工程材料及成形技术基础 金属材料热处理

金属材料热处理碳钢的问题:1.强度较低,不能承受高载荷;

改善钢性能的途径：合金化3.热硬性差,只能在200ºC以下工作

2.淬透性差,不能做大件和复杂件4.不能满足某些特殊性能要求热处理

一般机械零件的加工路线是：毛坯（铸、锻）预备热处理机加工最终热处理分类：

普通热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理：

表面淬火：感应加热淬火、火焰加热淬火化学热处理：渗碳、渗氮、渗金属亚共析钢：Ac3+30~50ºC,

组织：F+P共析钢：Ac1+30~50ºC,

组织：P过共析钢：Ac1+30~50ºC,

组织：P球

4.1退火与正火4.1.1退火(annealing)随炉冷却退火的目的：1.降低硬度以便于切削加工2.消除残余内应力以防止钢件在淬火和使用时发生变形和开裂3.细化晶粒，改善组织，提高力学性能4.为最终热处理做准备2.等温退火可使工件在炉内的停留时间大大缩短。1.完全退火适于亚共析钢和铸件、锻件及焊接件，使钢软化以便于切削加工，并可消除内应力。3.球化退火适于共析钢和过共析钢，获得球状珠光体，以降硬度，改善切削加工性能，减小淬火的变形和开裂。5.去应力退火适于：铸件、锻件、焊接件、冷拉伸件、切削加工件目的：消除残余应力，以提高尺寸稳定性，防止在切削加工中和使用过程中的变形和裂纹倾向4.扩散退火适于：合金钢大型铸、锻件目的：消除晶内偏析

6.再结晶退火用于处理冷轧、冷拉、冷挤压等发生加工硬化的钢材亚共析钢：F+S共析钢：S过共析钢：S+Fe3C粒状

4.1.2正火(normalizing)：空中冷却目的的：获获得得马马氏氏体体和和贝贝氏氏体体组组织织，，提高高硬硬度度和和耐耐磨磨性性（工工具具、、模模具具、、量量具具、、滚滚动动轴轴承承））4.2钢钢的的淬淬火火（最最重重要要，，最最广广泛泛））(quenching)定义义；是是将将钢钢件件加加热热到到Ac1或Ac3以上上保保温温一一定定时时间间后后，，快快速速冷冷却（（通通常常大大于于临临界界冷冷却却速速度度Vc）），，以得得到到马马氏氏体体（（下下贝贝氏氏体））组组织织的的热热处处理理工工艺艺亚共共析析钢钢：M共析析钢钢、、过过共共析析钢钢：M+Fe3C粒状状合金金钢钢：M+MxCy粒状状4.2.1淬淬火火加加热热温温度度和和加加热热时时间间原则则：：得得到到均均匀匀细细小小的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒4.2.2淬淬火火冷冷却却介介质质在C曲线线鼻鼻尖尖出出处处冷冷却却速速度度足足够够快快，，其其余余各各处处不不必必太太快快水：：碳素素钢钢盐水水：：形状状简简单单、、变变形形要求求不不严严、、截截面面较较大大的碳碳钢钢零零件件油：：合金金钢钢4.2.3淬淬火火冷冷却却方方法法单介介质质淬淬火火法法双介介质质淬淬火火法法马氏氏体体分分级级淬淬火火法法贝氏氏体体等等温温淬淬火火法法冷处处理理局部部淬淬火火4.3钢钢的的淬淬透透性性(hardenability)淬硬硬层层深深度度：工工件件表表面面到到半半马马氏氏体体区区（（50%M+50%T)的深深度度4.3.1钢钢的的淬淬透透性性淬透透性性：是是指指钢钢在在淬淬火火时时获获得得淬淬硬硬层层深深度度的的能能力力。。淬硬硬性性：是是指指钢钢在在淬淬火火后后所所能能达达到到的的最最高高硬硬度度影响响临临界界冷冷却却速速度度的的因因素素有有：：1））钢的的含含碳碳量量2））合金金元元素素：：除除Co、、Al外的的元元素素都都提提高高淬淬透透性性3））钢中中未未溶溶物物质质淬透透性性是是钢钢材材本本身身所所固固有有的的属属性性淬透透性性主主要要受受临临界界冷冷却却速速度度影影响响，，临临界界冷冷却却速速度度越越小小，，钢钢的的淬淬透透性性越越大大。。4.3.2淬淬透透性性的的测测试试方方法法临界界直直径径法法：45钢钢Dοο（水））=16mm45钢钢Dοο（油））=8mm顶端端淬淬火火法法：用于于测测定定碳碳素素结结构构钢钢和和低低、、中中合合金金结结构构钢钢的的淬淬透透性性表示示：：如：：45钢钢40Cr钢40Cr钢Dοο（（水））=36mm40Cr钢Dοο（（油））=20mm4.3.3淬淬透透性性与与选选材材的的关关系系1））连连杆杆、、螺螺栓栓、、锻锻模模、、锤锤杆杆————高高淬淬透透性性（（并并要要求求全全部部淬淬透透））2））弹弹簧簧————高高淬淬透透性性3））机机床床主主轴轴、、汽汽车车半半轴轴、、齿齿轮轮————低低淬淬透透性性（淬淬透透层层深深度度＝＝1/2~1/3D）4））工工具具类类工工件件————高高淬淬透透性性5））焊焊接接件件、、表表面面淬淬火火件件————低低淬淬透透性性4.4淬淬火火钢钢的的回回火火(tempering)4.4.1回回火的目的的：目的的：1）降低低脆性，减少少或消除内应应力，防止工工件变形和和开裂2）提高塑性性和韧性3）稳定组织织，从而稳定定工件尺寸4）代替软化化退火组织1.钢在回回火时的组织织转变过程：：4.4.2回回火组组织转变及性性能变化渗碳体聚集长长大马氏体的分解解---残余奥氏体分分解--渗碳体的形成成--2.回火火后的组织和和性能3）回火索氏体（500~650℃℃）2）回火托氏体（350~450℃℃）1）回火马氏体（250℃℃以下）**4.4.3回火工工艺及应用2）中温回火(350~500℃)—T回，35~45HRC特点：内应应力基本消除除，具有极高高的弹性极限限和良好的韧韧性。用于：各种种弹簧零件及及热锻模具的的处理。1）低温回火(150~250℃)—M回，55~64HRC特点：降低低钢中残余应应力和脆性，，而保持高强强度、硬度和和耐磨性用于：工具具、量具、滚滚动轴承、渗渗碳工件以及及表面淬火工工件等。3）高温回火(500~650℃)—S回，25~35HRC淬火+高高温回火——调质处理特点：具有有较高综合机机械性能用于：中碳碳成分结构钢钢制造的各种种重要的结构构零件，特别别是在交变载荷下工作作的连杆、螺螺栓以及轴类类等，还可作作为某些精密零件（如精精密量具、模模具）的预先先热处理快冷可避免对大件可加Mo、W、Nb4.4.4回回火脆性1.第一类回火脆脆性（低温回回火脆性）：250~350ººC回火时出现，，无法消除，所所以避开。2.第二类回火脆脆性（高温回回火脆性）：500~650ººC回火时出现，，主要发生在含含Cr、Si、Ni、、Mn等合金元素的的结构钢中，，当在此温度内长长时间保温或或缓冷时出现现表面：M回表面淬火+低温回火后的的组织：S回心部：F+S表面淬火是通通过快速加热热使钢件表面面达到临界温温度以上，不不等热量传到到工件内层就就迅速予以冷冷却，只使表表面被淬硬为为马氏体，而而内层仍为塑塑、韧性良好好的组织。4.5钢钢的表面淬火火用于承受弯曲曲、扭转、摩摩擦或冲击的的零件。材料：：含碳量0.40%~0.50%预先热处理：：正火或调质4.5.1感感应加热表面面淬火1.基本原理理δ=，，800~1000ºC1）高频感应加热热：100~500KHz，δδ=0.5~2.0mm中小模数的齿齿轮及中小尺尺寸的轴2）中频感应加热热：500~10000Hz，δ=2~10mm较大尺寸的轴轴和大中模数数的齿轮3）工频感应加热热：50Hz，δ=10~15mm直径300以以上的轧辊、、火车车轮2.感应加热热表面淬火+低温回火4.5.2火火焰加热表表面淬火利用乙炔火焰焰将工件表面面快速加热到到淬火温度，，然后立即用用水喷射冷却却，此法适于于单件或小批批量零件的表表面淬火。4.7.1.钢的渗碳碳4.7钢的的化学热处理理是利用物理、、化学反应来来改变工件表表面的成分与与组织，从而而使工件表面面获得与心部部不同的力学学或物理、化化学性能的工工艺方法渗碳材料：低碳钢和低碳碳低合金钢（20，20CrMnTi）方法法：：气体渗碳、固体渗碳和和液体渗碳工艺艺：：渗碳+淬淬火+低低温回火目的的：：表面具有高硬硬度和高的耐耐磨性，而心心部仍保持良良好的塑、韧性(如汽车、拖拉拉机上的变速速齿轮）气体渗碳碳渗碳后淬火+低温回火：表表层为：马氏氏体+碳碳化物心部为：珠光光体+铁铁素体用于：表面要求耐磨磨，并承受较较大冲击载荷荷的零件不需渗碳的部部位：可镀铜铜或留留加工余量量4.7.2渗渗氮方法：使使用氨气形成成颗粒细小、、分布均匀、、硬度很高并并且十分稳定的各种氮化化物，如AlN、CrN、MoN、TiN、、VN等，适于：有有35CrMo、18CrNiW和38CrMoAlA等。而碳钢由由于渗氮后不形成特殊殊氮化物，固固不用作氮化化用钢特点：氮化后表面硬硬度高（HV100~1200)；氮化温度低，，且不需要后后续热处理，，变形小；耐蚀性高；氮化层薄，周周期长，成本本高。9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。21:02:0921:02:0921:0212/28/20229:02:09PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2221:02:0921:02Dec-2228-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。21:02:0921:02:0921:02Wednesday,December28,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2221:02:0921:02:09December28,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。28十十二二月月20229:02:09下下午午21:02:0912月月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月229:02下午午12月-2221:02December28,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/2821:02:0921:02:0928December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。9:02:09下下午9:02下下午午21:02:0912月月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很多事情努努力了未必有有结果，但是是不努力却什什么改变也没没有。。21:02:0921:02:0921:0212/28/20229:02:09PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2221:02:0921:02Dec-2228-Dec-2212、世世间间成成事事，，不不求求其其绝绝对对圆圆满满，，留留一一份份不不足足，，可可得得无无限限完完美美。。。。21:02:0921:02:0921:02Wednesday,December28,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2221:02:0921:02:09December28,202214、意志志坚强强的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥块一一样任任意揉揉捏。。28十十二二月20229:02:09下下午21:02:0912月月-2215、楚塞三湘湘接，荆门门九派通。。。。十二月229:02下下午12月-2221:02December28,202216、少年十五五二十时，，步行夺得得胡马骑。。。2022/12/2821:02:0921:02:0928December202217、空山新新雨后，，天气晚晚来秋。。。9:02:09下午午9:02下午午21:02:0912月-229、杨柳散和风风，青山澹吾吾虑。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、阅读一切好好书如同和过过去最杰出的的人谈话。21:02:0921:02:0921:0212/28/20229:02:09PM