第六章鋼的熱處理(同濟王國華)20131128

1、第第6章章 鋼的熱處理鋼的熱處理(heat treatment)熱處理的三個階段：熱處理的三個階段：加熱、保溫、冷卻。加熱、保溫、冷卻。臨界點臨界點保溫保溫1加熱加熱2溫度溫度時間時間1 等溫處理等溫處理 2連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻圖圖 熱處理工藝曲線示意圖熱處理工藝曲線示意圖熱處理：將固熱處理：將固態(tài)金屬或合金態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中在一定介質(zhì)中加熱、保溫和加熱、保溫和冷卻，以改變冷卻，以改變材料整體或表材料整體或表面組織，從而面組織，從而獲得所需性能獲得所需性能的工藝。的工藝。 成份成份工藝工藝組織、結(jié)構(gòu)組織、結(jié)構(gòu)性能性能應(yīng)用應(yīng)用工程材料工程材料研究的主線：研究的主線： 例：軸，選材：例：軸，選材

2、：4545鋼。硬度要求為：鋼。硬度要求為：220HB220HB250HB250HB；軸頸和錐孔進行表面淬火，硬度要求；軸頸和錐孔進行表面淬火，硬度要求為為52HRC52HRC。 (1)(1)確定工藝路線、熱處理工藝確定工藝路線、熱處理工藝 (2)(2)分析組織與性能分析組織與性能 答答:(1):(1)工藝路線：鍛造工藝路線：鍛造正火正火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工表面淬火表面淬火+ +低溫回火低溫回火磨削加工。磨削加工。(1)(1)工藝路線工藝路線 熱軋鋼板（帶）下料一鍛（軋）柄部熱軋鋼板（帶）下料一鍛（軋）柄部- -正火正火- -球化球化退火退火- -機加工機加工- -淬火淬火- -低溫

3、回火低溫回火。Ac1=730Ac1=730Accm=830Accm=830例：板挫例：板挫 對板挫的要求：表面刃部有高的硬度（對板挫的要求：表面刃部有高的硬度（64HRC-64HRC-67HRC67HRC），柄部硬度），柄部硬度35HRCST(3)性能：硬度性能：硬度TSP關(guān)于珠光體類型的組織關(guān)于珠光體類型的組織：圖圖 共析鋼過冷共析鋼過冷A的等溫轉(zhuǎn)變組織的等溫轉(zhuǎn)變組織貝氏體貝氏體(bainite)類型的組織：類型的組織：上貝氏體上貝氏體(B上上)：550350 中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變550 Ms之間之間圖圖 共析鋼過冷共析鋼過冷A的等溫轉(zhuǎn)變曲線的等溫轉(zhuǎn)變曲線下貝氏體下貝氏體(B下下)：350 Ms

4、(1)本質(zhì)本質(zhì)上上B:小片狀的成排的滲碳體分布在鐵素體片中間。小片狀的成排的滲碳體分布在鐵素體片中間。下下B:鐵素體針內(nèi)沿一定方向分布著細(xì)小的碳化物鐵素體針內(nèi)沿一定方向分布著細(xì)小的碳化物(Fe 2.4 C)顆粒。顆粒。(2)形態(tài)形態(tài)上上B:羽毛狀羽毛狀; 下下B:黑色針狀黑色針狀(3)性能性能上上B:強度和韌性都較差。強度和韌性都較差。下下B:硬度高、韌性好，具有較好的綜合機械性能。硬度高、韌性好，具有較好的綜合機械性能。關(guān)于貝氏體關(guān)于貝氏體 羽毛狀，小片狀的滲碳體分布在成排的鐵素體片之間。羽毛狀，小片狀的滲碳體分布在成排的鐵素體片之間。 鐵素體呈暗黑色，滲碳體呈亮白色鐵素體呈暗黑色，滲碳體呈

5、亮白色上貝氏體上貝氏體(upper bainite)鐵素體針細(xì)小，無方向性，碳的過飽和度大，鐵素體針細(xì)小，無方向性，碳的過飽和度大，位錯密度高，且碳化物分布均勻，彌散度大。位錯密度高，且碳化物分布均勻，彌散度大。下貝氏體下貝氏體(lower bainite)高溫轉(zhuǎn)變：高溫轉(zhuǎn)變：A1550A1 650 F+ P650 600 F+S600 550 F+T 在高溫區(qū)過冷奧氏體將先有在高溫區(qū)過冷奧氏體將先有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。W(C) ,C曲線左移，曲線左移，Ms、Mf線往上移。線往上移。(2)亞共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變亞共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖圖 亞共析鋼過冷亞共析鋼過冷

