《第三章金属热处理及表面改性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章金属热处理及表面改性（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机 械 制 造 基 础机 械 制 造 基 础 第 三章第 三章 金属热处理及表面改性金属热处理及表面改性 基本内容 1 1 1 钢的组织转变钢的组织转变钢的组织转变钢的组织转变 2 2 2 金属热处理及方法金属热处理及方法金属热处理及方法金属热处理及方法 3 3 3 金属材料的表面改性金属材料的表面改性金属材料的表面改性金属材料的表面改性 1 1 1 钢在加热和冷却时的组织转变 ?钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 热处理热处理 加热冷却性能改善加热冷却性能改善 保温 组织转变 保温 组织转变 不同组织不同组织 P + FA + FA AC1 AC3 PA AC1 P + Fe3C A
2、+ Fe3C A AC1 ACcm 加热加热后的组织后的组织 亚共析钢亚共析钢 共析钢共析钢(C=0.77%) 过共析钢过共析钢(0.77% C2.11%) 1 1 1 钢在加热和冷却时的组织转变 ?钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 A的转变过程的转变过程 A形核并长大优先在形核并长大优先在F与与Fe3C的相界面上形核的相界面上形核 A中的中的Fe3C残继续溶解 残 继续溶解 FA；Fe3C AV转不同 转不同 A成分均匀化成分均匀化 F、Fe3C区域的含区域的含C量不同，量不同，t保， 保，T加 均匀化 加 均匀化 原子扩散原子扩散 A的转变特点的转变特点 局部整体；形核局部整体；形
3、核 + 长大保温长大保温(内外温差；成分均匀化内外温差；成分均匀化) A起始晶粒很细；随起始晶粒很细；随 t保， 保，T加加 A晶粒粗化晶粒粗化 1 1 1 钢在加热和冷却时的组织转变 ?钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 连续冷却连续冷却： 将 ： 将A状态的钢以一定状态的钢以一定V冷冷却至室温，使其在温度连续下降的过程 中发生组织转变 等温冷却： 将 冷 冷却至室温，使其在温度连续下降的过程 中发生组织转变 等温冷却： 将A状态的钢迅速冷却至临界温度以下某一温度进行保温，使其 在恒温下发生组织转变 状态的钢迅速冷却至临界温度以下某一温度进行保温，使其 在恒温下发生组织转变 ?过冷过冷
4、A的等温转变曲线的等温转变曲线 ?过冷过冷A连续冷却转变曲线连续冷却转变曲线 ?过冷过冷A等温转变等温转变产物的组织与性能产物的组织与性能 1 1 1 钢在加热和冷却时的组织转变 ?过冷过冷A等温转变等温转变产物的组织与性能产物的组织与性能 共析钢共析钢C曲线包括三个转变区曲线包括三个转变区 P转变区转变区 B转变区转变区 M转变区转变区 高温转变产物（高温转变产物（P型）型）727550 中温转变产物（中温转变产物（B型）型）550230 低温转变产物（ 低温转变产物（M型）型） 230 组织形态HRC 组织观察 Ar1650P层片较厚725500X 650600S层片较薄 2535 800
5、1500X 600550T层片较薄 3540 电子显微 1 1 1 钢在加热和冷却时的组织转变 ?过冷过冷A等温转变产物的组织与性能等温转变产物的组织与性能 过饱和的固溶体过饱和的固溶体 M + A残 T终： 终：50， ，HB ， ， 0 转变特点：转变特点： V冷， 冷，T转 、 转 、HB 、，但但M的的HB、 b k k 共析钢共析钢C曲线包括三个转变区曲线包括三个转变区 P转变区转变区 B转变区转变区 M转变区转变区 高温转变产物（高温转变产物（P型）型）727550 中温转变产物（ 中温转变产物（B型）型）550230 低温转变产物（低温转变产物（M型）型） VK（临界冷却速度），
