钢力学和热处理知识 第四章 钢热处理PPT课件

1、 热处理的工艺要素：温度、时间 热处理工艺曲线：加热加热保温保温冷却冷却时间时间温度温度第1页/共159页一、钢在加热时的转变 钢的临界点：平衡临界点：平衡临界点：加热临界点：加热临界点：冷却临界点：冷却临界点：A1、 A3、 AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、ArcmAr1Ar3ArcmA3A1AcmAc3Ac1AccmWc(%)温度第2页/共159页（一）（一）A的形成的形成 以共析钢为例： 将共析钢加热至Ac1时，发生PA转变。其转变过程是一个形核和长大的过程。 PA转变分4个阶段进行：第3页/共159页1、A晶核形成2、A晶核长大3、残余Fe3C溶解4、A成分均匀化Ac1以

2、下FFe3CA未溶Fe3CA晶粒A晶界第4页/共159页讨论1： 亚共析钢和过共析钢在加热时的转变是否与共析钢相同？ 基本相似，但有所不同：并非加热至Ac1 以上就可完全A化。第5页/共159页 对于亚共析钢：若加热至Ac1温度以上Ac3温度以下，只能使PA，得到A+F组织；称之为不完全A化。 对于过共析钢：若加热至Ac1温度以上Accm温度以下，只能使PA，得到A+ Fe3C 组织。 上述情况称为不完全A化。第6页/共159页讨论2： 怎样才能使亚共析钢和过共析钢在加热时完全A化？ 继续加热至Ac3或Accm温度以上，才能使亚共析钢中的先共析F和过共析钢的Fe3C 转变为A，得到单一的A组织

3、，实现完全A化。第7页/共159页（二）（二）A晶粒的长大晶粒的长大 1、当P向A转变刚完成时，最初获得的A晶粒是很细小的。 为什么？ 减少系统能量，使系统趋向更稳定。 但在A后的继续加热保温过程中，A晶粒会继续长大： 加热温度越高、保温时间越长，A晶粒越粗大。第8页/共159页 举例： 玻璃板上的小水珠长大 根据热力学定律：一切自发的运动（变化）总是朝着减少能量的方向进行的。 自由落体运动； 水的自然流动； 晶粒长大正是一个减少表面能的过程。第9页/共159页 2、晶粒大小对性能的影响 金属材料的晶粒大小对性能有很大影响： 在常温下，金属的晶粒越细小，强度越高、塑性韧性越好。晶粒粗大会导致性

4、能恶化。 因此，生产中总希望获得均匀细小的晶粒。 理论和实践都表明：第10页/共159页 因为钢在加热时获得的A晶粒大小，直接影响冷却后转变产物的晶粒大小。（组织遗传） A晶粒大小对性能有很大影响。讨论： A只是一种高温组织，其晶粒大小对性能是否会有影响？ 为什么？第11页/共159页 因此，A晶粒大小是评定热处理生产中加热质量的主要指标之一。 在热处理生产中，总是希望在加热时获得均匀细小的奥氏体组织，以确保金属材料在冷却后得到细小的晶粒组织。第12页/共159页 3、怎么评定A晶粒大小？ A晶粒大小用A晶粒度来评定。 根据国家标准GB6394-86金属平均晶粒度测定法： 标准晶粒度分为12级

5、： 00,0,1,2,3,4, 5,6,7,8, 9,10粗晶粒粗晶粒细晶粒细晶粒超细超细晶粒晶粒第13页/共159页 怎么测量并评定A晶粒度？ 实际检测A晶粒度时，在材料（或零件）上按规定取样制成金相试样后，在金相显微镜下放大100倍观察，并与材料评级图（P48图4-5）进行对比以确定晶粒度等级。第14页/共159页 4、热处理生产，在加热时怎样才能获得均匀细小的A晶粒？ A晶粒大小与加热温度和保温时间有关。 P向A转变刚完成时，最初获得的A晶粒是很细小的。但随着加热的继续，晶粒会自发长大。 加热温度越高，保温时间越长，A晶粒就越粗大。第15页/共159页 因此，在热处理生产中，首先必须合理

6、选择加热温度和保温时间，并在生产中予以严格控制。 加热是热处理生产的第一道工序，也是重要的一道工序。第16页/共159页二、钢在冷却时的转变 冷却是热处理的关键工序。 为什么？ 先看一个实验： 将5个同尺寸的45钢试样加热至840保温相同时间，然后分别以不同冷却速度冷却，再测定它们的力学性能。第17页/共159页 结果如下表：冷却冷却方法方法 力力 学学 性性 能能硬度硬度HRC b/MPa s/MPa / % / % 炉冷炉冷51927232.5491518空冷空冷657706333151845501824油冷油冷8826081820484050水冷水冷1078706781214526015

