《钢的热处理工艺》PPT课件.ppt

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1、 第十章第十章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺本章目的：本章目的： 介绍钢的常用热处理工艺及其应用。介绍钢的常用热处理工艺及其应用。本章重点：本章重点：（1）各类热处理）各类热处理(退火、正火、淬火与回火退火、正火、淬火与回火)工艺工艺组组织性能应用的规律和特点；织性能应用的规律和特点；（2）淬透性、淬硬性的概念与应用）淬透性、淬硬性的概念与应用1热处理分类热处理分类n普通热处理：退火、正火、普通热处理：退火、正火、 淬火与回火淬火与回火n表面热处理：表面淬火表面热处理：表面淬火 化学热处理化学热处理n形变热处理：控制轧制形变热处理：控制轧制210-1钢的退火与正火 一、钢的退火一、钢的退火 钢

2、的退火：将（组织偏离平衡状态的）钢加热到钢的退火：将（组织偏离平衡状态的）钢加热到Ac1以上或以下温度，保温一定的时间，然后以上或以下温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却缓慢冷却（一般为炉冷至（一般为炉冷至550后空冷），以获得接近平衡状态后空冷），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。组织的热处理工艺。（一）退火的目的（一）退火的目的1细化晶粒（使热加工造成的粗大不均匀组织均匀化、细化晶粒（使热加工造成的粗大不均匀组织均匀化、细化；细化； 2使中碳以上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态组织，使中碳以上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态组织，降低硬度，以利于切削加工。降低硬度，以利于切削加工。3由于冷却速

3、度缓慢，可消除内应力，防止淬火变形由于冷却速度缓慢，可消除内应力，防止淬火变形与开裂。与开裂。4. 为最终热处理（淬火、回火）做好组织上的准备。为最终热处理（淬火、回火）做好组织上的准备。3分类（1）高温退火）高温退火 (相变重结晶退火相变重结晶退火) T加热加热AC1（2）低温退火）低温退火 T加热加热AC1完全退火完全退火不完全退火不完全退火球化退火球化退火均匀化退火均匀化退火去应力退火去应力退火再结晶退火再结晶退火4 （二）退火种类及应用（二）退火种类及应用n n又称重结晶退火，一般简称退火。它是把钢加热至又称重结晶退火，一般简称退火。它是把钢加热至又称重结晶退火，一般简称退火。它是把钢

4、加热至又称重结晶退火，一般简称退火。它是把钢加热至Ac3Ac3以上以上以上以上30503050（ A Ac3c3 + 3050 + 3050 ），保温一定时间，保温一定时间，保温一定时间，保温一定时间后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。n n应用：完全退火主要用于应用：完全退火主要用于应用：完全退火主要用于应用：完全退火主要用于亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢铸、锻件及热轧型铸、锻件及热轧型铸、锻件及热轧型铸、锻件及热轧型材；材；材；材；n n组织：退火后

5、的组织为组织：退火后的组织为组织：退火后的组织为组织：退火后的组织为P+FP+F。 n n目的：细化组织；目的：细化组织；目的：细化组织；目的：细化组织；HBHB；消除内应力。；消除内应力。；消除内应力。；消除内应力。n n 加热温度：加热温度：加热温度：加热温度：T TA AC3C3+(30+(3050) 50) n n 适用钢种：适用于亚共析钢适用钢种：适用于亚共析钢适用钢种：适用于亚共析钢适用钢种：适用于亚共析钢 n n 优、缺点：工艺简单但生产周期较长，生优、缺点：工艺简单但生产周期较长，生优、缺点：工艺简单但生产周期较长，生优、缺点：工艺简单但生产周期较长，生 产效率低产效率低产效率

6、低产效率低 1 1、完全退火工艺完全退火工艺完全退火工艺完全退火工艺 （完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火）完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火）完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火）完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火）56晶粒细化的原因：晶粒细化的原因：完全退火完全退火相变重结晶过程相变重结晶过程 40钢退火前后金相组织钢退火前后金相组织晶粒细化晶粒细化7等温退火等温退火n一般是将钢件加热到Ac3+（3050）（亚共析钢）或Ac1+（3050）（过共析钢）保温后，在Ar1以下某一温度等温，使奥氏体转变为珠光体型组织。n等温退火的目的

7、与完全退火相同。n与普通退火相比的优点：1）由于珠光体转变在恒温下完成，易于控制，并能获得均匀的预期组织；2）对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，由于等温处理前后可较快冷却，常可大大缩短退火周期。图2给出了高速钢的等温退火与普通退火工艺。 n组织：P型组织8等温退火工艺等温退火工艺图图2 高速钢等温退火工艺路线高速钢等温退火工艺路线9n定义：为使钢中碳化物球状化，获得粒状珠光定义：为使钢中碳化物球状化，获得粒状珠光体的热处理工艺。体的热处理工艺。n目的：碳化物（目的：碳化物（Fe3C、P中的中的Fe3C）球状化，）球状化，细化晶粒，细化晶粒，HB利于切削加工。利于切削加工。n加热温度：加热温度：T

8、Ac1+(3050)n适用钢种：适用于共析及过共析碳钢或合金钢。适用钢种：适用于共析及过共析碳钢或合金钢。n退火前的组织状态：细片状的退火前的组织状态：细片状的P n退火后组织：退火后组织：细小均匀的球状渗碳体分布在连细小均匀的球状渗碳体分布在连续的铁素体基体上。续的铁素体基体上。 球化退火工艺过程球化退火工艺过程1011n n将钢加热到略高于将钢加热到略高于将钢加热到略高于将钢加热到略高于A Acl cl的某一温度并保温较的某一温度并保温较的某一温度并保温较的某一温度并保温较长时间，使钢中未溶长时间，使钢中未溶长时间，使钢中未溶长时间，使钢中未溶碳化物（共析碳化物（共析碳化物（共析碳化物（共