6、但不能过大，否则内应力（临界冷却速度），但不能过大，否则内应力 目的目的 HB和耐磨性和耐磨性 2 2 2 热处理方法 ?钢的钢的淬火淬火与回火与回火 淬火方法淬火方法 组织组织方法方法应用应用 单液淬火单液淬火M M持续冷却持续冷却适用于形状简单的工件(大 件无法淬透) 适用于形状简单的工件(大 件无法淬透) 双介质淬火双介质淬火M M快冷 + 慢冷(另一 种介质) 快冷 + 慢冷(另一 种介质) 适用于小件适用于小件 马氏体分级淬火马氏体分级淬火M M快冷保温空冷快冷保温空冷 适用于截面尺寸较小的工 件 适用于截面尺寸较小的工 件 贝氏体等温淬火贝氏体等温淬火B B快冷保温(快冷保温(T
7、T保 、内应力 ) 保 、内应力 ) 适用于形状复杂、精度要 求高的小件，高合金大截 面零件 适用于形状复杂、精度要 求高的小件，高合金大截 面零件 2 2 2 热处理方法 ?钢的钢的淬火淬火与回火与回火 要求整个截面淬透：螺栓、连杆和锤杆等，完全淬透 要求一定深度的淬透层：受弯曲、扭转的实心轴类零件 表面耐磨、受冲击的模具，心部一般不要求 要求整个截面淬透：螺栓、连杆和锤杆等，完全淬透 要求一定深度的淬透层：受弯曲、扭转的实心轴类零件 表面耐磨、受冲击的模具，心部一般不要求HB 不要求高淬透性：焊接件 淬火前进行粗加工：大尺寸、淬透性的零件 零件不淬火：大尺寸、淬透性以正代淬 不要求高淬透性
8、：焊接件 淬火前进行粗加工：大尺寸、淬透性的零件 零件不淬火：大尺寸、淬透性以正代淬 钢的淬透性钢的淬透性(零件整个截面均得到零件整个截面均得到M M或50或50M M+50%+50%T T ) 淬透层淬透层1/21/4 临界淬透直径临界淬透直径: 钢在某种介质中淬火时使心部获得半马氏 体的最大直径 钢在某种介质中淬火时使心部获得半马氏 体的最大直径(D0) 淬火介质改变淬火介质改变D0随之改变随之改变 2 2 2 热处理方法 ?钢的钢的淬火淬火与回火与回火 减小淬火变形的措施减小淬火变形的措施 -合理选择钢材（淬透性）与正确设计零件（避免 薄片和尖角 合理选择钢材（淬透性）与正确设计零件（避
9、免 薄片和尖角) -正确锻造和进行预备热处理 （高合金钢锻造改善碳 化物分布；高碳钢球化 退火；去应力退火） 正确锻造和进行预备热处理 （高合金钢锻造改善碳 化物分布；高碳钢球化 退火；去应力退火） -采用合理的热处理工艺 （ 采用合理的热处理工艺 （T淬 淬 ；分级淬火；等温淬火；分级淬火；等温淬火) 2 2 2 热处理方法 回火回火T T加 Ac1，保温，冷却至室温 加 35) 淬火淬火 + 低、中温回火 调质件 低、中温回火 调质件(HRC 35) 淬火淬火 + 高温回火高温回火 ?淬火、回火的选用淬火、回火的选用思考题思考题 2 2 2 2 2 2 热处理方法 ?钢的表面热处理钢的表面
10、热处理 区别：只改变材料表层的组织与性能，不改变心部的组织与性能区别：只改变材料表层的组织与性能，不改变心部的组织与性能 应用：中C钢，中C合金钢- 表面淬火表面淬火：迅速加热冷却：迅速加热冷却 HRC5254 种类种类过程过程应用应用 火焰淬火火焰淬火气体火焰气体火焰(煤气氧；乙炔氧煤气氧；乙炔氧)加热，喷水冷 却 加热，喷水冷 却 大型零件、轴颈类零件大型零件、轴颈类零件 电解液加热淬火电解液加热淬火工件在盐浴或金属熔池中加热，迅速冷却工件在盐浴或金属熔池中加热，迅速冷却形状复杂零件形状复杂零件 感应加热淬火感应加热淬火电感应加热，喷水冷却电感应加热，喷水冷却调质处理零件调质处理零件 电接
11、触加热淬火电接触加热淬火电极电极(低电压、强电流低电压、强电流)直接与工件接触，迅速 加热、迅速移动，靠热传导散热冷却 直接与工件接触，迅速 加热、迅速移动，靠热传导散热冷却 机床导轨机床导轨 - 化学热处理化学热处理 - 激光表面处理激光表面处理(新型高能量密度强化方法新型高能量密度强化方法) 无冷却介质无冷却介质 2 2 2 热处理方法 ?钢的表面热处理钢的表面热处理 区别：只改变材料表层的组织与性能，不改变心部的组织与性能区别：只改变材料表层的组织与性能，不改变心部的组织与性能 - 表面淬火：迅速加热冷却表面淬火：迅速加热冷却 HRC5254 应用：中应用：中C钢，中钢，中C合金钢合金钢
12、 - 化学热处理化学热处理 渗碳：把低碳钢置于渗碳介质中进行增碳，随后淬火。渗碳层厚 度： 渗碳：把低碳钢置于渗碳介质中进行增碳，随后淬火。渗碳层厚 度：0.011 毫米 渗氮：把工件置于电炉中，喷入含氮气体 毫米 渗氮：把工件置于电炉中，喷入含氮气体(NH3)，使表面硬化，使表面硬化(HB 和耐磨性和耐磨性)，表面硬化层小于，表面硬化层小于0.8毫米，在精加工后进行 碳氮共渗 毫米，在精加工后进行 碳氮共渗(氰化氰化)：表层同时渗入：表层同时渗入C和和N原子，原子，HB、疲劳强度、耐磨性、疲劳强度、耐磨性 - 激光表面处理激光表面处理(新型高能量密度强化方法新型高能量密度强化方法) 无冷却介
13、质无冷却介质 2 2 2 热处理方法 ?钢的表面热处理钢的表面热处理 区别：只改变材料表层的组织与性能，不改变心部的组织与性能区别：只改变材料表层的组织与性能，不改变心部的组织与性能 - 表面淬火：迅速加热冷却表面淬火：迅速加热冷却 HRC5254 应用：中应用：中C钢，中钢，中C合金钢合金钢 - 化学热处理化学热处理 - 激光表面处理激光表面处理(新型高能量密度强化方法新型高能量密度强化方法) 无冷却介质无冷却介质 激光表面熔融处理激光表面熔融处理(LSM) ：用激光照射工件表面，使材料表层迅速熔 化，而后靠基体热传导快速冷却凝固。表层高硬度、高耐磨 性、高耐蚀性 激光合金化：用激光照射基体
14、材料和涂敷在表层的合金化物质，其熔 化后迅速凝固，达到改变表层化学成分、提高耐磨性、耐蚀 性、高温抗氧化性和表面改性之目的 ：用激光照射工件表面，使材料表层迅速熔 化，而后靠基体热传导快速冷却凝固。表层高硬度、高耐磨 性、高耐蚀性 激光合金化：用激光照射基体材料和涂敷在表层的合金化物质，其熔 化后迅速凝固，达到改变表层化学成分、提高耐磨性、耐蚀 性、高温抗氧化性和表面改性之目的 Back 金属材料的表面改性 ?涂层处理涂层处理 电 镀将具有导电表面的制件与电解质溶液接触并作为阴极，在外电流作 用下，使制件表面上形成与基体牢固结合的镀覆层的工艺过程 电 镀将具有导电表面的制件与电解质溶液接触并作
15、为阴极，在外电流作 用下，使制件表面上形成与基体牢固结合的镀覆层的工艺过程 镀铜、镀镍、镀铬、镀锌、镀镉、镀银和镀金镀铜、镀镍、镀铬、镀锌、镀镉、镀银和镀金 化学镀利用化学物质的还原作用，可将有关物质沉积于制件表面并形成与 基体结合牢固的镀覆层，这一过程称为化学镀。 真空镀真空镀是指在真空条件下，将金属气化成原子或分子，或者使其离 子化成离子，直接沉积到镀件表面上的方法 钢铁的氧化、磷化和钝化 铜及铜合金的氧化 铝及铝合金的氧化处理 利用喷射、涂饰等方法，将有机涂料覆于制件表面并形成与基体牢固结合的 涂覆层。 化学镀利用化学物质的还原作用，可将有关物质沉积于制件表面并形成与 基体结合牢固的镀覆
16、层，这一过程称为化学镀。 真空镀真空镀是指在真空条件下，将金属气化成原子或分子，或者使其离 子化成离子，直接沉积到镀件表面上的方法 钢铁的氧化、磷化和钝化 铜及铜合金的氧化 铝及铝合金的氧化处理 利用喷射、涂饰等方法，将有机涂料覆于制件表面并形成与基体牢固结合的 涂覆层。 ?化学膜层保护化学膜层保护 ?非金属覆层非金属覆层 3 3 3 思考题思考题12 3 Fe-C合金状态图合金状态图 返回返回 返回 返回 返回 返回 返回 钢退火和正火的目的是钢退火和正火的目的是： 调整硬度以便进行切削加工（最佳切削硬度为 170250 HBS），提高钢的塑性和韧性，便于进行 冷冲压和冷拉拔加工； 消除残余内应力，以减少钢件在淬火时产生变形 或开裂； 细化晶粒，改善组织，提高力学性能； 为最终热处理
