学习情境五 钢的热处理剖析.ppt

学习情境五-钢的热处理,钢的热处理,知识目标,1掌握过冷奥氏体的等温转变和连续冷却转变； 2掌握钢的退火、正火、淬火、回火工艺； 3了了解钢的表面淬火及化学热处理的应用； 4. 了解表面气相沉积技术。,钢的热处理,钢的热处理,钢的热处理,2.热处理的主要目的:改变钢的性能。,3.热处理的应用范围:整个制造业。,4.热处理的分类,热处理,普通 热处理,表面 热处理,退火;正火; 淬火;回火;,表面淬火,化学 热处理,感应加 热淬火,火焰加 热淬火,渗碳;渗氮; 碳氮共渗;,钢的热处理,转变温度 奥氏体的形成 奥氏体晶粒的长大及其影响因素,单元一 钢在加热时的组织转变,单元一 钢在加热时的组织转变,一、转变温度,铁碳合金实际加热或冷却时转变温度变化图,单元一 钢在加热时的组织转变,二、奥氏体的形成,共析钢奥氏体化过程示意图,亚共析钢的A化：PA 后，先共析 F溶解 过共析钢的A化： PA 后， Fe3C 溶解,单元一 钢在加热时的组织转变,单元一 钢在加热时的组织转变,奥氏体形成速度与加热温度、加热速度、钢的成分以及原始组织等有关。,单元一 钢在加热时的组织转变,单元一 钢在加热时的组织转变,三、奥氏体晶粒的长大及其影响因素,根据奥氏体形成过程和晶粒长大情况，奥氏体晶 粒度可分为起始晶粒度、 实际晶粒度和本质晶粒度 三种。,单元一 钢在加热时的组织转变,1. 奥氏体晶粒度：,起始晶粒度,实际晶粒度,本质晶粒度,奥氏体形成刚结束，奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小,奥氏体在具体加热条件下所获得奥氏体晶粒的大小,特定条件下钢的奥氏体晶粒长大的倾向性，并不代表具体的晶粒大小,特定条件,93010，保温8h,倾向性,本质粗晶粒钢（Mn，Si）,本质细晶粒钢（Al）,单元一 钢在加热时的组织转变,加热温度与奥氏体晶粒长大的关系,单元一 钢在加热时的组织转变,温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒长大越明显 晶界上存在未溶的碳化物时，会对晶粒长大起阻碍作用，使奥氏体晶粒长大倾向减小 合金元素，也影响奥氏体晶粒长大，除锰、磷外几乎所有合金元素都阻碍奥氏体晶粒长大,1. 奥氏体是不是降温到临界温度以下就立即 发生转变呢？,2. 不同的冷却速度是否也得到同一种的组织 呢？,单元二 钢在冷却时的组织转变,过冷奥氏体：在临界点以下存在的不稳定的且将要发生转变的奥氏体，称为过冷奥氏体。,临界点以下,不稳定,将要发生转变,冷却方式：等温冷却方式和连续冷却方式。,转变产物组织性能均匀，研究领域应用广,等温冷却方式,连续冷却方式,转变产物为粗细不匀甚至类型不同的混合组织，实际生产中广泛采用,单元二 钢在冷却时的组织转变,过冷奥氏体等温转变图( C曲线）的建立 现以金相硬度法测定共析钢过冷奥氏体等温转变为例，来说明等温转变图的建立过程。,过冷奥氏体:在相变温度A1以下，未发生转变而处于不稳定状态的奥氏体。 过冷奥氏体的等温转变：指钢经奥氏体化后冷却到相变点以下的某温度区间内等温时。过冷奥氏体所发生的转变。,单元二 钢在冷却时的组织转变,一、过冷奥氏体的等温转变,单元二 钢在冷却时的组织转变,单元二 钢在冷却时的组织转变,单元二 钢在冷却时的组织转变,珠光体转变和珠光体的组织形态与性能,根据过冷奥氏体转变温度的不同，共析成分碳钢的转变产物可分为珠光体（A1550） 、贝氏体（550MS）和马氏体（MSMf）三种。,过冷奥氏体向珠光体转变，是通过形核和长大的过程来完成的； 珠光体转变是一个扩散型转变（Fe、C原子都进行扩散）； 一般情况下，珠光体为片状铁素体和片状渗碳体相间分布的层状组织，称为片状珠光体；,F,渗碳体,片间距：相邻两片渗碳体中心之间的距离,单元二 钢在冷却时的组织转变,托氏体 托氏体是：极细片状的珠光体，片层极薄间距小于0.2m，只有在电子显微镜下（5000倍）才能分辨出它们呈片状。,单元二 钢在冷却时的组织转变,一、过冷奥氏体的等温转变,索氏体 索氏体为：细片状珠光体，片层较薄间距在 0.40.2m，一般在8001000倍的光学显微镜下才可分辨,单元二 钢在冷却时的组织转变,珠光体 粗片层状铁素体和渗碳体的混合物，片层间距大于0.4m一般在500倍以下的光学显微镜下即可分辨。, 贝氏体转变和贝氏体的纽织形态与性能,钢的过冷奥氏体在珠光体转变温度以下、马氏体转变温度以上的温度范围内，发生一种半扩散型相变，称之为贝氏体转变。转变产物贝氏体，通常用字母B表示。