学习情境五钢的热处理剖析

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1、学习情境五钢的热处理剖析Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望 知识目标知识目标 1 1掌握过冷奥氏体的等温转变和连续冷却转变掌握过冷奥氏体的等温转变和连续冷却转变； 2 2掌握钢的退火、正火、淬火、回火工艺掌握钢的退火、正火、淬火、回火工艺； 3 3了了解钢的表面淬火及化学热处理的应用；了了解钢的表面淬火及化学热处理的应用； 4. 了解表面气相沉积技术了解表面气相沉积技术。钢在加热时的组织转变钢在加热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钢的退火与正火钢的退

2、火与正火钢的淬火钢的淬火钢的回火钢的回火钢的表面热处理钢的表面热处理表面气相沉积和热处理新工艺简介表面气相沉积和热处理新工艺简介 是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的一种加工工艺。热处理热处理保温保温时间温度临界温度临界温度 热热加加冷冷 却却2.热处理的主要目的热处理的主要目的: :改变钢的性能。改变钢的性能。3.热处理的应用范围热处理的应用范围: :整个制造业。整个制造业。4.热处理的分类热处理的分类热处理热处理 普通普通热处理热处理 表面表面热处理热处理退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面淬火 化学化学热处理热处理感

3、应加感应加热淬火热淬火火焰加火焰加热淬火热淬火渗碳渗碳;渗氮渗氮;碳氮共渗碳氮共渗;l转变温度转变温度l奥氏体的形成奥氏体的形成l奥氏体晶粒的长大及其影响因素奥氏体晶粒的长大及其影响因素一、转变温度一、转变温度铁碳铁碳合金合金实际实际加热加热或冷或冷却时却时转变转变温度温度变化变化图图二、奥氏体的形成二、奥氏体的形成1.1.奥氏体形成的基本过程奥氏体形成的基本过程共析钢奥氏体化过程示意图共析钢奥氏体化过程示意图亚共析钢的亚共析钢的A A化：化：PA PA 后，先共析后，先共析 F F溶解溶解 过过共析钢的共析钢的A A化化： PA PA 后，后， FeFe3 3C C 溶解溶解2 2. .影响

4、珠光体向奥氏体转变的因素影响珠光体向奥氏体转变的因素含碳量含碳量增加，利于奥氏体加速形成 奥氏体形成速度与加热温度、加热速度、钢的成分以及原始组织等有关。 加热温度温度越高，奥氏体形成速度越快.加热速度速度越快，奥氏体形成速度越快.合金元素显著影响奥氏体的形成速度.组织（珠光体）越细，奥氏体形成速度越快. 钢在热处理加热后必须有保温阶段，不钢在热处理加热后必须有保温阶段，不仅是为了使工件热透，也是为了使组织转变完仅是为了使工件热透，也是为了使组织转变完全，以及保证奥氏体成分均匀。钢在加全，以及保证奥氏体成分均匀。钢在加热时为了得到细小而均匀的奥氏体晶粒，必须严格热时为了得到细小而均匀的奥氏体晶

5、粒，必须严格控制加热温度和保温时间，以免发生晶粒粗大的现控制加热温度和保温时间，以免发生晶粒粗大的现象。象。小提示小提示三、奥氏体晶粒的长大及其影响因素三、奥氏体晶粒的长大及其影响因素1 1. .奥氏体晶粒度的概念奥氏体晶粒度的概念 根据奥氏体形成过程和晶粒长大情况，奥氏体晶粒度可分为起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度三种。1 1. .奥氏体晶粒度的概念奥氏体晶粒度的概念1. 奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度：l 起始晶粒度l 实际晶粒度l 本质晶粒度 奥氏体形成刚结束，奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小奥氏体形成刚结束，奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小奥氏体在具体加热条件下所获得奥氏体晶粒

6、的大小奥氏体在具体加热条件下所获得奥氏体晶粒的大小特定条件下钢的奥氏体晶粒长大的倾向性，并不代表具体的晶粒大小特定条件特定条件93010，保温，保温8h倾向性倾向性本质粗晶粒钢（Mn，Si）本质细晶粒钢（Al）加热加热温度温度与奥与奥氏体氏体晶粒晶粒长大长大的关的关系系2 2. .奥氏体晶粒长大及其影响因素奥氏体晶粒长大及其影响因素1）加热温加热温度和保温时度和保温时间间2）钢的成钢的成分分n 温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒长大越明显n 晶界上存在未溶的碳化物时，会对晶粒长大起阻碍作用，使奥氏体晶粒长大倾向减小n 合金元素，也影响奥氏体晶粒长大，除锰、磷外几乎所有合金元素都阻碍奥氏体晶粒长

7、大1. 奥氏体是不是降温到临界温度以下就立即 发生转变呢？2. 不同的冷却速度是否也得到同一种的组织 呢？过冷奥氏体：过冷奥氏体：在临界点以下存在的不稳定的且将要发生转变的奥氏体，称为过冷奥氏体。临界点以下临界点以下不稳定不稳定将要发生转变将要发生转变冷却方式：冷却方式：等温冷却方式和连续冷却方式。转变产物组织性能均匀，研究领域应用广等温冷却方式连续冷却方式转变产物为粗细不匀甚至类型不同的混合组织，实际生产中广泛采用过冷奥氏体等温转变图过冷奥氏体等温转变图( C( C曲线）的建立曲线）的建立现以金相硬度法测定现以金相硬度法测定共析钢共析钢过冷奥氏体等温转变为例，来说明过冷奥氏体等温转变为例，来

8、说明等温转变图的建立过程。等温转变图的建立过程。 过冷奥氏体过冷奥氏体: :在相变温度在相变温度A A1 1以下，未发生转变而处于不稳定状态的以下，未发生转变而处于不稳定状态的奥氏体。奥氏体。过冷奥氏体的等温转变：过冷奥氏体的等温转变：指钢经奥氏体化后冷却到相变点以下的指钢经奥氏体化后冷却到相变点以下的某温度区间内等温时。过冷奥氏体所发生的转变。某温度区间内等温时。过冷奥氏体所发生的转变。 一、过冷奥氏体的等温转变一、过冷奥氏体的等温转变1 1. .等温转变曲线等温转变曲线珠珠光光体体型型转转变变区区贝贝氏氏体体型型转转变变区区马马氏氏体体型型转转变变区区（1 1）高温等温转变：）高温等温转变

9、： 珠光体型转变区（2 2）中温等温转变：）中温等温转变： 贝氏体型转变区 （3 3）低温连续转变：）低温连续转变： 马氏体型转变区 2 2. .影响影响 C 曲线的因素曲线的因素2 2） 合金元素合金元素1 1） 碳的质量分数碳的质量分数3 3） 加热温度和保温时间加热温度和保温时间3 3. .共析钢的过冷奥氏体等温转变共析钢的过冷奥氏体等温转变珠光体转变和珠光体的组织形态与性能珠光体转变和珠光体的组织形态与性能 根据过冷奥氏体转变温度的不同，共析成分碳钢的转变产物可分为珠光体（A1550） 、贝氏体（550MS）和马氏体（MSMf）三种。l 过冷奥氏体向珠光体转变，是通过过冷奥氏体向珠光体

