學習情境五 鋼的熱處理

1、知識目標知識目標 1 1掌握過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變掌握過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變； 2 2掌握鋼的退火、正火、淬火、回火工藝掌握鋼的退火、正火、淬火、回火工藝； 3 3了了解鋼的表面淬火及化學熱處理的應用；了了解鋼的表面淬火及化學熱處理的應用； 4. 了解表面氣相沉積技術(shù)了解表面氣相沉積技術(shù)。鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼的退火與正火鋼的退火與正火鋼的淬火鋼的淬火鋼的回火鋼的回火鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理表面氣相沉積和熱處理新工藝簡介表面氣相沉積和熱處理新工藝簡介 是將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變材

2、料整體或表面組織，從而獲得所需性能的一種加工工藝。熱處理熱處理保溫保溫時間溫度臨界溫度臨界溫度 熱熱加加冷冷 卻卻2.熱處理的主要目的熱處理的主要目的: :改變鋼的性能。改變鋼的性能。3.熱處理的應用范圍熱處理的應用范圍: :整個制造業(yè)。整個制造業(yè)。4.熱處理的分類熱處理的分類熱處理熱處理 普通普通熱處理熱處理 表面表面熱處理熱處理退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面淬火 化學化學熱處理熱處理感應加感應加熱淬火熱淬火火焰加火焰加熱淬火熱淬火滲碳滲碳;滲氮滲氮;碳氮共滲碳氮共滲;鐵碳鐵碳合金合金實際實際加熱加熱或冷或冷卻時卻時轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度溫度變化變化圖圖1.1.奧氏體形成的基本過

3、程奧氏體形成的基本過程共析鋼奧氏體化過程示意圖共析鋼奧氏體化過程示意圖亞共析鋼的亞共析鋼的A A化：化：PA PA 后，先共析后，先共析 F F溶解溶解 過過共析鋼的共析鋼的A A化化： PA PA 后，后， FeFe3 3C C 溶解溶解2 2. .影響珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的因素影響珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的因素含碳量含碳量增加，利于奧氏體加速形成 奧氏體形成速度與加熱溫度、加熱速度、鋼的成分以及原始組織等有關(guān)。 加熱溫度溫度越高，奧氏體形成速度越快.加熱速度速度越快，奧氏體形成速度越快.合金元素顯著影響奧氏體的形成速度.組織（珠光體）越細，奧氏體形成速度越快. 鋼在熱處理加熱后必須有保溫階段，不鋼

4、在熱處理加熱后必須有保溫階段，不僅是為了使工件熱透，也是為了使組織轉(zhuǎn)變完僅是為了使工件熱透，也是為了使組織轉(zhuǎn)變完全，以及保證奧氏體成分均勻。鋼在加全，以及保證奧氏體成分均勻。鋼在加熱時為了得到細小而均勻的奧氏體晶粒，必須嚴格熱時為了得到細小而均勻的奧氏體晶粒，必須嚴格控制加熱溫度和保溫時間，以免發(fā)生晶粒粗大的現(xiàn)控制加熱溫度和保溫時間，以免發(fā)生晶粒粗大的現(xiàn)象。象。小提示小提示1 1. .奧氏體晶粒度的概念奧氏體晶粒度的概念 根據(jù)奧氏體形成過程和晶粒長大情況，奧氏體晶粒度可分為起始晶粒度、實際晶粒度和本質(zhì)晶粒度三種。1 1. .奧氏體晶粒度的概念奧氏體晶粒度的概念1. 奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度：l

5、 起始晶粒度l 實際晶粒度l 本質(zhì)晶粒度 奧氏體形成剛結(jié)束，奧氏體晶粒邊界剛剛相互接觸時的晶粒大小奧氏體形成剛結(jié)束，奧氏體晶粒邊界剛剛相互接觸時的晶粒大小奧氏體在具體加熱條件下所獲得奧氏體晶粒的大小奧氏體在具體加熱條件下所獲得奧氏體晶粒的大小特定條件下鋼的奧氏體晶粒長大的傾向性，并不代表具體的晶粒大小特定條件特定條件93010，保溫，保溫8h傾向性傾向性本質(zhì)粗晶粒鋼（Mn，Si）本質(zhì)細晶粒鋼（Al）加熱加熱溫度溫度與奧與奧氏體氏體晶粒晶粒長大長大的關(guān)的關(guān)系系2 2. .奧氏體晶粒長大及其影響因素奧氏體晶粒長大及其影響因素1）加熱溫加熱溫度和保溫時度和保溫時間間2）鋼的成鋼的成分分n 溫度越高，