,1) 贝氏体转变特征,半扩散型转变，介于珠光体和马氏体转变之间 ； Fe原子不扩散，切变完成晶格改组 ；C原子扩散，析出碳化物 两相混合物，其中a相过饱和,单元二 钢在冷却时的组织转变,单元二 钢在冷却时的组织转变,上贝氏体 上贝氏体中渗碳体呈较粗的片状，平行分布于平行排列的铁素体片层之间，它在显微镜下呈羽毛状的组织。,单元二 钢在冷却时的组织转变,一、过冷奥氏体的等温转变,下贝氏体 下贝氏体中的碳化物呈细小颗粒状或短杆状均匀分布在铁素体内，在显微镜下呈黑色针叶状的组织 。,单元二 钢在冷却时的组织转变,单元二 钢在冷却时的组织转变,二、过冷奥氏体的连续冷却转变,共析钢 CCT 曲线,单元二 钢在冷却时的组织转变,二、过冷奥氏体的连续冷却转变,V1(炉冷)：AP（170220HBS） V2(空冷)：AS（2535HRc） V3(油冷)：AT+M（4555HRc） V4(水冷)：AM+A（5565HRc） Vk：临界冷却速度,估计Vk=1.5 Vk,单元二 钢在冷却时的组织转变,三、马氏体转变,马氏体的晶格示意图,单元二 钢在冷却时的组织转变,三、马氏体转变,当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏体类型组织； 碳在-Fe中的过饱和固溶体； 马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中； 铁原子微调整，使原来奥氏体的面心立方晶格改组成体心立方晶格。,马氏体的形成,板条状、针状； 形态取决于奥氏体的含碳量：,马氏体的形态,单元二 钢在冷却时的组织转变,三、马氏体转变,1.0%时，片状马氏体。,板条马氏体：,立体形态为细长的扁棒状； 在光镜下板条马氏体为一束束的细条组织； 每束内条与条之间尺寸大致相同并呈平行排列，一个奥氏体晶粒内可形成几个取向不同的马氏体束。,光镜下,电镜下,在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度的位错，=1012/cm2，又称位错马氏体。,马氏体的形态,三、马氏体转变,单元二 钢在冷却时的组织转变,在光镜下，针状、竹叶状、凸透镜状；在空间形同铁饼； 在电镜下，亚结构主要是孪晶； 高碳针状马氏体又称孪晶马氏体。,电镜下,光镜下,片状马氏体：,马氏体的形态,三、马氏体转变,单元二 钢在冷却时的组织转变,马氏体的硬度主要取决于其含碳量； 含碳量增加，其硬度增加； 当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓； 合金元素对马氏体硬度的影响不大。,高硬度！,马氏体的性能,单元二 钢在冷却时的组织转变,三、马氏体转变,主要原因是过饱和碳引起的晶格畸变，即固溶强化； 转变过程中的大量晶体缺陷和引起的组织细化； 过饱和的碳以弥散碳化物的形式析出。,塑韧性比较： 高针状马氏体的塑性和韧性均很差； 低碳板条马氏体的塑性和韧性好。,马氏体的性能,单元二 钢在冷却时的组织转变,三、马氏体转变,a.非扩散型 铁和碳原子都不扩散，转变形成碳在铁中的过饱和固溶体； 因而马氏体的含碳量与奥氏体的含碳量相同。,单元二 钢在冷却时的组织转变,马氏体的转变的特点,三、马氏体转变,b. 切变性 由于无扩散，晶格转变是以切变机制进行的； 使切变部分的形状和体积发生变化，引起相邻奥氏体随之变形； 在预先抛光的表面上产生浮凸现象。,马氏体转变切变示意图,马氏体转变产生的表面浮凸,单元二 钢在冷却时的组织转变,马氏体的转变的特点,三、马氏体转变,c.降温形成,马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用Ms表示； 马氏体转变终了温度称下马氏体点，用Mf表示； 只要温度达到Ms以下即发生马氏体转变； 在Ms以下，随温度下降,转变量增加，冷却中断,转变停止。,单元二 钢在冷却时的组织转变,马氏体的转变的特点,三、马氏体转变,d.形成速度极快 马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的马氏体产生裂纹。,e.转变不彻底 即使冷却到Mf点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用A或表示。,单元二 钢在冷却时的组织转变,马氏体的转变的特点,三、马氏体转变,总结 过冷奥氏体转变产物（共析钢）,铜棒 24 mm,如何消除拉拔过程中的硬化现象？,电缆线 0.15 mm,单元三 钢的退火与正火,切削件的硬度在170230HB范围内，切削性能较好。,刀具具有较高的韧性时，不容易发生崩刃。,切削件的硬度如何调整？刀具如何才能具有较高的韧性？,单元三 钢的退火与正火,如何消除加工过程中产生的内应力？