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1、汽车零件常用汽车零件常用热处热处理方法理方法知识讲座目目录录 前言前言1. 1. 铁碳相图和铁碳合金2. 汽车零件常用金属热处理方法汽车零件常用金属热处理方法3. 3. 有关硬度方面的常识有关硬度方面的常识4. 4. 应用范例应用范例前言熟悉和了解汽车各种各样零件的不同热处熟悉和了解汽车各种各样零件的不同热处理工艺方法，对汽车制造业的质量控制人理工艺方法，对汽车制造业的质量控制人员是至关重要的。为此，下面就一些常用员是至关重要的。为此，下面就一些常用的热处理工艺知识做一介绍，可能对大家的热处理工艺知识做一介绍，可能对大家的质检工作有所帮助。的质检工作有所帮助。前言汽车零件金属热处理工艺通常有五
2、种方法：车零件金属热处理工艺通常有五种方法：退火与正火退火与正火淬火淬火回火、时效和和调质处理回火、时效和和调质处理表面淬火表面淬火化学热处理化学热处理1.铁碳相图和铁碳合金钢钢(Steels)和铸铁铸铁(Castirons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。1.铁碳相图和铁碳合金Fe和C能够形成Fe3C,Fe2C和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C,Fe3C-Fe2C,Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相
3、化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5），因此，通常所说的铁碳相图就是通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3CFe-Fe3C部分。部分。 1.铁碳相图和铁碳合金化合物化合物Fe3CFe3C称为渗碳体称为渗碳体(Cementite)(Cementite)，是，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为分解为FeFe和和C C，C C原子聚集到一起就是石墨。原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3CFe-Fe3C和和Fe-Fe-石石墨双重相图（图墨双重相图（图1 1）。）。Fe-
4、Fe3CFe-Fe3C相图主要用相图主要用于钢，而于钢，而Fe-Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研石墨相图则主要用于铸铁的研究究和生产。和生产。这里主要分析讨论这里主要分析讨论Fe-Fe3CFe-Fe3C相图，相图，Fe-Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是石墨而不是Fe3CFe3C。1.铁碳相图和铁碳合金图图1铁碳双重相图铁碳双重相图1.铁碳相图和铁碳合金横坐标为钢的含碳量；纵坐标为温度。横坐标为钢的含碳量；纵坐标为温度。由于由于FeFe的晶体结构不同，的晶体结构不同，C C在在FeFe中的溶解度中的溶解度差别较大。碳在面心立方差别较大。碳在面心
5、立方(FCC)(FCC)的的-Fe-Fe中中的最大溶解度为的最大溶解度为2.11%2.11%，而在体心立方，而在体心立方(BCC)(BCC)的的-Fe-Fe和和-Fe-Fe中最大仅分别为中最大仅分别为0.0218%0.0218%和和0.09%0.09%。 1.铁碳相图和铁碳合金图图2Fe-Fe3C相图相图1.铁碳相图和铁碳合金单相区单相区5 5个个相图中有相图中有5 5个基本的相，相应的有个基本的相，相应的有5 5个相区：个相区： 液相区液相区( (L L) )ABCDABCD以上区域以上区域 固溶体区固溶体区AHNAAHNA 奥氏体区奥氏体区()()NJESGNNJESGN 铁素体区铁素体区
6、()()GPQGPQ以左以左 渗碳体区渗碳体区(Fe3C)(Fe3C)DFKDFK直线直线1.铁碳相图和铁碳合金两相区两相区7 7个个7 7个两相区分别存在于两个相应的单相区个两相区分别存在于两个相应的单相区之间：之间：L L+AHJBAAHJBAL L+BJECBBJECBL L+ Fe3C+ Fe3CDCFDDCFD+HNJHHNJH+GPSGGPSG+ Fe3C+ Fe3CESKFCEESKFCE+ Fe3C+ Fe3CPQLKSPPQLKSP1.铁碳相图和铁碳合金三相区三相区3 3个个包晶线包晶线水平线水平线HJBHJB( (L L+)+)共晶线共晶线水平线水平线ECFECF( (L
