工程材料工程材料ppt6

1、钢的热处理绪 论第六章 钢的热处理1、热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律2、热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论第一章第二章例：45号钢第三章热轧钢板硬度18HRC860加热，水冷，硬度55HRC760 加热，炉冷，硬度20HRC760 加热，水冷，硬度65HRC第四章T10钢第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论为什么热处理后材料性能会改变？第一章热处理后材料内部的微观结构（组织）发生变化，使材料性能改变。第二章第三章问题1：第四章加热、冷却时材料内部的微观组织如何变化（热处理原理）？第五章第六章问题

2、2：第七章热处理工艺有哪些？工程实际中有何应用？第八章钢的热处理6.1 概述一、热处理定义将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的整体或表面组织，获得所需要性能的一种工艺。绪 论第一章第二章温度保温第三章第四章组织第五章第六章第七章时间第八章热处理工艺曲线性 能钢的热处理二、热处理的应用范围热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。绪 论第一章在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。第二章第三章在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。第四章第五章模具、滚动轴承100%需经过热处理。第六章热处理的作用：大幅度地改善金属材料的工艺性能和使用性能， 绝大部分零件都需经过热处理

3、。第七章第八章钢的热处理三、热处理的特点绪 论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。第一章第二章第三章第四章第五章热处理适用范围: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。第六章第七章第八章钢的热处理四、热处理的分类根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同， 将热处理工艺分类如下：退火正火绪 论第一章第二章普通热处理第三章淬火回火第四章表面淬火感应加热、火焰加热、电接触加热等化学热处理渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等热处理第五章表面热处理第六章控制气氛热处理真空热处理形变热处理激光热处理第七章其他热处理

4、第八章钢的热处理6.2 钢在加热时的转变为了使钢件在热处理后获得所需的性能，对于大多数热 处理工艺，都要将钢件加热到高于临界点的温度，以获得 全部（或部分）奥氏体组织并使之均匀化，这个过程称为 “奥氏体化”。一、转变温度( transformation temperature )绪 论第一章第二章第三章第四章G第五章第六章K第七章Q0.774.3Fe3CFe2.11C%第八章AEAc3A3Ar3ArAccm AcmcmA+ Fe3CFPS727Ac1A1Ar1F+ Fe3C6.69钢的热处理二、奥氏体的形成1) 扩散型的转变2) 是通过形核和长大过程来实现的1 基本过程(共析钢)绪 论第一章晶

5、界相界形核理论第二章+) A c 1 以上P ( FF e 3 CA第三章0 . 0 26 . 6 90 . 7 7显然，奥氏体的形成必须进行晶格的改组和铁、碳原子的扩散。其基本过程是通过以下四个阶段来完成的。第四章Fe3CF第五章A第六章A第七章残余Fe3C溶解A晶核形成A晶粒长大A成分均匀化第八章钢的热处理共析钢奥氏体化过程绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。但由于先共析a 或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体组织， 必须相应加热到Ac3或Accm以上。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的

6、热处理2 影响奥氏体形成的因素绪 论形核 （处1）加热温度大（扩散速度）两方面第一章加热温度扩散速度奥氏体的形成速度2） 加热速度加热速度 奥氏体形成时间 奥氏体的形成速度3） 含碳量含碳量奥氏体形成速度4） 合金元素Co、Ni奥氏体形成速度；Cr、Mo、V等奥氏体形成速度；Si、Mn、Al等不影响奥氏体形成速度。合金元素的扩散速度比碳慢得多，合金钢的热处理加热温度一般较高，保温时间更长。5） 原始组织钢中的原始组织细相界面A形成速度第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论三、奥氏体晶粒度及对力学性能的影响1 奥氏体晶粒度1) 起始晶粒度珠光体刚刚转变成奥氏体时的晶粒大小2）

