鋼的熱處理原理和工藝

1、第第 五五 章章鋼的熱處理原理和工藝鋼的熱處理原理和工藝 熱處理熱處理是改善金屬材料使用性能和工藝性是改善金屬材料使用性能和工藝性能的一種非常重要的工藝方法。能的一種非常重要的工藝方法。 熱處理是機(jī)械零件及工具制造過(guò)程中的重?zé)崽幚硎菣C(jī)械零件及工具制造過(guò)程中的重要工序。它擔(dān)負(fù)著改善工件的要工序。它擔(dān)負(fù)著改善工件的組織組織和和性能性能，充，充分發(fā)揮材料潛力，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量延長(zhǎng)使用分發(fā)揮材料潛力，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量延長(zhǎng)使用壽命的重要任務(wù)。壽命的重要任務(wù)。 重要的機(jī)械零件必須經(jīng)熱處理才能獲得良重要的機(jī)械零件必須經(jīng)熱處理才能獲得良好的使用性能。好的使用性能。 1.鋼的熱處理原理及分類鋼的熱處理原理及分類

2、一、一、熱處理原理熱處理原理1.定義定義 將鋼在固態(tài)范圍內(nèi)，采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行將鋼在固態(tài)范圍內(nèi)，采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱加熱、保溫保溫和和冷卻，冷卻，以獲得所需要的以獲得所需要的組織組織結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與與性能性能的工藝方法。的工藝方法。2.工藝曲線工藝曲線注明：注明： 臨界溫度（臨界溫度（A1、A3、Acm） 3.原理：原理： 熱處理熱處理不改變不改變工件的形狀和尺寸，工件的形狀和尺寸，只改變只改變工件的內(nèi)部組織和性能的一種非常重要的工藝工件的內(nèi)部組織和性能的一種非常重要的工藝方法。方法。 根本原因：是由于鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變特根本原因：是由于鐵具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變特性，從而性，從而使鋼在使鋼在加熱加熱和和

3、冷卻冷卻過(guò)程中發(fā)生組織和過(guò)程中發(fā)生組織和結(jié)構(gòu)上的變化，從而可以改善和提高獲得所需結(jié)構(gòu)上的變化，從而可以改善和提高獲得所需要的使用性能。要的使用性能。二、熱處理的分類二、熱處理的分類 常見(jiàn)熱處理車間常見(jiàn)熱處理車間加熱加熱冷卻冷卻保溫保溫2.鋼在鋼在加熱加熱及及冷卻冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、一、鋼在鋼在加熱加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1.1.鋼在鋼在加熱加熱和和冷卻冷卻時(shí)的相變溫度時(shí)的相變溫度 加熱溫度選擇的理論依據(jù)加熱溫度選擇的理論依據(jù)鐵碳合金狀態(tài)圖鐵碳合金狀態(tài)圖； 但實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度（但實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度（相變溫度）相變溫度）比狀態(tài)圖上的比狀態(tài)圖上的 臨界溫度（臨界溫度（A1、A3、Acm ）有一

4、定的）有一定的滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象，采用代號(hào)表示。即：采用代號(hào)表示。即：加加熱熱(c) 和冷卻和冷卻(r) A3Ac3Ar3 A1Ac1Ar1 Acm Accm Arcm 鋼在鋼在加熱加熱和和冷卻冷卻時(shí)的時(shí)的臨界溫度臨界溫度2.2.奧氏體的形成奧氏體的形成（以（以共析鋼共析鋼為例）為例）(1)(1)奧氏體晶核的奧氏體晶核的形成形成；(2)(2)奧氏體晶核的奧氏體晶核的長(zhǎng)大長(zhǎng)大；(3)(3)殘余滲碳體的殘余滲碳體的溶解溶解；(4)(4)奧氏體成分的奧氏體成分的均勻化均勻化。 （基本過(guò)程）（基本過(guò)程）共析鋼中奧氏體形成過(guò)程示意圖共析鋼中奧氏體形成過(guò)程示意圖a)形核；b)長(zhǎng)大；c)殘余滲碳體溶解；d)奧

