钢的热处理工艺培训课件

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1、第一章钢的热处理工艺第一章钢的热处理工艺n热处理工艺：通过加热、保温和冷却的方法改变钢热处理工艺：通过加热、保温和冷却的方法改变钢的组织结构以获得工件所要求性能的技术操作；的组织结构以获得工件所要求性能的技术操作；n制定基础：制定基础： 热处理原理热处理原理n种类：种类： 普通热处理（退火、正火、淬火和回火）普通热处理（退火、正火、淬火和回火） 表面热处理（表面淬火和化学热处理）表面热处理（表面淬火和化学热处理） 形变热处理形变热处理n 预备热处理，最终热处理预备热处理，最终热处理第一节第一节 钢的退火与正火钢的退火与正火毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加机械加工工 最终热处理最终

2、热处理 机械精加工机械精加工预备热处理预备热处理 : 退火退火 ; 正火正火最终热处理最终热处理 : 淬火淬火 ; 回火回火一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线:（一）、钢的退火（一）、钢的退火、定义：钢加热到临界点、定义：钢加热到临界点AcAc1 1以上以上或以下或以下，保温后，保温后随炉慢冷随炉慢冷以获得以获得近近于平衡状态的组织于平衡状态的组织的热处理工艺。的热处理工艺。、目的：、目的： 消除铸锻焊件的内应力；消除铸锻焊件的内应力； 均匀成分、组织，细化晶粒；均匀成分、组织，细化晶粒； 改善钢的成型性、切削加工性；改善钢的成型性、切削加工性； 为淬火作组织上的准备；为淬火作组织上

3、的准备； 、种类：、种类：如图如图2-12-1退火退火重结晶退火重结晶退火完全退火完全退火扩散退火扩散退火不完全退火不完全退火球化退火球化退火低温退火低温退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火按冷却方式分按冷却方式分：等温退火和连续退火：等温退火和连续退火按加热温度分：按加热温度分：图图2-12-1（二）退火工艺：（二）退火工艺：1.1.完全退火完全退火 完完全全退退火火：将将工工件件加加热热到到AcAc3 3以以上上2030，保保温温足足够够的的时时间间，经经完完全全奥奥氏氏体体化化后后，随随炉炉缓缓慢慢冷冷却却，以以获获得得近近于于平衡组织的热处理工艺。平衡组织的热处理工艺。n（1

4、1）适适用用钢钢种种：亚亚共共析析钢钢（W Wc c=0=0.30.6% %）或或合合金金钢钢的的锻、铸、焊接件。锻、铸、焊接件。n（2 2）目目的的：细细化化晶晶粒粒、消消除除应应力力、均均匀匀组组织织、降降低低硬硬度度、便于切削加工。便于切削加工。n低碳钢和过共析钢低碳钢和过共析钢不适合于完全退火不适合于完全退火n低碳钢：退火后硬度偏低，切削时易粘刀低碳钢：退火后硬度偏低，切削时易粘刀n过过共共析析钢钢：加加热热至至AccmAccm以以上上奥奥氏氏体体化化后后缓缓冷冷退退火火时时，会会析析出出网网状状二二次次渗渗碳碳体体，使使钢钢的的强强度度、塑塑性性、韧韧性性大大大大降降低。低。7（）工

5、艺参数：（）工艺参数：加热温度加热温度：2030，原则原则：得到单相的，又防止晶粒的粗大；：得到单相的，又防止晶粒的粗大；保温时间：保温时间：（与钢材成分、工件厚度、装炉量及方式有关（与钢材成分、工件厚度、装炉量及方式有关) )在箱式炉中：在箱式炉中：（单位为（单位为minmin）K=1.5 K=1.5 2.0min/mm 2.0min/mm，D-D-工件有效厚度工件有效厚度mmmm。对锻、轧材：对锻、轧材：=(3 =(3 4)+(0.2 4)+(0.2 0.5)Q 0.5)Q ( (单位为单位为hour , Qhour , Q为装炉量，单位为为装炉量，单位为t t）冷却方式冷却方式：炉冷，或

6、随炉冷至：炉冷，或随炉冷至500500以后出炉以后出炉空冷；空冷；（4 4）完全退火后的组织）完全退火后的组织：性能性能：硬度低，塑性好；：硬度低，塑性好； 、等温退火：、等温退火：将将钢钢奥奥氏氏体体化化后后，快快冷冷至至稍稍低低于于r r的的某某一一温温度度等等温温，使使奥奥氏氏体体转转变变为为珠珠光光体体类类型型组组织织，转转变结束后，空冷至室温的退火方法。变结束后，空冷至室温的退火方法。适用于：高碳钢、合金工具钢、适用于：高碳钢、合金工具钢、高合金钢高合金钢优优点点：可可有有效效缩缩短短退退火火时时间间；保保证证工工件件内内外外在在同同一一温温度度转转变变，有有利利于于钢钢件件获获得得

7、均均匀匀的的组组织织性性能；生产中常用等温退火代替完全退火。能；生产中常用等温退火代替完全退火。缺点：对缺点：对大截面大截面钢件和钢件和大批量大批量炉料不适应炉料不适应目的：目的：A A转变为转变为P P类组织，通常得到索氏体组织类组织，通常得到索氏体组织等等温温温温度度根根据据钢钢的的成成分分和和要要求求的的硬硬度度，由由该该种种钢钢的的C曲曲线确定。线确定。 、不完全退火：、不完全退火： 亚共析亚共析钢在钢在c cAcAc3之间或过共析钢在之间或过共析钢在c cAccmAccm之间的两相区加热，保温，得到之间的两相区加热，保温，得到不完全奥氏体不完全奥氏体后，缓慢冷却以得到近于平衡组织的热

8、处理工艺。后，缓慢冷却以得到近于平衡组织的热处理工艺。 （）目的：（）目的： 细化晶粒，均匀组织，降低硬度，减小内应力，细化晶粒，均匀组织，降低硬度，减小内应力，改善切削加工性。改善切削加工性。 （）适用钢种：共析钢、过共析钢、亚共析钢中（）适用钢种：共析钢、过共析钢、亚共析钢中无大缺陷；无大缺陷； （）工艺参数：（）工艺参数： 加热温度：加热温度：C1C120203030 优点：加热温度低，易操作，节能、降耗，优点：加热温度低，易操作，节能、降耗，提高生产率。提高生产率。4、球化退火：、球化退火：是使钢中的碳化物球化，获是使钢中的碳化物球化，获得粒状珠光体的一种热处理工艺。得粒状珠光体的一种

9、热处理工艺。n用途：用途：主要应用于共析钢、主要应用于共析钢、过共析钢过共析钢和高碳合金工具钢。和高碳合金工具钢。n目的：目的：降低硬度、均匀组织、改善切削加工性能，为淬火降低硬度、均匀组织、改善切削加工性能，为淬火做准备。做准备。 工艺参数：工艺参数：n 加热温度：加热温度：c1c120203030；过高；过高- -过低过低- -n过共析钢过共析钢球化退火后的组织：球化退火后的组织：铁素体和球状渗碳体的混合铁素体和球状渗碳体的混合物，物，叫做球状珠光体或粒状珠光体，用叫做球状珠光体或粒状珠光体，用P粒粒表示表示；n加热时间：一般为加热时间：一般为2 24 4小时小时或按公式计算或按公式计算n

10、 冷却速度：冷却速度：炉冷炉冷或或Ar1Ar1以下以下2020长时间等温，长时间等温，600 600 以以后出炉空冷。后出炉空冷。12 （）、球化退火工艺类型（）、球化退火工艺类型 ）、普通球化退火）、普通球化退火 ）、等温球化退火）、等温球化退火 ）、循环球化退火）、循环球化退火 注意：普通球化退火效果较差，等温球化注意：普通球化退火效果较差，等温球化退火效果较好，而循环球化退火的效果最佳，退火效果较好，而循环球化退火的效果最佳，但考虑到生产的成本，一般常用等温球化退火，但考虑到生产的成本，一般常用等温球化退火，成本不高，而效果又很好。成本不高，而效果又很好。图图2-22-2为什么将加热温度