6、A的的 等溫轉(zhuǎn)變曲線等溫轉(zhuǎn)變曲線高溫轉(zhuǎn)變：高溫轉(zhuǎn)變：A1550A1 650 Fe3C+ P650 600 Fe3C+S600 550 Fe3C+T 在高溫區(qū)過冷奧氏體將在高溫區(qū)過冷奧氏體將先有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體先有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體W(C) ,C曲線左移，曲線左移，Ms、Mf線往下移。線往下移。(3)過共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖圖 過共析鋼過冷過共析鋼過冷A的的 等溫轉(zhuǎn)變曲線等溫轉(zhuǎn)變曲線2.過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物Ps線為過冷線為過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)橹檗D(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織的開始線。光體型組織的開始線。(1) 共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變共析鋼過冷奧氏體

7、的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變共析鋼過冷共析鋼過冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(Continuous Cooling Transformation CCT曲線曲線,)Pf線為轉(zhuǎn)變終了線。線為轉(zhuǎn)變終了線。KK線為過冷線為過冷A轉(zhuǎn)變中止線。轉(zhuǎn)變中止線。Vk 為上臨界冷卻速度，為上臨界冷卻速度， Vk 為下臨界冷卻速度為下臨界冷卻速度圖圖 共析鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線共析鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線 一般用等溫轉(zhuǎn)變曲線來分析一般用等溫轉(zhuǎn)變曲線來分析，但注意下述幾點：，但注意下述幾點：VVk：在：在Ms Mf，低溫轉(zhuǎn)變，低溫轉(zhuǎn)變, 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體M+ （殘余奧氏體（殘余奧氏體A）V0.6%，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中應(yīng)標(biāo)上殘

8、余，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中應(yīng)標(biāo)上殘余AW(C)0.6%，殘余，殘余A可忽略可忽略d. 馬氏體形成時體積膨脹，在鋼中造成很大馬氏體形成時體積膨脹，在鋼中造成很大的內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重時將使被處理零件開裂。的內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重時將使被處理零件開裂。 形態(tài)與性能形態(tài)與性能性能：低碳性能：低碳M :強度高，塑性、韌性也好。強度高，塑性、韌性也好。 高碳高碳M :硬而脆、塑性、韌性極差。硬而脆、塑性、韌性極差。 W(C)1.0%時，高碳時，高碳M (孿晶馬氏體孿晶馬氏體) 。形態(tài)為針狀。形態(tài)為針狀。0.25%W(C)1.0%時，為板條狀和針狀馬氏體的混時，為板條狀和針狀馬氏體的混合物。合物。碳質(zhì)量越高，馬氏體硬度越高。碳質(zhì)量越高

9、，馬氏體硬度越高。高碳馬氏體高碳馬氏體-針狀馬氏體、孿晶馬氏體針狀馬氏體、孿晶馬氏體性能：硬而脆，塑性和韌性極差性能：硬而脆，塑性和韌性極差低碳馬氏體低碳馬氏體-板條狀馬氏體板條狀馬氏體一束束平行排列的細(xì)板條組成。一束束平行排列的細(xì)板條組成。性能：強度高、塑性和韌性也好性能：強度高、塑性和韌性也好(2) 亞共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變亞共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖圖 亞共析鋼過冷亞共析鋼過冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷：爐冷：F+P空冷：空冷：F+S油冷：油冷：T+M+(殘余殘余A)水冷：水冷：M+(殘余殘余A)(3) 過共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)

10、變圖圖 過共析鋼過冷過共析鋼過冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷：爐冷：P+Fe3C空冷：空冷：S+Fe3C油冷：油冷：T+M+殘余殘余A水冷：水冷：M+殘余殘余A6.3 鋼的普通熱處理鋼的普通熱處理四把火四把火退火退火正火正火淬火淬火回火回火低溫回火低溫回火中溫回火中溫回火高溫回火高溫回火熱處理爐熱處理爐1.退火退火(anneal) 將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度，保將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（一般為溫一定時間，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻隨爐冷卻），），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。退火

