钢的热处理工艺和化学处理ppt课件

1、钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理第三篇第三篇钢的热处置及金属的外表处置钢的热处置及金属的外表处置钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理1. 热处置及其主要参数 热处置就是在固态下，将金属以一定的加热速度加热到预定的温度，保温一定的时间，再以预定的冷却速度进展冷却的综合工艺方法 。 加热温度T、保时温间t、冷却速度(V冷)是热处置过程中的三个主要工艺参数。改动工艺参数就可以得到不同的性能，其缘由是不同工艺参数下的热处置得到不同的组织，从而获得不同的性能。 热处置工艺曲线表示图 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理热处置工艺曲线表示图钢的热处理及金

2、属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理2. 2. 热处置的主要作用热处置的主要作用 改动工件的内部组织； 改动工件的性能，便于切削加工，或者满足工件运用性能 的要求； 改动工件表层的成分、组织、性能； 热处置可以消除铸造、锻造、焊接等加工工艺过程中所造 成的多种缺陷。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理3. 热处置的分类钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理4. 4. 外表处置外表处置 外表处置是指经过化学或电化学的方法使金属外表或表层生外表处置是指经过化学或电化学的方法使金属外表或表层生成新的物质，这些物质具有不同于工件基体的性能，从而提成新的物质，这些物质具有

3、不同于工件基体的性能，从而提高工件表层的耐腐蚀性、硬度，或者起到装饰作用。高工件表层的耐腐蚀性、硬度，或者起到装饰作用。 外表处置工艺方法有很多，除了以上引见的外表热处置工艺外表处置工艺方法有很多，除了以上引见的外表热处置工艺方法以外，还有喷丸处置、高密度太阳能外表处置、离子注方法以外，还有喷丸处置、高密度太阳能外表处置、离子注入外表处置、发黑处置、发蓝处置等。入外表处置、发黑处置、发蓝处置等。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理一、钢在加热时的组织转变 一相变温度第一节 钢的热处置根本原理钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理二奥氏体的构成和晶粒长大 1、 奥氏

4、体的构成(1) A晶核的构成； (2) A晶粒的长大；(3) 剩余Fe3C溶解； (4) A均匀化阶段。共析钢的奥氏体构成过程 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理2、影响A晶粒大小的要素图3-4 加热温度对晶粒度的影响 为得到好的机械性能，就要控制A晶粒的大小。1材质方面2工艺要素方面加热温度：如过高，A晶粒长大，普通刚好超越相变温度。保温时间：时间长，A晶粒长大。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理二、钢在冷却时的组织转变 钢的热处置冷却有两种方式：等温冷却与延续冷却。钢的热处置冷却有两种方式：等温冷却与延续冷却。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的

5、表面处理(一)等温冷却组织转变以共析钢为例钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理1. 高温组织转变2. 中温组织转变3. 低温组织转变钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理珠光体3800倍索氏体8000倍屈氏体8000倍珠光体型组织钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理电子显微照片 5000 倍光学显微照片 500 倍上贝氏体形态光学显微照片 500倍 下贝氏体形态电子显微照片 12000倍 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理板条马氏体片状马氏体 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理马氏体形状与碳质量分数的关系钢的热处

6、理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理二共析钢的延续冷却组织转变钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理一、退火一、退火概念：概念： 将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后随将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后随炉冷或将工件埋入石灰等冷却才干弱的介质中缓慢冷炉冷或将工件埋入石灰等冷却才干弱的介质中缓慢冷却到却到600600以下，再空冷至室温的热处置工艺称为退以下，再空冷至室温的热处置工艺称为退火。火。退火工艺方法：退火工艺方法： 完全退火完全退火 不完全退火不完全退火 分散退火分散退火 再结晶退火再结晶退火 去应力退火去应力退火第二节第二节 钢的普通热处置钢的普通热处置钢的

7、热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理1. 完全退火亚共析钢 完全退火 是将钢件加热至Ac3以上2030，经过完全奥氏体化后进展缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处置工艺，。 作用和目的 细化晶粒 均匀组织 消除内应力 降低硬度 改善钢的切削加工性 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理2. 不完全退火球化退火共析钢和过共析钢不完全退火 是将钢加热至Ac1+2040之间，经过保温后缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处置工艺。 作用和目的 使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化退火前正火将网状渗碳体破碎，以降低硬度，改善切削加工性能；并为以后的淬火作组织预备。 钢的热处理及金属的