6、保溫時間越長，奧氏體晶粒長大越明顯n 晶界上存在未溶的碳化物時，會對晶粒長大起阻礙作用，使奧氏體晶粒長大傾向減小n 合金元素，也影響奧氏體晶粒長大，除錳、磷外幾乎所有合金元素都阻礙奧氏體晶粒長大1. 奧氏體是不是降溫到臨界溫度以下就立即 發(fā)生轉(zhuǎn)變呢？2. 不同的冷卻速度是否也得到同一種的組織 呢？過冷奧氏體：過冷奧氏體：在臨界點以下存在的不穩(wěn)定的且將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體，稱為過冷奧氏體。臨界點以下臨界點以下不穩(wěn)定不穩(wěn)定將要發(fā)生轉(zhuǎn)變將要發(fā)生轉(zhuǎn)變冷卻方式：冷卻方式：等溫冷卻方式和連續(xù)冷卻方式。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織性能均勻，研究領域應用廣等溫冷卻方式連續(xù)冷卻方式轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為粗細不勻甚至類型不同的混合組織，實際生

7、產(chǎn)中廣泛采用1 1. .等溫轉(zhuǎn)變曲線等溫轉(zhuǎn)變曲線珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)（1 1）高溫等溫轉(zhuǎn)變：）高溫等溫轉(zhuǎn)變： 珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)（2 2）中溫等溫轉(zhuǎn)變：）中溫等溫轉(zhuǎn)變： 貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū) （3 3）低溫連續(xù)轉(zhuǎn)變：）低溫連續(xù)轉(zhuǎn)變： 馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū) 2 2. .影響影響 C 曲線的因素曲線的因素2 2） 合金元素合金元素1 1） 碳的質(zhì)量分數(shù)碳的質(zhì)量分數(shù)3 3） 加熱溫度和保溫時間加熱溫度和保溫時間3 3. .共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變和珠光體的組織形態(tài)與性能珠光體轉(zhuǎn)變和珠光體的組織形態(tài)與性能 根據(jù)過冷奧

8、氏體轉(zhuǎn)變溫度的不同，共析成分碳鋼的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物可分為珠光體（A1550） 、貝氏體（550MS）和馬氏體（MSMf）三種。l 過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，是通過過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，是通過形核形核和和長大長大的過程來完成的；的過程來完成的；l 珠光體轉(zhuǎn)變是一個珠光體轉(zhuǎn)變是一個擴散型擴散型轉(zhuǎn)變（轉(zhuǎn)變（FeFe、C C原子都進行擴散）；原子都進行擴散）；l 一般情況下，珠光體為片狀鐵素體和片狀滲碳體相間分布的層狀一般情況下，珠光體為片狀鐵素體和片狀滲碳體相間分布的層狀組織，稱為組織，稱為片狀珠光體片狀珠光體；F滲碳體片間距：片間距：相鄰兩片滲碳體中心之間的距離1 1）高溫轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變 托氏體托氏體托氏體

9、是：極細極細片狀的珠光體，片片狀的珠光體，片層極薄間距小于層極薄間距小于0.20.2m，只有在電子顯微鏡下（5000倍）才能分辨出它們呈片狀。 索氏體索氏體索氏體為：細片狀珠光體，片細片狀珠光體，片層較薄間距在層較薄間距在 0.40.2m，一般在8001000倍的光學顯微鏡下才可分辨珠光體珠光體 粗片層狀鐵素體粗片層狀鐵素體和滲碳體的混合物，和滲碳體的混合物，片層間距大于片層間距大于0.4m一般在500倍以下的光學顯微鏡下即可分辨。 貝氏體轉(zhuǎn)變和貝氏體的紐織形態(tài)與性能貝氏體轉(zhuǎn)變和貝氏體的紐織形態(tài)與性能 鋼的過冷奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變溫度以下、馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度范圍內(nèi)，發(fā)生一種半擴散型相變，稱

10、之為貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物貝氏體，通常用字母B表示。1) 貝氏體貝氏體轉(zhuǎn)變特征轉(zhuǎn)變特征 半擴散型半擴散型轉(zhuǎn)變，介于珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變之間轉(zhuǎn)變，介于珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變之間 ； Fe原子不擴散，切變完成晶格改組原子不擴散，切變完成晶格改組 ；C原子擴散，析出碳原子擴散，析出碳化物化物 兩相混合物，其中兩相混合物，其中a相過飽和相過飽和3 3. .共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變2 2）中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變 上貝氏體上貝氏體 上貝氏體中滲碳體呈較粗的片狀，平行分布于平行排列的鐵素體片層之間，它在顯微鏡下呈羽毛狀的組織。 下貝氏體下貝氏體 下貝氏體中的碳化物呈細小顆粒狀或短桿狀

11、均勻分布在鐵素體內(nèi)，在顯微鏡下呈黑色針葉狀的組織 。 等溫轉(zhuǎn)變曲線是通過試驗方法建立的，下面以共析鋼為例說明建立過程。 （1）把wC = 0.77% 的共析鋼制成若干個一定尺寸的試樣，加熱到A1 以上的溫度，使其組織為均勻的奧氏體。 （2）將試樣分別迅速放入低于 A1 的不同溫度（如：710 、450 、350 等）的熔鹽槽中，迫使奧氏體過冷，發(fā)生等溫轉(zhuǎn)變。 （3）在不同溫度的等溫轉(zhuǎn)變過程中，測出過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了的時間，把它們按相應的位置標記在時間溫度的坐標圖上，分別連接各轉(zhuǎn)變開始點和轉(zhuǎn)變終了點，便得到如圖所示的曲線。知知識識鏈鏈接接熱處理工藝曲線示意熱處理工藝曲線示意圖圖1 1.