11、定于为什么将加热温度定于Ac1 Accm ？n过共析钢的室温平衡组织为：过共析钢的室温平衡组织为： P+Fe3C，不，不仅硬度高，而且增大了钢的脆性，所以切削加仅硬度高，而且增大了钢的脆性，所以切削加工困难，淬火时易变形、开裂；工困难，淬火时易变形、开裂；n加热温度为加热温度为Ac1以上以上2030，在在A中保留大中保留大量的未溶渗碳体质点量的未溶渗碳体质点，并造成并造成A的碳浓度分布的碳浓度分布不均匀，不均匀，在随后的缓冷过程中，或以原有的渗在随后的缓冷过程中，或以原有的渗碳体质点为核心，或在碳体质点为核心，或在A富碳区产生新的核心，富碳区产生新的核心，均匀的形成颗粒状渗碳体；均匀的形成颗粒

12、状渗碳体；n球化退火前，若二次渗碳体网较厚，可先正火。球化退火前，若二次渗碳体网较厚，可先正火。 共析钢球化退火组织 ( 化染 ) 700 T10钢球化退火组织 ( 化染 ) 500 、扩散退火（均匀化退火）、扩散退火（均匀化退火） 定义：将钢锭、铸件或锻坯加热到稍低于固相定义：将钢锭、铸件或锻坯加热到稍低于固相线的温度，长时间保温，然后缓冷以消除化学线的温度，长时间保温，然后缓冷以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。成分不均匀现象的热处理工艺。（）目的：消除有害气体的危害，如氢致白点；使合金（）目的：消除有害气体的危害，如氢致白点；使合金元素扩散均匀，改善或消除铸锭中的元素扩散均匀，改善或消

13、除铸锭中的枝晶偏析及区域偏枝晶偏析及区域偏析，轧锻材中的带状组织；消除轴承钢中的液析碳化物析，轧锻材中的带状组织；消除轴承钢中的液析碳化物，均匀成分，均匀组织均匀成分，均匀组织（）适用钢种：一些优质中、高合金钢或偏析严重的合（）适用钢种：一些优质中、高合金钢或偏析严重的合金钢铸件及铸锭金钢铸件及铸锭（）工艺参数：（）工艺参数：n加热温度：加热温度：AcAc3（A Accm）+150+150300300 碳钢碳钢 1100 1100 1200 1200 ； 合金钢合金钢 1200 1200 1300 1300 。 18n 保温时间：保温时间： 与钢种和偏析程度有关，一般为（与钢种和偏析程度有关，

14、一般为（30306060）min/25mmmin/25mm，或（，或（1.51.52.52.5）min/mmmin/mm 按装炉量按装炉量Q Q计算：计算： .5.5/ /（小时）（小时） 装炉量（吨）装炉量（吨） 一般为一般为10101515（）、问题：（）、问题：n 一般扩散退火加热温度高，时间长，一般扩散退火加热温度高，时间长，晶粒会粗大晶粒会粗大（不能作为淬火的预备组织），（不能作为淬火的预备组织），扩散退火扩散退火之后之后要进行一次要进行一次完全退火或正火完全退火或正火来进行细化晶粒，消除过热缺陷。来进行细化晶粒，消除过热缺陷。n高温扩散退火周期长、能耗大、氧化脱碳高温扩散退火周期长

15、、能耗大、氧化脱碳严重、成本高严重、成本高 故：尺寸不大的铸件或碳钢铸件，有时可故：尺寸不大的铸件或碳钢铸件，有时可采用完全退火来代替（偏析轻）。采用完全退火来代替（偏析轻）。 、去应力退火和再结晶退火、去应力退火和再结晶退火 （）去应力退火（低温退火）（）去应力退火（低温退火）n 一一般般是是将将工工件件随随炉炉缓缓慢慢加加热热（100150/h）至至500650（Ac1），保保温温一一定定时时间间后后随随炉炉缓缓冷冷（50100/h）至至200出出炉。炉。n 目的：消除铸件、锻件你、焊接件、热轧件、冷拉件等的残目的：消除铸件、锻件你、焊接件、热轧件、冷拉件等的残余应力，稳定尺寸，防止变形和

16、开裂；余应力，稳定尺寸，防止变形和开裂；n工艺：工艺： 加热温度加热温度：铸件为：铸件为500500550550，焊件为，焊件为500500600600（大焊件用（大焊件用火焰或工频感应加热局部退火）。火焰或工频感应加热局部退火）。 保温时间保温时间：由工件的尺寸和装炉量决定。：由工件的尺寸和装炉量决定。 钢钢3min/mm3min/mm，铸铁，铸铁6min/mm 6min/mm 。 冷却冷却：缓冷，以免产生新的应力。：缓冷，以免产生新的应力。 特点特点：在退火过程中没有相变在退火过程中没有相变；残余应力主要是通过钢在；残余应力主要是通过钢在500650保温后缓冷过程中消除的；保温后缓冷过程中

17、消除的； （）、再结晶退火（）、再结晶退火 是将是将冷变形后的金属冷变形后的金属加热到再结晶加热到再结晶温度以上，使变形的晶粒转变为均匀细温度以上，使变形的晶粒转变为均匀细小的等轴晶粒而小的等轴晶粒而消除加工硬化消除加工硬化的热处理的热处理工艺过程。工艺过程。n加热温度：加热温度：T T 再再150150250250nT T 再再：成分、变形度、加热速度、保温时成分、变形度、加热速度、保温时间有关。纯铁：间有关。纯铁：450 450 钢：钢：650650700700。n保温时间：保温时间：1-3h1-3h。n冷却方式：空冷。冷却方式：空冷。n中间退火或最终热处理。中间退火或最终热处理。二、钢的

18、正火（正常化或常化）二、钢的正火（正常化或常化）、定义：是指将钢加热到、定义：是指将钢加热到c3c3（或（或CcmCcm）以上约）以上约30305050，保温，保温，完全化后完全化后，从炉中取出从炉中取出空冷空冷以得到以得到珠光体类型珠光体类型组织的热处理工艺，称为正火。组织的热处理工艺，称为正火。、应用应用：改善切削加工性能改善切削加工性能：预备热处理预备热处理 （含碳低于（含碳低于0.25%0.25%的的-HB140-190-HB140-190）低碳钢低碳钢消除热加工缺陷，为淬火做组织准备消除热加工缺陷，为淬火做组织准备：（中碳结构钢：（中碳结构钢铸、锻、轧件、焊接件的魏氏组织、粗大晶粒、

19、带状铸、锻、轧件、焊接件的魏氏组织、粗大晶粒、带状组织）组织）消除消除过共析钢过共析钢中的中的Fe3CFe3C，有利于球化退火的进行，有利于球化退火的进行 （抑制二次碳化物的析出，获得伪共析体。）（抑制二次碳化物的析出，获得伪共析体。）提高普通结构件的机械性能：提高普通结构件的机械性能：作为最终热处理，代替作为最终热处理，代替调质处理，力学性能要求不高的调质处理，力学性能要求不高的 中低碳钢和中低合金钢件中低碳钢和中低合金钢件 、适用钢种：、适用钢种：碳钢，低、中合金钢；碳钢，低、中合金钢；碳钢，低、中合金钢；碳钢，低、中合金钢； 、工艺参数：、工艺参数： 加热温度：加热温度：加热温度：加热温

20、度：c c c c3 3 3 3（或（或（或（或CcmCcmCcmCcm）3030303050505050 一些合金钢，一些合金钢，一些合金钢，一些合金钢，c c c c3 3 3 3100100100100150(20CrMnTi)150(20CrMnTi)150(20CrMnTi)150(20CrMnTi)； 原则：晶粒不粗化的前提；原则：晶粒不粗化的前提；原则：晶粒不粗化的前提；原则：晶粒不粗化的前提；n n 加热时间：工件烧透，采用经验公式即可，加热时间：工件烧透，采用经验公式即可，加热时间：工件烧透，采用经验公式即可，加热时间：工件烧透，采用经验公式即可， 考虑成分、原始组织、装炉量

