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1、金属工艺学金属工艺学 第五章第五章 钢的热处理钢的热处理唐建卫 第五章第五章 钢的热处理钢的热处理 l概述概述l钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变l钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变l退火与正火退火与正火l淬火与回火淬火与回火l零件结构零件结构的热处理的热处理工艺性工艺性 第一节第一节 概述概述1.热处理的定义热处理的定义: :时间温度临界温度临界温度 热热加加保温保温冷冷 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
2、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;一一.转变温度转变温度一班一班2.Fe-Fe3C相图中的线lPSK,GS,ES三条线是加热或冷却时相变的临界线.lPSK称为A1线;lGS称为A3线;lES线称为Acm线.Fe-Fe3C相图中的线:l3.加热和冷却是在过冷度和过热度存在的条件下进行的.l加热时相变临界线:l Ac1 Ac3 Accml冷却时相变临界线:l Ar1 Ar3 Arcm 第二节第二节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变2l转变温度转变温
3、度l奥氏体的形成奥氏体的形成l奥氏体晶粒度及奥氏体晶粒度及其控制其控制一一.转变温度转变温度 热处理的任务是通过改变钢材的组织，来改变钢材热处理的任务是通过改变钢材的组织，来改变钢材的性能，以满足使用要求的。的性能，以满足使用要求的。一般都有将钢加热到相变一般都有将钢加热到相变温度以上，使常温组织变为高温组织温度以上，使常温组织变为高温组织-奥氏体。然后在奥氏体。然后在冷却过程中使它向要求的组织转变。冷却过程中使它向要求的组织转变。因此，奥氏体在形因此，奥氏体在形成过程中，其成份、晶粒大小等，将直接影响热处理的成过程中，其成份、晶粒大小等，将直接影响热处理的效果。为此，了解奥体的形成过程和影响
4、因素是很重要效果。为此，了解奥体的形成过程和影响因素是很重要的。的。 以共析钢为例，说明奥氏体的转变以共析钢为例，说明奥氏体的转变( (形成形成) )过程过程。 其转变过程可归纳为其转变过程可归纳为四个阶段四个阶段: 1 1奥氏体（奥氏体（A A）晶核的形成）晶核的形成2 2奥氏体（奥氏体（A A）晶核的长大）晶核的长大3 3残余渗碳体（残余渗碳体（FeFe3 3C C）的溶解）的溶解4 4奥氏体（奥氏体（A A）的均匀化）的均匀化奥奥氏氏体体的的形形成成FFe3C未溶未溶Fe3CA残余残余Fe3CAAAA 形核形核A 长大长大残余残余Fe3C溶解溶解A 均匀化均匀化三三. 奥氏体晶粒度奥氏体
5、晶粒度 一一)奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度:将钢加热到相变点以上某将钢加热到相变点以上某 一温一温 度度,保温一定时间后所得到的奥氏体晶保温一定时间后所得到的奥氏体晶粒的大小粒的大小.分分12级级,加热温度与保温时间加热温度与保温时间. 热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。1.通过控制加热温度和保温时间通过控制加热温度和保温时间,能够获得能够获得细小均匀的奥氏体晶粒细小均匀的奥氏体晶粒.2.随温度升高晶粒容易长大的为随温度升高晶粒容易长大的为粗晶粒钢粗晶粒钢.3.随温度升高晶粒不容易长大随温度升高晶粒不容易长大,但加热但加热930以上时,晶粒会迅速长大的为细晶粒钢.