5、氏體均勻化奧氏體形成示意圖奧氏體形成示意圖4秒秒6秒秒8秒秒15秒秒 對(duì)于亞共析鋼、過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)程：對(duì)于亞共析鋼、過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)程：1.亞亞共析鋼：共析鋼： F + P F + A A2.過(guò)過(guò)共析鋼：共析鋼： Fe3C + P Fe3C + A A3.3.奧氏體奧氏體晶粒晶粒的長(zhǎng)大的長(zhǎng)大 晶粒晶粒的長(zhǎng)大主要是依靠較大的長(zhǎng)大主要是依靠較大晶粒晶粒吞并較小吞并較小晶粒和晶晶粒和晶界遷移的方式進(jìn)行的。界遷移的方式進(jìn)行的。晶粒晶粒的吞并與長(zhǎng)大過(guò)程的吞并與長(zhǎng)大過(guò)程為了防止晶粒為了防止晶粒長(zhǎng)的粗大，嚴(yán)格控制長(zhǎng)的粗大，嚴(yán)格控制加熱溫度加熱溫度和和保溫時(shí)間。保溫時(shí)間。4.4.奧氏體晶粒大小的實(shí)際

6、意義：奧氏體晶粒大小的實(shí)際意義： 鋼中奧氏體晶粒的大小直接影響到冷卻后的組織和性能。鋼中奧氏體晶粒的大小直接影響到冷卻后的組織和性能。奧氏體晶粒細(xì)小，則其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織也較細(xì)小，性能較好；奧氏體晶粒細(xì)小，則其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織也較細(xì)小，性能較好；反之，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織則粗大，而且其性能也較差。反之，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織則粗大，而且其性能也較差。 晶粒號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)圖晶粒號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)圖(100)二二、鋼在鋼在冷卻冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 冷卻方式：冷卻方式：等溫冷卻；連續(xù)冷卻。等溫冷卻；連續(xù)冷卻。 1. .奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變1 1）定義定義 不穩(wěn)定的不穩(wěn)定的過(guò)冷過(guò)冷奧氏體奧氏體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的

7、等溫經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的等溫保持，轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的新相的過(guò)程。保持，轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的新相的過(guò)程。2）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 珠光體珠光體（粗粗珠光體、索索氏體、屈屈氏體） 貝氏體貝氏體（上上貝氏體、下下貝氏體） 馬氏體馬氏體（低碳低碳馬氏體、高碳高碳馬氏體） 共析鋼共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線圖（等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線圖（C曲線或?yàn)榍€或?yàn)門TT曲線）曲線）表示：表示：過(guò)冷奧氏體的等溫過(guò)冷奧氏體的等溫 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度溫度轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變時(shí)間時(shí)間轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變產(chǎn)物產(chǎn)物 的關(guān)系。的關(guān)系。1 1）珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)）珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)（ A1 550 ） 高溫高溫等溫等溫轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變a a）形成溫度范圍形成溫度范圍 A1 650 b）組織組織珠光體（珠光體（

8、P） 粗片狀粗片狀珠光體珠光體 片層間距片層間距 0.4 mC）性能性能 強(qiáng)度比較高，硬度適中強(qiáng)度比較高，硬度適中 170 220HBW 有一定的塑性，具有較有一定的塑性，具有較 好的好的綜合綜合 力學(xué)性能。力學(xué)性能。珠光體組織珠光體組織 3800 a a）形成溫度范圍形成溫度范圍 650 600 b）組織組織索氏索氏體體（S） 細(xì)片狀細(xì)片狀珠光體珠光體 片層間距片層間距0.4 0.2m C）性能性能 硬度為硬度為230 320HBW 綜合綜合力學(xué)性能優(yōu)于力學(xué)性能優(yōu)于 粗粗珠光體。珠光體。 索氏體組織索氏體組織 8000 a a）形成溫度范圍形成溫度范圍 600 550 b）組織組織屈氏屈氏體

9、體（T） 極細(xì)片狀極細(xì)片狀珠光體珠光體 片層間距片層間距 0.2m C）性能性能 硬度為硬度為330 400HBW 綜合綜合力學(xué)性能優(yōu)于索氏力學(xué)性能優(yōu)于索氏體。體。規(guī)律：規(guī)律：形成溫度形成溫度；片層間距；片層間距 ；硬度；硬度。 屈氏體組織屈氏體組織 8000 2 2）貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)）貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)（550 Ms ） 中溫中溫等溫等溫轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變形成上貝氏體組織。形成上貝氏體組織。組織組織組成組成： 鐵素體鐵素體+滲碳體滲碳體組織特征：組織特征： 鐵素體鐵素體 長(zhǎng)成板條狀大致平行分布長(zhǎng)成板條狀大致平行分布 滲碳體滲碳體 呈粒狀或短桿狀分布在鐵素體板條之間。呈粒狀或短桿狀分布在鐵素體板條之間。a a