,单元三 钢的退火与正火,在实际的制造过程中，常见的工艺路线如：,退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺！,单元三 钢的退火与正火,单元三 钢的退火与正火,为什么将其安排在铸/锻造与 切削加工之间呢?,为什么退火与正火有着非常广泛的应用?,在铸/锻造/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，因而机械性能较低，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。,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,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。,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。,单元三 钢的退火与正火,单元三 钢的退火与正火,一、退火,定义：将组织偏离平衡状态 的钢加热到适当温度 ，保温一定时间，然 后缓慢冷却（炉冷、 坑冷、灰冷），以获 得接近平衡状态组织 的热处理工艺叫做退 火。,返回,真空退火炉,单元三 钢的退火与正火,一、退火,单元三 钢的退火与正火,一、退火,分类,名称由来：经历完全奥氏体化过程,问题2：奥氏体区的温度区间很大，如果你是热处理工程师，你认为完全退火应该具体在哪一个温度段保温？,问题1:在相图的哪一个区域可以获得完全奥氏体组织？,完全退火目的： 细化，均匀化粗大、不均匀组织 接近平衡组织调整硬度切削性 消除内应力,单元三 钢的退火与正火,加热温度：Ac3以上20-30度,温度过高：奥氏体晶粒粗大， 综合机械性能下降（霍尔佩奇公式）,温度过低： 测温仪器的偏差，适当顾及热处理效率,单元三 钢的退火与正火,答：完全退火不能用于过共析钢，因为加热到Accm 以上再缓慢冷却时会得到平衡组织，即在晶界处析出网状渗碳体，造成钢的脆化。,应用范围：亚共折钢，共析钢， 不适用于过共析钢。,反问：过共析钢的平衡组织？,网状渗碳体,问题：为什么不适用于过共析钢呢？,单元三 钢的退火与正火,完全退火组织,P+F,问题：亚共析钢（共析钢）的平衡状态组织？,返回,单元三 钢的退火与正火,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。,完全退火的缺点：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： 为了缩短退火时间，可采用等温退火。,单元三 钢的退火与正火,可见等温退火所需时间比完全退火缩短很多。,等温温度根据要求的组织和性能而定：等温温度越高，则珠光体组织越粗大，钢的硬度越低。,返回,单元三 钢的退火与正火,目的：使Fe3C球化，降低硬度； 提高韧性，改善切削加工性； 为以后淬火做准备。 实质：通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，球化退火后的组织是由铁素体和球状渗碳体组成的球状珠光体。,单元三 钢的退火与正火,球化退火：,球化退火工艺：Ac1以上20-40度保温，缓冷,应用范围： 过共析钢，共析钢,组织：球状P （F+球状FeC3）,返回,单元三 钢的退火与正火,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。,切削加工或使用中的变形和开裂； 降低机器的精度； 甚至会发生事故。,单元三 钢的退火与正火,定义： 将工件随炉缓慢加热至500650（Ac1点 ），保温一段时间(50 /h-100 /h)后随炉缓慢冷却，至300 -200出炉空冷。,退火温度愈高， 内应力消除越充分， 退火所需的时间越短。,在去应力退火中不发生相变。,返回,单元三 钢的退火与正火,为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线（固相线以下100 200 ）的温度，长时间保温（10h15h），并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火。,返回,扩散退火后钢的晶粒很粗大，因此一般再进行完全退火或正火处理。,单元三 钢的退火与正火,再结晶退火-中间退火,定义：把经过冷变形处理的钢加热到再结晶温度以上150250 ，保温后缓慢冷却的退火工艺方法。 目的：使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力。 应用：去除冷变形钢引起的加工硬化 。