材料科學基礎(chǔ)第7章補充內(nèi)容第13節(jié)鋼的熱處理

1、p改善鋼的性能，主要有兩條途徑：改善鋼的性能，主要有兩條途徑：合金化合金化，下幾章研究的內(nèi)容；，下幾章研究的內(nèi)容；熱處理熱處理，本章要研究的內(nèi)容。，本章要研究的內(nèi)容。 p熱處理熱處理: : 第第1 1節(jié)節(jié) 熱處理的基本概念熱處理的基本概念一、熱處理的一、熱處理的重要性重要性和和目的目的p經(jīng)鑄造、鍛造等熱加工以后，經(jīng)鑄造、鍛造等熱加工以后，工件中往往工件中往往存在殘余應力存在殘余應力，硬硬度偏高或偏低度偏高或偏低，組織粗大組織粗大，存，存在在成分偏析成分偏析等缺陷。等缺陷。p危害：危害： 1 1）力學性能差；力學性能差； 2 2）不利于切削加工不利于切削加工和和成型成型； 3 3）淬火淬火時也容

2、易造成時也容易造成變形變形和和 開裂開裂。 p 熱處理的熱處理的目的：目的：1 1、預備熱處理（中間熱處理）：、預備熱處理（中間熱處理）： 1 1）改善加工性能；）改善加工性能； 2 2）為最終熱處理作準備。）為最終熱處理作準備。 2 2、最終熱處理：、最終熱處理：獲得使用性能。獲得使用性能。 3 3、表面熱處理：、表面熱處理：改善表面性能。改善表面性能。p在機床制造中在機床制造中約約60-70%60-70%的零的零件要經(jīng)過熱處理。件要經(jīng)過熱處理。p在汽車、拖拉機制造業(yè)中在汽車、拖拉機制造業(yè)中熱熱處理的零件達處理的零件達70-80%70-80%。p熱處理是一種重要的加工工藝，熱處理是一種重要的

3、加工工藝，在制造業(yè)被廣在制造業(yè)被廣泛應用。泛應用。p模具、滾動軸承模具、滾動軸承100%100%需經(jīng)需經(jīng)過熱處理。過熱處理。p總之，重要零件總之，重要零件都需適當都需適當熱處理后才能使用。熱處理后才能使用。 二、熱處理的基本要素二、熱處理的基本要素 加熱、保溫加熱、保溫和和冷卻。冷卻。三、熱處理工藝三、熱處理工藝 根據(jù)熱處理原理制定的根據(jù)熱處理原理制定的溫溫度度、時間時間、介質(zhì)介質(zhì)等參數(shù)稱熱處等參數(shù)稱熱處理工藝。理工藝。(a)940淬火淬火+220回火（板條回火（板條M回回+A少）少）(b)(c)(d)940淬火淬火+820、780、750淬火（板條淬火（板條M+條狀條狀F+A少）少）(e)9

4、40淬火淬火+780淬火淬火+220回火（板條回火（板條M回回+條狀條狀F+A少）少）(f)780淬火淬火+220回火（板條回火（板條M回回+塊狀塊狀F） 20CrMnTi鋼不同熱處理工藝的顯微組織鋼不同熱處理工藝的顯微組織四、熱處理的理論依據(jù)四、熱處理的理論依據(jù) 原子擴散原子擴散和和固態(tài)相變。固態(tài)相變。五、熱處理的特點五、熱處理的特點p改變組織與性能；改變組織與性能；p而不改變形狀與尺寸。而不改變形狀與尺寸。六、熱處理的分類六、熱處理的分類1 1、普通熱處理：、普通熱處理： 退火、正火、淬火和回火。退火、正火、淬火和回火。2 2、表面熱處理：、表面熱處理：p表面淬火；表面淬火；p化學熱處理。

5、化學熱處理。 3 3、其它：、其它：p真空真空熱處理；熱處理；p可控氣氛可控氣氛熱處理；熱處理；p形變形變熱處理等。熱處理等。七、鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度七、鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度 A A1 1 AcAc1 1 AAr r1 1 A A3 3AcAc3 3AAr r3 3 A AcmcmAcAccmcmAAr rcmcm 第二節(jié)第二節(jié) 鋼的熱處理原理鋼的熱處理原理一、鋼的加熱轉(zhuǎn)變一、鋼的加熱轉(zhuǎn)變p目的目的：獲得細小的奧氏體。：獲得細小的奧氏體。（一）奧氏體的形成（一）奧氏體的形成（共析鋼共析鋼） 鋼坯加熱鋼坯加熱p亞共析鋼和過共析鋼的奧亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本氏體化過程與共析鋼基本相同相

6、同。但由于先共析。但由于先共析 或二次或二次FeFe3 3C C的存在，要獲的存在，要獲得全部奧氏體組織，必須得全部奧氏體組織，必須相應加熱到相應加熱到AcAc3 3或或AcAccmcm以上以上. .（二）奧氏體晶粒度（二）奧氏體晶粒度 1 1、奧氏體晶粒度的概念、奧氏體晶粒度的概念p用來度量奧氏體晶粒的大小的量。用來度量奧氏體晶粒的大小的量。p奧氏體晶粒度在奧氏體晶粒度在100100倍顯微鏡下，倍顯微鏡下，分為分為8 8級級，1 1級最粗級最粗，8 8級最細級最細。 （三）奧氏體晶粒度的影響因素（三）奧氏體晶粒度的影響因素加熱溫度和保溫時間加熱溫度和保溫時間: : p加熱溫度高、保溫時間長加