10、）形成溫度范圍形成溫度范圍 550 350 b）組織組織上貝氏體上貝氏體（B上上） 形態(tài)呈典型羽毛狀形態(tài)呈典型羽毛狀C）性能性能 硬度為硬度為40 45HRC 強(qiáng)度低強(qiáng)度低，塑性很差，塑性很差， 基本上沒(méi)有使用價(jià)值基本上沒(méi)有使用價(jià)值。 下貝氏體組織下貝氏體組織組織組織組成組成： 鐵素體鐵素體+滲碳體滲碳體組織特征：組織特征：鐵素體鐵素體長(zhǎng)成針片狀，互不平行，有一定角度，形成分枝；長(zhǎng)成針片狀，互不平行，有一定角度，形成分枝；滲碳體滲碳體呈粒狀或細(xì)小短條狀分布在鐵素體片內(nèi)。呈粒狀或細(xì)小短條狀分布在鐵素體片內(nèi)。a a）形成溫度范圍形成溫度范圍 350 Ms b）組織組織下貝氏體下貝氏體（B下下） 形

11、態(tài)呈黑色針葉狀形態(tài)呈黑色針葉狀C）性能性能 硬度可達(dá)硬度可達(dá)45 55HRC 具有較高的強(qiáng)度及具有較高的強(qiáng)度及 良良好的塑性和韌性。好的塑性和韌性。 采用采用等溫淬火方法可獲得可獲得B下下，是各種復(fù)雜模具、，是各種復(fù)雜模具、量具、刀具熱處理后的一種理想組織。量具、刀具熱處理后的一種理想組織。下貝氏體組織下貝氏體組織 630 2 2）馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)）馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)（Ms Mf） 低溫連續(xù)轉(zhuǎn)變低溫連續(xù)轉(zhuǎn)變定義定義 碳在碳在-Fe-Fe中的過(guò)飽和固溶體中的過(guò)飽和固溶體 稱為稱為馬氏體馬氏體（用用M表示表示）分類分類 根據(jù)根據(jù)碳含量不同分為：碳含量不同分為： 低碳低碳馬氏體馬氏體 0.25%Cabca

12、 = bc碳原子碳原子低碳低碳馬氏體馬氏體組織特征：組織特征： 呈呈 一束一束相互平行的一束一束相互平行的 細(xì)條狀板條。細(xì)條狀板條。性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 硬度可達(dá)硬度可達(dá) HRC 4550 ， 具有較高的強(qiáng)度具有較高的強(qiáng)度 及及良良好的韌性。好的韌性。M板條M板條束低碳馬氏體組織形態(tài)低碳馬氏體組織形態(tài) 高碳高碳馬氏體馬氏體組織特征：組織特征： 斷面呈斷面呈針狀針狀或或片狀片狀性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 硬度均在硬度均在 HRC 60， 表現(xiàn)為硬度高而表現(xiàn)為硬度高而脆性大。脆性大。 馬氏體的性能特點(diǎn)馬氏體的性能特點(diǎn)1、硬度高，且隨、硬度高，且隨C%的增加而增加；的增加而增加；2、強(qiáng)度高，亦隨強(qiáng)度高，亦

13、隨C%的增加而增加。的增加而增加。馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)a a）過(guò)冷過(guò)冷 A 轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體是一種轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體是一種非擴(kuò)散型非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變；轉(zhuǎn)變；b b）馬氏體轉(zhuǎn)變是在馬氏體轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍內(nèi)一定溫度范圍內(nèi)（Ms Mf）的的 連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻過(guò)程中進(jìn)行的；過(guò)程中進(jìn)行的；c c）馬氏體的馬氏體的轉(zhuǎn)變速度轉(zhuǎn)變速度極快，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，轉(zhuǎn)極快，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，轉(zhuǎn) 變時(shí)發(fā)生體積膨脹；變時(shí)發(fā)生體積膨脹；d d）馬氏體轉(zhuǎn)變的不徹底性，仍有少量馬氏體轉(zhuǎn)變的不徹底性，仍有少量未轉(zhuǎn)變的未轉(zhuǎn)變的A 被保留下來(lái)，成為被保留下來(lái)，成為殘余奧氏體殘余奧氏體（用（用AR表示）。表示）。e e）馬氏體中溶入過(guò)多的