6、 钢的本质晶粒度示意图钢的本质晶粒度示意图奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度l1.用锰铁脱氧的钢多属粗晶粒钢,用铝脱氧的钢多属细晶粒钢.沸腾钢是粗晶粒钢,镇静钢是细晶粒钢.l2.影响奥氏体晶粒度的因素:l (1)加热温度和保温时间加热温度和保温时间l:加热温度过高和保温时间过长,必然导致奥氏晶粒粗大.l (2)加热速度:l加热速度快,过热大,有利于细化奥氏体晶粒(3)钢的组织及成分钢的组织及成分:l钢的原始组织越细,则晶界面越多,使奥氏体晶核的数量增加,从而有利于获得细晶粒组织.l奥氏体中碳含量的增加,使奥氏体长大的倾向性也增加.但是,当奥氏体晶界上存在未溶的残余渗碳体时,未溶渗碳体有阻碍奥氏体长大的作
7、用.二二)奥氏体晶粒大小对钢的奥氏体晶粒大小对钢的 力学性能的影响力学性能的影响1.奥氏体晶粒均匀细小奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力热处理后钢的力 学性能提高。学性能提高。2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起 工件产生较大的变形甚至开裂。工件产生较大的变形甚至开裂。第三节第三节 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变l钢在热处理时的冷却方式钢在热处理时的冷却方式l过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的等温冷却转变l过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变 过冷奥氏体及其转变方式过冷奥氏体及其转变方式过冷奥氏体过冷奥氏体:在在A1线以下尚未发生转变的的
8、奥氏线以下尚未发生转变的的奥氏体体. 热处理的零件，加热以后的冷却方式 有以下两种：1 1）等温冷却等温冷却2）连续冷却连续冷却把加热到奥氏体的钢先以较快的速度过冷到把加热到奥氏体的钢先以较快的速度过冷到A1线以下的线以下的一定温度，然后保持此温度，使奥氏体恒温进行组织转一定温度，然后保持此温度，使奥氏体恒温进行组织转变，当组织转变结束后再继续冷却到室温变，当组织转变结束后再继续冷却到室温把加热到奥氏体的钢先以某一速度（在一定介质把加热到奥氏体的钢先以某一速度（在一定介质中）冷却至室温，使奥氏体在中）冷却至室温，使奥氏体在A1线以下的连续冷线以下的连续冷却中发生组织转变却中发生组织转变一一.钢
9、在热处理时的冷却方式钢在热处理时的冷却方式 热热加加保温保温时间温度临界温度临界温度连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却二二.过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的等温冷却转变一一) 建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转 变曲线变曲线 - TTT曲线曲线 ( C 曲线曲线 )T - 合金的温度合金的温度T - 过冷奥氏体开始转变时间过冷奥氏体开始转变时间T - 过冷奥氏体转变结束时间过冷奥氏体转变结束时间 共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400
10、A1二二) 共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线的分析曲线的分析稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过过冷冷奥奥氏氏体体区区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A +产产 物物 区区产产物物区区A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变;P 转变区。转变区。550230;中温转变中温转变区区;半扩散型转变半扩散型转变; 贝氏体贝氏体( B ) 转变区转变区;230 - 50;低温转低温转变区变区;非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体 ( M ) 转变区。转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()040
