第四讲 钢的热处理

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1、第3章 钢的热处理引言：1、热处理的概念 2、热处理的目的 钢在固态范围内，在不改变工件的形状的前提下，通过加热到 一定温度、保温和冷却，改变其内部组织，从而获得所需性能 的一种工艺方法。（1）提高钢的力学性能 （2）改善钢的工艺性能根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热 处理分为：2、表面热处理表面淬火、气相沉积3、化学热处理：渗碳、氮化、碳氮共渗退火、正火、淬火、回火1、整体热处理铁碳合金相图是在极其缓慢的加热和冷却条件下得到的，而热处理生产 中加热或冷却都达不到极其缓慢的要求，因此，实际发生的组织转变温度与 铁碳合金相图有一定偏离。3、热处理实际组织转变温度 3.1 钢在加热时的组织

2、转变第3章 钢的热处理v钢在热处理时，需要一定时间保温的目的 ，不仅是为了保证工件热透，而且也为了使 组织转变充分和A成分均匀化。v共析钢加热到Ac1以上能完全奥氏体化亚共析钢加热到Ac3以上能完全奥氏体化过共析钢加热到Accm以上能完全奥氏体化注意点：原因第3章 钢的热处理v奥氏体晶粒大小对转变产物的影响第3章 钢的热处理3.2 钢在冷却时的组织转变过冷奥氏体：在A1温度以下，还没有转变成其它组织的A。它 是不稳定的，最终要转变为其他组织。等温冷却：将加热到奥氏体的钢迅速冷却到临界温度 以下的某一温度保温，进行等温转变，然后再冷到室 温，如等温退火、等温淬火等连续冷却：将加热到奥氏体的钢，在

3、温度连续下降 的过程中发生组织转变，如水冷、空冷、炉冷等。第3章 钢的热处理1.过冷奥氏体的等温转变3条水平线： A1线是A 和P的平衡温度线，A1线以上 A是稳定的，A1 以下A是不 稳定的。 Ms是过A向马氏 体转变的开始温度线。 Mf 是过冷A向马氏体转变的结 束线。 两条“C”形曲线: 左边 的“C”形曲线是过冷A向其 他组织转变的开始线。 右 边的“C”形线是过冷A向其 他组织转变的结束线。1） 等温转变曲线等温曲线的由来两条“C”形曲线将A1以下 的区域分为三个部分: 过 冷A区，它是“C”形曲线 左边的A区域，还未发生组 织转变。 转变过渡区， 它是两条“C”形曲线之间 的区域，

4、A正在向其他组织 转变。转变结束区，它是 “C”形曲线右边的区域， 过冷A已全部转变为其他组 织。第3章 钢的热处理1.过冷奥氏体的等温转变 1） 等温转变曲线第3章 钢的热处理2） 等温转变产物的组织和性能组织类型等温温度/片层间距/m硬度/HRC珠光体PA16500.4525索氏体S650600O4022535托氏体T6005500.23545表 3.1 共析钢中珠光体型产物的组织和性能特点 过冷奥氏体在A1Ms进行等温转变。以共析钢为例，根据等温转变产物 的组织特征分为（1）珠光体转变（2）贝氏体转变第3章 钢的热处理2）等温转变产物的组织和性能组织类型等温温度/组织形态硬度/HRC上贝

5、氏体 （Bc）550350羽毛状3545下贝氏体 （Bd）350Ms针片状4555表 3.2 共析钢中贝氏体的组织和性能特点 炉冷 与“C”曲线A1 650相交 珠光体组织 空冷 与“C”曲线在650 600相交 索氏体组织 在流动空气中冷却 与 “C”曲线在600550相 交 托氏体组织 油冷 与“C”曲线的转 变开始线在 650600相 交 索氏体和马氏体的混合 物 水冷 不与“C”曲线相交 马氏体第3章 钢的热处理 2. 过冷奥氏体的连续冷却转变 1）连续冷却转变曲线及转变的产物马氏体转变是在MsMf 之间范围内进行的，转变产物称为马氏 体，它是碳全部固溶在-Fe中的过饱和固溶体。 1.

6、 马氏体转变的特点。 转变速度极快，瞬时形成，瞬间长 大。 转变是在一定温度范围（MSMf）不断降温形成的。 转 变不完全，即使温度降低到Mf以下，过冷A也不能全部转变为马氏 体，称残余A。 转变时体积膨胀，是钢在热处理时产生变形和 裂纹的主要原因。 2马氏体的组织形态和性能特点。淬火钢中的马氏体主要有两 种形态: 一类是板条状马氏体，其含碳量Wc0.2%，又称低碳马 氏体，具有良好的综合力学性能；另一类是针片状马氏体，其含 碳量Wc1%，又称高碳马氏体，具有高硬度、高强度，但塑性、 韧性差，即硬而脆。含碳量 Wc=0.2%1% 时，组织为两者的混合 物，其性能也在前二者之间。第3章 钢的热处

7、理2）马氏体转变热处理的理论依据第3章 钢的热处理3.3 钢的普通热处理第3章 钢的热处理机器零件和工具一般要经过的加工过程： 选原料锻造预先热处理（退火和正火）- -机械加工最后热处理 （淬火和回火）退火和正火一般作为预先热处理，其作用是：消 除前一工序所造成的某些组织缺陷及内应力，为随后 的切削加工及热处理作好组织准备。对于某些不太重 要的工件，正火也可作为最终热处理工序。淬火和回火一般作为最终热处理，其作用是获得 零件所要求的使用性能。1、概念：将钢加热到一定温度，然后缓慢冷 却的一种热处理工艺方法。 2、目的：1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；2）细化晶粒，消除组织缺陷；3）消除内

8、应力 。一、钢的退火一、钢的退火第3章 钢的热处理3、主要退火工艺根据钢的成分和处理目的的不同，可分为完全 退火、球化退火和去应力退火1）完全退火定义：将钢加热Ac3以上3050C,完全奥氏 体后，保温一定时间随之缓慢冷却到500C 以下，出炉空冷。目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度， 以利于切削加工。适用范围：亚共析钢型材。第3章 钢的热处理温度范围2）球化退火定义：将钢加热到Ac1以上2030 C,保温后随 炉缓冷至600 C，出炉空冷。目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性 能。适用范围：主要用于过共析钢及合金工具钢 。第3章 钢的热处理温度范围3）去应力退火定义：将钢加热到500-

9、600 C,保温后随炉 缓冷至200-300 C出炉空冷。又称低温退 火。目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力 。 （没有发生组织变化）适用范围：用于所有的钢。第3章 钢的热处理温度范围二、钢的正火1、概念：将钢件加热到Ac3或Accm线以上3050 C ，保温适当的 时间后，在空气中冷却的热处理工艺。2、目的：1）对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加 工性能 ；2）对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理；3）对高碳钢，可为球化退火作准备 。第3章 钢的热处理退火与正火的加热温度范围第3章 钢的热处理2、目的：提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足 够的韧性。1、概念：将钢件加热到Ac3或A

10、c1以上某一温度，保持 一定时间后，快速冷却的热处理工艺。 三、钢的淬火三、钢的淬火第3章 钢的热处理3、淬火剂：水、矿物油、盐水和碱水等。为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必须采用已 有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的淬火方法包括 单液淬火、双液淬火、分级淬火等，如图所示。4. 淬火方法:第3章 钢的热处理4、淬火方法： 1）单液淬火：将加热后的零件投入一种 冷却 剂中 冷却至室温。 特点：操作简单，容易实现自动化。 2）双液淬火：先水后油，或先油后空气。特点：可防止变形与开裂。 3）分级淬火：先放入一定温度的盐浴或碱浴中，再 空冷。特点：有效减小内应力，防止变形与开

11、裂； 但只 适于小尺寸工件。第3章 钢的热处理四、钢的回火1、回火的概念：将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度，保 温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺 。2、回火的目的：降低淬火钢的脆性，消除或减小内应力获得 所要求的机械性能，调整硬度稳定工件的尺寸。第3章 钢的热处理3、回火的种类 按回火温度的不同，回火可分以下三种： 低温回火：150 C 250 C 中温回火：350 C 500 C 高温回火：500 C 650 C第3章 钢的热处理1）低温回火（150250）C 目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应 力,减 少钢的脆性。硬度为58-64HRC。主要用于：刃具、量具、模

12、具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬火件。 2）中温回火（350500）C 目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。又称弹性处理。硬度为35-45HRC.主要用于：弹性零件及热锻模具等。 3）高温回火（500650）C 目的：获得良好的综合力学性能。淬火后高温回火的热处理称调质处理。硬度为25-35HRC.主要用于：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。 第3章 钢的热处理3.4 钢的表面热处理引言:为了兼顾零件表面和心部两种不同性 能要求,生产中广泛采用表面热处理的方法 ,即表面淬火和化学热处理. 一、钢的表面淬火1、概念：指仅改变钢的表层组织的局 部热处理工艺。 第3章 钢的热处理2、种类火

13、焰加热表面淬火 ：用氧乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快 速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法 。适用于含C 0.35%0.7%的中碳钢和中碳合金 钢，如45，40Cr。感应加热表面淬火 ：用一定频率的感应电流使工件表面被快速加 热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。适用于含C 0.4%0.5%的中碳钢和中碳合金钢 ，如40，40Cr。第3章 钢的热处理二、 钢的化学热处理1、概念：将钢置于一定温度的活性介质中 保温，使一种或几种元素渗入其表层，以 改变其化学成分、组织和性能的热处理工 艺。2、分类：渗碳、渗氮、 碳氮共渗第3章 钢的热处理概念：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳

14、原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。 目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具 有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的 强度和良好的韧性配合。 渗碳方法：渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体 渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。 渗碳用钢：含碳量为0.1%0.25%的低碳钢和低碳合 金钢。 第3章 钢的热处理1）钢的渗碳2） 钢的渗氮概念：渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原 子渗入工件表面的热处理工艺。 目的：是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬 性和耐蚀性等。 渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是 气体渗氮。 渗氮用钢：优质碳素结构钢，如20，40等；一般合金结构 钢，如40Cr等；渗氮专用钢，如38CrMoAlA。 第3章 钢的热处理三、 其它热处理方法第3章 钢的热处理