14、馬氏體中溶入過(guò)多的碳而使碳而使-Fe-Fe晶格發(fā)生畸變，晶格發(fā)生畸變， 形成組織不穩(wěn)定；形成組織不穩(wěn)定；f f）過(guò)冷過(guò)冷A轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體所需的最小冷卻速度稱為轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體所需的最小冷卻速度稱為 臨界冷卻速度臨界冷卻速度（用用c表示）。表示）。指出指出： 每一種鋼的每一種鋼的臨界冷卻速度臨界冷卻速度都不同。要想獲得馬氏都不同。要想獲得馬氏體組織，必須使其體組織，必須使其冷卻速度冷卻速度 c 。這種操作叫這種操作叫淬火淬火。 獲得馬氏體是強(qiáng)化鋼材的一種獲得馬氏體是強(qiáng)化鋼材的一種重要組織重要組織。二二、奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT） 在實(shí)際熱處理生產(chǎn)中，在實(shí)際熱處理生產(chǎn)中，過(guò)冷過(guò)冷

15、奧氏體轉(zhuǎn)變多數(shù)是奧氏體轉(zhuǎn)變多數(shù)是在連續(xù)冷卻過(guò)程中進(jìn)行在連續(xù)冷卻過(guò)程中進(jìn)行的，除了的，除了等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變獲得獲得貝氏體貝氏體組織；另外常采用組織；另外常采用連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻曲線（曲線（CCT）與與等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變曲線（曲線（TTT）疊加，疊加，近似地分析近似地分析連續(xù)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變冷卻轉(zhuǎn)變的組織和性能。的組織和性能。VcMM+PP 共析碳鋼共析碳鋼 CCT曲線曲線MsMfVcMM+PP 共析碳鋼共析碳鋼 CCT曲線曲線共析碳鋼共析碳鋼 TTT曲線曲線亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線比較比較亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼3.鋼的鋼的

16、熱處理熱處理工藝工藝機(jī)械零件的一般加工工藝順序：機(jī)械零件的一般加工工藝順序： 鑄造或鍛造鑄造或鍛造 退火和退火和正火正火 機(jī)械機(jī)械粗粗加工加工 淬火淬火+ +回火回火（或表面（或表面熱處理）熱處理）機(jī)械機(jī)械精精加工加工其中：其中：退火和退火和正火正火預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理 淬火淬火+ +回火回火最后熱處理最后熱處理一、退火一、退火 1.定義：定義： 將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻），以獲得接近平衡狀態(tài)組織冷卻（一般為隨爐冷卻），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。的熱處理工藝叫做退火。2.退火退火分類：分類：；擴(kuò)散

17、退火：擴(kuò)散退火： Ac3 + 200300b.完全退火：完全退火： Ac3 + 2050c.球化退火：球化退火： Ac1 + 2030d.去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火： Ac1 ；500650 3.退火目的：退火目的：1）降低硬度，提高鋼的塑性，以利于機(jī)械加工；）降低硬度，提高鋼的塑性，以利于機(jī)械加工；2）細(xì)化晶粒，均勻組織，為淬火工序做好準(zhǔn)備；）細(xì)化晶粒，均勻組織，為淬火工序做好準(zhǔn)備；3）消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形和開(kāi)裂；，防止工件變形和開(kāi)裂；4）4.退火應(yīng)用：退火應(yīng)用：1）擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火：適宜適宜2）完全退火：適宜亞共析鋼，不適宜過(guò)共析鋼；）完全退火：適宜亞共析鋼，不適宜過(guò)共析鋼；