11、0A1MsMfl1.A线最左点对应的是550.l2.MS线是过冷奥氏体低温转变的始线.l3.用550线和MS线将过冷奥氏体转变区分为三个区域:l(1)550线之上为高温等温转变:扩散型转变l(2)MS线之下为低温转变区:非扩散型l(3)550线与MS线之间为中温转变区:半扩散型转变l4.过冷奥氏体的高温转变区:扩散型转变l(1)在在A1650范围内范围内,等温转变获得粗片状等温转变获得粗片状P.l 布氏硬度值为布氏硬度值为160250HBSl(2)在在650600范围内范围内,等温转变获得细片状等温转变获得细片状P. l 常称为索氏体常称为索氏体,用用S表示表示.l 洛氏硬度值为洛氏硬度值为2
12、530HRC.l(3)在在600550范围内范围内,等温转变获得极细片状等温转变获得极细片状P.l 常称为托氏体常称为托氏体,用用T表示表示.l 洛氏硬度值为洛氏硬度值为3548HRC.5.过冷奥氏体的中温转变:半扩散型转变l(1)在550350范围内,等温转变获得等温转变获得B上上.l 硬度为硬度为4048HRC.l 塑性较差塑性较差,脆性大脆性大,生产中较少使用生产中较少使用.l(2)在在350MS线范围内,等温转变获得B下.l 硬度为硬度为55HRC.强度较高强度较高,有一定的塑性有一定的塑性l 和韧性和韧性.l 生产中常使用等温转变获得生产中常使用等温转变获得B下下.6.过冷奥氏体的低
13、温转变:扩散型l由于过冷度很大,相变动的驱动力足以改变过冷奥氏体的晶格结构,成为新的组织结构.l(1)低温转变产物是马氏体:Ml 当WC1.0%时,M呈针片状.l 当WC1 %时,M呈针片状;l当WC0.2%时,M呈板条状;l当WC=0.2%1 %时,M呈针片状板条状复相状态.4)马氏体的组织形态马氏体的组织形态:板条状板条状 - 低碳马氏体低碳马氏体(0.2%C );具有良好的综具有良好的综合力学性能合力学性能.4)马氏体的组织形态马氏体的组织形态:针、片状针、片状 - 高碳马氏体高碳马氏体(1%C); 塑性和韧性差塑性和韧性差.马氏体的含碳量含碳量 Wc 10050704060203010
14、0.10.30.20.400.5 0.6 0.7 0.80.9 1.0硬度 ( HRC ) 2000抗拉强度b ( Mpa ) 1800 1400 1000 600 2005)马氏体的性能马氏体的性能: 主要取决于马氏体中的含碳量主要取决于马氏体中的含碳量.亚共析钢的亚共析钢的TTT曲线曲线 FAP + FS + FTBM + A残残A3时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf 过共析钢的过共析钢的TTT曲线曲线P + Fe3CS + Fe3CTBM + A残残 Fe3CAACM时间时间(s)3001021031
15、041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf 四四) 影响影响 TTT 曲线形状曲线形状 与位置的因素与位置的因素1.奥氏体中含碳量的影响奥氏体中含碳量的影响:过共过共析钢析钢共析共析 钢钢亚共亚共析钢析钢时间温度A12.奥氏体中含合金元素的影响奥氏体中含合金元素的影响: 除除Co(钴钴)、Al (铝铝)(2.5% ) 外外,所所有合金元有合金元 素溶入奥氏体中素溶入奥氏体中,会引起会引起:向右移向右移向向下下移移MsA13.加热温度和保温时间的影响加热温度和保温时间的影响:2班班 加热温度越高加热温度越高, 保温时间越长保温时间越长, 碳化物溶解充
16、分碳化物溶解充分, 奥氏体成分均匀奥氏体成分均匀, 提高了过冷奥氏体的稳定性提高了过冷奥氏体的稳定性, 从而从而 使使 TTT曲线向右移。曲线向右移。三三.过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变一一) 建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转 变曲线变曲线 - CCT 曲线曲线 Vk 一一) 共析碳钢共析碳钢 CCT 曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图时间( lg )温度A1PfPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷Vk1炉冷炉冷空冷空冷二二) 共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线与曲线与CCT曲线的比较曲线的比较稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)300102103