,再结晶退火,单元三 钢的退火与正火,视频：退火工艺,单元三 钢的退火与正火,定义：将工件加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上30 50，保温后从炉中取出在空气中冷却。,冷速快（空冷），组织细，强/硬度提高。,应用范围广,保温温度高,单元三 钢的退火与正火,二、正火,共析钢正火后组织：S， 而退火后组织：P。,单元三 钢的退火与正火,单元三 钢的退火与正火,二、正火,正火的应用,（2）用于低、中碳钢作为预先热处理，得合适的硬度便于切削加工。,（3）用于过共析钢，消除网状Fe3C，有利于球化退火的进行。,（1）用于普通结构零件，作为最终热处理，细化晶粒提高机械性能。,返回,单元三 钢的退火与正火,单元三 钢的退火与正火,三、退火和正火的选择,（2）从使用性能上考虑 如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往用正火来提高其机械性能。 但若零件的形状比较复杂，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，应采用退火。,（3）从经济上考虑 正火比退火的生产周期短，耗能少，操作简便，故在可能的条件下，应优先考虑正火。,（1）从切削加工性上考虑 一般金属的硬度在HB170230范围内，切削性能较好。高则过硬，难加工，刀具磨损快；低则切屑不易断，刀具发热和磨损，加工后零件表面粗糙度大。 对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适， 高碳结构钢、工具钢和中碳以上合金钢则以退火为宜。,单元三 钢的退火与正火,正火和退火工艺总结,单元三 钢的退火与正火,视频：正火工艺,单元三 钢的退火与正火,概念：将钢件加热到Ac3或Ac1以上3050，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体（或下贝氏体）的一种操作。 目的：获得马氏体（或下贝氏体） 。提高硬度和耐磨性,一、钢的淬火工艺,单元四 钢的淬火,单元四 钢的淬火,下,板条,针状,返回,淬火加热温度的选择 淬火冷却介质 淬火方法 中国古代淬火技术,返回,单元四 钢的淬火,一、钢的淬火工艺,淬火加热温度是淬火工艺的主要参数。它的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以使淬火后获得细小的马氏体组织。为防止奥氏体晶粒粗化，淬火加热温度一般限制在临界点以上30一50范围。,单元四 钢的淬火,亚共析钢: 温度：Ac3(3050)。 组织：均匀细小的马氏体组织。,温度过高: 粗大马氏体组织，严重变形 温度过低: 组织中出现铁素体，硬度不足。,“软点”,单元四 钢的淬火,共析钢和过共析钢 温度： Ac1(3050) 组织：共折钢: 均匀细小 M+少量 A 过共析钢: 均匀细小 M+粒状 Fe3C+少量 A 有利于获得最佳硬度和耐磨性。,温度过高：粗大的M+较多A，降低了钢的硬度和耐磨度性，增大淬火变形和开裂倾向。 温度过低：？,单元四 钢的淬火,单元四 钢的淬火,为得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但这必然会产生很大的内应力，往往会引起工件变形和开裂，为此人们提出了理想的淬火冷却曲线 。,返回,单元四 钢的淬火,在“鼻尖”温度以上，在保证不出现珠光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷；在“鼻尖”温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖”，保证不产生非马氏体相变；而在Ms点附近又可以缓冷，以减轻马氏体转变时的相变应力。,单元四 钢的淬火,单元四 钢的淬火,一、钢的淬火工艺,油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。 熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。 聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.,单元四 钢的淬火,单元四 钢的淬火,二、常用的淬火方法,采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。 1、单液淬火法 加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。 操作简单，易实现自动化。