7、 实际晶粒度具体的热处理加热条件下所获得的奥氏体晶粒的大小 ，决定钢的性能3） 本质晶粒度在规定的加热条件下奥氏体晶粒长大倾向性的高低93010，保温8小时第一章第二章第三章第四章第五章第六章评级标准第七章14本质粗晶粒钢58本质细晶粒钢第八章钢的热处理绪 论第一章第二章第三章标准晶粒度等级放大100倍第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论钢的本质晶粒度示意图第一章第二章晶粒度第三章本质粗晶粒钢第四章第五章本质细晶粒钢第六章Ac1900-950温度第七章第八章钢的热处理2 影响奥氏体晶粒度的因素（1）加热温度和保温时间加热温度升高，晶粒逐渐长大。温度越高，保温绪 论第一章第二章时间越长

8、，奥氏体晶粒度越粗大。第三章（2）钢的成份第四章奥氏体中钢的含碳量越高，晶粒长大倾向增大；第五章未熔碳化物则阻碍晶粒长大；Ti、V、Nb、Zr、Al有利于得到本质细晶粒钢。第六章碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在晶界上，能第七章阻碍晶粒长大；第八章Mn、P促进晶粒长大。钢的热处理绪 论3奥氏体晶粒大小对钢的性能影响1）奥氏体晶粒均匀细小，热处理后钢的力学性能提高第一章第二章2）粗大的奥氏体晶粒（过热）在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂第三章第四章细小的A 热处理的前提条件第五章细小的产物严格控制T、第六章性能提高第七章第八章钢的热处理绪 论6.3 钢在冷却时的转变第一章当温度在A1以上时

9、，奥氏体是稳定的。当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态， 这种奥氏体称为过冷奥氏体。第二章第三章第四章过冷奥氏体是不稳定的，会转变为其它的组织。钢在冷却时的转变，实质上是过冷奥氏体的转变。第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论一、钢在热处理时的冷却方式温度第一章第二章保温A临界温度第三章第四章加热转变第五章第六章等温冷却连续冷却时间第七章第八章钢的热处理二、过冷奥氏体的等温转变1 过冷奥氏体等温转变曲线 (TTT)的建立用金相硬度法简要说明奥氏体等温转变曲线的建 立：（1） 奥氏体化。（2） 过冷奥氏体进行等温转变。（3） 测定试样硬度并观察其显微组织。找出奥氏体开始转变的时间和奥氏体

10、转变终了时间。（4） 获得转变开始曲线和终了曲线，并在不同的时间和温度区域内填入相应的组织，即得共析钢 过冷奥氏体的等温转变曲线图，如图绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论第一章温度800700 A第二章A1第三章500 第四章300 第五章1000-100 第六章0110102103104时间(s)第七章共析钢的C 曲线第八章钢的热处理2 共析钢的C曲线分析绪 论1）图形分析转变开始线温度800700第一章 AA1高温转变区第二章转变终了线 扩散型转变P 转变550500 中温转变区 半扩散型转变贝氏体( B )转变第三章转变产物区过冷奥氏体区3002301

11、000-50-100 第四章 Ms低温转变区非扩散型转变 Mf第五章马氏体 ( M ) 转变 0101021031041时间(s)第六章（1） 点、线、区（2） 过冷A体的孕育期 （稳定性）（3） 等温温度不同，转变产物也不同第七章第八章钢的热处理2 ）过冷奥氏体转变产物及性能绪 论温度800700第一章转变开始线 AA1P S T5-25HRC 500X第二章转变终了线25-35HRC 1000X55050035-40HRC 电镜 第三章B上35-45HRC转变产物区过冷奥氏体区3002301000-50-100B下50-60HRC第四章 Ms 第五章 Mf 0110102103104时间(

12、s)第六章 珠光体型转变（F+Fe3C) 贝氏体型转变（过饱和C的F+碳化物） 马氏体型转变（C在-Fe中的过饱和固溶体)第七章第八章钢的热处理绪 论一、过冷奥氏体的等温转变1. 共析钢过冷奥氏体的等温转变等温转变曲线（TTT曲线、C曲线）来分析。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章过冷奥氏体等温转变曲线图第八章钢的热处理共析钢过冷奥氏体等温转变：二个转变区绪 论第一章（1）高温转变珠光体转变区（A1550）：过冷奥氏体转变产物为珠光体型组织。第二章第三章等温温度A1650650600600 550 第四章第五章第六章(a)珠光体第七章第八章钢的热处理珠光体型组织是铁素体和渗碳体的机械混