7、%NaCl水溶液冷却水溶液冷却5762第18页/共159页 由此可见： 冷却条件不同，钢的性能不同。 因此，有必要掌握钢在冷却时的组织转变规律。 生产中常用冷却方式有等温冷却和连续冷却两种。时间时间温度温度A1等温冷却等温冷却连续冷却连续冷却第19页/共159页（一）过冷A的等温转变 什么叫过冷A？ A在A1温度以上是稳定相，冷却至A1温度以下就成了不稳定相，必然要发生转变。 但A并不是一冷却至A1温度以下需停留一定时间（孕育）才能发生转变。第20页/共159页 我们把在A1温度以下暂时没有转变的不稳定A称为过冷A。 把A在A1温度以下发生转变前停留的那段时间称为过冷A转变的孕育期。 为研究过

8、冷A转变规律，我们需要用到A等温转变图。第21页/共159页A1Ms温度温度时间时间A等温转变图的建立：第22页/共159页A1AAPAB AMSA+PA+BPSTBM+AMf温度温度时时 间间HRC1.共析钢A等温转变图（C曲线）第23页/共159页2.过冷A等温转变产物的组织与性能： 过冷A等温转变的温度不同，发生的转变不同，转变产物的组织和性能也不同，如下表：第24页/共159页等温转等温转变温度变温度 组织组织 名称名称组织组织 形态形态层间距层间距 m分辨所分辨所需放大需放大倍数倍数硬度硬度HRCA1 650珠光体珠光体P粗大层粗大层片状片状0.350040040 45350 Ms下

9、贝氏下贝氏体体 B下黑色黑色 针状针状_40045 55第25页/共159页3.亚共析钢和过共析钢的A等温转变图 亚共析钢和过共析钢的过冷A等温转变与共析钢基本相似。 所不同的是： 亚共析钢和过共析钢的过冷A等温转变与共析钢基本相似。第26页/共159页 因此，亚共析钢和过共析钢的A等温转变图相对共析钢的A等温转变图均多了一条先析相的析出线。第27页/共159页亚共析钢的亚共析钢的A等温转变图等温转变图A1AAPAB AMSA+PA+BP+FS+FT+FBM+AMf温度温度HRCA+FA3AF第28页/共159页过共析钢的过共析钢的A等温转变图等温转变图A1AAPAB AMSM+AMf温度温度

10、HRCA+ Fe3CACcmAFe3C第29页/共159页（二）过冷A的连续冷却转变 A等温转变图反映了在等温冷却条件下，等温温度与转变产物及性能之间的关系。 但是，在实际热处理生产中，更多的是连续冷却。第30页/共159页 问？在连续冷却条件下，过冷A的转变规律是否相同呢？ 基本相同，但有区别。因此，要研究A在连续冷却条件下的转变规律，有必要引入A连续冷却转变图。第31页/共159页1、共析钢A连续冷却转变图温度温度时时 间间A1MsMfPSPfPkV1(炉冷）V2(空冷）VkV3(油冷）V4(水冷）Vk第32页/共159页 讨论： A连续冷却转变曲线中，vk的意义： vk表示了使奥氏体在连

11、续冷却过程中不分解而全部冷至Ms温度以下转变为M的最小冷却速度，即钢在淬火时为抑制非马氏体转变所需的最小冷却速度，称为马氏体临界冷却速度。第33页/共159页 讨论： 共析钢A连续冷却转变曲线与等温转变曲线的区别：形状：位置： 只有半个“C”连续冷却转变图没有贝氏体区。 连续冷却转变图中P开始转变线和转变终了线都右下移了连续冷却转变比等温转变的温度更低、孕育期更长。第34页/共159页2、过冷A连续冷却转变产物的组织与性能 通过A连续冷却转变图，我们可以很方便地了解过冷A连续冷却转变产物的组织与性能。 但是，A连续冷却转变图测定较困难。生产中常借用同种钢的A等温转变图分析过冷A连续冷却转变产物

