M2 2铁碳合金热处理

1、M2 铁碳合金热处理2内容三内容三 淬火与回火淬火与回火内容四内容四 钢的表面化学处理钢的表面化学处理内容三 淬火和回火淬火+回火是强化钢件的常用手段。淬火后，辅之于不同温度的回火，可使钢件获得我们所需的力学性能。一、淬火一、淬火工艺：将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或下贝氏体组织的热处理。目的：为了获得马氏体和下贝氏体，提高钢的强度、硬度和耐磨性。（1）淬火原理na、钢材被加热到Ac3或AC1以上后，其组织将全部转变为奥氏体A。n缓冷时，奥氏体经S点将全部转变为珠光体P（F+Fe3C）；加热成A缓冷成Pnb、淬火时，冷却速度很快，奥氏体A仅能

2、发生-Fe向-Fe的同素异晶转变。n而-Fe是面心立方晶格，溶有 4 个碳原子，但-Fe是体心立方晶格，仅能溶 2 个碳原子。n-Fe中的过饱和碳原子（也就是-Fe所不能溶入的、多余的碳原子）很难从晶格中扩散出去。n形成碳在 -Fe中的严重过饱和固溶体，即：马氏体 “M”表示。nc、淬火后的钢件常温组织是：马氏体+残余（过冷）奥氏体（M+A）。加热成加热成A快冷成快冷成M+A残残（2）淬火温度的确定亚共析钢的淬火温度一般为Ac3以上3050，淬火后获得均匀细小的马氏体组织。如果温度过高，会因为奥氏体晶粒粗大而得到粗大的马氏体组织，使钢的机械性能恶化，特别是使塑性和韧性降低；如果淬火温度低于Ac

3、3，淬火组织中会保留未溶铁素体，使钢的强度硬度下降。加热成加热成A快冷成快冷成M+A残残（3）加热时间的确定 加热时间由升温时间和保温时间组成。由零件入炉温度升至淬火温度所需的时间为升温时间，并以此作为保温时间的开始。保温时间是指零件烧透及完成奥氏体化过程所需要的时间。加热时间通常根据经验公式估算或通过实验确定。生产中往往要通过实验确定合理的加热及保温时间，以保证工件质量。加热成加热成A快冷成快冷成M+A残残（4）淬火冷却介质的确定 淬火冷却是非常快非常快的过程。为了得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应力，这往往会引起工件变形。淬火的目的

4、是得到马氏马氏体体M组织组织，同时又要避免产生变形和开裂。理想的淬火冷却曲线如右图所示。没有方法达到（5）马氏体的性质（一）马氏体中的碳在-Fe的晶格中的严重过饱和过饱和，导致晶格晶格发生严重变形，发生严重变形，增加了变形抗力，使得马氏体具有很高的硬很高的硬度和耐磨性，但塑性和韧性很度和耐磨性，但塑性和韧性很差。差。钢材中的含碳量越高，晶含碳量越高，晶格畸形越烈，钢的硬度越高格畸形越烈，钢的硬度越高。因此，高硬度、高耐磨要求的工件一般多选用中、高碳钢制造。（5）马氏体的性质（二）马氏体的比容比奥氏体要大，马氏体在形成时体积将会膨胀，产生淬火内应力。制件在后续生产、使用中，甚至在淬火过程中发生变

5、形或裂纹。由于马氏体的含碳量很高，脆性随之增大，同样会导致制件出现上述的问题。（6）淬火方法 选择适当的淬火方法即选用冷却介质，可以保证在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减小淬火应力，减少工件变形和开裂倾向。 常用淬火方法a.单液淬火b.双液淬火c.分级淬火d.等温淬火a）单液淬火它是将奥氏体状态的工件放入一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火方法。（见淬火方法冷却曲线示意图中的曲线1）。 b）双液淬火它是先将奥氏体状态的工件在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近Ms点温度时，再立即转入冷却能力较弱的淬火介质中冷却，直至完成马氏体转变。（见图中 曲线2）。c）分级淬火它是将奥氏体状态的工件首先淬

6、入略高于钢的Ms点的盐浴或碱浴炉中保温，当工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温，完成马氏体的转变。（见图中 曲线3）。 d）等温淬火它是将奥氏体化后的工件在稍高于Ms温度的盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。(见图中曲线4)（7）钢的淬透性a）钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬硬层（也称为淬透层）深度的能力，其大小用钢在一定条件下淬火获得的淬硬层深度来表示。b）影响淬透性的主要因素是化学成分，除Co以外，所有溶于奥氏体中的合金元素都提高淬透性。另外，奥氏体的均匀性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都会影响淬透性。 （8）防止淬火工件出现问题的方法a.合