21、和加热设备。考虑成分、原始组织、装炉量和加热设备。考虑成分、原始组织、装炉量和加热设备。考虑成分、原始组织、装炉量和加热设备。n n 冷却：空冷、风冷、冷却：空冷、风冷、冷却：空冷、风冷、冷却：空冷、风冷、 、正火后的组织：、正火后的组织： （S)少量少量(Wc0.6%) (S) (Wc=0.61.4%)正火的实质：正火的实质： 奥氏体化加伪共析转变；奥氏体化加伪共析转变； 、正火与退火的比较：、正火与退火的比较：实质上：正火是退火的一个特例；实质上：正火是退火的一个特例；共同点：共同点：；扩散型相变，得到软韧组；扩散型相变，得到软韧组织；织；不同点：不同点：工艺上：工艺上：冷却速度快些，转变

22、温度低冷却速度快些，转变温度低组织上：组织上：比退火组织细，比退火组织细，性能上：性能上：钢的强度、硬度也较高钢的强度、硬度也较高 三、退火和正火的选取原则三、退火和正火的选取原则（1 1）0.250.25的的低低碳碳钢钢，正正火火代代替替退退火火，利利于于切切削削加加工工；防防止止游游离离三三次次渗渗碳碳体体的的析析出出，提高工件的冷变形性。提高工件的冷变形性。（2 2）0.250.250.50.5的的中中碳碳钢钢，也也采采用用正正火，硬度偏高，但因成本低火，硬度偏高，但因成本低, ,生产率高；生产率高；（3 3）.5.5.75%.75%的的中中高高碳碳钢钢，一一般般采用完全退火，降低硬度，

23、改善切削加工性；采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性；（4 4）.75% .75% 的的高高碳碳钢钢或或工工具具钢钢，一一般般采采用用球球化化退退火火。若若有有网网状状二二次次渗渗碳碳体体，先先正正火消除之。火消除之。 （5 5）含含碳碳量量、合合金金元元素素高高，奥奥氏氏体体稳稳定定性性高高，完完全全退退火火，易易缓缓冷冷得得到到马马氏氏体体和和贝贝氏氏体体，应应高高温回火。温回火。工艺参数工艺参数:第二节钢的淬火和回火第二节钢的淬火和回火 一、钢的淬火一、钢的淬火 、淬火、淬火 （1 1）定义：）定义： 将钢加热到临界点（将钢加热到临界点（c c3 3或或c c1 1）以上）以上一定温度

24、，保温后以大于临界冷却速度的冷一定温度，保温后以大于临界冷却速度的冷速冷却以获得马氏体（或下贝氏体）组织的速冷却以获得马氏体（或下贝氏体）组织的热处理工艺。热处理工艺。n目的：使奥氏体化的工件目的：使奥氏体化的工件获得尽量多的马氏获得尽量多的马氏体，提高钢的硬度、强度，体，提高钢的硬度、强度，并配以不同温度并配以不同温度的回火，以获得各种需要的性能。的回火，以获得各种需要的性能。 工艺特点：关键：加热温度、冷速足够大；工艺特点：关键：加热温度、冷速足够大； 带来的问题：内应力；带来的问题：内应力； （2 2）淬火应力）淬火应力 热应力：工件加热热应力：工件加热或冷却时由于内外温差或冷却时由于内

25、外温差导致导致热胀冷缩不一致热胀冷缩不一致而而产生的内应力。产生的内应力。n 将工件加热到将工件加热到AcAc1 1以以下保温后快速冷却，其下保温后快速冷却，其表面和心部温度及热应表面和心部温度及热应力。力。n 影响因素影响因素-冷速冷速、加热温度加热温度、截面尺寸、截面尺寸、导热系数、导热系数、线膨、线膨胀系数胀系数，热应力，热应力 。图图2-32-3 （2 2）组织应力）组织应力 工件在冷却过程中，由于内外温差工件在冷却过程中，由于内外温差造成组织转变不同时，引起造成组织转变不同时，引起内外比容的内外比容的不同不同变化，而产生的内应力。变化，而产生的内应力。 n 奥氏体奥氏体珠光体珠光体贝

26、氏体贝氏体马氏体，马氏体，比容逐渐增大，体积膨胀。比容逐渐增大，体积膨胀。n 与热应力正好相反。表面：拉与热应力正好相反。表面：拉压压n影响因素：化学成分、冶金质量、钢件影响因素：化学成分、冶金质量、钢件结构尺寸、导热性以及在马氏体温度范结构尺寸、导热性以及在马氏体温度范围的冷速和钢的淬透性等。围的冷速和钢的淬透性等。 （3 3）实际工件的淬火应力）实际工件的淬火应力n 是组织应力和热应力的迭加，很复杂。是组织应力和热应力的迭加，很复杂。n与钢中的碳和合金元素、工件尺寸、淬火介质、与钢中的碳和合金元素、工件尺寸、淬火介质、冷却方法有关；冷却方法有关；nA. A. C%C% 高，马氏体的比容提高

27、，组织应力提高；高，马氏体的比容提高，组织应力提高； 但但C%C%高，高，MsMs点下降，点下降，A A残残，组织应力下降。，组织应力下降。总之，总之，含碳量越高，组织应力越大含碳量越高，组织应力越大。nB.B.合金元素：合金元素：导热性下降，热、组应力均增加。导热性下降，热、组应力均增加。奥氏体越稳定，组织应力越大。奥氏体越稳定，组织应力越大。nC.C.工件尺寸工件尺寸大，心部不易得到大，心部不易得到M M，热应力越，热应力越nD.D.淬火介质淬火介质：高温区冷却快，热应力大；：高温区冷却快，热应力大；MsMs点点下冷却快，组织应力大。下冷却快，组织应力大。n减小工件淬火应力的方法：温差减小

28、。减小工件淬火应力的方法：温差减小。 、淬火加热温度：、淬火加热温度： 原则：得到均匀细小的组织，以便冷却后得原则：得到均匀细小的组织，以便冷却后得到均匀细小的马氏体组织；到均匀细小的马氏体组织；n亚共析钢：亚共析钢：c c3 330305050n共析钢、过共析钢：共析钢、过共析钢：c c1 130305050n合金钢合金钢: : 低合金钢：低合金钢：c c1 1或或c c3 3+50+50100 100 ； 高合金钢：温度更高；高合金钢：温度更高； （合金元素的作用，淬火加热温度应相应的提高（合金元素的作用，淬火加热温度应相应的提高，以使合金元素的作用能充分地发挥出来）。，以使合金元素的作用

29、能充分地发挥出来）。n 组织：组织： 亚共析钢：亚共析钢：细小的板条马氏体细小的板条马氏体+ +少量残余奥氏体；少量残余奥氏体； 过共析钢：过共析钢：隐晶马氏体细小的碳化物隐晶马氏体细小的碳化物 残余奥氏体。残余奥氏体。 原因：原因： 若亚共析钢于若亚共析钢于c c3 3以下温度淬火，在淬火以下温度淬火，在淬火组织中将组织中将出现铁素体，造成软点；出现铁素体，造成软点；也不能超过也不能超过AcAc3 3太多，否则晶粒粗大，淬火后太多，否则晶粒粗大，淬火后马氏体粗大。马氏体粗大。 若过共析钢于若过共析钢于cmcm以上温度淬火，奥氏以上温度淬火，奥氏体的含碳量提高，体的含碳量提高，MsMs和和Mf

