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1、任务3-3：安排钢的热处理工序,任务：怎样提高齿轮的齿面硬度以及轴的强度？,热处理的概念 将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织与性能的工艺。 热处理的目的 （1）提高钢的力学性能 （2）改善钢的工艺性能 热处理的理论依据：铁碳相图,一、 热处理基本知识,热处理分类,铁素体（F）：性能： b=180230MPa 0.2=100170MPa HBS=5080 =30%50% =70%80% ak=160200J/cm2,奥氏体（A）： b400MPa HBS=170220 =40%50% 高塑性,渗碳体（Fe3C）：b30MPa HBS=800 0 0 硬而脆,珠光体（P）：
2、b750MPa HBS=180 20%25% ak=3040J/cm 2,莱氏体（Ld）： 性能：硬而脆,二、 钢在加热时的组织转变,对于加热：非平衡条件下的相变温度高于平衡条件下的相变温度； 对于冷却：非平衡条件下的相变温度低于平衡条件下的相变温度。 加热与冷却速度越大，温度提高与下降的幅度就越大。,实际相变温度与理论转变温度之间的关系,相变温度,A,F+A,A+FeC2,三、 钢的普通热处理,一般零件生产的工艺路线:,1、钢的退火,定义:将金属缓慢加热到一定温度，保温足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却)的一种金属热处理工艺 。 目的:使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件消
3、除内应力；降低硬度;细化晶粒；均匀成分；为最终热处理作好组织准备。,（1）扩散退火 扩散退火是将工件加热到略低于固相线的温度（亚共析钢通常为10501150，合金钢为10501200 ），长时间（1020小时）保温，然后随炉缓慢冷却到室温。 扩散退火的主要目的是使合金中的元素发生固态扩散，来减轻化学成分不均匀性（偏析），主要是减轻晶粒尺度内的化学成分不均匀性（晶内偏析或称枝晶偏析）。退火温度所以如此之高，是为了加快合金元素扩散，尽可能缩短保温时间。 主要适用于铸造后的高合金钢。,（2）完全退火 完全退火是将钢件或钢材加热到Ac3+3050 ，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织
4、的热处理工艺。 完全退火主要用于亚共析钢，一般是中碳钢及低、中碳合金结构钢锻件、铸件及热轧型材，有时也用于它们的焊接构件。完全退火不适用于过共析钢，因为过共析钢完全退火需加热到Accm以上，在缓慢冷却时，渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，导致材料脆性增大，给最终热处理留下隐患。,（3）等温退火 等温退火是将钢加热到 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（共析钢和过共析钢）以上不多的温度，保温一段时间,使钢奥氏体化,然后迅速移入温度在A1以下不多的另一炉内，等温保持直到奥氏体全部转变为珠光体为止，然后出炉空冷。 钢的等温退火的目的，与完全退火基本相同，但工艺操作和所需设备都比较复杂，所以通常主要是应
5、用于过冷奥氏体在珠光体型相变温度区间转变相当缓慢的合金钢。因为若采用完全退火方法，往往需要数十小时，很不经济；采用等温退火则能大大缩短生产周期，并能使整个工件获得更为均匀的组织和性能。,（4）球化退火 球化退火是将钢加热至Ac1以上、Accm以下的双相区，较长时间保温，并缓慢冷却的工艺。 目的在于使珠光体内的片状渗碳体以及先共析渗碳体都变为球粒状渗碳体，均匀分布于铁素体基体中(这种组织称为球化珠光体)。具有这种组织的中碳钢和高碳钢硬度低、切削性好、冷形变能力大。 适用于共析钢与过共析钢。,（5）再结晶退火应用于经过冷变形加工的金属及合金的一种退火方法。目的为使金属内部组织变为细小的等轴晶粒，消
6、除形变硬化，恢复金属或合金的塑性和形变能力（回复和再结晶）。 （6）去应力退火：铸、锻、焊件在冷却时由于各部位冷却速度不同而产生内应力，金属及合金在冷变形加工中以及工件在切削加工过程中也产生内应力。若内应力较大而未及时予以去除，常导致工件变形甚至形成裂纹。去除应力退火是将工件缓慢加热到较低温度（钢是500650），保温一段时间, 然后缓冷下来。去应力退火并不能将内应力完全去除，而只是部分去除，从而消除它的有害作用。,消除内应力,500650,去应力退火,消除加工硬化,TR +3050 ,再结晶退火,过共析、共析钢,使Fe3C球化HRC， 韧性，切削性 为淬火作组织准备,Ac1 +2030,球化
