1、l概述概述l钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变l钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变l钢的常用热处理方法钢的常用热处理方法l钢的表面热处理钢的表面热处理l典型零件热处理分析典型零件热处理分析l热处理新工艺简介热处理新工艺简介重点内容：重点内容：1，钢的常用热处理方法（钢的退，钢的常用热处理方法（钢的退火、正火、淬火、淬透性与淬硬火、正火、淬火、淬透性与淬硬性、回火）性、回火）2，钢的表面热处理（表面淬火、，钢的表面热处理（表面淬火、钢的化学热处理）钢的化学热处理）难点内容：钢在加热时和冷却时的难点内容：钢在加热时和冷却时的组织转变组织转变1.热处理的定义热处理的定义:热处理是将固态金属或合金
2、采用适当的方热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。任何一种处理工艺都是由加热、保温、和冷却能的工艺。任何一种处理工艺都是由加热、保温、和冷却三个阶段所组成。三个阶段所组成。见下图热处理工艺曲线：见下图热处理工艺曲线：时间温度临界温度线临界温度线 热热加加保温保温冷冷 却却2.热处理的主要目的热处理的主要目的:改变钢的力学性能，满足零改变钢的力学性能，满足零件的使用要求和延长寿命，改善钢的加工性能，提高加工件的使用要求和延长寿命，改善钢的加工性能，提高加工质量减少刀具磨损。质量减少刀具磨损
3、。3.热处理的应用范围热处理的应用范围:整个制造业。整个制造业。4.热处理的分类热处理的分类热处理热处理方法方法 常用常用热处理热处理方法方法 表面表面热处理热处理方法方法退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面淬火 化学化学热处理热处理感应感应淬火淬火火焰火焰淬火淬火渗碳渗碳渗氮渗氮;l转变温度（转变温度（了解了解）l奥氏体的形成（奥氏体的形成（了解了解）l奥氏体晶粒度及对力学性能的影响奥氏体晶粒度及对力学性能的影响（掌握掌握）二、奥氏体的形成二、奥氏体的形成FFe3C未溶未溶Fe3CA残余残余Fe3CAAAA（奥氏体）（奥氏体）晶核形成晶核形成A 长大长大残余残余Fe3C溶解溶
4、解A 均匀化均匀化 1，奥氏体晶粒越细，冷却后的组织也越细，奥氏体晶粒越细，冷却后的组织也越细，不仅强度、硬度高、而且塑性、韧性也好，不仅强度、硬度高、而且塑性、韧性也好，即热处理后钢的力学性能提高。即热处理后钢的力学性能提高。2，粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起，粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起 工件产生较大的变形甚至开裂。工件产生较大的变形甚至开裂。l钢在热处理时的冷却方式（钢在热处理时的冷却方式（了解）了解）l过冷奥氏体的等温冷却转变（过冷奥氏体的等温冷却转变（了解了解）l过冷奥氏体的连续冷却转变（过冷奥氏体的连续冷却转变（了解了解）见课本P36-37页 热热加加保温保温时间温度临界点温
5、度临界点温度连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加机械加工工 最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加工预备热处理预备热处理:退火退火;正火正火最终热处理最终热处理:淬火淬火;回火回火一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线:一一)定义定义:把零件加温到适当温度（把零件加温到适当温度（临临界温度以上界温度以上 3050）,保温一段时间保温一段时间,然后然后随炉冷却的热处理工艺随炉冷却的热处理工艺。退火后的退火后的组织一般为珠光体组织。组织一般为珠光体组织。二二)目的目的:1，降低硬度；提高塑性；改善切削加工，降低硬度；提高塑性；改善切削加工性和压力加
6、工性能。性和压力加工性能。2，细化晶粒，均匀钢的内部组织，细化晶粒，均匀钢的内部组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作好组织准及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作好组织准备。备。3，消除钢的残余内应力，以防止变形和开裂。，消除钢的残余内应力，以防止变形和开裂。三三)种类种类退火退火完全退火完全退火等温退火等温退火球化退火球化退火均匀化退火均匀化退火去应力退火去应力退火 共析钢球化退火组织(化染)700 T10钢球化退火组织(化染)500 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,奥氏体后保温一段时间奥氏体后保温一段时间,然后然后在在空气中冷却的热处理工艺