30、Mf点降低，点降低，残余奥氏体量残余奥氏体量增加，钢的硬度耐磨性降低增加，钢的硬度耐磨性降低；同时，粗化，将；同时，粗化，将会在淬火组织中出现会在淬火组织中出现粗大粗大的片状高碳孪晶马氏体，的片状高碳孪晶马氏体，增加钢的增加钢的脆脆性。性。n例：球状珠光体的例：球状珠光体的T8T8钢分别在钢分别在600 600 、780 780 、1000 1000 淬火：淬火：3、 淬火冷却介质淬火冷却介质1.理想淬火冷却介质理想淬火冷却介质时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf650以上应缓冷，以降低淬火以上应缓冷，以降低淬火的热

31、应力；的热应力；650400应快冷，以通过过应快冷，以通过过冷奥氏体最不稳定区；冷奥氏体最不稳定区；400以下缓冷，以减小马氏体以下缓冷，以减小马氏体转变时产生的组织应力；转变时产生的组织应力；（）常用的冷却介质：（）常用的冷却介质：如表如表2-12-1所示所示水：中水：中- -慢，低慢，低- -快。快。 使用温度：使用温度：； 适用于：尺寸不大，形状简单的碳钢工件适用于：尺寸不大，形状简单的碳钢工件盐水、碱水：中盐水、碱水：中- -快，低快，低- -快。快。使用温度：使用温度：；适用于：碳钢、低合金钢；适用于：碳钢、低合金钢；油：油： 中中- -慢，低慢，低- -慢慢使用温度：使用温度：；适

32、用于：合金钢；适用于：合金钢；低温硝盐：低温硝盐：50%KNO50%KNO3 3+50%NaNO+50%NaNO2 2; ;熔点：熔点：145145；使用温度：；使用温度：160160500;00;适用于：油淬不硬，水淬开裂的碳钢；适用于：油淬不硬，水淬开裂的碳钢；表表2-12-14、 常用的淬火方法常用的淬火方法单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火时间时间温度MsA1 由于淬火冷却介质不能完全满足淬火质由于淬火冷却介质不能完全满足淬火质量的要求，所以在热处理方面还应从淬火量的要求，所以在热处理方面还应从淬火方法上去加以解决。方法上去加以解决。37（）单液淬火法：（

33、）单液淬火法：如图中如图中所示所示；适用于：适用于：形状简单的碳钢、合金钢形状简单的碳钢、合金钢 尺寸较大尺寸较大- -水淬；尺寸小水淬；尺寸小- -油淬油淬优点：优点：简便、易于实现机械化；简便、易于实现机械化；缺点：缺点：易变形、开裂；易变形、开裂；预冷淬火法：预冷至临界点稍上再入淬火介质预冷淬火法：预冷至临界点稍上再入淬火介质（）双液淬火法（水淬油冷或水淬空冷）：先（）双液淬火法（水淬油冷或水淬空冷）：先入强近入强近M MS S后入弱，直至完成后入弱，直至完成M M转变。图转变。图；优点：优点：减少变形（组织应力小）；减少变形（组织应力小）；缺点：缺点：难以控制水中停留时间，难以控制水中

34、停留时间，5 56mm/s6mm/s。（）分级淬火法：如图中（）分级淬火法：如图中所示；所示； 先淬入略高于先淬入略高于MsMs的的盐浴或碱浴炉盐浴或碱浴炉保温，保温，工件内外温度均匀后，从浴炉取出空工件内外温度均匀后，从浴炉取出空冷至室温，完成冷至室温，完成M M转变。转变。优点：优点：减小内应力，减小变形、开裂；减小内应力，减小变形、开裂；缺点：缺点：工件尺寸不能太大；工件尺寸不能太大；适用于：适用于：尺寸较小，形状复杂的工件；尺寸较小，形状复杂的工件；（4 4 4 4）等温淬火法：）等温淬火法：）等温淬火法：）等温淬火法：将奥氏体化后的工件在将奥氏体化后的工件在将奥氏体化后的工件在将奥氏

35、体化后的工件在点以上某温度等点以上某温度等点以上某温度等点以上某温度等温足够长时间，使之转变为温足够长时间，使之转变为温足够长时间，使之转变为温足够长时间，使之转变为下贝氏体下贝氏体下贝氏体下贝氏体组织，组织，组织，组织，后空冷。后空冷。后空冷。后空冷。如图中如图中如图中如图中所示；所示；所示；所示； 等温温度：等温温度：等温温度：等温温度：； 等温时间：等温时间：等温时间：等温时间：根据曲线确定；根据曲线确定；根据曲线确定；根据曲线确定； 优点优点优点优点( ( ( (与分级淬火相比）：与分级淬火相比）：与分级淬火相比）：与分级淬火相比）：变形小（变形小（变形小（变形小（T T T T等等等

36、等，比容，比容，比容，比容），热应力组织应力小，减小变形），热应力组织应力小，减小变形），热应力组织应力小，减小变形），热应力组织应力小，减小变形和开裂，可不回火；和开裂，可不回火；和开裂，可不回火；和开裂，可不回火； 适用于：适用于：适用于：适用于：尺寸小，薄厚不均，要求强度高、尺寸小，薄厚不均，要求强度高、尺寸小，薄厚不均，要求强度高、尺寸小，薄厚不均，要求强度高、韧性好的工件；韧性好的工件；韧性好的工件；韧性好的工件；（5 5 5 5）喷射淬火：喷射急速的水流。局部）喷射淬火：喷射急速的水流。局部）喷射淬火：喷射急速的水流。局部）喷射淬火：喷射急速的水流。局部 图图2-5 2-5 不同的

37、淬火方法不同的淬火方法如图为一根较粗的如图为一根较粗的45钢试棒，加热到钢试棒，加热到A温度水淬，击断观温度水淬，击断观察其断口：察其断口：表面：细瓷状组织；心部：纤维状组织；表面：细瓷状组织；心部：纤维状组织；表面：硬度高：表面：硬度高： 心部：硬度低；心部：硬度低；表面：马氏体组织；心部：屈氏体组织；表面：马氏体组织；心部：屈氏体组织；从表面到心部马氏体逐渐减少；从表面到心部马氏体逐渐减少；5、钢的淬透性：、钢的淬透性： 淬透性概念：淬透性概念：指奥氏体化后的钢在淬指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体而不形成其他组织的火时获得马氏体而不形成其他组织的能力能力。其大小用在一定条件下淬硬层其大小

38、用在一定条件下淬硬层深度来表示。深度来表示。淬透层（淬硬层）：冷却速度大于临淬透层（淬硬层）：冷却速度大于临界淬火速度，淬成马氏体的部分；界淬火速度，淬成马氏体的部分；（）淬透性：（）淬透性：如图所示如图所示图图2-72-7淬透层的确定：由表面到淬透层的确定：由表面到（半马氏体）处的厚度；（半马氏体）处的厚度；（由钢的表面至内部马氏体组织占（由钢的表面至内部马氏体组织占50%50%处（半马氏体区）的距处（半马氏体区）的距离为淬硬层深度。）离为淬硬层深度。）影响淬硬层深影响淬硬层深度的因素：度的因素：、成分：、成分：、介质的冷、介质的冷却能力：却能力：、工件的尺、工件的尺寸：寸：注意：淬透性与淬

39、透层深度的区别：注意：淬透性与淬透层深度的区别：注意：淬透性与淬透层深度的区别：注意：淬透性与淬透层深度的区别：淬透性是钢的淬透性是钢的淬透性是钢的淬透性是钢的固有属性固有属性固有属性固有属性，钢的成分一定，则钢的，钢的成分一定，则钢的，钢的成分一定，则钢的，钢的成分一定，则钢的淬透性就定了，不随冷却条件而改变。淬透层深淬透性就定了，不随冷却条件而改变。淬透层深淬透性就定了，不随冷却条件而改变。淬透层深淬透性就定了，不随冷却条件而改变。淬透层深度（工件表面到半马氏体区的距离）与具体条件度（工件表面到半马氏体区的距离）与具体条件度（工件表面到半马氏体区的距离）与具体条件度（工件表面到半马氏体区的