12、的组织与性能。第35页/共159页 下面以共析钢为例，用A等温转变图来分析过冷A连续冷却转变产物的组织与性能：第36页/共159页A1APsAMSPSTBMf温度，温度，时时 间间HRCV4(M+A） V3(M+T）V2(S）V1(P）-50230第37页/共159页共析钢过冷A连续冷却转变产物的组织与性能冷却冷却 速度速度冷却冷却 方法方法转变转变 产物产物硬硬 度度v v1 1随炉冷却随炉冷却珠光体珠光体 P170220 HBSv v2 2空气空气 冷却冷却索氏体索氏体S2535HRCv v3 3油中冷却油中冷却托氏体托氏体+马马氏体氏体T+M4555HRCv v4 4水中水中 冷却冷却马

13、氏体马氏体+残残余奥氏体余奥氏体 M+AR5565HRC第38页/共159页3、马氏体转变 （1）定义： 这种转变称为马氏体转变。 其转变产物称为马氏体。 当冷却速度大于vk 时，A被迅速过冷至Ms温度以下，转变为一种单相的亚稳组织，即碳溶解于 -Fe中的过饱和固溶体，第39页/共159页 （2）马氏体转变的基本特点： A、M转变也是一个形核与长大的过程； B、M转变是在一个温度范围（MsMf)内进行的； C、M转变是非扩散型的转变，因此，M与原A的含碳量相同； D、M转变具有不完全性，在室温存在的A称为残余A（AR）。第40页/共159页 （3）马氏体组织形态与性能： M的组织形态因其化学成

14、分和形成条件而异： M通常有板条M和针片状M两种基本形态。第41页/共159页 板条M： 形态：由一束束长条状晶体组成，显微镜下观察在晶粒内部呈平行排列的条状。 成分：含碳量较低，主要存在于低碳钢的淬火组织中，故又称为低碳M。 性能：具有较高的硬度、强度与较好的塑性与韧性。第42页/共159页 针片状M： 形态：由互成一定角度的针状晶体组成。 成分：含碳量较高，主要存在于高碳钢的淬火组织中，故又称为高碳M。 性能：具有高的硬度、强度，但塑性与韧性差，脆性较大。第43页/共159页 更正： P51：第12行 3. 共析钢和过共析钢的 更正为：亚共析钢 P52：第9行 冷却速度 v1 更正为：冷却

15、速度 vk第44页/共159页 下次课教学内容： 第二节 钢的退火与正火 第三节 钢的淬火与回火第45页/共159页第二节 钢的退火与正火 热处理工艺分类：整体热处理：整体热处理：表面热处理：表面热处理：化学热处理：化学热处理：退火、正火、淬火、 回火等表面淬火、物理气相沉积、化学气相沉积等渗碳、渗氮、 碳氮共渗等第46页/共159页按目的分类：按目的分类：预备热处理：预备热处理：最终热处理：最终热处理：为消除钢材经热加工后引起的某些缺陷，或为以后的加工做准备的热处理。退火正火为满足零件最终使用性能而进行的热处理。淬火、回火表面热处理化学热处理第47页/共159页一、钢的退火定义：定义：目的：

16、目的：将钢件加热到适当温度保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。1、降低硬度，提高塑性；2、细化晶粒，消除组织缺陷；3、消除内应力，提高塑性； 为以后的加工做准备。 为以后淬火做组织准备。 稳定尺寸，防止变形开裂。第48页/共159页工艺：工艺：完全退火球化退火去应力退火扩散退火第49页/共159页（一）完全退火定义：定义：工艺：工艺：将钢件加热完全A化后保持一定时间，然后缓慢冷却，获得接近平衡的热处理工艺。1、加热温度：2、保温时间：3、冷却； Ac3+3050 按钢件有效厚 度计算。 炉冷至500600 后出炉空冷。第50页/共159页工艺曲线：工艺曲线：温度温度时间时间500600 A

17、c3Ac1炉冷空冷第51页/共159页应用：应用：主要用于中碳钢和中碳合金钢的铸、焊、锻件和轧制件。对于过共析钢，因缓冷时沿晶界析出网状二次渗碳体，会显著降低钢的塑性和韧性，并给以后的切削加工和淬 火带来不利影响。因此，过共析钢不宜采用完全退火。注意：注意：第52页/共159页（二）球化退火定义：定义：工艺：工艺：使钢中碳化物球状化的退火工艺称为球化退火。1、加热温度：2、保温时间：3、冷却； Ac1+2030 同上普通球化退火：等温球化退火：第53页/共159页炉冷至500600 后出炉空冷。普通球化退火：等温球化退火：先在Ar1以下20 等温足够时间后，炉冷至500600 后出炉空冷。第5

