05第五章钢的热处理-2010

1、 l第一节第一节 概述概述 l第二节第二节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 l第三节第三节 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 l第四节第四节 钢的退火与正火钢的退火与正火 l第五节第五节 钢的淬火钢的淬火 l第六节第六节 钢的淬透性钢的淬透性 l第七节第七节 钢的回火钢的回火 l第八节第八节 钢的表面淬火钢的表面淬火 l第九节第九节 钢的化学热处理钢的化学热处理 l1、热处理热处理: 是指将钢在固态下加热、保温和冷却是指将钢在固态下加热、保温和冷却, 以以 改变钢的组织结构改变钢的组织结构, 获得所需要性能的一种工艺。获得所需要性能的一种工艺。 l为简明表示热处理为简明表示热处理 的基本工艺

2、过程，的基本工艺过程， 通常用温度通常用温度时间时间 坐标绘出坐标绘出热处理工热处理工 艺曲线艺曲线。 l热处理是一种重要的加工工热处理是一种重要的加工工 艺，艺，在制造业被广泛应用。在制造业被广泛应用。 l在机床制造中在机床制造中约约6070%的零的零 件要经过热处理。件要经过热处理。在汽车、在汽车、 拖拉机制造业中拖拉机制造业中需热处理的需热处理的 零件达零件达7080 %。模具、滚模具、滚 动轴承动轴承100%需经过热处理。需经过热处理。 l总之，重要零件总之，重要零件都需适当热都需适当热 处理后才能使用处理后才能使用。 滚动轴承滚动轴承 l2、热处理特点、热处理特点: 热处理热处理区区

3、 别于其他加工工艺如铸造别于其他加工工艺如铸造、 压力加工等的特点是压力加工等的特点是只通只通 过改变工件的组织来改变过改变工件的组织来改变 性能，而不改变其形状。性能，而不改变其形状。 铸造铸造 轧制轧制 l3、热处理适用范围、热处理适用范围: 只适用于固态下发生只适用于固态下发生 相变的材料相变的材料，不发生，不发生 固态相变的材料不能固态相变的材料不能 用热处理强化。用热处理强化。 l4、热处理分类、热处理分类 l热处理原理：热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律描述热处理时钢中组织转变的规律 称称热处理原理热处理原理。 l热处理工艺：热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、根据

4、热处理原理制定的温度、时间、 介质等参数称介质等参数称热处理工艺热处理工艺。 (a)940淬火+220回火（板条M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A少） (e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F） 20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织钢不同热处理工艺的显微组织 l5、预备热处理与最终热处理、预备热处理与最终热处理 l预备热处理预备热处理为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或 进一步热处理作准备的热处理。进一步热处理作准备的热处理。 l最

5、终热处理最终热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理。赋予工件所要求的使用性能的热处理。 预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理 W18Cr4V钢热处理工艺曲线钢热处理工艺曲线 时间时间 温度温度/ 冷却时的实际转变温度分别冷却时的实际转变温度分别 用用Ar1、Ar3、Arcm表示。表示。 l因加热冷却速度直接影响转因加热冷却速度直接影响转 变温度，因此一般手册中的变温度，因此一般手册中的 数据是以数据是以30-50/h的速度加的速度加 热或冷却时测得的。热或冷却时测得的。 l6、实际临界转变温度实际临界转变温度 l铁碳相图中铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用线分别用A1、A3、Acm表示。

6、表示。 l实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将钢钢 加热时的实际转变温度分别用加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示；表示； l加热是热处理的第一道工序。加热是热处理的第一道工序。在临界点以上加热，在临界点以上加热， 以获得均匀的奥氏体组织，称以获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化奥氏体化。 钢坯加热钢坯加热 l一、一、奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程 l奥氏体化也是形核和长奥氏体化也是形核和长 大的过程，大的过程，分为四步。分为四步。 现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明： l第一步第一步 奥氏体晶核形成奥氏体晶核形成: 首先

7、在首先在 与与Fe3C相界形核相界形核. l第二步第二步 奥氏体晶核长大：奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩散晶核通过碳原子的扩散 向向 和和Fe3C方向长大。方向长大。 l第三步第三步 残余残余Fe3C 溶解：溶解：铁素体的成分铁素体的成分、结构更接近结构更接近 于奥氏体，因而先消失。残余的于奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延随保温时间延 长继续溶解直至消失。长继续溶解直至消失。 l第四步第四步 奥氏体成分奥氏体成分 均匀化均匀化: Fe3C溶解后，溶解后， 其所在部位碳含量仍其所在部位碳含量仍 很高。通过长时间保很高。通过长时间保 温使奥氏体成分趋于温使奥氏体成分趋于 均匀。