7、理选择工件材料和结构；b.严格控制加热温度：加热温度太低，材料组织未全部转变成奥氏体，还有铁素体的存在，淬火后，这些铁素体将会影响工件的硬度；加热温度太高，奥氏体的晶粒粗大，淬火后形成的马氏体晶格也粗大，将会导致淬火变形和裂纹；c、合理选用淬火介质：水的冷却性能好，工件容易获得马氏体，但淬火应力增大；油的冷却性较差，工件产生淬火应力的可能性降低，但获得马氏体的可能行也将降低；d、选合适的淬火法：单介质；双介质淬火法。二、回火二、回火工艺：将淬火钢重新加热到AC1以下某一温度，保温后冷却（一般是采用空冷或油冷）的热处理工艺。目的：消除淬火内应力，保持硬度、降低钢的脆性，防止淬火裂纹、获得所需要的

8、力学性能以及稳定组织和尺寸。随着回火温度的不断升高，淬火钢的硬度、抗拉强度、屈服强度会逐渐降低；延伸率、断面收缩率（即塑性）、冲击韧性会不断提高。同时随着温度的升高，淬火内应力将被完全消除。淬火钢在回火时组织与性能的变化（二）回火的方法按照回火温度的不同，钢的回火分为三种：（1）低温回火低温回火：加热到150250时进行回火。目的是降低淬火材料的内应力和脆性，提高韧性，保持淬火硬度和耐磨性，是使用较多的回火手段。主要用于高碳钢、合金钢所制造的工具、量具；滚动轴承、渗碳零件的消除应力。回火后纲的组织是回火马氏体，硬度约为HRC5565（2）中温回火： 加热到350500时进行回火。目的是使钢获得

9、高弹性，保持高硬度（约为HRC3550）。中温回火后，钢的硬度有明显的下降，但韧性提高，钢的组织性能是高的弹性和强度。中温回火一般用于要求有足够的硬度以及在一定韧性下有较高弹性极限的零件，如热锻模、弹簧、发条等。中温回火后，钢的组织是回火屈氏体。（3）高温回火：加热到500650时进行回火。淬火后进行高温回火的热处理方法，又称为调质处理调质处理。硬度约为HRC2035。调质处理的目的是完全消除内应力，获得高的强度和韧性，使零件具有良好的综合力学性能。调质处理主要用于中碳钢制作的抗疲劳载荷的重要零件。例如曲轴、连杆、主轴、丝杆、齿轮、重要的螺钉等等。内容四 钢的表面热处理表面淬火和化学热处理进行

10、的都是钢的表面热处理。它们的目的也都是使钢的表面表面具有高的硬度和耐磨性硬度和耐磨性，而心部心部要有足够的塑性和韧塑性和韧性。性。一、表面淬火：1）工艺）工艺：仅对工件表面层进行淬火，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火工艺。2）注意事项：表面淬火时，加热速度要求很快，要保证钢件表面温度上升到淬火温度时，而其心部温度尚未同步达到，此时就立即冷却，完成局部淬火。3）常用方法火焰法：一般是采用乙炔气割枪对工件表面进行加热，从工件表面的颜色变化判断工件温度是否合适进行淬火。方法简单，无特殊的场地、设备要求，但要求操作者经验丰富。适用单件或小批量生产。火焰加热淬火法火焰加热淬火法感应加热表面淬火：在感

11、应线圈中通过一定频率的交流电，使得感应圈周围产生同频率的交变磁场，磁场中的工件会产生与感应线圈频率相同、方向相反的感应电流（即涡流），涡流主要集中在工件表面（集肤效应），由涡流产生的电阻热使得工件的表面层被迅速加热到淬火温度，随即喷水冷却，完成工件表面淬火。通电线圈电阻热交变磁场涡流集肤淬火水冷却感应频率越高，集肤效应越强，所以高频感应加热应用最广。高频感应加热的常用频率为200300kHz，一般加热速度仅几秒钟，淬硬深度一般为0.52mm，主要用于表面淬硬层较薄的中、小零件，如轴、齿轮、链轮等。感应加热表面淬火法适用大批量生产。 高频淬火齿轮的工艺路线为：高频淬火齿轮的工艺路线为： 锻造锻造

12、正火或退火正火或退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工高频淬火高频淬火低温回火低温回火磨削。磨削。二、化学热处理（1）工艺：将工件放置于一定的化学介质中进行加热和保温，使介质中的一种或几种活性原子渗入工件表层，改变工件表层化学成分和组织，从而获得所需的力学或理化性能。（2）基本过程： 分解由化学介质分解出能够渗入工件表层的活性原子。 吸收活性原子由钢的表面进入铁的晶格中形成固溶体，甚至可能形成化合物。 扩散渗入的活性原子由表面向内部扩散，形成一定厚度的扩散层。 （3）分类分类：渗碳、渗氮、液体碳氮共渗渗碳、渗氮、液体碳氮共渗(氰化氰化)等。等。渗碳应用较多。 渗碳渗碳向钢的表面渗入碳原子，提高工

