機械工程材料_第5章_鋼熱處理2_-_河北工業(yè)大學(xué)

1、2022-5-21第五章第五章鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝5-3鋼的退火和正火鋼的退火和正火5-4鋼的淬火鋼的淬火5-5鋼的回火鋼的回火5-6鋼的表面淬火鋼的表面淬火5-7鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理 一、鋼的退火一、鋼的退火鋼的退火：將（組織偏離平衡狀態(tài)的）鋼加熱到適當(dāng)鋼的退火：將（組織偏離平衡狀態(tài)的）鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定的時間，然后溫度，保溫一定的時間，然后緩慢冷卻緩慢冷卻（一般為爐冷（一般為爐冷至至550后空冷），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處后空冷），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。理工藝。（一）退火的目的（一）退火的目的1細化晶粒（使熱加工造成的粗大不均勻組織均勻化、細化晶粒

2、（使熱加工造成的粗大不均勻組織均勻化、細化；細化； 2使中碳以上的碳鋼和合金鋼得到接近平衡狀態(tài)組織，使中碳以上的碳鋼和合金鋼得到接近平衡狀態(tài)組織，降低硬度，以利于切削加工。降低硬度，以利于切削加工。3由于冷卻速度緩慢，可消除內(nèi)應(yīng)力，防止淬火變形由于冷卻速度緩慢，可消除內(nèi)應(yīng)力，防止淬火變形與開裂。與開裂。4. 為最終熱處理（淬火、回火）做好組織上的準備。為最終熱處理（淬火、回火）做好組織上的準備。 （二）退火種類及應(yīng)用（二）退火種類及應(yīng)用 （n如：冷軋后的如：冷軋后的15鋼板，為鋼板，為HB采用完全退采用完全退 火工藝?；鸸に?。n ZG35鑄造齒輪為消除組織應(yīng)力采用完全鑄造齒輪為消除組織應(yīng)力采用

3、完全 退火工藝。退火工藝。n 鍛造過熱的鍛造過熱的60鋼坯為了細化晶粒，消除鍛鋼坯為了細化晶粒，消除鍛 造應(yīng)力也可采用完全退火工藝，一般采用造應(yīng)力也可采用完全退火工藝，一般采用 正火。正火。完全退火舉例完全退火舉例2022-5-26等溫退火等溫退火n一般是將鋼件加熱到Ac3+（3050）（亞共析鋼）或Ac1+（3050）（過共析鋼）保溫后，在Ar1以下某一溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織。n等溫退火的目的與完全退火相同。n與普通退火相比的優(yōu)點：1）由于珠光體轉(zhuǎn)變在恒溫下完成，易于控制，并能獲得均勻的預(yù)期組織；2）對于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，由于等溫處理前后可較快冷卻，?？纱蟠罂s短退火周

4、期。如圖5-22給出了高速鋼的等溫退火與普通退火工藝。 n組織：P型組織等溫退火工藝等溫退火工藝圖圖2 高速鋼等溫退火工藝路線高速鋼等溫退火工藝路線2022-5-28球化退火工藝球化退火工藝n定義：為使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝。定義：為使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝。n目的：碳化物（目的：碳化物（Fe3C、P中的中的Fe3C）球狀化，）球狀化，細化晶粒，細化晶粒，HB利于切削加工。利于切削加工。n加熱溫度：加熱溫度：TAc1+(3050)n適用鋼種：適用于共析及過共析碳鋼或合金鋼。適用鋼種：適用于共析及過共析碳鋼或合金鋼。n退火前的組織狀態(tài)：細片狀的退火前的組織狀態(tài)：細片狀的P n退火后組

5、織：細小均勻的球狀滲碳體分布在連退火后組織：細小均勻的球狀滲碳體分布在連續(xù)的鐵素體基體上。續(xù)的鐵素體基體上。 2022-5-29球化退火工藝球化退火工藝 球化退火工藝過程球化退火工藝過程T8鋼球化退火后的粒狀珠光體鋼球化退火后的粒狀珠光體 擴散退火擴散退火 （均勻化退火）（均勻化退火）定義：是將鋼加熱到略低于固相線的溫度，長時間定義：是將鋼加熱到略低于固相線的溫度，長時間保溫（保溫（1020 h），以消除成分偏析的熱處理工），以消除成分偏析的熱處理工藝。藝。 加熱溫度；略低于固相線溫度。加熱溫度；略低于固相線溫度。亞共析鋼：亞共析鋼：TAc3 + （150300)過共析鋼：過共析鋼：TAccm

