汽车机械基础（第4版）课件 项目4 任务4.3 汽车典型零件热处理工艺方案设计

李亚杰汽车机械基础项目4

汽车典型零件选材任务4.3汽车典型零件热处理工艺方案设计汽车发动机曲轴轴颈处要求有高的硬度和耐磨性；汽车齿轮要求齿面具有足够的硬度，同时齿心具有较好的韧性。因为热处理是在制造汽车零件过程中的重要工序，对发挥金属材料的潜力、改善零件的使用性能、提高产品的质量、延长产品的使用寿命等具有极其重要的意义。【任务描述】齿轮曲轴热处理是将钢铁材料在固态下以适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程，可用下图所示的工艺曲线表示。热处理工艺曲线

实质：在加热、保温和冷却过程中，钢的组织结构发生变化，从而改变其性能。

适用范围：只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。

作用：充分发挥材料的性能潜力，提高零件质量，延长零件寿命。目的：改善钢（工件）的力学性能或工艺性能。理论依据：

铁碳合金相图

热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是:

只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。热处理的特点：轧制铸造一、钢的热处理的组织改变原理1.钢在加热时的转变（1）钢的相变点平衡相变点：加热相变点：冷却相变点：A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm加热工序目的：得到奥氏体（A）。FFe3CA未溶Fe3C残余Fe3CAA共析钢中奥氏体形成过程示意图①

奥氏体晶核的形成②

奥氏体晶核的长大③

剩余渗碳体的溶解④

奥氏体均匀化奥氏体形成过程4个阶段：（2）奥氏体的形成

任何成分的钢加热到Ac1点以上时，都要发生珠光体向奥氏体的转变，并使其成分均匀化，即进行奥氏体化。转变过程遵从结晶的普遍规律。

使零件内外温度均匀和转变完全，而且还可以获得成分均匀的奥氏体，以便钢冷却后获得良好的组织和性能。

冷却方式随炉缓冷空冷油冷水冷冷却速度10℃/min10℃/s150℃/s600℃/s所得硬度12HRC26HRC41HRC63HRC冷却方式与冷却速度2.保温阶段的目的3.钢在冷却时的转变

珠光体

索氏体

（1）珠光体（P）：形成温度为

A1～650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，硬度值小于20HRC。

（2）索氏体（S）：形成温度为650～600℃，片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，硬度值为22～35HRC。共析钢冷却转变后所获得组织的形成温度和硬度：

（3）托氏体（T）：形成温度为600～550℃，片层极薄，电镜下可辨，硬度值为35～42HRC。托氏体

珠光体、索氏体、托氏体三种组织无本质区别，只是形态上有粗细之分，因此其界限也是相对的。上贝氏体下贝氏体（4）贝氏体（B）：

上贝氏体（B上）：形成温度为550～350℃，在光镜下呈羽毛状，硬度值为40～45HRC。下贝氏体（B下）：形成温度为350～230℃，在光镜下呈竹叶状，硬度值为45～55HRC。（500×）（500×）板条状--低碳马氏体（wc%＜0.2%），在光镜下呈细板条状；针片状--高碳马氏体（wc%

＞1%），在光镜下呈竹叶状。板条状马氏体针片状马氏体（5）马氏体（M）：形成温度在230℃以下，硬度值为55～65HRC。（1000×）（1500×）热处理普通热处理表面热处理退火、正火淬火、回火表面淬火化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火钢的渗碳钢的渗氮二、钢的热处理

根据热处理的作用不同，热处理一般可分为预备热处理和最终热处理。

只有当工件性能要求不高时，才作为最终热处理。一般零件生产的工艺路线：退火是将钢件加热至适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般是随炉冷却）的一种热处理工艺。（一）普通热处理1.退火加热温度Ac3+30～50℃消除残余内应力500℃～650℃去应力退火消除加工硬化①使Fe3C球化，降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；②为淬火作组织准备。Ac1+20～30℃球化退火不完全退火亚共析钢①细化晶粒，均匀化组织；②降低硬度，便于切削加工；③消除内应力。适用钢种退火目的退火工艺再结晶退火完全退火过共析钢合金工具钢所有碳钢650℃～700℃所有碳钢2.正火正火是将钢件加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上30～50℃，保温后从炉内取出，在空气中冷却的一种热处理工艺。正火目的：

①对于低、中碳钢（wc≤0.6%），目的与退火的相同。

②对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。

③对于普通件，作为最终热处理。正火与退火的区别：①二者冷却方式不同。②正火的冷却速度较退火快，得到的珠光体组织的片层间距较小，珠光体更为细薄，目的是使钢的组织正常化，所以亦称常化处理。③正火和完全退火相比，能获得更高的强度和硬度。④正火生产周期较短，设备利用率较高，节约能源，成本较低，因此应用广泛。3.淬火淬火是将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间后，在水、盐水或油等介质中快速冷却，从而获得马氏体或贝氏体组织的一种热处理工艺。淬火目的：

①提高钢的强度、硬度，使钢强化；

②与不同回火处理相配合，获得所需要的力学性能。淬透性和淬硬性：

淬透性：是指钢在淬火时奥氏体转变为马氏体的难易程度。淬硬性：是指钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。4.回火回火是把淬火后的钢件重新加热到Ac1线以下，保温一定时间，再以适当的冷却速度冷却到室温的一种热处理工艺。回火目的：

①减少或消除淬火内应力，防止变形或开裂。

②获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。淬火+高温回火=调质处理回火分类：名称温度组织用途材料硬度低温回火150～250℃回火马氏体耐磨件58～64HRC中温回火350～500℃回火托氏体弹簧件35～45HRC高温回火500～650℃回火索氏体调质件25～35HRC

调质处理，简称“调质”，广泛用于连杆、轴、齿轮等要求具有较好综合力学性能的零件。柴油机连杆1.表面淬火（1）感应加热表面淬火基本原理：

感应圈通入交流电→形成涡流（集肤效应）→表层得A→水冷得M。电流频率越高，集肤效应越强烈，加热层越薄。用钢：中碳钢、中碳合金钢、40、45、40Cr。（二）表面热处理（2）火焰加热表面淬火a.设备简单，操作方便，成本低。b.淬火质量不稳定。c.适于单件、小批量及大型零件的生产。2.化学热处理渗入各种元素过程是3个基本阶段：①

分解:化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。②

吸收:活性原子被零件表面吸收和溶解。③

扩散:活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定厚度的扩散层。（1）钢的渗碳

目的：使低碳工件的表面层增碳，改善表层的热处理性能。

渗碳用钢：低碳钢或低碳合金钢。淬火工艺方法：①直接淬火法；②一次淬火法；③两次淬火法。

工件渗碳后，必须进行淬火和低温回火。加热温度：900～950℃。渗氮用钢：中碳合金钢。

目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐腐蚀性。（2）钢的渗氮气体渗氮的特点：①表面硬度较高，可达69～72HRC。②工件变形很小，渗氮后工件的疲劳强度可提高15％～35％。③渗氮层具有高耐腐蚀性