18、4页/共159页工艺曲线：工艺曲线：温度温度时间时间500600 Ac3Ac1炉冷空冷炉冷普通球化退火等温球化退火第55页/共159页讨论讨论1： 为什么球化退火能使钢中碳化物球状化？ 1、片状球化能减少表面能量，使系统更稳定； 2、球化退火冷却条件为碳化物球化提供了外界条件。第56页/共159页 与层片状珠光体相比，球状珠光体硬度低、塑性好，有利于切削加工（如图4-13，P55）；并在以后的淬火过程中，A晶粒不容易长大，冷却时产生变形和裂纹的倾向也较小。讨论讨论2： 为什么要使钢中碳化物球状化？第57页/共159页应用：应用：主要用于共析钢和过共析钢的锻轧件。如果原始组织中存在较多的渗碳体网

19、，应先进行正火消除渗碳体网后，再进行球化退火。注意：注意：讨论讨论3：为什么亚共析钢不进行球化退火？亚共析钢球化退火后硬度太低。第58页/共159页（三）去应力退火定义：定义：工艺：工艺：为去除因塑性变形、焊接等而造成的应力热处理工艺。1、加热温度：2、冷却；500600 炉冷至室温第59页/共159页应用：应用：广泛应用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及机加工件中的残余应力。讨论：讨论：去应力退火过程中是否有相变发生？ 没有。因为加热温度在A1以下。目的：稳定钢件尺寸，减少变形，防止开裂。第60页/共159页二、钢的正火定义：定义：目的：目的：将钢件加热到Ac3(或Accm)温度以上30

20、50 ，保持一定时间，然后在静止空气中冷却的热处理工艺。与完全退火相似。1、细化晶粒；3、调整硬度。2、均匀组织；第61页/共159页工艺曲线：工艺曲线：温度温度时间时间Ac3 AccmAc1空冷第62页/共159页应用：应用：1、消除过共析钢的碳化物网，为球化退火做好组织准备；2、对低、中碳钢和低合金结构钢，作为消除应力，细化组织，改善切削加工性能和为淬火做组织准备的预备热处理；第63页/共159页3、用于某些碳钢、低合金钢工件在淬火返修时，消除应力，细化组织，以防止重新淬火时产生变形和开裂。4、对于某些力学性能要求不是很高的普通结构件，正火也可取代调质处理作为最终热处理使用。第64页/共1

21、59页各种退火、正火工艺曲线：各种退火、正火工艺曲线：温度温度时间时间500600 Ac3Ac1完全退火球化退火正火去应力退火扩散退火Ac3+150200 Ac3+3050 Ac1+2030 第65页/共159页三、退火和正火的选择 （完全）退火和正火都属于预备热处理。 完全退火和正火的工艺相似。 完全退火和正火的作用也基本相同。第66页/共159页讨论讨论1： 完全退火和正火能否相互替代？ 有时相互替代，有时不能替代。讨论讨论2： 在实际生产中，退火和正火怎么选用？第67页/共159页 1、从切削加工性考虑最宜切削加工的硬度：170260HBS因此因此对Wc0.50%的结构钢：预备热处理宜采

22、用完全退火。对高碳工具钢：预备热处理宜采用球化退火。第68页/共159页 2、从零件的结构形状考虑 3、从经济性考虑 对形状复杂或尺寸较大的零件： 预备热处理宜采用完全退火而不用正火，以减少应力和变形。 正火生产周期短，成本低，操作简单。因此，在可能条件下尽量采用正火，以降低生产成本。第69页/共159页定义：定义： 将钢件加热到Ac3或Ac1以上温度保持一定时间，然后以适当速度冷却，获得M或B下的热处理工艺称为淬火。第三节 钢的淬火与回火 钢件淬火后，再加热到A1以下某一温度保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。第70页/共159页注意：注意： 淬火回火工艺通常配合在一起使用，是

23、强化钢材、发挥钢材性能潜力、提高机械零件使用寿命的重要手段。 通过淬火与一定温度的回火相配合，可以获得各种不同的组织和性能，满足各类零件和工具对使用性能的不同要求。第71页/共159页第72页/共159页一、钢的淬火第73页/共159页 碳钢：根据Fe-Fe3C确定： 亚共析钢：Ac3+3050共析钢过共析钢：Ac1+3070 合金钢：根据相变临界点确定， 可适当提高。第74页/共159页=K D K装炉系数（11.5） 加热系数，见表4-4（P58） D钢件有效厚度，见表4-17第75页/共159页A1MSMf温度温度时时 间间钢件淬火时理想的冷却曲线第76页/共159页对淬火介质的要求：