7、退火,亚共折钢、共析钢,细化晶粒，均匀化组织 降低硬度 切削性 消除内应力,Ac3 +3050,完全退火,高合金钢,均匀钢内部的化学成分,略低于固相线,扩散退火,适用钢种,退火目的,加热温度,退火工艺,2、钢的正火,正火是将钢加热到Ac3以上3050（亚共析钢）或Accm以上3050 （过共析钢），保温后空冷的热处理工艺。 正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。,应用范围: 预备热处理:调整低、中碳钢的硬度;消除过共析钢中的Fe3C。 最终热处理:
8、用于力学性能要求不高的普通零件。,3、钢的淬火,钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。 淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。,中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。,中温等温下可获得一种高温转变及低温转变相异的组织，称
9、之为贝氏体。,该组织具有较高的强韧性,淬火方法示意图,淬火方法 单液淬火：直冷，简单易操作。 双液淬火：先快后慢，降低组织应力。 分级淬火：快-恒-快，降低热应力与组织应力。 等温淬火：得到B下（工模具、弹簧）。 局部淬火：量具等的局部区域。 冷 处 理：-70-80，降低A残%，稳定尺寸。,卡规局部淬火,钢的淬透性 淬透性：是指钢在淬火时获得马氏体的能力。主要受奥氏体中的碳含量和合金元素的影响。钢材淬透性好与差，常用淬硬层深度来表示。淬硬层深度越大，则钢的淬透性越好。淬硬层一般规定为工件表面至半马氏体（马氏体量占50%）之间的区域，它的深度叫淬硬层深度。 淬硬性：是指钢淬火后获得的马氏体组织
10、所能达到的最高硬度。钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量。,淬硬层示意图,四、钢的回火,定义：将淬火钢重新加热到A1点以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。 回火的目的: 改变强度、硬度高，塑性、韧性差的淬火组织。 使不稳定的淬火组织M和残余A转变为稳定组织，保证工件不再发生形状和尺寸的改变。 消除淬火内应力，防止进一步变形、开裂。 钢淬火后都必须进行回火处理，回火决定了钢在使用状态的组织和寿命。,淬火钢回火时组织和性能的变化 马氏体分解（100350） 回火M(低过饱和碳化物) 残余奥氏体的分解（200300） B下 碳化物的转变（250400） 碳化物转变
11、为Fe3C 渗碳体的聚集长大和相再结晶（400） 成为粒状Fe3C，600后粗化,回火的分类及应用,回火马氏体组织金相图,回火索氏体组织金相图,回火屈氏体组织金相图,4 钢的表面热处理,通过快速加热与立即淬火冷却相结合的方法来实现表硬、心韧 表面淬火：通过快速加热使钢的表层奥氏体化，然后急冷，使表层形成马氏体组织，而心部仍保持不变。因此表面淬火是一种不改变钢表层化学成分，但改变表层组织的局部热处理工艺。 化学热处理：将零件置于一定的化学介质中 ，通过加热、保温，使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层，以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。,火焰加热表面淬火,一、表面淬火,集肤效应示意图,感应加热表面淬火示意图,火焰加热表面淬火 设备简单, 操作方便, 成本低； 淬火质量不稳定； 适于单件、小批量及大型零件的生产。 感应加热表面淬火 淬火件的质量好，工件变形小； 不易氧化及脱碳，淬火层容易控制； 生产率高，设备投资大； 不适于复杂形状零件和小批量生产。,二、化学热处理,化学热处理的基本过程: 分解: 化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。 2COCO2 +C 吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶解。 扩散: 活性原子由零件表面向内部扩散，形成一定的扩散层。,固体渗碳法,气体渗碳法,