8、表面处理钢的热处理及金属的表面处理3. 分散退火分散退火又称均匀化退火 是将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀景象的热处置工艺。作用和目的 消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的成分偏析，使成分和组织均匀化。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理4. 4. 再结晶退火再结晶退火再结晶退火再结晶退火 是把冷变形后的金属加热到再结晶温度以是把冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保温适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀上保温适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒而消除加工硬化的热处置工艺。等轴晶粒而消除加工硬化的热处置工艺。 作用和目的

9、作用和目的 就是要消除加工硬化，降低强度和硬度，就是要消除加工硬化，降低强度和硬度，使钢的机械性能恢复到冷变形前的形状。使钢的机械性能恢复到冷变形前的形状。 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理5. 去应力退火去应力退火 为消除铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等冷热加工在工件中呵斥的残留内应力而进展的低温退火，称为去应力退火。 作用和目的 减少和消除工件在铸造、锻造、焊接、切削、热处置等加工过程中产生的剩余内应力，稳定工件的尺寸，防止工件的变形。 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理二、正火正火 钢材或钢件加热

10、到Ac3(对于亚共析钢)和Accm(对于过共析钢)以上30 50 , 保温适当时间后, 在自在流动的空气中均匀冷却的热处置称为正火。正火后的组织 亚共析钢为F+S 共析钢为S 过共析钢为S+Fe3CII 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理正火的目的：正火的目的： 正火的目的是使钢的组织正常化，亦称常化处置，普通用于以下方面：1. 改善钢的切削加工性能；2. 消除工件的热加工缺陷；3. 消除过共析钢的网状渗碳体，便于球化退火；4. 替代调质处置作为最终热处置，提高加工效率。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理三、淬火 淬火就是把钢件加热到Ac3或Ac1以上温度，

11、经过保温后速冷却至室温的热处置工艺。1. 淬火的目的 两种方法等温淬火：目的是获得下贝氏体普通淬火：目的是获得马氏体钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理2. 淬火工艺淬火质量取决于淬火的三个要素： 加热温度 保温时间 冷却速度钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理1加热温度钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理2保温时间 保温的目的是使工件烧透，组织转变充分。保温时间主要根据钢的成分特点、加热介质和零件尺寸来确定。 3冷却速度 为了获得马氏体组织，工件在淬火冷却介质中的冷却必需有足够快的冷却速度。 实践冷却速度V必需大于该钢的临界淬火冷却速度VC。

12、钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理3. 常用的淬火方法钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理4. 钢的淬硬性与淬透性1钢的淬硬性定义： 是指钢可以淬硬的程度，也就是钢淬火后得到的马氏体的硬度的高低。它是指钢在正常淬火 条件下能够到达的最高硬度。实践意义： 当要求硬度高、耐磨性好时，应选用含碳量高的钢。 影响要素： C%=0.8%以下，含C量添加，淬硬性提高； C%0.8%以后，没有明显提高。 例：T10 40Cr 20CrMnTi 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理2 2钢的淬透性钢的淬透性 定义： 是指钢在一定淬火条件下淬火获得马氏体层深度的

13、多少，以钢在一定淬火条件下得到马氏体深度来表示，深度越大，淬透性越好。 实践意义： 淬透性是合理选用钢材及制定热处置工艺的重要根据之一。 影响要素： 钢的淬透性主要与合金元素及其含量有关，合金元素除钴、铝外使“C曲线右移，减小临界淬火冷却速度，提高钢的淬透性。例：20CrMnTi 40Cr T10 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理5. 钢的主要淬火缺陷1硬度过低或硬度过高2) 脆性过大3过热与过烧4变形与开裂钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理四、回火四、回火 回火是把淬火后的工件重新加热到回火是把淬火后的工件重新加热到A1A1以下某一温度，经保温后空冷至室