9、析FeFe3 3C C与与与与FeFe3 3C C）由片状变成由片状变成由片状变成由片状变成球状，然后随炉缓冷球状，然后随炉缓冷球状，然后随炉缓冷球状，然后随炉缓冷或在略低于或在略低于或在略低于或在略低于A Ar1r1的一的一的一的一定温度等温，使定温度等温，使定温度等温，使定温度等温，使A A进进进进行共析转变时，以未行共析转变时，以未行共析转变时，以未行共析转变时，以未溶渗碳体粒子为核心溶渗碳体粒子为核心溶渗碳体粒子为核心溶渗碳体粒子为核心形成球状形成球状形成球状形成球状FeFe3 3C C 。T8钢球化退火后的粒状珠光体钢球化退火后的粒状珠光体12 扩散退火扩散退火 （均匀化退火）（均匀

10、化退火）定义：是将钢加热到略低于固相线的温度，长时间定义：是将钢加热到略低于固相线的温度，长时间保温（保温（1020 h），以消除成分偏析的热处理工），以消除成分偏析的热处理工艺。艺。 加热温度；略低于固相线温度。加热温度；略低于固相线温度。亚共析钢亚共析钢：TAc3 + (150300)过共析钢：过共析钢：TAccm+(150300)目的：为了消除晶内偏析，使成分均匀化目的：为了消除晶内偏析，使成分均匀化实质：使合金元素的原子充分扩散。实质：使合金元素的原子充分扩散。适用于：合金钢铸件和铸锭。适用于：合金钢铸件和铸锭。后续处理：后续处理：保温保温1020小时小时退火后晶粒较粗大，一退火后晶粒

11、较粗大，一般还须进行完全退火或正火处理。般还须进行完全退火或正火处理。1314去应力退火去应力退火n又称低温退火，是将钢加热至低于又称低温退火，是将钢加热至低于Ac1的某一温的某一温度（一般是度（一般是500650），保温后随炉缓冷至低），保温后随炉缓冷至低于于300200出炉空冷的热处理工艺。出炉空冷的热处理工艺。 n目的：不发生相变，常用于消除铸、锻、焊及目的：不发生相变，常用于消除铸、锻、焊及机加工后工件的残余应力，以稳定尺寸，减少机加工后工件的残余应力，以稳定尺寸，减少变形。变形。n再结晶退火，用于消除冷变形加工产生的加工再结晶退火，用于消除冷变形加工产生的加工硬化现象。其工艺过程是将

12、这类工件加热到再硬化现象。其工艺过程是将这类工件加热到再结晶温度以上结晶温度以上150250，保温后缓慢冷却，其，保温后缓慢冷却，其目的是消除残余应力、改善组织、降低硬度和目的是消除残余应力、改善组织、降低硬度和提高塑性。提高塑性。 1516二二. 钢的正火钢的正火n正火：正火：正火是将钢加热到正火是将钢加热到Ac3（对于亚共析钢）（对于亚共析钢）或或Accm（对于过共析钢）点以上（对于过共析钢）点以上3050，保温，保温一定时间，完全奥氏体化后在自由流动的空气中一定时间，完全奥氏体化后在自由流动的空气中冷却从而得到珠光体类组织的的热处理工艺。冷却从而得到珠光体类组织的的热处理工艺。加热温度加

13、热温度亚共析钢：亚共析钢：TAc3+（3050） 过共析钢：过共析钢：TAccm+（3050）17正火的主要应用正火的主要应用 （一）（一）n（1）作为预先热处理。）作为预先热处理。可消除中碳结构钢铸、锻、可消除中碳结构钢铸、锻、焊等热加工产生的组织缺陷（如晶粒粗大、魏氏焊等热加工产生的组织缺陷（如晶粒粗大、魏氏组织、带状组织等），细化晶粒，均匀化组织，组织、带状组织等），细化晶粒，均匀化组织，消除内应力，为后序热处理作组织准备。消除内应力，为后序热处理作组织准备。n对过共析钢正火可消除或抑制网状二次渗碳体的对过共析钢正火可消除或抑制网状二次渗碳体的形成，为球化退火作组织准备。如：形成，为球化

14、退火作组织准备。如：T12钢退火组钢退火组织中的织中的Fe3C网（连续网），球化退火前必须先进网（连续网），球化退火前必须先进行行正火正火以消除以消除Fe3C网，得到片层状网，得到片层状P然后再进行然后再进行球化退火。球化退火。18正火的主要应用正火的主要应用 （二）（二）n（2）改善切削加工性。）改善切削加工性。一般来说，钢的硬度为一般来说，钢的硬度为170230 HB，组织中无大块铁素体时，切削加，组织中无大块铁素体时，切削加工性较好。对于工性较好。对于低、中碳结构低、中碳结构，正火可得到合适，正火可得到合适的硬度，改善切削加工性。的硬度，改善切削加工性。n（3）作为最终热处理。）作为最终

15、热处理。 正火可以细化晶粒，均正火可以细化晶粒，均匀化组织，减少亚共析钢中的铁素体含量，从而匀化组织，减少亚共析钢中的铁素体含量，从而增加珠光体含量；而由于冷却较快，正火组织中增加珠光体含量；而由于冷却较快，正火组织中珠光体片层较细，提高了钢的强度和硬度。因此，珠光体片层较细，提高了钢的强度和硬度。因此，对于机械性能要求不高的普通结构钢零件，可以对于机械性能要求不高的普通结构钢零件，可以用正火作为最终热处理。用正火作为最终热处理。19 C%0.75% 球化退火球化退火 C%0.9% 有网状碳化物有网状碳化物 正火正火(消网消网)球化退火球化退火 1 退火与正火退火与正火珠光体类型组织的应用珠光

16、体类型组织的应用 2 能用正火处则不用退火。正火可作为大件或不重要工能用正火处则不用退火。正火可作为大件或不重要工件的件的最终热处理，而退火一般不作为最终热处理最终热处理，而退火一般不作为最终热处理退火与正火对比退火与正火对比2010-2 钢的淬火与回火钢的淬火与回火n n钢的淬火是将工件加热到钢的淬火是将工件加热到钢的淬火是将工件加热到钢的淬火是将工件加热到A Ac1c1以上一定温度，保温后以上一定温度，保温后以上一定温度，保温后以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度（以大于临界冷却速度（以大于临界冷却速度（以大于临界冷却速度（v vKK）快速冷却，以获得马氏）快速冷却，以获得马氏）快速冷却