11、退火擴散退火擴散退火(diffusing annealing )完全退火完全退火(full annealing )球化退火球化退火(spheroidizing annealing )去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火(relif annealing )等溫退火等溫退火(isothermal annealing )圖圖 碳鋼各種退火和正火工藝規(guī)范示意圖碳鋼各種退火和正火工藝規(guī)范示意圖熱處理工藝組織目的完全退火完全退火( (重結(jié)晶退重結(jié)晶退火火) )亞共析鋼：Ac3+20 30F+P組織均勻化和細(xì)化，得到接近平衡狀態(tài)的組織，以降低硬度，改善切削加工性能。由于冷卻速度緩慢，還可消除內(nèi)應(yīng)力。等溫退火等溫退火亞共析鋼

12、：高于Ac3過共析鋼：高于Ac1快冷到A1 550 之間，保溫，然后再緩慢冷卻。同上球化退火球化退火過共析鋼：高于Ac1F、Fe3C（球狀）使二次滲碳體或珠光體中的滲碳體球化，以降低硬度，改善切削加工性能。擴散退火擴散退火熔點以下100 200 減少化學(xué)成份和組織的不均勻去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火Ac1線以下(一般為500 600 )消除工件中殘留內(nèi)應(yīng)力 表表 退火的工藝、組織和目的退火的工藝、組織和目的2.正火正火(normalize) 鋼材或鋼件加熱到鋼材或鋼件加熱到AcAc3 3（對于亞共析鋼）和（對于亞共析鋼）和AccmAccm（對于過共析鋼）以上（對于過共析鋼）以上30-5030-50，保

13、溫適當(dāng)時間，保溫適當(dāng)時間后，在自由流動的空氣中均勻冷卻的熱處理工藝。后，在自由流動的空氣中均勻冷卻的熱處理工藝。正火視頻正火視頻加熱溫度組織目的亞共析鋼Ac3+30 50F+S（1）作為最終熱處理：細(xì)化晶粒、均勻組織（2）作為預(yù)先熱處理：對結(jié)構(gòu)較大的合金結(jié)構(gòu)鋼，淬火或調(diào)質(zhì)前常進行正火，消除魏氏組織和帶狀組織，并獲得細(xì)小而均勻的組織。（3）改善切削加工性能： 調(diào)整硬度過過共析鋼Accm+30 50S+ Fe3C 表表 正火的工藝、組織和目的正火的工藝、組織和目的3.淬火淬火(quench) 將鋼件加熱到相變溫度以上，保溫一定時將鋼件加熱到相變溫度以上，保溫一定時間，然后快速冷卻以獲得馬氏體組織的

14、熱處間，然后快速冷卻以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。理工藝。淬火視頻淬火視頻(1)(1)淬火工藝淬火工藝淬火溫度淬火溫度亞共析鋼：亞共析鋼：AcAc3 3+30 +30 50 50過共析鋼：過共析鋼： AcAc1 1+30 +30 50 50圖圖 鋼的淬火溫度范圍鋼的淬火溫度范圍鋼的淬火鋼的淬火溫度范圍溫度范圍加熱時間的確定加熱時間的確定升溫和保溫升溫和保溫常用水和油。常用水和油。淬火冷卻介質(zhì)淬火冷卻介質(zhì)淬火用水的溫度控制在淬火用水的溫度控制在3030以下。以下。水一般用于碳鋼。水一般用于碳鋼。油一般用于合金鋼。油一般用于合金鋼。為了減少零件淬火時的變形，可用鹽浴作淬火介質(zhì)。為了減少零件淬火時的

15、變形，可用鹽浴作淬火介質(zhì)。淬火方法淬火方法淬火方法淬火方法單介質(zhì)淬火單介質(zhì)淬火雙介質(zhì)淬火雙介質(zhì)淬火分級淬火分級淬火等溫淬火等溫淬火圖圖 不同淬火方法示意圖不同淬火方法示意圖(2)(2)鋼的淬透性鋼的淬透性鋼的淬透性及其測定方法鋼的淬透性及其測定方法鋼的淬透性：鋼接受淬火時形成馬氏體的能力。鋼的淬透性：鋼接受淬火時形成馬氏體的能力。容易形成馬氏體的鋼淬透性高容易形成馬氏體的鋼淬透性高( (好好) )，反之則低，反之則低( (差差) )淬透性可用淬透性可用“末端淬火法末端淬火法”來測定來測定。圖圖 末端淬火法末端淬火法淬透性可用淬透性可用“末端淬火法末端淬火法”來測定來測定。圖圖 末端淬火法末端淬