7、空气中冷却的热处理工艺。二二)目的目的:消除应力消除应力;调整硬度调整硬度;细化晶细化晶 粒粒;均匀成分均匀成分;为最终热处理作好组织为最终热处理作好组织准备。也可做最终热处理准备。也可做最终热处理。三三)正火与退火的区别正火与退火的区别:正火冷却速度快，正火冷却速度快，得到的珠光体晶粒较细，强度和硬度均得到的珠光体晶粒较细，强度和硬度均较高；操作方便，生产周期短，成本较较高；操作方便，生产周期短，成本较低。低。四四)退火与正火的选择可从以下三个方退火与正火的选择可从以下三个方面考虑面考虑:1，从切削加工性考虑，从切削加工性考虑 2，从，从使用性能上考虑使用性能上考虑 3，从经济上考虑，从经济
8、上考虑五五)应用范围应用范围:1.预备热处理预备热处理:调整低、中碳钢的硬调整低、中碳钢的硬 度度;消除过共析钢（消除过共析钢（Wc-0.77-2.11%）中的中的Fe3C（二次渗碳体二次渗碳体）。2.最终热处理最终热处理:用于力学性能要求不用于力学性能要求不 高的普通零件。高的普通零件。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,保温一段时间保温一段时间,然然 后后快速冷却快速冷却(一般用水冷一般用水冷)。二二)目的目的:为了获得马氏体或贝氏体组织为了获得马氏体或贝氏体组织,强化金属，提高钢的强度、硬度和耐磨强化金属，提高钢的强度、硬度和耐磨性。性。三三)淬
9、火冷却介质淬火冷却介质:1，生产中常用的冷，生产中常用的冷却介质有水、水溶液、油、熔盐、熔却介质有水、水溶液、油、熔盐、熔碱等。碱等。碳素钢工件一般采用水淬，合金碳素钢工件一般采用水淬，合金钢零件多采用油钢零件多采用油 作淬火介质。作淬火介质。2，掌握，掌握4种冷却介质的优点和缺点种冷却介质的优点和缺点见书本见书本P40四四)常用的淬火方法常用的淬火方法单液淬火单液淬火（应用最广泛）（应用最广泛）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MsA1五五)钢的淬透性钢的淬透性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淬 硬层深度的能力，淬透性越好，硬层深度的
10、能力，淬透性越好，淬硬层越厚。钢的淬透性好坏淬硬层越厚。钢的淬透性好坏 对机械性能影响很大，但并非对机械性能影响很大，但并非 所有机械零件都必须完全淬透。所有机械零件都必须完全淬透。2.影响钢的淬透性的因素影响钢的淬透性的因素:主要是主要是临界临界 淬火冷却速度淬火冷却速度VK 的大小的大小,VK 越越 大大,钢的淬透性越小。钢的淬透性越小。六六)钢的淬硬性钢的淬硬性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最 高硬度。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 钢中的钢中的含碳量。含碳量。含碳量越高，获得含碳量越高，获得 的硬度越高。淬透
11、性好的钢，它的的硬度越高。淬透性好的钢，它的 淬硬性不一定高。（淬硬性不一定高。（高碳工具钢与低碳合高碳工具钢与低碳合 金钢相比，前者淬硬性高但淬透性低，后者淬硬性低金钢相比，前者淬硬性高但淬透性低，后者淬硬性低 但淬透性高但淬透性高）3.淬火后及时回火消除应力淬火后及时回火消除应力例如：例如：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)淬透性的大小对钢的热处理后的
12、力学性能的影响淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未淬透钢未淬透钢淬透钢淬透钢一一)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 727摄氏度以下某个温度摄氏度以下某个温度,保保 温一段时间温一段时间,然后空冷却到窒温然后空冷却到窒温 的热处理工艺。的热处理工艺。二二)目的目的:1，消除淬火应力，消除淬火应力,防止变形和防止变形和 开裂降。开裂降。2，调整工件硬度、强度、塑性和，调整工件硬度、强度、塑性和 韧性，达到使用性能要求。韧性，达到使用性能要求。3，稳定组织与，稳定组织与 尺寸，保证精度。尺寸，保证精度。4，改善和提高加工性能。，改善和提高加工性能。回火组织与性能：
13、回火组织与性能：随回火温度升高，颗粒渐粗，随回火温度升高，颗粒渐粗，硬度渐低。因此组织硬度渐低。因此组织粒度可调，材料性能可调。粒度可调，材料性能可调。与片状组织相比，粒状组织在相同强度时韧性更好，与片状组织相比，粒状组织在相同强度时韧性更好，具有更好的综合力学性能。具有更好的综合力学性能。回火是工件获得所需性能的最后一道热处理工序。回火是工件获得所需性能的最后一道热处理工序。按回火温度可分为低温回火、中温回火和高温回火。按回火温度可分为低温回火、中温回火和高温回火。淬火淬火+高温回火称为调质处理，目的是为了得到强高温回火称为调质处理，目的是为了得到强度、塑性和韧性都较好为以后的热处理作组织上