13、件表面的含碳量。 渗碳工艺一般用于低碳钢或低合金钢。目的：提高工件表层含碳量。渗碳后，经淬火及低温回火渗碳后，经淬火及低温回火后，能够使零件表面由于高含碳量（含碳量可增加到1%左右）获得高的硬度和耐磨性，而心部仍是低碳钢，可保持一定强度及较高的塑性和韧性。 一般渗碳零件的工艺路线为：一般渗碳零件的工艺路线为： 锻造锻造退火退火粗加工粗加工渗碳渗碳调质调质半精加工半精加工除应力退除应力退火火磨削磨削精磨。精磨。 a）气体渗碳工）气体渗碳工艺过程艺过程 渗碳是将工件置于富碳的介质中，然后加热到高温(900950)，使碳原子渗入工件表层。 渗碳工艺常用于汽车齿轮、活塞销、套筒等零件。b）固体渗碳简介

14、固体渗碳是将工件和固体渗碳剂装入渗碳箱中，用盖子和耐火泥封好，然后放在炉中加热至900950，保温足够长时间，得到一定厚度的渗碳层。固体渗碳剂通常是一定粒度的木炭与15%20%的碳酸盐的混合物。木炭提供渗碳所需要的活性炭原子，碳酸盐起催化作用 。 渗氮：渗氮：是将氮原子渗入钢件表面，形成以氮化物为主的渗氮层，以提高渗层的硬度、耐磨、耐蚀和耐疲劳强度等多种性能。工艺特点：工艺特点：l渗氮剂为氨气，氨气在分解出具有活性的氮原子渗入工件中，形成富氮层而完成氮化。渗氮的最佳温度是600，因为此时铁具有最好的吸氮能力。l在氮化之前一般进行调质处理，得到回火索氏体组织，所以氮化后，工件的心部往往有良好的综

15、合机械性能（渗氮往往是最后一道工序）。l钢在氮化后无需进行淬火就具有很高的表层硬度及耐磨性，这是因为表层形成了一层坚硬的氮化物所致。l氮化后，显著提高钢的抗疲劳强度，这是因为氮化层内有较大的残余压应力；l处理温度低，工件变形小；l氮化层具有较高的抗腐蚀能力，这是因为氮化层内有致密的氮化物所致。 一般氮化零件的工艺路线为：一般氮化零件的工艺路线为： 锻造锻造退火退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工除应力退火除应力退火磨磨削削氮化氮化精磨。精磨。 碳氮共渗碳氮共渗 把碳和氮同时渗入零件表层的过程称为把碳和氮同时渗入零件表层的过程称为氰化氰化 。 根据处理温度的不同分为高温、中温和低温氰化。根据处理

16、温度的不同分为高温、中温和低温氰化。 其它化学热处理方法其它化学热处理方法 (1)(1) 渗铝渗铝 目的：是使钢的表面具有高的抗氧化性能。目的：是使钢的表面具有高的抗氧化性能。 (2) 2) 渗铬渗铬 目的：是增加零件抗蚀性能，还可提高碳钢目的：是增加零件抗蚀性能，还可提高碳钢的硬度和耐磨性。的硬度和耐磨性。 作业：1.钢的淬透性与淬硬性有何区别？它们的主要影响因素是什么？淬透性：指钢淬火后可达到的淬硬深度层的能力，主要影响因素是钢的化学成分，而与含碳量无关。淬硬性是钢淬火后表面所达到的是高硬度值的能力，主要影响因素是含碳量多少，与钢中其他化学成分关系不大。2.合金钢淬火应选用体积淬火介质？为

17、什么？一般地，合金钢淬火应选用矿物油、植物油作介质，以防止工件变形与开裂。3.什么是调质处理，主要应用于哪一类材料？为什么？淬火+高温回火叫调质处理。主要应用于中碳钢制作的抗疲劳载荷的重要零件，目的是获得高强度和韧性，使零件有良好的综合机械性能。选择下列零件材料及加工工艺过程自行车座板弹簧：材料：65线材退火绕弹簧淬火中温回火主轴箱传动小齿轮：材料：45或40Cr棒材粗车半精车精车淬火高温回火磨齿填表，回答问题零件材料淬火工艺热处理目的回火热处理目的1锉刀T8A2大齿轮453弹簧654铣刀高速钢9Mn2V5滚动轴承GC r5SiMn6模具T127曲轴ZG35填表，回答问题零件材料淬火工艺热处理目的回火热处理目的1锉刀T8A加热AC1以上，盐水冷却提高硬度、耐磨性低温回火降低内应力、脆性、保持硬度、耐磨性2大齿轮45整体正火、齿面淬火保持心部强度、韧性，提高齿面硬