17、，以获得马氏）快速冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织为目的的热处理工艺。体或下贝氏体组织为目的的热处理工艺。体或下贝氏体组织为目的的热处理工艺。体或下贝氏体组织为目的的热处理工艺。 1、淬火的目的（淬火回火）、淬火的目的（淬火回火） 淬淬火火的的目目在在于于提提高高材材料料的的强强度度、硬硬度度和和耐耐磨磨性性，与与回回火火配配合合后可赋予工件最终的使用性能。后可赋予工件最终的使用性能。 1.提高强度、硬度和耐磨性提高强度、硬度和耐磨性-采用淬火低回采用淬火低回 组织为组织为M回回-碳化物，用于各种工模具。碳化物，用于各种工模具。2.提高弹性提高弹性-采用淬火中回；组织为采用淬火中回；组织为 T

18、回火回火 （+），用于各种弹簧。），用于各种弹簧。3.提高综合性能采用淬火高回；组织为提高综合性能采用淬火高回；组织为 S回火回火 （+），用于各种轴类。），用于各种轴类。一、钢的淬火一、钢的淬火21 （二）淬火温度的选择（二）淬火温度的选择 图图4 钢的淬火温度范围钢的淬火温度范围222、 淬火温度的选择淬火温度的选择n 亚共析钢亚共析钢: TAAc3 （3050） T过高晶粒粗大；过高晶粒粗大；T过低欠热，有自由过低欠热，有自由F硬度不足。硬度不足。n过共析钢过共析钢:TAAc1（3050）n (1)T过高，碳化物溶解，过高，碳化物溶解，M片片易于变形和开裂易于变形和开裂n (2)选择选择

19、TAAc1（3050）温度加热保留部分未熔温度加热保留部分未熔碳化物，以提高钢的硬度与耐磨性，同时由于降低了碳化物，以提高钢的硬度与耐磨性，同时由于降低了A中中的的C含量，使基体的含量，使基体的C，使使M条条， b， 、k 。n合金钢：奥氏体化温度可以适当升高。因为大多数合金合金钢：奥氏体化温度可以适当升高。因为大多数合金元素都能阻碍元素都能阻碍A 晶粒的长大，使晶粒的长大，使A化温度升高。化温度升高。 如：如：W18Cr4V钢，钢，Ac1860880， TA=1280,晶粒度为晶粒度为9级。级。 233、加热与保温时间、加热与保温时间n加热时间包括升温和保温两个阶段。加热时间包括升温和保温两

20、个阶段。n通常以装炉后炉温达到淬火设定温度所需时间为通常以装炉后炉温达到淬火设定温度所需时间为升升温时间温时间，并以此作为保温时间的开始。，并以此作为保温时间的开始。n保温时间保温时间则指工件温度均匀并完成奥氏体化所需的则指工件温度均匀并完成奥氏体化所需的时间。时间。n加热与保温加热与保温时间的长短时间的长短受钢的化学成分、工件形状受钢的化学成分、工件形状和尺寸、加热炉类型等多种因素的影响。保证工件和尺寸、加热炉类型等多种因素的影响。保证工件热透、内部组织充分转变的前提下，尽量缩短加热热透、内部组织充分转变的前提下，尽量缩短加热与保温时间。与保温时间。 244、 淬火冷却介质淬火冷却介质 图图

21、5 理想冷却速度理想冷却速度理想冷却速度：理想冷却速度： 1）在）在Ac1650之之间慢冷，以间慢冷，以热应力热应力 2）在）在650400 之间快冷，以避开之间快冷，以避开“鼻尖；防发生非鼻尖；防发生非M相相变变 3）在400 以下慢冷，慢冷，以以组织应力。组织应力。 25常用淬火介质介绍常用淬火介质介绍n n 1 1自来水（自来水（自来水（自来水（3030以下）以下）以下）以下）n n冷冷冷冷却却却却特特特特性性性性：在在在在650-400 650-400 冷冷冷冷却却却却能能能能力力力力较较较较小小小小、在在在在MsMs附附附附近近近近点点点点冷速极快，淬硬能力较强。冷速极快，淬硬能力较

22、强。冷速极快，淬硬能力较强。冷速极快，淬硬能力较强。n n应应应应用用用用：自自自自来来来来水水水水主主主主要要要要用用用用于于于于形形形形状状状状简简简简单单单单，截截截截面面面面较较较较大大大大的的的的碳碳碳碳钢钢钢钢零零零零件淬火，且组织应力较大。件淬火，且组织应力较大。件淬火，且组织应力较大。件淬火，且组织应力较大。n n优点：经济、便宜、易于实现自动化。优点：经济、便宜、易于实现自动化。优点：经济、便宜、易于实现自动化。优点：经济、便宜、易于实现自动化。n n2 2盐盐盐盐水水水水（10101515NaClNaCl（或或或或NaOHNaOH, , NaNa2 2COCO3 3) )水

23、水水水溶溶溶溶液、液、液、液、3030）n n冷冷冷冷 却却却却 特特特特 性性性性 ： 在在在在 650650 500500时时时时 冷冷冷冷 速速速速 是是是是 自自自自 来来来来 水水水水 的的的的 1010倍；但在倍；但在倍；但在倍；但在200 200 300 300时冷速仍然很快。时冷速仍然很快。时冷速仍然很快。时冷速仍然很快。 应应应应 用：用于水淬不透的形状简单的碳素钢。用：用于水淬不透的形状简单的碳素钢。用：用于水淬不透的形状简单的碳素钢。用：用于水淬不透的形状简单的碳素钢。结论：碳素钢一般采用水冷或盐水冷却。结论：碳素钢一般采用水冷或盐水冷却。 26 3. 油油20#机油，机

