第三章_钢的热处理.ppt

课程名称：机械工程材料 制作人：苟,第三章 钢的热处理,第三章 钢的热处理,概述 钢在加热时的组织转变 钢在冷却时的转变 钢的常用热处理方法 钢的表面热处理 典型零件热处理分析 热处理新工艺简介,重点内容： 1，钢的常用热处理方法（钢的退火、正火、淬火、淬透性与淬硬性、回火） 2，钢的表面热处理（表面淬火、钢的化学热处理） 难点内容：钢在加热时和冷却时的组织转变,第一节 概述,1.热处理的定义: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。见下图热处理工艺曲线：,2.热处理的主要目的: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，提高加工质量减少刀具磨损。,3.热处理的应用范围:整个制造业。,4.热处理的分类,热处理方法,常用 热处理 方法,表面 热处理方法,退火;正火; 淬火;回火;,表面淬火,化学 热处理,感应 淬火,火焰 淬火,渗碳 渗氮;,第二节 钢在加热时的组织转变,转变温度（了解） 奥氏体的形成（了解） 奥氏体晶粒度及对力学性能的影响（掌握）,一.转变温度,二、奥氏体的形成,a,a（奥氏体） 晶核形成,a 长大,残余fe3c溶解,a 均匀化,三. 奥氏体晶粒度及对 力学性能的影响,1，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，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 工件产生较大的变形甚至开裂。 。,第三节 钢在冷却时的组织转变,钢在热处理时的冷却方式（了解） 过冷奥氏体的等温冷却转变（了解） 过冷奥氏体的连续冷却转变（了解）,一.钢在热处理时的冷却方式,见课本p36-37页,第四节 钢的常用热处理方法,预备热处理 : 退火 ; 正火,最终热处理 : 淬火 ; 回火,一般零件生产的工艺路线:,一.钢的退火,一)定义: 把零件加温到适当温度（临 界温度以上 3050）,保温一段时间, 然后随炉冷却的热处理工艺。 退火后的 组织一般为珠光体组织。,二)目的:1，降低硬度；提高塑性；改善切削加工性和压力加工性能。2，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备。3，消除钢的残余内应力，以防止变形和开裂。,三) 种类,退火,完全退火,等温退火,球化退火,均匀化退火,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 ,二.钢的正火,一)定义: 把零件加温到临界温度以上 3050,奥氏体后保温一段时间,然后在 空气中冷却的热处理工艺。,二)目的: 消除应力;调整硬度;细化晶 粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。也可做最终热处理 。,二.钢的正火,三)正火与退火的区别:正火冷却速度快， 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 低。,四)退火与正火的选择可从以下三个方面考虑:1，从切削加工性考虑 2，从使用性能上考虑 3，从经济上考虑,五) 应用范围: 1.预备热处理:调整低、中碳钢的硬 度;消除过共析钢（wc-0.77-2.11%） 中的fe3c（二次渗碳体）。 2.最终热处理:用于力学性能要求不 高的普通零件。,三.钢的淬火,一)定义: 把零件加温到临界温度以上 30 50,保温一段时间,然 后快速冷却 ( 一般用水冷 )。,二)目的: 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 性。,三.钢的淬火,三)淬火冷却介质: 1，生产中常用的冷 却介质有水、水溶液、油、熔盐、熔 碱等。碳素钢工件一般采用水淬，合金 钢零件多采用油 作淬火介质。 2，掌握4种冷却介质的优点和缺点 见书本p40,四) 常用的淬火方法,五) 钢的淬透性,1.定义:是指钢在淬火时所能得到的淬 硬层深度的能力，淬透性越好， 淬硬层越厚。钢的淬透性好坏 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。,2.影响钢的淬透性的因素:主要是临界 淬火冷却速度vk 的大小, vk 越 大,钢的淬透性越小。,六) 钢的淬硬性,1.定义:是指钢在淬火后所能达到的最 高硬度。,2.影响钢的淬硬性的因素:主要取决于 钢中的含碳量。含碳量越高，获得 的硬度越高。淬透性好的钢，它的 淬硬性不一定高。（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 但淬透性高） 3.淬火后及时回火消除应力,例如：淬硬性与淬透性之间的关系:,淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响,四.钢的回火,一)定义: 把淬火后的零件重新加温到 727摄氏度以下某个温度,保 温一段时间,然后空冷却到窒温 的热处理工艺。,二)目的: 1，消除淬火应力,防止变形和 开裂降。2，调整工件硬度、强度、塑性和 韧性，达到使用性能要求。3，稳定组织与 尺寸，保证精度。4，改善和提高加工性能。,回火组织与性能： 随回火温度升高，颗粒渐粗， 硬度渐低。因此组织粒度可调，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，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。 按回火温度可分为低温回火、中温回火和高温回火。 淬火+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的准备。 常用回火的方法、特点即应用 见书本p42表3-2,回火组织,回火索氏体组织金相图,回火屈氏体组织金相图,回火马氏体组织金相图,第五节 钢的表面热处理,化学热处理 表面淬火,工艺的核心:使零件具有“表硬里韧” 的力学性能。（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 面摩擦条件） 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.表面淬火,一) 定义:是一种不改变钢表层化学成 分,但改变表层组织的局部热 处理工艺。,二) 目的: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。,三)表面淬火的方法: 1，感应淬火、2，火焰淬火,二.化学热处理,一)定义:将工件置于适当的活性介质 中 加热、保温、冷却,使介质 中一种或几种元素原子渗入 工件表层,以改变工件表层的化 学成分、组织和性能的热处理 工艺。,二) 化学热处理的基本过程（了解内容）:,2.吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶 解。,3.扩散: 活性原子由零件表面向内部扩 散, 形成一定的扩散层。,三) 化学热处理进行的条件（了解内容）:,1. 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。,2. 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。,四) 化学热处理的种类: 渗碳; 渗氮; 碳氮 共渗等。,1.钢的渗碳,1)定义:把低碳钢工件放在渗碳介质中，加 热 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。即向 钢的表面渗入碳原子的过程。,2)目的: 获得具有表硬里韧性能的零件。,3)用钢:,低碳钢和低碳合金钢。,4)方法: 固体、气体（应用最广）、液体渗 碳。工件渗碳后，必须淬火和低温回火。,固体渗碳法示意图,气体渗碳法示意图,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,5) 渗碳后的热处理工艺,淬火,6) 渗碳后的热处理工艺,20crmnti 钢渗碳层组织 ( 化染 ) 320 渗碳体( 白色块状 ) + 高碳m( 兰色针状 ) + 残余a( 棕黄色 ),2.钢的渗氮,1)定义:在一定温度下于一定介质中使氮 原子渗入工件表层的化学热处理工艺。 即向钢的表面渗入氮原子的过程。,2)目的:获得具有表硬里韧及抗腐蚀性能 的零件。,3)用钢:,中碳合金钢。,4)方法:气体渗氮（应用最广）。,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。,越王勾践剑,春秋晚期越国青铜兵器, 出土于湖北江陵楚墓。 长55.7厘米， 剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。,渗碳与渗氮的工艺特点,20 crmnti 钢碳氮共渗