16、火法表示表示dHRCJ淬透性值用淬透性值用J J表示末端淬火的淬透性；表示末端淬火的淬透性；d d表示距冷水端的距離；表示距冷水端的距離；HRCHRC為該處的硬度。為該處的硬度。542J表示距水冷端表示距水冷端5mm5mm試試樣硬度為樣硬度為42HRC42HRC。淬透層深度：從試樣表面至半馬氏淬透層深度：從試樣表面至半馬氏體區(qū)體區(qū)( (馬氏體與非馬氏體組織各占一馬氏體與非馬氏體組織各占一半半) )的距離。的距離。 鋼在規(guī)定淬火條鋼在規(guī)定淬火條件下，可以達(dá)到的淬硬層深度。件下，可以達(dá)到的淬硬層深度。在同樣淬火條件下，淬透層深在同樣淬火條件下，淬透層深度越大，鋼的淬透越好。度越大，鋼的淬透越好。鋼

17、的淬硬性：鋼淬火后硬度會大幅度提高，鋼的淬硬性：鋼淬火后硬度會大幅度提高， 能夠達(dá)到的最高硬度。能夠達(dá)到的最高硬度。鋼的淬硬性主要取決于馬氏體的碳含量。鋼的淬硬性主要取決于馬氏體的碳含量。影響淬透性的因素影響淬透性的因素a.a.碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)亞共析鋼，亞共析鋼，w(C)w(C)淬透性淬透性過共析鋼，過共析鋼，w(C)w(C)淬透性淬透性共析鋼淬透性最好。共析鋼淬透性最好。臨界冷卻速度越小，鋼的淬透性越好。臨界冷卻速度越小，鋼的淬透性越好。b.b.合金元素合金元素除除CoCo外，其余合金元素降低臨界冷卻速度，是外，其余合金元素降低臨界冷卻速度，是C C曲曲線右移，提高淬透性。線右移，提高淬

18、透性。合金鋼往往比碳鋼的淬透性好。合金鋼往往比碳鋼的淬透性好。c.c.奧氏體化溫度奧氏體化溫度提高奧氏體化溫度，增加淬透性。提高奧氏體化溫度，增加淬透性。d.d.鋼中未溶第二相鋼中未溶第二相鋼中未溶第二相，降低淬透性。鋼中未溶第二相，降低淬透性。淬透性曲線的應(yīng)用淬透性曲線的應(yīng)用( (20CrNiMo; 40Gr; 45) )圖圖 利用淬透性曲線利用淬透性曲線 比較鋼的淬透性比較鋼的淬透性圖圖 淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì) 后機械性能的比較后機械性能的比較4.回火回火(temper) 鋼件淬火后，為了消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求的鋼件淬火后，為了消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求的組織和性能，將其加熱到組

19、織和性能，將其加熱到Ac1Ac1以下某一溫度，保溫以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝叫做回火。一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝叫做回火。 ( (應(yīng)力，不穩(wěn)定應(yīng)力，不穩(wěn)定M M，殘余，殘余A)A) 1） 馬氏體的分解（馬氏體的分解（ 100） 2） 殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（ 200300） 3） 碳化物的轉(zhuǎn)變（碳化物的轉(zhuǎn)變（ 250450） 4） 滲碳體的聚集長大和鐵素體再結(jié)晶（滲碳體的聚集長大和鐵素體再結(jié)晶（ 450） (1)回火的目的回火的目的(2)回火時組織的轉(zhuǎn)變回火時組織的轉(zhuǎn)變消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求的組織和性能消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求的組織和性能回火回火

20、溫度溫度低溫回火低溫回火(low tempering)：150250中溫回火中溫回火(middle tempering) ： 350500高溫回火高溫回火(high tempering) ： 500650回火時間：一般為小時?；鼗饡r間：一般為小時。 回火冷卻：一般空冷?；鼗鹄鋮s：一般空冷。(3)回火的工藝回火的工藝圖圖 回火馬氏體（回火回火馬氏體（回火M）性能：性能：高碳回火馬氏體：強度、硬度高碳回火馬氏體：強度、硬度高、塑性、韌性差。高、塑性、韌性差。低碳回火馬氏體：高的強度與低碳回火馬氏體：高的強度與韌性韌性, ,硬度、耐磨性也較好。硬度、耐磨性也較好?；鼗瘃R氏體回火馬氏體=碳化物碳化物(