6、+（150300)目的：為了消除晶內(nèi)偏析，使成分均勻化目的：為了消除晶內(nèi)偏析，使成分均勻化實質(zhì)：使合金元素的原子充分擴散。實質(zhì)：使合金元素的原子充分擴散。適用于：合金鋼鑄鐵和鑄錠。適用于：合金鋼鑄鐵和鑄錠。后續(xù)處理：保溫后續(xù)處理：保溫1020小時退火后晶粒較粗大，一小時退火后晶粒較粗大，一般還須進行完全退火或正火處理。般還須進行完全退火或正火處理。2022-5-212擴散退火工藝擴散退火工藝2022-5-213去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火n又稱低溫退火，是將鋼加熱至低于又稱低溫退火，是將鋼加熱至低于Ac1的某一溫的某一溫度（一般是度（一般是500650），保溫后隨爐緩冷至），保溫后隨爐緩冷至低于低于3

7、00200出爐空冷的熱處理工藝。出爐空冷的熱處理工藝。 n目的：不發(fā)生相變，常用于消除鑄、鍛、焊及目的：不發(fā)生相變，常用于消除鑄、鍛、焊及機加工后工件的殘余應(yīng)力，以穩(wěn)定尺寸，減少機加工后工件的殘余應(yīng)力，以穩(wěn)定尺寸，減少變形。變形。n T=200 300 保溫緩冷彈簧去應(yīng)力退火保溫緩冷彈簧去應(yīng)力退火n再結(jié)晶退火，用于消除冷變形加工產(chǎn)生的加工再結(jié)晶退火，用于消除冷變形加工產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象。其工藝過程是將這類工件加熱到再硬化現(xiàn)象。其工藝過程是將這類工件加熱到再結(jié)晶溫度以上結(jié)晶溫度以上150250，保溫后緩慢冷卻，保溫后緩慢冷卻，其目的是消除殘余應(yīng)力、改善組織、降低硬度其目的是消除殘余應(yīng)力、改善組織

8、、降低硬度和提高塑性。和提高塑性。 2022-5-214去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火二二. 鋼的正火鋼的正火n正火：正火是將鋼加熱到正火：正火是將鋼加熱到Ac3（對于亞共析鋼）（對于亞共析鋼）或或Accm（對于過共析鋼）點以上（對于過共析鋼）點以上3050，保溫，保溫一定時間，完全奧氏體化后在自由流動的空氣中一定時間，完全奧氏體化后在自由流動的空氣中冷卻從而得到珠光體類組織的的熱處理工藝。冷卻從而得到珠光體類組織的的熱處理工藝。加熱溫度加熱溫度2022-5-216正火的主要應(yīng)用正火的主要應(yīng)用 （一）（一）n（1）作為預(yù)先熱處理；）作為預(yù)先熱處理； 可消除中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、可消除中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛、焊等熱加工

9、產(chǎn)生的組織缺陷（如晶粒粗大、鍛、焊等熱加工產(chǎn)生的組織缺陷（如晶粒粗大、魏氏組織、帶狀組織等），細化晶粒，均勻化組魏氏組織、帶狀組織等），細化晶粒，均勻化組織，消除內(nèi)應(yīng)力，為后序熱處理作組織準備?？?，消除內(nèi)應(yīng)力，為后序熱處理作組織準備。n對過共析鋼正火可消除或抑制網(wǎng)狀二次滲碳體量對過共析鋼正火可消除或抑制網(wǎng)狀二次滲碳體量的形成，為球化退火作組織準備。如：的形成，為球化退火作組織準備。如：T12鋼退火鋼退火組織中的組織中的Fe3C網(wǎng)（連續(xù)網(wǎng)），球化退火前必須網(wǎng)（連續(xù)網(wǎng)），球化退火前必須先進行先進行正火正火以消除以消除Fe3C網(wǎng)，得到片層狀網(wǎng)，得到片層狀P然后再然后再進行球化退火。進行球化退火。20

10、22-5-217正火的主要應(yīng)用正火的主要應(yīng)用 （二）（二）n（2）改善切削加工性。）改善切削加工性。一般來說，鋼的硬度為一般來說，鋼的硬度為170230 HB，組織中無大塊鐵素體時，切削加，組織中無大塊鐵素體時，切削加工性較好。對于工性較好。對于低、中碳結(jié)構(gòu)低、中碳結(jié)構(gòu)，正火可得到合適，正火可得到合適的硬度，改善切削加工性。的硬度，改善切削加工性。n（3）作為最終熱處理。）作為最終熱處理。 正火可以細化晶粒，均正火可以細化晶粒，均勻化組織，減少亞共析鋼中的鐵素體含量，從而勻化組織，減少亞共析鋼中的鐵素體含量，從而增加珠光體含量；而由于冷卻較快，正火組織中增加珠光體含量；而由于冷卻較快，正火組織

