第二章 金屬材料熱處理

1、第二章 金屬材料熱處理第一節(jié)第一節(jié) 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變第二節(jié)第二節(jié) 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變第三節(jié)第三節(jié) 退火與正火退火與正火第四節(jié)第四節(jié) 淬淬 火火第五節(jié)第五節(jié) 回回 火火第六節(jié)第六節(jié) 鋼的表面熱處理及化學熱處理鋼的表面熱處理及化學熱處理第七節(jié)第七節(jié) 熱處理新技術簡介熱處理新技術簡介第八節(jié)第八節(jié) 熱處理工藝應用熱處理工藝應用 1、掌握鋼的熱處理的工藝過程； 2、掌握鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變以及鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變； 3、掌握主要的熱處理方法的工藝過程及在生產(chǎn)中的應用。 1、鋼的熱處理的工藝過程； 2、鋼在加熱或冷卻時的組織轉(zhuǎn)變； 3、主要的熱處理方法。鋼在加

2、熱或冷卻時的組織轉(zhuǎn)變。 ： 把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中的加熱、保把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中的加熱、保溫和冷卻，以改變其組織和性能的一種工藝。溫和冷卻，以改變其組織和性能的一種工藝。鋼鋼 的的 熱熱 處處 理理熱處理整體熱處理退火正火淬火回火調(diào)質(zhì)穩(wěn)定化處理固溶熱處理固溶熱處理和時效處理表面熱處理 表面淬火和回火 物理氣相沉積 化學氣相沉積 等離子化學氣相沉積化學熱處理滲碳碳氮共滲滲氮氮碳共滲滲其他非金屬滲金屬多元共滲溶滲 右圖為 熱處理的基本工藝過程熱處理的基本工藝過程的的溫度溫度- -時間關系曲線時間關系曲線。 熱處理用于消除上一工藝過程所產(chǎn)生的金屬材料內(nèi)部組織結構上的某些缺陷，改善切削性能，

3、還可進一步提高金屬材料的性能，充分發(fā)揮材料性能的潛力。因此，大部分機器零件都要進行熱處理。鋼加熱和冷卻時的溫度變化曲線見鋼加熱和冷卻時的溫度變化曲線見圖圖3-23-2。 由圖可見，要想使共析鋼轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，必須由圖可見，要想使共析鋼轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，必須將鋼加熱到將鋼加熱到A Ac1c1以上；對于亞共析鋼必須加熱到以上；對于亞共析鋼必須加熱到A Ac3c3以上。否則，難以達到應有的熱處理效果以上。否則，難以達到應有的熱處理效果。 一、退火一、退火 退火是將金屬和合金加熱到適當溫度，保溫退火是將金屬和合金加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。 按

4、金屬成分和性能要求的不同，退火可分為按金屬成分和性能要求的不同，退火可分為: : 1. 1.完全退火完全退火 將鐵碳合金完全奧氏體化，隨之緩慢冷將鐵碳合金完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。完全退火的目的卻，獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。完全退火的目的是通過完全重結晶細化晶粒，降低硬度，改善切削性能。是通過完全重結晶細化晶粒，降低硬度，改善切削性能。完全退火完全退火主要用于亞共析鋼的鑄、鍛件主要用于亞共析鋼的鑄、鍛件。 2. 2.球化退火球化退火 使鋼件中碳化物球狀化而進行的退火工使鋼件中碳化物球狀化而進行的退火工藝。球化退火主要用于過共析鋼，目的是使網(wǎng)狀滲碳體球藝。

5、球化退火主要用于過共析鋼，目的是使網(wǎng)狀滲碳體球狀化，降低硬度、提高韌性，改善切削性能，狀化，降低硬度、提高韌性，改善切削性能，為淬火作組為淬火作組織準備?？棞蕚?。 3. 3.去應力退火去應力退火 為了去除由于塑性變形加工、焊接為了去除由于塑性變形加工、焊接等造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應力而進行的退火。主要等造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應力而進行的退火。主要用于消除鑄件、鍛件、焊接件和切削件的殘余應力用于消除鑄件、鍛件、焊接件和切削件的殘余應力。 正火是將鋼材或鋼件加熱到或Accm以上3050，保溫適當?shù)臅r間后，在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝。 把鋼件加熱到以上100150的正火則稱為高溫正火。 與

