机械基础 第3版 课件1-3 钢的热处理

第一章工程材料及热处理第三节钢的热处理【学习目标】*1．了解简化的铁碳合金相图，能说出相图中特性点、线、区域组织类型及其性能特点2．掌握非合金钢常用热处理的工艺方法。3．掌握非合金钢常用热处理的目的。一、Fe-Fe3C相图*1.相关概念（1）同素异构转变金属在固态下随温度的改变，会由一种晶格转变为另一晶格的现象如铁在912°C以下为体心立方晶格，称之为α-Fe，铁在912～1394°C时为面心立方晶格，称之为γ-Fe（2）合金及其组织一种金属元素与其他金属元素或非金属元素组成的，具有金属特性的物质称为合金。钢铁是以铁和碳为基本组元的合金。合金的组织有：固溶体：铁素体、奥氏体金属化合物：渗碳体混合物：珠光体、莱氏体2.铁碳合金的基本组织与性能组织名称含义符号含碳量%存在温度区间性能特点铁素体铁和钢的晶格结构为体心立方的固溶体F～0.0218室温～912℃具有良好的塑性、韧性,较低的强度、硬度奥氏体γFe中融入碳和（或）其他元素构成的固溶体A～2.11727℃以上强度、硬度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性，塑性很好，具有良好的锻压性能渗碳体含碳量为6.69%的铁与碳的金属化合物Fe3C6.69室温～1148℃高熔点、高硬度，脆性极大，塑性和韧性几乎为零珠光体铁素体与渗碳体的混合物P0.77室温～727℃强度较高，硬度适中，有一定的塑性莱氏体奥氏体与渗碳体的混合物Ld4.3727～1148℃性能接近于渗碳体，硬度很高，塑性、韧性极差珠光体与渗碳体的混合物Ld'室温～727℃3.简化的Fe-Fe3C相图（1）相图中主要特性点及含义点的符号温度°C含碳量wc%含义A15380纯铁的熔点C11484.3共晶点，

LLd(A+Fe3C)D12276.69渗碳体的熔点E11482.11碳在r-Fe中的最大溶解度点G9120纯铁的同素异构转变点，a-Fer-FeP7270.0218碳在a-Fe中的最大溶解度点S7270.77共析点

AP(F+Fe3C)（2）相图中主要特性线及含义特性线名称含义ACD液相线此线之上为液相(L)，缓冷至液相线时，开始结晶AECF固相线此线以下为固相ECF共晶线发生共晶转变，生成莱氏体(L)。共晶反应式为:LLdPSK共析线发生共析转变，生成珠光体(P)。共析反应式为:APGSA3奥氏体

铁素体的转变线ESAcm碳在奥氏体(y-Fe)中的溶解度曲线（3）Fe-Fe3C相图的应用1）作为选用钢铁材料的依据。需要塑性、韧性好的材料，选用含碳量小于0.25%的钢；需要强度、塑性及韧性都较好的材料，选用含碳量为0.3%～0.55%的钢；弹簧应选用含碳量为0.6%～0.85%的钢；各种工具选用含碳量为0.7%～1.2%的高碳钢来制造。2）制订铸、锻、焊和热处理等热加工工艺的依据。铸造方面，从Fe-Fe3C相图的液相线可以找出不同成分的铁碳合金的熔点，为拟定铸造工艺、确定合适的熔化、浇注温度提供了依据；锻造、轧制方面，钢在高温时可获得奥氏体组织，它的强度低，塑性好，便于塑性变形加工；焊接方面，钢的含碳量越低，焊接性能越好；热处理工艺方面，根据对工件性能要求的不同，各种不同热处理方法的加热温度都必须参考Fe-Fe3C相图选定。二、钢的热处理钢的热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。根据GB/T12603-2005，钢的热处理可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三种。1．钢的整体热处理整体热处理包括退火、正火、淬火、回火等（1）退火退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺。退火的目的有：（1）降低硬度，以利于切削加工。（2）提高塑性和韧性，以利于冷变形加工。（3）消除组织缺陷,（4）消除钢中的残余内应力，防止变形与开裂（2）正火正火是工件加热奥氏体化后在空气中或其他介质中冷却，获得以珠光体组织为主的热处理工艺。正火的目的:细化晶粒，均匀组织，提高机械性能。对于中、低碳钢，可提高硬度，改善切削加工性；对于高碳钢，过高的硬度不利于切削加工，可消除钢中网状渗碳体，为球化退火作准备；对于性能要求不高的零件，可代替调质处理作为最终热处理。正火与退火相比：正火冷却速度快。正火后的强度、硬度高于退火，操作简便，生产周期短，成本低，在可能的条件下宜用正火代替退火。但正火只适用于碳素钢及合金元素含量不高的合金钢。（3）淬火淬火是工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却以获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。常见的淬火介质有水（盐水）、油等。淬火的目的:提高钢的硬度、强度和耐磨性，是强化钢材的重要热处理工艺。（1）淬硬性。淬硬性是指钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度来表征的材料特性，主要取决于钢中的含碳量。（2）淬透性。淬透性是指在规定条件下，钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。淬透性愈好，淬硬层愈厚。淬透性主要取决于钢的化学成分和淬火冷却方式（4）回火1）低温回火（150℃～250℃）低温回火的目的是降低淬火钢内应力，提高韧性，并保持高的硬度和耐磨性。主要用于高碳工具钢和合金刃具钢、量具、滚动轴承、冷作模具和要求硬而耐磨的零件。2）中温回火（250℃～500℃）中温回火的目的是使淬火钢件具有高的弹性极限、屈服强度和适当的韧性。主要用于制造弹性零件（如弹簧、发条）和热锻模具等。3）高温回火（500℃～650℃）高温回火的目的是使零件获得良好综合力学性能，即零件不仅具有较高的强度，而且具有较好的塑性和韧性。生产中把淬火和高温回火相结合的热处理工艺称为调质处理，简称为调质。调质处理广泛用于丝杆、连杆、齿轮、曲轴等重要的受力结构零件。2．钢的表面热处理和化学热处理（1）表面淬火表面淬火是仅对工件表面层进行淬火，而心部仍保持未淬火状态。常用表面淬火有火焰表面淬火、感应加热表面淬火。火焰表面淬火是用乙炔-氧的混合气体燃烧的火焰，快速加热，使工件表面层迅速地达到淬火温度，而后立即喷水或用乳化液进行冷却的一种方法，感应加热表面淬火是把工件放在感应器（变磁场）中，依靠工件表面产生感应电流，使工件表面瞬时升到淬火温度，立即喷水冷却，使之获得淬硬表层的热处理工艺

（2）化学热处理1）渗碳渗碳是把低碳钢工件放在活性碳介质中，加热到一定温度（一般为930℃左右），保温足够长的时间，使表面层的碳浓度升高的热处理工艺

渗碳后淬火2）氮化氮化是向钢的表面渗入氮原子以提高表面层氮浓度的热处理工艺氮化以后不需淬火即可获得很高的硬度（可达1000～1200HV），且耐磨性高思考与练习*1．说出Fe-Fe3C相图中七个特征点、六条特征线的含义。*2．指出Fe-Fe3C相图中含碳量小于2.11%各区域的组织。*3．Fe-Fe3C相图在生产实践中有何作用？*4．什么是热处理？它在实际应用中有什么意义？4．什