11、中珠光體片層較細，提高了鋼的強度和硬度。因此，珠光體片層較細，提高了鋼的強度和硬度。因此，對于機械性能要求不高的普通結(jié)構(gòu)鋼零件，可以對于機械性能要求不高的普通結(jié)構(gòu)鋼零件，可以用正火作為最終熱處理。用正火作為最終熱處理。退火與正火對比退火與正火對比 54 鋼的淬火鋼的淬火1、淬火的目的（淬火回火）、淬火的目的（淬火回火） 淬火的目在于提高材料的強度、硬度和耐磨性，與回火配淬火的目在于提高材料的強度、硬度和耐磨性，與回火配合后可賦予工件最終的使用性能。合后可賦予工件最終的使用性能。 1.提高強度、硬度和耐磨性提高強度、硬度和耐磨性-采用淬火低回采用淬火低回 組織為組織為M回回-碳化物，用于各種工模

12、具。碳化物，用于各種工模具。2.提高彈性提高彈性-采用淬火中回；組織為采用淬火中回；組織為 T回火回火 （+），用于各種彈簧。），用于各種彈簧。3.提高綜合性能采用淬火高回；組織為提高綜合性能采用淬火高回；組織為 S回火回火 （+），用于各種軸類。），用于各種軸類。一、鋼的淬火一、鋼的淬火 （二）淬火溫度的選擇（二）淬火溫度的選擇 圖圖4 鋼的淬火溫度范圍鋼的淬火溫度范圍2、 淬火溫度的選擇淬火溫度的選擇n 亞共析鋼亞共析鋼: TAAc3 （3050） T過高晶粒粗大；過高晶粒粗大；T過低欠熱，有自由過低欠熱，有自由F硬度不足。硬度不足。n過共析鋼過共析鋼:TAAc1（3050）n (1)T過

13、高，碳化物溶解，過高，碳化物溶解，M片片易于變形和開裂易于變形和開裂n (2)選擇選擇TAAc1（3050）溫度加熱保留部分未熔）溫度加熱保留部分未熔碳化物，以提高鋼的硬度與耐磨性，同時由于降低了碳化物，以提高鋼的硬度與耐磨性，同時由于降低了A中的中的C含量，使基體的含量，使基體的C，使，使M條條， b， 、k 。n合金鋼：奧氏體化溫度可以適當(dāng)升高。因為大多數(shù)合金合金鋼：奧氏體化溫度可以適當(dāng)升高。因為大多數(shù)合金元素都能阻礙元素都能阻礙A 晶粒的長大，使晶粒的長大，使A化溫度升高?；瘻囟壬摺?如：如：W18Cr4V鋼，鋼，Ac1860880， TA=1280,晶粒度為晶粒度為9級。級。 202

14、2-5-2223、加熱與保溫時間、加熱與保溫時間n加熱時間包括升溫和保溫兩個階段。加熱時間包括升溫和保溫兩個階段。n通常以裝爐后爐溫達到淬火設(shè)定溫度所需通常以裝爐后爐溫達到淬火設(shè)定溫度所需時間為時間為升溫時間升溫時間，并以此作為保溫時間的，并以此作為保溫時間的開始。開始。n保溫時間保溫時間則指工件溫度均勻并完成奧氏體則指工件溫度均勻并完成奧氏體化所需的時間。化所需的時間。n加熱與保溫加熱與保溫時間的長短時間的長短受鋼的化學(xué)成分、受鋼的化學(xué)成分、工件形狀和尺寸、加熱爐類型等多種因素工件形狀和尺寸、加熱爐類型等多種因素的影響。保證工件透熱、內(nèi)部組織充分轉(zhuǎn)的影響。保證工件透熱、內(nèi)部組織充分轉(zhuǎn)變的前提

15、下，盡量縮短加熱與保溫時間。變的前提下，盡量縮短加熱與保溫時間。 4、 淬火冷卻介質(zhì)淬火冷卻介質(zhì) 圖圖5 理想冷卻速度理想冷卻速度理想冷卻速度：理想冷卻速度： 1）在）在Ac1650之間慢冷，以之間慢冷，以熱熱應(yīng)力應(yīng)力 2）在）在650400 之間快冷，以避之間快冷，以避開開“鼻尖；防發(fā)生鼻尖；防發(fā)生非非M相變相變 3）在400 以下慢冷，以慢冷，以組織應(yīng)組織應(yīng)力。力。 常用淬火介質(zhì)介紹常用淬火介質(zhì)介紹結(jié)論：碳素鋼一般采用水冷或鹽水冷卻。結(jié)論：碳素鋼一般采用水冷或鹽水冷卻。 油油20#機油，機油，4080（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式