24、油，4080n n冷却特性：冷却特性：冷却特性：冷却特性：600600550550及及及及200200时冷却速度低时冷却速度低时冷却速度低时冷却速度低于水；于水；于水；于水；n n缺点：）淬硬能力低；）易于老化。缺点：）淬硬能力低；）易于老化。缺点：）淬硬能力低；）易于老化。缺点：）淬硬能力低；）易于老化。n n油适用于油适用于油适用于油适用于合金钢淬火合金钢淬火合金钢淬火合金钢淬火（因合金钢的（因合金钢的（因合金钢的（因合金钢的C C曲线靠曲线靠曲线靠曲线靠右，右，右，右，v vc c较小）较小）较小）较小）（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬

25、火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式4. 盐浴和碱浴盐浴和碱浴 盐浴和碱浴（由溶融的盐浴和碱浴（由溶融的NaNO3+KNO3，KOH+NaOH，KCl+NaCl+BaCl2等组成）主要用作等温淬火、分等组成）主要用作等温淬火、分级淬火的冷却介质。级淬火的冷却介质。 275、常用淬火方式单液淬火单液淬火 指在一种淬火介质中冷却指在一种淬火介质中冷却 到底的工艺。到底的工艺。优点：单液淬火法操作简优点：单液淬火法操作简单，易实现机械化，应单，易实现机械化，应用较广。用较广。缺缺点点：单单液液淬淬火火组组织织应应力力、热热应应力力都都较较大大，淬淬火火变变形形较较大大。水水淬

26、淬变变形形开开裂裂倾倾向向大大，油油淬淬冷冷却却能能力力低，大件淬不硬。低，大件淬不硬。28双液淬火双液淬火n n将奥氏体化后的工件先在一种冷却能力较强的介质中将奥氏体化后的工件先在一种冷却能力较强的介质中将奥氏体化后的工件先在一种冷却能力较强的介质中将奥氏体化后的工件先在一种冷却能力较强的介质中冷却，避免珠光体转变，当工件冷至冷却，避免珠光体转变，当工件冷至冷却，避免珠光体转变，当工件冷至冷却，避免珠光体转变，当工件冷至300300左右时，左右时，左右时，左右时，再在另一种冷却能力较弱的介质中冷却发生马氏体转再在另一种冷却能力较弱的介质中冷却发生马氏体转再在另一种冷却能力较弱的介质中冷却发生

27、马氏体转再在另一种冷却能力较弱的介质中冷却发生马氏体转变。变。变。变。 n n目的：在目的：在目的：在目的：在650650650650MsMsMsMs之间快冷：使之间快冷：使之间快冷：使之间快冷：使v v v v v v v v 在在在在MsMsMsMs以下慢冷以以下慢冷以以下慢冷以以下慢冷以组织应力组织应力组织应力组织应力. .碳钢：先水淬后油冷；碳钢：先水淬后油冷；碳钢：先水淬后油冷；碳钢：先水淬后油冷；合金钢：先油后空气合金钢：先油后空气合金钢：先油后空气合金钢：先油后空气优点：淬火应力小，减少了变形和开裂的可能性。优点：淬火应力小，减少了变形和开裂的可能性。优点：淬火应力小，减少了变形

28、和开裂的可能性。优点：淬火应力小，减少了变形和开裂的可能性。缺点：在水中停留的时间不易控制，对操作技术要求较缺点：在水中停留的时间不易控制，对操作技术要求较缺点：在水中停留的时间不易控制，对操作技术要求较缺点：在水中停留的时间不易控制，对操作技术要求较高。高。高。高。 分级淬火 29分级淬火分级淬火先将奥氏体化后的工件淬先将奥氏体化后的工件淬入温度稍高于入温度稍高于Ms点的盐点的盐浴（或碱浴）中，保温浴（或碱浴）中，保温适当的时间，待工件内适当的时间，待工件内外都达到介质温度，在外都达到介质温度，在奥氏体转变前取出空冷奥氏体转变前取出空冷完成马氏体转变。完成马氏体转变。 分级淬火是在空冷中发生

29、分级淬火是在空冷中发生Ms相变的，内应力小。相变的，内应力小。 30 等温淬火等温淬火n指在指在B温度区域等温度区域等温，发生下温，发生下 B转变。转变。内应力内应力，变形小，变形小 图图6 6 不同淬火法示意图不同淬火法示意图1 1单液淬火单液淬火 2 2双液淬火双液淬火3 3分级淬火分级淬火4 4等温淬火等温淬火不同淬火方法产不同淬火方法产不同淬火方法产不同淬火方法产生的内应力大小为生的内应力大小为生的内应力大小为生的内应力大小为: : 单液淬火应力单液淬火应力 双液淬火双液淬火 分级淬火分级淬火 等温淬火等温淬火 ( 应力最小应力最小) 31 钢的淬透性钢的淬透性n n钢淬透性：指钢在同

30、一热处理条件下所测得的淬透钢淬透性：指钢在同一热处理条件下所测得的淬透钢淬透性：指钢在同一热处理条件下所测得的淬透钢淬透性：指钢在同一热处理条件下所测得的淬透层深度的能力。或淬火时形成马氏体的能力。层深度的能力。或淬火时形成马氏体的能力。层深度的能力。或淬火时形成马氏体的能力。层深度的能力。或淬火时形成马氏体的能力。 淬透层深度（淬透层深度（） 表层（表层（100M）至半）至半M层（层（50M）的深度。淬透层）的深度。淬透层深度深度 （）越大，钢的淬透性越好）越大，钢的淬透性越好n n淬透性与淬透层淬透性与淬透层淬透性与淬透层淬透性与淬透层深度关系：深度关系：深度关系：深度关系：n n在尺寸、

31、形状均在尺寸、形状均在尺寸、形状均在尺寸、形状均相同的条件下，相同的条件下，相同的条件下，相同的条件下，淬透性大的钢，淬透性大的钢，淬透性大的钢，淬透性大的钢，淬透层深度越深。淬透层深度越深。淬透层深度越深。淬透层深度越深。32n钢的淬透性主要取决于钢的临界淬火速度大小，钢的淬透性主要取决于钢的临界淬火速度大小，与工件尺与工件尺寸、淬火介质无关寸、淬火介质无关 。n钢的临界淬火速度越小，钢的临界淬火速度越小，C曲线越靠右，钢的淬透性越好。曲线越靠右，钢的淬透性越好。因此凡能提高过冷因此凡能提高过冷A稳定性，使稳定性，使C曲线右移，从而降低临界曲线右移，从而降低临界冷却速度的因素，都能提高钢的淬