12、 .連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線共析鋼共析鋼 CCT 曲線曲線2 2. .連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物1 1. .馬氏體的形態(tài)與特點馬氏體的形態(tài)與特點馬氏體的晶格示意圖馬氏體的晶格示意圖當奧氏體過冷到當奧氏體過冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織；體類型組織；碳在碳在 -Fe中的過飽和固溶體；中的過飽和固溶體；馬氏體轉(zhuǎn)變時，奧氏體中的碳全部保馬氏體轉(zhuǎn)變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中；留到馬氏體中；鐵原子微調(diào)整，使原來奧氏體的面心鐵原子微調(diào)整，使原來奧氏體的面心立方晶格改組成體心立方晶格。立方晶格改組成體心立方晶格。馬氏體的形成馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系馬氏體

13、形態(tài)與含碳量的關(guān)系0.45%C0.2%C1.2%C馬氏體的形態(tài)1.0%時，片狀馬氏時，片狀馬氏體。體。板條馬氏體：光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下在電鏡下，板條內(nèi)的亞在電鏡下，板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯，結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯， =1012/cm2，又稱，又稱位錯馬位錯馬氏體氏體。馬氏體的形態(tài)電鏡下電鏡下光鏡下光鏡下片狀馬氏體：馬氏體的形態(tài)高硬度！馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%馬氏體的性能針狀馬氏體針狀馬氏體板條馬氏體板條馬氏體馬氏體的透射電鏡形貌馬氏體的透射電鏡形貌塑韌性比較：塑韌性比較：高針狀馬氏體的塑性和韌性均很高針狀馬氏體的塑性和韌性均很差；差；低碳板條

14、馬氏體的塑性和韌性好。低碳板條馬氏體的塑性和韌性好。馬氏體的性能板條狀馬氏體板條狀馬氏體針狀馬氏體針狀馬氏體馬氏體的轉(zhuǎn)變的特點馬氏體轉(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)生的表面浮凸馬氏體的轉(zhuǎn)變的特點c.降溫形成MfMsM(50%)M(90%)馬氏體的轉(zhuǎn)變的特點e.e.轉(zhuǎn)變不徹底轉(zhuǎn)變不徹底即使冷卻到即使冷卻到Mf點，也不點，也不可能獲得可能獲得100%的馬氏體的馬氏體，總有部分奧氏體未能，總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來，稱轉(zhuǎn)變而殘留下來，稱殘殘余奧氏體余奧氏體，用，用A或或表示表示。 馬氏體的轉(zhuǎn)變的特點總結(jié)總結(jié) 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（

15、共析鋼） 銅棒 24 mm如何消除拉拔過程中的硬化現(xiàn)象？ 電纜線 0.15 mm 切削件的硬度在170230HB范圍內(nèi)，切削性能較好。 刀具具有較高的韌性時，不容易發(fā)生崩刃。切削件的硬度如何調(diào)整？刀具如何才能具有較高的韌性？季裂加工過程（鑄、鍛、焊、切削）產(chǎn)生的內(nèi)應力如何消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力？ 為什么將其安排在與 之間呢? 為什么退火與正火有著非常廣泛的應用? 在鑄/鍛造/焊接之后，鋼件中不但殘留有鑄造或鍛造應力，而且還往往存在著成分和組織上的不均勻性，因而機械性能較低，還會導致以后淬火時的變形和開裂。也會存在硬度偏高或偏低的現(xiàn)象，嚴重影響后續(xù)的切削加工性能。經(jīng)過退火和正火后，便可得到細

16、而均勻的組織，并消除應力，改善鋼件的機械性能并為隨后的淬火作了準備經(jīng)過退火與正火后，鋼的組織接近于平衡組織，其硬度適中，有利于下一步的切削加工。如果工件的性能要求不高時，退火或正火常作為最終熱處理。 定義：定義：將組織偏離平衡狀態(tài) 的鋼加熱到適當溫度 ，保溫一定時間，然 后緩慢冷卻（爐冷爐冷、 坑冷、灰冷），以獲 得接近平衡狀態(tài)組織 的熱處理工藝叫做退 火。真空退火爐真空退火爐退火目的：退火目的：（1）降低硬度，提降低硬度，提高塑性，以利高塑性，以利于切削加工和于切削加工和冷變形加工冷變形加工（2）細化晶粒，均細化晶粒，均勻組織，為后勻組織，為后續(xù)熱處理作好續(xù)熱處理作好組織上的準備組織上的準備

17、（3）消除殘余內(nèi)應消除殘余內(nèi)應力，防止工件力，防止工件的變形與開裂的變形與開裂1.完全退火完全退火2.等溫退火等溫退火3.球化退火球化退火4.均勻化退火均勻化退火 5.去應力退火去應力退火6. 再結(jié)晶退再結(jié)晶退火火分類分類名稱由來：經(jīng)歷完全奧氏體化過程問題2：奧氏體區(qū)的溫度區(qū)間很大，如果你是熱處理工程師，你認為完全退火應該具體在哪一個溫度段保溫？問題1:在相圖的哪一個區(qū)域可以獲得完全奧氏體組織？完全退火目的： 細化，均勻化粗大、不均勻組織 接近平衡組織調(diào)整硬度切削性 消除內(nèi)應力加熱溫度：加熱溫度：Ac3以上以上20-30度度溫度過高：奧氏體晶粒粗大， 綜合機械性能下降（霍爾佩奇公式）溫度過低：

18、 測溫儀器的偏差，適當顧及熱處理效率答：答：完全退火不能用于過共析鋼過共析鋼，因為加熱到Accm 以上再緩慢冷卻時會得到平衡組織，平衡組織，即在晶界處即在晶界處析出網(wǎng)狀滲碳體網(wǎng)狀滲碳體，造成鋼的脆化。應用范圍：亞共折鋼，共析鋼，亞共折鋼，共析鋼， 不適用于過共析鋼。 反問：過共析鋼的平衡組織？反問：過共析鋼的平衡組織？網(wǎng)狀滲碳體網(wǎng)狀滲碳體問題：為什么不適用于過共析鋼呢？問題：為什么不適用于過共析鋼呢？完全退火組織P+F問題：問題：亞共析鋼（共析鋼）的平衡狀態(tài)組織？平衡狀態(tài)組織？返回等溫退火：等溫退火：先以較快的速度，將工件加熱到Ac3以上3050，保溫一定時間后，先以較快的冷速冷到珠光體的形成

19、溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體，待等溫轉(zhuǎn)變結(jié)束再快冷。這樣就可大大縮短退火的時間。 完全退火的缺點：完全退火的缺點：所需時間很長，特別是對于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，往往需要幾十小時解決：解決： 為了縮短退火時間，可采用等溫退火?？梢姷葴赝嘶鹚钑r間比完全退火縮短很多。等溫溫度根據(jù)要求的組織和性能而定：等溫溫度越高，則珠光體組織越粗大，鋼的硬度越低。返回u目的：目的：使Fe3C球化，降低硬度； 提高韌性，改善切削加工性； 為以后淬火做準備。u實質(zhì)：實質(zhì)：通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，球化退火后的組織是由鐵素體和球狀滲碳體組成的球狀珠光體。球化退火：球化退火：球化退火工

20、藝：球化退火工藝：Ac1以上20-40度保溫，緩冷應用范圍：應用范圍：過共析鋼，共析鋼組織：組織：球狀P（F+球狀FeC3）返回去應力退火目的：去應力退火目的：消除鑄、鍛、焊件、冷沖壓件（或冷拔件）及機加工的殘余內(nèi)應力。定義： 將工件隨爐緩慢加熱至500650（Ac1點 ），保溫一段時間(50 /h-100 /h)后隨爐緩慢冷卻，至300 -200出爐空冷。退火溫度愈高，內(nèi)應力消除越充分， 退火所需的時間越短。 在去應力退火中不發(fā)生相變。返回返回為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學成分和組織不均勻性，將其加熱到略低于固相線（固相線以下100 200 ）的溫度，長時間保溫（10h15h），并進行緩慢冷卻

21、的熱處理工藝，稱為擴散退火或均勻化擴散退火或均勻化退火退火。返回返回 擴散退火后鋼的晶粒很粗大，因此一般再進行完全退火或正火處理。再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火-中間退火中間退火u定義：定義：把經(jīng)過冷變形處理的鋼把經(jīng)過冷變形處理的鋼加熱到再結(jié)晶溫度以上加熱到再結(jié)晶溫度以上150150250 250 ，保溫后緩慢冷卻的退，保溫后緩慢冷卻的退火工藝方法?；鸸に嚪椒?。 u目的：目的：使形變晶粒重新結(jié)晶成使形變晶粒重新結(jié)晶成均勻的等軸晶粒，以消除形變均勻的等軸晶粒，以消除形變強化和殘余應力。強化和殘余應力。u應用：應用：去除冷變形鋼引起的加去除冷變形鋼引起的加工硬化工硬化 。再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火視頻：退火工藝視

22、頻：退火工藝定義：將工件加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過共析鋼）以上30 50，保溫后從爐中取出在冷卻。u 冷速快（空冷），組織細，強/硬度提高。u 應用范圍廣u 保溫溫度高u共析鋼正火后組織：S，u而退火后組織：P。 3. 改善切削加工性能改善切削加工性能 正火的應用正火的應用l （2）用于低、中碳鋼作為預先熱處理，得合適的硬度便于切削加工。l （3）用于過共析鋼，消除網(wǎng)狀Fe3C，有利于球化退火的進行。l （1）用于普通結(jié)構(gòu)零件，作為最終熱處理，細化晶粒提高機械性能。返回 3.3.從經(jīng)濟性考慮從經(jīng)濟性考慮 2.2.從使用性能考從使用性能考慮慮1.1.從切削加工性考慮從切削加工性考慮（

23、2）從使用性能上考慮）從使用性能上考慮如工件性能要求不太高，隨后不再進行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機械性能。但若零件的形狀比較復雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險，應采用退火。（3）從經(jīng)濟上考慮）從經(jīng)濟上考慮 正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，操作簡便，故在可能的條件下，應優(yōu)先考慮正火。（1）從切削加工性上考慮）從切削加工性上考慮一般金屬的硬度在HB170230范圍內(nèi)，切削性能較好。高則過硬，難加工，刀具磨損快；低則切屑不易斷，刀具發(fā)熱和磨損，加工后零件表面粗糙度大。對于低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預先熱處理比較合適，高碳結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和中碳以上合金鋼則以退火為宜。正火和退火工藝總結(jié)正火和退

24、火工藝總結(jié)視頻：正火工藝視頻：正火工藝 概念：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上3050，保溫一定時間，然后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體（或下貝氏體）的一種操作。目的：獲得馬氏體（或下貝氏體） 。提高硬度和耐磨性下下板條板條針狀針狀返回返回淬火加熱溫度的選擇 淬火冷卻介質(zhì) 淬火方法 中國古代淬火技術(shù)返回返回1.淬火的加熱溫度淬火的加熱溫度淬火加熱溫度是淬火工藝的主要參數(shù)。它的選擇應以得到均勻細小的奧氏體晶粒為原則，以使淬火后獲得細小的馬氏體組織。為防止奧氏體晶粒粗化，淬火加熱溫度一般限制在臨界點以上30一50范圍。細小細小細小細小亞共析鋼: 溫度：Ac3(3050)。 組織：均勻細小

25、的馬氏體組織。 溫度過高:粗大馬氏體組織，嚴重變形溫度過低:組織中出現(xiàn)鐵素體，硬度不足?！败淈c軟點”共析鋼和過共析鋼 溫度： Ac1(3050) 組織：共折鋼: 均勻細小 M M+少量 AA 過共析鋼: 均勻細小 M M+粒狀 FeFe3 3C C+少量 AA 有利于獲得最佳硬度和耐磨性。 溫度過高：粗大的M+較多A，降低了鋼的硬度和耐磨度性，增大淬火變形和開裂傾向。 溫度過低：？u為得到馬氏體組織，淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度Vk。但這必然會產(chǎn)生很大的內(nèi)應力，往往會引起工件變形和開裂，為此人們提出了理想的淬火冷卻曲線 。返回返回時間(s)3001021031041010800-10010

26、0200500600700溫度()0400A1MsMf在“鼻尖”溫度以上，在保證不出現(xiàn)珠光體類型組織的前提下，可以盡量緩冷；在“鼻尖”溫度附近則必須快冷，以躲開“鼻尖”，保證不產(chǎn)生非馬氏體相變；而在Ms點附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉(zhuǎn)變時的相變應力。2 2. .淬火冷卻介質(zhì)淬火冷卻介質(zhì)鹽水鹽水 水水堿浴堿浴油油硝鹽浴硝鹽浴冷卻能力冷卻能力鋼的理想淬火冷卻速度鋼的理想淬火冷卻速度u油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。u熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和

27、油之間，冷卻能力在水和油之間, ,用于用于形狀復雜件的分級淬火和等溫淬火。形狀復雜件的分級淬火和等溫淬火。u聚乙烯醇、硝鹽水溶液聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì)等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì). .2 2. .淬火冷卻介質(zhì)淬火冷卻介質(zhì) 1.1.單液淬火法單液淬火法3.3.分級淬火法分級淬火法 4.4.等溫淬火法等溫淬火法6 6冷處理冷處理 5.5.局部淬火法局部淬火法2.2.雙液淬火法雙液淬火法采用不同的淬火方法可彌補介采用不同的淬火方法可彌補介質(zhì)的不足。質(zhì)的不足。 1 1、單液淬火法、單液淬火法加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。卻到室溫的淬火方法。操

28、作簡單，易實現(xiàn)自動化操作簡單，易實現(xiàn)自動化。 2 2、雙液淬火法、雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強的介質(zhì)工件先在一種冷卻能力強的介質(zhì)中冷，卻躲過鼻尖后，再在另中冷，卻躲過鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如水淬水淬油冷，油淬空冷油冷，油淬空冷. .優(yōu)點是冷卻理想，缺點是不易掌優(yōu)點是冷卻理想，缺點是不易掌握。用于形狀復雜的碳鋼件及握。用于形狀復雜的碳鋼件及大型合金鋼件。大型合金鋼件。 3 3、分級淬火法、分級淬火法 在在MsMs附近的鹽浴或堿浴中附近的鹽浴或堿浴中淬火，待內(nèi)外溫度均勻后淬火，待內(nèi)外溫度均勻后再取出緩冷。再取

29、出緩冷。鹽浴爐鹽浴爐 4 4、等溫淬火法、等溫淬火法l 將工件在稍高于將工件在稍高于 Ms Ms 的的鹽浴或堿浴中保溫足夠鹽浴或堿浴中保溫足夠長時間，從而獲得長時間，從而獲得下貝下貝氏體氏體組織的淬火方法。組織的淬火方法。l 經(jīng)等溫淬火零件具有良經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學性能，淬好的綜合力學性能，淬火應力小火應力小. .l 適用于形狀復雜及要求適用于形狀復雜及要求較高的小型件。較高的小型件。爐冷爐冷 F + P空冷空冷 F + S油冷油冷 T + M水冷水冷 M爐冷爐冷 P + Fe3C空冷空冷 S + Fe3C油冷油冷 T + M + A水冷水冷 M + A返回返回中國在春秋晚期已掌握

30、冶鐵技術(shù)。戰(zhàn)國時期，冶鐵業(yè)已逐漸盛行，到了晚期，不僅能煉出高碳鋼，并掌握了淬火技術(shù)，于是開始進入以鐵兵器代替銅兵器的時代。戰(zhàn)國晚期還出現(xiàn)了鐵制鎧甲。西漢史記天官書中有“水與火合為淬”一說， 正確地說出了鋼鐵加熱、水冷的淬火熱處理工藝要點。漢書王褒傳中記載有“清水淬其鋒”的制劍技術(shù)。明代科學家宋應星在天工開物一書中對鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝作了詳細的論述。返回返回 現(xiàn)代淬火工藝方法不僅有奧氏體化直接淬火，而且還有能夠控制淬火后的組織和性能及減少變形的各種淬火工藝方法，甚至可以把淬火冷卻過程直接與熱加工工序結(jié)合起來，如激光淬火、真空淬火、鑄后淬火、鍛后淬火、形變淬火等。淬火工藝方法應根據(jù)材料及其

31、對組織、性能和工件尺寸精度的要求，在保證技術(shù)條件要求的前提下，充分考慮經(jīng)濟性和實用性來選擇。 淬透性是指鋼在淬火淬透性是指鋼在淬火時形成馬氏體的能力。通時形成馬氏體的能力。通常以鋼在規(guī)定的條件下常以鋼在規(guī)定的條件下淬火時獲得淬硬層深淬火時獲得淬硬層深度的能力來衡量。度的能力來衡量。1.1.鋼的淬硬性和淬透性鋼的淬硬性和淬透性1.1.鋼的淬硬性和淬透性鋼的淬硬性和淬透性 鋼在理想的淬火條件下，獲得馬氏體后能達到的最高硬度。鋼的淬硬性取決于含鋼的淬硬性取決于含碳量的高低碳量的高低。 淬透性與淬硬性？淬透性與淬硬性？淬透性淬透性是鋼淬火時獲得M的能力！淬硬性淬硬性是鋼淬火獲得M的硬度！淬透性與具體工

32、件的淬透深度？淬透性與具體工件的淬透深度？淬透性淬透性是鋼的一種屬性，在相同的奧氏體化溫度下淬火時，其淬透性是不變的！具體工件的淬透深度具體工件的淬透深度是指在實際生產(chǎn)條件下得到半馬氏體區(qū)至工件表面的距離，是不確定的，受淬透性、工件尺寸、冷卻介質(zhì)等的影響。鋼件淬硬深度、硬度分布與冷卻速度的關(guān)系鋼件淬硬深度、硬度分布與冷卻速度的關(guān)系2 2. .淬透性的測定淬透性的測定1 1）臨界直徑法臨界直徑法2 2）末端淬火法末端淬火法末端淬火法及淬透性曲線末端淬火法及淬透性曲線3 3. .影響鋼的淬透性的因素影響鋼的淬透性的因素碳的質(zhì)量分數(shù)碳的質(zhì)量分數(shù)合金元素合金元素AB未溶第二相未溶第二相D奧氏體化的溫奧

33、氏體化的溫度度C5 5. .鋼的淬火缺陷鋼的淬火缺陷鋼的淬火缺陷產(chǎn)生的原因、后果、防止與補救方法鋼的淬火缺陷產(chǎn)生的原因、后果、防止與補救方法視頻：鋼的淬火視頻：鋼的淬火 對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當聚集，將硬度降低，以利于切削加工。（1）（2）（3）（4）獲得工件所要求的力學性能。穩(wěn)定工件尺寸。降低脆性，消除或減少內(nèi)應力。淬火鋼回火時不同溫度下的組織狀態(tài)淬火鋼回火時不同溫度下的組織狀態(tài)4545 鋼的回火組鋼的回火組織織 回火組織與一般組織相比具有較優(yōu)回火組織與一般組織相比具有較優(yōu)的性能，如硬度相同時，回火托氏體和回火的性能，如硬度相同時，回火

34、托氏體和回火索氏體比一般托氏體（油淬）和索氏體（正索氏體比一般托氏體（油淬）和索氏體（正火）具有更高的強度、塑性和韌性，這主要火）具有更高的強度、塑性和韌性，這主要是組織形態(tài)不同導致的是組織形態(tài)不同導致的。2 2、中溫回火（、中溫回火（350-500350-500）CC 組織：組織：T T回回=F=F針針+Fe3C+Fe3C粒粒目的：目的：獲得高的彈性極限、獲得高的彈性極限、屈服點和較好的韌性。又稱屈服點和較好的韌性。又稱彈性處理。硬度為彈性處理。硬度為35-45HRC.35-45HRC.應用：應用：彈性零件及熱鍛模具彈性零件及熱鍛模具等。等。 淬火鋼的韌性淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升并不總是

35、隨溫度升高而提高。高而提高。 在某些溫度范在某些溫度范圍內(nèi)回火時，會出圍內(nèi)回火時，會出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱回火脆性現(xiàn)象，稱回火脆性。 1.低溫回火脆性低溫回火脆性2.高溫回火脆性高溫回火脆性 1 1、第一類回火脆性、第一類回火脆性u又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在250-350250-350回火時出現(xiàn)的回火時出現(xiàn)的脆性。脆性。l這種回火脆性是不可逆的，這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內(nèi)回火只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會出現(xiàn)脆性，目前尚無就會出現(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法。有效消除辦法。l回火時應避開這一溫度范回火時應避開這一溫度范圍。圍。

36、 2 2、第二類回火脆性、第二類回火脆性u 又稱可逆回火脆性。是指淬又稱可逆回火脆性。是指淬 火鋼在火鋼在500-650500-650范圍內(nèi)回范圍內(nèi)回 火后緩冷時出現(xiàn)的脆性火后緩冷時出現(xiàn)的脆性. .回火后快冷不出現(xiàn)，是可逆的。回火后快冷不出現(xiàn)，是可逆的。u 防止辦法：防止辦法： 回火后快冷?；鼗鸷罂炖?。 加入合金元素加入合金元素W (W (約約1%)1%)、 Mo(Mo(約約0.5%)0.5%)。該法。該法更適用于大截面的零部件更適用于大截面的零部件視頻：鋼的回火視頻：鋼的回火工藝的核心：使零件具有“表硬里韌”的力學性能。表面淬火目的：表面淬火目的： 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限；使表

37、面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限； 心部在保持一定的強度、硬度的條件下，具心部在保持一定的強度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。 0.40.5%C的中碳鋼的中碳鋼 含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降；含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降； 含碳量過高，心部韌性下降。含碳量過高，心部韌性下降。 鑄鐵鑄鐵 提高其表面耐磨性。提高其表面耐磨性。機床導軌機床導軌表面淬火齒輪表面淬火齒輪工藝：工藝： 對于結(jié)構(gòu)鋼為對于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)或或正正火火，前者性能高，用于，前者性能高，用于要

38、求高的重要件，后者要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。用于要求不高的普通件。目的目的: : 為表面淬火作組織準為表面淬火作組織準備；備； 獲得最終心部組織。獲得最終心部組織。 回火索氏體索氏體預備熱處理采用低溫回火，溫度不高于采用低溫回火，溫度不高于200。回火目的為降低內(nèi)應力，保留淬火高硬度、回火目的為降低內(nèi)應力，保留淬火高硬度、耐磨性。耐磨性。表面淬火后的回火表層組織為表層組織為M回回；心部組織為；心部組織為S回回(調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì))或或F+S(正火正火)。表面淬火+低溫回火后的組織感應加熱：感應加熱：利用交變電流在工件利用交變電流在工件表面感應巨大渦流，使工件表面表面感應巨大渦流，使工件表

39、面迅速加熱的方法。迅速加熱的方法。表面淬火常用加熱方法感應加熱表面淬火示意感應加熱表面淬火示意圖圖 11工件；工件； 22感應線圈；感應線圈； 33淬火噴水管；淬火噴水管；44加熱淬火層加熱淬火層 特點：特點：（1）加熱速度快。 （2）淬火質(zhì)量好。 （3）淬硬層深度易于控制，易實現(xiàn)機械化和自動化，適用于大批量生產(chǎn)。 火焰加熱火焰加熱: : 利用乙炔火焰直接加熱利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。量不易控制。11火焰燒嘴；火焰燒嘴； 22噴水噴水管；管；33淬硬層；淬硬層； 4 4工工件件 特點：特點：加熱溫度及淬硬層深度不易控制，易產(chǎn)生過熱和