10、转变，是通过形核形核和和长大长大的过程来完成的；的过程来完成的；l 珠光体转变是一个珠光体转变是一个扩散型扩散型转变（转变（FeFe、C C原子都进行扩散）；原子都进行扩散）；l 一般情况下，珠光体为片状铁素体和片状渗碳体相间分布的层状一般情况下，珠光体为片状铁素体和片状渗碳体相间分布的层状组织，称为组织，称为片状珠光体片状珠光体；F渗碳体片间距：片间距：相邻两片渗碳体中心之间的距离1 1）高温转变高温转变 托氏体托氏体托氏体是：极细极细片状的珠光体，片片状的珠光体，片层极薄间距小于层极薄间距小于0.20.2m，只有在电子显微镜下（5000倍）才能分辨出它们呈片状。 一、过冷奥氏体的等温转变一

11、、过冷奥氏体的等温转变索氏体索氏体索氏体为：细片状珠光体，片细片状珠光体，片层较薄间距在层较薄间距在 0.40.2m，一般在8001000倍的光学显微镜下才可分辨珠光体珠光体 粗片层状铁素体粗片层状铁素体和渗碳体的混合物，和渗碳体的混合物，片层间距大于片层间距大于0.4m一般在500倍以下的光学显微镜下即可分辨。 贝氏体转变和贝氏体的纽织形态与性能贝氏体转变和贝氏体的纽织形态与性能 钢的过冷奥氏体在珠光体转变温度以下、马氏体转变温度以上的温度范围内，发生一种半扩散型相变，称之为贝氏体转变贝氏体转变。转变产物贝氏体，通常用字母B表示。1) 贝氏体贝氏体转变特征转变特征 半扩散型半扩散型转变，介于

12、珠光体和马氏体转变之间转变，介于珠光体和马氏体转变之间 ； Fe原子不扩散，切变完成晶格改组原子不扩散，切变完成晶格改组 ；C原子扩散，析出碳原子扩散，析出碳化物化物 两相混合物，其中两相混合物，其中a相过饱和相过饱和3 3. .共析钢的过冷奥氏体等温转变共析钢的过冷奥氏体等温转变2 2）中温转变中温转变 上贝氏体上贝氏体 上贝氏体中渗碳体呈较粗的片状，平行分布于平行排列的铁素体片层之间，它在显微镜下呈羽毛状的组织。 一、过冷奥氏体的等温转变一、过冷奥氏体的等温转变 下贝氏体下贝氏体 下贝氏体中的碳化物呈细小颗粒状或短杆状均匀分布在铁素体内，在显微镜下呈黑色针叶状的组织 。 等温转变曲线是通过

13、试验方法建立的，下面以共析钢为例说明建立过程。 （1）把wC = 0.77% 的共析钢制成若干个一定尺寸的试样，加热到A1 以上的温度，使其组织为均匀的奥氏体。 （2）将试样分别迅速放入低于 A1 的不同温度（如：710 、450 、350 等）的熔盐槽中，迫使奥氏体过冷，发生等温转变。 （3）在不同温度的等温转变过程中，测出过冷奥氏体转变开始和转变终了的时间，把它们按相应的位置标记在时间温度的坐标图上，分别连接各转变开始点和转变终了点，便得到如图所示的曲线。知知识识链链接接热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图二、过冷奥氏体的连续冷却转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变1 1. .连续冷却转变

14、曲线连续冷却转变曲线共析钢共析钢 CCT 曲线曲线二、过冷奥氏体的连续冷却转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变2 2. .连续冷却转变过程及产物连续冷却转变过程及产物V V V V1 1 1 1( ( ( (炉冷炉冷炉冷炉冷) ) ) )：APAPAPAP（170170170170220HBS220HBS220HBS220HBS）V V V V2 2 2 2( ( ( (空冷空冷空冷空冷) ) ) )：ASASASAS（2525252535HRc35HRc35HRc35HRc）V V V V3 3 3 3( ( ( (油冷油冷油冷油冷) ) ) )：AT+MAT+MAT+MAT+M（4545454

15、555HRc55HRc55HRc55HRc）V V V V4 4 4 4( ( ( (水冷水冷水冷水冷) ) ) )：AM+AAM+AAM+AAM+A（5555555565HRc65HRc65HRc65HRc）V V V Vk k k k：临界冷却速度：临界冷却速度：临界冷却速度：临界冷却速度, , , ,估计估计估计估计V V V Vk k k k=1.5 V=1.5 V=1.5 V=1.5 Vk k k k三、马氏体转变三、马氏体转变1 1. .马氏体的形态与特点马氏体的形态与特点马氏体的晶格示意图马氏体的晶格示意图三、马氏体转变三、马氏体转变当当奥奥氏氏体体过过冷冷到到Ms以以下下将将转

16、转变变为为马马氏氏体类型组织；体类型组织；碳在碳在 -Fe中的过饱和固溶体；中的过饱和固溶体；马马氏氏体体转转变变时时，奥奥氏氏体体中中的的碳碳全全部部保保留到马氏体中；留到马氏体中；铁铁原原子子微微调调整整，使使原原来来奥奥氏氏体体的的面面心心立方晶格改组成体心立方晶格。立方晶格改组成体心立方晶格。马氏体的形成板条状、板条状、针状；针状；形形态态取取决决于于奥奥氏氏体体的的含含碳碳量量：马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C马氏体的形态三、马氏体转变三、马氏体转变1.0%时，片片状状马氏氏体。体。板条马氏体：立体形态为细长的扁棒状；立体形态为细长的扁

17、棒状；在在光光镜镜下下板板条条马马氏氏体体为为一一束束束束的的细细条条组组织；织；每每束束内内条条与与条条之之间间尺尺寸寸大大致致相相同同并并呈呈平平行行排排列列，一一个个奥奥氏氏体体晶晶粒粒内内可可形形成成几几个个取向不同的马氏体束。取向不同的马氏体束。光镜下光镜下电镜下电镜下在在电电镜镜下下，板板条条内内的的亚亚结结构构主主要要是是高高密密度度的的位位错错， =1012/cm2，又又称称位位错错马马氏体氏体。马氏体的形态三、马氏体转变三、马氏体转变在光镜下，针状、竹叶状、凸透镜状；在空间形同铁饼；在光镜下，针状、竹叶状、凸透镜状；在空间形同铁饼；在电镜下，亚结构主要是孪晶；在电镜下，亚结构