8、均匀。 温度，温度， 共析钢奥氏体化曲线（共析钢奥氏体化曲线（875退火）退火） l亚共析钢和过共析钢的奥氏体亚共析钢和过共析钢的奥氏体 化过程与共析钢基本相同化过程与共析钢基本相同。但。但 由于先共析由于先共析 或二次或二次Fe3C的存的存 在在, 要获得全部奥氏体组织要获得全部奥氏体组织, 必必 须相应加热到须相应加热到Ac3或或 Accm以上以上。 l1、奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大 l奥氏体化刚结束时的晶奥氏体化刚结束时的晶 粒度称粒度称起始晶粒度，起始晶粒度，此此 时晶粒细小均匀。时晶粒细小均匀。 l随加热温度升高或保温随加热温度升高或保温 时间延长，奥氏体晶粒时间延长，奥氏体晶粒

9、将进一步长大将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏体晶，这也是一个自发的过程。奥氏体晶 粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。 温来判断。温来判断。 晶粒度为晶粒度为1-4 级的是级的是本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢，5-8 级的是级的是本质细晶粒钢本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者晶。前者晶粒长大倾向大，后者晶 粒长大倾向小。粒长大倾向小。 l在给定温度下奥氏体的在给定温度下奥氏体的 晶粒度称晶粒度称实际晶粒度实际晶粒度。 l加热时奥氏体晶粒的长加热时奥氏体晶粒的长 大倾向称大倾向称本质晶粒度本质晶粒度。 l通常将钢加热到通常将钢加热到940 10奥氏体化后

10、，设法奥氏体化后，设法 把奥氏体晶粒保留到室把奥氏体晶粒保留到室 本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢 本质细晶粒钢本质细晶粒钢 930950 温度，温度， 晶粒大小晶粒大小 Ac1 钢的本质粗晶粒度示意图钢的本质粗晶粒度示意图 l2、影响奥氏体晶粒长大的因素、影响奥氏体晶粒长大的因素 l加热温度和保温时间加热温度和保温时间:加热温度加热温度 高高、保温时间长保温时间长, 晶粒粗大。晶粒粗大。 l加热速度加热速度: 速度越快速度越快, 过热度越过热度越 大大, 形核率越高形核率越高, 晶粒越细。晶粒越细。 l合金元素：合金元素：阻碍奥氏体晶阻碍奥氏体晶 粒长大的元素：粒长大的元素：Ti、V、Nb、 Ta、

11、Zr、W、Mo、Cr、Al 等等碳化物和氮化物形成元素。碳化物和氮化物形成元素。 析出颗粒析出颗粒 对黄铜晶对黄铜晶 界的钉扎界的钉扎 Nb/% 奥氏体晶粒尺寸奥氏体晶粒尺寸/m Nb、Ti对奥氏体晶粒的影响对奥氏体晶粒的影响 l促进奥氏体晶粒长大的元素：促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P。 l 奥氏体含碳量增加，奥氏体晶粒长大倾向变大。奥氏体含碳量增加，奥氏体晶粒长大倾向变大。 l 原始组织原始组织: P越细越细，相界面越大，相界面越大，A形核率越高，形核率越高， 晶粒越细晶粒越细。奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大， 刚的塑性变差。因此加热得到细而均匀的

12、奥氏体晶粒刚的塑性变差。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒 是热处理的关键问题之一。是热处理的关键问题之一。 珠光体珠光体奥氏体奥氏体 l冷却是热处理更重要的工序冷却是热处理更重要的工序。 l一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程 l处于临界点处于临界点A1以下的奥氏体称以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体。过冷过冷 奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷随过冷 度不同，过冷奥氏体将发生度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变珠光体转变、贝氏体贝氏体 转变转变和和马氏体转变马氏体转变三种类型转变。三种类型转变。 l现以共析钢为例说明