17、1041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMfCCT曲线曲线TTT曲线曲线稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf三三)在连续冷却过程中在连续冷却过程中 TTT 曲线的应用曲线的应用V1V2VkV3V4V1 = 5.5/s :炉冷炉冷 ; PV2 = 20/s :空冷空冷 ; SV3 = 33/s :油冷油冷;T+M+A残残V4 138/s :水冷水冷 ; M+A残残本本课课作业作业l P 63 第第 10题题. 第四节第四节 钢的普通热处理工艺钢的普通
18、热处理工艺毛坯生产毛坯生产 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:一一.钢的退钢的退火火一一)定义定义: 把零件加温到把零件加温到临界温度以上临界温度以上 3050,保温一段时间保温一段时间,然后然后 随炉冷却随炉冷却。 二二)目的目的: 消除应力消除应力;降低硬度降低硬度;细化晶细化晶 粒粒;均匀成分均匀成分;为最终热处理为最终热处理 作好组织准备。作好组织准备。 退退 火火将钢加热、保温，然后随将钢加热、保
19、温，然后随炉冷却或埋入灰中炉冷却或埋入灰中缓慢冷却缓慢冷却目的：目的：降低硬度，便于机加工。降低硬度，便于机加工。细化晶粒，提高塑性和韧细化晶粒，提高塑性和韧性。性。消除应力。消除应力。应用应用：铸件、锻件、焊接及其它毛坯的热处铸件、锻件、焊接及其它毛坯的热处理。理。 退火的分类l1、完全退火：将亚共析钢加热到、完全退火：将亚共析钢加热到Ac3线线以上以上2030，保温后缓慢冷却，保温后缓慢冷却. l 2、球化退火、球化退火: 将过共析钢加热到将过共析钢加热到Ac1线线以上以上2030，保温后缓慢冷却，保温后缓慢冷却.l 3、去应力退火、去应力退火: 将钢加热到将钢加热到500-600，保温后
20、缓慢冷却保温后缓慢冷却.l 三三) 种类种类退火退火完全退火完全退火:主要用于亚共析钢主要用于亚共析钢球化退火球化退火:主要用于共析钢和过共析主要用于共析钢和过共析钢钢去应力退火去应力退火:用于消除铸件、焊件内用于消除铸件、焊件内应力应力四四) 工艺参数工艺参数:温温 度度 ( C )名名 称称Ac3 + 3050完全退火完全退火Ac1 + 3050球化退火球化退火500600去应力退火去应力退火 工艺参数工艺参数:二二.钢的正火钢的正火一一)定义定义: 把零件加温到把零件加温到临界温度以上临界温度以上 3050,保温一段时间保温一段时间,然后然后 在空气中冷却在空气中冷却。 二二)目的目的:
21、 消除应力消除应力;调整硬度调整硬度;细化晶细化晶 粒粒;均匀成分均匀成分;为最终热处理为最终热处理 作好组织准备。也可做最终作好组织准备。也可做最终 热处理热处理 三三) 工艺参数工艺参数:温温 度度 ( C )名名 称称Ac3 + 3050亚共析钢亚共析钢Ac1 + 3050共析钢共析钢Accm + 3050过共析钢过共析钢 四四) )热处理后的组织热处理后的组织: : 索氏体索氏体S (Wc=0.61.4%) 索氏体索氏体S+铁素体铁素体F (Wc0.6%)五五) 应用范围应用范围: 1.预备热处理预备热处理:调整低、中碳钢的硬调整低、中碳钢的硬 度度;消除过共析钢中的消除过共析钢中的F
22、e3C。 2.最终热处理最终热处理:用于力学性能要求不用于力学性能要求不 高的普通零件。高的普通零件。三三.钢的淬火钢的淬火 一一)定义定义: 把零件加温到把零件加温到临界温度以上临界温度以上 30 50,保温一段时间保温一段时间,然然 后后快速冷却快速冷却 ( 水冷水冷 )。 二二)目的目的: 为了获得马氏体组织为了获得马氏体组织M,提高钢提高钢 的硬度和耐磨性。的硬度和耐磨性。 三三) 工艺参数工艺参数:钢的淬火钢的淬火钢的淬火钢的淬火加热温度加热温度加热温度加热温度温温 度度 ( C )名名 称称Ac3 + 3050亚共析钢亚共析钢Ac1 + 3050共析钢共析钢Accm + 3050过