24、1 1、具有足够的冷却能力、良好、具有足够的冷却能力、良好的冷却性能和较宽的使用范围；的冷却性能和较宽的使用范围； 2 2、使用安全可靠，不易燃、不、使用安全可靠，不易燃、不易老化、不腐蚀、易清洗、无公害；易老化、不腐蚀、易清洗、无公害； 3 3、资源丰富，经济性较好。、资源丰富，经济性较好。第77页/共159页常用淬火介质： 1 1、水、水 2 2、机油、机油 3 3、盐水、盐水 4 4、碱水、碱水 5 5、新型淬火介质、新型淬火介质详见P5959表表4-54-5第78页/共159页单介质淬火单介质淬火双介质淬火双介质淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火第79页/共159页A1MSMf温度温

25、度时时 间间1234第80页/共159页定义：定义：表示：表示： 在规定条件下，决定钢材淬在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。硬深度和硬度分布的特性。 如图如图4-20 P604-20 P60 用临界直径用临界直径DcDc表示。表示。 DcDc：钢材在某种介质中淬火：钢材在某种介质中淬火后，心部得到全部或后，心部得到全部或50%50%的最大直径。如图的最大直径。如图4-214-21。第81页/共159页意义：意义： 淬透性对钢经热处理后的性淬透性对钢经热处理后的性能有很大影响：能有很大影响： 淬透性好，淬火时被淬透，经淬透性好，淬火时被淬透，经回火后整个截面性能均匀一致。回火后整个

26、截面性能均匀一致。 淬透性不好，淬火时不能淬透，淬透性不好，淬火时不能淬透，经回火后表里性能不一。经回火后表里性能不一。 因此，淬透性是重要的热处理淬透性是重要的热处理工艺性能，对于。合理选材和正工艺性能，对于。合理选材和正确制定热处理工艺具有重要意义。确制定热处理工艺具有重要意义。第82页/共159页影响因素：影响因素： 钢的淬透性主要取决于过淬透性主要取决于过冷的稳定性（即曲线的位置）：冷的稳定性（即曲线的位置）： 钢的化学成分：碳钢中碳钢中WcWc越接近共析越接近共析成分，钢的淬透性越好；合金钢中绝大成分，钢的淬透性越好；合金钢中绝大多数合金元素溶于多数合金元素溶于A A后能有效提高钢的

27、淬后能有效提高钢的淬透性。透性。 A化温度及保温时间：适当提高适当提高A A化化温度或延长保温时间温度或延长保温时间, ,可使可使A A成分更均匀，成分更均匀，有利于提高淬透性。有利于提高淬透性。第83页/共159页定义：定义： 钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度。 淬透性好的钢不一定淬硬性好。第84页/共159页二、钢的回火经淬火后，钢的组织和性能？经淬火后，钢的组织和性能？组织：组织：淬火和淬火和都是亚稳定组织。都是亚稳定组织。迟早要发生转变，尺寸不稳定。迟早要发生转变，尺寸不稳定。性能：性能：淬火虽然具有高的强度和硬淬火虽然具有高的强度和硬度，但脆性较大，并存在较大度，但脆性较

28、大，并存在较大内应力。内应力。因此：因此：淬火钢必须经回火后才能使用。淬火钢必须经回火后才能使用。第85页/共159页、稳定组织，消除内应力、稳定组织，消除内应力防止工件在加工和使用过程中产生变防止工件在加工和使用过程中产生变形和开裂。形和开裂。、减少脆性，调整硬度、减少脆性，调整硬度以满足各种工件对性能的不同要求。以满足各种工件对性能的不同要求。第86页/共159页0400200600回火温度/溶碳量残余量应力Fe3C尺寸组织变化规律组织变化规律第87页/共159页性能变化规律性能变化规律0 200300400500600回火温度/硬度强度塑性韧性bHBSAKU第88页/共159页低温回火：

29、低温回火：中温回火：中温回火：高温回火：高温回火：150150250250350350500500500500650650第89页/共159页低温回火低温回火：150150250250回火后的组织：回火后的组织： 回回回火后的性能：回火后的性能： 高的硬度和耐磨性，高的硬度和耐磨性，但塑性和韧性较差但塑性和韧性较差应用：应用： 主要用于刃具、量具、冷作模主要用于刃具、量具、冷作模具、滚动轴承、渗碳淬火件、具、滚动轴承、渗碳淬火件、表面淬火件等表面淬火件等第90页/共159页中温回火中温回火：350350500500回火后的组织：回火后的组织： 回回回火后的性能：回火后的性能：较高的弹性极限和较