32、透性。冷却速度的因素，都能提高钢的淬透性。（1）碳含量）碳含量 在正常加热条件下，亚共析钢的在正常加热条件下，亚共析钢的C曲线随碳含量曲线随碳含量的增加向右移，临界冷却速度降低，淬透性增大；过共析的增加向右移，临界冷却速度降低，淬透性增大；过共析钢的钢的C曲线随碳含量的增加向左移，临界冷却速度增大，曲线随碳含量的增加向左移，临界冷却速度增大，淬透性降低。淬透性降低。（2）合金元素）合金元素 除钴以外，大多数合金元素溶入奥氏体后均使除钴以外，大多数合金元素溶入奥氏体后均使C曲线向右移，降低临界冷却速度，提高钢的淬透性。曲线向右移，降低临界冷却速度，提高钢的淬透性。（3）加热条件）加热条件 提高加

33、热温度或延长保温时间提高加热温度或延长保温时间一方面可使更多一方面可使更多的合金元素溶入奥氏体；同时使奥氏体晶粒长大，成分均的合金元素溶入奥氏体；同时使奥氏体晶粒长大，成分均匀化，从而减少了形核率，二者都能稳定过冷奥氏体，匀化，从而减少了形核率，二者都能稳定过冷奥氏体，使使C曲线向右移，提高钢的淬透性。曲线向右移，提高钢的淬透性。 （4）钢中未溶第二相）钢中未溶第二相 未溶入奥氏体的碳化物、氮化物及其它未溶入奥氏体的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，由于能促进奥氏体转变产物的形核，减少非金属夹杂物，由于能促进奥氏体转变产物的形核，减少过冷奥氏体的稳定性，过冷奥氏体的稳定性，使淬透性降低。使淬透

34、性降低。 影响淬透性的因素影响淬透性的因素33钢的淬硬性钢的淬硬性 n钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度称为钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度称为钢的钢的淬硬性淬硬性。n钢的钢的淬硬性淬硬性主要取决于主要取决于马氏体中的碳含量马氏体中的碳含量，也，也就是淬火前奥氏体中碳含量，碳含量越高，淬就是淬火前奥氏体中碳含量，碳含量越高，淬硬性越好。硬性越好。n淬硬性与钢的淬透性是两个不同的概念淬硬性与钢的淬透性是两个不同的概念 34钢的回火定定义义：回回火火是是将将淬淬火火钢钢加加热热到到Acl以以下下某某一一温温度度，经经保温适当时间后冷却到室温的热处理工艺。保温适当时间后冷却到室温的热处理工艺。

35、 回火目的：回火目的：）淬淬火火得得到到的的淬淬火火马马氏氏体体组组织织很很脆脆，存存在在较较大大的的内内应力，容易产生变形和开裂。应力，容易产生变形和开裂。）淬淬火火马马氏氏体体和和残残余余奥奥氏氏体体都都是是亚亚稳稳定定组组织织，在在适适当当条条件件下下有有可可能能分分解解，导导致致零零件件形形状状、尺尺寸寸和和使使用用性性能的变化。能的变化。）为获得要求的强度硬度、塑性和韧性。）为获得要求的强度硬度、塑性和韧性。因此淬火钢一般不直接使用，必须进行回火。因此淬火钢一般不直接使用，必须进行回火。35二、回火的分类和应用 根据回火温度和对淬火钢力学性能的要求，一般根据回火温度和对淬火钢力学性能

36、的要求，一般将回火分为三类将回火分为三类 ：回火组织：回火组织：回火马氏回火马氏 高碳钢：淬火片状高碳钢：淬火片状M回火回火M (片状过饱和片状过饱和+碳化物碳化物，共格，共格)但低碳钢：板条但低碳钢：板条M，只有只有C的偏聚的偏聚性能：性能：保持高强硬度；微裂纹焊合；保持高强硬度；微裂纹焊合； 内应力和脆性内应力和脆性；韧性略；韧性略。应用：应用：处理各种切削刀具、冷作模具、量具、滚动轴处理各种切削刀具、冷作模具、量具、滚动轴承、表面淬火件及渗碳件等。承、表面淬火件及渗碳件等。 1.低温回火（低温回火（150250）36回火组回火组 织：织： 回火托氏体（回火托氏体（T回回） 金相形态：金相

37、形态：Fe3C呈微细粒状弥散分布在呈微细粒状弥散分布在F基体上。基体上。性能：性能： 基体已回复；内应力基体已回复；内应力； 弹性极限高；较高的强硬度与良好韧性。弹性极限高；较高的强硬度与良好韧性。 应用：应用：各种弹簧。各种弹簧。 如：如：60Si2Mn、65Mn、 60、65、85钢。钢。2. 中温回火（中温回火（350500）37调质处理：调质处理：淬火高温回火淬火高温回火组织：组织：回火索氏体（回火索氏体（S回回）金相形态：金相形态：在在F基体上均匀分布细粒状基体上均匀分布细粒状Fe3C 。性能：性能：内应力基本消除，强度与韧性最佳配合；内应力基本消除，强度与韧性最佳配合； 综合机械性

38、能高综合机械性能高应用：应用：应用于各种重要的机器结构件，特别是受交变载应用于各种重要的机器结构件，特别是受交变载荷的零件，如各种轴类、连杆、齿轮、螺栓等。如：荷的零件，如各种轴类、连杆、齿轮、螺栓等。如：40Cr、45、40CrNiMo钢等。钢等。 4545钢调质处理得到回火索氏体：钢调质处理得到回火索氏体：钢调质处理得到回火索氏体：钢调质处理得到回火索氏体：FeFe3 3C C呈细粒状分布在呈细粒状分布在呈细粒状分布在呈细粒状分布在F F基体上。基体上。基体上。基体上。 4545钢正火得到索氏体：钢正火得到索氏体：钢正火得到索氏体：钢正火得到索氏体：FeFe3 3C C呈细片状分布在呈细片

