第6章热处理课件

第六章钢的热处理§6-1概述§6-2钢在加热组织转变§6-3钢在冷却组织转变§6-4钢的整体热处理工艺§6-5钢的表面热处理和化学热处理工艺本章重点1.四大转变组织、性能2.热处理原理3.常用热处理方法及应用

§6-1概述

●热处理

——把固态金属材料通过一定的加热，保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。

●热处理工艺的分类：按国家标准分：整体；表面；化学热处理按工序分预备热处理最终热处理●加热、冷却速度对临界点的影响

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§6-2钢在加热组织转变一、奥氏体的形成

共析钢奥氏体化过程

二、亚（过）析钢的奥氏体化三、影响奥氏体化的因素

加热温度——T↑→A化速度↑加热速度——V↑→转变开始温度↑，转变时间↓含碳量——C%↑→界面多→核心多→转变快合金元素——Cr、Mo、W、V、Ti等强碳化物形成元素，↓A化速度。原始组织——P片间距小→相界面多→碳原子扩散距离短→A化速度↑

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返回四、奥氏体晶粒大小及控制

晶粒度：晶粒大小的量度，常用晶粒平均直径或晶粒度级别表示。1、起始晶粒度2、实际晶粒度3、本质晶粒度：钢奥氏体晶粒长大的倾向。成分的影响脱氧剂的影响奥氏体晶粒度的控制上一页

返回五、加热缺陷氧化脱碳欠热过热过烧§6-3钢的冷却组织转变一、过冷奥氏体转变（一）等温转变C曲线孕育期Ms点临界冷却速度转变产物珠光体贝氏体B马氏体M（二）连续转变CCT曲线特点Vk应用二、过冷奥氏体转变产物的组织与性能1、珠光体转变转变

过程及形态形态片状：P、S、T球状：形成性能：片状：片间距越小性能好球状：塑、韧性优于上者，强度、硬度比上者低。细、小、圆、匀好2、贝氏体转变——550～230℃（Ms温度）

定义组织分类及性能：

◆550～350℃,上贝氏体，性能差

◆350℃～Ms,下贝氏体，性能好上一页

返回3、马氏体转变

晶体结构与正方度

组织与性能：

板条状

M

：C%＜0.23%，强度高，塑、韧性好。片（针）状

M：C%＞1.0%，硬而脆，塑、韧性差。

M

的硬度与含碳量的关系：C%↑→HRC↑

M

的形态与含碳量的关系转变特点

无扩散性速度快一定温区进行M转变温度与含碳量的关系：C%↑→AR%↑不完全性

A’含量与含碳量的关系

：C%↑→AR%↑

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返回三、影响C曲线的因素

（一）碳的影响1、亚析钢的C曲线

钢中C%↑，则A中C%↑→C曲线右移2、过共析钢一般加热到A+Fe3C区

，钢中C%↑，则未溶Fe3C↑→有利于形核→C曲线左移3、共析钢，C曲线最靠右边，稳定性最高。（二）合金元素的影响1、除Co以外，过冷A中的合金元素，增大其稳定性→C曲线右移2、强碳化物形成元素，Cr,Mo,W,V,Nb,Ti,改变C曲线形状3、除Co，Al外，均使Ms，Mf下降→残余A↑（三）加热温度和保温时间的影响

A化温度↑、时间↑（成分均匀，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低）→A稳定性↑，C曲线右移。§6-4钢的整体热处理工艺一、钢的退火

将钢加热到适当温度，保温一定时间，再缓慢冷却的热处理工艺。完全退火等温退火球化退火均匀化(扩散)退火再结晶退火去应力退火上一页

返回1、完全退火目的：

改善组织；调整硬度；去除应力工艺：Ac3+20~40℃→A化→炉冷550℃→出炉空冷时间：经验值适用范围：中C钢2、等温退火目的：同上工艺：Ac3+20~40℃→A化→Ar1以下等温特点：时间短、组织均匀。所用时间比完全退火缩短约1/3，并能得到均匀的组织和性能。适用范围：亚共析、过共析碳钢，合金钢的铸件、锻件等。3、球化退火目的：为最终热处理作组织准备；调整硬度以便成形加工工艺组织：片Fe3C→球状适用范围：低、中、高C钢4、扩散退火（均匀化退火）目的：消除钢锭、铸件的成分偏析工艺：Ac3或Acm+150~300℃，长时间（1050～1150℃高温）特点：成本高、周期长；粗晶适用：高合金钢铸锭和铸件。其它钢轧制时适当延时。均匀化退火后，钢件晶粒粗大，应进行完全退火或正火。5、低温（去应力）退火目的：消除机加工、热处理、焊接等工艺的残余应力工艺：Ac1以下组织：无变化6、再结晶退火目的：恢复冷变形金属塑性，降低硬度工艺：Ac1以下50-150℃~T再+30-50℃组织：晶粒外形变化二、正火工艺：Ac3或Accm+30～50℃完全A化→缓冷→接近平衡组织目的:与退火相似组织：P更细(S)，而且S%提高特点：方便、经济、高效性能：强度、硬度>退火态应用1、普通结构钢零件的最终热处理2、消除网状Fe3CII

，为球化退火作准备。3、改善低碳钢的切削加工性能4、结构钢预备热处理5、返修三、淬火淬火：加热到Ac3、Ac1相变温度以上，保温，以大于临近冷却速度快速冷却→M或B组织的工艺方法。1．淬火温度

亚共析钢Ac3+30～50℃（完全A化）共、过共析钢Ac1+30～50℃（半A化）

合金钢返回2．加热时间

升温、保温（与装炉量、工件厚度、成分、加热介质、组织粗细等有关，经验数据）3．淬火介质

要求：1）获得M2）变形小理想冷却曲线：

650℃以上——慢，减小热应力。

650～400℃——快，避开C曲线最小孕育期。

400℃以下——慢，减轻相变应力。常用冷却介质（盐、碱水＞水＞盐浴＞油＞空气）上一页

返回4、淬火方法

●单液淬火——如碳钢淬水；合金钢淬油。工艺简单，效率高。适合小尺寸工件。●双液淬火——变形小，适合形状复杂、大尺寸工件。操作复杂。●分级淬火——先在盐浴中均匀温度（高于Ms），再空冷淬火。变形小，●等温淬火——在盐或碱浴中发生下B转变。变性小。●局部淬火——对工件的局部进行淬火处理。●冷处理——在低于0℃的介质中淬火。降低AR含量，稳定工件尺寸。上一页

返回四、钢的淬透性和淬硬性（一）、淬透性

1、硬化层：淬硬表面到50%马氏体处的距离。2、影响因素：（C曲线右移→淬透性↑）C%：亚共析钢C%↑→淬透性↑；过共析钢C%↑→淬透性差合金元素：除Co以外，一般都使淬透性↑；多元适量、复合加入更佳A化：温度高、时间长→成分均匀、不易发生P转变→淬透性↑3、淬透性评定：上一页

返回（二）、淬硬性

淬火后获得硬度的能力，取决于M中C%，C%↑→淬硬性↑（三）、淬透性及淬硬性应用

1、钢淬透性应用截面大、受力复杂、重要零件：心、表性能要求一致→高淬透性材料。例如：锻模、锤杆心部性能对寿命影响不大：心、表性能要求不一致→中等淬透性材料。例如：弯、扭轴焊接件：低淬透性材料2、淬硬性应用工、模具：高淬硬性综合性能好：中等淬硬性冷成形件：低淬硬性综上所述化学成分、奥氏体化温度影响淬透性淬硬性主要取决于马氏体中的含碳量二者应兼顾要求综合力学性能侧重淬透性；无需改善心部性能时（渗碳、表面淬火）可侧重淬硬性。选用淬透性好的钢，可缓冷减少变形五、热处理应力与变形开裂（一）.淬火冷却应力热应力相变应力（二）.淬火冷却变形变形的基本规律减少变形的途径◆合理选材和改进零件设计的结构工艺性◆选择合适的锻造和预备热处理工艺◆采用低淬火冷却变形的热处理工艺上一页

返回（三）.淬火冷却开裂淬火裂纹的类型◆纵向裂纹◆横向裂纹防止淬火裂纹的措施六.回火淬火件重新加热到Ac1以下某温度，保温，适当速度冷却。1、回火目的

◆消除淬火应力，降低脆性。

◆稳定工件尺寸

◆调整性能，获得所需的强度、硬度、塑性、韧性。2、回火转变●M分解●A’分解●碳化物转变●碳化物粗化、基体再结晶

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返回3、回火温度与机械性能的关系4、回火组织回火M:马氏体基体+亚稳定碳化物ε回火托氏体：保留M形貌的α相+（极细）渗碳体回火索氏体：无M形貌的α相+细颗粒渗碳体5、工艺及其应用低温回火：中温回火：高温回火：调质处理6.回火脆性（1）、低温回火脆性（第一类，不可逆）

几乎所有钢都或多或少存在。

碳钢200℃～400℃；合金钢250℃～450℃

已发生这种脆性时，超过脆化温区再回火不出现。原因：杂质；碳化物沿晶析出预防：避让（2）、高温回火脆性（第二类，可逆）含Cr、Ni、Mn钢易出现400℃～500℃’回火后快冷不出现。再次加热到脆性温区并慢冷，出现。原因：杂质晶界偏聚预防：高纯度。小件快冷。大件加入抑制元素Mo、W……§5钢的表面热处理和化学热处理工艺一、感应加热表面淬火

目的：提高表面强、硬度，耐磨性及疲劳极限，保持心部良好的塑韧性。工序：（通常）中碳或中碳合金钢→锻造→预备热处理（调质或正火）→粗加工→表面感应加热淬火→低温回火→三层组织（表层→过渡区→心部）上一页

返回1．原理

电磁感应：工件产生涡流→与线圈中交流电频率相同、大小相等、方向相反→电能转换为热能集肤效应：电流密度表面高→表层加热透入深度δ：经验公式，主要取决于频率f透入深度δ=（500~600）/f1/22．分类

高频、中频、工频等。3、材料中碳钢或中碳合金钢4、特点加热速度快（组织细、成分不均匀）表面质量好（变形小、氧化脱碳少）自动化性能好残余压应力→提高疲劳寿命工艺易控制，但设备成本高5、工序锻造→退火或正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火→低温回火（→粗磨→时效→精磨）6、工艺淬火加热温度通过时间控制，与加热速度有关，经验或观色控温低温回火：自回火；感应回火；炉内回火。7、组织淬硬层：回火M+残余A过渡区：由上、下组织构成心部：原始组织（调质或正火）8、检测心、表HRC心、表组织层深及分布二、钢的渗碳

●化学热处理——将工件置于特定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，从而通过改变表层的化学成分和组织来改变其性能。渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铬、渗铝等。●基本原理：介质热分解→吸附→扩散●目的：表面强化：提高表面硬度，耐磨性，心部保持一定的强度和良好的塑韧性。表面保护：渗铬耐腐蚀；渗铝耐热…●渗碳方法：固体；液体；气体●渗碳钢种：低碳钢，低碳合金钢

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返回1．气体渗碳工艺(1)工艺流程材料：低碳钢或低碳合金钢预备热处理渗碳前准备去油、去垢、清洗（热水或碳酸钠水溶液）→烘干、涂防渗剂、装炉布置、确定温度、时间、碳势→保证表面C%、层深、浓度梯度渗碳后工序直接淬火或重新加热淬火→低温回火(2)渗碳工艺渗碳加热温度——Ac3以上，900～950℃

保温时间：根据渗碳层厚度，经验数据。渗剂：气体渗剂：载气（N基气氛、中性）+富化气（天然气、吸热式气体、甲烷、丙烷等）★吸热式气体：天然气与空气按一定比例混合，CO、N2、H2%大液体渗剂：C、H化合物有机液体（煤油、甲醇、苯、丙酮）（3）组织缓慢冷却由表及里：过共析层→共析→亚共析→原始组织淬火快冷：渗层表面：回火M+残余A+少量碳化物心部：板条M或板条M+F（4）渗碳后的热处理直接淬火→低温回火特点：渗碳后→预冷→淬火→成本低、周期短、变形小原则：根据具体情况预冷温度>心部Ar3→避免心部F或预冷温度<表面Accm→变形小、残余A%少或兼顾二者适宜本质细晶粒钢一次加热淬火→低温回火渗碳后空冷→重新加热→淬火→性能好、周期长、容易控制、固体渗碳便于清理、便于机加工淬火加热温度选择原则→同上适宜本质粗晶钢二次加热淬火→低温回火渗碳后空冷→重新加热→淬火第一次淬火目的→细化心部组织→加热温度>心部Ac3第一次淬火目的→细化心部组织→加热温度>心部Ac3第二次淬火目的→细化表面组织→加热温度>表面Ac1特点：性能好，但成本高、变形大适宜：本质粗晶钢或高温渗碳件2、固体渗碳渗剂90%木炭+催渗剂碳酸盐工艺工件埋入渗剂中→密封→加热渗碳→空冷→清理→重新加热淬火→低温回火特点设备简单；工艺容易；小批量方便；便于加工质量难控；工作条件差；周期长3、渗碳后的力学性能表面获得高硬度、高耐磨性，心部保持良好韧性表层高的疲劳强度（二次加热淬火最好、一次加热淬火次之）4、渗碳后的质量检查1、渗层深度化学法：剥层取样分析金相法：检测渗层剖面有效硬化层测定：1公斤载荷，HV550处到表面的距离2、组织表层组织：M+少量残余A+极少、小碳化物，对照评级图评定心部组织：板条M+（少量F）3、心、表硬度4、其它：表层碳%；变形三、钢的渗氮（氮化）1、特点更高的硬度及耐磨性具有红硬性（渗碳200℃以上硬度下降。渗氮500℃仍然高硬度）疲劳性能好变形小、有规律抗“咬卡”性能好→短时缺油→过热不会擦伤、焊合抗腐蚀性能好（抗腐蚀氮化）周期长、成本高、层浅2、氮化前的准备1、预备热处理→调质→保证心部良好的综合性能，组织？2、加工后，形状复杂零件→去应力高温回火（加热温度<调质）→减少氮化时的变形3、防渗保护→镀Cu或Sn3、氮化工艺NH3

分解→吸收→扩散等温氮化500~520℃，70~80h变形小、层浅、周期长、适宜精密工件多段氮化510℃，5h，高N势→550℃，50h，低N势周期短、变形大4、组织及性能正常组织：表层含氮的回火索氏体；心部回火索氏体更高的硬度及耐磨性具有红硬性（渗