14、以下某一温度，经保温后空冷至室温的热处置工艺。温的热处置工艺。 1 1、回火的目的、回火的目的 消除内应力消除内应力 ； 稳定工件组织稳定工件组织 ； 调整组织、性能调整组织、性能 。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理2、回火的种类 低温回火150250回火组织： 亚共析钢低温回火后组织为回火马氏体(回火M)。 过共析钢低温回火后组织为回火马氏体碳化物剩余 奥氏体。目的： 降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火后的高硬度(普通为58 HRC64 HRC)和高耐磨性。运用： 用于处置各种高碳钢工具、模具、滚动轴承以及渗碳和外表淬火的零件。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属

15、的表面处理 中温回火350500 回火组织： 回火屈氏体，是极细小的铁素体与球状渗碳体的混合物 。 目的： 是提高弹性和韧性，并坚持一定的硬度(普通为35 HRC45 HRC) 。 运用： 用于各种弹簧、锻模、压铸模等工件的热处置。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理 高温回火500650 回火组织： 回火索氏体，是较细小的铁素体与球状渗碳体的混合物。 目的： 使具有一定强度和硬度，又有较高的冲击韧性，也就是具有良好的综合机械性能。 运用： 用于受力大而复杂的零件，如传动轴、连杆、曲轴、齿轮等 。 淬火后高温回火这一综合热处置工艺称为调质处置 。钢的热处理及金属的表面处理钢的热

16、处理及金属的表面处理3、回火工艺参数 回火温度和回火时间4、钢在回火时主要缺陷 硬度过低 硬度过高、脆性过大钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理一、钢的外表淬火1、外表淬火 外表淬火是利用快速加热的方法，使钢件表层迅速奥氏体化，当热量尚未传至心部时，将其迅速冷却。 2、种类 感应加热外表淬火、火焰加热外表淬火、激光加热外表淬火、电接触加热外表淬火等 第三节 钢的外表热处置钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理3、运用资料、组织性能 外表淬火普通用于中碳钢和中碳低合金钢,如45、40Cr、40MnB钢等。 调质处置+外表淬火+低温回火，表层得到回火马氏体，硬而耐磨；

17、心部为回火索氏体，强而韧。 用于齿轮、轴类等零件的外表硬化，提高耐磨性。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理4、感应加热外表淬火 1原理过程感应加热外表淬火表示图感应加热外表淬火钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理 2种类 高频淬火； 中频淬火； 工频淬火 3特点优点：a、高质高效；缺陷：b、投入较大； c、公用感应加热圈，中间外形和零件外形类似； d、灵敏性差； e、零件尺寸较大、数量较小的不适宜。 4运用 较大批量，零件数量较多，外形规那么简单中小尺寸件。 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理9SiCr 高频淬火高频淬火 M针针+K +A 4

18、%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液P球状球状钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理CrWMn 高频淬火高频淬火 M针针+K +A 4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理其他加热淬火方法: 火焰加热外表淬火 电接触加热外表淬火 激光加热淬火钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理40Cr 激光淬火激光淬火 M+A M + K +F P +F 4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液激光淬火区激光淬火区未淬火区未淬火区热影响区热影响区钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理T10A 激光淬火激光淬火 M粗大粗大+A M针针+K P球球 4

19、%硝酸酒精溶硝酸酒精溶液液激激光光淬淬火火区区未淬未淬火区火区热热影影响响区区钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理二、化学热处置1、化学热处置 化学热处置是将工件放入一定的化学介质中，经过加热保温，使介质中分解产生一种或几种元素的活性原子被工件外表吸收，并向表层一定深度分散，从而改动其表层化学成分、组织和性能的一种热处置工艺方法。 2、种类 渗碳、渗氮氮化、碳氮共渗氰化、渗硼、渗金属如渗铝、渗铬 等。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理3、常用方法3-1 渗碳 渗碳是把工件置于渗碳介质中加热、保温，使活性碳原子产生并渗入工件表层的化学热处置方法。井式气体渗碳电阻

20、炉构造表示图1-风扇 2-废气出口 3-炉盖 4-砂封 5-电阻元件 6-耐热罐 7-工件 8-炉体 9-渗剂入口 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理2适用资料、组织性能渗碳用钢普通为低碳钢。外表渗碳 整体淬火+回火表层为高碳回火马氏体，硬而耐磨；内部为低碳回火马氏体，较好的强韧性。3特点与外表淬火相比 优点：更硬更耐磨； 缺陷：效率低、费用高，并且易变形。4运用 普通运用于受力较大、外表摩擦较大的低碳钢件。 如齿轮、轴类、链条、套筒等。 钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理(5).渗碳工艺渗碳资料、渗碳资料、C C碳钢或低合金钢碳钢或低合金钢渗碳方法气体、液