23、共析钢过共析钢三三)工艺参数工艺参数:钢的淬火钢的淬火加热温度加热温度四四)热处理后的组织热处理后的组织 : M+Fe3C+A残残 Ac1+3050过共析钢过共析钢 M + A残残 Ac1+3050 共析钢共析钢 M + A残残 Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Wc0.5% M Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Wc0.5% 最终组织最终组织淬火温度淬火温度() 钢种钢种六六) 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()0400A1MsMf七七) 常用的淬火方法常用的淬火方法单液淬火单
24、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MsA1八八) 钢的淬硬性钢的淬硬性 1.定义定义:是指钢在淬火后所能达到的是指钢在淬火后所能达到的最最 高硬度。高硬度。2.影响钢的淬硬性的因素影响钢的淬硬性的因素:主要取决于主要取决于 马氏体的马氏体的含碳量。含碳量。九九) 钢的淬透性钢的淬透性 1.定义定义:是指钢在淬火时所能得到的是指钢在淬火时所能得到的淬淬 硬层的深度。硬层的深度。2.影响钢的淬透性的因素影响钢的淬透性的因素:主要是主要是临界临界 淬火冷却速度淬火冷却速度VK 的大小的大小, VK 越越 大大,钢的淬透性越小。钢的淬透性越小。工件淬硬层与冷却速度的关系
25、工件淬硬层与冷却速度的关系四四.钢的回火钢的回火 一一)定义定义: 把把淬火后淬火后的零件重新加温到的零件重新加温到 A1线以下某个温度线以下某个温度,保温一段保温一段 时间时间,然后冷却到窒温。然后冷却到窒温。二二)目的目的: 消除淬火应力消除淬火应力,降低脆性降低脆性;稳定稳定 工件尺寸工件尺寸;调整淬火零件的力调整淬火零件的力 学性能。学性能。 转变温度转变温度回火种类及应用：回火种类及应用： （1 1）低温回火（）低温回火（150250150250），），目的目的是降低淬火钢是降低淬火钢的内应力和脆性，并保持高硬度（的内应力和脆性，并保持高硬度（5664HRC)5664HRC)和耐磨和
26、耐磨性。如模具、刃具等。性。如模具、刃具等。 （2 2）中温回火（）中温回火（350500350500），目的，目的是使钢获得高是使钢获得高弹性，并保持较高硬度（弹性，并保持较高硬度（3550HRC)3550HRC)和一定的韧性。和一定的韧性。如弹簧、锻模等。如弹簧、锻模等。 （3 3）高温回火）高温回火调质处理（调质处理（500650500650目的目的是获得是获得得强度及韧性等综合力学性能较好。如连杆、曲轴、得强度及韧性等综合力学性能较好。如连杆、曲轴、齿轮等。齿轮等。回火组织与性能回火组织与性能 回火时回火时 碳化物逐渐析出，碳化物逐渐析出，A 逐渐消失，逐渐消失，形成碳化物分布在形成碳
27、化物分布在 M 或或 F 的基体之上的基体之上 的的 粒状组织。粒状组织。 随回火温度升高，颗粒渐粗，随回火温度升高，颗粒渐粗， 硬度渐硬度渐低。因此组织粒度可调，材料性能可调。低。因此组织粒度可调，材料性能可调。 与片状组织相比，粒状组织在相同强与片状组织相比，粒状组织在相同强度时韧性更好，具有更好的综合力学性能。度时韧性更好，具有更好的综合力学性能。回火组织与性能回火组织与性能l1 1马氏体的分解（马氏体的分解（200200以下）以下）l 回火回火时马氏体氏体中中过饱和的碳和的碳发生短距离生短距离的迁移，形成极的迁移，形成极细的的碳化物碳化物(Fe(Fe2.42.4C)C)，以以薄片薄片存
28、在存在马氏体片中氏体片中，这种种组织称称为为回火回火马氏体氏体。2 2残余奥氏体的分解（残余奥氏体的分解（200200300300） 马氏体向回火氏体向回火马氏体氏体转变时时，由于，由于压应力的力的减小，残余奥氏体减小，残余奥氏体发生分解生生分解生产下下贝氏体。回氏体。回火火马氏体的氏体的组织与下与下贝氏体非常相象，氏体非常相象，难区分区分, ,统一称一称为回火回火马氏体氏体。耐磨件耐磨件M回回=0.3%C+150250低温回火低温回火弹簧等弹簧等T回回=F针针+Fe3C粒粒350500中温回火中温回火调质件调质件S回回=F多多+Fe3C球球500650高温回火高温回火三三) 工艺参数工艺参数
