1、课题三课题三 钢的热处理钢的热处理(一一)热处理的概念热处理的概念与原理与原理 1.1.钢在加热时的转变钢在加热时的转变2.2.钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变(二二)钢的普通热处理钢的普通热处理一一.钢的热处理钢的热处理热处理的概念热处理的概念把固态金属材料在一定介质中的把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和加热、保温和冷却冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。，以改变其组织和性能的一种工艺。图图2-23 热处理与成分、组织、性热处理与成分、组织、性能间关系示意图能间关系示意图图图2-24 热处理基本工艺曲线热处理基本工艺曲线 1 1.钢在加热时的转变钢在加热时的转变临界温度临界温度平衡时平
2、衡时：A A1 1、A A3 3、AcmAcm加热时：加热时：AcAc1 1、AcAc3 3、AccmAccm 冷却时：冷却时：ArAr1 1、ArAr3 3、ArcmArcm(二二)钢的普通热处理钢的普通热处理1 1退火退火2 2正火正火3 3淬火淬火4 4回火回火 1 1、退火、退火目的：目的：1 1）降低硬度以利于切削加工；）降低硬度以利于切削加工；2 2）提高塑性以利于塑性加工成型；）提高塑性以利于塑性加工成型；3 3）细化晶粒以提高力学性能；）细化晶粒以提高力学性能；4 4）消除应力以防工件变形或开裂。）消除应力以防工件变形或开裂。退火一般作为改善工艺性能的预备热处理。退火一般作为改
3、善工艺性能的预备热处理。加热、保温后，缓冷加热、保温后，缓冷(炉冷炉冷)近平衡组织近平衡组织 P P（+F +F 或或 FeFe3 3C CIIII ）1 1退火退火完全退火完全退火（亚共析钢）（亚共析钢）加热温度加热温度 AcAc3 3 +20203030缓冷缓冷 F F +P+P目的：目的：细化晶粒，均匀化组织细化晶粒，均匀化组织降低硬度降低硬度 切削性切削性等温退火：等温退火：等温转变等温转变F F +P+P，再缓冷再缓冷球化退火球化退火（过共析钢）（过共析钢）在在AcAc+20203030等温，等温，使使FeFe3 3C C球化，再缓冷球化，再缓冷 球状球状P P（F F +球状球状C
4、mCm）目的：目的：硬度硬度,切削性切削性,韧性韧性扩散退火扩散退火加热至略低于固相线加热至略低于固相线 目的：使成分、组织均匀目的：使成分、组织均匀再结晶退火：再结晶退火：加热温度加热温度 T TR R +30305050目的：消除加工硬化目的：消除加工硬化去应力退火去应力退火加热温度加热温度 AcAc1 1，一般为一般为 500500650650目的：目的：消除冷热加工后的内应力消除冷热加工后的内应力正火正火加热温度加热温度 AcAc3 3(Accm)(Accm)+30305050，空冷空冷 S S（+F F 或或 FeFe3 3C CIIII ）常作最终热处理。常作最终热处理。应用：应用
5、：1)1)钢的最终热处理钢的最终热处理 细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P(S)P(S)%强度、韧性、硬度强度、韧性、硬度 2)2)预先热处理预先热处理 淬火、球化退火前淬火、球化退火前改善组织。改善组织。3)3)增加低碳钢的硬度，以改善切削加工增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。性能。3 3淬火淬火加热到加热到AcAc3 3、AcAc1 1以上，保温，以上，保温，快速冷却快速冷却 M M。淬火温度淬火温度1)1)亚共析钢亚共析钢 AcAc3 3+30+3050 50 2)2)过共析钢过共析钢 AcAc1 1+30+3050 50，M+Fe M+Fe3
6、 3C CII II +A+A，硬度大。硬度大。A A中中C%M C%M 脆性脆性 ，残余，残余A%A%淬火温度低淬火温度低 M M细小，淬火应力细小，淬火应力小。小。目的：目的：获得马氏体组织，使钢获得马氏体组织，使钢具有高硬度和高耐磨性。淬火具有高硬度和高耐磨性。淬火是强化钢材的重要方法。是强化钢材的重要方法。冷却介质冷却介质冷却速度：冷却速度：盐水盐水 水水 盐浴盐浴 油油淬火方法淬火方法单介质淬火：水、油冷单介质淬火：水、油冷双介质淬火：水冷双介质淬火：水冷+油冷油冷分级淬火：分级淬火：MsMs盐浴中均温空冷盐浴中均温空冷等温淬火（等温淬火（在盐、碱浴中）在盐、碱浴中）下下B B 回火