21、Fe2.4C) +過飽和的過飽和的固溶體固溶體(過飽和度下降過飽和度下降)目的：降低淬火應(yīng)力，提高工件的韌性，保證淬火后目的：降低淬火應(yīng)力，提高工件的韌性，保證淬火后的高硬度的高硬度(58HRC64HRC)和高耐磨性。和高耐磨性。低溫回火：低溫回火：150250應(yīng)用：主要用于高碳工具鋼等應(yīng)用：主要用于高碳工具鋼等組織：回火馬氏體組織：回火馬氏體+A圖圖 回火屈氏體（回火回火屈氏體（回火T）性能：屈服強度與彈性極限高。性能：屈服強度與彈性極限高。，同時也有一定的韌性，硬度，同時也有一定的韌性，硬度一般為一般為35HRC35HRC45HRC45HRC。組織：回火屈氏體組織：回火屈氏體=鐵素體與鐵素

22、體與大量彌散分布的細(xì)粒狀滲碳體大量彌散分布的細(xì)粒狀滲碳體的混合物。的混合物。鐵素體保留鐵素體保留M體形態(tài)，碳化物稍粗體形態(tài)，碳化物稍粗應(yīng)用：主要用于處理各類彈簧應(yīng)用：主要用于處理各類彈簧中溫回火：中溫回火：350500圖圖 回火索氏體（回火回火索氏體（回火S）性能：綜合機械性能好。性能：綜合機械性能好。即強度、塑性和韌性都比即強度、塑性和韌性都比較好，硬度一般為較好，硬度一般為25HRC25HRC35HRC35HRC。組織：回火索氏體組織：回火索氏體=細(xì)粒細(xì)粒狀滲碳體和鐵素體基體狀滲碳體和鐵素體基體的混合物。的混合物。應(yīng)用：主要用于軸、連桿、齒輪等應(yīng)用：主要用于軸、連桿、齒輪等高溫回火：高溫回

23、火：500650調(diào)質(zhì)處理：淬火調(diào)質(zhì)處理：淬火+ +高溫回火高溫回火回火溫度與性能的關(guān)系：回火溫度與性能的關(guān)系：隨著回火溫度的升高，碳鋼的硬度、強度降低，隨著回火溫度的升高，碳鋼的硬度、強度降低，塑性提高。塑性提高。 （殘（殘A轉(zhuǎn)變，強度稍升；轉(zhuǎn)變，強度稍升；T太高太高-晶粒長大晶粒長大-塑性下降）塑性下降）圖圖 鋼的硬度隨鋼的硬度隨回火溫度的變化回火溫度的變化圖圖 40鋼機械性能與鋼機械性能與回火溫度的關(guān)系回火溫度的關(guān)系回火脆性：在回火脆性：在250400和和450650兩個溫兩個溫度區(qū)間回火后，鋼的沖擊韌性明顯下降。度區(qū)間回火后，鋼的沖擊韌性明顯下降。例：直徑為例：直徑為10mm的共析鋼加熱

24、到相變點以上的共析鋼加熱到相變點以上（A1以上以上30），用圖所示的冷卻曲線冷卻，），用圖所示的冷卻曲線冷卻，各應(yīng)得到什么組織？各屬于何種熱處理方法？各應(yīng)得到什么組織？各屬于何種熱處理方法？ a. 馬氏體馬氏體+ +殘余奧氏體；淬火殘余奧氏體；淬火g.g.珠光體；等溫退火珠光體；等溫退火b.b.馬氏體馬氏體+ +殘余奧氏體；分級淬火殘余奧氏體；分級淬火c.c.屈氏體屈氏體+ +馬氏體馬氏體+ +殘余奧氏體；淬火（油冷殘余奧氏體；淬火（油冷) )d.d.下下貝氏體；等溫淬火貝氏體；等溫淬火e.e.索氏體；正火索氏體；正火f.f.珠光體；退火珠光體；退火碳鋼組織總結(jié)鐵碳相圖的室溫組織鐵碳相圖的室溫