39、状分布在呈细片状分布在呈细片状分布在F F基体上。基体上。基体上。基体上。 两者性能截然不同。其组织、性能比较如下表：两者性能截然不同。其组织、性能比较如下表：两者性能截然不同。其组织、性能比较如下表：两者性能截然不同。其组织、性能比较如下表：3.高温回火（高温回火（500650）38回火索氏体组织回火索氏体组织45钢（钢（f f 2040mm）调质和正火组织及机械性能比较）调质和正火组织及机械性能比较由此表可以看出：由此表可以看出：45钢调钢调质处理比正火后的综合机质处理比正火后的综合机械性能好，不仅强度高，械性能好，不仅强度高，塑性、韧性也较好。塑性、韧性也较好。 39三淬火钢在回火时性能

40、的变化三淬火钢在回火时性能的变化n一般情况，淬火钢在回火时随着回火温度的升高，一般情况，淬火钢在回火时随着回火温度的升高，一般情况，淬火钢在回火时随着回火温度的升高，一般情况，淬火钢在回火时随着回火温度的升高，钢的硬度不断下降，塑性、韧性不断升高。钢的硬度不断下降，塑性、韧性不断升高。钢的硬度不断下降，塑性、韧性不断升高。钢的硬度不断下降，塑性、韧性不断升高。n回火回火回火回火2h2h后硬度不再变化，一般回火后硬度不再变化，一般回火后硬度不再变化，一般回火后硬度不再变化，一般回火1.5h1.5h2h .2h .图图14淬火钢随回火温度的升高硬度变化淬火钢随回火温度的升高硬度变化图图图图15 1

41、5 淬火钢随回火时间淬火钢随回火时间淬火钢随回火时间淬火钢随回火时间 硬度的变化硬度的变化硬度的变化硬度的变化40 四回火脆性四回火脆性图图16 钢的冲击韧性回火随回火温钢的冲击韧性回火随回火温 度的变化（回火脆性）度的变化（回火脆性）回火脆性回火脆性：淬火淬火钢在某一回火温钢在某一回火温度范围内，随着度范围内，随着回火温度的升高，回火温度的升高，钢的冲击韧性下钢的冲击韧性下降的现象称为回降的现象称为回火脆性。火脆性。两个温度区间：两个温度区间：250-400C，450-650C41淬火、回火时常见的工艺缺陷n1.氧化和脱碳氧化和脱碳 n2.变形与开裂变形与开裂变形方式：体积变化、弯曲翘曲。变

42、形方式：体积变化、弯曲翘曲。 产生原因：产生原因：加热或冷却中热胀冷缩、加热或冷却中热胀冷缩、 组织转变不同步组织转变不同步内应力内应力 种类：热应力、组织应力种类：热应力、组织应力 改进方法改进方法分级淬火、等温淬火分级淬火、等温淬火42n3.硬度不足与软点硬度不足与软点 n4.过热与过烧过热与过烧 n过热过热是指晶粒过分长大，致使零件力学性能明显降低的现象。n过烧过烧是指组织中沿晶界产生了氧化或熔化的现象。若加热温度过高或保温时间过长，将引起零件过热或过烧现象。零件一且产生过烧即成为废品。 43 一、一、 钢的表面淬火钢的表面淬火工业中如齿轮、凸轮、曲轴等对性能的要求为：表面工业中如齿轮、

43、凸轮、曲轴等对性能的要求为：表面高硬度、高强度及好的耐磨性，而心部高韧性，对这高硬度、高强度及好的耐磨性，而心部高韧性，对这类零件需要进行表面热处理类零件需要进行表面热处理. 表面淬火表面淬火 通过快速加热，并立即淬火冷却，只强化表面，而心部组织通过快速加热，并立即淬火冷却，只强化表面，而心部组织未变的热处理工艺。（只表层奥氏体化）未变的热处理工艺。（只表层奥氏体化） （一）感应加热表面淬火原理（一）感应加热表面淬火原理在感应圈内通一交变电流，于是在感应圈内部和周围同时产生在感应圈内通一交变电流，于是在感应圈内部和周围同时产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中便产生感生电流，由电与电流频率相同

44、的交变磁场，在工件中便产生感生电流，由电能转变成热能，使工件表面快速加热然后淬火能转变成热能，使工件表面快速加热然后淬火 . 10-3 其他类型热处理其他类型热处理44集肤效应：感应加热时，集肤效应：感应加热时，感生电流集中在工件表面感生电流集中在工件表面的一种效应。的一种效应。感生电流的频率（感生电流的频率（f）越大）越大集肤效应越强集肤效应越强，电流透入流透入深度越浅深度越浅, 淬透层越浅。淬透层越浅。 ），淬透），淬透层越浅越浅 感应加热的频率选择感应加热的频率选择1.淬透层深度淬透层深度0.53mm时时选高频加热选高频加热 f200350 kHz 。2.淬透层深度淬透层深度210mm时

45、，时， 选中频加热选中频加热f20008000 Hz3.淬透层深度淬透层深度815mm时，时， 选工频加热选工频加热f50Hz图图10工件感应加热示意图工件感应加热示意图45 感应加热淬火的特点感应加热淬火的特点n n加热速度极快，使加热速度极快，使加热速度极快，使加热速度极快，使A Ac3c3，短时获得高温。从而使，短时获得高温。从而使，短时获得高温。从而使，短时获得高温。从而使TT，达到细化晶粒的目的。，达到细化晶粒的目的。，达到细化晶粒的目的。，达到细化晶粒的目的。n n由于晶粒细小，得到隐晶由于晶粒细小，得到隐晶由于晶粒细小，得到隐晶由于晶粒细小，得到隐晶MM，强化了组织。，强化了组织

46、。，强化了组织。，强化了组织。n n（2 2）较高的表面残余压应力，可提高工件的疲劳）较高的表面残余压应力，可提高工件的疲劳）较高的表面残余压应力，可提高工件的疲劳）较高的表面残余压应力，可提高工件的疲劳强度。强度。强度。强度。 n n（3 3）氧化和脱碳少，而且由于心部未被加热，淬）氧化和脱碳少，而且由于心部未被加热，淬）氧化和脱碳少，而且由于心部未被加热，淬）氧化和脱碳少，而且由于心部未被加热，淬火变形小火变形小火变形小火变形小n n（4 4）加热温度和淬硬层厚度易于控制，便于实现）加热温度和淬硬层厚度易于控制，便于实现）加热温度和淬硬层厚度易于控制，便于实现）加热温度和淬硬层厚度易于控制

47、，便于实现机械化和自动化。机械化和自动化。机械化和自动化。机械化和自动化。463. 感应加热表面淬火前、后的热处理感应加热表面淬火前、后的热处理 n淬火前一般要进行淬火前一般要进行预先热处理预先热处理，为表面淬火作，为表面淬火作组织准备，并可获得最终的心部组织。当心部组织准备，并可获得最终的心部组织。当心部性能要求不高时，一般采用性能要求不高时，一般采用正火正火；而重要零件；而重要零件如齿轮等，一般采用如齿轮等，一般采用调质调质作为预先热处理。作为预先热处理。n淬火后零件要进行淬火后零件要进行低温回火低温回火（180200），），以减小淬火应力。以减小淬火应力。n回火后组织：回火后组织：表层为

48、回火马氏体，心部仍为预表层为回火马氏体，心部仍为预先热处理组织。先热处理组织。n感应加热表面淬火零件的典型感应加热表面淬火零件的典型加工工艺路线加工工艺路线为为n锻造锻造正火或退火正火或退火粗机加工粗机加工调质调质精机加精机加工工感应加热表面淬火感应加热表面淬火低温回火低温回火精磨精磨47 二、二、 钢的化学热处理钢的化学热处理n1. 化学热处理概述化学热处理概述n对于某些齿轮类零件，如汽车变速箱齿轮，内燃机对于某些齿轮类零件，如汽车变速箱齿轮，内燃机凸轮等在工作中承受强烈的摩擦磨损，和较大的交凸轮等在工作中承受强烈的摩擦磨损，和较大的交变载荷，冲击载荷。要求表面高硬度、高耐磨和高变载荷，冲击

49、载荷。要求表面高硬度、高耐磨和高的接触疲劳强度，一定的韧性；心部具有高的韧性的接触疲劳强度，一定的韧性；心部具有高的韧性和足够高的强度。对这类材料需要进行表面化学热和足够高的强度。对这类材料需要进行表面化学热处理。处理。将工件置于一定的介质中加热和保温，使介质中的活将工件置于一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，改变表面层的化学成分及显微性原子渗入工件表层，改变表面层的化学成分及显微组织，从而使工件表层获得所需特殊性能的热处理工组织，从而使工件表层获得所需特殊性能的热处理工艺，艺，。 48 钢的渗碳（气体渗碳）钢的渗碳（气体渗碳） 渗碳用钢：渗碳件一般采用低碳钢或低碳合渗碳用

50、钢：渗碳件一般采用低碳钢或低碳合金钢制造，如金钢制造，如20、20Cr、20CrMnTi、20CrMo等。等。 渗渗 碳碳 温温 度：度：900950 渗碳时间为：依要求的渗层厚度而定。渗碳时间为：依要求的渗层厚度而定。 渗碳目的：渗碳目的：使工件在热处理后表面具有高硬度和耐使工件在热处理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持一定强度以及较高的韧性和塑性。磨性，而心部仍保持一定强度以及较高的韧性和塑性。主要用于：表面将受严重磨损，并在较大冲击载荷、主要用于：表面将受严重磨损，并在较大冲击载荷、交变载荷，较大的接触应力条件下工作的零件，如齿交变载荷，较大的接触应力条件下工作的零件，如齿轮、活塞、

51、轴类等。轮、活塞、轴类等。 49渗碳原理渗碳原理在井式渗碳炉中滴入煤油，在井式渗碳炉中滴入煤油，煤油在高温下裂解渗碳煤油在高温下裂解渗碳介质甲烷气体介质甲烷气体（CH4）和）和CO气体及气体及氢气，该气体在钢的表氢气，该气体在钢的表面分解出活性碳原子面分解出活性碳原子-C，在较高温度进入，在较高温度进入钢的表面。钢的表面。CH4 C + H2 CO C CO2CO C H2O 50渗层组织渗层组织 (渗碳后缓慢冷却，从内层到外层组织渗碳后缓慢冷却，从内层到外层组织)为为: 原始组织亚共析层共析层过共析层原始组织亚共析层共析层过共析层图图11 低碳钢缓冷后的显微组织低碳钢缓冷后的显微组织渗碳件表

52、层的碳浓度一般控制在1.0%左右，因此渗碳件缓冷后外层为过共析组织P+Fe3C，心部为原始低碳亚共析组织F+P，中间为过渡组织。一般规定，从表层到过渡层的一半处的深度为渗层厚度。渗碳温度越高、时间越长，则得到的渗层深度越厚过过共共析析层层共共析析层层亚亚共共析析层层原原始始组组织织51渗碳后的热处理常用的淬火方法n（1）直接淬火法）直接淬火法n（）渗碳后零件出炉直接进入冷却介（）渗碳后零件出炉直接进入冷却介质淬火。质淬火。n优点：优点：工艺简单、经济、生产率高。工艺简单、经济、生产率高。n缺点：缺点：零件在渗碳时经过长期高温加热，零件在渗碳时经过长期高温加热，奥氏体晶粒容易长大。淬火后马氏体粗