16、（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式鹽浴和堿浴鹽浴和堿浴 鹽浴和堿?。ㄓ扇苋诘柠}浴和堿?。ㄓ扇苋诘腘aNO3+KNO3，KOH+NaOH，KCl+NaCl+BaCl2等組成）主等組成）主要用作等溫淬火、分級淬火的冷卻介質(zhì)。要用作等溫淬火、分級淬火的冷卻介質(zhì)。 2022-5-2265、單液淬火單液淬火 指在一種淬火介質(zhì)中冷卻指在一種淬火介質(zhì)中冷卻 到底的工藝。到底的工藝。優(yōu)點：單液淬火法操作簡優(yōu)點：單液淬火法操作簡單，易實現(xiàn)機械化，應(yīng)單，易實現(xiàn)機械化，應(yīng)用較廣。用較廣。缺點：單液淬火組織應(yīng)力、缺點：單液淬火組織應(yīng)力、熱應(yīng)力都較大，淬火變熱應(yīng)力都較大，淬火變形較大。水淬變形開裂形

17、較大。水淬變形開裂傾向大，油淬冷卻能力傾向大，油淬冷卻能力低，大件淬不硬。低，大件淬不硬。雙液淬火雙液淬火分級淬火 2022-5-228分級淬火分級淬火先將奧氏體化后的工件淬先將奧氏體化后的工件淬入溫度稍高于入溫度稍高于Ms點的點的鹽?。ɑ驂A?。┲?，保鹽?。ɑ驂A浴）中，保溫適當(dāng)?shù)臅r間，待工件溫適當(dāng)?shù)臅r間，待工件內(nèi)外都達到介質(zhì)溫度，內(nèi)外都達到介質(zhì)溫度，在奧氏體轉(zhuǎn)變前取出空在奧氏體轉(zhuǎn)變前取出空冷完成馬氏體轉(zhuǎn)變。冷完成馬氏體轉(zhuǎn)變。 分級淬火是在空冷中發(fā)生分級淬火是在空冷中發(fā)生M相變的，內(nèi)應(yīng)力小。相變的，內(nèi)應(yīng)力小。 等溫淬火等溫淬火圖圖6 6 不同淬火法示意圖不同淬火法示意圖1 1單液淬火單液淬火 2

18、 2雙液淬火雙液淬火3 3分級淬火分級淬火4 4等溫淬火等溫淬火 單液淬火應(yīng)力單液淬火應(yīng)力 雙液淬火雙液淬火 分級淬火分級淬火 等溫淬火等溫淬火 ( ( 應(yīng)力最小應(yīng)力最小) 2022-5-230其它淬火其它淬火n5.局部淬火局部淬火 n6.冷處理冷處理 ：用干冰（固態(tài)CO2）和酒精混合獲得-70-80的低溫，也可使用液化乙烯（-130）或液氮（-192）等介質(zhì)-提高硬度、耐磨性，穩(wěn)定尺寸，但應(yīng)力較大，應(yīng)注意及時回火。 鋼的淬透性鋼的淬透性 淬透層深度（淬透層深度（） 表層（表層（100M）至半）至半M層（層（50M）的深度。淬透）的深度。淬透層深度層深度 （）越大，鋼的淬透性越好）越大，鋼的淬

19、透性越好n 鋼的淬透性主要取決于鋼的臨界淬火速度大小，鋼的淬透性主要取決于鋼的臨界淬火速度大小，與工件尺與工件尺寸、淬火介質(zhì)無關(guān)寸、淬火介質(zhì)無關(guān) 。n 鋼的臨界淬火速度越小，鋼的臨界淬火速度越小，C曲線越靠右，鋼的淬透性越好。曲線越靠右，鋼的淬透性越好。因此凡能提高過冷因此凡能提高過冷A穩(wěn)定性，使穩(wěn)定性，使C曲線右移，從而降低臨界曲線右移，從而降低臨界冷卻速度的因素，都能提高鋼的淬透性。冷卻速度的因素，都能提高鋼的淬透性。（1）碳含量）碳含量 在正常加熱條件下，亞共析鋼的在正常加熱條件下，亞共析鋼的C曲線隨碳含量曲線隨碳含量的增加向右移，臨界冷卻速度降低，淬透性增大；過共析的增加向右移，臨界冷

20、卻速度降低，淬透性增大；過共析鋼的鋼的C曲線隨碳含量的增加向左移，臨界冷卻速度增大，曲線隨碳含量的增加向左移，臨界冷卻速度增大，淬透性降低。淬透性降低。（2）合金元素）合金元素 除鈷以外，大多數(shù)合金元素溶入奧氏體后均使除鈷以外，大多數(shù)合金元素溶入奧氏體后均使C曲線向右移，降低臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。曲線向右移，降低臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。（3）加熱條件）加熱條件 提高加熱溫度或延長保溫時間提高加熱溫度或延長保溫時間一方面可使更多一方面可使更多的合金元素溶入奧氏體；同時使奧氏體晶粒長大，成分均的合金元素溶入奧氏體；同時使奧氏體晶粒長大，成分均勻化，從而減少了形核率，二者都能穩(wěn)定過冷奧

