熱處理掃盲本

1、鋼的熱處理一、鋼的熱處理定義：? 把鋼在固態(tài)下加熱到一定溫度， 進行必要的保溫， 并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫，以改變鋼的內(nèi)部組織， 從而得到所需性能的工藝方法。三、鋼的熱處理目的：1、消除毛坯中的缺陷，改善工藝性能，為切削加工或熱處理做組織和性能上的準備。 叫預(yù)先熱處理。2、提高金屬材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮材料的潛力， 節(jié)約材料延長零件使用壽命。 叫最終熱處理。四、熱處理的方法（按工藝方法不同分）退火：完全退火、球化退火、去應(yīng)力退火等正火整體熱處理 淬火：回火：低溫回火、中溫回火、高溫回火固溶處理表面淬火：火焰加熱、感應(yīng)加熱、激光加熱表面熱處理 物理氣相沉積化學(xué)氣相沉積滲碳化學(xué)熱處理滲氮碳氮共滲

2、其它：滲其它金屬或非金屬、多元共滲第一節(jié) 熱處理基本原理? 熱處理之所以能夠使鋼的性能發(fā)生很大變化， 主要是由于在加熱和冷卻過程中，鋼的內(nèi)部組織發(fā)生了變化造成的一、鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變大多數(shù)熱處理工藝需要將鋼加熱到臨界溫度以上（A 區(qū)域）才能進行，所以加熱轉(zhuǎn)變主要包括 A 的形成和晶粒長大兩個過程。1、奧氏體的形成? 以共析鋼為例（ c=0.77%）影響奧氏體形成的因素：? 溫度：溫度越高，原子擴散能力越大，加速奧氏體形成。? 原始組織：原始組織越細， 相界面越多， 提供的奧氏體晶核就愈多，碳原子的擴散距離也越短，加速奧氏體形成。? 鋼的成分：含碳量增加， F和Fe3C相界面越多，加速奧氏體形成。

3、加入合金元素后不改變 A形成的基本過程，但會減緩 A的形成速度2、奧氏體晶粒的長大（粗化）? 隨著溫度的升高，奧氏體晶粒會逐漸長大。? 晶粒度：表示晶粒大小的尺度。? 分為十個等級。一級最粗，十級最細。? 粗大的A晶粒 冷卻后得到粗大的晶粒組織 力學(xué)性能和工藝性能差 合理選擇加熱溫度和保溫時間。一、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變? 室溫時鋼的力學(xué)性能，不僅與經(jīng)過加熱、保溫后獲得的 A晶粒大小有關(guān)，而且決定于 A經(jīng)冷卻轉(zhuǎn)變后所獲得的組織。 而冷卻方式、 冷卻速度對A組織的轉(zhuǎn)變有直接影響。 A鋼冷卻至室溫有兩種方式：連續(xù)冷卻: 就是使奧氏體化后的鋼，在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。水冷、油冷、爐冷、空冷。等

4、溫冷卻： 將奧氏體化后的鋼迅速冷卻到 A1以下某一溫度， 恒溫停留一段時間，在這段保溫時間內(nèi)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，然后再冷卻下來。1、過冷A的等溫轉(zhuǎn)變? 以共析鋼為例：? 過冷A的等溫轉(zhuǎn)變曲線：由于過冷溫度和等溫時間不同，過冷 A的等溫轉(zhuǎn)變過程及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也不相同，表示過冷 A不同的等溫冷卻溫度、等溫時間與轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物之間關(guān)系的曲線 C曲線。（1）建立C曲線? 共析鋼A的等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立是通過一系列不同過冷的等溫冷卻實驗建立的。? 通過實驗測出： 不同過冷A 在恒溫下開始轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變終了的時間， 畫到溫度 時間坐標(biāo)系中， 然后把開始時間和轉(zhuǎn)變終了時間分別連接起來， 即得共析鋼C曲線。（2）共析鋼過冷

5、A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織和性能? 珠光體類型（高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）：共析鋼A過冷到723550之間A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物屬于 P型組織。分類如圖。? 貝氏體形轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 ）：A在550-230保溫轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w型轉(zhuǎn)變，其組織類型為貝氏體組織。 它是由含碳過飽和的 F+3兩相混合物。 分類如圖。? 馬氏體型轉(zhuǎn)變（低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）：230 -60保溫轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體型轉(zhuǎn)變， 其組織類型為馬氏體組織。分為板狀和片狀馬氏體，圖 3-9。馬氏體是碳在 -中的過飽和固溶體。（3）影響過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素? 碳的影響： c增加，亞共析鋼的 C曲線右移； 過共析鋼的 C 曲線左移。? 合金元素的影響： 初CO外，所有合金元素