6、退火類似，但冷卻速度比退火快。鋼件在正火后的與退火類似，但冷卻速度比退火快。鋼件在正火后的強度和硬度比退火稍高，但消除殘余應力不徹底。又因操強度和硬度比退火稍高，但消除殘余應力不徹底。又因操作簡便、生產(chǎn)率高，所以，正火常優(yōu)先采用。低碳鋼件可作簡便、生產(chǎn)率高，所以，正火常優(yōu)先采用。低碳鋼件可代替退火。代替退火。 一、一、 淬火淬火是將鋼件加熱到是將鋼件加熱到 或或Ac1Ac1以上某一溫度，保以上某一溫度，保持一定時間，然后以適當?shù)乃俣壤鋮s獲得持一定時間，然后以適當?shù)乃俣壤鋮s獲得馬氏體馬氏體和（或）和（或）貝氏體貝氏體組織的熱處理工藝。組織的熱處理工藝。 目的目的；提高鋼件的硬度和耐磨性，淬火不同

7、回火，；提高鋼件的硬度和耐磨性，淬火不同回火，獲得各種需要的性能，是強化鋼的主要方法。獲得各種需要的性能，是強化鋼的主要方法。 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)：淬火冷卻時所用的介質(zhì)。：淬火冷卻時所用的介質(zhì)。 鋼的種類不同，淬火介質(zhì)不同，常用介質(zhì)：鋼的種類不同，淬火介質(zhì)不同，常用介質(zhì)：水、油水、油。水水便宜，冷卻能力較強，碳素鋼件用的多。便宜，冷卻能力較強，碳素鋼件用的多。油油冷卻能力較冷卻能力較水低、成本高，但，可防止工件產(chǎn)生裂紋等缺陷，合金鋼水低、成本高，但，可防止工件產(chǎn)生裂紋等缺陷，合金鋼多用。多用?；鼗鸱椒?加熱溫度 （） 力學性能 特點應用范圍 硬度 （HRC）低溫回火低溫回火150250 高硬度、

8、耐高硬度、耐磨性磨性刃具、量具、刃具、量具、冷沖模等冷沖模等5865中溫回火中溫回火350500 高彈性、韌高彈性、韌性性彈簧、鋼絲彈簧、鋼絲繩等繩等3550高溫回火高溫回火500650 良好的綜合良好的綜合力學性能力學性能連桿、齒輪連桿、齒輪及軸類及軸類2030 一、表面淬火一、表面淬火 表面淬火是僅對工件表層進行淬火的工藝。表面淬火是僅對工件表層進行淬火的工藝。 目的：為了獲得高硬度的表面層和有利的殘余應力分目的：為了獲得高硬度的表面層和有利的殘余應力分布，提高工件的硬度和耐磨性。布，提高工件的硬度和耐磨性。 表面淬火加熱的方法很多，如表面淬火加熱的方法很多，如感應加熱、火焰加熱感應加熱、

9、火焰加熱、電接觸加熱、激光加熱電接觸加熱、激光加熱等。等。 二、化學熱處理二、化學熱處理 化學熱處理是將金屬和合金工件置于一定溫度的活性化學熱處理是將金屬和合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。化學成分、組織和性能的熱處理工藝。 常用的有常用的有滲碳、滲氮、碳氮共滲和滲金屬元素滲碳、滲氮、碳氮共滲和滲金屬元素等等。臨界溫度臨界溫度 平衡時：平衡時：A1、 A3、Acm 加熱時：加熱時：Ac1、 Ac3、Accm冷卻時：冷卻時：Ar1、Ar3、Arcm鋼加熱（冷卻）時FeFe

10、3C狀態(tài)圖 共析鋼加熱到共析鋼加熱到Ac1 以上時，以上時， P A 共析鋼共析鋼A化過程化過程 形核形核 、長大、長大、 FeFe3 3 C C 完全完全溶解、溶解、C 的均勻化的均勻化。 亞（過）析鋼的亞（過）析鋼的A化化 P A 后，先共析后，先共析 F 或或 Fe3C 溶解溶解。 21 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變 加熱溫度和速度加熱溫度和速度 轉(zhuǎn)變快轉(zhuǎn)變快 C%或或 FeFe3 3 C C片間距片間距 界面多，形核多界面多，形核多 轉(zhuǎn)變快轉(zhuǎn)變快 合金元素合金元素 A化速度化速度或或 A 晶粒度晶粒度 加熱溫度，保溫時間加熱溫度，保溫時間 晶粒尺寸晶粒尺寸 合金碳化物合金碳化物，C% 晶粒尺寸

11、晶粒尺寸 21 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變1 1過冷過冷A A的等溫轉(zhuǎn)變的等溫轉(zhuǎn)變 2 2過冷過冷A A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變連續(xù)和等溫冷卻曲線連續(xù)和等溫冷卻曲線過冷過冷A :T S T珠光體珠光體 P ，3800索氏體索氏體 S 8000屈氏體屈氏體 T 800022 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變光學顯微照片光學顯微照片 1300 電子顯微照片電子顯微照片 500045鋼，上鋼，上B+下下B，400 22 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變爐冷爐冷 P 空冷空冷 S 油冷油冷 T+M+A水冷水冷 M+A冷卻方法b/MPns/MPn/%/%HBS(HRC)爐內(nèi)緩冷53028032.549.3160200空氣冷卻67

12、072034015184550170240水 冷 卻1 0007207812145258HRC22 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度范圍過冷程度轉(zhuǎn)變產(chǎn)物代表符號組織形態(tài)層片間距轉(zhuǎn)變產(chǎn)物硬度HRCA1650小珠光體P粗片狀約0.3m55共析鋼過冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能共析鋼過冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能22 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變第三節(jié) 退火與正火預備熱處理工藝 處理工件毛坯，為以后切削加工和最終熱處理做組織準備 一、鋼的退火鋼的退火是將工件加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。 目的是消除鋼的內(nèi)應力、降低硬度、提高塑性、細化組織、均勻化學成分

13、，以利于后續(xù)加工，并為最終熱處理做好組織準備。完全退火球化退火等溫退火擴散退火去應力退火再結晶退火A3線以上30-50CA1線以上20-40CA3線以上30-50CA3線以上150-250CA1線以下600-650C再結晶以上150C緩慢冷卻緩冷至600C空冷快冷至A1線下保溫緩慢冷卻緩慢冷卻緩慢冷卻消除粗晶和不均勻組織將片狀P變?yōu)榍驙頟獲得均勻組織消除偏析消除殘余應力消除加工硬化亞共析鋼過共析鋼合金鋼高合金鋼合金鋼鑄錠鑄件鑄、鍛、焊件冷塑性變形件退火分類退火分類加熱溫度加熱溫度冷卻方式冷卻方式主要目的主要目的適用范圍適用范圍分類23 退火與正火23 退火與正火二、鋼的正火 正火是指將工件加熱

14、奧氏體化后在空氣中冷卻的熱 處理工藝。 目的是細化晶粒，消除網(wǎng)狀滲碳體，并為淬火、切削加工等后續(xù)工序作組織準備。鋼的種類正 火 主 要 目 的低 碳低合金鋼中碳鋼過共析鋼高合金鋼消除過熱組織、細化晶粒、改善切削性消除組織缺陷、保持硬度、為調(diào)質(zhì)做準備消除網(wǎng)狀二次滲碳體、為球化退火和淬火做準備淬火作用（空淬）23 退火與正火正火問題： 1、正火加熱溫度及冷卻方式 2、正火主要目的 3、正火與退火主要差別23 退火與正火第四節(jié)第四節(jié) 淬淬 火火 淬火是指將工件加熱奧氏體化后，以適當方式冷卻獲得馬氏體或（和）貝氏體組織的熱處理工藝。 目的主要是使鋼件得到馬氏體（或貝氏體）組織，提高鋼的硬度和強度 。淬