21、氏體，勻化，從而減少了形核率，二者都能穩(wěn)定過冷奧氏體，使使C曲線向右移，提高鋼的淬透性。曲線向右移，提高鋼的淬透性。 （4）鋼中未溶第二相）鋼中未溶第二相 未溶入奧氏體的碳化物、氮化物及其它未溶入奧氏體的碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物，由于能促進奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形核，減少非金屬夾雜物，由于能促進奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形核，減少過冷奧氏體的穩(wěn)定性，過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使淬透性降低。使淬透性降低。 影響淬透性的因素影響淬透性的因素2022-5-233鋼的淬硬性鋼的淬硬性 n鋼在理想條件下淬火所能達到的最高硬度稱為鋼的淬硬性淬硬性。n鋼的淬硬性淬硬性主要取決于馬氏體中的碳含量馬氏體中的碳含量，也就是淬火

22、前奧氏體中碳含量，碳含量越高，淬硬性越好。n淬硬性與鋼的淬透性是兩個不同的概念 2022-5-234 淬透性的實際應(yīng)用淬透性的實際應(yīng)用n1、大截面零件或動載荷下工作應(yīng)選高淬透、大截面零件或動載荷下工作應(yīng)選高淬透性鋼。性鋼。 如：如：W18Cr4V、9CrSi n2. 形狀復(fù)雜的或形狀簡單，尺寸較大的零件形狀復(fù)雜的或形狀簡單，尺寸較大的零件應(yīng)選高淬透性鋼。應(yīng)選高淬透性鋼。n3. 焊接零件應(yīng)選低淬透性鋼。焊接零件應(yīng)選低淬透性鋼。 2022-5-2355-5 鋼的回火鋼的回火定義：回火是將淬火鋼加熱到定義：回火是將淬火鋼加熱到Acl以下某一溫以下某一溫度，經(jīng)保溫適當(dāng)時間后冷卻到室溫的熱處理工度，經(jīng)保

23、溫適當(dāng)時間后冷卻到室溫的熱處理工藝。藝。 回火目的：回火目的：）淬火得到的淬火馬氏體組織很脆，存在較）淬火得到的淬火馬氏體組織很脆，存在較大的內(nèi)應(yīng)力，容易產(chǎn)生變形和開裂。大的內(nèi)應(yīng)力，容易產(chǎn)生變形和開裂。）淬火馬氏體和殘余奧氏體都是亞穩(wěn)定組織，）淬火馬氏體和殘余奧氏體都是亞穩(wěn)定組織，在適當(dāng)條件下有可能分解，導(dǎo)致零件形狀、尺在適當(dāng)條件下有可能分解，導(dǎo)致零件形狀、尺寸和使用性能的變化。寸和使用性能的變化。）為獲得要求的強度硬度塑性和韌性。）為獲得要求的強度硬度塑性和韌性。因此淬火鋼一般不直接使用，必須進行回火。因此淬火鋼一般不直接使用，必須進行回火。2022-5-2361.馬氏體分解馬氏體分解 （T

24、400）n由多邊形的鐵素體和粒狀滲碳體組成的回火組織稱為回火索氏體，用S回 表示。n性能：在這個階段，鋼的強度、硬度進一步下降，塑性、韌性進一步提高。 T回Fe3CF不斷聚集長大顆粒狀或球狀Fe3C回復(fù)、再結(jié)晶等軸晶多邊形的FS回2022-5-241二、回火的分類和應(yīng)用 根據(jù)回火溫度和對淬火鋼力學(xué)性能的要求，一般將回火分為三類 ：回火組織：回火組織：回火馬氏體，硬度可到5864 HRC目的：目的：是在保證淬火后工件的高硬度、高耐磨性的基礎(chǔ)上，降低淬火應(yīng)力，提高工件韌性。應(yīng)用：應(yīng)用：處理各種切削刀具、冷作模具、量具、滾動軸承、表面淬火件及滲碳件等。 1.低溫回火（低溫回火（150250）圖圖58

25、 回火針片狀馬氏體回火針片狀馬氏體圖圖59 回火隱晶馬氏體回火隱晶馬氏體回火組回火組 織：織： 回火屈氏體（回火屈氏體（T回回），硬度一般為），硬度一般為3545 HRC。 金相形態(tài)：金相形態(tài)：Fe3C呈微細粒狀彌散分布在呈微細粒狀彌散分布在F基體基體上。上。目的：目的：使鋼件具有高的彈性極限及屈服極限，使鋼件具有高的彈性極限及屈服極限，一定的韌性。一定的韌性。 應(yīng)用：應(yīng)用：各種彈簧。各種彈簧。 如：如：60Si2Mn、65Mn、 60、65、85鋼。鋼。2. 中溫回火（中溫回火（350500）調(diào)質(zhì)處理：調(diào)質(zhì)處理：淬火高溫回火淬火高溫回火組織：組織：回火索氏體（回火索氏體（S回回），硬度一般為