6、如入奧氏體后會增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性， 使C曲線右移。2、過冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變? 與等溫冷卻曲線相比， 連續(xù)冷卻曲線都處于右下方， 說明轉(zhuǎn)變溫度低，孕育期長。? 共析鋼連續(xù)冷卻時， 只有珠光體轉(zhuǎn)變而無貝氏體轉(zhuǎn)變。 亞共析鋼可以產(chǎn)生貝氏體組織。 合金鋼可以有珠光體及貝氏體轉(zhuǎn)變， 有珠光體無貝氏體。或有貝氏體而無珠光體轉(zhuǎn)變等多種情況。? 當(dāng)連續(xù)冷卻速度達到某一值時，冷卻曲線與 C曲線相切，不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，而在低溫區(qū)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，通常稱為臨界冷卻速度。冷速小時，得到珠光體與馬氏體混合組織，更小時，得到珠光體組織。3、過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖是選擇鋼種及制訂熱處理工藝的基本依據(jù)之一。

7、（1）不同成分的鋼具有不同的轉(zhuǎn)變圖，設(shè)計時可根據(jù)要求合理選擇適用而廉價的材料。（2）制定熱處理工藝規(guī)程，選擇冷卻介質(zhì)。（3）估計零件在熱處理條件下各部位可能得到的組織。第二節(jié) 鋼的整體熱處理一、鋼的退火概念：將鋼加熱、 保溫后緩慢冷卻， 以獲得接近平衡組織的工藝過程。完全退火 :普通退火、等溫退火球化退火去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火等1、完全退火工藝：加熱 Ac3以上3050保溫隨爐冷到500度以下 空冷室溫。目的：細化晶粒，均勻組織 ，提高塑韌性，消除內(nèi)應(yīng)力，便于機械加工。2、等溫退火工藝：加熱 Ac3以上 保溫 快冷至珠光體轉(zhuǎn)變溫度 等溫停留 轉(zhuǎn)變?yōu)镻 出爐空冷目的：同上。但時間短，易控制，脫氧、

8、脫碳小。（適用于過冷A比較穩(wěn)定的合金鋼及大型碳鋼件）3、球化退火? 概念：是使鋼中的滲碳體球化的工藝過程。? 對象：共析鋼和過共析鋼? 工藝：(1)等溫球化退火加熱 Ac1以上2030度 保溫 迅速冷卻到Ar1以下2 0度 等溫 隨爐冷至600度左右 出爐空冷。（2）普通球化退火加熱 Ac1以上2030度 保溫 極緩慢冷卻至600度左右 出爐空冷。（周期長，效率低，不適用）目的：降低硬度、提高塑韌性，便于切削加工。機理：使片狀或網(wǎng)狀滲碳體變成顆粒狀（球狀）說明：退火加熱時，組織沒有完全 A化，所以又稱不完全退火。4、去應(yīng)力退火? 工藝：加熱到 Ac1以下某一溫度（ 500650度） 保溫 緩冷

9、至室溫。? 目的：消除鑄件、鍛件、焊接件等的殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸。二、鋼的正火? 工藝：加熱到 Ac3或Accm以上3050度 保溫 出爐空冷。? 目的：亞共析鋼中自由鐵素體減少， 過共析鋼中網(wǎng)狀滲碳體消失 。低碳鋼：提高硬度，克服粘刀現(xiàn)象，改善切削加工性。中碳鋼：細化晶粒，為淬火做好組織準備，對性能要求不高的零件，可作為最終熱處理。高碳鋼：消除網(wǎng)狀 F e3C。三、鋼的淬火? 工藝：將鋼加熱到 Ac3或Ac1以上30-50度 ，保溫 快速冷卻（vk）以獲得馬氏體的工藝方法。? 目的：提高鋼的硬度和耐磨性。? 分類（方法）： 1、單液淬火； 2、雙液淬火； 3、分級淬火； 4、等溫淬火；

10、5、冷處理OC ? 亞共析鋼： Ac3+3050過高：淬火后 M 粗大，嚴重變形過低：淬火后組織出現(xiàn) F，硬度、強度不足，不均。過共析鋼： Ac1+3050OC過高：淬火后 M 粗大，脆性增大，易變形，開裂。殘余 A增多，硬度、耐磨性降低。過低： A化不均勻。一般過共析鋼， 淬火前需要正火或球化退火， 消除網(wǎng)狀滲碳體。3、淬火方法? 單液淬火：將 A化的鋼放進水或者油等淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫的操作方法。如：碳鋼件水冷，合金鋼油冷，厚大碳鋼件鹽水冷等。特點：操作簡便，易實現(xiàn)自動、機械化。 雙液淬火：將 A化的鋼先放進水中冷卻到 300200度在迅速移到油中（甚至放到空氣中）的冷卻操作方法。特點