18、主要是孪晶；高碳针状马氏体又称孪晶马氏体。高碳针状马氏体又称孪晶马氏体。电镜下电镜下光镜下光镜下片状马氏体：马氏体的形态三、马氏体转变三、马氏体转变马马氏氏体体的的硬硬度度主主要要取取决决于于其其含碳量含碳量；含碳量增加，其硬度增加；含碳量增加，其硬度增加；当当含含碳碳量量大大于于0.6%时时，其其硬硬度趋于平缓；度趋于平缓；合合金金元元素素对对马马氏氏体体硬硬度度的的影影响不大。响不大。高硬度！马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%马氏体的性能三、马氏体转变三、马氏体转变主主要要原原因因是是过过饱饱和和碳碳引引起起的的晶晶格格畸畸变变，即即固固溶强化；溶强化；转转变

19、变过过程程中中的的大大量量晶晶体体缺缺陷陷和和引引起起的的组组织织细细化；化；过饱和的碳以弥散碳化物的形式析出。过饱和的碳以弥散碳化物的形式析出。针状马氏体针状马氏体板条马氏体板条马氏体马氏体的透射电镜形貌马氏体的透射电镜形貌塑韧性比较：塑韧性比较：高针状马氏体的塑性和韧性均很高针状马氏体的塑性和韧性均很差；差；低碳板条马氏体的塑性和韧性好。低碳板条马氏体的塑性和韧性好。马氏体的性能三、马氏体转变三、马氏体转变a.a.非扩散型非扩散型u铁铁和和碳碳原原子子都都不不扩扩散散，转转变变形形成碳在成碳在铁中的过饱和固溶体；铁中的过饱和固溶体；u因因而而马马氏氏体体的的含含碳碳量量与与奥奥氏氏体体的含

20、碳量相同。的含碳量相同。板条状马氏体板条状马氏体针状马氏体针状马氏体马氏体的转变的特点三、马氏体转变三、马氏体转变b.b. 切变性切变性u由于无扩散，晶格转变是以切变机制进行的；由于无扩散，晶格转变是以切变机制进行的；u使使切切变变部部分分的的形形状状和和体体积积发发生生变变化化，引引起起相相邻奥氏体随之变形；邻奥氏体随之变形；u在预先抛光的表面上产生浮凸现象。在预先抛光的表面上产生浮凸现象。马氏体转变马氏体转变切变示意图切变示意图马氏体转变产生的表面浮凸马氏体转变产生的表面浮凸马氏体的转变的特点三、马氏体转变三、马氏体转变c.降温形成u马马氏氏体体转转变变开开始始的的温温度度称称上马氏体点，

21、用上马氏体点，用Ms表示；表示；u马马氏氏体体转转变变终终了了温温度度称称下下马氏体点，用马氏体点，用Mf表示；表示；u只只要要温温度度达达到到Ms以以下下即即发生马氏体转变；发生马氏体转变；u在在Ms以以下下，随随温温度度下下降降,转转变变量量增增加加，冷冷却却中中断断,转转变停止。变停止。MfMsM(50%)M(90%)马氏体的转变的特点三、马氏体转变三、马氏体转变d.d.形成速度极快形成速度极快u马马氏氏体体形形成成速速度度极极快快，瞬瞬间间形形核核，瞬瞬间间长长大大。当当一一片片马马氏氏体体形形成成时时，可可能能因因撞击作用使已形成的马氏体产生裂纹。撞击作用使已形成的马氏体产生裂纹。e

22、.e.转变不彻底转变不彻底即即使使冷冷却却到到Mf点点，也也不不可可能能获获得得100%的的马马氏氏体体，总总有有部部分分奥奥氏氏体体未未能能转转变变而而残残留留下下来来，称称残残余余奥氏体奥氏体，用，用A或或表示。表示。 马氏体的转变的特点三、马氏体转变三、马氏体转变总结总结 过冷奥氏体转变产物（共析钢）过冷奥氏体转变产物（共析钢） 转变类转变类型型转变产物转变产物形成温度，形成温度， 转变转变机制机制显微组织特征显微组织特征HRCHRC获得工获得工艺艺珠珠光光体体P PA A1 1 650 650扩扩散散型型粗片状，粗片状，F F、FeFe3 3C C相间分布相间分布5-205-20退火退

23、火S S650650 600 600细片状，细片状，F F、FeFe3 3C C相间分布相间分布20-3020-30正火正火T T600600 550 550极细片状，极细片状，F F、FeFe3 3C C相间分布相间分布30-4030-40等温等温处理处理贝贝氏氏体体B B上上550550 350 350半扩半扩散型散型羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状FeFe3 3C C分布于过饱和分布于过饱和F F条之间条之间40-5040-50等温等温处理处理B B下下350350 M MS S竹叶状，细片状竹叶状，细片状FeFe3 3C C分布于过饱和分布于过饱和F F针上针上50-6050-60等温等温

24、淬火淬火马马氏氏体体M M针针M MS S M Mf f无扩无扩散型散型针状针状60-6560-65淬火淬火M M* *板条板条M MS S M Mf f板条状板条状5050淬火淬火 铜棒 24 mm如何消除拉拔过程中的硬化现象？ 电缆线 0.15 mm 切削件的硬度在170230HB范围内，切削性能较好。 刀具具有较高的韧性时，不容易发生崩刃。切削件的硬度如何调整？刀具如何才能具有较高的韧性？季裂加工过程（铸、锻、焊、切削）产生的内应力如何消除加工过程中产生的内应力？在实际的制造过程中，常见的工艺路线如：在实际的制造过程中，常见的工艺路线如：在实际的制造过程中，常见的工艺路线如：在实际的制造

25、过程中，常见的工艺路线如：退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺！退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺！退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺！退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺！ 为什么将其安排在铸铸铸铸/ / / /锻锻锻锻造造造造与 切削加工切削加工切削加工切削加工之间呢? 为什么退火与正火有着非常广泛的应用? 在铸/锻造/焊接之后，钢件中不但残留有铸造或锻造应力，而且还往往存在着成分和组织上的不均匀性，因而机械性能较低，还会导致以后淬火时的变形和开裂。也会存在硬度偏高或偏低的现象，严重影响后续的切削加工性能。经过退火和正火后，便可得到细而均匀的组织，并消除应力，改善钢件的机械性能并为随后

26、的淬火作了准备经过退火与正火后，钢的组织接近于平衡组织，其硬度适中，有利于下一步的切削加工。如果工件的性能要求不高时，退火或正火常作为最终热处理。 一、退火一、退火定义：定义：将组织偏离平衡状态 的钢加热到适当温度 ，保温一定时间，然 后缓慢冷却（炉冷炉冷、 坑冷、灰冷），以获 得接近平衡状态组织 的热处理工艺叫做退 火。返回真空退火炉真空退火炉一、退火一、退火退火目的：退火目的：（1）降低硬度，提降低硬度，提高塑性，以利高塑性，以利于切削加工和于切削加工和冷变形加工冷变形加工（2）细化晶粒，均细化晶粒，均匀组织，为后匀组织，为后续热处理作好续热处理作好组织上的准备组织上的准备（3）消除残余内