26、），硬度一般為25-35HRC。金相形態(tài)金相形態(tài)：在在F基體上均勻分布細粒狀基體上均勻分布細粒狀Fe3C 。性能：性能：較高的強度和硬度（較高的強度和硬度（200350HB），良好的塑性），良好的塑性和韌性。及即具有良好的綜合機械性能。和韌性。及即具有良好的綜合機械性能。 應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用于各種重要的機器結(jié)構(gòu)件，特別是受交變載應(yīng)用于各種重要的機器結(jié)構(gòu)件，特別是受交變載荷的零件，如各種軸類、連桿、齒輪、螺栓等。如：荷的零件，如各種軸類、連桿、齒輪、螺栓等。如：40Cr、45、40CrNiMo鋼等。鋼等。 3.高溫回火（高溫回火（500650）回火索氏體組織回火索氏體組織45鋼（鋼（f f 204

27、0mm）調(diào)質(zhì)和正火組織及機械性能比較）調(diào)質(zhì)和正火組織及機械性能比較由此表可以看出：由此表可以看出：45鋼鋼調(diào)質(zhì)處理的性能比調(diào)質(zhì)處理的性能比正火后性能綜合機械性正火后性能綜合機械性能好，不僅強度高，塑能好，不僅強度高，塑性、韌性也較好。性、韌性也較好。 2022-5-246三淬火鋼在回火時性能的變化三淬火鋼在回火時性能的變化圖圖14淬火鋼隨回火溫度的升高硬度變化淬火鋼隨回火溫度的升高硬度變化2022-5-247 四回火脆性四回火脆性圖圖16 鋼的沖擊韌性回火隨回火溫鋼的沖擊韌性回火隨回火溫 度的變化（回火脆性）度的變化（回火脆性）回火脆性回火脆性：淬火淬火鋼在某一回火溫鋼在某一回火溫度范圍內(nèi)，隨

28、著度范圍內(nèi)，隨著回火溫度的升高回火溫度的升高，鋼的沖擊韌性，鋼的沖擊韌性下降的現(xiàn)象稱為下降的現(xiàn)象稱為回火脆性?；鼗鸫嘈浴蓚€溫度區(qū)間：兩個溫度區(qū)間：250-400C，450-650C2022-5-248第第類回火脆性類回火脆性n第第類回火脆性：類回火脆性： 250400 （低溫回火脆性）（低溫回火脆性）n特點：特點：幾乎所有的鋼都存在這類脆性。這種回火脆性幾乎所有的鋼都存在這類脆性。這種回火脆性是不可逆的，一旦產(chǎn)生，無法用回火的方法消除，只是不可逆的，一旦產(chǎn)生，無法用回火的方法消除，只能重新加熱淬火。能重新加熱淬火。n產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：一般認為，低溫回火脆性與薄片狀碳化物一般認為，低溫回火脆

29、性與薄片狀碳化物沿界面析出以及殘余奧氏體的分解等有關(guān)。沿界面析出以及殘余奧氏體的分解等有關(guān)。n降低脆性措施：降低脆性措施：n1）一般應(yīng)避開該溫度區(qū)間回火，例如改用較高溫度短）一般應(yīng)避開該溫度區(qū)間回火，例如改用較高溫度短時間快速回火；時間快速回火；n2）在鋼中加入少量）在鋼中加入少量Si，則可以提高脆化溫度區(qū)間。，則可以提高脆化溫度區(qū)間。n3）改用等溫淬火處理獲得貝氏體組織也可提高韌性。）改用等溫淬火處理獲得貝氏體組織也可提高韌性。 2022-5-249第第類回火脆性類回火脆性n450650（高溫回火脆性）（高溫回火脆性）n產(chǎn)生鋼種：產(chǎn)生鋼種：一些合金鋼，尤其是含一些合金鋼，尤其是含Ni、Cr、

