬度提高表面硬度表面加热至表面加热至AcAc3 3+30+305050，心部没有加热。，心部没有加热。淬火后淬火后表面表面获得马氏体获得马氏体+残余奥氏体残余奥氏体,过渡层过渡层马氏体马氏体+F+F残余奥氏体残余奥氏体,心部心部回火索氏体回火索氏体 (4)(4)低温回火低温回火 消除淬火应力，低温消除淬火应力，低温200200，M
7、MMM回回 9 轻载齿轮：轻载齿轮：4545，调质或正火，调质或正火 中载齿轮：中载齿轮：4545、40Cr40Cr，调质，耐磨部位表面淬，调质，耐磨部位表面淬火火 重载齿轮：重载齿轮：20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi，渗碳淬火，渗碳淬火 高精度齿轮：高精度齿轮：38CrMoAlA38CrMoAlA，调质渗氮，调质渗氮1011二、滚动轴承热处理滚珠轴承滚珠轴承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承1 1、工作条件、工作条件高载荷，交变应力高载荷，交变应力高转速，一定冲击。高转速，一定冲击。12接触疲劳破坏接触疲劳破坏2 2、失效形式、失效形式13塑性变形塑性变形 14磨损磨损153
8、 3、性能要求、性能要求:（内外圈和滚动体）（内外圈和滚动体）v高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性;v高的接触疲劳强度高的接触疲劳强度;v足够的韧性和耐蚀性足够的韧性和耐蚀性;v尺寸稳定性尺寸稳定性滚珠轴承滚珠轴承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承164 4、轴承用钢、轴承用钢:G Cr15G Cr15 含含CrCr量量W WCrCr 1.5%1.5%滚动轴承钢滚动轴承钢高碳高碳,Wc,Wc=0.95=0.951.15%1.15%17GCr15GCr15轴承钢制造轴承的工艺路线轴承钢制造轴承的工艺路线锻造锻造 机加工机加工 球化退火球化退火淬火淬火+冷处理冷处理 (60(60 80;1h)80;1
9、h)低温回火低温回火正火正火磨削加工磨削加工稳定化处理稳定化处理 (120(120 150150；5 5 10h)10h)185 5、热处理工艺、热处理工艺预备热处理预备热处理:正火：正火：消除网状碳化物，细化晶粒消除网状碳化物，细化晶粒球化退火：球化退火：降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备淬火淬火:获得马氏体组织获得马氏体组织 810810860860（温度偏高），让（温度偏高），让CrCr尽量溶入尽量溶入A A，又不致于导致晶粒粗大，又不致于导致晶粒粗大，A A含碳过高；油冷含碳过高；油冷冷处理冷处理:获得马氏体组织获得马氏体组织,减少减少ArAr低温回火
10、低温回火:消除残余应力，保持高硬度消除残余应力，保持高硬度.19汽车板簧汽车板簧扭转弹簧扭转弹簧大型热卷弹簧弹簧丝20三、弹簧热处理三、弹簧热处理1 1、工作条件、工作条件储存能量和减轻震动储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、交变主要承受拉力、压力、扭力、交变载荷；载荷；2 2、失效形式：、失效形式：疲劳断裂，永久变形疲劳断裂，永久变形3 3、性能要求：、性能要求：高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能（塑性成型、热处理性能）（塑性成型、热处理性能）4 4、常用材料、常用材料 6565、65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2M
11、n等中碳钢及中碳合金钢等中碳钢及中碳合金钢215 5、热处理工艺、热处理工艺（一）冷成形弹簧（小弹簧）（一）冷成形弹簧（小弹簧）由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火的钢丝）冷回火的钢丝）冷卷成弹簧，只需进行去应力退火（加热温度卷成弹簧，只需进行去应力退火（加热温度250 250 300 300），），以消除变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。以消除变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。（二）热成形弹簧（二）热成形弹簧 采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧）采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧）淬火淬火提高强度，提高强度，中温回火中温回火消除应