11、：即可淬硬又可避免開裂和變形。但操作困難。 分級淬火：將 A化的鋼放進稍高于Ms點的鹽浴槽中停留 25分鐘，然后取出在空氣中冷卻。特點：應(yīng)力小，避免開裂和變形。但鹽浴冷卻能力有限，只適用于形狀復(fù)雜，尺寸較小的零件。?等溫淬火：將 A 化的鋼放進稍高于 Ms 點的鹽浴槽中保溫足夠時間，使過冷 A 轉(zhuǎn)變?yōu)?B 下 ，然后取出空冷方法。特點： B 下 硬度較高，韌性較好，變形又小。適于形狀復(fù)雜、尺寸精度要求的零件。冷處理：使殘余 A 轉(zhuǎn)化為 M。 提高硬度和耐磨性。穩(wěn)定尺寸。需專門設(shè)備成本高。4、淬硬性和淬透性淬硬性： 鋼在正常淬火條件下， 淬火形成的馬氏體所能達到的最高硬度。淬硬性取決于馬氏體的含

12、碳量， 含碳量越高， 碳的過飽和度就越大，硬度越高。淬透性：鋼在規(guī)定淬火條件下，可以達到的淬硬層深度。影響因素：過冷奧氏體的穩(wěn)定性，即 Vk。? 末端淬火法測定淬透性。2、鋼的回火? 工藝：將淬火后的鋼重新加熱到 A1以下某一溫度保溫，然后冷卻（一般空冷 )至室溫。? 目的：消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，降低脆性，改善切削加工性能。? 力學(xué)性能： 隨著回火溫度的升高， 硬度、強度下降， 塑性韌性升高。1、低溫回火： 150-250 ，M回，減少內(nèi)應(yīng)力和脆性，提高塑韌性，有較高的硬度和耐磨性。用于制作量具、刀具和滾動軸承等。2、中溫回火： 350-500 ，T回，具有較高的彈性，有一定的塑

13、性和硬度。用于制作彈簧、鍛模等。3、高溫回火： 500-650 ，S回，具有良好的綜合力學(xué)性能。用于制作齒輪、曲軸等。? 淬火后再高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理。第三節(jié) 鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理一、表面淬火? 工藝（概念）：對零件進行快速加熱，使表面迅速達到淬火溫度，而心部來不及被加熱的情況下立即冷卻， 使表面得到高硬度的馬氏體，而心部仍保持原來組織的一種熱處理工藝。分類：（1）感應(yīng)加熱表面淬火：高頻，中頻、低頻。（2）火焰加熱表面淬火二、化學(xué)熱處理? 工藝（概念）：將零件放入一定的活性介質(zhì)中，經(jīng)加熱、保溫，使介質(zhì)的活性原子滲入零件表層中，從而改變表層化學(xué)成分、組織和性能的工藝方法。? 分類：（1）滲

14、碳：氣體滲碳、固體滲碳（2）滲氮：氣體氮化、離子氮化（3）碳氮共滲（4）其它滲入法1、化學(xué)熱處理的基本過程1）化學(xué)滲劑在溫度（加熱）及催化劑作用下分解出能滲入工件表面的活性元素。2）活性原子被工件表面吸附。3）在一定溫度下工件表面的活性原子向金屬內(nèi)部擴散，形成一定的擴散層。2、滲碳滲碳是向鋼的表面滲入碳原子，使其表面達到高碳鋼的含碳量，增加耐磨性。1）氣體滲碳工藝及組織氣體滲碳是采用液體或氣體碳氫化合物作為滲碳劑， （如：煤油、甲苯或含碳的氣體）。滲碳溫度是 900950。時間取決于要求的滲碳層深度，從幾小時到十幾小時不等。滲碳以后，零件表面含碳量約為0.81.0%，由表面到中心含碳量逐漸降低。2）滲碳后的熱處理為使?jié)B碳件具有高的力學(xué)性能，滲碳后須進行淬火及回火處理。滲碳層的組織為細小針狀馬氏體和粒狀分布的滲碳體組織。3、滲氮（氮化）滲氮是將氮原子滲入鋼件表面， 形成以氮化物為主的滲氮層，以提高滲層的硬度、耐磨、耐蝕和耐疲勞強度等多種性能。1）滲氮工藝特點滲氮劑為氨氣， 氨氣在480600 分解出具有活性的氮原子滲入工件中，形成富氮層而完成