40、距离）与具体条件有关；有关；有关；有关；影响淬透性的因素：影响淬透性的因素：临界淬火速度临界淬火速度Vk: 是决定性的因素，是决定性的因素，V Vk k越小越小（C C曲线越靠右），钢的淬透性就越好。曲线越靠右），钢的淬透性就越好。含碳量的影响含碳量的影响：亚共析钢：亚共析钢：W Wc cCC曲线右移曲线右移VVC C淬透性淬透性；过共析钢：过共析钢： W Wc cCC曲线左移曲线左移VVC C淬透淬透性性；合金元素的影响合金元素的影响：除除CoCo之外，大多数合金元素的加入使之外，大多数合金元素的加入使C C曲线曲线右移右移VVC C淬透性淬透性；淬硬性：淬硬性：钢淬火时，获得的的最高钢淬火

41、时，获得的的最高硬度硬度（钢淬火时的硬化能力）（钢淬火时的硬化能力）。取决于：马氏体中的取决于：马氏体中的含碳量含碳量；注意：淬硬性与淬透性的区别。注意：淬硬性与淬透性的区别。例如：例如：T10T10钢和钢和20CrMnTi20CrMnTi钢钢高碳工具钢的淬硬性很好，但淬透性很低，而高碳工具钢的淬硬性很好，但淬透性很低，而低碳合金钢的淬硬性不高，但淬透性却很好。低碳合金钢的淬硬性不高，但淬透性却很好。图图2-82-8钢中半马氏体的硬度主要取决于含碳量，钢中半马氏体的硬度主要取决于含碳量，如图所示如图所示；（）淬透性的测定方法（）淬透性的测定方法 临界淬火直径法（临界淬火直径法（GB227-63

42、)GB227-63)： 指钢在某种淬火介质中能完全淬透（心部指钢在某种淬火介质中能完全淬透（心部马氏体的体积分数为马氏体的体积分数为50%50%或或90%90%、95%95%）的最）的最大直径（大直径（DcDc）DcDc越大，钢的淬透性越好。条件是淬火介越大，钢的淬透性越好。条件是淬火介质相同。质相同。 Dc Dc油油DcDc水水-，但并非同种钢的淬透，但并非同种钢的淬透性变化了。性变化了。 该方法概念直观，但测定起来耗费大该方法概念直观，但测定起来耗费大量的时间和精力。量的时间和精力。l意义：意义：选择钢种、热处理工艺、淬火介质。选择钢种、热处理工艺、淬火介质。51、末端淬火法（、末端淬火法

43、（GB225-63GB225-63）：）：奥氏体化后，迅速放入实验装置。水温奥氏体化后，迅速放入实验装置。水温20-3020-30，水柱高为水柱高为655mm655mm，两侧各磨去，两侧各磨去0.2-0.5mm0.2-0.5mm，隔，隔1.5mm1.5mm一个点测硬度。一个点测硬度。图图2-92-9图图2-102-1052n根据淬透性曲线，通常用根据淬透性曲线，通常用J J（HRC/HRC/）表示）表示钢的淬透性，例如钢的淬透性，例如:J(40/6):J(40/6)表示在淬透性带表示在淬透性带上距末端上距末端6mm6mm处的硬度为处的硬度为HRC40HRC40，显然，显然，J(40/6J(40

44、/6）比）比J(35/6)J(35/6)的淬透性要好。的淬透性要好。n钢的淬透性对机械性能的影响：钢的淬透性对机械性能的影响：如图如图淬透的钢回火后性能由表面到心部都一致；淬透的钢回火后性能由表面到心部都一致；没淬透的钢，回火到与没淬透的钢，回火到与同一硬度时，同一硬度时，表、表、心组织不同，性能不同心组织不同，性能不同，心部的强度和韧性，心部的强度和韧性低；低；选材时应注意：受力、尺寸、形状、变形、选材时应注意：受力、尺寸、形状、变形、开裂开裂-淬透性。淬透性。淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未淬透钢未淬透钢淬透钢淬透钢 二、钢的回火二、钢

45、的回火 将淬火钢加热到将淬火钢加热到以下的某温度，使以下的某温度，使其转变为稳定的回火组织，并以适当的方其转变为稳定的回火组织，并以适当的方式（空冷）冷却到室温的热处理工艺过程式（空冷）冷却到室温的热处理工艺过程称为回火。称为回火。 低温回火低温回火 回火类型中温回火回火类型中温回火 高温回火高温回火回火的目的回火的目的：消除脆性，降低淬火应力；消除脆性，降低淬火应力； 调整淬火钢的力学性能；调整淬火钢的力学性能； 稳定零件的形状、尺寸；稳定零件的形状、尺寸；回火时组织转变：以共析钢为例分析；回火时组织转变：以共析钢为例分析；n淬火后的组织为淬火后的组织为M+AM+A；它们都不稳定，有自；它们

46、都不稳定，有自发转变为铁素体和渗碳体的倾向，淬火钢在回发转变为铁素体和渗碳体的倾向，淬火钢在回火时就是这种转变；火时就是这种转变；n我们根据淬火钢在回火时的体积变化来研究回我们根据淬火钢在回火时的体积变化来研究回火时的相变。（马氏体分解时，钢的体积减小；火时的相变。（马氏体分解时，钢的体积减小；残余奥氏体转变时，钢的体积增大；）残余奥氏体转变时，钢的体积增大；）1 1。碳化物的析出。碳化物的析出 当回火温度当回火温度T T100100时，钢的体积不变，所时，钢的体积不变，所以淬火钢中没有明显的转变发生，只是马氏体以淬火钢中没有明显的转变发生，只是马氏体中发生碳原子的偏聚；中发生碳原子的偏聚；1

47、 1、低温回火低温回火（100250） 回火回火M ( 过饱和过饱和F +薄片薄片状状Fe2.4C ) + A钢的体积减小；所以马氏体开始分解；钢的体积减小；所以马氏体开始分解； 【M分解】分解】l M M分解分解固溶在固溶在M M中的过饱和的碳原子脱溶析出中的过饱和的碳原子脱溶析出碳碳化物，并与化物，并与M M保持共格联系；（保持共格联系；（ 碳化物：晶体结构为碳化物：晶体结构为正交晶系，分子式：正交晶系，分子式：Fe2.4CFe2.4C；它不是平衡相，而是向渗；它不是平衡相，而是向渗碳体过渡相）此时由于温度较低，碳体过渡相）此时由于温度较低，M M中的碳原子并未完中的碳原子并未完全析出，仍

48、含有过饱和的碳原子，我们将这种转变叫做全析出，仍含有过饱和的碳原子，我们将这种转变叫做回火的第一次转变，或回火的第一阶段；回火的第一次转变，或回火的第一阶段；l 单相过饱和的单相过饱和的固溶体固溶体+ +与母相共格联系的与母相共格联系的碳化物碳化物叫做回火马氏体，用叫做回火马氏体，用MM表示表示l 淬火应力淬火应力，脆性，脆性，保持淬火后的高硬度，保持淬火后的高硬度,(一般一般5664HRC）)l 用于高用于高C C钢、合金钢制造的工具轴承零件等，以及表钢、合金钢制造的工具轴承零件等，以及表面淬火及渗碳淬火的零件等。面淬火及渗碳淬火的零件等。l l固溶体仍保持针状特征；回火马氏体形貌仍固溶体仍

49、保持针状特征；回火马氏体形貌仍维持原马氏体形貌，只是易受腐蚀，颜色较暗维持原马氏体形貌，只是易受腐蚀，颜色较暗 回火马氏体组织金相图回火马氏体组织金相图、中温回火：、中温回火： 【残余奥氏体转变】【残余奥氏体转变】【碳化物转变】【碳化物转变】u回火温度：回火温度：350350500500u回火组织：回火组织：回火屈氏体回火屈氏体用用T T表示表示 F F（针状）（针状）+Fe+Fe3 3C C（无共格联系的细粒状）（无共格联系的细粒状）u性能特点：性能特点：在具有一定韧性的同时，兼有在具有一定韧性的同时，兼有高的弹性高的弹性和屈服极限；硬度为和屈服极限；硬度为HRC3550;HRC3550;u

50、适用于：适用于：各类高碳钢、合金钢的弹性零件，各类高碳钢、合金钢的弹性零件，如各种弹簧、或弹性卡头等如各种弹簧、或弹性卡头等60、高温回火：、高温回火： 【碳化物的聚集长大】【碳化物的聚集长大】 【 固溶体回复与再结晶】固溶体回复与再结晶】 u回火温度：回火温度：500500650650u回火组织：回火组织：回火索氏体回火索氏体用用S S表示（多边形表示（多边形F+F+聚集长大的颗粒状碳化物（粗粒状）聚集长大的颗粒状碳化物（粗粒状）u性能特点：综合机械性能优良性能特点：综合机械性能优良u适用于：各种轴类、连杆、连杆螺栓、汽车适用于：各种轴类、连杆、连杆螺栓、汽车半轴、机床主轴及齿轮的热处理；半

51、轴、机床主轴及齿轮的热处理；调质处理调质处理：淬火高温回火；：淬火高温回火；、工艺参数：、工艺参数：回火时间：回火时间：1 12 2；如图如图2-112-11所示；所示；回火冷却：空冷（对于存在高温回脆回火冷却：空冷（对于存在高温回脆的工件：空冷的工件：空冷水冷或油冷水冷或油冷低温低温回火）回火） 回火温度：要求的硬度越高，回火温回火温度：要求的硬度越高，回火温 度越低；度越低；高合金钢：高合金钢：600-680600-680软化退火。软化退火。图图2-112-11 三、淬火加热的缺陷三、淬火加热的缺陷 、过热：、过热： 加热温度过高、保温时间过长，造加热温度过高、保温时间过长，造成成A A晶

52、粒粗大的缺陷；晶粒粗大的缺陷； 危害：危害：淬火裂纹；淬火裂纹；体粗大；体粗大； 补救办法：延长回火时间（轻）；退火补救办法：延长回火时间（轻）；退火后重新加热淬火（严重）后重新加热淬火（严重） 、过烧：、过烧： 加热温度过高造成的局部晶界熔加热温度过高造成的局部晶界熔化现象。设备失灵化现象。设备失灵 只能报废：只能报废： 、氧化：、氧化： 工件表面与工件表面与O2、H2O、CO2等反应等反应生成氧化铁，使金属铁被损失掉；加热生成氧化铁，使金属铁被损失掉；加热温度小于温度小于570，Fe3O4致密；大于致密；大于570，FeO松散。松散。 危害：尺寸、性能不均、光洁度危害：尺寸、性能不均、光洁

53、度 防止办法：低温短时加热；盐浴加热、防止办法：低温短时加热；盐浴加热、保护气氛加热或刷涂料；保护气氛加热或刷涂料； 、脱碳：、脱碳： 工件表面的碳参与反应而烧损；工件表面的碳参与反应而烧损； C C-Fe-Fe+O+O2 2=CO=CO2 2， C C-Fe-Fe+CO+CO2 2=2CO=2CO C C-Fe-Fe+H+H2 2O=CO+HO=CO+H2 2 ，C C-Fe-Fe+2H+2H2 2=CH=CH4 4 危害：硬度、耐磨性、疲劳性。危害：硬度、耐磨性、疲劳性。 防止办法：改变炉内气氛（碳势）；防止办法：改变炉内气氛（碳势）；保护加热或刷涂料。保护加热或刷涂料。第三节其它类型的热

54、处理第三节其它类型的热处理一、钢的形变热处理一、钢的形变热处理 是将塑性变形和热处理有机的是将塑性变形和热处理有机的结合在一起的一种复合热处理工艺结合在一起的一种复合热处理工艺n优点：强优点：强 、塑、韧、节能、塑、韧、节能n分类：分类： 高温形变热处理高温形变热处理n 低温形变热处理低温形变热处理67 1 1、高温形变热处理、高温形变热处理如图所示：如图所示：=20=2040%40%性能：强度高，塑性、性能：强度高，塑性、低温韧性都提高；低温韧性都提高；适用于：普通碳钢、适用于：普通碳钢、 低合金钢。低合金钢。强韧化原因：强韧化原因：形变（位错）形变（位错）+ +淬火淬火薄壳状的薄壳状的A

55、A包围的板包围的板条马氏体组织。条马氏体组织。图图2-122-12、低温形变热处理：、低温形变热处理：适用于：合金钢。适用于：合金钢。性能：性能：提高抗拉强度和疲劳强度提高抗拉强度和疲劳强度强化原因：晶粒、亚晶细强化原因：晶粒、亚晶细化、位错增加，化、位错增加，K K析出细析出细小、小、MsMs点降低，孪晶点降低，孪晶M M减减少少, ,塑性、韧性提高。塑性、韧性提高。缺点：工艺难。缺点：工艺难。用途：弹簧钢、轴承钢用途：弹簧钢、轴承钢图图2-132-13案例一：某减速器齿轮，要求齿面耐磨，心部要求良好的综合机械性能，材料选用45钢；请制定该零件的热处理工艺，并编写该零件加工的简明工艺路线（零

56、件选用锻造毛坯）第十章 钢的热处理原理与工艺某减速器动画二、钢的表面淬火二、钢的表面淬火第十章 钢的热处理原理与工艺钢的表面淬火钢的表面淬火加热工件表面淬火温度表面淬火化学热处理1.钢的表面淬火：1.1概念：快冷工件表面获得M1.2目的：表硬心韧；将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却后，使工件表面层获得淬火组织的热处理方法。71钢的表面淬火钢的表面淬火第十章 钢的热处理原理与工艺表面淬火的种类：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电解液加热表面淬火、电接触加热表面淬火、激光加热表面淬火等；感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火示意图激光加热表面淬火示意图激光加热表面淬火示意图 、感应加热表面

57、、感应加热表面淬火概念淬火概念n 是利用电磁感应现是利用电磁感应现象，在工件表面产生密象，在工件表面产生密度很高感生电流，使工度很高感生电流，使工件表面迅速被加热的一件表面迅速被加热的一种淬火方法。种淬火方法。n集肤效应集肤效应n一般电流的频率越高，一般电流的频率越高，加热深度就越小，加热加热深度就越小，加热速度越快。速度越快。图图2-142-1473 、感应加热表面淬火的种类、感应加热表面淬火的种类（）、高频加热表面淬火（）、高频加热表面淬火电流频率：电流频率：80801000KHz1000KHz，硬化层深度：硬化层深度：0.50.5mmmm；适用于：中小模数齿轮、小轴适用于：中小模数齿轮、

58、小轴（）、中频加热表面淬火（）、中频加热表面淬火电流频率：电流频率：250025008000Hz8000Hz；硬化层深度：硬化层深度：3 36mm6mm；适用于：曲轴、凸轮轴、大模数齿轮、钢轨适用于：曲轴、凸轮轴、大模数齿轮、钢轨（）、工频加热表面淬火（）、工频加热表面淬火电流频率：电流频率：50Hz50Hz；硬化层深度；硬化层深度；101015mm15mm；适用于：大直径钢材、大工件。适用于：大直径钢材、大工件。感应加热表面淬火视频钢的表面淬火钢的表面淬火第十章 钢的热处理原理与工艺 、感应加热表面淬火的特点、感应加热表面淬火的特点（1 1）加热速度快，）加热速度快，A A转变温度范围扩大，

59、转变所需时转变温度范围扩大，转变所需时间缩短；间缩短；（2 2）感应加热时间极短，）感应加热时间极短，A A不宜长大，因此淬火后表不宜长大，因此淬火后表面形成隐晶马氏体，比普通淬火的硬度、耐磨性高面形成隐晶马氏体，比普通淬火的硬度、耐磨性高（3 3）淬火后表层产生大的残余压应力，疲劳寿命提）淬火后表层产生大的残余压应力，疲劳寿命提高；高；（4 4）加热速度快，无保温，不易产生氧化和脱碳，）加热速度快，无保温，不易产生氧化和脱碳，心部未加热，变形小；心部未加热，变形小；（5 5）生产率高，易于实现自动化生产。）生产率高，易于实现自动化生产。（6 6）设备费用高，不适用于单件生产。）设备费用高，不

60、适用于单件生产。、工艺：、工艺：淬火加热温度：淬火加热温度：A AC3C3（150150200200） 不保温：不保温：冷却：喷水；冷却：喷水；低温回火：低温回火：150150180180，降应力。，降应力。、预处理：、预处理：对于心部性能要求高的零件对于心部性能要求高的零件: :调质处理调质处理; ;对于心部性能要求不高的零件对于心部性能要求不高的零件: :正火处理；正火处理；适用于：中碳钢、中碳合金结构钢；适用于：中碳钢、中碳合金结构钢；第十章 钢的热处理原理与工艺n概念：工件放入某种化学介质中加热保温改变表层的化学成分原子扩散热处理n表硬心韧将工件放入某种化学介质中，通过加热、保将工件放

61、入某种化学介质中，通过加热、保温和冷却使介质中的某些元素的原子扩散到表温和冷却使介质中的某些元素的原子扩散到表层中，以改变表层的层中，以改变表层的化学成分和组织化学成分和组织，从而使，从而使其表层具有与心部不同的特殊性能的一种操作。其表层具有与心部不同的特殊性能的一种操作。三、钢的化学热处理三、钢的化学热处理、化学热处理的概念、化学热处理的概念钢的化学热处理钢的化学热处理第十章 钢的热处理原理与工艺根据渗入元素的不同，可分为：渗碳、渗氮、碳氮共渗渗碳、渗氮、碳氮共渗等；n化学热处理的种类：n钢的渗碳：气体渗碳法、固体渗碳法、液体渗碳法；井式渗碳炉外观井式渗碳炉外观渗碳中的工件渗碳中的工件 化学

62、热处理的基本操作：化学热处理的基本操作：将工件加热到一定温度，从而有利于将工件加热到一定温度，从而有利于吸吸收收渗入元素的渗入元素的“活性原子活性原子”；由化合物分解或离子转变而得到渗入元由化合物分解或离子转变而得到渗入元素的素的“活性原子活性原子”；例如：渗碳；例如：渗碳-CO-CO、CHCH4 4分解分解出出CC；渗氮；渗氮-氨气分解出氨气分解出NN。 活性原子被吸附，并溶入工件表面，形活性原子被吸附，并溶入工件表面，形成成固溶体固溶体，在活性原子的浓度很高时，还可以，在活性原子的浓度很高时，还可以形成形成化合物化合物； 渗入原子在一定温度下，由表层向内渗入原子在一定温度下，由表层向内扩扩

63、散散，形成一定的扩散层；，形成一定的扩散层； 1 1、钢的渗碳：适用于低碳钢；、钢的渗碳：适用于低碳钢；n定义：向钢的表面层渗入定义：向钢的表面层渗入碳原子碳原子的过程。的过程。n目的：使工件在热处理后表面具有目的：使工件在热处理后表面具有高硬度和高硬度和高耐磨性高耐磨性，而心部仍保持一定的强度和较高，而心部仍保持一定的强度和较高的塑性和韧性；的塑性和韧性；n分类：气体渗碳法、固体渗碳法、液体渗碳分类：气体渗碳法、固体渗碳法、液体渗碳法；法； 气体渗碳法：将工件置于密封的加热炉中，气体渗碳法：将工件置于密封的加热炉中，通入气体渗碳剂（如：滴入煤油、通入甲烷、通入气体渗碳剂（如：滴入煤油、通入甲

64、烷、丙烷等），在丙烷等），在900-950900-950加热，保温、使钢加热，保温、使钢件表面层增碳的过程；件表面层增碳的过程；（1 1） 气相反应：气相反应： CH CH4 4C+2HC+2H2 2； 2COC+CO 2COC+CO2 2； CO+H CO+H2 2C+HC+H2 2O O； 活性碳原子溶入高温奥氏体中，而后向钢的活性碳原子溶入高温奥氏体中，而后向钢的内部扩散，实现渗碳；内部扩散，实现渗碳； （2 2） 工艺参数：工艺参数：n加热温度：加热温度：AcAc3 3以上以上50508080，即，即900900950950，TT渗碳速度渗碳速度渗碳层渗碳层； 温度过高，会使钢件中的晶

65、粒长大，钢变脆；温度过高，会使钢件中的晶粒长大，钢变脆；n保温时间：所需的渗碳层保温时间：所需的渗碳层渗碳时间渗碳时间；（3 3） 渗碳后的组织渗碳后的组织: :n低碳钢渗碳后低碳钢渗碳后缓冷缓冷： 表面层：表面层：P+FeP+Fe3 3C C；（渗碳后表层的最佳含碳；（渗碳后表层的最佳含碳量为：量为：0.850.851.05%1.05%） 心部心部: : F+PF+P（心部为原材料的含碳量：（心部为原材料的含碳量：0.10.1 0.25%0.25%） 中间过渡层：中间过渡层：越靠近表面铁素体越少；越靠近表面铁素体越少；如图所如图所示；示； （4 4） 渗碳后的热处理渗碳后的热处理: :n渗碳

66、后应进行适当的热处理，以获得表硬心韧渗碳后应进行适当的热处理，以获得表硬心韧的性能，一般为的性能，一般为淬火淬火+ +低温回火低温回火，具体做法有具体做法有: :直接淬火法、直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法；一次淬火法、二次淬火法； 图图2-152-15直接淬火法：直接淬火法：渗碳渗碳预冷预冷到略到略高于高于AcAc3 3（850850880880）立即淬火立即淬火低温低温回火回火（180180200200）热处理以后的组织：表层：热处理以后的组织：表层：针状回火马氏体针状回火马氏体+ +渗渗碳体碳体+ +少量残余奥氏体少量残余奥氏体，硬度为，硬度为 585864HRC64HRC；心；心部：

67、部：F+PF+P（普通低碳钢，如：（普通低碳钢，如：1515、2020钢；硬度为钢；硬度为101015HRC15HRC；）或；）或低碳低碳M+FM+F少少（低碳合金钢）。（低碳合金钢）。图图2-162-162 2、钢的渗氮（钢的氮化）、钢的渗氮（钢的氮化）n定义：定义：向钢的表面渗入氮原子的过程。向钢的表面渗入氮原子的过程。n目的：目的：使钢件获得比渗碳更高的表面硬度使钢件获得比渗碳更高的表面硬度（可高达（可高达950-1200HV950-1200HV）、耐磨性、疲劳强）、耐磨性、疲劳强度、红硬性以及抗咬合性和抗蚀性。度、红硬性以及抗咬合性和抗蚀性。n分类：分类：气体氮化、液体氮化、离子氮化等

68、；气体氮化、液体氮化、离子氮化等； 气体氮化气体氮化n 定义：利用定义：利用氨气氨气作为渗氮介质在作为渗氮介质在（500500570570）加热分解出活性氮原子，）加热分解出活性氮原子，被工件的表面吸收，并向内部扩散形成氮被工件的表面吸收，并向内部扩散形成氮化层的过程。化层的过程。固溶体、氮化物固溶体、氮化物。氮化处理的特点：氮化处理的特点： 在氮化之前一般进行在氮化之前一般进行调质处理调质处理，得，得到回火索氏体组织，所以氮化后，工件的到回火索氏体组织，所以氮化后，工件的心部往往有良好的综合机械性能心部往往有良好的综合机械性能。（渗氮。（渗氮往往是最后一道工序）。往往是最后一道工序）。 钢在