12、力，提高弹性极限。消除应力，提高弹性极限。淬火温度淬火温度Ac3Ac3以上，回火温度以上，回火温度350 350 450 450，组织：组织：回火屈氏体回火屈氏体大型热卷弹簧去应力退火去应力退火淬火淬火+中温回火中温回火（或采用等温淬火）（或采用等温淬火）或采用等温淬火，得到贝氏体组织或采用等温淬火，得到贝氏体组织22（三）沉淀硬化处理（三）沉淀硬化处理对于对于17-7PH(0Cr17Ni7Al)17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化钢，在冷拉或固溶处理沉淀硬化钢，在冷拉或固溶处理状态下成型的弹簧。主要工艺过程如下：状态下成型的弹簧。主要工艺过程如下：（1 1）固溶处理：固溶处理：奥氏体
13、化，获得均匀一致的奥氏体组织奥氏体化，获得均匀一致的奥氏体组织（2 2）成型加工）成型加工（3 3）调整热处理（或淬火处理）调整热处理（或淬火处理）加热到奥氏体化稍低温度，冷却，获得低碳马氏体加热到奥氏体化稍低温度，冷却，获得低碳马氏体+残余奥残余奥氏体组织氏体组织（4 4）深冷处理：深冷处理：使淬火状态下残余奥氏体继续转变为低碳使淬火状态下残余奥氏体继续转变为低碳马氏体（根据需要确定）马氏体（根据需要确定）（5 5）沉淀硬化处理沉淀硬化处理在在480 480 550 550 保温保温1 1小时左右，使碳化物析出弥散强化。小时左右，使碳化物析出弥散强化。23（四）弹簧的其它强化处理（四）弹簧的
14、其它强化处理（1 1）形变热处理）形变热处理:对于对于60Si2Mn60Si2Mn、55Si2Mn55Si2Mn等中碳钢具等中碳钢具有较高的形变强化效果，因此这类弹簧适合于热成型有较高的形变强化效果，因此这类弹簧适合于热成型+淬火淬火+回火回火（2 2）化学热处理）化学热处理对于在铁素体状态下能进行元素扩散渗的弹簧材料，对于在铁素体状态下能进行元素扩散渗的弹簧材料，可以不改变弹簧整体强度、韧性和弹性极限情况下，可以不改变弹簧整体强度、韧性和弹性极限情况下，化学渗提高弹簧表面硬度和疲劳强度。典型工艺热成化学渗提高弹簧表面硬度和疲劳强度。典型工艺热成型型加工加工+淬火淬火+回火回火-化学渗处理。化
15、学渗处理。（3 3）喷丸强化）喷丸强化使弹簧零件表面获得压应力，提高弹簧的使用寿命使弹簧零件表面获得压应力，提高弹簧的使用寿命551010倍。倍。24（五）弹簧的稳定化处理（五）弹簧的稳定化处理 为了减少弹性不完整性、或滞弹性，对弹簧进行加荷、为了减少弹性不完整性、或滞弹性，对弹簧进行加荷、或机械稳定、或加温加荷处理，以保证弹簧在使用过或机械稳定、或加温加荷处理，以保证弹簧在使用过程中弹性稳定。程中弹性稳定。25工具一般包括刃具、模具、量具工具一般包括刃具、模具、量具常用钢包括：常用钢包括：碳素工具钢、碳素工具钢、低合金工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢（高速钢等）高合金工具钢（高速钢等）四四
16、.工具热处理工具热处理模具模具量具量具刃具刃具成分特点：高碳成分特点：高碳264.1 4.1 刃具热处理刃具热处理l 性能要求性能要求高硬度高硬度(HRC60)(HRC60)：主要取决于含碳量。：主要取决于含碳量。高耐磨性高耐磨性：靠高硬度和析出细小均匀靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。硬碳化物来达到。红硬性：红硬性：即高温下保持高硬度的能力即高温下保持高硬度的能力足够的韧性：足够的韧性：以防止脆断和崩刃。以防止脆断和崩刃。l 刃具用钢刃具用钢 碳素工具钢：碳素工具钢：T7T7T12T12（0.70.71.2%C1.2%C）木工凿木工凿手锤手锤27T12T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织球