13、：现以共析钢为例说明： l 珠光体型转变珠光体型转变 l 珠光体：珠光体： l形成温度为形成温度为A1-650，片层较厚，片层较厚，P 。 l 索氏体索氏体 l形成温度为形成温度为650 600，片层较薄，片层较薄，S 。 l 托氏体托氏体 l形成温度为形成温度为600-550，片层极薄，片层极薄，T 。 l片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性 略有改善。略有改善。 l均为扩散型转变。均为扩散型转变。 l 贝氏体转变贝氏体转变 l 上贝氏体上贝氏体 l形成温度为形成温度为550-350。 l 下贝氏体下贝氏体 l形成温度为形成温度为350-2

14、30(Ms)。 l上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下下 贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也 较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上 常用强化组织之一。均为常用强化组织之一。均为半扩散型转变。半扩散型转变。 l 马氏体转变马氏体转变 l当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到 230 (Ms) 以下将转变为马氏以下将转变为马氏 体类型组织。体类型组织。 l1、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构 l碳在碳在 -Fe 中的过饱和中的过饱和 固溶体称固溶体称马氏体马氏体, 用用M表表

15、 示。示。 马氏体组织马氏体组织 l马氏体具有体心正方晶格马氏体具有体心正方晶格 l（a=bc） l马氏体转变时，奥氏体的马氏体转变时，奥氏体的 碳全部保留到马氏体中。碳全部保留到马氏体中。 l2、马氏体的形态、马氏体的形态 l 板条马氏体；板条马氏体； 针状马氏体；针状马氏体； l马氏体的形态主要取决于其含碳量。马氏体的形态主要取决于其含碳量。 l3、马氏体的性能、马氏体的性能 l马氏体的硬度主要取决于其含碳量。马氏体的硬度主要取决于其含碳量。含碳量增加，其含碳量增加，其 硬度增加。硬度增加。当含碳量大于当含碳量大于0.6%时时,其硬度趋于平缓。其硬度趋于平缓。 l马氏体强化的主要原因是过饱

16、和碳引起的固溶强化。马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。 此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。 l针状马氏体脆性大，针状马氏体脆性大，板条马氏体的塑性和韧性较好。板条马氏体的塑性和韧性较好。 l4、马氏体转变的特点、马氏体转变的特点 l马氏体转变也是形核和长大过程。马氏体转变也是形核和长大过程。其主要特点是：其主要特点是： l无扩散性；无扩散性； 共格切变性；共格切变性； 降温形成；降温形成；瞬间形瞬间形 核，瞬间长大核，瞬间长大； 转变不完全：不可能获得转变不完全：不可能获得100%的的 马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，

17、称残马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残 余奥氏体，用余奥氏体，用A 或或 表示。表示。 发生发生M体转变时，钢的体积会膨胀。体转变时，钢的体积会膨胀。 l过冷奥氏体的转变方式有过冷奥氏体的转变方式有等温转变等温转变和和连续冷却转连续冷却转 变变两种。两种。 两种冷却方式两种冷却方式 示意图示意图 1等温处理等温处理 2连续冷却连续冷却 A1 l过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转 变图变图是是表示奥氏体急表示奥氏体急 速冷却到临界点速冷却到临界点A1 以以 下在各不同温度下的下在各不同温度下的 保温过程中转变量与保温过程中转变量与 转变时间的关系曲线。转变时间的关系曲线。 又称又称

18、C 曲线、曲线、S 曲线曲线 或或TTT曲线。曲线。 过冷奥氏体的等温转变图过冷奥氏体的等温转变图 (Time-Temperature-Transformation diagram) A1 l1、共析钢共析钢C曲曲 线的分析线的分析 l转变开始点的转变开始点的 连线称连线称转变开转变开 始线始线。转变终。转变终 了点的连线称了点的连线称 转变终了线转变终了线。 lA1-Ms 间及转变开间及转变开 始线以左的区域为始线以左的区域为 过冷奥氏体区。过冷奥氏体区。 l转变终了线以右及转变终了线以右及 Mf以下为以下为转变产转变产 物区。物区。 l两线之间及两线之间及Ms与与 Mf之间为之间为转变区转