13、合物。渗碳体呈层片状分布在铁素体集体上。转变温度越低，层片间距越小。按层片间距大小分为：珠光体（P）、索氏体（S）和屈氏体（T）。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章(a)珠光体3800倍(b)索氏体8000倍(c)屈氏体8000倍第六章第七章奥氏体转变为珠光体是扩散型转变，通过碳、铁的扩散和晶体结构的重构来实现的。第八章钢的热处理绪 论（2）中温转变贝氏体转变区（550Ms）：过冷奥氏体转变产物为贝氏体型组织。第一章第二章第三章第四章等温温度550350350 Ms第五章第六章第七章第八章钢的热处理贝氏体渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基绪 论体上的两相混合物。上贝氏体（上B） 550350之间

14、的转变产物。呈羽毛状，小片状的渗碳体分布在成排的铁素体之间。第一章第二章第三章第四章第五章第六章(a)光学显微镜照片500倍(b)电子显微镜照片5000倍上贝氏体形态第七章上贝氏体强度、韧性都较差。第八章钢的热处理下贝氏体（下B） 在350Ms之间的转变产物。光学显微镜下为黑色针状，电子显微镜下可看到在铁素体针内沿一定方向分布着细小的碳化物（Fe2.4C）颗粒。绪 论第一章第二章第三章第四章(a)光学显微镜照片500倍(b)电子显微镜照片12000倍第五章下贝氏体形态第六章下贝氏体硬度高，韧性好，具有较好的强韧性。奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变， 铁原子不扩散而碳原子有一定的扩散能力。第

15、七章第八章钢的热处理2. 亚共析钢过冷奥氏体的等温转变转变曲线多一条过冷奥氏体转变为铁素体的开始线。亚共析钢随着碳含量的增加，C曲线位置往右移，同时Ms、Mf线往下移。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论亚共析钢过冷奥氏体的等温转变高温转变区过冷奥氏体一部分转变为铁素体。剩余的过冷奥氏体再转变为珠光体型组织。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理3. 过共析钢过冷奥氏体的等温转变过共析钢过冷奥氏体的C曲线的上部为过冷奥氏体中析出二次渗碳体开始线。当加热温度为Ac1以上3050时，过共析钢随着碳含量的增加，C曲线位置往左移，同时Ms、Mf线往

16、下移。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论过共析钢过冷奥氏体的等温转变过共析钢的过冷奥氏体在高温转变区，将先析出Fe3C，剩余的过冷奥氏体再转变为珠光体型组织。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章A温度800700A温度800700AcmA3 A1A1500 500 300 300 MsMs1000-100P+F1000-100型 MfMf0110102103104时间(s)0110102103104时间(s)过共析钢的C曲线亚共析钢的C曲线AFP型+F与共析钢C曲线的区别先共析线P型+Fe3CAFe3C钢的热处理绪 论4、影响C曲线的因素1）A体

17、中的化学成分（1） A体中C%亚：C%过冷A体稳定性孕育期 C曲线右移过：C%过冷A体稳定性孕育期 C曲线左移共：C曲线最右过冷A体最稳定，在C鼻部也仅1秒。（2） A体中Me%除Co、Al外，Me使过冷A体稳定性 C曲线右移 Cr、W、Mo、V、Ti等碳化物形成元素及合金钢的C曲线会变形2）A体的状态（1） T、A体成份均匀性，晶粒晶界面积不利于过冷A体转变稳定性C曲线右移（2） 第二相利于过冷A体转变稳定性C曲线左移第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理二、过冷奥氏体的连续冷却转变1. 共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变绪 论第一章温度800700A第二章PsA1Pf第三章