27、应消除残余内应力，防止工件力，防止工件的变形与开裂的变形与开裂一、退火一、退火1.完全退火完全退火2.等温退火等温退火3.球化退火球化退火4.均匀化退火均匀化退火 5.去应力退火去应力退火6. 再结晶退火再结晶退火分类分类名称由来：经历完全奥氏体化过程问题2：奥氏体区的温度区间很大，如果你是热处理工程师，你认为完全退火应该具体在哪一个温度段保温？问题1:在相图的哪一个区域可以获得完全奥氏体组织？完全退火目的： 细化，均匀化粗大、不均匀组织 接近平衡组织调整硬度切削性 消除内应力加热温度：加热温度：Ac3以上以上20-30度度温度过高：奥氏体晶粒粗大， 综合机械性能下降（霍尔佩奇公式）温度过低：

28、 测温仪器的偏差，适当顾及热处理效率答：答：完全退火不能用于过共析钢过共析钢，因为加热到Accm 以上再缓慢冷却时会得到平衡组织，平衡组织，即在晶界处即在晶界处析出网状渗碳体网状渗碳体，造成钢的脆化。应用范围：亚共折钢，共析钢，亚共折钢，共析钢， 不适用于过共析钢。 反问：过共析钢的平衡组织？反问：过共析钢的平衡组织？网状渗碳体网状渗碳体问题：为什么不适用于过共析钢呢？问题：为什么不适用于过共析钢呢？完全退火组织P+F问题：问题：亚共析钢（共析钢）的平衡状态组织？平衡状态组织？返回等温退火：等温退火：先以较快的速度，将工件加热到Ac3以上3050，保温一定时间后，先以较快的冷速冷到珠光体的形成

29、温度等温，使奥氏体转变成珠光体，待等温转变结束再快冷。这样就可大大缩短退火的时间。 完全退火的缺点：完全退火的缺点：所需时间很长，特别是对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，往往需要几十小时解决：解决： 为了缩短退火时间，可采用等温退火。可见等温退火所需时间比完全退火缩短很多。等温温度根据要求的组织和性能而定：等温温度越高，则珠光体组织越粗大，钢的硬度越低。返回u目的：目的：使Fe3C球化，降低硬度； 提高韧性，改善切削加工性； 为以后淬火做准备。u实质：实质：通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，球化退火后的组织是由铁素体和球状渗碳体组成的球状珠光体。球化退火：球化退火：球化退火工

30、艺：球化退火工艺：Ac1以上20-40度保温，缓冷应用范围：应用范围：过共析钢，共析钢组织：组织：球状P（F+球状FeC3）返回去应力退火目的：去应力退火目的：消除铸、锻、焊件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的残余内应力。切削加工或使用中的变形和开裂；切削加工或使用中的变形和开裂；切削加工或使用中的变形和开裂；切削加工或使用中的变形和开裂；降低机器的精度；降低机器的精度；降低机器的精度；降低机器的精度；甚至会发生事故。甚至会发生事故。甚至会发生事故。甚至会发生事故。定义： 将工件随炉缓慢加热至500650（Ac1点 ），保温一段时间(50 /h-100 /h)后随炉缓慢冷却，至300 -200出

31、炉空冷。退火温度愈高，内应力消除越充分， 退火所需的时间越短。 在去应力退火中不发生相变。返回返回 为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线（固相线以下100 200 ）的温度，长时间保温（10h15h），并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化扩散退火或均匀化退火退火。返回返回 扩散退火后钢的晶粒很粗大，因此一般再进行完全退火或正火处理。再结晶退火再结晶退火-中间退火中间退火u定义：定义：把经过冷变形处理的钢把经过冷变形处理的钢加热到再结晶温度以上加热到再结晶温度以上150150250 250 ，保温后缓慢冷却的退，保温后缓慢冷却的退火工艺方法。火工艺方

32、法。 u目的：目的：使形变晶粒重新结晶成使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，以消除形变均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力。强化和残余应力。u应用：应用：去除冷变形钢引起的加去除冷变形钢引起的加工硬化工硬化 。再结晶退火再结晶退火视频：退火工艺视频：退火工艺定义：将工件加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上30 50，保温后从炉中取出在空气中空气中空气中空气中冷却。u冷速快（空冷），组织细，强/硬度提高。u应用范围广u保温温度高二、正火二、正火u共析钢正火后组织：S，u而退火后组织：P。二、正火二、正火2.2.预备热处理预备热处理预备热处理预备热处理3.改善切削加工性能改善切削

33、加工性能1. 1.最终热处理最终热处理最终热处理最终热处理正火的应用正火的应用l（2）用于低、中碳钢作为预先热处理，得合适的硬度便于切削加工。l（3）用于过共析钢，消除网状Fe3C，有利于球化退火的进行。l（1）用于普通结构零件，作为最终热处理，细化晶粒提高机械性能。返回三、退火和正火的选择三、退火和正火的选择 3.3.从经济性考虑从经济性考虑 2.2.从使用性能考从使用性能考虑虑1.1.从切削加工性考虑从切削加工性考虑（2）从使用性能上考虑）从使用性能上考虑如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往用正火来提高其机械性能。但若零件的形状比较复杂，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，应

34、采用退火。（3）从经济上考虑）从经济上考虑 正火比退火的生产周期短，耗能少，操作简便，故在可能的条件下，应优先考虑正火。（1）从切削加工性上考虑）从切削加工性上考虑一般金属的硬度在HB170230范围内，切削性能较好。高则过硬，难加工，刀具磨损快；低则切屑不易断，刀具发热和磨损，加工后零件表面粗糙度大。对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢、工具钢和中碳以上合金钢则以退火为宜。正火和退火工艺总结正火和退火工艺总结视频：正火工艺视频：正火工艺 概念：将钢件加热到Ac3或Ac1以上3050，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体（或下贝氏体）的一种操作。目

35、的：获得马氏体（或下贝氏体） 。提高硬度和耐磨性一、钢的淬火工艺一、钢的淬火工艺下下板条板条针状针状返回返回淬火加热温度的选择 淬火冷却介质 淬火方法 中国古代淬火技术返回返回1.淬火的加热温度淬火的加热温度一、钢的淬火工艺一、钢的淬火工艺淬火加热温度是淬火工艺的主要参数。它的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以使淬火后获得细小的马氏体组织。为防止奥氏体晶粒粗化，淬火加热温度一般限制在临界点以上30一50范围。细小细小细小细小亚共析钢: 温度：Ac3(3050)。 组织：均匀细小的马氏体组织。 温度过高:粗大马氏体组织，严重变形温度过低:组织中出现铁素体，硬度不足。 “软点软点”共析钢和

36、过共析钢 温度： Ac1(3050) 组织：共折钢: 均匀细小 M M+少量 AA 过共析钢: 均匀细小 M M+粒状 FeFe3 3C C+少量 AA 有利于获得最佳硬度和耐磨性。 温度过高：粗大的M+较多A，降低了钢的硬度和耐磨度性，增大淬火变形和开裂倾向。 温度过低：？u为得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但这必然会产生很大的内应力，往往会引起工件变形和开裂，为此人们提出了理想的淬火冷却曲线 。返回返回时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf在“鼻尖”温度以上，在保证不出现珠光体类型组织的前提下

37、，可以尽量缓冷；在“鼻尖”温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖”，保证不产生非马氏体相变；而在Ms点附近又可以缓冷，以减轻马氏体转变时的相变应力。一、钢的淬火工艺一、钢的淬火工艺2 2. .淬火冷却介质淬火冷却介质盐水盐水 水水碱浴碱浴油油硝盐浴硝盐浴冷却能力冷却能力钢的理想淬火冷却速度钢的理想淬火冷却速度u油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。用于合金钢和小尺寸的碳钢件。u熔盐作为淬火介质称盐浴熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间，冷却能力在水和油之间, ,用于形用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。

38、状复杂件的分级淬火和等温淬火。u聚乙烯醇、硝盐水溶液聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质等也是工业常用的淬火介质. .2 2. .淬火冷却介质淬火冷却介质二、常用的淬火方法二、常用的淬火方法 1.1.1.1.单液淬火法单液淬火法单液淬火法单液淬火法3.3.3.3.分级淬火法分级淬火法分级淬火法分级淬火法 4.4.4.4.等温淬火法等温淬火法等温淬火法等温淬火法6 6 6 6冷处理冷处理冷处理冷处理 5.5.5.5.局部淬火法局部淬火法局部淬火法局部淬火法2.2.2.2.双液淬火法双液淬火法双液淬火法双液淬火法采用不同的淬火方法可弥补介采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。质的不足。 1

39、1、单液淬火法、单液淬火法加热工件在一种介质中连续冷加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。却到室温的淬火方法。操作简单，易实现自动化。操作简单，易实现自动化。 2 2、双液淬火法、双液淬火法工件先在一种冷却能力强的介质工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过鼻尖后，再在另中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如生马氏体转变的方法。如水淬水淬油冷，油淬空冷油冷，油淬空冷. .优点是冷却理想，缺点是不易掌优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。大型合金钢件。 3 3、分级淬火法

40、、分级淬火法 在在MsMs附近的盐浴或碱浴中附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。再取出缓冷。盐浴炉盐浴炉 4 4、等温淬火法、等温淬火法l将工件在稍高于将工件在稍高于 Ms Ms 的的盐浴或碱浴中保温足够盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得长时间，从而获得下贝下贝氏体氏体组织的组织的淬火方法。淬火方法。l经等温淬火零件具有良经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬好的综合力学性能，淬火应力小火应力小. .l适用于形状复杂及要求适用于形状复杂及要求较高的小型件。较高的小型件。亚共析钢 连续冷却转变炉冷炉冷 F + P空冷空冷 F + S油冷油冷 T + M水

41、冷水冷 M过共析钢 连续冷却转变炉冷炉冷 P + Fe3C空冷空冷 S + Fe3C油冷油冷 T + M + A水冷水冷 M + A返回返回中国在春秋晚期已掌握冶铁技术。战国时期，冶铁业已逐渐盛行，到了晚期，不仅能炼出高碳钢，并掌握了淬火技术，于是开始进入以铁兵器代替铜兵器的时代。战国晚期还出现了铁制铠甲。西汉史记天官书中有“水与火合为淬”一说， 正确地说出了钢铁加热、水冷的淬火热处理工艺要点。汉书王褒传中记载有“清水淬其锋”的制剑技术。明代科学家宋应星在天工开物一书中对钢铁的退火、淬火、渗碳工艺作了详细的论述。返回返回 现代淬火工艺方法不仅有奥氏体化直接淬火，而且还有能够控制淬火后的组织和性

42、能及减少变形的各种淬火工艺方法，甚至可以把淬火冷却过程直接与热加工工序结合起来，如激光淬火、真空淬火、铸后淬火、锻后淬火、形变淬火等。淬火工艺方法应根据材料及其对组织、性能和工件尺寸精度的要求，在保证技术条件要求的前提下，充分考虑经济性和实用性来选择。三、钢的淬透性与淬硬性三、钢的淬透性与淬硬性 淬透性是指钢在淬火淬透性是指钢在淬火时形成马氏体的能力。通时形成马氏体的能力。通常以钢在规定的条件下常以钢在规定的条件下淬火时获得淬硬层深淬火时获得淬硬层深度的能力来衡量。度的能力来衡量。1.1.钢的淬硬性和淬透性钢的淬硬性和淬透性三、钢的淬透性与淬硬性三、钢的淬透性与淬硬性1.1.钢的淬硬性和淬透性

43、钢的淬硬性和淬透性 钢在理想的淬火条件下，获得马氏体后能达到的最高硬度。钢的淬硬性取决于含钢的淬硬性取决于含碳量的高低碳量的高低。 淬透性与淬硬性？淬透性与淬硬性？淬透性淬透性是钢淬火时获得M的能力！淬硬性淬硬性是钢淬火获得M的硬度！淬透性与具体工件的淬透深度？淬透性与具体工件的淬透深度？淬透性淬透性是钢的一种属性，在相同的奥氏体化温度下淬火时，其淬透性是不变的！具体工件的淬透深度具体工件的淬透深度是指在实际生产条件下得到半马氏体区至工件表面的距离，是不确定的，受淬透性、工件尺寸、冷却介质等的影响。三、钢的淬透性与淬硬性三、钢的淬透性与淬硬性钢件淬硬深度、硬度分布与冷却速度的关系钢件淬硬深度、

44、硬度分布与冷却速度的关系三、钢的淬透性与淬硬性三、钢的淬透性与淬硬性2 2. .淬透性的测定淬透性的测定1 1 1 1）临界直径法临界直径法临界直径法临界直径法2 2 2 2）末端淬火法末端淬火法末端淬火法末端淬火法三、钢的淬透性与淬硬性三、钢的淬透性与淬硬性末端淬火法及淬透性曲线末端淬火法及淬透性曲线三、钢的淬透性与淬硬性三、钢的淬透性与淬硬性3 3. .影响钢的淬透性的因素影响钢的淬透性的因素碳的质量分数碳的质量分数合金元素合金元素AB未溶第二相未溶第二相D奥氏体化的温奥氏体化的温度度C三、钢的淬透性与淬硬性三、钢的淬透性与淬硬性5 5. .钢的淬火缺陷钢的淬火缺陷缺陷名称缺陷名称缺陷含义

45、及其产生原因缺陷含义及其产生原因后果后果防止与补救方法防止与补救方法氧化与脱氧化与脱碳碳 钢在加热时，炉内的氧与钢表面的铁相互作用，形成一层松脆的氧化铁皮的现象称为氧化。 钢在加热时，钢表面的碳与气体介质作用而逸出，使钢件表面含碳量降低的现象称为脱碳。 氧化和脱碳会降低钢件表面的硬度和疲劳强度，而且还会影响工件的尺寸。 在盐浴炉内加热，或在工件表面涂覆保护剂，也可在保护气氛及真空中加热。钢的淬火缺陷产生的原因、后果、防止与补救方法钢的淬火缺陷产生的原因、后果、防止与补救方法三、钢的淬透性与淬硬性三、钢的淬透性与淬硬性缺陷名称缺陷名称缺陷含义及其产生原因缺陷含义及其产生原因后果后果防止与补救方法

46、防止与补救方法过热与过过热与过烧烧 钢在淬火加热时，由于加热温度过高或高温停留时间过长，造成奥氏体晶粒显著粗化的现象称为过热。 若加热温度达到固相线附近，晶界已经开始出现氧化和熔化的现象，则称为过烧。 工件过热后，晶粒粗大，使钢的力学性能（尤其是韧性）降低，并易引起淬火时的变形和开裂 严格控制加热温度和保温时间， 发现过热，马上出炉冷却至火色消失，再立即重新加热到规定温度或通过正火予以补救。 过烧后的工件只能报废无法补救。变形与开变形与开裂裂 淬火内应力是造成工件变形和开裂的主要原因。无法使用 应选用合理的工艺方法。 变形的工件可采取校正的方法补救，而开裂的工件只能报废。三、钢的淬透性与淬硬性

47、三、钢的淬透性与淬硬性缺陷名称缺陷名称缺陷含义及其产生原因缺陷含义及其产生原因后果后果防止与补救方法防止与补救方法硬度不足硬度不足 由于加热温度过低、保温时间不足、冷却速度不够快或表面脱碳等原因，在淬火后无法达到预期的硬度。 无法满足使用性能。 严格执行工艺规程。 发现硬度不足，可先进行一次退火或正火处理，再重新淬火。软点软点 淬火后工件表面有许多未淬硬的小区域。产生原因包括加热温度不够、局部冷却速度不足（局部有污物、气泡等）及局部脱碳等。 组织不均匀，性能不一致。 冷却时注意操作方法，增加搅动。 产生软点后，可先进行一次退火、正火或调质处理，再重新淬火。视频：钢的淬火视频：钢的淬火一、回火的

48、目的一、回火的目的 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利于切削加工。（1）（2）（3）（4）获得工件所要求的力学性能。稳定工件尺寸。降低脆性，消除或减少内应力。二、淬火钢在回火时的组织转变二、淬火钢在回火时的组织转变转变阶转变阶段段回火温回火温度度/转变特点转变特点转变产转变产物物马氏体分马氏体分解解80200 过饱和碳以极细小的过渡相碳化物析出，马氏体中碳的过饱和程度降低，晶体畸变程度减弱，韧性有所提高，硬度基本不变M回+A残残留奥氏残留奥氏体分解体分解200300 残留奥氏体开始分解为下贝氏体或回火马氏体，淬火内应力进一步减

49、小，硬度无明显降低M回淬火钢回火时不同温度下的组织状态淬火钢回火时不同温度下的组织状态二、淬火钢在回火时的组织转变二、淬火钢在回火时的组织转变转变阶转变阶段段回火温回火温度度/转变特点转变特点转变产转变产物物渗碳体的渗碳体的形成形成300400 从过饱和固溶体中析出的碳化物转变为颗粒状的渗碳体，400 时晶格恢复正常，变为铁素体基体上弥散分布的细颗粒状渗碳体的混合物，钢的内应力基本消除，硬度下降T回渗碳体聚渗碳体聚集长大集长大400以上 细小的渗碳体颗粒不断长大，回火温度越高，渗碳体颗粒越粗，转变为颗粒状渗碳体和铁素体组成的混合物组织，内应力完全消除，硬度明显下降S回二、淬火钢在回火时的组织转

50、变二、淬火钢在回火时的组织转变4545 钢的回火组织钢的回火组织 回火组织与一般组织相比具有较优回火组织与一般组织相比具有较优的性能，如硬度相同时，回火托氏体和回火的性能，如硬度相同时，回火托氏体和回火索氏体比一般托氏体（油淬）和索氏体（正索氏体比一般托氏体（油淬）和索氏体（正火）具有更高的强度、塑性和韧性，这主要火）具有更高的强度、塑性和韧性，这主要是组织形态不同导致的是组织形态不同导致的。三、回火的种类及应用三、回火的种类及应用1 1、低温回火（、低温回火（150-250150-250） C C 组织：组织： M M回回=0.3%C0.3%C+ 目的：目的：保持淬火钢的高硬度和高耐保持淬火

51、钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火力，减少钢的磨性，降低淬火力，减少钢的脆性。硬度为脆性。硬度为58-64HRC58-64HRC。应用：应用：刃具、量具、模具、滚动轴刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬火件承、渗碳淬火件和表面淬火件. .三、回火的种类及应用三、回火的种类及应用2 2、中温回火（、中温回火（350-500350-500）C C 组织：组织：T T回回=F=F针针+Fe3C+Fe3C粒粒目的：目的：获得高的弹性极限、获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。又称屈服点和较好的韧性。又称弹性处理。硬度为弹性处理。硬度为35-35-45HRC.45HRC.应用：应用：弹性零件及热锻

52、模具弹性零件及热锻模具等。等。三、回火的种类及应用三、回火的种类及应用3 3、高温回火（、高温回火（500-650500-650） C C 组织：组织：S S回回=F=F块块+Fe+Fe3 3C C球球目的：目的：获得良好的综合力学性获得良好的综合力学性能。硬度为能。硬度为25-35HRC.25-35HRC.应用：应用：各种重要结构零件如螺各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。栓、齿轮及轴承。淬火淬火 + + 高温回火高温回火 = = 调质处理调质处理 淬火钢的韧性淬火钢的韧性并不总是随温度升并不总是随温度升高而提高。高而提高。 在某些温度范在某些温度范围内回火时，会出围内回火时，会出现冲击韧性