19、变区。 时间时间 温度温度 A1 MS Mf A 过冷过冷 P B M AM AB AP 转变开始线转变开始线 转变终了线转变终了线 奥氏体奥氏体 l 转变开始线与纵坐转变开始线与纵坐 标之间的距离为标之间的距离为孕育孕育 期期。 l孕育期越小，过冷奥孕育期越小，过冷奥 氏体稳定性越小。氏体稳定性越小。 l孕育期最小处称孕育期最小处称C 曲曲 线的线的“鼻尖鼻尖”。碳钢碳钢 鼻尖处的温度为鼻尖处的温度为550。 时间时间 温度温度 A1 MS Mf A 过冷过冷 P B M AM AB AP 转变开始线转变开始线 转变终了线转变终了线 奥氏体奥氏体 l在鼻尖以上在鼻尖以上，温度较高，温度较高，

20、 相变驱动力小。相变驱动力小。 l在鼻尖以下在鼻尖以下，温度较低，温度较低， 扩散困难。扩散困难。从而使奥氏从而使奥氏 体稳定性增加。体稳定性增加。 l C曲线明确表示了过曲线明确表示了过 冷奥氏体在不同温度下冷奥氏体在不同温度下 的等温转变产物。的等温转变产物。 时间时间 温度温度 A1 MS Mf A 过冷过冷 P B M AM AB AP 转变开始线转变开始线 转变终了线转变终了线 奥氏体奥氏体 l2、影响、影响 C 曲线的因素曲线的因素 l 成分的影响成分的影响 l 含碳量的影响：含碳量的影响：共析钢的过冷奥氏体最稳定，共析钢的过冷奥氏体最稳定，C 曲线最靠右。曲线最靠右。Ms 与与M

21、f 点随含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。 l与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢C曲线的上部各曲线的上部各 多一条先共析相的析出线。多一条先共析相的析出线。 l 合金元素的影响合金元素的影响(p.79) l除除Co外外, 凡溶入奥氏体的合金元素都使凡溶入奥氏体的合金元素都使C曲线曲线右移。右移。 l除除Al和和Co外，所有合金元素都使外，所有合金元素都使Ms 与与Mf 点下降。点下降。 l奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影响 l奥氏体化越充分，过冷奥氏体越稳定，奥氏体化越充分，过冷奥氏体越稳定， C 曲线右移。曲线右移。 l 过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏

22、体连续冷却转变图 l过冷奥氏体连续冷却转变图又称过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT(Continuous- Cooling-Transformation diagram)曲线曲线。 共析钢共析钢CCTCCT曲线曲线过共析钢过共析钢CCTCCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCTCCT曲线曲线 l1、共析钢的共析钢的CCT曲线曲线 l共析钢的共析钢的CCT曲线没曲线没 有贝氏体转变区有贝氏体转变区，在，在 珠光体转变区之下多珠光体转变区之下多 了一条转变中止线。了一条转变中止线。 l当连续冷却曲线碰到当连续冷却曲线碰到 转变中止线时，珠光转变中止线时，珠光 体转变中止，余下的体转变中止，余下的 奥氏体

23、一直保持到奥氏体一直保持到Ms 以下转变为马氏体。以下转变为马氏体。 l图中的图中的 Vk 为为 CCT曲线的曲线的临临 界冷却速度界冷却速度， 即获得全部马即获得全部马 氏体组织时的氏体组织时的 最小冷却速度最小冷却速度. lVk 为为C曲线的曲线的 临界冷却速度临界冷却速度。 Vk 1.5Vk. lCCT曲线位于曲线位于TTT曲线右曲线右 下方。下方。CCT曲线获得困曲线获得困 难难,TTT曲线容易测得。曲线容易测得。 l可用可用TTT曲线曲线定性定性说明连说明连 续冷却时的组织转变情况。续冷却时的组织转变情况。 方法是将连续冷却曲线绘方法是将连续冷却曲线绘 在在C 曲线上，依其与曲线上，

24、依其与C 曲曲 线交点的位置来说明最终线交点的位置来说明最终 转变产物。转变产物。 用用TTT曲线定性说明共析钢连续冷却时曲线定性说明共析钢连续冷却时 的组织转变的组织转变 炉冷炉冷 空空 冷冷 油油 冷冷 水水 冷冷 P S T+M+A M+A P 均匀均匀A 细细A P 退火退火 (炉冷炉冷) 正火正火 (空冷空冷) S 淬火淬火 (油冷油冷) T+M+AM+A (水冷水冷) 淬火淬火 A1 MS Mf 时间时间 650 600 550 l2、过共析钢过共析钢CCT曲线也无贝氏体转变区曲线也无贝氏体转变区, 但比共析钢但比共析钢 CCT曲线多一条曲线多一条AFe3C转变开始线。由于转变开始