53、奥氏体晶粒容易长大。淬火后马氏体粗大，残余奥氏体较多。另外淬火变形较大，残余奥氏体较多。另外淬火变形较大。大。n适用：适用：一般只用于本质细晶粒的合金渗一般只用于本质细晶粒的合金渗碳钢或耐磨性要求比较低和承载能力低碳钢或耐磨性要求比较低和承载能力低的工件。的工件。n（）为了减少变形，渗碳后工件预冷（）为了减少变形，渗碳后工件预冷到略高于心部到略高于心部Ar3的温度后再淬火。的温度后再淬火。 52（2）一次淬火法）一次淬火法n一次淬火法是将工件渗碳后空一次淬火法是将工件渗碳后空冷到室温（正火），然后再重冷到室温（正火），然后再重新加热淬火。新加热淬火。n对心部组织性能要求较高的对心部组织性能要求

54、较高的合合金渗碳钢金渗碳钢工件，淬火加热温度工件，淬火加热温度略高于心部的略高于心部的Ac3，目的是使，目的是使心部晶粒细化，并得到低碳马心部晶粒细化，并得到低碳马氏体组织。氏体组织。n对于承载不大而表面性能要求对于承载不大而表面性能要求较高的工件，加热温度应选用较高的工件，加热温度应选用Ac1以上以上3050，使表层晶，使表层晶粒细化，而心部组织变化不大。粒细化，而心部组织变化不大。 53（3）二次淬火法n二次淬火法二次淬火法 ，工件渗碳后首，工件渗碳后首先正火，然后再重新加热淬先正火，然后再重新加热淬火。火。n第一次淬火加热到第一次淬火加热到Ac3以上以上3050，细化心部组织。，细化心部

55、组织。n第二次淬火加热到第二次淬火加热到Ac1以上以上3050，使表面层获得细，使表面层获得细马氏体和均匀分布的粒状渗马氏体和均匀分布的粒状渗碳体组织。碳体组织。n二次淬火法工艺复杂，生产二次淬火法工艺复杂，生产周期长，成本高，变形大。周期长，成本高，变形大。n二次淬火法适用于表面要求二次淬火法适用于表面要求高耐磨性、心部要求良好韧高耐磨性、心部要求良好韧性的零件。性的零件。 54渗碳淬火后热处理及工艺路线渗碳淬火后热处理及工艺路线n渗碳淬火后要在渗碳淬火后要在150200进行低温回火，以消除进行低温回火，以消除淬火应力，提高韧性。淬火应力，提高韧性。n渗碳零件的渗碳零件的典型工艺路线典型工艺

56、路线一般为：锻造一般为：锻造正火正火机机加工加工渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火精磨精磨n渗碳层一般按工件轮廓分布，不需渗碳的部位，可渗碳层一般按工件轮廓分布，不需渗碳的部位，可镀铜防渗。镀铜防渗。 55渗碳钢淬火、回火后的性能渗碳钢淬火、回火后的性能 n（1）渗碳件表面为过共析钢，淬火、低温回火后）渗碳件表面为过共析钢，淬火、低温回火后表层组织为回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥表层组织为回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体混合组织，硬度可达氏体混合组织，硬度可达5864 HRC；n 而心部组织为低碳回火马氏体（淬透时），硬度而心部组织为低碳回火马氏体（淬透时），硬度为为3045 HRC，

57、或索氏体或屈氏体、铁素体混合组，或索氏体或屈氏体、铁素体混合组织（未淬透时），硬度为织（未淬透时），硬度为138185 HB。n因此渗碳淬火工件表面硬度高，具有良好的耐磨性，因此渗碳淬火工件表面硬度高，具有良好的耐磨性，心部具有很好的塑性和韧性。心部具有很好的塑性和韧性。n（2）表层形成高碳马氏体时，体积膨胀较大，结）表层形成高碳马氏体时，体积膨胀较大，结果在表面层形成残余压应力，因而提高了工件的疲果在表面层形成残余压应力，因而提高了工件的疲劳强度。劳强度。 56 钢的氮化钢的氮化n钢的氮化是对于一些微变形、硬度要求极高（钢的氮化是对于一些微变形、硬度要求极高（6570HRC）的零件采用渗氮处

58、理。的零件采用渗氮处理。n氮化钢氮化钢为中碳钢、中碳合金钢，一般都采用能形成为中碳钢、中碳合金钢，一般都采用能形成稳定氮化物的中碳合金钢，如稳定氮化物的中碳合金钢，如38CrMoAl、38CrWVAl等。等。Al、Cr、Mo、W、V等合金元素与等合金元素与N结合形成的氮化物能起到弥散强化作用，使氮化结合形成的氮化物能起到弥散强化作用，使氮化层达到很高的硬度。层达到很高的硬度。n 45钢、钢、 40Cr钢、钢、38CrMoAl钢制零件进行气体氮化钢制零件进行气体氮化的的典型工艺路线为典型工艺路线为：锻造：锻造退火退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工去应力退火去应力退火粗磨粗磨氮化氮化精磨精磨时效

59、时效研磨。研磨。n渗氮温度为渗氮温度为500570，渗氮时间长：最长可超过，渗氮时间长：最长可超过72小时。小时。57钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗n1.中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗 ：生产中常用的共渗温度一般：生产中常用的共渗温度一般在在820880范围内，将钢件置于密封炉内，通入范围内，将钢件置于密封炉内，通入煤油或渗碳气体和氨气，高温下分解形成活性煤油或渗碳气体和氨气，高温下分解形成活性C和和N，被工件表面吸收并向内层扩散。保温时间，被工件表面吸收并向内层扩散。保温时间随要求的渗层厚度随要求的渗层厚度(0.21.0 mm)改变，渗层的氮浓改变，渗层的氮浓度在度在0.2% 0.3%范围，碳浓度在范围，碳浓度在0.8% 1.0%范围。范围。58钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗n2.低温气体碳氮共渗低温气体碳氮共渗 ：共渗温度在：共渗温度在520570之间，之间，时间一般为时间一般为13 h，渗层厚度为，渗层厚度为0.010.02 mm。常。常用介质为尿素。在用介质为尿素。在500以上尿素发生分解以上尿素发生分解 (NH2)2COCO+2H2+2N和和2COCO2+2C。 n低温气体碳氮共渗以氮化为主，又称为气体软氮化。低温气体碳氮共渗以氮化为主，又称为气体软氮化。 59