7、L+Fe3C)+Fe3C)共析线共析线水平线水平线PSKPSK(+ Fe3C)(+ Fe3C)1.铁碳相图和铁碳合金1.铁碳相图和铁碳合金1.铁碳相图和铁碳合金Fe-Fe3C相图包含三个恒温转变：包晶、共晶、共析。包晶转变包晶转变发生在1495（水平线HJB）反应式为：反应式为：1.铁碳相图和铁碳合金式中式中 L L含碳量为含碳量为0.53%0.53%的液相；的液相；含碳量为含碳量为0.09%0.09%的的固溶体；固溶体；含碳量为含碳量为0.17%0.17%的的固溶体固溶体，即奥氏体，即奥氏体，是包晶转变的产物。是包晶转变的产物。 含碳量在含碳量在0.090.53%0.090.53%之间的合金
8、冷却到之间的合金冷却到14951495时，均要发生包晶反应，形成奥氏时，均要发生包晶反应，形成奥氏体。体。1.铁碳相图和铁碳合金共晶转变发生在共晶转变发生在11481148（水平线（水平线ECFECF），反），反应式为：应式为： 共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械混合物，称为莱氏体，混合物，称为莱氏体，用符号用符号LdLd表示。凡表示。凡是含碳量大于是含碳量大于2.11%2.11%的铁碳合金冷却到的铁碳合金冷却到11481148时，都会发生共晶反应，形成莱氏时，都会发生共晶反应，形成莱氏体体。1.铁碳相图和铁碳合金共析转变发生共析转变发生727727（水平
9、线（水平线PSKPSK），反应），反应式为：式为： 共析转变的产物是铁素体与渗碳体的机械共析转变的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体，混合物，称为珠光体，用字母用字母P P表示。含碳表示。含碳量大于量大于0.0218%0.0218%的铁碳合金，冷却至的铁碳合金，冷却至727 727 时，其中的奥氏体必将发生共析转变，形时，其中的奥氏体必将发生共析转变，形成珠光体。成珠光体。1.铁碳相图和铁碳合金 Fe-Fe3C Fe-Fe3C相图中的相图中的ESES、PQPQ、GSGS三条特三条特性线也是非常重要的，它们的含义简述性线也是非常重要的，它们的含义简述如下：如下：ESES线是碳在奥氏体中
10、的溶解度曲线。线是碳在奥氏体中的溶解度曲线。奥氏体的最大溶碳量是在奥氏体的最大溶碳量是在11481148时，可时，可以溶解以溶解2.11%2.11%的碳。而在的碳。而在727727时，溶碳时，溶碳量仅为量仅为0.77%0.77%，因此含碳量大于，因此含碳量大于0.77%0.77%的的合金，从合金，从11481148冷到冷到727727的过程中，的过程中，将自奥氏体中析出渗碳体，将自奥氏体中析出渗碳体，这种渗碳体这种渗碳体称为二次渗碳体称为二次渗碳体(Fe3CII)。1.铁碳相图和铁碳合金PQPQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。线是碳在铁素体中的溶解度曲线。727727时铁素体中溶解的碳最多时铁素
11、体中溶解的碳最多(0.0218%)(0.0218%)，而在，而在200200仅可以溶解仅可以溶解710-7%C710-7%C。所以铁碳合金由。所以铁碳合金由727727冷却冷却到室温的过程中，铁素体中会有渗碳体到室温的过程中，铁素体中会有渗碳体析出，这种渗碳体称为三次渗碳体析出，这种渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII)(Fe3CIII)。由于三次渗碳体沿铁素体。由于三次渗碳体沿铁素体晶界析出，因此对于工业纯铁和低碳钢晶界析出，因此对于工业纯铁和低碳钢影响较大；但是对于含碳量较高的铁碳影响较大；但是对于含碳量较高的铁碳合金，三次渗碳体（含量太少）可以忽合金，三次渗碳体（含量太少）可以忽略不计。
12、略不计。1.铁碳相图和铁碳合金GSGS线是冷却过程中，奥氏体向铁素体转线是冷却过程中，奥氏体向铁素体转变的开始线；或者说是加热过程中，铁变的开始线；或者说是加热过程中，铁素体向奥氏体转变的终了线（具有同素素体向奥氏体转变的终了线（具有同素异晶转变的纯金属，其固溶体也具有同异晶转变的纯金属，其固溶体也具有同素异晶转变，但其转变温度有变化）。素异晶转变，但其转变温度有变化）。1.铁碳相图和铁碳合金根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可以分为纯铁、钢和白口铁三类。可以分为纯铁、钢和白口铁三类。1.铁碳相图和铁碳合金图图3Fe-Fe3C合金分类合金分类1.铁碳相图和铁碳