30、高的弹性极限和强度，较好的韧性强度，较好的韧性应用：应用： 主要用于弹性零件、热锻模具主要用于弹性零件、热锻模具等。等。第91页/共159页高温回火高温回火：500500650650回火后的组织：回火后的组织： 回回回火后的性能：回火后的性能：良好的综合力学性良好的综合力学性能。能。应用：应用：广泛用于各种重要的结构零件，广泛用于各种重要的结构零件，如螺栓、连杆、齿轮、轴等。如螺栓、连杆、齿轮、轴等。调质：调质：淬火淬火+ +高温回火的热处理工艺高温回火的热处理工艺第92页/共159页1 1、为什么没有、为什么没有250250350350的回火？的回火？ 因为淬火件在此温度回火后会出因为淬火件

31、在此温度回火后会出现回火脆性，使塑性韧性显著下降。现回火脆性，使塑性韧性显著下降。2 2、为什么没有、为什么没有250250350350的回火？的回火？ 因为多数机械零件或结构都需要因为多数机械零件或结构都需要良好的综合力学性能。良好的综合力学性能。第93页/共159页定义：定义： 淬火钢在某些温度回火或从回火淬火钢在某些温度回火或从回火温度冷却通过该温度区间时的脆化现温度冷却通过该温度区间时的脆化现象。象。第94页/共159页回火温度冲击吸收功300500650快冷慢冷第95页/共159页分类：分类：第一类回火脆性第一类回火脆性（低温、不可逆）（低温、不可逆）第二类回火脆性第二类回火脆性（高

32、温、可逆）（高温、可逆）第96页/共159页三、常见淬火缺陷1 1、淬火工件的过热与过烧、淬火工件的过热与过烧2 2、变形与开裂、变形与开裂3 3、氧化与脱碳、氧化与脱碳4 4、硬度不足与软点、硬度不足与软点产生原因、危害、防止、补救措施产生原因、危害、防止、补救措施第97页/共159页 如前述，通过淬火和一定温度的回如前述，通过淬火和一定温度的回火，可获得不同的组织和性能，满足火，可获得不同的组织和性能，满足各种零件对性能的不同要求。各种零件对性能的不同要求。 但淬火和回火属整体热处理，处理但淬火和回火属整体热处理，处理后零件表面心部性能是一致的。后零件表面心部性能是一致的。 齿轮、轴等零件

33、要求表面、心部性齿轮、轴等零件要求表面、心部性能不同，怎么办？能不同，怎么办？第98页/共159页第99页/共159页第100页/共159页 工件经表面淬火后：表层得到具工件经表面淬火后：表层得到具有高的硬度和耐磨性；心部仍为淬火有高的硬度和耐磨性；心部仍为淬火前组织具有足够的韧性。前组织具有足够的韧性。（表硬心韧）（表硬心韧） 主要用于要求表面具有高硬度、高主要用于要求表面具有高硬度、高耐磨性，而心部要求足够强度和韧性耐磨性，而心部要求足够强度和韧性的零件，如的零件，如齿轮、轴齿轮、轴等。等。第101页/共159页第102页/共159页原理： 电磁感应原理集肤效应热效应涡 流第103页/共1

34、59页特点： 1）加热速度快，加热时间短，晶粒细小，硬度高，且脆性小。 2）表面存在残余压应力，显著提高疲劳强度。 3）加热时间短，工件氧化、脱碳少，变形小。第104页/共159页 4）淬硬层深度容易控制，可满足各种工件对淬硬层深度的不同要求。 5）生产效率高，便于机械化、自动化生产，适于大批量生产。不足： 设备投资较大，形状复杂零件的感应器制造困难不适于单件小批生产。第105页/共159页分类分类电源频率电源频率淬硬层深度淬硬层深度应用范围应用范围高频高频感应加热感应加热200300KHz0.52mm要求耐磨的小型要求耐磨的小型齿轮、小轴齿轮、小轴中频中频感应加热感应加热25008000KH

35、z28mm承受扭曲、压力承受扭曲、压力载荷的曲轴、大载荷的曲轴、大齿轮、主轴等齿轮、主轴等工频工频感应加热感应加热50Hz1015mm承受扭曲、压力的承受扭曲、压力的大型零件，如冷轧大型零件，如冷轧辊、火车车轮等辊、火车车轮等第106页/共159页 感应淬火主要用于中碳钢和中碳合金结构钢制造的齿轮和轴类零件。 这类零件在表面淬火之前，需经正火或调质处理（预先热处理），以保证其心部具有良好的综合力学性能。第107页/共159页定义： 应用氧应用氧乙炔（或其它可燃气体）乙炔（或其它可燃气体）火焰对工件表面进行加热，随之淬火火焰对工件表面进行加热，随之淬火冷却的热处理工艺。冷却的热处理工艺。 火焰淬

36、火淬硬层深度一般为火焰淬火淬硬层深度一般为2 26mm6mm。第108页/共159页特点： 设备简单，操作灵活，淬火成本低。设备简单，操作灵活，淬火成本低。 但加热温度和淬硬层深度不易控制，但加热温度和淬硬层深度不易控制，质量不稳定。质量不稳定。 只用于单件、小批生产以及大型工只用于单件、小批生产以及大型工件（如大模数齿轮、大轴轴颈）的表件（如大模数齿轮、大轴轴颈）的表面淬火。面淬火。应用：第109页/共159页 气相沉积就是用气相沉积就是用物理或化学物理或化学的方法，的方法，使使气相气相中的中的纯金属纯金属或或化合物化合物沉积于工沉积于工件表面件表面形成涂层形成涂层，以提高工件的耐磨，以提高

37、工件的耐磨性、耐蚀性，或获得某些特殊的物理性、耐蚀性，或获得某些特殊的物理化学性能的一种表面涂覆新技术。化学性能的一种表面涂覆新技术。第110页/共159页 如前述，通过表面淬火，可使零件如前述，通过表面淬火，可使零件的表面和心部获得不同的组织和性能，的表面和心部获得不同的组织和性能，满足一般齿轮、轴类零件（机床齿轮、满足一般齿轮、轴类零件（机床齿轮、轴）对性能的要求。轴）对性能的要求。第111页/共159页 表面淬火是否能满足所有齿轮、轴表面淬火是否能满足所有齿轮、轴类零件的性能要求？类零件的性能要求？例如：汽车齿轮例如：汽车齿轮第112页/共159页 化学热处理是将工件置于一定温化学热处理

38、是将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入工件表层，以改变其表层的元素渗入工件表层，以改变其表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学成分、组织和性能的热处理工艺。第113页/共159页第114页/共159页分解：吸收：扩散：化学介质在一定温度条件下分化学介质在一定温度条件下分解，产生渗入元素的活性原子。解，产生渗入元素的活性原子。活性原子进入工件表面，溶入活性原子进入工件表面，溶入铁的晶格形成固溶体或化合物。铁的晶格形成固溶体或化合物。渗入的活性原子由表面向内部渗入的活性原子由表面向内部扩散，形成一定厚度的渗层。扩散，形成一定厚度的渗层。第1

39、15页/共159页定义：目的：为增加钢件表层碳含量和形成为增加钢件表层碳含量和形成一定的碳浓度梯度，将钢件置一定的碳浓度梯度，将钢件置于富碳介质中加热保温，使碳于富碳介质中加热保温，使碳原子渗入工件表层的化学热处原子渗入工件表层的化学热处理工艺。理工艺。提高工件表面的硬度和耐磨性。提高工件表面的硬度和耐磨性。第116页/共159页渗碳用钢：Wc=0.10-0.25%Wc=0.10-0.25%的的低碳钢和低碳合金钢低碳钢和低碳合金钢为什么要规定渗碳用为什么要规定渗碳用钢的钢的WcWc？为保证工件渗碳为保证工件渗碳+ +淬火回火淬火回火后，表面具有高的硬度和后，表面具有高的硬度和耐磨性，而心部具有

40、足够耐磨性，而心部具有足够的强度和韧性。的强度和韧性。第117页/共159页渗碳方法：根据渗碳剂不同，分根据渗碳剂不同，分固体渗碳、液体渗碳、固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳气体渗碳。 其中气体渗碳生产率高，渗碳过其中气体渗碳生产率高，渗碳过程容易控制，因而在生产应用最广程容易控制，因而在生产应用最广泛。泛。 气体渗碳方法如图气体渗碳方法如图4-294-29，P69P69第118页/共159页井式气体渗碳炉井式气体渗碳炉900900950950煤油、丙酮等煤油、丙酮等第119页/共159页 工件经渗碳后，工件经渗碳后，WcWc从表面到心部从表面到心部逐步减少，表面逐步减少，表面WcWc可达可达0.