69、氮化后无需进行淬火就具有很高钢在氮化后无需进行淬火就具有很高的表层硬度及耐磨性，这是因为表层形成了的表层硬度及耐磨性，这是因为表层形成了一层一层坚硬的氮化物坚硬的氮化物所致。所致。 氮化后，显著提高钢的抗疲劳强度，氮化后，显著提高钢的抗疲劳强度，因为氮化层内有较大的因为氮化层内有较大的残余压应力残余压应力； 处理温度低，工件处理温度低，工件变形小变形小； 氮化层具有较高的氮化层具有较高的抗腐蚀能力抗腐蚀能力，这是，这是因为氮化层内有致密的氮化物所致；因为氮化层内有致密的氮化物所致； 缺点：时间长，几十小时。缺点：时间长，几十小时。n 氮与许多合金元素都能形成氮化物，氮与许多合金元素都能形成氮化

70、物，如：如：CrNCrN、MoMo2 2N N、AlNAlN等，这些弥散的合等，这些弥散的合金氮化物具有较高的硬度和耐磨性，同金氮化物具有较高的硬度和耐磨性，同时具有高的抗蚀性。因此渗氮工艺在时具有高的抗蚀性。因此渗氮工艺在Cr-Mo-AlCr-Mo-Al钢中得到了广泛的应用，如，钢中得到了广泛的应用，如，最常用的渗氮钢为最常用的渗氮钢为38CrMoAl38CrMoAl、35CrMo35CrMo、18CrNiW18CrNiW等等n综上所述：综上所述：n 渗氮在机械工业中得到了广泛的渗氮在机械工业中得到了广泛的应用，特别适用于许多精密零件的最应用，特别适用于许多精密零件的最终热处理，例如：磨床主

71、轴、镗床镗终热处理，例如：磨床主轴、镗床镗杆等；杆等；3 3、碳氮共渗、碳氮共渗氰化（用的较少）：氰化（用的较少）：自学；自学；思考题思考题1、解释下列名词：、解释下列名词：退火、正火、淬火、回火；退火、正火、淬火、回火；淬火临界冷却速度、淬透性、淬硬性；淬火临界冷却速度、淬透性、淬硬性；2、将、将20钢与钢与60钢同时加热到钢同时加热到860，并保温，并保温相同的时间，问哪种钢奥氏体晶粒粗大些？相同的时间，问哪种钢奥氏体晶粒粗大些？3、将、将5mm的的T8钢加热到钢加热到760并保温足够并保温足够的时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下的时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：组织： P

72、、S、T、B上、上、B下、下、T+M、M+少量少量A； 在在C曲线上描出工艺曲线示意图；曲线上描出工艺曲线示意图；4、何谓球化退火，为什么过共析钢必须采用球、何谓球化退火，为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火？化退火而不采用完全退火？5、确定下列退火工艺，并指出退火的目的和退、确定下列退火工艺，并指出退火的目的和退火后的组织：火后的组织：经冷轧后的经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度；钢钢板，要求降低硬度；ZG35的铸造齿轮；的铸造齿轮；锻造过热的锻造过热的60钢锻坯；钢锻坯；具有片状渗碳体的具有片状渗碳体的T12钢坯；钢坯；6、一批、一批45钢试样（钢试样（尺寸尺寸1510mm），因

73、其组），因其组织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理，采用以织、晶粒大小不均匀，需采用退火处理，采用以下几种退火工艺：下几种退火工艺：缓慢加热到缓慢加热到700，保温足够时间，随炉冷却，保温足够时间，随炉冷却至室温；至室温；缓慢加热到缓慢加热到840，保温足够时间，随炉冷却，保温足够时间，随炉冷却至室温；至室温； 缓慢加热到缓慢加热到1100，保温足够时间，随炉冷，保温足够时间，随炉冷却至室温；却至室温；问：上述三种工艺各得到什么组织？若要得到问：上述三种工艺各得到什么组织？若要得到大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？大小均匀的细小晶粒，选何种工艺最合适？7、淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢

74、淬、淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢淬火加热温度应怎么选择？试从获得的组织和性火加热温度应怎么选择？试从获得的组织和性能等方面加以说明？能等方面加以说明？8、说明、说明45钢试样（钢试样（10mm）经下列温度加热、）经下列温度加热、保温并在水中冷却到室温组织：保温并在水中冷却到室温组织：700、760、840、1100；9、有两个含碳量为、有两个含碳量为1.2%的碳钢薄试样，分别加的碳钢薄试样，分别加热到热到780和和860并保温相同时间，使之达到平并保温相同时间，使之达到平衡状态，然后以大于临界冷却速度的速度冷却至衡状态，然后以大于临界冷却速度的速度冷却至室温，试问：室温，试问：哪个温度

75、淬火后马氏体晶粒较粗大？哪个温度淬火后马氏体晶粒较粗大？哪个温度淬火后马氏体含碳量较多？哪个温度淬火后马氏体含碳量较多？哪个温度淬火后残余奥氏体较多？哪个温度淬火后残余奥氏体较多？哪个温度淬火后未溶碳化物较少？哪个温度淬火后未溶碳化物较少？你认为哪个温度淬火合适，为什么？你认为哪个温度淬火合适，为什么？10、指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其、指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致硬度？回火后获得的组织和大致硬度？45钢小轴（要求综合机械性能）钢小轴（要求综合机械性能）60钢弹簧钢弹簧T12锉刀锉刀11、淬透性与淬硬性有何区别和联系？、淬透性与淬硬性有何区别和联系？1

76、2、回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几、回火的目的是什么，常用的回火操作有哪几种，指出各种回火操作得到的组织、性能及其应种，指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围？用范围？13、甲、已两厂生产同一零件，材料均选用、甲、已两厂生产同一零件，材料均选用45钢，钢，硬度要求硬度要求HB220250。甲厂采用正火，乙厂采用。甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，都达到了要求。试分析甲厂和乙厂产调质处理，都达到了要求。试分析甲厂和乙厂产品的组织和性能的差别？品的组织和性能的差别？14、拟用、拟用T10制造形状简单的车刀，工艺路线为：制造形状简单的车刀，工艺路线为：锻造锻造热处理热处理机加工机加工热处

77、理热处理磨加磨加工；工；试问试问试写出各热处理的名称并指出各热处理工试写出各热处理的名称并指出各热处理工序的作用？序的作用？制订最终热处理的工艺规范（温度、冷却介质）制订最终热处理的工艺规范（温度、冷却介质）？指出最终热处理后的组织和大致硬度？指出最终热处理后的组织和大致硬度？15、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并钢材具有工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并钢材具有足够的淬透性）足够的淬透性）某机床变速箱齿轮，要求齿面耐磨，心部的强某机床变速箱齿轮，要求齿面耐磨，心部的强度和韧性要求不高，材料选用度和韧性要求不高，材

78、料选用45钢；钢；某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨（颈部分要求耐磨（HRC5055），材料选用），材料选用45钢；钢；镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求很高，镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求很高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用度，心部有较高的综合机械性能，材料选用 38CrMoAl；16、某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高、某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（的硬度（HRC50），而心部具有良好的韧性），而心部具有良好的韧性（

79、AK40J），原采用），原采用45钢调质处理再在凸轮表钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的的45钢已用完，只剩钢已用完，只剩15钢，拟用钢，拟用15钢代替，试钢代替，试说明：说明：原原45钢各热处理工序的作用？钢各热处理工序的作用？改用改用15钢后，仍按原热处理工序进行能否满足钢后，仍按原热处理工序进行能否满足性能要求，为什么？性能要求，为什么？改用改用15钢后，为达到性能的要求，在心部强度钢后，为达到性能的要求，在心部强度足够的前提下应采用何种热处理工艺？足够的前提下应采用何种热处理工艺？n17.指出下列工件正火的主要作用及正火后的组织。（1）20CrMnTi制造传动齿轮 （2）T12钢制造铣刀 n18.用45钢制造主轴，其加工工艺的路线为：下料锻造退火粗加工调质处理试问：（1）调质处理的作用。（2）调质处理加热温度范围。 n19.氮化处理与渗碳处理相比有哪些特点。n20热处理的目是什么？有哪些基本类型？