29、淬火淬火 + 高温回火高温回火 = 调质处理调质处理用途用途组组 织织温度温度()名名 称称 第五节第五节 钢的表面热处理工艺钢的表面热处理工艺l表面淬火表面淬火l化学热处理化学热处理工艺的核心工艺的核心:使零件具有使零件具有“表硬里韧表硬里韧” 的力学性能。的力学性能。一一.表面淬火表面淬火一一) 定义定义:是一种不改变钢表层化学成是一种不改变钢表层化学成 分分,但改变表层组织的局部热但改变表层组织的局部热 处理工艺。处理工艺。二二) 工艺特征工艺特征:通过快速加热使钢的表通过快速加热使钢的表 层奥氏体化层奥氏体化,然后急冷然后急冷,使表层使表层 形成马氏体组织形成马氏体组织,而心部仍保而心
30、部仍保 持不变。持不变。 三三)表面淬火用钢表面淬火用钢: 选用选用中碳中碳或或中碳低合金钢中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。等。四四)表面淬火加工的方法表面淬火加工的方法: 感应加热感应加热( 高、中、工频高、中、工频 )、火火 焰加热焰加热、电接触加热法等。、电接触加热法等。感感应应加加热热表表面面淬淬火火示示意意图图2)工艺要求工艺要求: * 表面淬火前表面淬火前,必须对零件进行必须对零件进行正火正火 或调质处理或调质处理,以保证零件有良好的以保证零件有良好的 基体。基体。 * 表面淬火后表面淬火后,必须对零件进行必须对零件进行低温低温 回火处理回火处理,以降低淬火应力和
31、脆性。以降低淬火应力和脆性。3)生产特点生产特点: 淬火件的质量好淬火件的质量好; 工件变工件变 形小形小;不易氧化及脱碳不易氧化及脱碳;淬火层容易淬火层容易 控制控制;生产率高。设备投资大生产率高。设备投资大,不适不适 于复杂形状零件和小批量生产。于复杂形状零件和小批量生产。2.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬火的基本方法火焰加热表面淬火的基本方法2)火焰加热表面淬火的特点火焰加热表面淬火的特点:*设备简单设备简单, 操作方便操作方便, 成本低。成本低。*淬火质量不稳定。淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。适于单件、小批量及大型零件的生产。二二.化学热处理化
32、学热处理 一一)定义定义:将零件置于一定的化学介质将零件置于一定的化学介质 中中 , 通过加热、保温通过加热、保温,使介质使介质 中一种或几种元素原子渗入中一种或几种元素原子渗入 工件表层工件表层,以改变钢表层的化以改变钢表层的化 学成分和组织的热处理工艺。学成分和组织的热处理工艺。 二二) 化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程:2.吸收吸收: 活性原子被活性原子被零件表面吸收和溶零件表面吸收和溶 解。解。3.扩散扩散: 活性原子由零件表面向内部扩活性原子由零件表面向内部扩 散散, 形成一定的扩散层形成一定的扩散层。1.分解分解: 化学介质在高温下释放出待渗化学介质在高温下释放出待渗 的的
33、活性原子活性原子。 2CO CO2 +C三三) 化学热处理进行的条件化学热处理进行的条件:1. 渗入元素的原子渗入元素的原子必须是活性原子必须是活性原子, 而而 且且具有较大的扩散能力具有较大的扩散能力。2. 零件本身具有零件本身具有吸收渗入原子的能力吸收渗入原子的能力, 即对渗入原子有一定的即对渗入原子有一定的溶解度溶解度或能或能 与之化合与之化合, 形成化合物形成化合物。四四) 化学热处理的种类化学热处理的种类: 渗碳渗碳; 渗氮渗氮; 碳氮碳氮 共渗共渗; 渗硼渗硼; 渗铝渗铝; 渗硫渗硫; 渗硅渗硅; 渗铬等。渗铬等。1.钢的渗碳钢的渗碳 1)定义定义: 向钢的向钢的表面渗入碳原子表面
34、渗入碳原子的过程。的过程。2)目的目的: 获得具有获得具有表硬里韧表硬里韧性能的零件。性能的零件。3)用钢用钢: 低碳钢低碳钢和和低碳合金钢。低碳合金钢。4)方法方法: 固体、气体、固体、气体、液体渗碳。液体渗碳。 固体渗碳法示意图固体渗碳法示意图零件零件渗碳剂渗碳剂试棒试棒盖盖泥封泥封渗碳箱渗碳箱 气体渗碳法示意图气体渗碳法示意图热处理后的组织热处理后的组织低碳低碳M回回+FM回回+Cm+A残残低碳低碳合金钢合金钢F+PM回回+Fe3C+A残残低碳钢低碳钢心部组织心部组织表层组织表层组织钢种钢种9)常用的钢种常用的钢种: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4
