机械设计基础（第二章 金属材料热处理）.ppt

1、第二章 金属材料热处理,第一节 钢在加热时的组织转变,第二节 钢在冷却时的组织转变,第三节 退火与正火,第四节 淬 火,第五节 回 火,第六节 钢的表面热处理及化学热处理,第七节 热处理新技术简介,第八节 热处理工艺应用,教学重点：,教学难点：,1、掌握钢的热处理的工艺过程； 2、掌握钢在加热时的组织转变以及钢在冷却时的组织转变； 3、掌握主要的热处理方法的工艺过程及在生产中的应用。,1、钢的热处理的工艺过程； 2、钢在加热或冷却时的组织转变； 3、主要的热处理方法。,钢在加热或冷却时的组织转变。,教学目标：,把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。,钢 的

2、 热 处 理,第一节钢在加热时的组织转变,临界温度 平衡时：A1、 A3、Acm 加热时：Ac1、 Ac3、Accm 冷却时：Ar1、Ar3、Arcm,钢加热（冷却）时FeFe3C状态图,1奥氏体的形成 Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。,共析钢加热到Ac1 以上时， P A 共析钢A化过程 形核 、长大、 Fe3 C 完全溶解、C 的均匀化。,亚（过）析钢的A化 P A 后，先共析 F 或 Fe3C 溶解。,21 钢在加热时的组织转变,影响A转变速度的因素,加热温度和速度 转变快 C%或 Fe3 C片间距 界面多，形核多 转变快 合金元素 A化速度或,A 晶粒度 加热温度，保温时间 晶粒尺寸

3、 合金碳化物，C% 晶粒尺寸,21 钢在加热时的组织转变,第二节钢在冷却时的组织转变,1过冷A的等温转变 2过冷A的连续冷却转变,连续和等温冷却曲线,1. 过冷A的等温转变,过冷A :T A1时，A不稳定。,高温转变，A1 550 过冷A P 型组织 中温转变，550 MS 过冷A 贝氏体 ( B ) 低温转变，MS Mf 过冷A 马氏体 ( M ),22 钢在冷却时的组织转变,P 型组织 F + 层片状 Fe3C,珠光体 P索氏体 S屈氏体 T,层片间距：P S T,22 钢在冷却时的组织转变,高温转变过程 晶格改变和Fe，C原子扩散。,中温转变（550 MS） C原子扩散， Fe原子不扩散

4、,22 钢在冷却时的组织转变,连续冷却 转变方法,炉冷 P 空冷 S 油冷 T+M+A 水冷 M+A,连续冷却 转变产物,22 钢在冷却时的组织转变,共析钢过冷奥氏体转变温度与转变产物的组织和性能,22 钢在冷却时的组织转变,第三节 退火与正火,预备热处理工艺,处理工件毛坯，为以后切削加工和最终热处理做组织准备,一、钢的退火,钢的退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。,目的是消除钢的内应力、降低硬度、提高塑性、细化组织、均匀化学成分，以利于后续加工，并为最终热处理做好组织准备。,分类,23 退火与正火,退 火 温 度 范 围,23 退火与正火,二、

5、钢的正火,正火是指将工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热 处理工艺。,目的是细化晶粒，消除网状渗碳体，并为淬火、切削加工等后续工序作组织准备。,消除过热组织、细化晶粒、改善切削性,消除组织缺陷、保持硬度、为调质做准备,消除网状二次渗碳体、为球化退火和 淬火做准备,淬火作用（空淬）,23 退火与正火,正 火 温 度 范 围,正火问题： 1、正火加热温度及冷却方式 2、正火主要目的 3、正火与退火主要差别,23 退火与正火,第四节 淬 火,淬火是指将工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。,目的主要是使钢件得到马氏体（或贝氏体）组织，提高钢的硬度和强度 。,淬火温

6、度范围,24 淬 火,淬火问题：1、淬火加热温度及冷却方式 2、常用冷却介质 3、淬透性和淬硬性,淬 火 过 程,24 淬 火,冷却介质,冷却速度： 盐水 水 盐浴 油,淬火方法 单介质淬火：水、油冷 双介质淬火：水冷 + 油冷 分级淬火： Ms盐浴中均温空冷 等温淬火（ 在盐、碱浴中） 下B,淬火缺陷 过热与过烧 氧化与脱碳 硬度不足和软点 变形和开裂,24 淬 火,第五节 回 火,淬火后，加热到Ac1以下，保温，冷却。 目的：消除淬火应力，调整性能。,低温回火（150250） 回火M ( 过饱和F +薄片状Fe2.4C ) + A 。淬火应力 ，韧性 ，保持淬火后的高硬度。 用于高C工具钢

7、等。 中温回火（350500） 回火T (F +细粒状Cm ) 。弹性极限和屈服强度，韧性和硬度中等。 用于弹簧等。 高温回火（500650） 回火S (等轴状F +粒状Cm ) 。综合机械性能最好, 即强度、塑性和韧性都较好。 用于重要零件。调质处理 淬火 + 高温回火,回火问题：1、回火主要目的 2、回火种类 3、回火脆性 4、调质,低温回火,中温回火,高温回火,150-200C,350-500C,500-650C,HRC60,HRC35-50,HRC20,刃具、模具,弹簧,重要结构件,25 回 火,整 体 热 处 理 工 艺 曲 线,整体工艺曲线,25 回 火,25 回 火,第六节 钢的

8、表面热处理与化学热处理,表面具有高硬度和耐磨性，心部具有一定的强度和足够的韧性。,一、钢的表面热处理,表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。,表面淬火是最常用的表面热处理。,主要方法有：,1、感应加热表面热处理,2、火焰加热表面热处理,感应加热表面淬火,26 钢的表面热处理与化学热处理,火焰加热表面淬火,26 钢的表面热处理与化学热处理,激光加热表面淬火,26 钢的表面热处理与化学热处理,二、钢的化学热处理,钢的化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入到它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。,最常用的方法有：,1、渗碳,

9、渗碳介质中加热保温,2、渗氮,表面硬而心部韧,氮原子渗入工件表层,疲劳强度高、变形小,3、碳氮共渗,26 钢的表面热处理与化学热处理,渗 氮,26 钢的表面热处理与化学热处理,渗 氮,26 钢的表面热处理与化学热处理,第七节 热处理新技术简介,电弧喷涂,离子喷涂,27 热处理新技术简介,第八节 热处理工艺应用,劳动版钢的热处理录像,钢的热处理录 像,本 章 小 结,1、为了提高钢的某些机械性能指标，保证机器零件和工具的工作可靠性及其使用寿命，通常要对钢进行热处理。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。它可改善工件的组织和性能，充分发挥材料潜力，从而提高工件使用寿命。 2、钢的退火与正火主要用来处理工件毛坯，为以后切削加工和最终热处理做组织准备，对一般铸件、焊接件以及性能要求不高的工件，退火、正火都可作为最终热处理。淬火的目的主要是使钢件得到马氏体（或贝氏体）组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火相配合，可以更好地发挥钢材的性能潜力。回火是指工件淬硬后，加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火是紧接淬火之后进