53、下降的现冲击韧性下降的现象，称回火脆性现象，称回火脆性。 四、回火脆性四、回火脆性四、回火脆性四、回火脆性1.低温回火脆性低温回火脆性2.高温回火脆性高温回火脆性 1 1、第一类回火脆性、第一类回火脆性u又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在250-350250-350回火时出现的回火时出现的脆性。脆性。l这种回火脆性是不可逆的，这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。有效消除办法。l回火时应避开这一温度范回火时应避开这一温度范围。围。四、回火脆性四、回火脆性 2 2、第二类回火脆性

54、、第二类回火脆性u又称可逆回火脆性。是指淬又称可逆回火脆性。是指淬 火钢在火钢在500-650500-650范围内回范围内回 火后缓冷时出现的脆性火后缓冷时出现的脆性. .回火后快冷不出现，是可逆的。回火后快冷不出现，是可逆的。u防止办法：防止办法： 回火后快冷。回火后快冷。 加入合金元素加入合金元素W (W (约约1%)1%)、 Mo(Mo(约约0.5%)0.5%)。该法。该法更适用于大截面的零部件更适用于大截面的零部件四、回火脆性四、回火脆性视频：钢的回火视频：钢的回火工艺的核心：使零件具有“表硬里韧”的力学性能。u表面淬火表面淬火u化学热处理化学热处理定定义义：将将工工件件表表层层规规定

55、定深深度度快快速速加加热热到到淬淬火火温温度度，迅迅速冷却，得到规定淬硬层的淬火工艺。速冷却，得到规定淬硬层的淬火工艺。工工艺艺特特征征：通通过过快快速速加加热热使使钢钢的的表表层层奥奥氏氏体体化化, ,然然后后急急冷，使表层形成马氏体组织，而心部仍保持不变。冷，使表层形成马氏体组织，而心部仍保持不变。表面淬火目的：表面淬火目的： 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限；使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限； 心心部部在在保保持持一一定定的的强强度度、硬硬度度的的条条件件下下，具具有足够的塑性和韧性。即有足够的塑性和韧性。即表硬里韧表硬里韧。适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。适用于承受弯曲

56、、扭转、摩擦和冲击的零件。一、钢的表面淬火一、钢的表面淬火 0.40.5%C的中碳钢的中碳钢 含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降；含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降； 含碳量过高，心部韧性下降。含碳量过高，心部韧性下降。 铸铁铸铁 提高其表面耐磨性。提高其表面耐磨性。机床导轨机床导轨表面淬火齿轮表面淬火齿轮一、钢的表面淬火一、钢的表面淬火工艺：工艺： 对对于于结结构构钢钢为为调调质质或或正正火火，前前者者性性能能高高，用用于于要要求求高高的的重重要要件件，后后者者用用于于要要求求不不高高的的普普通通件。件。目的目的: : 为为表表面面淬淬火火作作组组织织准准备；备； 获得最终心部组织。获得最终

57、心部组织。 回火索氏体索氏体预备热处理采用低温回火，温度不高于采用低温回火，温度不高于200。回回火火目目的的为为降降低低内内应应力力，保保留留淬淬火火高高硬硬度度、耐磨性。耐磨性。表面淬火后的回火表表层层组组织织为为M回回；心心部部组组织织为为S回回(调调质质)或或F+S(正火正火)。表面淬火+低温回火后的组织一、钢的表面淬火一、钢的表面淬火感感应应加加热热：利利用用交交变变电电流流在在工工件件表表面面感感应应巨巨大大涡涡流流，使使工工件件表表面面迅速加热的方法。迅速加热的方法。表面淬火常用加热方法感应加热表面淬火示意感应加热表面淬火示意图图 11工件；工件； 22感应线圈；感应线圈； 33

58、淬火喷水管；淬火喷水管；44加热淬火层加热淬火层 特点：特点：（1）加热速度快。 （2）淬火质量好。 （3）淬硬层深度易于控制，易实现机械化和自动化，适用于大批量生产。 一、钢的表面淬火一、钢的表面淬火火火焰焰加加热热: : 利利用用乙乙炔炔火火焰焰直直接接加加热热工工件件表表面面的的方方法法。成成本本低低，但但质质量量不易控制。不易控制。11火焰烧嘴；火焰烧嘴； 22喷水管；喷水管；33淬硬层；淬硬层； 4 4工件工件 特点：特点：加热温度及淬硬层深度不易控制，易产生过热和加热不均匀，淬火质量不稳定。不需要特殊设备，适用于单件或小批量生产。 激光表面热处理激光表面热处理激激光光热热处处理理:

59、 : 利利用用高高能能量量密密度度的的激激光光对对工工件件表表面进行加热的方法。效率高，质量好。面进行加热的方法。效率高，质量好。一、钢的表面淬火一、钢的表面淬火化化学学热热处处理理是是将将钢钢件件放放在在一一定定的的活活性性介介质质中中加加热热和和保保温温，使使一一种种或或几几种种活活性性原原子子渗渗入入其其表表面面，改改变变表表面面的的化化学学成成分分和和组组织织，从从而而改改善善表表面面性性能的热处理工艺。能的热处理工艺。进行的条件：进行的条件：渗渗入入元元素素的的原原子子必必须须是是活活性性原原子子，而而且且具具有有较较大的扩散能力；大的扩散能力；零零件件本本身身具具有有吸吸收收渗渗入

60、入原原子子的的能能力力，即即对对渗渗入入原原子子有有一一定定的的溶溶解解度度或或能能与与之之化化合合，形形成成化化合合物。物。二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理化学热处理的过程化学热处理的过程分解分解 吸收吸收 扩散扩散 化学介质在高温化学介质在高温下释放出待渗的下释放出待渗的活性原子活性原子活性原子被零活性原子被零件表面吸收和件表面吸收和溶解溶解活性原子由零件活性原子由零件表面向内部扩散，表面向内部扩散，形成一定的扩散形成一定的扩散层层与与表表面面淬淬火火相相比比，化化学学热热处处理理不不仅仅改改变变钢钢的的表表层组织，还改变其化学成分。层组织，还改变其

61、化学成分。化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。根据渗入的元素不同，化学热处理可分为：根据渗入的元素不同，化学热处理可分为： 渗碳、渗碳、氮化、氮化、碳氮共渗。碳氮共渗。可控气氛渗碳炉可控气氛渗碳炉渗渗碳碳回回火火炉炉是指向钢的表面渗入碳原是指向钢的表面渗入碳原子的过程。子的过程。渗碳目的渗碳目的提提高高工工件件表表面面硬硬度度、耐耐磨磨性性及及疲疲劳劳强强度度，同同时时保保持持心心部部良良好好的韧性。的韧性。渗碳用钢渗碳用钢为为 含含 0.1 0.25%C的的低低碳碳钢钢，碳碳高高则则心部韧性降低。心部韧性降低。 经渗碳的机车从动齿轮二、钢的化学

62、热处理二、钢的化学热处理1 1. .钢的渗碳钢的渗碳气体渗碳法示意图(a)气体渗碳法将将工工件件放放入入密密封封炉炉内内，在在高高温温渗渗碳碳气气氛氛中中渗渗碳；碳；渗渗剂剂为为气气体体 ( (煤煤气气、液液化化气气等等) )或或有有机机液液体体( (煤油、甲醇等煤油、甲醇等) )；优优点点: : 质质量量好好, , 效效率率高；高；缺缺点点: : 渗渗层层成成分分与与深深度不易控制。度不易控制。渗碳方法渗碳方法二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理(c)真空渗碳法l将将工工件件放放入入真真空空渗渗碳碳炉炉中中，抽抽真空后通入渗碳气体加热渗碳；真空后通入渗碳气体加热渗碳；l优优点点: : 表表面

63、面质质量量好好, , 渗渗碳碳速速度度快。快。真空渗碳炉(b)固体渗碳法将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳；将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳；渗剂为木炭；渗剂为木炭；优点：操作简单；优点：操作简单；缺点：渗速慢，劳动条件差。缺点：渗速慢，劳动条件差。二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理渗碳温度：为渗碳温度：为900950。 每保温每保温1小时，厚度增加小时，厚度增加0.20.3mm； 渗渗碳碳层层厚厚度度（由由表表面面到到过过度度层层一一半半处处的的厚厚度度）：一般为一般为0.52.5mm。低碳钢渗碳缓冷后的组织低碳钢渗碳缓冷后的组织l渗渗碳碳层层表表面面含含碳碳量量：以

64、以0.851.05为最好。为最好。l渗渗碳碳缓缓冷冷后后组组织织：表表层层为为P+Fe3C； 心心部部为为F+P；中中间间为过渡区。为过渡区。渗碳后的热处理渗碳后的热处理目目的的：为为了了充充分分发发挥挥渗渗碳碳层层的的作作用用，使使零零件件表表面面获获得得高高硬硬度度和和高高耐耐磨磨性性，心心部部保保持持足足够够的的强强度和韧性。度和韧性。渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图直接淬火 一次淬火 二次淬火淬火方法：淬火方法：预预冷冷淬淬火火法法：渗渗碳碳后后预预冷冷到到略略高高于于Ar1温温度度(830850)直接淬火；直接淬火；一一次次淬淬火火法法：即即渗渗碳碳缓缓冷冷后后重重新新加加热

65、热(略略高高于于Ac3或或Ac1)淬火；淬火；二二次次淬淬火火法法：即即渗渗碳碳缓缓冷冷后后第第一一次次加加热热为为心心部部Ac3+3050，细细化化心心部部；第第二二次次加加热热为为Ac1+3050，细细化化表表层。层。渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图渗氮是指向钢的表面渗入氮原子的过程。渗氮是指向钢的表面渗入氮原子的过程。井式气体氮化炉井式气体氮化炉l为为含含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢；的中碳钢；渗氮工艺渗氮工艺 500600 2050h 0.30.5mm渗氮用钢渗氮用钢二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理2 2. .钢的渗氮钢的渗氮常用渗氮方法常用渗氮方法气体渗氮法：与气体

66、渗碳法类似，渗剂为氨；离子渗氮法：是在电场作用下，使电离的氮离子高速冲击作为阴极的工件。与气体氮化相比，氮化时间短，氮化层脆性小。离子氮化炉离子氮化炉渗氮的特点及应用渗氮的特点及应用渗渗 氮氮 件件 表表 面面 硬硬 度度 高高（HV10001100），耐耐磨性和热硬性高；磨性和热硬性高；由由于于表表面面存存在在压压应应力力，疲劳强度高；疲劳强度高；渗渗氮氮温温度度低低，渗渗氮氮后后不不需需进进行行热热处处理理，工工件件变变形小；形小；表表层层形形成成的的渗渗氮氮物物化化学学稳定性高，耐蚀性好。稳定性高，耐蚀性好。氮氮化化层层组组织织38CrMoAl氮化层硬度氮化层硬度渗氮的缺点：工艺复杂，成

67、本高，氮化层薄；渗氮的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄；用用于于耐耐磨磨性性、精精度度要要求求高高的的零零件件及及耐耐热热、耐耐磨磨及及耐耐蚀蚀件件，如如仪仪表表的的小小轴轴、轻轻载载齿齿轮轮及及重重要要的的曲轴等。曲轴等。缝纫机用氮化件缝纫机用氮化件经氮化的机车曲轴经氮化的机车曲轴渗氮的特点及应用渗氮的特点及应用定定义义：是是同同时时向向零零件件表表面面渗渗入入碳碳和和氮氮的的化化学学热热处处理理工工艺艺，也也称称氰化；主要为气体碳氮共渗。氰化；主要为气体碳氮共渗。高温碳氮共渗高温碳氮共渗83085012h0.20.5mm渗碳为主渗碳为主淬火淬火+低温回火低温回火低低碳碳钢钢、中中碳碳钢钢和

68、和合合金金结构钢零件结构钢零件低温碳氮共渗低温碳氮共渗50060014h0.20.5mm渗氮为主渗氮为主不需要不需要合金工具钢合金工具钢3 3. .钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗一、表面气相沉积一、表面气相沉积 利用气态化合物（或化合物的混合物）在基体受热表面发生化学反应，并在该基体表面生成固态沉积物的过程，简称为 CVD。1.1.化学气相化学气相 沉积：沉积： 在真空环境中，以物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的方法称为物理气体沉积，简称为 PVD。2 2. .物理气相物理气相 沉积：沉积： 用直流电场或微波电场使低压气体放电得到等离子体，则可促进气相化学反应，在基材上沉积化合物

69、涂层，这种技术叫等离子增强化学气相沉积，简称为PCVD。3.3.等离子体等离子体增强化学增强化学气相沉积气相沉积一、表面气相沉积一、表面气相沉积二、热处理新工艺简介二、热处理新工艺简介1.形变热处理：形变热处理： 一种把塑性变形与热处理有机结合起来的新技术。分为高温形变热处理和低温形变热处理两种。 2.亚温淬火：亚温淬火： 将钢加热到略低于 Ac3 的温度，然后进行淬火，淬火后得到在马氏体的基体上保留少量弥散分布的铁素体组织。 二、热处理新工艺简介二、热处理新工艺简介3.激光热处理：激光热处理： 利用激光束的高密度能量快速加热工件表面，然后依靠工件本身的导热冷却而使其淬火。 4.保护气氛热处理：保护气氛热处理： 热处理时采用无氧化加热，可在炉内通入高纯度的氮气和氩气等保护 气体，以防零件的氧化与脱碳。 二、热处理新工艺简介二、热处理新工艺简介5.真空热处理：真空热处理： 热处理时将工件置于 0.013 31.23 Pa 真空度的介质中加热。