25、組織鐵素體鐵素體(F,ferrite)：碳在碳在-Fe中的間隙固溶體。中的間隙固溶體。滲碳體，滲碳體，F(xiàn)e3C(Cm,cementite)：Fe與與C形成的一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。形成的一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。珠光體珠光體(P,pearlite) ：鐵素體與滲碳體的共析鐵素體與滲碳體的共析(兩相兩相)混合物?；旌衔铩＿^冷奧氏體轉(zhuǎn)變的組織過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的組織高溫轉(zhuǎn)變的組織：高溫轉(zhuǎn)變的組織：珠光體珠光體(P,pearlite)索氏體索氏體(S,sorbite)屈氏體，托氏體屈氏體，托氏體(T,troostite)中溫轉(zhuǎn)變的組織：中溫轉(zhuǎn)變的組織：上貝氏體上貝氏體(上上B,upper ba

26、inite)下貝氏體下貝氏體(下下B,lower bainite)低溫轉(zhuǎn)變的組織：低溫轉(zhuǎn)變的組織：馬氏體馬氏體(M,martensite)低碳馬氏體、板條馬氏體、位錯馬氏體低碳馬氏體、板條馬氏體、位錯馬氏體高碳馬氏體、針狀馬氏體、孿晶馬氏體、隱晶馬氏體高碳馬氏體、針狀馬氏體、孿晶馬氏體、隱晶馬氏體奧氏體奧氏體(A, austenite)：過冷奧氏體過冷奧氏體(supercooled austenite)：回火時的組織回火時的組織低溫回火：回火馬氏體低溫回火：回火馬氏體(回火回火M)中溫回火：回火屈氏體中溫回火：回火屈氏體高溫回火：回火索氏體高溫回火：回火索氏體球化退火時的組織球化退火時的組織在

27、鐵素體基體上分布著細(xì)小均勻的球狀滲碳體。在鐵素體基體上分布著細(xì)小均勻的球狀滲碳體。魏氏體：鐵素體沿晶界分布并呈針狀插入珠光體內(nèi)。魏氏體：鐵素體沿晶界分布并呈針狀插入珠光體內(nèi)。其他其他請對碳鋼組織進行總結(jié):(1)組織名稱(2)名詞解釋(3)形成條件(4)形態(tài)(5)性能畫出退火狀態(tài)下亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼的顯微組織圖。6.4 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理表面熱處理概念：僅對鋼的表面加熱、冷卻而不改表面熱處理概念：僅對鋼的表面加熱、冷卻而不改變其成分的熱處理工藝。（表面組織）變其成分的熱處理工藝。（表面組織）按加熱方式分按加熱方式分 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱 火焰加熱火焰加熱電接觸加熱電接觸加熱 電解加

28、熱電解加熱 1.感應(yīng)加熱表面熱處理感應(yīng)加熱表面熱處理(1)基本原理：感應(yīng)線圈中通以交流電時，即在其基本原理：感應(yīng)線圈中通以交流電時，即在其內(nèi)部和周圍產(chǎn)生一與電流相同頻率的交變磁場，若內(nèi)部和周圍產(chǎn)生一與電流相同頻率的交變磁場，若把工件置于磁場中，則在工件內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，把工件置于磁場中，則在工件內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，并由于電阻的作用而被加熱。并由于電阻的作用而被加熱。圖圖 感應(yīng)加熱表面淬火示意圖感應(yīng)加熱表面淬火示意圖電流透入工件表層的深度，主要與電流電流透入工件表層的深度，主要與電流的頻率有關(guān)。對于碳鋼存在以下關(guān)系：的頻率有關(guān)。對于碳鋼存在以下關(guān)系：f500為電流透入深度為電流透入深度(mm);

29、f 為電流的頻率為電流的頻率(Hz)。(2)適用的鋼種：中碳鋼和中碳低合金鋼適用的鋼種：中碳鋼和中碳低合金鋼(3)特點特點表面硬度比一般淬火高表面硬度比一般淬火高2-3HRC，而且脆性低，而且脆性低 殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強度殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強度 工件的氧化脫碳少，淬火變形小工件的氧化脫碳少，淬火變形小加熱溫度和淬硬層厚度易控制。加熱溫度和淬硬層厚度易控制。2.火焰表面熱處理火焰表面熱處理火焰表面加熱淬火，是用乙炔火焰表面加熱淬火，是用乙炔-氧等火焰加熱工件氧等火焰加熱工件表面，進行淬火。表面，進行淬火。圖圖 火焰表面加熱淬火示意圖火焰表面加熱淬火示意圖6.5鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)

30、熱處理概念：將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)化學(xué)熱處理概念：將鋼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面，改變其中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進表面性能，滿足技術(shù)要化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進表面性能，滿足技術(shù)要求的熱處理過程。求的熱處理過程。三個過程三個過程 介質(zhì)的分解介質(zhì)的分解 表面的吸收表面的吸收原子擴散原子擴散 分類分類 滲碳滲碳 氮化氮化碳氮共滲碳氮共滲滲硼滲硼滲鋁等滲鋁等1.滲碳滲碳 滲碳：為了增加表層的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和獲得一滲碳：為了增加表層的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和獲得一定碳濃度梯度，鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱和保溫，定碳濃度梯度，鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱

31、和保溫，使碳原子滲入表面的工藝稱為滲碳。使碳原子滲入表面的工藝稱為滲碳。(1)滲碳的目的滲碳的目的 使低碳使低碳 (碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%0.3%)鋼件表面獲鋼件表面獲得高碳濃度得高碳濃度(碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1.0%),在經(jīng)過適當(dāng)淬火在經(jīng)過適當(dāng)淬火+回回火后，提高表面硬度、耐磨性和疲勞強度，而使心火后，提高表面硬度、耐磨性和疲勞強度，而使心部仍保持良好的韌性和塑性。部仍保持良好的韌性和塑性。 主要用于同時受嚴(yán)重磨損和較大沖擊載荷的零主要用于同時受嚴(yán)重磨損和較大沖擊載荷的零件。件。(2)滲碳方法：常用氣體滲碳法。滲碳方法：常用氣體滲碳法。 將工件裝在密封的滲碳爐中，加熱到將工件裝在

32、密封的滲碳爐中，加熱到900950，向爐內(nèi)滴入易分解的有機液體，向爐內(nèi)滴入易分解的有機液體(如煤油、苯等如煤油、苯等)，或直接通入滲碳?xì)怏w，或直接通入滲碳?xì)怏w(如煤氣、石油液化氣等如煤氣、石油液化氣等)，產(chǎn)生，產(chǎn)生下列反應(yīng)產(chǎn)生活性碳。碳原子滲入工件表面，然后擴下列反應(yīng)產(chǎn)生活性碳。碳原子滲入工件表面，然后擴散進去。散進去。2COCO2+CCO2+H2 H2 O+CCnH2n nH2 +nCCnH2n +2 (n+1)H2 +nC(3)滲碳工藝滲碳工藝 滲碳溫度：滲碳溫度：900950。 900滲碳保溫滲碳保溫1h，滲層厚度為，滲層厚度為0.5mm, 保溫保溫4h，滲層厚度為，滲層厚度為1mm滲層

33、的厚度：從表面到過渡層的一半處。滲層的厚度：從表面到過渡層的一半處。 滲層厚度一般為滲層厚度一般為0.5mm2.5mm(4)滲碳后的熱處理滲碳后的熱處理 滲碳后直接淬火滲碳后直接淬火(830 850 )+低溫回火低溫回火(5)組織和性能組織和性能表層：高碳回火表層：高碳回火M+碳化物碳化物+殘余殘余A; 硬度高、疲勞強度高。硬度高、疲勞強度高。心部：低碳回火心部：低碳回火M(或含鐵素體、屈氏體或含鐵素體、屈氏體)2.氮化氮化 氮化：向鋼件表面滲入氮的工藝。目的在于氮化：向鋼件表面滲入氮的工藝。目的在于更大地提高鋼件表面的硬度和耐磨性，提高疲勞更大地提高鋼件表面的硬度和耐磨性，提高疲勞強度。強度

34、。 3.碳氮共滲碳氮共滲 碳氮共滲：同時向零件表面滲入碳和氮的化學(xué)碳氮共滲：同時向零件表面滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝，也稱氰化。熱處理工藝，也稱氰化。6.6鋼的熱處理新技術(shù)鋼的熱處理新技術(shù)新技術(shù)新技術(shù)可控氣氛熱處理可控氣氛熱處理真空熱處理真空熱處理離子滲擴熱處理離子滲擴熱處理 形變熱處理形變熱處理 激光加熱表面淬火激光加熱表面淬火 6.7 6.7 熱處理的工序位置熱處理的工序位置 熱處理是機械制造過程中的重要工序熱處理是機械制造過程中的重要工序, ,正確正確使用熱處理方法使用熱處理方法, ,合理安排熱處理工序在零件或合理安排熱處理工序在零件或工具加工工藝路線中的位置工具加工工藝路線中的位置,