17、状珠光体球状珠光体碳工钢热处理及组织碳工钢热处理及组织热处理：热处理：正火正火+球化退火球化退火+淬火淬火+低低温回火温回火球化退火目的：球化退火目的：降低硬度，便于加工；降低硬度，便于加工；为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。使用状态下的组织：使用状态下的组织：M M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A+AR R(少量少量)28低合金工具钢：低合金工具钢：CrWMnCrWMn、9SiCr9SiCr 热处理及组织同碳素工具钢，热处理及组织同碳素工具钢，只是淬火介质为油（碳工钢为水）。只是淬火介质为油（碳工钢为水）。板牙板牙丝锥丝锥29 9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线板牙板牙30W18Cr4V
18、的生产工艺及热处理铸造铸造 锻造锻造 球化退火球化退火 机加工机加工 淬火淬火+三次高温回火三次高温回火 磨削加工磨削加工高合金刃具钢：（高速钢）高合金刃具钢：（高速钢）W18Cr4VW18Cr4V，W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V231W18Cr4VW18Cr4V铸态组织铸态组织 420 420 铸造铸造:高速钢属于高速钢属于莱氏体莱氏体钢钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物状分布的粗大共晶碳化物M6C,M6C,钢的韧性大幅下降。钢的韧性大幅下降。32锻造锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除除,只能依靠反
19、复多次锻打来击碎。只能依靠反复多次锻打来击碎。W18Cr4VW18Cr4V锻造组织锻造组织 210 210 W18Cr4V W18Cr4V球化退火组织球化退火组织 420 420 球化退火球化退火:消除应力消除应力,降低硬度，便于机加工降低硬度，便于机加工,调整组织调整组织,为淬火作好组织准备。为淬火作好组织准备。球化退火后的组织球化退火后的组织 :S+:S+粒状粒状 Cm,Cm,易于机械加工。易于机械加工。球化退火温度球化退火温度83083088088034淬火淬火 :1200120013001300 淬火后的组织淬火后的组织:M+Cm+AM+Cm+AR R(20(2025%)25%)（温度
20、高）（温度高）让让C C和和MeMe充分溶入充分溶入A A，淬火后得到高合金马氏体高，淬火后得到高合金马氏体高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度提高红硬温回火时产生二次硬化效应，提高硬度提高红硬性性高速钢淬火温度高的原因高速钢淬火温度高的原因35三次高温回火三次高温回火在在560560回火时回火时 ,产生二次硬化多次回火产生二次硬化多次回火,获得更多获得更多碳化物析出让残余奥氏体转变。碳化物析出让残余奥氏体转变。回火组织：回火组织：S S回回+碳化物碳化物+Ar+Ar(1(1 2%)2%)*淬火后淬火后A A残约残约202025%25%。*第一次回火第一次回火后后A A残约剩残约剩151518
21、%18%。*第二次回火第二次回火后后A A残约剩残约剩3 35%5%。*第三次回火第三次回火后后A A残约剩残约剩1 12%2%。组织硬度组织硬度为为HRC65HRC65以上。以上。36 W18Cr4V钢的热处理过程示意图进展进展:现在对这种热处理工艺还不满意现在对这种热处理工艺还不满意,对高速钢淬火对高速钢淬火+回火后回火后,再进行再进行TiNTiN沉积沉积374.2 4.2 冷作模具热处理冷作模具热处理v 性能要求性能要求:高硬度（高硬度（HRC50HRC506060）；）；高耐磨性、强度和韧性；高耐磨性、强度和韧性；热处理变形小热处理变形小;汽车冲压模具汽车冲压模具v 应用应用:冷冲模、
22、冷镦模、冷冲模、冷镦模、冷挤模、搓丝板等冷挤模、搓丝板等v 冷作模具用钢冷作模具用钢:碳素工具钢：碳素工具钢：T7T7T8T8低合金工具钢：低合金工具钢：9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn或或GCr15GCr15高合金工具钢：高合金工具钢：Cr12Cr12、Cr12MoVCr12MoV（C1.4%C1.4%2.3%2.3%、Cr11%Cr11%12%12%）38 Cr12Cr12型冷作模具钢的热处理型冷作模具钢的热处理（C1.4%C1.4%2.3%2.3%、Cr11%Cr11%12%12%）球化退火 冷作模具钢铸态组织极不均匀,含有大量共晶碳化物，需反复锻打后退火