7、工艺是将淬火后的钢加热到回火工艺是将淬火后的钢加热到A1A1线以下某线以下某一温度，保温一定时间后出炉空冷到室温的一种一温度，保温一定时间后出炉空冷到室温的一种热处理工艺。回火是淬火的后续工序热处理工艺。回火是淬火的后续工序.目的目的:是为了是为了减少或消除淬火应力减少或消除淬火应力，防止工件，防止工件变形与开裂，变形与开裂，稳定工件尺寸稳定工件尺寸及获得必需的及获得必需的力学性力学性能能。4回火回火低温回火低温回火（150150250250）回火回火M(M(过饱和过饱和F+F+薄片状薄片状FeFe2.42.4C)+A C)+A 淬火应力淬火应力 ，韧性，韧性 ，保持淬火后的高硬度。，保持淬火
8、后的高硬度。用于高用于高C C工具钢等。工具钢等。中温回火中温回火（350350500500）回火回火T(F+T(F+细粒状细粒状Cm)Cm)弹性极限和屈服强度弹性极限和屈服强度，韧性和硬度中等，韧性和硬度中等。用于弹簧等。用于弹簧等。高温回火高温回火（500500650650）回火回火S(S(等轴状等轴状F+F+粒状粒状Cm)Cm)综合机械性能最好综合机械性能最好,即强度、塑性和韧性都较好即强度、塑性和韧性都较好。用于重要零件。用于重要零件。调质处理调质处理 淬火淬火+高温回火高温回火（1 1）常见回火工艺）常见回火工艺二、金属材料的表面技术二、金属材料的表面技术(一一)钢的表面热处理（表面
9、淬火）钢的表面热处理（表面淬火）（二）（二）热喷涂技术热喷涂技术 （三）（三）电刷镀电刷镀（四）（四）气相沉积技术气相沉积技术 (一一)钢的表面热处理（表面淬火）钢的表面热处理（表面淬火）不改变心部组织，利用快速加热将表层不改变心部组织，利用快速加热将表层A A化后进行淬火。化后进行淬火。目的目的 ：提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。1.1.感应加热表面淬火感应加热表面淬火交变磁场交变磁场 感应表面电流感应表面电流 表面加热表面加热特点特点1)1)加热速度快，晶粒度小，硬度加热速度快，晶粒度小，硬度，脆性，脆性2)2)表层残余压应力表层残余压应力 提高疲劳
10、强度提高疲劳强度3)3)不易氧化、脱碳、变形小。不易氧化、脱碳、变形小。4)4)加热温度和淬硬层厚度容易控制。加热温度和淬硬层厚度容易控制。2.2.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火 （乙炔氧等火焰）（乙炔氧等火焰）特点特点:设备简单，但生产率低。设备简单，但生产率低。应用：大型工件应用：大型工件原理：原理：2.2.钢的化学热处理钢的化学热处理将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能。和性能。分类分类 渗渗 C C、N N化、化、C NC N共渗、
11、渗硼、渗铬、渗共渗、渗硼、渗铬、渗AlAl等。等。1.1.钢的渗钢的渗 C C 气体、固体渗气体、固体渗 C C低低C C钢在高钢在高C C介质中加热到介质中加热到900900950950、保温、保温 高碳表层（约高碳表层（约1.0%1.0%）目的：表面硬度，耐磨性目的：表面硬度，耐磨性 ，心，心部保持一定的强度和塑韧性。部保持一定的强度和塑韧性。渗碳后的的热处理渗碳后的的热处理 淬火淬火直接淬火直接淬火 晶粒粗大，残余晶粒粗大，残余A A多，耐磨性低，变形大。多，耐磨性低，变形大。一次淬火一次淬火 加热温度加热温度AcAc3 3以上（心部性能以上（心部性能 ）或）或 AcAc1 1以上（表面
12、性以上（表面性能能 ）二次淬火二次淬火 AcAc3 3以上（心部性能以上（心部性能 ）+AcAc1 1以上（表面性能以上（表面性能 ）低温回火低温回火,150,150200200，消除淬火应力，提高韧性。消除淬火应力，提高韧性。2.2.钢的氮化钢的氮化工件表面渗入工件表面渗入N N原子，以提高硬度、耐磨性，疲劳强度原子，以提高硬度、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性。和耐蚀性。氮化温度低氮化温度低(500(500600)600)，时间长（，时间长（202050h50h），），渗层渗层薄。薄。氮化前调质处理、氮化后无须淬火。氮化前调质处理、氮化后无须淬火。(二二)热喷涂技术热喷涂技术 1.原理：原理：指以