18、K无贝氏体转变！500第四章300第五章1000-100 第六章0110102103104时间(s)共析钢过冷A体的连续转变曲线一般很难建立（因为时间，温度总在变化，转变点不易测出来，所以通常用等温转变曲线（C曲线）来定性说明连续冷却转变的情况。第七章第八章钢的热处理绪 论（1）共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变曲线共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变曲线（CCT曲第一章线）析钢以大于Vk速度冷却时，得到组织第二章为马氏体（含少量残余奥氏体）。第三章冷却速度小于Vk钢将全部转变为珠光体型组织。共析钢过冷奥氏体在连 续冷却转变时得不到贝氏体。第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论共析钢过冷奥氏体的

19、连续冷却转变与共析钢的TTT曲线相比，共析钢的CCT曲线稍靠右下一点。可用TTT曲线分析连续转变过程。第一章第二章第三章等温转变曲线连续转变曲线炉冷气冷油冷水冷第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理（2）过冷奥氏体的低温转变（重点内容） 马氏体转变区 转变温度在MsMf之间。过冷奥氏体快速冷却，转变为马氏体。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章转变前转变后第八章钢的热处理绪 论马氏体转变特点：a. 马氏体的形成过程是一种非扩散型相变铁和碳原子都不进行扩散。铁原子沿奥氏体一定晶面，集体地按一定角度 进行切变，使面心立方晶格改组为体心正方晶格。碳原子原地不动，过饱和地留在新组成的晶胞

20、中，增大了其正方度c/a。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章马氏体转变产生的表面浮凸马氏体转变切变示意图钢的热处理马氏体晶格：体心正方晶格绪 论第一章第二章第三章第四章第五章马氏体本质 碳在-Fe中的过饱和固溶体。过饱和碳使-Fe的晶格发生很大畸变，产生很强的固溶强化。第六章第七章第八章钢的热处理绪 论b. 马氏体的形成速度很快奥氏体冷却到Ms点以下后，无孕育期，瞬时转变为马氏体。随着温度下降，过冷奥氏体不断转变为马氏体，是一个连续冷却的过程。第一章第二章第三章第四章第五章c. 马氏体形成时体积膨胀体积膨胀在钢中造成很大的内应力，严重时导致开裂。（热缩冷胀？）第六章第七章第八章钢

21、的热处理d. 马氏体转变不彻底总要残留少量残余奥氏体。残余奥氏体的含量与Ms、Mf的位置有关。 奥氏体中的碳含量越高，则Ms、Mf越低，残余奥氏体含量越高。碳质量分数小于0.6%时，残余奥氏体可忽略。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章奥氏体碳质量分数与Ms、Mf的位置关系碳质量分数与残余奥氏体量的关系第八章钢的热处理马氏体的形态：绪 论碳质量分数在0.25%以下时，为板条马氏体（低碳马氏体）。碳质量分数大于1.0%时，为针状马氏体（高碳马氏体）。 光学显微镜中呈竹叶或凸透镜状，马氏体针之间形成60 角透射电镜分析，针状马氏体内有大量孪晶，也称孪晶马氏体。碳质量分数在0.251.0

22、%之间时，为板条马氏体和针状马氏体的混合组织。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章低碳马氏体高碳马氏体钢的热处理绪 论马氏体形态和碳质量分数的关系第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理马氏体的特点：绪 论第一章a. 硬度很高硬度随马氏体的碳质量分数的增加而增加。第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理b. 马氏体的塑性和韧性与碳含量密切相关绪 论低碳马氏体不仅强度高，塑性、韧性也较好。高碳马氏体硬而脆，塑性、韧性极差。晶粒细化 得到的隐晶马氏体有一定的韧性。第一章第二章第三章c. 马氏体的物理性能变化第四章马氏体的比容比奥氏体大。当奥氏体转变为马氏体

23、时，体积会膨胀。马氏体是铁磁相，而奥氏体为顺磁相。马氏体晶格畸变严重，因此电阻率高。第五章第六章第七章第八章钢的热处理2. 亚共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变绪 论第一章亚共析钢过冷奥氏体在高温时有一部分将转变为F。在中温转变区会有少量贝氏体（上B）产生。如油冷的产物为 F+T+上B+M，F和上B量很少，可以忽略。第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理3. 过共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变绪 论第一章过共析钢过冷奥氏体在高温时先析出二次渗碳体，后转变为其它组织。奥氏体中碳含量高， 油冷、水冷后的组织有残余奥氏体。连续冷却过程中无贝氏体转变。第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章