21、体、固体、真空渗碳渗碳方法气体、液体、固体、真空渗碳(a)(a)、气体渗碳、气体渗碳设备井式渗碳炉设备井式渗碳炉渗碳气氛煤气、液化石油气；煤油、丙酮渗碳气氛煤气、液化石油气；煤油、丙酮加热温度加热温度900 900 10 10 加热时间加热时间 3-7h 3-7h渗层深度渗层深度 0.4-1.6mm 0.4-1.6mm外表碳浓度外表碳浓度: 0.85-1.05%C: 0.85-1.05%C钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理( b ).( b ).固体渗碳固体渗碳设备箱式电阻炉设备箱式电阻炉渗碳气氛木炭渗碳气氛木炭+ +碳酸钠碳酸钠加热温度加热温度930 930 10 10 加

22、热时间加热时间 3-7h 3-7h渗层深度渗层深度 0.4-1.6mm 0.4-1.6mm外表碳浓度外表碳浓度: 0.85-1.05%: 0.85-1.05%渗后不能直接淬火渗后不能直接淬火适宜小件和单件适宜小件和单件钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理(c)真空渗碳 比气体渗碳节约时间2/3.(6).渗碳后热处置 预冷直接淬火 缓冷一次淬火 缓冷二次淬火钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理过共析过共析PFe3C共析共析P亚共析亚共析PF心部心部渗碳后的组织：渗碳后的组织：缓冷：缓冷： P+KPP+F心部心部淬火：淬火： K+M针针+A M针针+ A M针针+M

23、板条板条M板条板条钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理20CrMnTi 渗碳淬火渗碳淬火+低回低回 4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液 K+M针针+A M针针+ A M针针+M板条板条M板条板条钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理3-2 渗氮氮化渗氮：向工件外表渗入活性氮原子，在工件表层获得一定深度的富氮硬化层的化学热处置工艺称为渗氮氮化。1设备过程 2适用资料、组织性能氮化用钢通常是含有Al、Cr、Mo等元素的合金钢。氮化用钢 调制处置 外表渗氮表层：氮化物质，HRC70以上，硬度更高，耐磨性更好， 耐热，耐腐蚀，抗疲劳性都好。内部：中碳合金回火索氏体，具有更高的强

24、度， 更好的韧性。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理3特点和渗C相比 优点：表层性能更优良，变形小；缺陷：效率低，费用高，渗层浅，钢种受限。4运用 在高温腐蚀性介质中任务，受力大，外表摩擦大的重要精细件，如航空齿轮。钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理(5)钢的渗氮工艺 目的:提高硬度耐磨性疲劳性能抗咬合性 渗氮用钢:38CrMoAl 渗氮方法:气体离子(a).气体渗氮 加热温度500-570 保温时间 20-70h 渗层深度 0.2-0.5mm 深层硬度1000-1200Hv钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理b b. .离子渗氮离子渗氮 温

25、度温度480-540 480-540 气氛气氛: :氨气、氮气和氢气混合气氨气、氮气和氢气混合气 压力：压力：133-1333Pa 1133-1333Pa 1大气压大气压=101300Pa=101300Pa 电压：电压：500V500V 电极：工件电极：工件- -阴极阴极 容器容器- -阳极阳极 渗氮时间：渗氮时间：1/3-1/41/3-1/4气体渗氮时间气体渗氮时间 特点：无脆性白亮层特点：无脆性白亮层钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理40Cr 渗氮空冷渗氮空冷+心部原始组织心部原始组织 S回回 4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液4540CrS回回钢的热处理及金属的表面处理钢的热处理及金属的表面处理3-3 碳氮共渗氰化 碳氮共渗是同时向工件外表渗入活性碳原子和活性氮原子的一种化学热处置工艺，因早期只运用剧毒的氰盐NaCN或KCN作为介质，故又名为氰化。 根据氰化温度的不同，气体氰化又分为高温氰化(900950)、中温氰化(800870)