13、某种热源，将粉末或线状材料加热到指以某种热源，将粉末或线状材料加热到熔化或熔融状态后，用高压高速气流将其雾熔化或熔融状态后，用高压高速气流将其雾化成细小的颗粒喷射到零件表面上，形成一化成细小的颗粒喷射到零件表面上，形成一层覆盖层的过程。层覆盖层的过程。2 2、热喷涂技术、热喷涂技术 常用的热喷涂的主要方法如下：常用的热喷涂的主要方法如下：1)1)火焰喷涂火焰喷涂2)2)电弧喷涂电弧喷涂3)3)等离子喷涂等离子喷涂(气体导电（或放电）所产生的气体导电（或放电）所产生的等离子电弧作为高温热源等离子电弧作为高温热源 )图图2-46氧乙炔火焰喷涂原理（原书图氧乙炔火焰喷涂原理（原书图3-21）1-进料
14、口进料口 2-气体通道气体通道 3-喷嘴喷嘴 4-火焰火焰 5-喷涂层喷涂层 6-工件工件 7-氧乙炔入氧乙炔入口口 8-气体出口气体出口 图图2-47电弧喷涂示意图（原书图电弧喷涂示意图（原书图3-22）1-送丝送丝轮轮 2-金属丝金属丝 3-喷嘴喷嘴 4-涂层涂层 5-工件工件(三三)电刷镀电刷镀 电刷镀又称涂镀、刷镀。是近十几年电刷镀又称涂镀、刷镀。是近十几年发展起来的零件修复工艺。它是利用发展起来的零件修复工艺。它是利用电化电化学原理学原理，在金属工件表面局部有选择地快，在金属工件表面局部有选择地快速沉积金属镀层，达到恢复零件尺寸和改速沉积金属镀层，达到恢复零件尺寸和改变零件表面性能的
15、目的。变零件表面性能的目的。特点：镀层均匀、致密，力学、化学性特点：镀层均匀、致密，力学、化学性能好。能好。电刷镀液按其作用可分为电刷镀液按其作用可分为预热溶液、金属预热溶液、金属刷镀溶液、退镀溶液刷镀溶液、退镀溶液和和钝化溶液钝化溶液四类。汽车维四类。汽车维修中常用的是前两种镀液。修中常用的是前两种镀液。图图2-49 电刷镀原理示意图（原书图电刷镀原理示意图（原书图3-24）1-工件工件 2-刷镀层刷镀层 3-刷镀刷镀 4-阳极包套阳极包套 5-刷镀笔刷镀笔(四四)气相沉积技术气相沉积技术 气相沉积是利用气相中发生的物理、化学过程，气相沉积是利用气相中发生的物理、化学过程，改变工件表面成分，
16、在表面形成具有特殊性能的金改变工件表面成分，在表面形成具有特殊性能的金属或化合物涂层。可将气相沉积技术分为属或化合物涂层。可将气相沉积技术分为化学气相化学气相沉积（沉积（CVDCVD）和和物理气相沉积物理气相沉积（PVDPVD）两个大类。两个大类。化学气相沉积技术是指利用气态物质，在一定温度下在化学气相沉积技术是指利用气态物质，在一定温度下在固体表面上进行化学反应，并生成固态沉积膜的工艺过程。固体表面上进行化学反应，并生成固态沉积膜的工艺过程。1.1.化学气相沉积（化学气相沉积（CVDCVD）常用化学气相沉积涂层材料为常用化学气相沉积涂层材料为碳化物、氮化物、氧化碳化物、氮化物、氧化物物，如，
17、如TiCTiC、TiNTiN、AlAl2 2O O3 3等。涂层具有很高的硬度等。涂层具有很高的硬度200020004000HV4000HV，较低的摩擦系数、优异的耐磨性、良好的抗粘着，较低的摩擦系数、优异的耐磨性、良好的抗粘着能力和优越的耐蚀性。应用对象一般是硬质合金刀具、高能力和优越的耐蚀性。应用对象一般是硬质合金刀具、高碳高铬冷作钢、热作模具钢等。碳高铬冷作钢、热作模具钢等。物理气相沉积是通过真空蒸发，电离或溅射等物理气相沉积是通过真空蒸发，电离或溅射等过程，产生金属粒子，并与反应气体形成化合物过程，产生金属粒子，并与反应气体形成化合物涂层沉积在工件表面，从而强化工件表面。物理涂层沉积在
18、工件表面，从而强化工件表面。物理气相沉积方法有真空镀、真空溅射和离子镀等。气相沉积方法有真空镀、真空溅射和离子镀等。目前应用较广的是离子镀。目前应用较广的是离子镀。2 2物理气相沉积物理气相沉积(PVD)(PVD)物理气相沉积主要特点是涂覆材料选择余地物理气相沉积主要特点是涂覆材料选择余地大，钢铁材料、非铁金属材料、陶瓷等均可；沉大，钢铁材料、非铁金属材料、陶瓷等均可；沉积温度低于积温度低于600 600，沉积速度较快，涂层纯度高、，沉积速度较快，涂层纯度高、密合性好，可以得到与加工表面同等精度的表面，密合性好，可以得到与加工表面同等精度的表面，可不必再加工涂层；无公害。可不必再加工涂层；无公