7、熱溫度高、保溫時間長, , 晶粒晶粒粗大。粗大。加熱速度加熱速度: :p加熱速度越快加熱速度越快, ,過熱度越大過熱度越大, , 形核形核率越高率越高, ,晶粒越細。晶粒越細。 合金元素：合金元素：l若鋼中加入適量能形若鋼中加入適量能形成難熔中間相的合金成難熔中間相的合金元素，如元素，如TiTi、ZrZr、V V、AlAl、NbNb等，等，能強烈阻能強烈阻礙奧氏體晶粒長大，礙奧氏體晶粒長大，達到細化晶粒的目的達到細化晶粒的目的。析出顆粒析出顆粒對黃銅晶對黃銅晶界的釘扎界的釘扎Nb/%奧氏體晶粒尺寸奧氏體晶粒尺寸/mNb、Ti對奧氏體晶粒的影響對奧氏體晶粒的影響二、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變二、鋼在冷

8、卻時的組織轉(zhuǎn)變（二）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖（二）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖 1 1、“C C曲線曲線”的建立（的建立（TTTTTT曲線曲線）5506502s10s5s2s5s10s30s40s時間時間溫度溫度A1MSMfA過冷過冷PBMAMABAP轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線轉(zhuǎn)變終了線奧氏體奧氏體2 2、影響、影響C C曲線的主要因素曲線的主要因素1 1）碳含量對碳鋼）碳含量對碳鋼C C曲線的影響曲線的影響亞共析鋼亞共析鋼和和過共析鋼過共析鋼的的“C C曲線曲線”左移左移2 2）合金元素對）合金元素對C C曲線的影響曲線的影響 3 3、三種等溫轉(zhuǎn)變的組織和性能、三種等溫轉(zhuǎn)變的組織和性能 1 1）珠光

9、體類型組織與性能）珠光體類型組織與性能 （1 1）珠光體類轉(zhuǎn)變）珠光體類轉(zhuǎn)變l是是過冷過冷A A在臨界溫度在臨界溫度A A1 1以下比較以下比較高的溫度范圍內(nèi)進行的轉(zhuǎn)變。高的溫度范圍內(nèi)進行的轉(zhuǎn)變。l是典型的是典型的擴散型相變擴散型相變。 （2 2）珠光體型組織：）珠光體型組織：l是由是由鐵素體鐵素體和和滲碳體滲碳體兩相組成的機兩相組成的機械混合物，通常呈片層狀。械混合物，通常呈片層狀。（3 3）分類：）分類：l根據(jù)珠光體片間距的大小，可分為根據(jù)珠光體片間距的大小，可分為: : 珠光體珠光體、索氏體索氏體、屈氏體。屈氏體。珠光體珠光體索氏體索氏體托氏體托氏體l珠光體、索氏體、屈氏體之珠光體、索氏

10、體、屈氏體之間間無本質(zhì)區(qū)別無本質(zhì)區(qū)別，其形成溫度，其形成溫度也也無嚴格界線無嚴格界線，只是其片層，只是其片層厚薄和間距不同。厚薄和間距不同。（4 4）機械性能）機械性能l綜合性能好綜合性能好，可制作性能要求不，可制作性能要求不高的零件。高的零件。l主要取決于片層間距的大?。褐饕Q于片層間距的大小： 片層間距愈小，其強度、硬片層間距愈小，其強度、硬度愈高，同時塑性、韌性也有所度愈高，同時塑性、韌性也有所改善。改善。 2)2)馬氏體類型組織與性能馬氏體類型組織與性能 (1)(1)馬氏體轉(zhuǎn)變：馬氏體轉(zhuǎn)變：l是指鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻是指鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻( (即淬火即淬火) )而發(fā)生的而發(fā)生的

11、無擴散型相變無擴散型相變。l是是強化鋼強化鋼的重要途徑之一。的重要途徑之一。(2)(2)馬氏體：馬氏體：l是碳溶于是碳溶于-Fe-Fe中的中的過飽和過飽和間隙間隙式固溶體，記為式固溶體，記為M M。 l馬氏體具有體心正方晶格（馬氏體具有體心正方晶格（a=bca=bc）l軸比軸比c/a c/a 稱馬氏體的正方度。稱馬氏體的正方度。lC%C%越高，正方度越大，正方畸變越嚴重。越高，正方度越大，正方畸變越嚴重。l當當0.25%C0.25%C時，時，c/a=1c/a=1，此時馬氏體為體心，此時馬氏體為體心立方晶格。立方晶格。(3)(3)馬氏體轉(zhuǎn)變特點馬氏體轉(zhuǎn)變特點a a、無擴散性無擴散性: : l通過

12、通過切變方式切變方式完成，完成，轉(zhuǎn)變速度極快。轉(zhuǎn)變速度極快。馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變切變示意圖切變示意圖馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的表面浮凸馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的表面浮凸b b、降溫轉(zhuǎn)變、降溫轉(zhuǎn)變: : MfMsM(50%)M(90%)c c、轉(zhuǎn)變不完全：、轉(zhuǎn)變不完全：l室溫時仍有部分未轉(zhuǎn)變的奧氏體存室溫時仍有部分未轉(zhuǎn)變的奧氏體存在在，稱之為，稱之為殘余奧氏體殘余奧氏體，記為，記為ArAr。 l原因：原因：多數(shù)鋼的多數(shù)鋼的M Mf f在室溫以下。在室溫以下。（4 4）馬氏體的形態(tài)主）馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量要取決于其含碳量lC%C%小于小于0.2%0.2%時，時，組織組織幾乎全部是幾乎全部是板條馬氏板條馬氏體

13、體。lC%C%大于大于1.0%C1.0%C時時幾乎幾乎全部是全部是針狀馬氏體針狀馬氏體。lC%C%在在0.20.21.0%1.0%之間之間為為板條與針狀的混合組板條與針狀的混合組織織。馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系0.45%C0.2%C1.2%C（4 4）馬氏體的組織形態(tài)）馬氏體的組織形態(tài) a.a.低碳鋼：低碳鋼：板條馬氏體板條馬氏體（位錯（位錯馬氏體、低碳馬氏體）。馬氏體、低碳馬氏體）。 光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下b.b.高碳鋼：高碳鋼：片狀馬氏體片狀馬氏體（孿晶（孿晶馬氏體、高碳馬氏體）。馬氏體、高碳馬氏體）。 電鏡下電鏡下光鏡下光鏡下（5 5）馬氏體的）馬氏體的性能特點性

14、能特點 a. a. 顯著特點：顯著特點： 是具有是具有高硬度高硬度和和高強度高強度。 b. b. 塑性和韌性塑性和韌性: : 主要取決于馬氏體的主要取決于馬氏體的亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)。l片狀馬氏體：片狀馬氏體：脆性較大。脆性較大。 原因是含碳量高、晶格畸原因是含碳量高、晶格畸變大，存在許多顯微裂紋。變大，存在許多顯微裂紋。l板條馬氏體：板條馬氏體： 有相當有有相當有一定的塑、韌性一定的塑、韌性。（6 6）馬氏體的強化機制）馬氏體的強化機制l固溶強化固溶強化 l相變強化相變強化 造成晶格缺陷密度很高的造成晶格缺陷密度很高的亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)。l時效強化時效強化 碳和其它合金元素的原子會向位碳和其它合金元素的原

15、子會向位錯線等缺陷處錯線等缺陷處擴散偏聚擴散偏聚。l晶界強化晶界強化 3 3）貝氏體類型組織與性能）貝氏體類型組織與性能貝氏體（貝氏體（B B）= = 過飽和過飽和F + FeF + Fe3 3C C a a、貝氏體的組織形態(tài)：、貝氏體的組織形態(tài)： 上貝氏體轉(zhuǎn)變過程上貝氏體轉(zhuǎn)變過程下貝氏體轉(zhuǎn)變下貝氏體轉(zhuǎn)變b b、貝氏體的力學性能：、貝氏體的力學性能：l上貝氏體：上貝氏體： 強度和韌性較低。強度和韌性較低。l下貝氏體：下貝氏體： 不但強度高，而且韌性也好。不但強度高，而且韌性也好。 c c、應用、應用l上貝氏體：上貝氏體： 無應用價值，工藝上應避免。無應用價值，工藝上應避免。l下貝氏體：下貝氏體

16、： 綜合性能好綜合性能好； 在航空航天等領(lǐng)域得到應用；在航空航天等領(lǐng)域得到應用； 通過通過等溫淬火等溫淬火工藝獲得。工藝獲得。轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變類型類型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變產(chǎn)物產(chǎn)物形成溫度，形成溫度， 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變機制機制顯微組織特征顯微組織特征HRCHRC獲得獲得工藝工藝珠珠光光體體P PA A1 1650650擴擴散散型型粗片狀，粗片狀，F(xiàn) F、FeFe3 3C C相間分布相間分布5-205-20退火退火S S650600650600細片狀，細片狀，F(xiàn) F、FeFe3 3C C相間分布相間分布20-3020-30正火正火T T600550600550極細片狀，極細片狀，F(xiàn) F、FeFe3 3C C相間分布相間分布3

17、0-4030-40等溫等溫處理處理貝貝氏氏體體B B上上550350550350半擴半擴散型散型羽毛狀，短棒狀羽毛狀，短棒狀FeFe3 3C C分布于過分布于過飽和飽和F F條之間條之間40-5040-50等溫等溫處理處理B B下下350M350MS S竹葉狀，細片狀竹葉狀，細片狀FeFe3 3C C分布于過分布于過飽和飽和F F針上針上50-6050-60等溫等溫淬火淬火馬馬氏氏體體M M針針M MS SMMf f無擴無擴散型散型針狀針狀60-6560-65淬火淬火M M* *板條板條M MS SMMf f板條狀板條狀5050淬火淬火 4 4、“C C曲線曲線”的應用的應用 1 1）臨界冷卻

18、速度）臨界冷卻速度VK l臨界冷卻速度：臨界冷卻速度： 獲得獲得100%100%馬氏體的最低冷卻馬氏體的最低冷卻速度速度，即與，即與C C曲線鼻尖相切的冷曲線鼻尖相切的冷卻速度卻速度V Vk k。lC C曲線曲線越靠右邊越靠右邊，V Vk k越小越小，越容易越容易獲得馬氏體獲得馬氏體，即鋼的，即鋼的淬透性越好淬透性越好。2 2）C C曲線的應用曲線的應用l將將冷卻曲線冷卻曲線與與C C曲線疊加曲線疊加，可，可確定鋼冷卻后的組織與性能，確定鋼冷卻后的組織與性能，是制定熱處理工藝的理論依據(jù)。是制定熱處理工藝的理論依據(jù)。VkVk時間時間/s溫度溫度/共析鋼的共析鋼的CCT圖圖共析溫度共析溫度連續(xù)冷卻

19、轉(zhuǎn)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線變曲線完全退火完全退火正火正火等溫轉(zhuǎn)等溫轉(zhuǎn)變曲線變曲線油淬油淬水淬水淬M+AM+T+ASP200100P均勻均勻A細細AP退火退火(爐冷爐冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+AM+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf時間時間650600550用用TTT曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時的組織轉(zhuǎn)變的組織轉(zhuǎn)變爐冷爐冷空冷空冷油油冷冷水水冷冷PST+M+AM+A( (三三) )碳鋼過冷奧氏體碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn) 變圖變圖（ CCTCCT曲線）曲線）1 1、CCTCCT曲線在曲線在C C曲線的曲線的右下方右下方，且，且無貝氏體轉(zhuǎn)變無

20、貝氏體轉(zhuǎn)變，即，即半個半個C C曲線曲線。2 2、等溫冷卻時的臨界冷卻速度、等溫冷卻時的臨界冷卻速度V Vk k比比連續(xù)冷卻時的臨界冷卻速度連續(xù)冷卻時的臨界冷卻速度V V、k k大大1.51.5倍。倍。l因此，因此，只要實際冷卻速度只要實際冷卻速度V V大于大于V Vk k，就能保證大于，就能保證大于V V、k k，在連續(xù)，在連續(xù)冷卻時就能獲得冷卻時就能獲得100%100%馬氏體馬氏體，達到淬火目的。達到淬火目的。p預備熱處理與最終熱處理預備熱處理與最終熱處理p預備熱處理預備熱處理為隨后的加工（冷為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）或進一步熱處理拔、沖壓、切削）或進一步熱處理作準備的熱處理。作準備

21、的熱處理。p最終熱處理最終熱處理賦予工件所要求的賦予工件所要求的使用性能的熱處理。使用性能的熱處理。預備熱處理預備熱處理最終熱處理最終熱處理W18Cr4V鋼熱處理工藝曲線鋼熱處理工藝曲線時間時間溫度溫度/p曲軸的加工工藝：曲軸的加工工藝： 下料下料 鍛造鍛造 正火正火 粗機粗機加工加工 調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 （淬火（淬火+ +高溫回火）高溫回火） 軸頸表面淬火軸頸表面淬火 + + 低溫回火低溫回火 精機加工精機加工成品成品第三節(jié)第三節(jié) 鋼的退火與正火鋼的退火與正火目的：目的：“四化四化”1 1）“軟化軟化”：p調(diào)整硬度改善調(diào)整硬度改善切削加切削加 工工和和壓力加工壓力加工的性能；的性能；2 2）細

22、化：）細化：p改善改善組織和性能組織和性能，淬火作準備；，淬火作準備；3 3）均勻化：）均勻化：p消除成分和組織偏析，為淬消除成分和組織偏析，為淬火作準備；火作準備；4 4）穩(wěn)定化：）穩(wěn)定化：p消除殘余應力，減小變形，消除殘余應力，減小變形，提高尺寸精度。提高尺寸精度。1 1、定義、定義p將鋼加熱到將鋼加熱到適當?shù)臏囟冗m當?shù)臏囟龋匾槐匾欢螘r間段時間后，后，緩慢地冷卻緩慢地冷卻（爐冷、（爐冷、在煤木灰和石綿材料中的冷卻）在煤木灰和石綿材料中的冷卻）到室溫，到室溫，獲得平衡組織獲得平衡組織的工藝。的工藝。真空退火爐真空退火爐2 2、目的及作用：、目的及作用：l退火可降低硬度；退火可降低硬度；

23、l消除內(nèi)應力；消除內(nèi)應力；l提高鋼材冷變形后的塑性；提高鋼材冷變形后的塑性；l細化晶粒，改善組織。細化晶粒，改善組織。 3 3、分類、分類 4 4、退火的應用退火的應用1 1）完全退火：）完全退火：l晶粒細化，均勻組織，消除應力，晶粒細化，均勻組織，消除應力，降低硬度，以利于切削加工。降低硬度，以利于切削加工。l主要用于主要用于亞共析鋼亞共析鋼的的鑄件鑄件、鍛件鍛件、熱軋件熱軋件，有時也用于，有時也用于焊件焊件。 2 2、球化退火：、球化退火：l使鋼中碳化物呈球狀化，使鋼中碳化物呈球狀化，以以降低硬度降低硬度，改善切削改善切削加工性能加工性能，并，并為以后的為以后的淬火做好組織準備淬火做好組織

24、準備。 l主要用于主要用于過共析鋼過共析鋼的的刃刃具具、滾動軸承滾動軸承和和冷作模冷作模具具等。等。球狀珠光體球狀珠光體3 3、擴散退火：、擴散退火：成分均勻化。成分均勻化。4 4、再結(jié)晶退火：、再結(jié)晶退火：消除加工硬化。消除加工硬化。5 5、應力退火：、應力退火：l消除殘余內(nèi)應力，消除殘余內(nèi)應力，避免避免工件在使用或工件在使用或隨后的加工過程中產(chǎn)生隨后的加工過程中產(chǎn)生變形變形或或開裂開裂。 l主要用于主要用于鑄件鑄件、鍛件鍛件、焊接件焊接件、熱軋熱軋件件、冷拉件冷拉件等。等。 1 1、定義、定義l是將鋼件是將鋼件加熱到加熱到A Ac3c3或或A Accmccm以上以上，保溫保溫一定一定時間后

25、，在時間后，在空氣中冷空氣中冷卻卻得到得到細片狀珠光體細片狀珠光體組織組織的熱處理工藝。的熱處理工藝。 正火溫度正火溫度3 3、正火的特點：、正火的特點：l其冷卻速度較退火快些，所其冷卻速度較退火快些，所得到的得到的組織較細組織較細，機械性能，機械性能要好；要好；l在爐外冷卻，不占用加熱設(shè)在爐外冷卻，不占用加熱設(shè)備，生產(chǎn)周期比退火短，備，生產(chǎn)周期比退火短，生生產(chǎn)效率高產(chǎn)效率高，能量消耗少，工，能量消耗少，工藝簡單。藝簡單。 4 4、應用、應用（1 1）對于亞共析鋼：）對于亞共析鋼：l主要是細化晶粒，均勻組織，主要是細化晶粒，均勻組織，提高機械性能；提高機械性能；l對力學性能要求不高的對力學性能

26、要求不高的普通結(jié)普通結(jié)構(gòu)零件構(gòu)零件，可作為，可作為最終熱處理。最終熱處理。l改善中、低碳鋼的切削性能改善中、低碳鋼的切削性能； （2 2）過共析鋼：）過共析鋼：l球化退火前作一次正火，可球化退火前作一次正火，可消消除網(wǎng)狀二次滲碳體除網(wǎng)狀二次滲碳體，保證二次，保證二次滲碳體全部球粒化；滲碳體全部球粒化；l為淬火作組織準備為淬火作組織準備。（3）用于鑄鋼件：）用于鑄鋼件：l可以可以細化細化鑄態(tài)組織，鑄態(tài)組織，改善切削加改善切削加工性能工性能。（4）用于大型鍛件：）用于大型鍛件：l可作為可作為最后熱處理最后熱處理，從而避免淬，從而避免淬火時較大的開裂傾向?；饡r較大的開裂傾向。 （5）用于球墨鑄鐵：）

27、用于球墨鑄鐵：l提高硬度、強度、耐磨性。提高硬度、強度、耐磨性。l用于制造汽車、拖拉機、柴油用于制造汽車、拖拉機、柴油機的曲軸、連桿等重要零件。機的曲軸、連桿等重要零件。一、一、淬火淬火l是將鋼件是將鋼件加熱到加熱到Ac1Ac1或或Ac3Ac3以上，以上，保溫保溫一定時間后，一定時間后，快速冷卻快速冷卻（通（通常大于臨界冷卻速度常大于臨界冷卻速度V Vk k），以），以得得到馬氏體到馬氏體（或下貝氏體）組織的（或下貝氏體）組織的熱處理工藝。熱處理工藝。l淬火是淬火是應用最廣應用最廣的熱處理工藝之的熱處理工藝之一。一。l淬火目的淬火目的是為獲是為獲得馬氏體組織，得馬氏體組織，提高鋼的性能。提高鋼

28、的性能。高強螺栓柴油機連桿齒輪二二、淬火工藝、淬火工藝1 1、淬火加熱溫度、淬火加熱溫度l原則原則：獲得細小奧氏體。：獲得細小奧氏體。 l亞共析鋼亞共析鋼：AcAc3 3+30+30 5050；l對共析鋼和過共析鋼對共析鋼和過共析鋼： AcAc1 1+30+30 5050。l亞共析鋼淬火組織亞共析鋼淬火組織：l 0.5%C0.5%C時為時為M M；l 0.5%C0.5%C時為時為M+AM+A。65MnV鋼鋼(0.65%C) 淬火組織淬火組織45鋼鋼(含含0.45%C)正常淬火組織正常淬火組織l共析鋼淬火組織：共析鋼淬火組織：M+AM+Al過共析鋼淬火組織過共析鋼淬火組織: : lM + FeM

29、 + Fe3 3C C顆粒顆粒 + A+ Al預備組織為預備組織為P P球球T12鋼（含鋼（含1.2%C）正常淬火組織）正常淬火組織2 2、保溫時間、保溫時間t t l電爐加熱電爐加熱1-1.5min/mm1-1.5min/mm；l鹽爐加熱鹽爐加熱45s /mm45s /mm。 3 3、淬火冷卻介質(zhì)、淬火冷卻介質(zhì)理想淬火曲線示意圖理想淬火曲線示意圖MsMfl水水快用于碳鋼，快用于碳鋼，l熔鹽熔鹽的能力在水和油之間的能力在水和油之間, ,用于用于分級淬火分級淬火和和等溫淬火等溫淬火。l油油慢用于合金鋼慢用于合金鋼。1-1-單液淬火；單液淬火；2-2-雙液淬火；雙液淬火；3-3-分級淬火；分級淬火

30、；4-4-等溫淬火。等溫淬火。二、鋼的淬透性和淬硬性二、鋼的淬透性和淬硬性1 1、淬透性（、淬透性（J J）1 1）定義：）定義：l在規(guī)定條件下，獲得馬氏體在規(guī)定條件下，獲得馬氏體的能力。的能力。1 1、淬透性的測定常用、淬透性的測定常用末端淬火法末端淬火法2 2、淬透性的表示方法、淬透性的表示方法 用淬透性曲線表示用淬透性曲線表示l用用淬硬層深度淬硬層深度d d（半馬氏體區(qū)深度）（半馬氏體區(qū)深度）與硬度表示，與硬度表示，J (HRC/d)J (HRC/d)。 例例、4545鋼：鋼：J (42/3.3)J (42/3.3) 40Cr 40Cr：J (46/9.4)J (46/9.4) 用臨界淬

31、透直徑用臨界淬透直徑D D0 0表示表示l用中心被淬成半馬氏體的最大用中心被淬成半馬氏體的最大直徑，用直徑，用D D0 0表示。表示。l4545鋼：鋼：D D0 0水水=16mm=16mm，D D0 0油油=8mm=8mm；l40Cr40Cr：D D0 0油油=20mm=20mm。3 3）主要影響因素：）主要影響因素： 合金元素合金元素 使使C C曲線曲線右移右移 V Vk k降低降低 淬透性淬透性越好。越好。2 2、淬硬性、淬硬性l定義定義：鋼在規(guī)定條件下進：鋼在規(guī)定條件下進行淬火時能達到的行淬火時能達到的最高硬度最高硬度的能力。的能力。l主要影響因素：主要影響因素：含碳量含碳量。3 3、鋼

32、的淬火變形與開裂、鋼的淬火變形與開裂（1 1）造成的原因：）造成的原因：l熱應力；熱應力；l組織應力。組織應力。（2 2）減小變形的措施：）減小變形的措施：l選淬透性好的鋼；選淬透性好的鋼；l鍛造和球化退火改善碳化物鍛造和球化退火改善碳化物分布；分布；l結(jié)構(gòu)設(shè)計合理結(jié)構(gòu)設(shè)計合理：l總原則：總原則：厚薄均勻厚薄均勻和和對稱對稱，避免應力集中。避免應力集中。 避免尖角和截面突變。避免尖角和截面突變。 結(jié)構(gòu)要對稱，必要時可增結(jié)構(gòu)要對稱，必要時可增加工藝孔。加工藝孔。 孔孔的位置距邊與尖角的距的位置距邊與尖角的距離要適當，并應避免盲孔。離要適當，并應避免盲孔。 必要時可將整體件改成必要時可將整體件改成

33、組組裝件裝件。第五節(jié)第五節(jié) 回火回火1 1）定義：）定義：l是將是將淬火后的鋼淬火后的鋼加熱到加熱到AcAc1 1以下以下某某一溫度，保溫后一溫度，保溫后冷卻下來的一種冷卻下來的一種熱處理工藝。熱處理工藝。 螺桿表面螺桿表面的淬火裂的淬火裂紋紋2 2）回火目的：）回火目的： (1)(1)是是減小減小或或消除淬火應力消除淬火應力，穩(wěn)定組織穩(wěn)定組織; ;（2 2）提高鋼的塑性和韌性提高鋼的塑性和韌性; ;（3 3）使鋼的）使鋼的強度、硬度強度、硬度和和塑塑性性、韌性韌性得到得到適當配合適當配合，以，以滿足不同工件的性能要求。滿足不同工件的性能要求。（4 4）高合金鋼高合金鋼常用回火常用回火改善改善

34、切削性能切削性能。 3 3）回火時）回火時組織組織的變化的變化 l200以下以下，由于馬氏體中，由于馬氏體中碳化物的彌散析出，碳化物的彌散析出，鋼的鋼的硬度并不下降硬度并不下降，高碳鋼硬度甚至，高碳鋼硬度甚至略有提高略有提高。l200-300200-300，由于高，由于高碳鋼中碳鋼中AA轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镸 M回回, , 硬度再次升高硬度再次升高。l大于大于300,300,由于由于FeFe3 3C C粗化粗化，馬氏體馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體, ,硬度硬度直線下降直線下降。 按溫度范圍，回火可分為：按溫度范圍，回火可分為：l低溫回火低溫回火l中溫回火中溫回火l高溫回火高溫回火 低溫回火低溫回火

35、(150-250)(150-250)l 主要組織主要組織：回火馬氏體：回火馬氏體 M M回回 =（FeFe2.42.4C C）+ F+ F過飽和過飽和l性能：性能：降低降低殘余應力殘余應力和和脆性脆性；保持保持高強度高強度、硬度硬度和和耐磨性耐磨性。 l應用：應用：工具、滾動軸承、滲工具、滾動軸承、滲碳工件、表面淬火工件等。碳工件、表面淬火工件等。 中溫回火中溫回火(350-500)(350-500)l組織：組織：回火屈氏體回火屈氏體T T回回。l性能：性能：內(nèi)應力基本消除；內(nèi)應力基本消除；具有具有極高的彈性極限極高的彈性極限和和良良好的韌性好的韌性。l應用：應用：主要用于主要用于各種彈簧各種

36、彈簧零件及熱鍛模具的處理。零件及熱鍛模具的處理。 高溫回火高溫回火(500-650)(500-650)l調(diào)質(zhì)處理：調(diào)質(zhì)處理：淬火淬火+ +高溫回火高溫回火l組織：組織：回火索氏體回火索氏體S S回回l性能：性能： 具有具有較高綜合機械性能較高綜合機械性能。l應用：應用： 重要零件，如重要零件，如軸類、連軸類、連桿、高強螺栓桿、高強螺栓。 三、鋼的表面熱處理三、鋼的表面熱處理 1 1、分類、分類 1 1）表面淬火：）表面淬火：l感應加熱、火焰加熱、激光加感應加熱、火焰加熱、激光加熱、電子束加熱等。熱、電子束加熱等。 感應加熱感應加熱2 2）化學熱處理：）化學熱處理：l滲碳、滲氮和碳氮共滲等。滲碳

37、、滲氮和碳氮共滲等。2 2、表面淬火、表面淬火1 1）工藝）工藝 l通過通過快速加熱方法快速加熱方法，使鋼件表，使鋼件表面達到臨界溫度（面達到臨界溫度（AcAc1 1或或AcAc3 3）以上，不等熱量傳到工件內(nèi)層以上，不等熱量傳到工件內(nèi)層就迅速予以冷卻，只使就迅速予以冷卻，只使表面被表面被淬硬為馬氏體淬硬為馬氏體，而，而內(nèi)層仍為塑內(nèi)層仍為塑韌性良好組織韌性良好組織的工藝。的工藝。 2 2）方法：）方法： 感應加熱感應加熱、火焰加熱火焰加熱、激、激光加熱、電子光加熱、電子束加熱等。束加熱等。l感應加熱分為：感應加熱分為： 高頻感應加熱高頻感應加熱l頻率為頻率為250-300KHz250-300K

38、Hz；l淬硬層深度淬硬層深度0.5-2mm0.5-2mm。傳動軸連續(xù)淬傳動軸連續(xù)淬火感應器火感應器感應加熱表面淬火齒輪的截面圖感應加熱表面淬火齒輪的截面圖 中頻感應加熱中頻感應加熱l頻率為頻率為2500-8000Hz2500-8000Hz；l淬硬層深度淬硬層深度2-10mm2-10mm。各種感應器各種感應器中頻感應加熱表面淬火的機車凸輪軸中頻感應加熱表面淬火的機車凸輪軸 工頻感應加熱工頻感應加熱l頻率為頻率為50Hz50Hz；l淬硬層深度淬硬層深度10-15 10-15 mmmm。各種感應器各種感應器感應穿透加熱感應穿透加熱l火焰加熱火焰加熱: : 利用乙炔火焰直接加利用乙炔火焰直接加熱工件表

39、面的方法。熱工件表面的方法。成本低成本低，但，但質(zhì)量不易控制。質(zhì)量不易控制?；鹧婕訜岜砻娲慊鹗疽鈭D火焰加熱表面淬火示意圖火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火l激光熱處理激光熱處理: : 利用高能量密度的激光對工件利用高能量密度的激光對工件表面進行加熱的方法。表面進行加熱的方法。 效率高效率高，質(zhì)量好質(zhì)量好。激光表面熱處理激光表面熱處理3 3）用鋼）用鋼l中碳鋼和中碳合金鋼中碳鋼和中碳合金鋼。l例如：例如：4545、40Cr40Cr、35CrMo35CrMol鑄鐵鑄鐵。機床導軌機床導軌表面淬火齒輪表面淬火齒輪4 4）熱處理工藝）熱處理工藝l調(diào)質(zhì)處理（或正火）調(diào)質(zhì)處理（或正火）+ +表面淬火表面淬火

40、+ + 低溫回火低溫回火 5 5）熱處理后組織）熱處理后組織l表層：表層：M M回回；l心部：心部：S S回回 或或 F+S F+S ?；鼗鹚魇象w回火索氏體索氏體索氏體6 6）性能）性能l表層：表層：55HRC，耐磨性好；，耐磨性好；l心部：心部：2535HRC，綜合性能綜合性能 很好很好；或；或1020HRC，塑韌。塑韌。感應加熱表面淬火感應加熱表面淬火7 7）其它特點）其它特點l生產(chǎn)周期短，幾秒至幾分鐘生產(chǎn)周期短，幾秒至幾分鐘l表層深度：表層深度：0.50.57 mm7 mm；l耐磨性較好耐磨性較好；l變形較小變形較?。籰抗疲勞性能好。抗疲勞性能好。 7 7）應用）應用l耐磨性要求較高耐磨

41、性要求較高、變形要變形要求小求小、形狀簡單形狀簡單、尺寸不、尺寸不大的零件；大的零件；l如齒輪、軸、連桿等。如齒輪、軸、連桿等。 3 3、滲碳、滲碳1 1）工藝）工藝l在含碳介質(zhì)中，將鋼加熱到在含碳介質(zhì)中，將鋼加熱到900900950950，保溫，保溫3 39 9小時小時，向，向低碳鋼制造的工件表面滲入碳低碳鋼制造的工件表面滲入碳原子，使工件表面達到高碳鋼原子，使工件表面達到高碳鋼的的含碳量（含碳量（1.0%1.0%）。）。 l滲碳目的滲碳目的l提高工件提高工件表面表面硬度、耐磨性硬度、耐磨性及疲勞強度，及疲勞強度，同時保持同時保持心部心部良好的韌性良好的韌性。經(jīng)滲碳的機車從動齒輪經(jīng)滲碳的機車

42、從動齒輪真空滲碳爐真空滲碳爐低碳鋼滲碳緩冷后的組織低碳鋼滲碳緩冷后的組織l滲碳緩冷后組織：滲碳緩冷后組織： 表層為表層為P+P+網(wǎng)狀網(wǎng)狀FeFe3 3C C; ; 心部為心部為F+PF+P; ; 中間為中間為過渡區(qū)過渡區(qū)。3 3）用鋼）用鋼l低碳鋼和低碳合金鋼。低碳鋼和低碳合金鋼。l例：例：2020、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi4 4）熱處理工藝）熱處理工藝 滲碳滲碳 + + 淬火淬火 + + 低溫回火低溫回火 5 5）熱處理后組織）熱處理后組織l碳鋼：碳鋼： 表層：表層：M M回回 + + 碳化物；碳化物； 心部：心部：F+ PF+ P；l合金鋼：合金鋼： 表層：表層：

43、M M回回 + + 合金碳化物：合金碳化物： 心部：低碳心部：低碳M M回回； 6 6）性能）性能l碳碳 鋼鋼 表層：表層：585862HRC62HRC，耐磨性高；，耐磨性高； 心部：心部：101020HRC20HRC，塑韌。，塑韌。l合金鋼合金鋼 表層表層606067HRC67HRC，耐磨性很高；，耐磨性很高； 心部：心部：50HRC50HRC，強韌強韌。 6 6）其它特點）其它特點l生產(chǎn)周期較長，生產(chǎn)周期較長，3 39 9小時；小時；l表層深度：表層深度：0.50.52mm2mm；l耐磨性很好耐磨性很好；l變形較大變形較大；l抗疲勞性能一般?？蛊谛阅芤话恪?7 7）應用）應用l耐磨性要求

44、耐磨性要求很高很高、形狀復形狀復 雜雜的零件，如齒輪、軸等。的零件，如齒輪、軸等。 4 4、氮化、氮化1 1）工藝）工藝l在含氮介質(zhì)中，將鋼加熱到在含氮介質(zhì)中，將鋼加熱到500500左右左右，保溫，保溫幾十小時幾十小時，向鋼的表面層滲入氮原子，在向鋼的表面層滲入氮原子，在其表面其表面形成氮化物層形成氮化物層的過程。的過程。 井式氣體氮井式氣體氮化爐化爐2 2）方法：）方法：l最常用的是最常用的是氣體氮化法氣體氮化法。3 3）用鋼：）用鋼：38CrMoAl 38CrMoAl 。4 4）熱處理：）熱處理：l調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 + + 滲氮。滲氮。5 5）組織：）組織：l表層：表層：氮化物，如氮化物，

45、如AlNAlN、CrNCrN、MoNMoN、TiNTiN、VNVN等；等；l心部：心部：S S回回。6 6）性能：）性能：l表層：表層：656570HRC70HRC，很硬。，很硬。l心部：心部： 252535HRC35HRC，綜合性能很好。，綜合性能很好。 7 7）特點：）特點：l時間很長，時間很長，30305050小時。小時。l厚度：厚度：0.20.20.5mm0.5mm。l耐磨性最好。耐磨性最好。l抗疲勞性能最好?？蛊谛阅茏詈谩耐蝕性能最好。耐蝕性能最好。l變形最小。變形最小。l時間最長。時間最長。 8 8）應用：）應用：l高速傳動的精密齒輪、精密高速傳動的精密齒輪、精密機床的主軸，如

46、機床的主軸，如鏜床鏜床和和磨床磨床。 5 5、離子氮化離子氮化 6 6、滲鋁滲鋁 7 7、其它表面處理方法、其它表面處理方法 1 1）熱噴涂；）熱噴涂；2 2）氣相沉積；）氣相沉積； 3 3）離子注入；）離子注入；4 4）化學鍍。）化學鍍。四、熱處理新技術(shù)四、熱處理新技術(shù)1 1、可控氣氛可控氣氛熱處理；熱處理；2 2、真空真空熱處理；熱處理；3 3、形變形變熱處理；熱處理；4 4、熱處理生產(chǎn)線。熱處理生產(chǎn)線。l近年來，金屬材料表面處理新技術(shù)得到了迅速發(fā)展，開發(fā)出許多新的工藝方法，這里只介紹主要的幾種。 全方位離子注入與沉積設(shè)備全方位離子注入與沉積設(shè)備l將熱噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，用高壓

47、氣流使其霧化并噴射于工件表面形成涂層的工藝稱為熱噴涂。l利用熱噴涂技術(shù)可改善利用熱噴涂技術(shù)可改善材料的耐磨性、耐蝕性、材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及絕緣性等。耐熱性及絕緣性等。l廣泛用于包括航空航天、廣泛用于包括航空航天、原子能、電子等尖端技原子能、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域。術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域。等離子熱噴涂等離子熱噴涂l1、涂層的結(jié)構(gòu)l熱噴涂層是由無數(shù)變形粒子相互交錯呈波浪式堆疊在一起的層狀結(jié)構(gòu)，粒子之間存在著孔隙和氧化物夾雜缺陷。l噴涂層與基體之間以及噴涂層中顆粒之間主要熱噴涂層組織熱噴涂層組織 是通過鑲嵌、咬合、填塞等機械形式連接的，其次是是通過鑲嵌、咬合、填塞等機械形式連接的，

48、其次是微區(qū)冶金結(jié)合及化學鍵結(jié)合。微區(qū)冶金結(jié)合及化學鍵結(jié)合。l2、熱噴涂方法l常用的熱噴涂方法有：l 火焰噴涂: 多用氧 -乙炔火焰作為熱源。l 電弧噴涂: 絲狀噴涂材料作為自耗電極、電弧作為熱源的噴涂方法l 等離子噴涂: 是一種利用等離子弧作為熱源進行噴涂的方法。 火焰熱噴涂火焰熱噴涂電弧熱噴涂電弧熱噴涂等離子噴涂等離子噴涂l3、熱噴涂的特點及應用工藝靈活：熱噴涂的對象小到10mm的內(nèi)孔, 大到鐵塔、橋梁,可整體噴涂，也可局部噴涂。基體及噴涂材料廣泛：基體可以是金屬和非金屬，涂層材料可以是金屬、合金及塑料、陶瓷等。涂層可控涂層可控: : 從幾十從幾十 m m到幾到幾mmmm生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高

49、工件變形小：工件變形?。夯w材料溫度不超過基體材料溫度不超過250250( (冷工藝冷工藝) )渦輪葉片的熱障涂層渦輪葉片的熱障涂層( (熱噴涂層熱噴涂層) )熱噴涂熱噴涂l氣相沉積技術(shù)是指將含有沉積元素的氣相物質(zhì)，通過物理或化學的方法沉積在材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技術(shù)。l根據(jù)沉積過程的原理根據(jù)沉積過程的原理不同，氣相沉積技術(shù)不同，氣相沉積技術(shù)可分為可分為物理氣相沉積物理氣相沉積(PVD) (PVD) 和和化學氣相沉化學氣相沉積積(CVD)(CVD)兩大類。兩大類。l1、物理氣相沉積（PVD）l物理氣相沉積是指在真空條件下，用物理的方法， 使材料汽化成原子、使材料汽化成原子、分子或電離成

50、離子，分子或電離成離子，并通過氣相過程，在并通過氣相過程，在材料表面沉積一層薄材料表面沉積一層薄膜的技術(shù)。膜的技術(shù)。l物理沉積技術(shù)主要包物理沉積技術(shù)主要包括括真空蒸鍍真空蒸鍍、濺射鍍?yōu)R射鍍、離子鍍離子鍍?nèi)N基本方法。三種基本方法。磁控濺射鍍膜設(shè)備磁控濺射鍍膜設(shè)備l真空蒸鍍是蒸發(fā)成膜材料使其汽化或升華沉積到工件表面形成薄膜的方法。真空蒸鍍真空蒸鍍TiNTiN活塞環(huán)活塞環(huán)真空蒸鍍真空蒸鍍AlAl膜的塑料制品膜的塑料制品l濺射鍍是在真空下通過輝光放電來電離氬氣，氬離子在電場作用下加速轟擊陰極，濺射下來的粒子沉積到工件表面成膜的方法。濺射鍍示意圖濺射鍍示意圖磁控濺射鍍膜機磁控濺射鍍膜機磁控濺射鍍磁控濺

51、射鍍AlAl的塑料制品的塑料制品l離子鍍是在真空下利用氣體放電技術(shù)，將蒸發(fā)的原子部分電離成離子，與同時產(chǎn)生的大量高能中性粒子一起沉積到工件表面成膜的方法。多弧離子鍍膜機多弧離子鍍膜機l物理氣相沉積具有適用的基體材料和膜層材料廣泛；工藝簡單、省材料、無污染；獲得的膜層膜基附著力強、膜層厚度均勻、致密、針孔少等優(yōu)點。l廣泛用于機械、航空航天、電子、光學和輕工業(yè)等領(lǐng)域制備耐磨、耐蝕、耐熱、導電、絕緣、光學、磁性、壓電、滑潤、超導等薄膜。 離子鍍產(chǎn)品離子鍍產(chǎn)品l2、化學氣相沉積(CVD)l化學氣相沉積是指在一定溫度下，混合氣體與基體CVDCVD設(shè)備設(shè)備表面相互作用而在基表面相互作用而在基體表面形成金屬或化體表面形成金屬或化合物薄膜的方法。合物薄膜的方法。例如，氣態(tài)的例如，氣態(tài)的TiClTiCl4 4與與N N2 2和和H H2 2在受熱鋼的在受熱鋼的表面