25、线。由于Fe3C的析的析 出出, 奥氏体中含碳量下降奥氏体中含碳量下降, 因而因而Ms 线右端升高。线右端升高。 l3、亚共析钢、亚共析钢CCT 曲线有贝氏体转变区，还多曲线有贝氏体转变区，还多AF开开 始线始线, F析出使析出使A含碳量升高含碳量升高, 因而因而Ms 线右端下降。线右端下降。 过共析钢过共析钢CCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCT曲线曲线 l机械零件的一般加工工艺为：机械零件的一般加工工艺为：毛坯毛坯 (铸、锻铸、锻) 预预 备热处理备热处理机加工机加工 最终热处理。最终热处理。 l退火与正火主要用于退火与正火主要用于 预备热处理预备热处理，只有当，只有当 工件性能要求不高时工

26、件性能要求不高时 才作为最终热处理。才作为最终热处理。 l将钢加热至适当温度保温，将钢加热至适当温度保温， 然后缓慢冷却然后缓慢冷却（炉冷）（炉冷）的热的热 处理工艺叫做处理工艺叫做退火退火。 l1、退火目的、退火目的 l调整硬度，便于切削加工。调整硬度，便于切削加工。 l 消除内应力，消除内应力，防止加工中变形。防止加工中变形。 l 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。细化晶粒，为最终热处理作组织准备。 真空退火炉真空退火炉 l2、退火工艺、退火工艺 l退火的种类很多，常用的有退火的种类很多，常用的有完全退火完全退火、等温退火等温退火、 球化退火球化退火、扩散退火扩散退火、去应力退火去应力退火

27、、再结晶退火再结晶退火。 l 完全退火完全退火 l将工件加热到将工件加热到 Ac3+3050 保保 温后缓冷的退火温后缓冷的退火 工艺，工艺，主要用于主要用于 亚共析钢亚共析钢 . l 等温退火等温退火(p.119) l将钢加热到临界温度之上将钢加热到临界温度之上3050，保温后快冷到，保温后快冷到Ar1以以 下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。可缩短可缩短 工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢. 高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较 l 球化退火球化退火 l球化退火球化

28、退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。 l它是将工件加热到它是将工件加热到Ac1+ 3050 保温后缓冷，或保温后缓冷，或 者加热后冷却到略者加热后冷却到略 低于低于 Ar1 的温度下的温度下 保温，使珠光体中保温，使珠光体中 的渗碳体球化后出的渗碳体球化后出 炉空冷。炉空冷。主要用于主要用于 共析、过共析钢。共析、过共析钢。 l过共析钢，过共析钢，球化退火前应先正火，以消除网状球化退火前应先正火，以消除网状。 l球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳 体，称体，称球状珠光体球状珠光体，用，用P球 球表示。 表示。

29、 F Fe3C 球状珠光体球状珠光体 l球化退火的目的：球化退火的目的： l1、降低硬度，便于切削加工；、降低硬度，便于切削加工； l2、为最终热处理作组织准备。、为最终热处理作组织准备。 l球化退火：将过共析碳钢加热到Ac1以上20 30，保温24h，使片状渗碳体发生不完全 溶解断开成细小的链状或点状，弥散分布在奥 氏体基体上，在随后的缓冷过程中，或以原有 的细小的渗碳体质点为核心，或在奥氏体中富 碳区域产生新的核心，形成均匀的颗粒状渗碳 体 l鞠鲁粤 之 工程材料复习课 PPT 第57张。 l钢的淬透性直接影响其热处理后的力学性能。 l 淬透性高的钢，其力学性能沿截面均匀分 布。 l 淬透

30、性低的钢，其截面心部的力学性能低。 l二、正火二、正火 l正火正火是将是将钢钢加热到临界温加热到临界温 度之上度之上30 50保温后保温后空冷空冷 的工艺。的工艺。 l正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。 l1、正火后的组织：、正火后的组织： 0.6%C时，组织为时，组织为F+S; 0.6%C时，组织为时，组织为S 。 （伪共析转变伪共析转变） 50钢正火组织钢正火组织 T12钢正火组织钢正火组织 正火温度正火温度 l2、正火的目的、正火的目的 l 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。，目的与退火的相同。 l 对于过共析钢，用对于过共析钢，用 于消除网状二次渗