24、钢的热处理4. 共析钢产物的性能绪 论第一章第二章硬度韧性第三章第四章第五章总结：过冷奥氏体转变产物为：高温转变产物为：珠光体、索氏体、屈氏体中温转变产物为：上贝氏体、下贝氏体低温转变产物为：马氏体第六章第七章第八章钢的热处理5、过冷奥氏体等温冷却转变曲线的应用温度绪 论800700 A第一章A1V1 = 5.5/s 第二章炉冷 P退火V1500V2 = 20/s空冷 S 正火V3 = 33/s油淬T+M+AV4 138/s第三章VkV2V3300 V4Ms第四章1000-100 M+A+PM+AP型水淬M+A Mf第五章0101021031041时间(s)第六章1 可估计临界冷却速度Vk的大

25、小（获得M体的最小冷速）2 冷速一产定物的材性料能和，HT（条转件变产具物有由一冷定却的曲V线k交的位材置料决一定，。HT条件不同Vk不同3 为制定不H同T的工材艺料提V供k不了同依据与C曲线相第七章第八章钢的热处理6.4 钢的普通热处理 HT工艺是以原理为基础，具体的制定：（1） 加热温度（2） 保温时间（3） 冷却方式（介质选定）等参数 HT工艺作为机械加工过程中的一个环节，其作用 不外乎两点。改善材料的加工工艺性提高机件的耐用度（性能）绪 论第一章第二章第三章第四章第五章零件要获得所需的性能加 热冷 却相应的组织第六章第七章热处理工艺第八章钢的热处理绪 论退火正火淬火回火第一章一、退火将

26、钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）的热处理工艺叫做退火。钢的退火工艺有：第二章第三章完全退火扩散退火等温退火球化退火第四章去应力退火第五章第六章第七章第八章钢的热处理1. 完全退火又称重结晶退火，把钢加热到Ac3以上2030，保温后缓慢冷却（随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却）， 以获得接近平衡组织的热处理工艺。绪 论第一章第二章完全退火一般 用于亚共析钢。亚共析钢完全退火后的组织为F+P。目的：第三章第四章第五章（2）工艺曲线（1）加热温度第六章通过完全重结晶，使热加工造成粗大、不均匀的 组织均匀化和细化；使中碳以上的钢得到接近平衡状态的组织，降低 硬度，改善切削加工性

27、能；消除内应力。第七章第八章钢的热处理绪 论2. 等温退火将钢件加热到Ac3（或Ac1）的温度，保温后，较快地冷却到珠光体区某一温度保温，进行奥氏体等温 转变，然后缓慢冷却的热处理工艺。第一章第二章第三章第四章与完全退火相同能获得均匀的组织； 对于奥氏体稳定的合金钢，可缩短退火时间。第五章第六章第七章第八章钢的热处理3. 球化退火使钢中碳化物球状化的热处理工艺。主要用于共析钢和过共析钢。球化退火的加热温度 略高于Ac1 。绪 论第一章第二章第三章球化退火需要较长的保温时间来保证二次渗碳体的自发球化。保温后随炉冷却第四章第五章第六章（1）加热温度（2）工艺曲线第七章第八章钢的热处理绪 论组织：球

28、化退火后的显微组织叫球化体，在铁素体基体上分布着细小的球状渗碳体。第一章第二章第三章第四章第五章球化体目的：（1） 使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化， 降低硬度，改善切削加工性能；（2） 为以后的淬火作组织准备。第六章第七章第八章钢的热处理4.扩散退火把钢锭、铸件或锻坯加热到固相线以下100200 的温度，长时间保温（10h20h），并进行缓慢冷 却的热处理工艺。目的：减少钢锭、铸件、锻坯的化学成分和组织的不均匀性。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章（1）加热温度（2）工艺曲线扩散退火后钢的晶粒很粗大，要再进行完全退火或正火处理。第七章第八章钢的热处理5.去应力退火将 钢 件 加