40、加熱不均勻，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。不需要特殊設備，適用于單件或小批量生產(chǎn)。 激光表面熱處理激光表面熱處理激光熱處理激光熱處理: : 利用高能量密度的激光對工件表利用高能量密度的激光對工件表面進行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好。面進行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好。化學熱處理是將鋼件放在一定的活性介質(zhì)中加化學熱處理是將鋼件放在一定的活性介質(zhì)中加熱和保溫，使一種或幾種活性原子滲入其表面，熱和保溫，使一種或幾種活性原子滲入其表面，改變表面的化學成分和組織，從而改善表面性改變表面的化學成分和組織，從而改善表面性能的熱處理工藝。能的熱處理工藝。進行的條件：進行的條件：滲入元素的原子必須是活性原子，而且具有較滲入元素的

41、原子必須是活性原子，而且具有較大的擴散能力；大的擴散能力；零件本身具有吸收滲入原子的能力，即對滲入零件本身具有吸收滲入原子的能力，即對滲入原子有一定的溶解度或能與之化合，形成化合原子有一定的溶解度或能與之化合，形成化合物。物。化學熱處理的過程化學熱處理的過程分解分解 吸收吸收 擴散擴散 化學介質(zhì)在高溫化學介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的下釋放出待滲的活性原子活性原子活性原子被零活性原子被零件表面吸收和件表面吸收和溶解溶解活性原子由零件活性原子由零件表面向內(nèi)部擴散，表面向內(nèi)部擴散，形成一定的擴散形成一定的擴散層層與表面淬火相比，化學熱處理不僅改變鋼的表與表面淬火相比，化學熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改

42、變其化學成分。層組織，還改變其化學成分?；瘜W熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一?；瘜W熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據(jù)滲入的元素不同，化學熱處理可分為：根據(jù)滲入的元素不同，化學熱處理可分為： 滲碳、滲碳、氮化、氮化、碳氮共滲。碳氮共滲?？煽貧夥諠B碳爐可控氣氛滲碳爐滲碳回火爐滲碳回火爐是指向鋼的表面滲入碳原是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。子的過程。滲碳目的滲碳目的提高工件表面硬度、提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，耐磨性及疲勞強度，同時保持心部良好同時保持心部良好的韌性。的韌性。滲碳用鋼滲碳用鋼為含為含0.10.25%C的低碳鋼，碳高則的低碳鋼，碳高則心部韌性降低。心部韌性降低。 經(jīng)

43、滲碳的機車從動齒輪1 1. .鋼的滲碳鋼的滲碳氣體滲碳法示意圖(a)氣體滲碳法將工件放入密封爐內(nèi)，將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳氣氛中滲在高溫滲碳氣氛中滲碳；碳；滲劑為氣體滲劑為氣體 ( (煤氣、煤氣、液化氣等液化氣等) )或有機液體或有機液體( (煤油、甲醇等煤油、甲醇等) )；優(yōu)點優(yōu)點: : 質(zhì)量好質(zhì)量好, , 效率高；效率高；缺點缺點: : 滲層成分與深滲層成分與深度不易控制。度不易控制。滲碳方法滲碳方法(c)真空滲碳法l 將工件放入真空滲碳爐中，抽將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳氣體加熱滲碳；真空后通入滲碳氣體加熱滲碳；l 優(yōu)點優(yōu)點: : 表面質(zhì)量好表面質(zhì)量好, , 滲碳速度快

44、。滲碳速度快。真空滲碳爐(b)固體滲碳法將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳；將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳；滲劑為木炭；滲劑為木炭；優(yōu)點：操作簡單；優(yōu)點：操作簡單；缺點：滲速慢，勞動條件差。缺點：滲速慢，勞動條件差。滲碳溫度：為滲碳溫度：為900950。 每保溫每保溫1小時，厚度增加小時，厚度增加0.20.3mm； 滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）：滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）：一般為一般為0.52.5mm。低碳鋼滲碳緩冷后的組織低碳鋼滲碳緩冷后的組織l滲碳層表面含碳量：滲碳層表面含碳量：以以0.851.05為最好。為最好。l滲碳緩冷后組織：滲碳緩冷后組織：表層為表層為P+Fe3C； 心部為心部為F+P；中間；中間為過渡區(qū)。為過渡區(qū)。滲碳后的熱處理滲碳后的熱處理目的：為了充分發(fā)揮滲碳層的作用，使零件表目的：為了充分發(fā)揮滲碳層的作用，使零件表面獲得高硬度和高耐磨性，心部保持足夠的強面獲得高硬度和高耐磨性，心部保持足夠的強度和韌性。度和韌性。滲碳后的熱處理示意圖滲碳后的熱處理示意圖直接淬火 一次淬火 二次淬火淬火方法：淬火方法：預冷淬火法：滲碳后預冷到略高于預冷淬火法：滲碳后預冷到略高于Ar1溫度溫度(830850)直接淬火；直接