41、80-1.05%0.80-1.05%，而心部仍为低碳成分。而心部仍为低碳成分。 工件经渗碳后，如果缓冷至室温，工件经渗碳后，如果缓冷至室温，人表面到到心部组织依次为：过共人表面到到心部组织依次为：过共析层、共析层、亚共析层。析层、共析层、亚共析层。第120页/共159页 渗碳后的热处理通常为渗碳后的热处理通常为淬火淬火+ +低低温回火温回火。 根据工件材料和性能要求的不同，根据工件材料和性能要求的不同，渗碳后的淬火可采用：渗碳后的淬火可采用： 直接淬火直接淬火合金渗碳钢合金渗碳钢 一次淬火一次淬火碳素渗碳钢碳素渗碳钢第121页/共159页时间温度900950820860160200第122页/

42、共159页时间温度900950820860160200第123页/共159页表层：表层：心部：心部：组织组织性能性能回回细粒细粒状碳化物状碳化物低碳低碳回回或或组织组织高硬度高硬度(58-64HRC)(58-64HRC)高耐磨性高耐磨性较高的强度，良好较高的强度，良好的塑性与韧性的塑性与韧性第124页/共159页 渗层深度容易控制，渗层仿形性渗层深度容易控制，渗层仿形性好，渗碳后表面存在残余压应力，好，渗碳后表面存在残余压应力，能提高疲劳强度，生产成本较低。能提高疲劳强度，生产成本较低。特点：特点： 但渗碳温度较高，渗碳淬火容易但渗碳温度较高，渗碳淬火容易导致变形、开裂。导致变形、开裂。第12

43、5页/共159页应用：应用： 渗碳淬火渗碳淬火+ +低温回火低温回火是应用最广泛是应用最广泛的化学热处理工艺。的化学热处理工艺。 特别适用于重载、磨损、冲击条特别适用于重载、磨损、冲击条件下工伯的零件。件下工伯的零件。 如汽车齿轮、汽车轴等。如汽车齿轮、汽车轴等。第126页/共159页第127页/共159页第128页/共159页第129页/共159页第130页/共159页第131页/共159页定义：目的：在一定温度下（一般在在一定温度下（一般在AcAc1 1以以下下) )使活性氮原子渗入工件表使活性氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。层的化学热处理工艺。提高工件表面的硬度、耐磨性，提高工件表面

44、的硬度、耐磨性，以及疲劳强度和耐腐蚀性。以及疲劳强度和耐腐蚀性。第132页/共159页渗氮用钢：对以提高耐蚀性为主的渗氮：对以提高耐蚀性为主的渗氮： 优质碳素结构钢：优质碳素结构钢：2020、3030、4040钢钢对以提高疲劳强度为主的渗氮：对以提高疲劳强度为主的渗氮： 合金结构钢：合金结构钢：40Cr40Cr、42CrMo42CrMo对以提高耐磨性为主的渗氮：对以提高耐磨性为主的渗氮： 渗氮专用钢：渗氮专用钢：38CrMoAlA38CrMoAlA第133页/共159页整体热处理：整体热处理：表面热处理：表面热处理：化学热处理：化学热处理：退火、正火、淬火、 回火等表面淬火、物理气相沉积、化学

45、气相沉积等渗碳、渗氮、 碳氮共渗等第134页/共159页第七节 热处理工艺的应用第135页/共159页在进行零件设计和制订加工工艺时， 必须正确设计零件的结构形状、热处理技术条件和热处理工艺的工序位置。第136页/共159页一、热处理零件的结构工艺性 是指所设计的零件结构在满足使用要求的前提下，实施制造的可行性和经济性（也即制造零件的难易程度）。第137页/共159页 是指所设计的零件结构在满足使用要求的前提下，进行热处理的可行性和经济性（也即热处理的难易程度）。第138页/共159页 在设计需要热处理的零件时，必须考虑热处理工艺对零件结构的要求 以确保零件热处理质量。第139页/共159页 1、避免截面厚薄相差悬殊，合理安排也洞与键槽； 2、避免尖角和棱角； 3、尽量采用封闭和对称结构； 4、合理采用组合结构。第140页/共159页二、零件的热处理技术条件 当零件有热处理要求时，设计者应根据零件的工作条件、材料及性能要求提出适当的热处理技术条件并标注在零件图上； 热处理技术条件的内容包括热处