31、碳于消除网状二次渗碳 体，为球化退火作组体，为球化退火作组 织准备。织准备。 l 普通件最终热处理普通件最终热处理 l要改善切削性能要改善切削性能, 低碳低碳 钢用正火钢用正火, 中碳钢用退火或正火中碳钢用退火或正火, 高碳钢用球化退火高碳钢用球化退火。 热处理与硬度关系热处理与硬度关系 合适切削加工硬度范围合适切削加工硬度范围 C,% 硬度硬度HV HRC 淬火淬火 正火正火 完全退火完全退火 球化退火球化退火 l l低碳钢正火：提高硬度，便于切削加工；低碳钢正火：提高硬度，便于切削加工； l过共析钢正火：消除网状渗碳体。过共析钢正火：消除网状渗碳体。 l淬火淬火是将钢加热到临界点以上，保温

32、后以大于是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速速 度冷却，使奥氏体转变为度冷却，使奥氏体转变为 马氏体的热处理工艺。马氏体的热处理工艺。 l淬火是应用最广的热处理淬火是应用最广的热处理 工艺之一。工艺之一。 l淬火目的是为获得马氏体淬火目的是为获得马氏体 组织，提高钢的性能。组织，提高钢的性能。 真空淬火炉真空淬火炉 l1、碳钢、碳钢 l 亚共析钢亚共析钢 l淬火温度：淬火温度：Ac3+3050。 l淬火组织：淬火组织： M+A，但当，但当 0.5%C时为时为M。 l 共析钢共析钢 l淬火温度：淬火温度：Ac1+3050； l淬火组织：淬火组织：M+A。 l 过共析钢过共析钢 l淬火温度淬

33、火温度: Ac1+3050.温度高于温度高于Accm，则奥氏体晶粒，则奥氏体晶粒 粗大、含碳量高，淬火后马氏体晶粒粗大、粗大、含碳量高，淬火后马氏体晶粒粗大、A量增多。量增多。 淬火组织淬火组织: M+Fe3C颗粒 颗粒+A。 。 l2、合金钢、合金钢 l由于多数合金元素由于多数合金元素(Mn、P除外除外)对奥氏体晶粒长对奥氏体晶粒长 大有阻碍作用，因而大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高合金钢淬火温度比碳钢高。 l 亚共析钢亚共析钢淬火温度为淬火温度为Ac3+ 50100。 l 共析钢、过共析钢共析钢、过共析钢淬火温度为淬火温度为Ac1+50100。 钢坯加热钢坯加热 l理想的冷却曲线应

34、只在理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在曲线鼻尖处快冷，而在Ms 附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小 理想淬火曲线示意图理想淬火曲线示意图 Ms Mf 内应力的目的。但目前内应力的目的。但目前 还没有找到理想的淬火还没有找到理想的淬火 介质。介质。 l常用淬火介质是水和油常用淬火介质是水和油. l水的冷却能力强，但低水的冷却能力强，但低 温却能力太大，只使用温却能力太大，只使用 于形状简单、截面较大于形状简单、截面较大的碳钢件。的碳钢件。 lP75Line20 l(3)合金元素. 合金元素形成碳化物会阻碍 A晶粒的长大。 l但当温度较

35、高时，合金元素会溶入A，而合金 元素溶入溶入A，则会促进A晶粒的长大，A晶 粒越大，晶界面积越少，则冷却时A转变为其 他相的界面越少，转变越困难，故过冷A越稳 定。所以P82Line11“除Co以外，凡溶入A的合 金元素都使C曲线右移。” l用碳钢做成零件，由于它的奥氏体等温转变 图靠左，VK很大，必须在水中冷却才能得 到M，在零件形状比较复杂的情况下，便容 易开裂。如果用合金钢做成零件，由于其奥 氏体等温转变图靠右，VK较小，在油中冷 却也能得到M。油的冷却速度较慢，故零件 产生的热应力（一种内应力）较小，不易变 形和开裂，这正是合金钢的重要优越性之一。 l油在低温区冷却能力较理想，但高温区

36、冷却能力太小，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。使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。 l熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用用 于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。 l采用不同的淬火方法采用不同的淬火方法 可弥补介质的不足。可弥补介质的不足。 l1、单液淬火法、单液淬火法 l加热工件在一种介质加热工件在一种介质 中连续冷却到室温的中连续冷却到室温的 淬火方法。淬火方法。 l操作简单，易实现自操作简单，易实现自 动化。动化。 各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图 1单液

