,热处理,*,金属材料热处理,碳钢的问题,:1.,强度较低,不能承受高载荷,;,改善钢性能的途径：,合金化,3.,热硬性差,只能在,200,C,以下工作,2.,淬透性差,不能做大件和复杂件,4.,不能满足某些特殊性能要求,热处理,一般机械零件的加工路线是：,毛坯（铸、锻）,预备热处理,机加工,最终热处理,分类：,普通热处理,：退火、正火、淬火、回火,表面热处理,：,表面淬火：感应加热淬火、火焰加热淬火,化学热处理：渗碳、渗氮、渗金属,亚共析钢：,Ac,3,+30 50,C,组织：,F+P,共析钢：,Ac,1,+30 50,C,组织：,P,过共析钢：,Ac,1,+30 50,C,组织：,P,球,4.1 退火与正火,4.1.1 退火(,annealing),随炉冷却,退火的,目的,：,1.降低硬度以便于切削加工,2.消除残余内应力以防止钢件在淬火和使用,时发生变形和开裂,3.细化晶粒，改善组织，提高力学性能,4.为最终热处理做准备,2,.等温退火,可使工件在炉内的停留时间大大缩短。,1,.完全退火,适于亚共析钢和铸件、锻件及焊接件，使钢软化以便于切,削加工，并可消除内应力。,3.,球化退火,适于共析钢和过共析钢，获得球状珠光体，以降硬度，改善切削加工性能，减小淬火的变形和开裂。,5.,去应力退火,适 于：铸件、锻件、焊接件、冷拉伸件、切削加工件,目 的：消除残余应力，以提高尺寸稳定性，防止在切,削加工中和使用过程中的变形和裂纹倾向,4.,扩散退火,适 于：合金钢大型铸、锻件,目 的：消除晶内偏析,6.,再结晶退火,用于处理冷轧、冷拉、冷挤压等发生加工硬化的钢材,亚共析钢：,F+S,共析钢：,S,过共析钢：,S+Fe,3,C,粒状,4.1.2 正火(,normalizing),：,空中冷却,目 的,：获得马氏体和贝氏体组织，,提高硬度和耐磨性,（工具、模具、量具、滚动轴承）,4.2 钢的淬火,（最重要，最广泛）(,quenching),定 义,；是将钢件加热到,Ac1,或,Ac3,以上保温一定时间后，快速冷,却（通常大于临界冷却速度,Vc），,以得到马氏体（下贝氏,体）组织的热处理工艺,亚共析钢,：,M,共析钢、过共析钢,：,M,+Fe3C,粒状,合金钢,：,M,+,M,xC,y,粒状,4.2.1 淬火加热温度和加热时间,原 则：得到均匀细小的奥氏体晶粒,4.2.2 淬火冷却介质,在,C,曲线鼻尖出处冷却速度足够快，其余各处不必太快,水：,碳素钢,盐水：,形状简单、变形,要求不严、截面较大,的碳钢零件,油：,合金钢,4.2.3 淬火冷却方法,单介质淬火法,双介质淬火法,马氏体分级淬火法,贝氏体等温淬火法,冷处理,局部淬火,4.3 钢的淬透性,(,hardenability),淬硬层深度,：工件表面到半马氏体区（50%,M+50%T),的深度,4.3.1 钢的淬透性,淬 透 性,：是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。,淬 硬 性,：是指钢在淬火后所能达到的最高硬度,影响临界冷却速度的因素有：,1）,钢的含碳量,2）,合金元素：除,Co、Al,外的元素都提高淬透性,3）,钢中未溶物质,淬透性是钢材本身所固有的属性,淬透性主要受临界冷却速度影响，临界冷却速度越小，钢的淬透性越大。,4.3.2 淬透性的测试方法,临界直径法,：45钢,D,（,水）=16,mm,45钢,D,（,油）=8,mm,顶端淬火法,：,用于测定碳素结构钢和低、中合金结构钢的淬透性,表 示：,如：45钢 40,Cr,钢,40,Cr,钢,D（,水）=36,mm,40,Cr,钢,D（,油）=20,mm,4.3.3 淬透性与选材的关系,1）连杆、螺栓、锻模、锤杆高淬透性（并要求全部淬透）,2）弹簧高淬透性,3）机床主轴、汽车半轴、齿轮低淬透性,（淬透层深度,1/21/3 D,）,4）工具类工件高淬透性,5）焊接件、表面淬火件低淬透性,4.4 淬火钢的回火,(,tempering),4.4.1 回火的目的：,目 的：1）降低脆性，减少或消除内应力，防止工件 变形和开裂,2）提高塑性和韧性,3）稳定组织，从而稳定工件尺寸,4）代替软化退火组织,1.