29、热 至 Ac1 的 温 某 一 温 度 （ 一 般 为500600），保温后随炉冷却。以消除内应力的 低温退火目的：消除铸件、锻造、焊接和机加工、冷变形等加工在工件中造成的内应力。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章（1）加热温度（2）工艺曲线不引起组织变化。第八章钢的热处理绪 论二、正火钢加热到Ac3（对于亚共析钢）、Ac1（对于共析钢）、 Accm（对于过共析钢）以上3050 ，保温后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理。第一章第二章第三章正火后的组织：第四章亚共析钢为F+S；共析钢为S；第五章第六章过共析钢为S+Fe3C。（1）加热温度（2）工艺曲线第七章第八章钢的热处理绪

30、论正火应用（1） 作为最终热处理细化晶粒，组织均匀，减少亚共析钢中铁素体含量，珠光体含量增多并细化，提高钢的强度、提高钢的强度、硬度和韧性。用于不重要的零件。（2） 作为预先热处理截面较大的合金结构钢件，在淬火前进行正火，消除魏氏组织和带状组织，细化组织。对于过共析钢可减少二次渗碳体量，不形成连续网状，为球化退火作组织准备。（3） 改善切削加工性能适当提高低碳钢的硬度，改善切削加工性能。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论三、淬火1. 淬火工艺将钢加热到相变温度以上（ 亚共析钢Ac3 以上 第一章3050；共析钢和过共析钢Ac1以上3050），第二章保温一定时间后快

31、速冷却获得马氏体的热处理工艺。第三章常用的冷却介质是水和油。为了减少零件淬火时的变形，可用盐浴作冷却介质。第四章第五章第六章（1）加热温度（2）工艺曲线第七章第八章钢的热处理绪 论2. 钢的淬透性（重点内容）钢淬火时形成马氏体的能力。用钢在淬火时表面至半马氏体(M50%+非M50%)组织的距离即淬硬层厚度衡量。淬透层深度：从试样表面至半马氏体区的距离。 淬透性淬硬层厚度第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论用末端淬火法测定钢的淬透性第一章第二章测定步骤1、加热试样2、端面淬火3、冷却后取出4、磨制平面5、测定硬度6、绘制淬透性曲线第三章第四章第五章第六章第七章距末端距

32、离/mm第八章钢的热处理绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论实际生产中，要测定淬火工件的淬透层深度。第一章第二章实验步骤1、淬火2、切截面3、测定硬度4、截面硬度分布第三章第四章在同样淬火条件下，淬透层深度越大，则反映钢的淬透性越好。第五章第六章第七章距表面距离/mm第八章淬火试样断面上马氏体量和硬度的变化钢的热处理绪 论影响淬透性的因素：（1） 碳含量对于碳钢：亚共析钢随含碳量增加，C曲线右移， 淬透性提高；过共析钢随含碳量增加，C曲线左移， 淬透性降低；共析钢的临界冷速最小，淬透性最好。（2） 合金元素除Co外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷 却速度

33、，使C曲线右移，淬透性提高。合金钢往往比碳钢的淬透性好。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论（3） 奥氏体化温度提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大成分均 匀，减少珠光体的形核率，降低钢的临界冷却速 度，增加其淬透性。（4） 钢中未溶第二相钢中未溶入奥氏体中的碳化物，氮化物及其它非 金属夹杂物，可成为奥氏体分解的非自发核心， 使临界冷却速度增大，降低淬透性。钢的淬透性主要决定于钢中合金元素的种类和含量。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论钢的淬透性的应用（1）比较不同钢种的淬透性淬透性是钢材选用的重要依据之一。用半马氏体硬度曲线和淬透性，

34、找出钢的半马氏体 区所对应的距水冷端距离。该距离越大，则淬透性越好。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章40Cr钢比45钢的淬透性好。钢的热处理（2）钢材截面性能分析调质处理后，淬透性好的钢棒整个截面是回火索氏 体，机械性能均匀，强度高，韧性好。淬透性差的钢表层为回火索氏体，心部为片状索氏 体+铁素体，心部强韧性差。如： 直径为30mm 的40CrNiMo 钢棒整个截面性能均匀，强度高，韧性好。直径为30mm 的40 钢心部强韧性差。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理（3）选材截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、 锻模、锤杆等工件，要求截面性