35、,對于改善鋼的切削對于改善鋼的切削加工性能加工性能, ,保證零件或工具的質(zhì)量保證零件或工具的質(zhì)量, ,滿足使用性滿足使用性能的要求能的要求, ,具有重要意義。具有重要意義。預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理包括退火、正火、調(diào)質(zhì)處理等包括退火、正火、調(diào)質(zhì)處理等, ,退火退火與正火通常安排在零件或工具毛坯生產(chǎn)之后與正火通常安排在零件或工具毛坯生產(chǎn)之后, ,切切削加工之前削加工之前, ,其目的是消除殘余應(yīng)力、調(diào)整組織其目的是消除殘余應(yīng)力、調(diào)整組織, ,改善切削加工性能改善切削加工性能, ,為最終熱處理作準(zhǔn)備。為最終熱處理作準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理一般安排在粗加工之后一般安排在粗加工之后, ,精加工之前精加工之前,

36、,目的是獲得良好的綜合力學(xué)性能目的是獲得良好的綜合力學(xué)性能, ,并為最終熱并為最終熱處理作準(zhǔn)備。粗加工之前一般不進行調(diào)質(zhì)處處理作準(zhǔn)備。粗加工之前一般不進行調(diào)質(zhì)處理理, ,以免粗加工時將表層大部分調(diào)質(zhì)組織切除以免粗加工時將表層大部分調(diào)質(zhì)組織切除而失去調(diào)質(zhì)處理的作用。對于使用性能要求而失去調(diào)質(zhì)處理的作用。對于使用性能要求不高的零件不高的零件, ,退火、正火、調(diào)質(zhì)處理也可作為退火、正火、調(diào)質(zhì)處理也可作為最終熱處理使用。最終熱處理使用。最終熱處理最終熱處理包括淬火、回火、表面熱處理及包括淬火、回火、表面熱處理及化學(xué)熱處理等化學(xué)熱處理等, ,其目的是獲得零件或工具所需其目的是獲得零件或工具所需的使用性能

37、。零件或工具經(jīng)最終熱處理后的使用性能。零件或工具經(jīng)最終熱處理后, ,硬硬度較高度較高, ,因此因此除磨削加工外除磨削加工外, ,一般不進行其它一般不進行其它形式的切削加工形式的切削加工, ,故最終熱處理通常安排在精故最終熱處理通常安排在精加工之后。加工之后。下面介紹典型零件的選材及熱處理工序位置下面介紹典型零件的選材及熱處理工序位置安排。安排。1 1、齒輪、齒輪一般選用一般選用4545鋼或鋼或40Cr40Cr鋼制造鋼制造, ,其熱處理技術(shù)條其熱處理技術(shù)條件為件為: :正火正火230 - 280HBS;230 - 280HBS;調(diào)質(zhì)；調(diào)質(zhì)；齒表面齒表面, ,表面表面淬火和低溫回火淬火和低溫回火50 - 54HRC50 - 54HRC。工藝路線工藝路線: :下料下料鍛造鍛造正火正火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工高頻感應(yīng)加熱表面淬火和低溫回高頻感應(yīng)加熱表面淬火和低溫回火火精磨。精磨。正火的目的正火的目的是細(xì)化晶粒、消除殘余應(yīng)力、改是細(xì)化晶粒、消除殘余應(yīng)力、改善切削加工性能善切削加工性能; ;調(diào)質(zhì)處理的目的調(diào)質(zhì)處理的目的是使零件的心部具有足夠的是使零件的心部具有足夠的強度和韌性強度和韌性, ,以承受彎曲、扭轉(zhuǎn)及沖擊載荷的以承受彎曲、扭轉(zhuǎn)及沖擊載荷的作用作用, ,并為表面熱處理作準(zhǔn)備并為表面熱處理作準(zhǔn)備; ;高頻感應(yīng)加熱表面淬火的目的高頻感應(yīng)加熱表面淬火的目的是