13、合金1.1.纯铁纯铁含碳量含碳量0.0218%450HB450或或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120120的金刚石圆锥体或直径为、的钢的金刚石圆锥体或直径为、的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：来表示： 3有关硬度方面的常识HRAHRA：是采用是采用60kg60kg载荷和钻石锥压入器求得载荷和钻石锥压入器求得的
14、硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。金等）。 HRBHRB：是采用是采用100kg100kg载荷和直径淬硬的钢球，载荷和直径淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。火钢、铸铁等）。 HRCHRC：是采用是采用150kg150kg载荷和钻石锥压入器求载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。钢等）。3有关硬度方面的常识3-3维氏硬度（维氏硬度（HV）：）：以120kg以内的载荷和顶角为136的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑
15、的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）。用于较薄热处理钢制品等3有关硬度方面的常识调质处理调质处理1)毛坯调质后直接加工的硬度范围毛坯调质后直接加工的硬度范围:HB207-241;229-269;241-285;255-3022)加工后再调质的硬度范围加工后再调质的硬度范围:HB255-285;285-321;HRc33-39;42-483有关硬度方面的常识感应淬火感应淬火耐磨要求高的零件耐磨要求高的零件:硬化层深硬化层深:1.2-2.5mm;1.7-4.0;硬度硬度:HRc58-633有关硬度方面的常识耐磨要求一般耐磨要求一般,提高机械强度与疲劳强度提高机械强度与疲劳强度的零件的零件:硬
16、化层深硬化层深:直径的直径的10-20%；零件直径；零件直径大于大于40mm时，建议用直径的时，建议用直径的10%。硬度硬度:HRc58-63；45-58；42-52。铸铁常用：铸铁常用：HRc45-58；42-52。3有关硬度方面的常识感应淬火区的注意事项：感应淬火区的注意事项：1.光轴淬火光轴淬火:硬化区靠近轴端时硬化区靠近轴端时,应保留应保留2-8mm的不淬硬区的不淬硬区,避免裂纹避免裂纹.2.同一轴上有两处硬化区靠近时不应重同一轴上有两处硬化区靠近时不应重叠叠,应有大于应有大于15mm的隔离带的隔离带,以防淬裂以防淬裂.3.硬化区靠近孔时硬化区靠近孔时,应保留应保留2-8mm的不的不淬
17、硬区淬硬区,防止孔边缘融化和裂纹出现防止孔边缘融化和裂纹出现.3有关硬度方面的常识硬化区内有孔时硬化区内有孔时,薄壁后度不应小于薄壁后度不应小于10mm.管子表面淬火管子表面淬火,壁厚应大于壁厚应大于4mm.花键轴淬火时花键轴淬火时,硬化区应超出花键退刀处硬化区应超出花键退刀处10-15mm带突缘的花键轴淬火时带突缘的花键轴淬火时,硬化区要从根部硬化区要从根部R处开始处开始,可提高零件的疲劳寿命可提高零件的疲劳寿命.4.应用范例4-1 4-1 灰铸铁灰铸铁: :例如例如 HT250HT250制成的轮毂制成的轮毂, ,硬硬度应为度应为HB170-241;HB170-241;金相组织为珠光体基金相
18、组织为珠光体基体体; ;铁素体含量不大于铁素体含量不大于20%;20%;石墨呈小片石墨呈小片状均匀分布状均匀分布. .4-2 4-2 转向节转向节: :材料球铁材料球铁QT450-10;QT450-10; 硬度为硬度为 HB145-220;HB145-220;石墨球化率在石墨球化率在80%80% 以上以上. .4.应用范例4-3 4-3 驱动轴三销外壳体驱动轴三销外壳体: :材料：材料：20CrMnTi20CrMnTi热处理：渗碳层深度热处理：渗碳层深度0.5-0.8mm 0.5-0.8mm 淬火后回淬火后回火至火至 HRc58-62HRc58-62中间轴材料中间轴材料:40Cr :40Cr 热处理热处理: :感应淬火感应淬火; ;硬化层深度硬化层深度 HRc 52-58 HRc 52-584.应用范例4-4轮胎螺栓轮胎螺栓材料材料:40Cr热处理热处理:调质处理调质处理;硬度硬度HB255-2854-5连杆螺栓连杆螺栓:材料材料:40Cr热处理热处理:调质处理调质处理;硬度硬度HRc30-38