35、能均匀，应选用淬透性好的钢。承弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受力较大，心部受力较小，可选用淬透性较差的钢。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论3. 钢的淬硬性钢的淬硬性是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。 主要取决于马氏体的含碳量。第一章第二章第三章第四章T12钢淬火后硬度为62HRC-65HRC45钢淬火后硬度为55HRC-58HRC刃具、冷拔模具要求有很高淬硬性。第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论练习比较T12、20CrMnTi、40Cr三种钢的淬透性和淬硬性的高低。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢种淬硬性淬透性T12最高最低20Cr

36、MnTi最低最高40Cr较高较高钢的热处理绪 论四、回火第一章回火钢件淬火以后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。1. 低温回火回火温度：150250。低温回火时，淬火马氏体内部会析出碳化物薄片（Fe2.4C），马氏体的过饱和度减小。第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论低温回火后组织 亚共析钢淬火、低温回火后组织回火马氏体 过共析钢淬火、低温回火后组织回火马氏体+碳化物+残余奥氏体目的：降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火 后的高硬度（5864HRC）和高耐磨性。应用：锉刀、锯条等工具。第一章第

37、二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论2. 中温回火回火温度：350500。组织：回火屈氏体铁素体基体与弥散分布的细粒状渗碳体的混合组 织。铁素体仍保留马氏体的形态，碳化物比回火马氏 体中的碳化物粗。具有高的弹性极限和屈服极限，一定韧性、硬度 一般为3545HRC。应用：弹簧第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论3. 高温回火回火温度：500550。组织：回火索氏体细粒状渗碳体和铁素体基体的混合组织。第一章第二章第三章第四章回火索氏体综合机械性能最好，即强度塑性和韧性都比较好，硬度一般为2535HRC。淬火加高温回火称为调质处理。应用：螺栓、连杆第五

38、章第六章第七章第八章回火索氏体钢的热处理绪 论淬火钢回火时马氏体的碳质量分数、残余奥氏体量、内应力及碳化物尺寸随温度的变化：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理 40钢机械性能与回火温度的关系绪 论第一章第二章第三章第四章 回火温度/韧性：钢在250350 和500600两个温度区间回火后， 钢的冲击韧度明显下降， 称回火脆性。第五章第六章第七章第八章钢的热处理6.4 钢的表面热处理绪 论第一章仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺称为表面热处理，也叫表面淬火。第二章第三章实际生产中常用感应加热表面淬火。第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理1. 感应加热表面

39、淬火原理感应圈通交流电，内部产生交变磁场。工件置于磁场中，工件内部产生感应电流，电阻 的作用被加热。交流电集肤效应，工件表面的电流密度大，表面 温度快速升高到相变点以上。中心电流密度几乎 为零，温度仍在相变点以下。用水或聚乙烯醇水溶液喷射，表面被淬火。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理2. 感应加热表面热处理的特点（1） 感应加热时，钢的奥氏体化在较大的过热度（Ac3以上80150）进行，晶核多。时间短，晶 粒细。（2） 表面层淬得马氏体后，体积膨胀，表面造成残余应力，提高工件的疲劳强度。（3） 加热速度快，时间短，工件氧化脱碳少，内部未加热，工件的淬火变形小。（

40、4） 加热温度和淬硬层厚度容易控制。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理感应加热表面淬火组织表面为马氏体，心部组织不变。如先经调质处理，心部组织为回火索氏体。低温回火：淬火后进行180200低温回火。表面为回火马氏体，降低淬火应力，保持高硬度 和耐磨性。心部为回火索氏体。保证强韧性。工程应用：用于中碳钢和中碳低合金钢，如45、40Cr、40MnB钢等。用于齿轮、主轴、曲轴等零 件的表面硬化，提高耐磨性。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理6.5 钢的化学热处理绪 论化学热处理将钢件置于一定温度的活性介质中保第一章温，使一种或几种元素渗入其