30、Mn等合金元素的合等合金元素的合金鋼，淬火后在金鋼，淬火后在450650之間回火時出現(xiàn)的脆性現(xiàn)象，稱為高之間回火時出現(xiàn)的脆性現(xiàn)象，稱為高溫回火脆性。溫回火脆性。n特點：特點：這種回火脆性是可逆的，這些合金鋼加熱到脆化溫度以上這種回火脆性是可逆的，這些合金鋼加熱到脆化溫度以上慢冷或在脆化溫度長時間保溫均會出現(xiàn)脆性，但當(dāng)將已產(chǎn)生脆性慢冷或在脆化溫度長時間保溫均會出現(xiàn)脆性，但當(dāng)將已產(chǎn)生脆性的工件重新加熱到的工件重新加熱到600以上快冷時，又可消除脆性。以上快冷時，又可消除脆性。n產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：一般認為高溫回火脆性與一般認為高溫回火脆性與Sb、Sn、P等雜質(zhì)元素在等雜質(zhì)元素在原奧氏體晶界偏聚有關(guān)

31、，鋼中的原奧氏體晶界偏聚有關(guān)，鋼中的Ni、Cr、Mn等合金元素促進雜等合金元素促進雜質(zhì)的偏聚，而且這些元素也向晶界偏聚，從而加大了這類回火脆質(zhì)的偏聚，而且這些元素也向晶界偏聚，從而加大了這類回火脆性的傾向。性的傾向。n防止辦法主要有：防止辦法主要有：n1盡量減少鋼中雜質(zhì)元素含量；盡量減少鋼中雜質(zhì)元素含量；n2對有高溫回火脆性的鋼，高溫回火后快冷來抑制回火脆性；對有高溫回火脆性的鋼，高溫回火后快冷來抑制回火脆性；n3加入加入W、Mo等能抑制晶界偏聚的合金元素。等能抑制晶界偏聚的合金元素。 2022-5-250淬火、回火時常見的工藝缺陷n1.氧化和脫碳氧化和脫碳 n2.變形與開裂變形與開裂 n3.

32、硬度不足與軟點硬度不足與軟點 n4.過熱與過燒過熱與過燒 n過熱過熱是指晶粒過分長大，致使零件力學(xué)性能明顯降低的現(xiàn)象。n過燒過燒是指組織中沿晶界產(chǎn)生了氧化或熔化的現(xiàn)象。若加熱溫度過高或保溫時間過長，將引起零件過熱或過燒現(xiàn)象。零件一且產(chǎn)生過燒即成為廢品。 5-6 鋼的表面淬火鋼的表面淬火工業(yè)中如齒輪、凸輪、曲軸等對性能的要求為：表面工業(yè)中如齒輪、凸輪、曲軸等對性能的要求為：表面高硬度、高強度及好的耐磨性，而心部高韌性，對這高硬度、高強度及好的耐磨性，而心部高韌性，對這類零件需要進行表面熱處理類零件需要進行表面熱處理. 表面淬火表面淬火 通過快速加熱，并立即淬火冷卻，只強化表面，而心部組織通過快速

33、加熱，并立即淬火冷卻，只強化表面，而心部組織未變的熱處理工藝。（只表層奧氏體化）未變的熱處理工藝。（只表層奧氏體化） （一）感應(yīng)加熱表面淬火原理（一）感應(yīng)加熱表面淬火原理在感應(yīng)圈內(nèi)通一交變電流，于是在感應(yīng)圈內(nèi)部和周圍同時產(chǎn)在感應(yīng)圈內(nèi)通一交變電流，于是在感應(yīng)圈內(nèi)部和周圍同時產(chǎn)生與電流頻率相同的交變磁場，在工件中便產(chǎn)生感生電流，生與電流頻率相同的交變磁場，在工件中便產(chǎn)生感生電流，由電能轉(zhuǎn)變成熱能，使工件表面快速加熱然后淬火由電能轉(zhuǎn)變成熱能，使工件表面快速加熱然后淬火 .集膚效應(yīng)：感應(yīng)加熱時，集膚效應(yīng)：感應(yīng)加熱時，感生電流集中在工件表面感生電流集中在工件表面的一種效應(yīng)。的一種效應(yīng)。感生電流的頻率（感

34、生電流的頻率（f）越大）越大集膚效應(yīng)越強集膚效應(yīng)越強，電流透入，電流透入深度越淺深度越淺, 淬透層越淺。淬透層越淺。 ），淬透層越淺），淬透層越淺 感應(yīng)加熱的頻率選擇感應(yīng)加熱的頻率選擇1.淬透層深度淬透層深度0.53mm時時選高頻加熱選高頻加熱 f200350 kHz 。2.淬透層深度淬透層深度210mm時，時， 選中頻加熱選中頻加熱f20008000 Hz3.淬透層深度淬透層深度815mm時，時， 選工頻加熱選工頻加熱f50Hz圖圖10工件感應(yīng)加熱示意圖工件感應(yīng)加熱示意圖 感應(yīng)加熱淬火的特點感應(yīng)加熱淬火的特點2022-5-2543. 感應(yīng)加熱表面淬火前、后的熱處理感應(yīng)加熱表面淬火前、后的熱處

35、理 n淬火前一般要進行淬火前一般要進行預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理，為表面淬火作，為表面淬火作組織準備，并可獲得最終的心部組織。當(dāng)心部組織準備，并可獲得最終的心部組織。當(dāng)心部性能要求不高時，一般采用性能要求不高時，一般采用正火正火；而重要零件；而重要零件如齒輪等，一般采用如齒輪等，一般采用調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)作為預(yù)先熱處理。作為預(yù)先熱處理。n淬火后零件要進行淬火后零件要進行低溫回火低溫回火（180200），），以減小淬火應(yīng)力。以減小淬火應(yīng)力。n回火后組織：回火后組織：表層為回火馬氏體，心部仍為預(yù)表層為回火馬氏體，心部仍為預(yù)先熱處理組織。先熱處理組織。n感應(yīng)加熱表面淬火零件的典型感應(yīng)加熱表面淬火零件的典型加工工藝路

36、線加工工藝路線為為n鍛造鍛造正火或退火正火或退火粗機加工粗機加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精機加精機加工工感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火低溫回火低溫回火精磨精磨 57 鋼化學(xué)熱處理鋼化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理 是將工件置于一定的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子是將工件置于一定的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，改變表面層的化學(xué)成分及顯微組織，從而使工滲入工件表層，改變表面層的化學(xué)成分及顯微組織，從而使工件表層獲得所需特殊性能的熱處理工藝。件表層獲得所需特殊性能的熱處理工藝。 鋼的滲碳（氣體滲碳）鋼的滲碳（氣體滲碳） 滲滲 碳碳 溫溫 度：度：900950 滲碳時間為：依要求的滲層厚度而

37、定。滲碳時間為：依要求的滲層厚度而定。 滲碳目的：滲碳目的：是使工件在熱處理后表面具有高硬度和是使工件在熱處理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持一定強度以及較高的韌性和耐磨性，而心部仍保持一定強度以及較高的韌性和塑性。塑性。主要用于：表面將受嚴重磨損，并在較大沖擊載荷、主要用于：表面將受嚴重磨損，并在較大沖擊載荷、交變載荷，較大的接觸應(yīng)力條件下工作的零件，如交變載荷，較大的接觸應(yīng)力條件下工作的零件，如齒輪、活塞銷、套筒等。齒輪、活塞銷、套筒等。 2022-5-257滲碳原理滲碳原理在井式滲碳爐中滴入煤油，在井式滲碳爐中滴入煤油，煤油在高溫下裂解滲碳煤油在高溫下裂解滲碳性介質(zhì)甲烷氣體性介質(zhì)甲

38、烷氣體（CH4）和）和CO氣體及氣體及氫氣，該氣體在鋼的表氫氣，該氣體在鋼的表面分解出活性碳原子面分解出活性碳原子-C，在較高溫度進入，在較高溫度進入鋼的表面。鋼的表面。CH4 C + H2 CO C CO2CO C H2O 滲層組織滲層組織 (滲碳后緩慢冷卻，從內(nèi)層到外層組織滲碳后緩慢冷卻，從內(nèi)層到外層組織)為為: 原始組織亞共析層共析層過共析層原始組織亞共析層共析層過共析層圖圖11 低碳鋼緩冷后的顯微組織低碳鋼緩冷后的顯微組織滲碳件表層的碳濃度一般控制在1.0%左右，因此滲碳件緩冷后外層為過共析組織P+Fe3C，心部為原始低碳亞共析組織F+P，中間為過渡組織。一般規(guī)定，從表層到過渡層的一半

39、處的深度為滲層厚度。滲碳溫度越高、時間越長，則得到的滲層深度越厚過過共共析析層層共共析析層層亞亞共共析析層層原原始始組組織織2022-5-259滲碳后的熱處理常用的淬火方法n（1）直接淬火法n（）滲碳后零件出爐直接進入冷卻介質(zhì)淬火。n優(yōu)點：工藝簡單、經(jīng)濟、生產(chǎn)率高。n缺點：零件在滲碳時經(jīng)過長期高溫加熱，奧氏體晶粒容易長大。淬火后馬氏體粗大，殘余奧氏體較多。另外淬火變形較大。n適用：一般只用于本質(zhì)細晶粒的合金滲碳鋼或耐磨性要求比較低和承載能力低的工件。n（）為了減少變形，滲碳后工件預(yù)冷到略高于心部Ar3的溫度后再淬火。 2022-5-260（2）一次淬火法）一次淬火法n一次淬火法是將工件滲碳后空冷到室溫（正火），然后再重新加熱淬火。n對心部組織性能要求較高的合金滲碳鋼工件，淬火加熱溫度略高于心部的Ac3，目的是使心部晶粒細化，并得到低碳馬氏體組織。n對于承載不大而表面性能要求較高的工件