35、WA等。等。2.钢的渗氮钢的渗氮 1)定义定义:向钢的向钢的表面渗入氮原子表面渗入氮原子的过程。的过程。2)目的目的:获得具有获得具有表硬里韧及抗蚀表硬里韧及抗蚀性能性能 的零件。的零件。3)用钢用钢:中碳合金钢。中碳合金钢。4)方法方法:气体气体渗氮。渗氮。5)工艺工艺:加热温度加热温度500600; 保温时间保温时间0.30.5mm/2050h。6)热处理特点热处理特点: 渗氮前需调质处理渗氮前需调质处理; 渗氮后不需热处理。渗氮后不需热处理。7)渗氮处理后的组织渗氮处理后的组织 表层表层 : Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、 MoN、TiN、VN。 心部心部 : S回回。8)常用的钢
36、种常用的钢种 : 35 CrMo、18CrNiW、 38 CrMoAlA ( 氮化王牌钢氮化王牌钢 ) 等。等。越王勾践剑越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。出土于湖北江陵楚墓。 长长55.7厘米，厘米， 剑锷锋芒剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。犀利，锋能割断头发。 渗碳与渗氮的工艺特点渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否处理后是否需要热处理需要热处理处理时处理时间间 ( h )处理温度处理温度( )名称名称需要需要39900950渗碳渗碳不需要不需要2050500600渗氮渗氮三.其它热处理方法l1.氧化和脱碳:将影响热处理质量;l2.可控气氛热处理:炉气成分可以控
37、制;l3.真空热处理:低于一个大气压环境中进行;l4.形变热处理:加热到A1,进行塑性变形,并立即淬火和回火.l5.激光热处理:百分之几秒,加热速度快,过热度极大,易获得细晶组织,自身热传导冷却淬火.(变形小,适宜精密零件)一班第七节 零件结构的热处理工艺性l一.结构工艺性的概念l1.零件的结构工艺性;l2.产品的结构工艺性;l3.制造过程:毛坯制造-切削加工.热处理-装配成机器等各个环节.l二.热处理工艺对零件结构的要求:l1.避免锐边尖角不透孔等;l2.零件的截面力求均匀;l3.轴类零件的长度与直径之比不可太大;l4.零件的几何形状力求简单对称.l一、 选择题l1.钢的低温回火的温度为（
38、）。l A400 B350 C300 D250l2.加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得（ ）。l A均匀的基体组织 B均匀的A体组织l C均匀的P体组织 D均匀的M体组织l3.钢的高温回火的温度为（ ）。l A500 B450 C400 D350l4.钢的中温回火的温度为（ ）。l A350 B300 C250 D200l5.碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（ ）。l A随炉冷却 B在风中冷却l C在空气中冷却 D在水中冷却l6.正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然l 后采用的冷却方式是（ ）。l A随炉冷却 B在油中冷却l C在空气
39、中冷却 D在水中冷却l7.完全退火主要用于（ ）。l A亚共析钢 B共析钢l C过共析钢 D所有钢种l8.共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出l 现的组织是（ ）。l AP BS CB DM l9.退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然l 后采用的冷却方式是（ ）。l A随炉冷却 B在油中冷却l C在空气中冷却 D在水中冷却l二、是非题l1. 完全退火是将工件加热到Acm以上3050，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。( )l2. 合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。 ( )l3. 渗氮处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。 ( )l4. 马氏体转变温度区的位置主要与钢的化学成分有关，而与冷却速度无关.( )本章的作业本章的作业l P 63 第第 28.29题题.欢迎进入第六章学习内容欢迎进入第六章学习内容:
