12.1 结构钢的热处理

结构钢的热处理第十二章热处理工艺设计热处理原理与工艺热处理工艺设计热处理工艺是机械零部件生产制备工艺的一部分。

最佳的热处理工艺方案应该既能满足设计及使用性能的要求，又具有最高的劳动生产率、最少的工序周转和最佳的经济效益。

因此，为了设计最佳热处理工艺方案，不仅要对各种热处理工艺有深入的了解和熟练地掌握，还要对零部件生产所涉及的选材、零件设计、加工工艺等环节有充分的了解。热处理工艺设计钢按用途分:结构钢工具钢特殊性能用钢热处理工艺设计◆结构钢的热处理◆工具钢的热处理◆特殊性能用钢的热处理◆铸铁的热处理◆有色金属及合金的热处理◆钢的热处理实例集结构钢的热处理结构钢：工程用钢或构件用钢——

用于制造各种工程结构（船舶、桥梁、车辆、压力容器等）机器零件用钢——

用于制造各种机器零件（轴、齿轮、各种联接件等），包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等结构钢的热处理一、工程结构用钢的热处理工作条件：一般不作相对运动，承受长期静载荷，有一定使用温度要求，且通常在野外（如桥梁）或海水中（如船舶）使用，承受大气和海水的浸蚀。性能要求：具有足够的强度和韧性以及良好的耐腐蚀性，良好的工艺性能，并考虑生产成本。成分及热处理特点：多采用低碳钢（wC≤0.2%）和含有少量合金元素的低合金钢。

由于一般构件的尺寸大，形状复杂，不能进行整体淬火与回火处理，所以大部分构件是在热轧空冷（正火），有时也在正火、回火状态下使用，其基本组织为大量铁素体加少量珠光体。结构钢的热处理一、工程结构用钢的热处理铸钢：铸钢是冶炼后直接铸造成形而不需要锻轧成形的钢种。热处理特点：可采用完全退火或正火细化晶粒，减小偏析，降低应力，消除缺陷组织（如魏氏组织）；可采用局部表面淬火提高局部表面耐磨；可采用调质改善较小的中碳铸钢件力学性能。用途：一些形状复杂、综合力学性能要求较高的大型零件，在加工时难于用锻轧方法成形，在性能上又不允许用力学性能较差的铸铁制造，即可采用铸钢。结构钢的热处理二、机器零件用钢的热处理工作条件：受力复杂（承受拉伸、压缩、剪切、扭转、冲击、振动、摩擦等），工作环境也很复杂（高温、低温腐蚀等。此外，机器零件损伤及失效方式也各不相同。性能要求：较高的疲劳强度、高的屈服强度、抗拉强度以及较高的断裂抗力，良好的耐磨性及接触疲劳强度，较高的韧性（如KIC、αk等）等。机器零件用钢的性能要求比工程用钢要高得多，因此必须对机器零件用钢进行热处理强化。结构钢的热处理二、机器零件用钢的热处理1、渗碳钢的热处理

所谓渗碳钢是指经渗碳/碳氮共渗处理后使用的钢种。

不少机器零件，如汽车和拖拉机上的变速齿轮、内燃机上的凸轮、活塞销以及部分量具等，均采用渗碳钢制造。将渗碳钢（低碳或低碳合金钢）经渗碳（或碳氮共渗）处理后，表层为高碳（wC>0.8%），淬火及低温回火后的组织为回火马氏体加粒状碳化物，具有高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度，而零件的心部仍为低碳钢，其组织为位错马氏体（全部淬透）或含部分铁素体（未淬透），具有较高的强度、塑性和韧性。此外，由于表层和心部含碳量不同，在表层形成压应力，将显著提高钢的弯曲疲劳强度。结构钢的热处理二、机器零件用钢的热处理2、调质钢的热处理

经调质处理后使用的结构钢称为调质钢。

许多机器设备上的重要零件，受力情况比较复杂，要求良好的综合力学性能。调质钢的预备热处理可进行正火或退火处理，对于合金元素含量较高的钢，正火处理后可能得到马氏体组织，还需进行高温回火，降低硬度，便于切削加工。调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。合金钢的淬透性比较高，一般都用油淬。对某些还要求表面局部有较高耐磨性的零件，调质处理后还应对零件（局部）表面进行感应加热淬火，最后低温回火。结构钢的热处理二、机器零件用钢的热处理3、弹簧钢的热处理弹簧钢是指用于制造各种弹簧的钢种。弹簧钢应具有高的弹性极限或屈服极限，高的屈强比，高的疲劳极限，一定的塑性和韧性。

对一些在高温及易蚀条件下工作的弹簧，还应具有良好的耐热性和耐蚀性。结构钢的热处理二、机器零件用钢的热处理3、弹簧钢的热处理（1）热成形弹簧

扁钢剪断→热卷成形后淬火+中温回火→喷丸→装配，组织为回火托氏体。弹簧钢也可以采用等温淬火，获得下贝氏体，提高钢的韧性和多冲强度。如果在等温淬火后再在等温温度作补充回火，则能进一步提高钢的比例极限和延迟断裂抗力。弹簧热处理后还用喷丸处理来进行表面强化，使表面层产生残余压应力，提高疲劳强度。（2）冷成形弹簧

对于直径较细或厚度较薄的弹簧，可以先进行强化处理（铅淬冷拔、冷拔和淬火+中温回火），然后卷制成形，最后进行低温回火和稳定尺寸。结构钢的热处理二、机器零件用钢的热处理4、滚动轴承钢的热处理

用于制造滚动轴承套圈和滚动体的专用钢称为滚动轴承钢。

分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢及高温轴承钢。

轴承元件的工作条件非常复杂和苛刻，性能要求非常严格：1）非常高的抗压屈服强度和硬度。