41、表面，改变其化学成分或组织，达到改进表面性能，满足技术要求 的热处理过程。第二章第三章第四章渗碳 氮化 碳氮共渗第五章渗硫渗铬第六章第七章第八章钢的热处理一、渗碳1. 渗碳低碳钢零件在渗碳炉中，加热到900950，滴入 煤油、甲醇等有机液体，或通入煤气、石油液化 气，产生活性碳原子。钢件表面渗碳。表面获得高浓度碳（碳质量分数 约1.0%）。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章 气体渗碳炉 气体渗碳装置示意图第八章钢的热处理低碳钢（20钢）渗碳缓冷后的冷却组织绪 论第一章珠光体+二次渗碳体珠光体珠光体+铁素体表面过渡区心部第二章第三章第四章第五章 表面 心部 第六章第七章第八章低碳钢

42、渗碳缓冷后的显微组织钢的热处理2. 渗碳后的热处理（1） 直接淬火渗碳温度高，奥氏体晶粒长大，淬火后马氏体较粗，残余 奥氏体较多，耐磨性较低，变形较大。为了减少淬火时的 变形，渗碳后常将工件预冷到830850后淬火。（2） 一次淬火渗碳缓冷后，重新加热到临界温度以上保温后淬火。受载不大但表面性能要求较高的零件，淬火温度Ac1 以上3050，使表层晶粒细化。心部组织要求高时，淬火加热温度略高于Ac3 。（3）低温（150200 ）回火以消除淬火应力和提高韧性。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理3.钢渗碳、淬火、回火后的组织与性能组织：表面回火M（高碳）+碳化物+残余

43、A 心部回火M（低碳）性能：（1） 表面硬度高表面硬度 58HRC64HRC 以上， 耐磨性好； 心部硬度30HRC45HRC，心部强韧。（2） 疲劳强度高表层体积膨胀大，心部体积膨胀小，表层中造成压应力，零件的疲劳强度提高。实际应用：20、20Cr、20CrMnTi等低碳钢和低碳合金钢制 造的齿轮、轴、销。绪 论第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论二、氮化第一章氮化向钢件表面渗入氮的工艺。氮化的目的：更大地提高钢件表面的硬度和耐磨 性，提高疲劳强度和抗蚀性。常 用 的 氮 化 钢 有 35CrAlA ， 38CrMoAlA ，38CrWVAlA等。1. 工艺（1）

44、氮化前预处理材料先进行调质处理，获得回火索氏体组织，改 善机加工性能，保证较高的强度和韧性。形状复杂或精度要求高的零件，精加工后要进行 消除内应力退火，以减少氮化时的变形。第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理绪 论（2）氮化工艺目前广泛应用的气体氮化。氨被加热分解出活性 氮原子：2NH33H2+2N氮原子被钢吸收并溶入表面，在保温过程中向内 扩散，形成渗氮层。温度一般为500600。氮化时间长，一般为20h50h。第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章 38CrMoAl钢氮化工艺曲线图 钢的热处理绪 论2. 组织和性能 组织工件最外层为一层白色或相的氮化物薄层，很脆。

45、常用精磨磨去；中间是暗黑色含氮共析体（+ ）层；心部为原始回火索氏体组织。第一章第二章第三章第四章第五章 38CrMoAl钢氮化层显微组织 第六章第七章第八章钢的热处理 性能绪 论第一章（1） 氮化后硬度很高（1000HV1100HV），在600650不下降，具有很高的耐磨性和热硬性。（2） 渗氮层体积增大，造成表面压应力，疲劳强度大大提高。（3） 氮化温度低，零件变小。（4） 表面形成致密的化学稳定性较高的相层，耐蚀性好，在水中、过热蒸汽和碱性溶液中均很 稳定。实际应用：丝杆、镗床主轴第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章钢的热处理三、碳氮共渗碳氮共渗：同时向零件表面渗入碳和氮的化学热绪 论第一章处理工艺，也称化。第二章一般采用高温