钢在回火时的组织转变过程：,4.4.2 回火组织转变及性能变化,渗碳体聚集长大,马氏体的分解,-,残余奥氏体分解,-,渗碳体的形成,-,2.回火后的组织和性能,3）,回火索氏体,（500 650）,2）,回火托氏体,（350 450）,1）,回火马氏体,（250 以下）,*4.4.3 回火工艺及应用,2）,中温回火(350500),T,回,，35 45,HRC,特 点：内应力基本消除，具有极高的弹性极限和良好的韧性。,用 于：各种弹簧零件及热锻模具的处理。,1）,低温回火(150250),M,回,，55 64 HRC,特 点：降低钢中残余应力和脆性，而保持高强度、硬度和耐磨性,用 于：工具、量具、滚动轴承、渗碳工件以及表面淬火工件等。,3）,高温回火(500650),S,回,，25 35,HRC,淬火+高温回火,调质处理,特 点：具有较高综合机械性能,用 于：中碳成分结构钢制造的各种重要的结构零件，特别是在交,变载荷下工作的连杆、螺栓以及轴类等，还可作为某些精,密零件（如精密量具、模具）的预先热处理,快冷可避免,对大件可加,Mo、W、Nb,4.4.4 回火脆性,1.,第一类回火脆性（低温回火脆性）,：250 350,C,回火时出现，,无法消除，所以避开。,2.,第二类回火脆性（高温回火脆性）,：500 650,C,回火时出现，,主要发生在含,Cr、Si、Ni、M n,等合金元素的结构钢中，当,在此温度内长时间保温或缓冷时出现,表面：,M,回,表面淬火,+,低温回火后的组织：,S,回,心部：,F+S,表面淬火是通过快速加热使钢件表面达到临界温度以上，不等热量传到工件内层就迅速予以冷却，只使表面被淬硬为马氏体，而内层仍为塑、韧性良好的组织。,4.5 钢的表面淬火,用于承受弯曲、扭转、摩擦或冲击的零件。,材 料：,含碳量,0.40%0.50%,预先热处理：,正火或调质,4.5.1感应加热表面淬火,1.基本原理,=，800 1000,C,1,）,高频感应加热,：100 500,KHz，=0.5 2.0 mm,中小模数的齿轮及中小尺寸的轴,2）,中频感应加热,：500 10000,Hz，=2 10 mm,较大尺寸的轴和大中模数的齿轮,3）,工频感应加热,：50,Hz，=10 15 mm,直径300以上的轧辊、火车车轮,2.感应加热表面淬火,+,低温回火,4.5.2 火焰加热表面淬火,利用乙炔火焰将工件表面快速加热到淬火温度，然后立即用水喷射冷却，此法适于单件或小批量零件的表面淬火。,4.7.1.钢的渗碳,4.7 钢的化学热处理,是利用物理、化学反应来改变工件表面的成分与组织，从而使工件表面获得与心部不同的力学或物理、化学性能的工艺方法,渗碳材料：,低碳钢和低碳低合金钢,（,20,，,20CrMnTi,）,方 法：,气体渗碳,、固体渗碳和液体渗碳,工 艺：,渗碳+淬火+低温回火,目 的：,表面具有高硬度和高的耐磨性，而心部仍保持良好,的塑、韧性,(,如汽车、拖拉机上的变速齿轮）,气 体 渗 碳,渗碳后淬火,+,低温回火：表层为：马氏体+碳化物,心部为：珠光体+铁素体,用 于：,表面要求耐磨，并承受较大冲击载荷的零件,不需渗碳的部位：可镀铜 或 留加工余量,4.7.2 渗氮,方 法：使用氨气形成颗粒细小、分布均匀、硬度很高并且十分稳,定的各种氮化物，如,AlN、CrN、MoN、TiN、VN,等，,适 于：有35,CrMo、18CrNiW,和38,CrMoAlA,等。而碳钢由于渗氮,后不形成特殊氮化物，固不用作氮化用钢,特 点：,氮化后表面硬度高（,HV100 1200)；,氮化温度低，且不需要后续热处理，变形小；,耐蚀性高；,氮化层薄，周期长，成本高。,