机械工程材料第5章钢的热处理2-河北工业大学

第五章

钢的热处理工艺4/25/202514/25/202524/25/202534/25/202544/25/202554/25/202564/25/202574/25/202584/25/20259将钢加热到略高于Acl的某一温度并保温较长时间，使钢中未溶碳化物〔共析Fe3C与Fe3CⅡ〕由片状变成球状，然后随炉缓冷或在略低于Ar1的一定温度等温，使A进行共析转变时，以未溶渗碳体粒子为核心形成球状Fe3C。4/25/2025104/25/2025114/25/2025124/25/2025134/25/202514加热温度亚共析钢：T＝Ac3+〔30℃～50℃〕过共析钢：T＝Accm+〔30℃～50℃〕4/25/2025154/25/2025164/25/2025174/25/2025184/25/2025194/25/202520亚共析钢:TA＝Ac3＋〔30℃～50℃〕T过高晶粒粗大；T过低欠热，有自由F硬度缺乏。过共析钢:TA＝Ac1＋〔30℃～50℃〕(1)T过高，碳化物溶解，M片％↑易于变形和开裂(2)选择TA＝Ac1＋〔30～50℃〕温度加热保存局部未熔碳化物，以提高钢的硬度与耐磨性，同时由于降低了A中的C含量，使基体的C％↓，使M条％↑，b↑，δ↑、αk↑。合金钢：奥氏体化温度可以适当升高。因为大多数合金元素都能阻碍A晶粒的长大，使A化温度升高。如：W18Cr4V钢，Ac1＝860℃～880℃，

TA=1280℃,晶粒度为9级。4/25/2025213、加热与保温时间4/25/202522

图5理想冷却速度理想冷却速度：1〕在Ac1～650℃之间慢冷，以↓热应力2〕在650℃～400℃之间快冷，以避开“鼻尖；防发生非M相变3〕在400℃以下慢冷，以↓组织应力。4/25/202523结论：碳素钢一般采用水冷或盐水冷却。4/25/202524

油——20#机油，40～80℃盐浴和碱浴

4/25/2025254/25/2025264/25/2025274/25/202528指在B温度区域等温，发生下

B转变。内应力↓↓，变形小4/25/2025294/25/202530

钢的淬透性淬透层深度〔δ〕表层〔100％M〕至半M层〔50％M〕的深度。淬透层深度〔δ〕越大，钢的淬透性越好淬透性与淬透层深度关系：在尺寸、形状均相同的条件下，淬透性大的钢，淬透层深度越深。4/25/202531影响淬透性的因素4/25/202532钢的淬硬性

4/25/202533

淬透性的实际应用1、大截面零件或动载荷下工作应选高淬透性钢。

如：W18Cr4V、9CrSi2.形状复杂的或形状简单，尺寸较大的零件应选高淬透性钢。3.焊接零件应选低淬透性钢。

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4/25/2025354/25/2025362.剩余奥氏体转变〔200~300℃〕MM回A'B下200~300℃含量少主要组织4/25/202537剩余奥氏体的转变4/25/202538ε碳化物低过饱和度的a固溶体

亚稳定Fe3C稳定F针状细粒状T回M和A'分解4/25/2025394.碳化物的聚集长大〔>400℃〕T回Fe3CF不断聚集长大颗粒状或球状Fe3C回复、再结晶等轴晶多边形的FS回4/25/2025404/25/2025414/25/2025424/25/202543两者性能截然不同。其组织、性能比较如下表：4/25/2025444/25/2025454/25/202546两个温度区间：250-400ºC，450-650ºC4/25/2025474/25/2025484/25/2025491.氧化和脱碳2.变形与开裂3.硬度缺乏与软点4.过热与过烧过热是指晶粒过分长大，致使零件力学性能明显降低的现象。过烧是指组织中沿晶界产生了氧化或熔化的现象。假设加热温度过高或保温时间过长，将引起零件过热或过烧现象。零件一且产生过烧即成为废品。4/25/202550工业中如齿轮、凸轮、曲轴等对性能的要求为：外表高硬度、高强度及好的耐磨性，而心部高韧性，对这类零件需要进行外表热处理.4/25/202551集肤效应：感应加热时，感生电流集中在工件外表的一种效应。感生电流的频率〔f〕越大集肤效应越强，电流透入深度越浅,淬透层越浅。↓〕，淬透层越浅感应加热的频率选择1.淬透层深度δ＝0.5～3mm时选高频加热f＝200~350kHz

。2.淬透层深度δ＝2～10mm时，

选中频加热f＝2000~8000Hz3.淬透层深度δ＝8～15mm时，选工频加热f＝50Hz图10工件感应加热示意图4/25/2025524/25/2025534/25/202554

§5－7钢化学热处理一、化学热处理概述对于某些齿轮类零件，如汽车变速箱齿轮，内燃机凸轮等在工作中承受强烈的摩擦磨损，和较大的交变载荷，冲击载荷。要求外表高硬度、高耐磨和高的接触疲劳强度，一定的韧性；心部具有高的韧性和足够高的强度。对这类材料需要进行外表化学热处理。化学热处理是将工件置于一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，改变外表层的化学成分及显微组织，从而使工件表层获得所需特殊性能的热处理工艺。4/25/202555钢的渗碳〔气体渗碳〕渗碳用钢：渗碳件一般采用低碳钢或低碳合金钢制造，如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMo等。

渗碳温度：900～950℃渗碳时间为：依要求的渗层厚度而定。渗碳目的：是使工件在热处理后外表具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持一定强度以及较高的韧性和塑性。主要用于：外表将受严重磨损，并在较大冲击载荷、交变载荷，较大的接触应力条件下工作的零件，如齿轮、活塞销、套筒等。4/25/202556渗碳原理在井式渗碳炉中滴入煤油，煤油在高温下裂解渗碳性介质－甲烷气体〔CH4〕和CO气体及氢气，该气体在钢的外表分解出活性碳原子-[C]，在较高温度进入钢的外表。CH4→[C]+H2CO→[C]＋CO2CO→[C]＋H2O

4/25/202557渗层组织–(渗碳后缓慢冷却，从内层到外层组织)为:

原始组织－亚共析层－共析层－过共析层图11低碳钢缓冷后的显微组织渗碳件表层的碳浓度一般控制在1.0%左右，因此渗碳件缓冷后外层为过共析组织P+Fe3CⅡ，心部为原始低碳亚共析组织F+P，中间为过渡组织。一般规定，从表层到过渡层的一半处的深度为渗层厚度。渗碳温度越高、时间越长，那么得到的渗层深度越厚过共析层共析层亚共析层原始组织4/25/2025584/25/2025594/25/2025604/25/2025614/25/2025624/25/202563

钢的氮化4/25/202564钢的碳氮共渗1.中温气体碳氮共渗：由于氮能扩大g相区，降低钢的临界点，并能增加碳的扩散速度，因此共渗温度比渗碳温度低，渗速也快。生产中常用的共渗温度一般在820~880℃范围内，要求的渗层厚度为0.2~1.0mm，渗层的氮浓度在0.2%~0.3