14、的准度、塑性和韧性都较好为以后的热处理作组织上的准备。备。常用回火的方法、特点即应用常用回火的方法、特点即应用 见见书本书本P42表表3-2l化学热处理化学热处理l 表面淬火表面淬火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”的力学性能。（的力学性能。（表面具有高硬度和耐磨性，而表面具有高硬度和耐磨性，而心部需要足够的塑性和韧性，为了适应冲击荷载及表心部需要足够的塑性和韧性，为了适应冲击荷载及表面摩擦条件面摩擦条件）表面热处理的定义：表面热处理的定义：通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。一一)定义定义:是一种不改变钢表层化学成是一种不改变钢表层化学成
15、 分分,但改变表层组织的局部热但改变表层组织的局部热 处理工艺。处理工艺。二二)目的目的:使工件表面具有高硬度、耐磨使工件表面具有高硬度、耐磨性而心部具有足够的强度和韧性。性而心部具有足够的强度和韧性。三三)表面淬火的方法表面淬火的方法:1，感应淬火感应淬火、2，火焰淬火火焰淬火一一)定义定义:将工件置于适当的活性介质将工件置于适当的活性介质 中中 加热、保温、冷却加热、保温、冷却,使介质使介质 中一种或几种元素原子渗入中一种或几种元素原子渗入 工件表层工件表层,以改变工件表层的化以改变工件表层的化 学成分、组织和性能的热处理学成分、组织和性能的热处理 工艺。工艺。二二)化学热处理的基本过程（
16、化学热处理的基本过程（了解内容了解内容）: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活性原子由零件表面向内部扩 散散,形成一定的扩散层形成一定的扩散层。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三三)化学热处理进行的条件（化学热处理进行的条件（了解内容）了解内容）:1.渗入元素的原子渗入元素的原子必须是活性原子必须是活性原子,而而 且且具有较大的扩散能力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
17、定的即对渗入原子有一定的溶解度溶解度或能或能 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 共渗共渗等。等。1)定义定义:把低碳钢工件放在渗碳介质中，加把低碳钢工件放在渗碳介质中，加热热 到一定温度，保温足够长的时间，使表到一定温度，保温足够长的时间，使表面层碳浓度升高的一种热处理工艺。即面层碳浓度升高的一种热处理工艺。即向向钢的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: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:低碳钢低碳钢和和低碳合金钢。低碳合金钢。4)方法方法:固体、气体（应用最
18、广）、固体、气体（应用最广）、液体渗液体渗碳。工件渗碳后，必须淬火和低温回火。碳。工件渗碳后，必须淬火和低温回火。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20钢渗碳缓冷组织钢渗碳缓冷组织(化染化染)580 表层珠光体表层珠光体+网状渗碳体网状渗碳体;中层珠光体中层珠光体;内层铁素体内层铁素体+珠光体珠光体时间温度930850方案方案1方案方案2渗渗 碳碳淬火淬火加热加热20CrMnTi 钢渗碳层组织钢渗碳层组织(化染化染)320 渗碳体渗碳体(白色块状白色块状)+高碳高碳M(兰色针状兰色针状)+残余残余A(棕黄色棕黄色)1)定义定义:在一定温度下于一定介质中使氮在一定温度下于一定介
19、质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。原子渗入工件表层的化学热处理工艺。即向钢的即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腐蚀表硬里韧及抗腐蚀性能性能 的零件。的零件。3)用钢用钢:中碳合金钢。中碳合金钢。4)方法方法:气体气体渗氮（应用最广）。渗氮（应用最广）。38 CrMoAl 气体渗氮层组织气体渗氮层组织(化染化染)650 黄色区黄色区:(Fe2-3N)+(Fe4N);红色区红色区:(Fe4N);蓝绿色区蓝绿色区:含氮索氏体含氮索氏体+脉状氮化物脉状氮化物;绿黄色区绿黄色区:索氏体基体。索氏体基体。越王勾践剑越王勾践剑春秋晚期越国青
20、铜兵器春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。出土于湖北江陵楚墓。长长55.7厘米，厘米，剑锷锋芒剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。犀利，锋能割断头发。处理后是否处理后是否需要热处理需要热处理处理时处理时间间(h)处理温度处理温度()名称名称需要需要39900950渗碳渗碳不需要不需要2050500600渗氮渗氮20 CrMnTi 钢碳氮共渗层组织钢碳氮共渗层组织(化染化染)100 针状针状M+残余残余A;混合混合M+残余残余A;板条板条M+针状针状M20Cr2Ni4A钢高温碳氮共渗淬火组织钢高温碳氮共渗淬火组织(化染化染)52 W18Cr4V钢碳氮共渗层组织钢碳氮共渗层组织(化染化染)650 隐针马氏体隐针马氏体+合金碳化物合金碳化物;从左至右含碳量逐步下降从左至右含碳量逐步下降