,单元四 钢的淬火,2、双液淬火法 工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷. 优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。,单元四 钢的淬火,3、分级淬火法 在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。,盐浴炉,单元四 钢的淬火,4、等温淬火法 将工件在稍高于 Ms 的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。 经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小. 适用于形状复杂及要求较高的小型件。,单元四 钢的淬火,亚共析钢 连续冷却转变,炉冷 F + P 空冷 F + S 油冷 T + M 水冷 M,过共析钢 连续冷却转变,炉冷 P + Fe3C 空冷 S + Fe3C 油冷 T + M + A 水冷 M + A,返回,单元四 钢的淬火,中国在春秋晚期已掌握冶铁技术。战国时期，冶铁业已逐渐盛行，到了晚期，不仅能炼出高碳钢，并掌握了淬火技术，于是开始进入以铁兵器代替铜兵器的时代。战国晚期还出现了铁制铠甲。,单元四 钢的淬火,西汉史记天官书中有“水与火合为淬”一说， 正确地说出了钢铁加热、水冷的淬火热处理工艺要点。 汉书王褒传中记载有“清水淬其锋”的制剑技术。 明代科学家宋应星在天工开物一书中对钢铁的退火、淬火、渗碳工艺作了详细的论述。,返回,单元四 钢的淬火,单元四 钢的淬火,单元四 钢的淬火,三、钢的淬透性与淬硬性,淬透性是指钢在淬火时形成马氏体的能力。通常以钢在规定的条件下 淬火时获得淬硬层深 度的能力来衡量。,单元四 钢的淬火,三、钢的淬透性与淬硬性,淬透性与淬硬性？,淬透性是钢淬火时获得M的能力！,淬硬性是钢淬火获得M的硬度！,淬透性与具体工件的淬透深度？,淬透性是钢的一种属性，在相同的奥氏体化温度下淬火时，其淬透性是不变的！,具体工件的淬透深度是指在实际生产条件下得到半马氏体区至工件表面的距离，是不确定的，受淬透性、工件尺寸、冷却介质等的影响。,单元四 钢的淬火,单元四 钢的淬火,三、钢的淬透性与淬硬性,钢件淬硬深度、硬度分布与冷却速度的关系,单元四 钢的淬火,三、钢的淬透性与淬硬性,单元四 钢的淬火,三、钢的淬透性与淬硬性,末端淬火法及淬透性曲线,单元四 钢的淬火,三、钢的淬透性与淬硬性,单元四 钢的淬火,三、钢的淬透性与淬硬性,钢的淬火缺陷产生的原因、后果、防止与补救方法,单元四 钢的淬火,三、钢的淬透性与淬硬性,单元四 钢的淬火,三、钢的淬透性与淬硬性,视频：钢的淬火,单元四 钢的淬火,单元五 钢的回火,一、回火的目的,单元五 钢的回火,二、淬火钢在回火时的组织转变,淬火钢回火时不同温度下的组织状态,单元五 钢的回火,二、淬火钢在回火时的组织转变,单元五 钢的回火,二、淬火钢在回火时的组织转变,45 钢的回火组织,单元五 钢的回火,单元五 钢的回火,三、回火的种类及应用,1、低温回火（150-250）C 组织： M回=0.3%C+ 目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火力，减少钢的脆性。硬度为58-64HRC。 应用：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬火件.,单元五 钢的回火,三、回火的种类及应用,2、中温回火（350-500）C 组织：T回=F针+Fe3C粒 目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。又称弹性处理。硬度为35-45HRC. 应用：弹性零件及热锻模具等。,单元五 钢的回火,三、回火的种类及应用,3、高温回火（500-650）C 组织：S回=F块+Fe3C球 目的：获得良好的综合力学性能。硬度为25-35HRC. 应用：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。 淬火 + 高温回火 = 调质处理,淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高。 在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称回火脆性。,单元五 钢的回火,四、回火脆性,单元五 钢的回火,四、回火脆性,1、第一类回火脆性 又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在250-350回火时出现的脆性。,这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。 回火时应避开这一温度范围。,单元五 钢的回火,四、回火脆性,2、第二类回火脆性 又称可逆回火脆性。是指淬 火钢在500-650范围内回 火后缓冷时出现的脆性. 回火后快冷不出现，是可逆的。 防止办法： 回火后快冷。 加入合金元素W (约1%)、 Mo(约0.5%)。该法更适用于大截面的零部件,单元五 钢的回火,四、回火脆性,视频：钢的回火,单元五 钢的回火,工艺的核心：使零件具有“表硬里韧”的力学性能。,表面淬火 化学热处理,单元六 钢的表面热处理,定义：将工件表层规定深度快速加热到淬火温度，迅速冷却，得到规定淬硬层的淬火工艺。 工艺特征：通过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷，使表层形成马氏体组织，而心部仍保持不变。,表面淬火目的： 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限； 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。,一、钢的表面淬火,单元六 钢的表面热处理, 0.40.5%C的中碳钢 含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降； 含碳量过高，心部韧性下降。 铸铁 提高其表面耐磨性。,一、钢的表面淬火,单元六 钢的表面热处理,工艺： 对于结构钢为调质或正火，前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。 目的: 为表面淬火作组织准备； 获得最终心部组织。,预备热处理,采用低温回火，温度不高于200。 回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。,表面淬火后的回火,表层组织为M回；心部组织为S回(调质)或F+S(正火)。,表面淬火+低温回火后的组织,单元六 钢的表面热处理,一、钢的表面淬火,感应加热：利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。,表面淬火常用加热方法,单元六 钢的表面热处理,特点： （1）加热速度快。 （2）淬火质量好。 （3）淬硬层深度易于控制，易实现机械化和自动化，适用于大批量生产。,一、钢的表面淬火,火焰加热: 利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制。,单元六 钢的表面热处理,特点：加热温度及淬硬层深度不易控制，易产生过热和加热不均匀，淬火质量不稳定。不需要特殊设备，适用于单件或小批量生产。,激光热处理: 利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。效率高，质量好。,一、钢的表面淬火,单元六 钢的表面热处理,化学热处理是将钢件放在一定的活性介质中加热和保温，使一种或几种活性原子渗入其表面，改变表面的化学成分和组织，从而改善表面性能的热处理工艺。,进行的条件： 渗入元素的原子必须是活性原子，而且具有较大的扩散能力； 零件本身具有吸收渗入原子的能力，即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化合，形成化合物。,二、钢的化学热处理,单元六 钢的表面热处理,单元六 钢的表面热处理,二、钢的化学热处理,化学热处理的过程,与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为： 渗碳、氮化、碳氮共渗。,单元六 钢的表面热处理,是指向钢的表面渗入碳原子的过程。,渗碳目的 提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性。 渗碳用钢 为含0.10.25%C的低碳钢，碳高则心部韧性降低。,经渗碳的机车从动齿轮,单元六 钢的表面热处理,二、钢的化学热处理,气体渗碳法示意图,(a)气体渗碳法 将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳； 渗剂为气体 (煤气、液化气等)或有机液体(煤油、甲醇等)； 优点: 质量好, 效率高； 缺点: 渗层成分与深度不易控制。,渗碳方法,单元六 钢的表面热处理,二、钢的化学热处理,(c)真空渗碳法 将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳； 优点: 表面质量好, 渗碳速度快。,真空渗碳炉,