37、淬火法单液淬火法 2双液淬火法双液淬火法 3分级淬火法分级淬火法 4等温淬火法等温淬火法 l2、双液淬火法、双液淬火法 l工件先在一种冷却能力强工件先在一种冷却能力强 的介质中冷却，躲过鼻尖的介质中冷却，躲过鼻尖 后，再在另一种冷却能力后，再在另一种冷却能力 较弱的介质中发生马氏体较弱的介质中发生马氏体 转变的方法。转变的方法。如水淬油冷，如水淬油冷， 油淬空冷。油淬空冷。 l优点是冷却理想，缺点是优点是冷却理想，缺点是 不易掌握。用于形状不易掌握。用于形状复杂复杂 的碳钢件及大型合金钢件。的碳钢件及大型合金钢件。 l3、分级淬火法、分级淬火法 l在在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀

38、后附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后 再取出缓冷。再取出缓冷。 l可减少内应力，用于小尺可减少内应力，用于小尺 寸工件。寸工件。 盐浴炉盐浴炉 l4、等温淬火法、等温淬火法 l将工件在稍高于将工件在稍高于 Ms 的盐的盐 浴或碱浴中保温足够长时浴或碱浴中保温足够长时 间，从而获得下贝氏体组间，从而获得下贝氏体组 织的淬火方法。织的淬火方法。 l经等温淬火零件具有良好经等温淬火零件具有良好 的综合力学性能，淬火应的综合力学性能，淬火应 力小。力小。 l适用于形状复杂及要求较适用于形状复杂及要求较 高的小型件。高的小型件。 l5、冷处理、冷处理 l为了尽量减少钢中的为了尽量减少钢中的AR以获

39、得最大数量的以获得最大数量的 M，可采用冷处理，即把钢淬火至室温后，可采用冷处理，即把钢淬火至室温后， 继续冷却至继续冷却至-70-80（或更低温度），保（或更低温度），保 持一定时间，使在继续冷却过程中转变为持一定时间，使在继续冷却过程中转变为M， 这样可提高钢的这样可提高钢的硬度和耐磨性硬度和耐磨性，并稳定钢件，并稳定钢件 尺寸尺寸。 网带式淬火炉网带式淬火炉 l淬透性是钢的主要热处理性能。淬透性是钢的主要热处理性能。 l是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。 M量和硬度随量和硬度随 深度的变化深度的变化 l淬透性淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能

40、力。其是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其 大小是用大小是用规定条件下规定条件下淬硬层深度来表示。淬硬层深度来表示。 l淬硬层深度淬硬层深度是指由工是指由工 件表面到半马氏体区件表面到半马氏体区 (50%M + 50%非非M)的的 深度。深度。 l淬硬性淬硬性是指钢淬火后是指钢淬火后 所能达到的最高硬度，所能达到的最高硬度， 即硬化能力。即硬化能力。 l同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关. 工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。 l淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用

41、于不同它只用于不同 材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的 淬硬层深度来确定的。淬硬层深度来确定的。 l钢的淬透性取决于临钢的淬透性取决于临 界冷却速度界冷却速度 Vk，Vk又又 取决于取决于C曲线的位置，曲线的位置， C曲线越靠右，曲线越靠右， Vk 越越 小，淬透性越高。小，淬透性越高。 l回火回火是指将是指将淬火钢淬火钢加热到加热到Ac1 以下的某温度保温后冷却的工以下的某温度保温后冷却的工 艺。艺。 l一、回火的目的一、回火的目的 l1、减少或消除淬火内应力、减少或消除淬火内应力。 l2、稳定零件的尺寸。、稳定零件的尺寸。 l3、使、使

42、M+A 预期组织，以满足零件的力学性能要求。预期组织，以满足零件的力学性能要求。 l钢经淬火后应立即进行回火。钢经淬火后应立即进行回火。 螺杆表面螺杆表面 的淬火裂的淬火裂 纹纹 1、低温回火、低温回火 150-250 M+A M回 回 其中 其中M回 回：过饱和度 ：过饱和度 的的 固溶体固溶体 -碳化物碳化物(FeXC) 高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性 应用：工具钢、表面淬火后的工件应用：工具钢、表面淬火后的工件 2、中温回火、中温回火 350-500 M+A T回 回 其中 其中T回 回： ：F基体细粒状基体细粒状Fe3C 高弹性、屈强比高弹性、屈强比 应用：各类弹簧应用：各类弹簧 3