23、处理。球化退火温度830880，获得细化碳化物+珠光体组织，易于机械加工。淬火+回火 一次硬化法：较低温度淬火（980）低温回火 回火组织为M回+碳化物+Ar 二次硬化法：较高温度淬火（1050）23次高温回火 回火组织为S回+碳化物+Ar(少量）394.3 4.3 热作模具热处理热作模具热处理v 性能要求性能要求:v 应用应用:v 热作模具用钢热作模具用钢:使热金属或液态金属成型的模具，使热金属或液态金属成型的模具，包括热锻模、热挤压模和压铸模等。包括热锻模、热挤压模和压铸模等。高的热硬性、高温耐磨性高的热硬性、高温耐磨性;高的热强性和足够高的韧性高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力和导
24、热性高的热疲劳抗力和导热性;中碳中碳 0.30.30.6%;0.6%;热变形模具钢，热变形模具钢，5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMo压铸模具，压铸模具，3Cr2W8V3Cr2W8V40曲轴模具曲轴模具 5 CrMnMo5 CrMnMo热处理热处理:热处理工艺热处理工艺:完全退火完全退火淬火淬火 550550回火回火 热处理后的组织热处理后的组织:S:S回回41 3 Cr2W8V 3 Cr2W8V钢热处理钢热处理:热处理工艺热处理工艺:淬火淬火 +550+550三次回火三次回火 回火时二次硬化现象回火时二次硬化现象HRC47 HRC47 42量具热处理量具热处理v 性能要
25、求性能要求:v 量具用钢量具用钢:高的硬度（高的硬度（HRC62HRC62）和耐磨性，）和耐磨性，热处理变形小、尺寸稳定，保证热处理变形小、尺寸稳定，保证尺寸精度。尺寸精度。卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺碳素工具钢：碳素工具钢：T8T8T12T12低合金工具钢：低合金工具钢：淬透性高，用于精度要求较高的量具。淬透性高，用于精度要求较高的量具。CrWMnCrWMn、4Cr134Cr13、GCr15GCr15、9SiCr9SiCr43千分尺千分尺卡尺卡尺特点特点 预备热处理组织为球化退火或调质处理组织。预备热处理组织为球化退火或调质处理组织。下限温度淬火及冷处理，目的是减少下限温度淬火及冷处理，
26、目的是减少AA。长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度方度。淬火淬火 冷处理冷处理 (-70(-70 -80)-80)低温回火低温回火 时效处理时效处理 (120(120130,130,几十小时几十小时 )v 热处理热处理:44 CrWMn CrWMn钢制造块规退火后热处理工艺钢制造块规退火后热处理工艺650650820820840840油冷油冷3h3h-70-70-80-80 冷处理冷处理1401401601603h3h11011012012036h36h时效处理时效处理精磨精磨3h3h研磨研磨温度温度时间时间45 受力受力弯曲和扭转应力
27、，且在弯曲和扭转应力，且在轴的截面上分布是不均的，表轴的截面上分布是不均的，表面应力最大，中心应力为零。面应力最大，中心应力为零。性能性能此类零件调质时不需要此类零件调质时不需要整个截面淬透，只要保证表面整个截面淬透，只要保证表面淬硬层为其半径的淬硬层为其半径的1/41/4即可。即可。选材选材多用多用4040、4545钢，重要轴钢，重要轴类用合金调质钢制造（类用合金调质钢制造（40Cr40Cr、35CrMo 35CrMo、42Mn2V42Mn2V等）等）五、轴的热处理五、轴的热处理46备料备料锻造锻造正火或退火正火或退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工材料：45钢工艺：轻载主轴加工工艺47中载主轴加工工艺备料备料锻造锻造正火或退火正火或退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工材料：40Cr钢工艺：整体调质，轴颈和锥孔表面淬火表面淬火及低温回火表面淬火及低温回火磨削磨削48 轻载主轴：轻载主轴：4545，调质或正火，调质或正火 中载主轴：中载主轴：4545，40Cr40Cr，调质，耐磨部位表面淬火，调质，耐磨部位表面淬火 重载主轴：重载主轴：20CrMnTi20CrMnTi，渗碳淬火，渗碳淬火 高精度主轴：高精度主轴：38CrMoAlA38CrMoAlA，渗氮，渗氮49