19、害。物理气相沉积可应用于材料的表面装饰和硬物理气相沉积可应用于材料的表面装饰和硬化工件表面等。用于表面装饰方面的物理气相沉化工件表面等。用于表面装饰方面的物理气相沉积可以获得积可以获得表面光泽度极好的镀层表面光泽度极好的镀层。对汽车玻璃采用适当的物理气相沉积处理，对汽车玻璃采用适当的物理气相沉积处理，便可得到不同颜色的表面。例如：便可得到不同颜色的表面。例如：Al-Al-仿银色仿银色 ，AlAl2 2O O3 3-无色透明无色透明 ，VC-VC-灰色，灰色，NbC-NbC-亮褐色，亮褐色，TaC-TaC-金褐色，金褐色，TiN-TiN-金黄色，金黄色，WN-WN-褐色，褐色，AlAl2 2O
20、O3 3 +Cr)-+Cr)-红色；红色；用于硬化工件表面的用于硬化工件表面的TiC TiC、TiNTiN涂层，对刃具、涂层，对刃具、模具使用寿命的提高收到良好的效果。例如，模具使用寿命的提高收到良好的效果。例如，TiCTiC可在硬质合金的基体上沉积，涂层硬度高达可在硬质合金的基体上沉积，涂层硬度高达320032003400HV3400HV，耐磨性好，摩擦系数为，耐磨性好，摩擦系数为0.080.080.100.10；TiNTiN涂层的硬度可达涂层的硬度可达2500HV2500HV，但抗氧化性、，但抗氧化性、抗耐磨性、抗热咬合性都好于抗耐磨性、抗热咬合性都好于TiCTiC，适用于钢质和，适用于钢
21、质和硬质合金基体。硬质合金基体。(四四)金属表面装饰处理金属表面装饰处理o 涂装工艺 大多数汽车工业产品所获得的五彩缤纷的大多数汽车工业产品所获得的五彩缤纷的色彩主要是采用涂装工艺来实现的，经过涂饰色彩主要是采用涂装工艺来实现的，经过涂饰的表面效果好，涂膜有一定的光泽、组织细密、的表面效果好，涂膜有一定的光泽、组织细密、覆盖力强，视觉质感和触觉质感好，能给人以覆盖力强，视觉质感和触觉质感好，能给人以体现工艺美的人为质感效果。体现工艺美的人为质感效果。1 1).).保护作用保护作用 可减轻产品表面受摩擦种冲击的程度，起一定的机械防护作用，这对延长使用时间寿命具有很重要的意义。2 2).).装饰作
22、用装饰作用 很多色彩鲜艳美观的轻工产品，若涂上锤纹漆成皱纹漆，可使表面粗糙的设备既具有漂亮的花纹，又便于檫洗、保持清洁卫生，工业使用的各种不同设备也常利用涂料的颜色作为标志。涂料主要起保护、装饰和特殊作用。涂料主要起保护、装饰和特殊作用。3 3).).特殊作用特殊作用 有防毒气材料，吸收雷达波涂料，导电涂料、夜光涂料、伪装涂料、阻尼涂料、等能提供多种不同的特殊功能来改善材料表面的力学物理、化学和微生物等方面的性能。1.1.离子化学热处理离子化学热处理2.2.电子束淬火电子束淬火3.3.激光表面处理激光表面处理三、其它热处理工艺及表面技术简介三、其它热处理工艺及表面技术简介11（一）钢的其他热处
23、理技术（一）钢的其他热处理技术（二）表面处理技术（二）表面处理技术1 1真空热处理真空热处理2 2形变热处理形变热处理课堂讨论课堂讨论 o 1.1.钢冷却过程如何控制材料的性能？钢冷却过程如何控制材料的性能？o 2.2.铁碳合金相图在热处理工艺中有什么应用？铁碳合金相图在热处理工艺中有什么应用？o 3.3.论钢的强化、硬化方法。论钢的强化、硬化方法。小结小结1.1.A A等温冷却曲线，转变温度与转变产物的组织等温冷却曲线，转变温度与转变产物的组织形态形态 、性能间的关系。、性能间的关系。2.A2.A连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对组织连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对组织和性能的影响。和性能的影响。3.3.四种常规热处理的目的、工艺特点及应用。四种常规热处理的目的、工艺特点及应用。一般要求一般要求1.1.A A晶粒长大的影响因素及控制方法。晶粒长大的影响因素及控制方法。2.2.非共析钢非共析钢C C曲线的特点；淬透性的概念。曲线的特点；淬透性的概念。3.3.钢的表面技术；化学热处理钢的表面技术；化学热处理.重点要求重点要求:
