中职《金属加工与实训-基础常识与技能训练》-第3章-钢的热处理课件

1、P.60 课件制作：重庆市涪陵区职教中心 数控组 云天全国中职机械类规划新教材（高教版）基础常识与技能训练 第3章 钢的热处理（第2版）金属加工与实训P.60 课件制作：全国中职机械类规划新任务描述第3章 钢的热处理P.60 本章主要介绍了钢的热处理的概念、目的、原理、分类和应用范国等内容。 学习任务主要包括: 第一，了解钢的热处理的概念、原理和分类； 第二，理解常用热处理方法的目的和应用范围； 第三，熟悉典型零件(如弹簧、轴、齿轮、滚动轴承、切削刀具、模具等)的热处理方法，建立感性认识，做到触类旁通； 第四，学习过程中，要先理解概念，然后理论联系实际，并注意借助多媒体资料，帮助自己提高学习效

2、率和拓展知识面，同时注重师生之间、同学之间的相互交流和探讨，提高交流能力和表达能力。任务描述第3章 钢的热处理P.60 本章主要 热处理概述钢的热处理退火与正火淬火与回火时 效表面热处理与化学热处理热处理新技术简介本章知识结构热处理概述概念热处理分类热处理原理退火正火淬火回火自然时效热时效其它时效表面热处理化学热处理第3章 钢的热处理P.60形变、真空、可控气氛、激光、电子束热处理 热处理概述钢的热处理退火与正火淬火与回火时 教学要求（1）（2）（3）（4）（5）了解金属材料热处理的概念、目的、原理、分类及应用；理解退火、正火、淬火、回火、调质、时效处理的目的、方法及应用；了解钢的表面热处理和

3、化学热处理的一般方法；可通过现场教学或采用多媒体等教学手段，了解典型零件的热处理工艺过程；了解热处理的新技术、新工艺。第3章 钢的热处理P.60教学要求（1）了解金属材料热处理的概念、目的、原理、分类及应 钢的的应用 热处理在机械制造中占有重要的地位，绝大多数的机械零件都需要进行热处理，如量具、切削刀具、模具、轴、凸轮、弹簧、滚动轴承、齿轮等零件都需要进行热处理；此外，某些铸件、锻件、焊件等也经常需要进行热处理。第3章 钢的热处理P.60 钢的热处理 把钢加热、保温、冷却，通过改变钢的内部组织，来达到改变（强化）钢的性能的一种工艺方法。 钢热处理的目的 （1）强化作用：合理地改善零件的组织和性

4、能，提高零件的质量和使用寿命，最大限度地挖掘钢材的使用潜力和经济价值。 （2）改善钢的加工工艺性能：通过热处理还可以降低材料硬度、提高塑性，达到改善工艺性能（如切削加工性、冲压性）的目的，如退火等等。 钢的的应用 热处理在机械制造中占有重要的第一节 热处理概述P.60 钢的热处理 把钢加热、保温、冷却，通过改变钢的内部组织，来达到改变（强化）钢的性能的一种工艺方法。二、热处理工艺的分类 热处理方法种类很多，主要有整体热处理、表面热处理、化学热处理。整体热处理表面热处理化学热处理热处理分类 退火、正火、淬火、回火表面淬火和回火. 渗碳、渗氮、碳氮共渗. 一、热处理概念第一节 热处理概述P.60

5、钢的热处理 把钢第一节 热处理概述 三、热处理原理P.60 热处理原理 对零件进行热处理，一般不改变工件的尺寸，而是改变工件的显微组织或表层的化学成分或组织，来达到改变工件力学性能的目的。 冷却：将加热保温后的钢（奥氏体组织）采用适当的方式（炉冷、空冷、水冷或油冷等方式）冷却到室温，得到需要的各种组织（珠光体类、贝氏体类、马氏体等显微组织）。 加热、保温：将钢加热到临界温度以上保温一定埋单，使其全部或部分转变成奥氏体组织。第一节 热处理概述P.60 热处理原理 第一节 热处理概述 *四、铁碳合金相图P.61 又称铁碳合金状态图，它是表示平衡状态下不同化学成分的铁碳合金在不同温度时所具有的组织和

6、状态的图形。 金属材料在加热或冷却过程中，发生相变的温度称为临界点(或相变点)。铁碳合金相图中 A1、 A3、 Am 线是在平衡条件(缓慢加热或缓慢冷却)下测得的。 铁碳合金相图 亚共析钢： 共析钢： 过共析钢：珠光体 P铁素体+珠光体 F+P 珠光体+二次渗碳体 P+FeC3 钢的平衡组织第一节 热处理概述P.61 第一节 热处理概述 *四、铁碳合金相图P.61第一节 热处理概述P.61第一节 热处理概述 *四、铁碳合金相图P.62 铁碳相图中钢的临界温度 第一节 热处理概述P.62 铁碳相图中钢的临界第二节 退火与正火 一、退火P.63 是钢铁材料常用的两种基本热处理工艺方法，主要用来处理

7、毛坯件(如铸件、锻件、焊件等)，为以后的切削加工和最终热处理作组织准备。因此，退火与正火通常又称为预备热处理。对一般铸件、锻件、焊件以及性能要求不高的工件来讲，正火也可作为最终热处理。一、退火 1. 退火的概念和目的 退火 是将工件加热到适当温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。在机械零件的制造过程中，一般将退火作为预备热处理工序，并安排在粗加工之前 。 退火的目的 是降低钢铁材料的硬度，提高其塑性，改善其切削加工性能和锻压加工性能；细化钢铁材料的组织，均匀其化学成分；消除钢铁材料的内应力，防止其变形和开裂；为钢铁材料进行后续加工或热处理作准备。 退火与正火 第二节 退火与正火P.6

8、3 第二节 退火与正火 一、退火P.64 2. 退火的方法和应用完全退火退火方法球化退火去应力退火其它退火方法 用于中碳钢制作的铸、锻、焊件，改善切削加工性。用于高碳钢制作的锻造件，改善切削加工性。用于去除铸造、锻造件、粗加工件中的内应力。如等温退火、均匀化退火。第二节 退火与正火P.64 2. 退火的方法和第二节 退火与正火 二、正火P.65 1. 正火的概念和目的 正火 是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。 正火与退火的比较 一般加热温度比退火高；冷却速度比退火快，过冷度较大，因此正火后得到的组织比较细，强度和硬度比退火高些。另外，正火与退火相比具有操作简便、生产周期短、生产效

9、率高、生产成本低的特点。 正火的目的 是细化晶粒，提高钢铁材料的硬度，消除钢铁材料中的网状碳化物(或渗碳体)并为淬火、切削加工等后续工序作组织准备。第二节 退火与正火P.65 1. 正火的概念和 用于淬火返修件，消除淬火应力，细化组织，防止工件重新淬火时产生变形与开裂。第二节 退火与正火 二、正火P.66 2. 正火的方法和应用 生产中正火主要应用于以下场合 用于改善钢铁材料的切削加工性能。低碳钢（c0.25%）和低碳合金钢（c0.25%）经退火后硬度偏低，切削加工时有“粘刀” 现象，而且会使工件表面粗糙度值变大。通过正火能适当提高钢铁材料的硬度，改善切削加工性。 用于消除高碳钢中的网状碳化物

10、，为球化退火作组织准备。 用于普通结构零件或某些大型非合金钢工件的最终热处理，来代替调质处理，如铁道车辆的车轴就是用正火工艺作为最终热处理的。 用于淬火返修件，消除淬火应力，细化组织，防止工第二节 退火与正火P.66实践经验 钢铁材料适宜切削加工的硬度范围是 170260HBW。如果钢铁材料的硬度高于 260HBW（高碳钢），则不容易切削，并会加剧切削刀具的磨损，适宜采用退火； 相反，如果钢铁材料的硬度低于 170HBW（低碳钢），则容易发生“粘刀” 现象，影响工件表面的加工质量和加工效率，适宜采用正火。 钢铁材料合理选择退火工艺或正火工艺主要是为了使钢铁材料获得适宜切削加工的硬度范围。一般来

11、说，选择退火工艺可以降低钢铁材料的硬度而选择正火工艺，则可以提高钢铁材料的硬度.第二节 退火与正火P.66实践经验 钢铁材料适宜第三节 淬火与回火 一、淬火P.66 淬火与回火 淬火是为了提高钢的硬度（强化钢），但淬火后工件需及时回火，以稳定组织与尺寸，防止工作变形与开裂。一、淬火 1. 淬火的概念和目的 淬火 是指工件加热奥氏体化后以较快的冷却方式，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。 淬火的主要目的 是使钢铁材料获得马氏体（或贝氏体）组织，提高钢铁材料的硬度和强度，并与回火工艺合理配合，获得需要的使用性能。 马氏体是碳或合金元素在 a-Fe 中的过饱和固溶体，是单相亚稳定组织，硬度较高，用

12、符号 M 表示。马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数，马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。 马氏体显微组织第三节 淬火与回火P.66 淬火与回火 淬火是第三节 淬火与回火 一、淬火P.66 2. 淬火工艺原理 （1）淬火的加热温度 不同的钢种其淬火加热温度不同。非合金钢的淬火加热温度可由铁碳合金相图确定，如图。 亚共析钢 淬火加热温度为 Ac3 以上 3050，因为在此温度范围内，可全部获得细小的奥氏体晶粒，淬火后得到均匀细小的马氏体组织。 共析钢和过共析钢 淬火加热温度为 Ac1 以上 3050，此时钢材中的组织为奥氏体加碳化物(或渗碳体)颗粒，淬火后可以获得细小的马氏体组织和球状

13、碳 F+P iP P+Fe， Cn化物(或渗碳体)，能够保证钢材淬火后获得高硬度和高耐磨性。 如果加热温度超出上述范围，都会使钢淬火后带来缺陷。 （2）加热时间 升温与保温时间 第三节 淬火与回火P.66 2. 淬火工艺原理第三节 淬火与回火 一、淬火P.66 钢淬火的最佳效果：淬火得到马氏体组织（特别是工件芯部），又要防止工件变形与开裂。 水：冷速快，易淬透，但Ms附近也太快，工件易变形与开裂。只适合于碳钢小零件的淬火。 油：冷速不如水快，不易淬透，但Ms附近冷速理想，工件不易变形与开裂。适合于淬透性本来就较好的合金钢。（合金元素使C曲线右移）。 2. 淬火工艺原理 （3）淬火速度 钢的C曲

14、线: C鼻尖、Ms线、 Mt线。 钢的理想淬火冷却速度 在C曲线鼻尖附近要快冷，防止出现非马氏体组织，在Ms附近要慢冷，以防止工件变形与开裂。第三节 淬火与回火P.66 钢淬火的最佳效果第三节 淬火与回火 一、淬火P.66 3. 淬火方法和应用 根据钢材化学成分及对组织、性能和钢件尺寸精度的要求，在保证技术要求规定的前提下，应尽量选择简便、经济的淬火方法。 常用的淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。第三节 淬火与回火P.66 3. 淬火方法和应第三节 淬火与回火 二、回火P.69 1. 回火的概念和目的 回火 是指工件淬硬后，加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一

15、定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火是在淬火之后进行的，通常也是零件进行热处理的最后一道工序。 回火目的 1）消除淬火后的残余内应力 2）稳定组织、稳定尺寸 3）调节钢的力学性能 随着回火温度的提高，钢的内应力逐渐消失，韧性、塑性提高，而硬度、强度逐渐下降。第三节 淬火与回火P.69 1. 回火的概念和第三节 淬火与回火 二、回火P.69 2. 回火的方法和应用 根据钢材在回火过程中的温度范围 回火的方法和应用 ，可将回火分为三种:低温回火、中温回火和高温回火。 1）低温回火（150250C） 用途： 高碳钢制造的各种工具、量具和模具，滚动轴承，及其它耐磨零件。 目的：降低淬火内应力，提高

16、韧性，同时保持高硬度和耐磨性。 组织：回火马氏体，58 62HRC。第三节 淬火与回火P.69 2. 回火的方法和第三节 淬火与回火 二、回火P.70 2. 回火的方法和应用 2）中温回火（250450C） 组织：回火托氏体，35 50HRC。 目的及用途：具有高的弹性极限、屈服强度和一定的韧性。主要用于制造各类较大尺寸的弹簧。第三节 淬火与回火P.70 2. 回火的方法和第三节 淬火与回火 二、回火P.70 2. 回火的方法和应用 3）高温回火（500650C） 淬火+高温回火调质 目的： 中碳钢调质后获得了较合理的硬度、强度、塑性和韧性，具有良好的综合力学性能。 用途：调质广泛用于受力复杂

17、，抗疲劳破坏，需要较好综合力学性能的螺栓、连杆、齿轮、主轴等重要零件的热处理。 组织： 回火索氏体，200 330HBW。第三节 淬火与回火P.70 2. 回火的方法和P.71 时效：金属材料经过冷加工、热加工或固溶处理后，在室温下放置或适当升温加热时，发生的力学和物理性能随着时间而变化的现象。 时效方法： 常用的时效方法主要有自然时效、热时效、变形时效、振动时效和沉淀硬化时效等。 自然时效是指钢铁材料（铸、锻、焊件）经过冷加工、热加工或固溶处理后，在室温下发生性能随着时间（半年或几年）而变化的现象。 特点：利用自然时效可以消除工件内的部分残余应力（消除 10% 12%），稳定工件的形状和尺寸

18、。自然时效的优点是不使用任何设备，不消耗能源，但时效周期长，工件内部的残余应力不能完全消除。第四节 时效 一、自然时效P.71 时效：金属材料经过冷加工、热加工或第四节 时效 二、热时效P.71 热时效：较高温度下进行的时效处理是人工热时效； 方法：将钢件加热到80-150摄氏度，5-20小时保温后随炉或取出在空气中冷却。时效温度一般均比低温回火要低或更低，保温时间要长或更长。 特点：金属结构件经过热时效处理，达到消除残余内应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生，生产周期较短，目前是广泛采用的传统方法。第四节 时效P.71 热时效：较高温度下进行第四节 时效 三、其它时效P.71 1. 变

19、形时效 变形时效是指，钢在冷变形后，产生了内应力、降低了塑性、提高了硬度，需要进行的时效处理，也分为自然时效和热时效。 2. 振动时效 振动时效是指通过机械振动(如超声波)的方式来消除、降低或均匀工件内残余应力的工艺。 振动时效节能且效率高，不受工件尺寸和重量的限制，工件内部的残余应力可消除 30%，可代替人工时效和自然时效。振动时效工艺适用于重要的铸件、锻件和焊接件等，在国内外已获得广泛应用。 3. 沉淀硬化时效 沉淀硬化时效是在过饱和固溶体中形成或析出弥散分布的强化相而使金属材料硬化的热处理工艺。它是不锈钢、高温耐热合金、高强度铝合金等的重要强化方法第四节 时效P.71 1. 变形时效 第

20、五节 表面热处理与化学热处理 一、表面热处理P.72 表面热处理 是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。其中表面淬火是最常用的表面热处理工艺之一。 对于要求表面耐磨，而又承受冲击载荷的某些零件，适合进行表面淬火、渗碳淬火等表面热处理和化学热处理。通过这类热处理，可以达到“心韧表硬”的特殊效果，如活塞销、齿轮齿面、机床导轨等。 表面淬火方法 根据加热方法不同，分为感应加热、火焰加热和电接触加热等。 表面淬火 是仅对工件表层进行淬火的工艺，其目的是使工件表层获得高硬度、高耐磨性，而心部保持原有良好的塑性和韧性。第五节 表面热处理与化学热处理P.72 表面第五节 表面热处理与化学

21、热处理 一、表面热处理P.73 1. 感应淬火 （1）感应淬火的基本原理 将一个用薄壁纯铜管制作的加热感应器(或线圈)通以交流电流时，就会在钢件表面感应出电“涡流”，其热效应使工件表面迅速加热到淬火温度（约900C）（而钢心部温度几乎不变），然后迅速喷水冷却，实现了表面淬火。 感应淬火：利用感应电流对工件产生的热效应，使工件表面、局部或整体加热并进行快速冷却的一种淬火方法。第五节 表面热处理与化学热处理P.73 1.第五节 表面热处理与化学热处理 一、表面热处理P.73 1. 感应淬火 （2）感应淬火的特点 感应淬火具有工件加热速度快、时间短、变形小、基本无氧化和无脱碳的特点。工件表面经感应淬

22、火后，在淬硬的表面层中存在较大的残余压应力，可以有效地提高工件的疲劳强度；另外，感应淬火生产率高，易实现机械化、自动 淬火喷水套化，适合于大批量生产。 淬火时工 钢件件表面加热深度主要取决于交流电流的频率。生产上可通 强过调整交流电流的频率获得不同的淬硬层深度。 （3）感应淬火的应用 感应淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢(如 40、 45、 40Cr、 40MnB 钢等)制造的、形状不复杂的工件。第五节 表面热处理与化学热处理P.73 1.第五节 表面热处理与化学热处理 一、表面热处理P.74 2. 火焰淬火 火焰淬火 是利用乙炔-氧或其他可燃气体燃烧的火焰对工件表层进行加热，随之快速冷却的淬火

23、工艺。 火焰淬火的特点： 火焰淬火的淬硬层深度一般为 26mm，若淬硬层过深，往往会使工件表面产生过热，甚至产生变形与裂纹。火焰淬火操作简便，不需要特殊设备，生产成本低，但工件表面淬火质量难以控制，生产率低。 主要用于单件或小批量生产的大模数齿 烧嘴轮、轴、工具、轧辊等。第五节 表面热处理与化学热处理P.74 2.第五节 表面热处理与化学热处理 二、化学热处理P.74 化学热处理： 是将工件置于适当的活性介质中加热、 淬硬层保温，使一种或几种元素渗入到它的表层，以改变其化学 工件加热层成分、组织和性能的热处理工艺。 化学热处理特点：与表面淬火相比，其特点是表层不仅有组织的变化，而且还有化学成分

24、的变化。 化学热处理方法： 通常以渗入元素来命名，如渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等。由于渗入元素不同，工件表面处理后获得的性能也不相同。 化学热处理过程：由分解、吸收和扩散三个基本过程组成。分解是指渗入介质在高温下发生化学反应产生分解，形成渗入元素的活性原子；吸收是指渗入元素的活性原子被钢件表面吸附，进入晶格内形成固溶体或形成化合物；扩散是指被吸附的渗入原子由钢件表层逐渐向内扩散，形成一定深度的扩散层。第五节 表面热处理与化学热处理P.74 化第五节 表面热处理与化学热处理 二、化学热处理P.74 1. 渗碳 渗碳：将低碳钢零件置于活性碳介质中经长时间加热、保温，然后冷却下来，使零件表层获得高碳（wc = 0.81.1%）成分的热处理方法。 渗碳用钢：一般为低碳钢(wc = 0.10.25%），如：15、20、20Cr、20CrMnTi等。 渗碳层深度：0.5 2.5mm 。 渗碳方法：气体、固体、液体渗碳方法。第五节 表面热处理与化学热处理P.74 1第五节 表面热处理与化学热处理 二、化学