15、火溫度范圍24 淬 火淬火問題：1、淬火加熱溫度及冷卻方式 2、常用冷卻介質(zhì) 3、淬透性和淬硬性24 淬 火冷卻速度：冷卻速度： 鹽水鹽水 水水 鹽浴鹽浴 油油 淬火方法淬火方法 單介質(zhì)淬火：水、油冷單介質(zhì)淬火：水、油冷 雙介質(zhì)淬火：水冷雙介質(zhì)淬火：水冷 + 油冷油冷 分級淬火：分級淬火： Ms鹽浴中均溫空冷鹽浴中均溫空冷 等溫淬火（等溫淬火（ 在鹽、堿浴中）在鹽、堿浴中） 下下B 淬火缺陷 過熱與過燒過熱與過燒 氧化與脫碳氧化與脫碳 硬度不足和軟點硬度不足和軟點 變形和開裂變形和開裂24 淬 火第五節(jié)第五節(jié) 回回 火火淬火后，加熱到Ac1以下，保溫，冷卻。 目的目的：消除淬火應力，調(diào)整性能。

16、 低溫回火（150250） 回火M ( 過飽和F +薄片狀Fe2.4C ) + A 。淬火應力 ，韌性 ，保持淬火后的高硬度。 用于高C工具鋼等。 中溫回火（350500） 回火T (F +細粒狀Cm ) 。彈性極限和屈服強度，韌性和硬度中等。 用于彈簧等。 高溫回火（500650） 回火S (等軸狀F +粒狀Cm ) 。綜合機械性能最好, 即強度、塑性和韌性都較好。 用于重要零件。調(diào)質(zhì)處理 淬火 + 高溫回火 回火問題：1、回火主要目的 2、回火種類 3、回火脆性 4、調(diào)質(zhì)回火種類加熱溫度達到的硬度應用范圍低溫回火中溫回火高溫回火150-200C350-500C500-650CHRC60HR

17、C35-50HRC20刃具、模具彈簧重要結構件25 回 火整體工藝曲線整體工藝曲線25 回 火25 回 火第六節(jié)第六節(jié) 鋼的表面熱處理與化學熱處理鋼的表面熱處理與化學熱處理 表面具有高硬度和耐磨性，心部具有一定的強度和足夠的韌性。 一、鋼的表面熱處理 表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對其表面進行熱處理的工藝。 表面淬火是最常用的表面熱處理。 主要方法有：1、感應加熱表面熱處理2、火焰加熱表面熱處理26 鋼的表面熱處理與化學熱處理26 鋼的表面熱處理與化學熱處理26 鋼的表面熱處理與化學熱處理二、鋼的化學熱處理二、鋼的化學熱處理 鋼的化學熱處理是將工件置于適當?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使

18、一種或幾種元素滲入到它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。 最常用的方法有：1、滲碳、滲碳滲碳介質(zhì)中加熱保溫 2、滲氮、滲氮表面硬而心部韌 氮原子滲入工件表層 疲勞強度高、變形小 3、碳氮共滲、碳氮共滲26 鋼的表面熱處理與化學熱處理滲滲 氮氮26 鋼的表面熱處理與化學熱處理滲滲 氮氮26 鋼的表面熱處理與化學熱處理第七節(jié)第七節(jié) 熱處理新技術簡介熱處理新技術簡介電弧噴涂電弧噴涂離子噴涂離子噴涂27 熱處理新技術簡介第八節(jié) 熱處理工藝應用勞動版鋼的熱處理錄像鋼的熱處理鋼的熱處理錄錄 像像1、為了提高鋼的某些機械性能指標，保證機器零件和工具的工作可靠性及其使用壽命，通常要對鋼進行熱處理。熱處理是采用適當?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜM行加熱、保溫和冷卻，以獲得預期的組織結構與性能的工藝。它可改善工件的組織和性能，充分發(fā)揮材料潛力，從而提高工件使用壽命。2、鋼的退火與正火主要用來處理工件毛坯，為以后切削加工和最終熱處理做組織準備，對一般鑄件、焊