43、、高温回火、高温回火 500-650 M+A S回 回 其中 其中S回 回： ：F基体颗粒状基体颗粒状Fe3C 良好的综合力学性能（良好的强韧配合）。良好的综合力学性能（良好的强韧配合）。 应用：中碳钢的承载大、受力复杂的重要零件。应用：中碳钢的承载大、受力复杂的重要零件。 工程界习惯：淬火高回工程界习惯：淬火高回 调质调质 小结：小结：1、回火温度、回火温度 ，零件硬度、耐磨性均，零件硬度、耐磨性均 。 2、转变产物：、转变产物： S回 回、 、T回 回其中渗碳体为粒状，弥 其中渗碳体为粒状，弥 散强化。散强化。 l表面淬火表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情是指在不改变钢的化学成分

44、及心部组织情 况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以 强化零件表面的热处理方法。强化零件表面的热处理方法。 感应加热感应加热 l表面淬火目的：表面淬火目的： l 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; l 心部具有足够的塑性和韧性。即心部具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧表硬里韧。 l适用于适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。 l1、表面淬火用材料、表面淬火用材料 l 0.4-0.5%C的中碳钢。的中碳钢。 l含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降含碳量过低，则表面硬度、耐磨性

45、下降。 l含碳量过高含碳量过高, 心部韧性下降心部韧性下降; l 铸铁铸铁 提高其表面耐磨性。提高其表面耐磨性。 机床导轨机床导轨表面淬火齿轮表面淬火齿轮 l2、预备热处理、预备热处理 l工艺：工艺： l对于结构钢为对于结构钢为调质调质或或正火正火。 l前者性能高，用于要求高的前者性能高，用于要求高的 重要件，后者用于要求不高重要件，后者用于要求不高 的普通件。的普通件。 l目的目的: l为表面淬火作组织准备；为表面淬火作组织准备； l 获得最终心部组织。获得最终心部组织。 回火索氏体回火索氏体 50钢正火组织钢正火组织(F+S) l3、表面淬火后的回火、表面淬火后的回火 l采用低温回火采用低

46、温回火，温度不，温度不 高于高于200。 感应加热表面淬火感应加热表面淬火 l4、表面淬火表面淬火+低温低温 回火后的组织回火后的组织 l表层组织为表层组织为M回 回； ； l心部组织为心部组织为S回 回(调 调 质质)或或F+S(正火正火)。 l回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。 l5、表面淬火常用加热方法、表面淬火常用加热方法 l 感应加热感应加热: 利用交变电利用交变电 流在工件表面感应巨大涡流在工件表面感应巨大涡 流，使工件表面迅速加热流，使工件表面迅速加热 的方法。的方法。 感应加热感应加热 表面淬火表面淬火 示意图示意图 l

47、感应加热分为：感应加热分为： l 高频感应加热高频感应加热 频率为频率为250-300KHz,淬硬层深度淬硬层深度0.5-2mm. l 中频感应加热中频感应加热 频率为频率为2500-8000 Hz，淬硬层深度淬硬层深度2-10mm。 l 工频感应加热工频感应加热 频率为频率为50Hz，淬硬层深度淬硬层深度1015mm 激光表面热处理激光表面热处理 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火 火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图 l 火焰加热火焰加热: 利用乙炔火焰利用乙炔火焰 l直接加热工件表面的方法。直接加热工件表面的方法。 l成本低，成本低，但质量不易控制。但质量不易控制。 l 激光热处理激光热处理: 利用高能量利用高能量 l密度的激光对工件表面进行密度的激光对工件表面进行 l加热的方法。加热的方法。效率高，质量效率高，质量 l好。好。 l化学热处理化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使是将工件置于特定介质中加热保温，使 介质中活性原子介质中活性原子 渗入工件表层从渗入工件表层从 而改变工件表层而改变工件表层 化学成分和组织化学成分和组织, 进而改变其性能进而改变其性能 的热处理工艺。的热处理工艺。 l与表面淬火相比，化学热处理钢表层的化学成分。与表面淬火相比，化学热处理钢表层的化学