18、3）球化退火：適宜共析鋼和過(guò)共析鋼；）球化退火：適宜共析鋼和過(guò)共析鋼； 4）低溫退火：適宜）低溫退火：適宜鑄造、鍛造或焊接及切削鑄造、鍛造或焊接及切削加工后的高精度工件。加工后的高精度工件。 二、二、正火正火1.定義：定義： 將鋼加熱到將鋼加熱到Ac3以上以上3050（亞共析鋼）或（亞共析鋼）或Accm以上以上 3050 （過(guò)共析鋼），保溫后在（過(guò)共析鋼），保溫后在空氣中冷卻空氣中冷卻的一的一 種熱處理工藝。種熱處理工藝。2.2.正火的目的和應(yīng)用正火的目的和應(yīng)用 是使鋼的組織正?；喾Q是使鋼的組織正?；?，亦稱?；幚恚怀；幚?；一般應(yīng)用于以下方面：一般應(yīng)用于以下方面： 1）作為最終熱處理）作

19、為最終熱處理 要求不高的普通結(jié)構(gòu)件；要求不高的普通結(jié)構(gòu)件； 2）作為預(yù)先熱處理）作為預(yù)先熱處理 含含碳量高的碳量高的過(guò)共析鋼；過(guò)共析鋼； 3 3）改善切削加工性能）改善切削加工性能 低、中低、中碳合金碳合金結(jié)構(gòu)鋼。結(jié)構(gòu)鋼。三、淬三、淬 火火1.定義：定義： 將鋼加熱到將鋼加熱到Ac3以上以上3050（亞共析鋼）（亞共析鋼）或或AcAc1 1以上以上30 50 （過(guò)共析鋼），保溫后（過(guò)共析鋼），保溫后在淬火介質(zhì)中快速冷卻在淬火介質(zhì)中快速冷卻以獲得以獲得馬氏體馬氏體組織組織（M）的一種熱處理工藝的一種熱處理工藝。鋼的鋼的淬透性淬透性與與淬硬性淬硬性區(qū)別：區(qū)別：淬透性淬透性在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的條

20、件下，鋼接受淬火鋼接受淬火 時(shí)獲得馬氏體組織深度的能力時(shí)獲得馬氏體組織深度的能力。淬硬性淬硬性鋼淬火后能夠達(dá)到的最高硬度，鋼淬火后能夠達(dá)到的最高硬度， 它主要決定于它主要決定于馬氏體中馬氏體中的含碳量。的含碳量。指出：指出： 淬透性淬透性好的鋼好的鋼淬硬性淬硬性不一定高。不一定高。 2淬火介質(zhì)淬火介質(zhì) ： 淬火時(shí)為了得到足淬火時(shí)為了得到足夠的冷卻速度，以保證夠的冷卻速度，以保證奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，又不致由于冷卻速度過(guò)又不致由于冷卻速度過(guò)大而引起內(nèi)應(yīng)力增大，大而引起內(nèi)應(yīng)力增大，造成零件變形和開(kāi)裂。造成零件變形和開(kāi)裂。 常用的淬火冷卻介質(zhì)：常用的淬火冷卻介質(zhì)：水、鹽水、油、硝鹽

21、浴水、鹽水、油、硝鹽浴和空氣等。和空氣等。 3淬火方法選擇淬火方法選擇 根據(jù)鋼材成分及對(duì)組織、性能根據(jù)鋼材成分及對(duì)組織、性能和工件尺寸精度的要求，在保證技術(shù)和工件尺寸精度的要求，在保證技術(shù)要求規(guī)定的前提下，應(yīng)選擇簡(jiǎn)便而經(jīng)要求規(guī)定的前提下，應(yīng)選擇簡(jiǎn)便而經(jīng)濟(jì)的淬火冷卻方法。濟(jì)的淬火冷卻方法。4.4.鋼的鋼的淬火缺陷淬火缺陷1 1）氧化與脫碳）氧化與脫碳2 2）過(guò)熱與過(guò)燒）過(guò)熱與過(guò)燒3 3）變形與開(kāi)裂）變形與開(kāi)裂4 4）硬度不足硬度不足5 5）淬火軟點(diǎn)）淬火軟點(diǎn)四、回火四、回火 回火是緊接回火是緊接淬火淬火之后進(jìn)行的，通常也是零件進(jìn)行之后進(jìn)行的，通常也是零件進(jìn)行熱處理的熱處理的最后一道最后一道工序。

22、工序。 目的是消除和減小內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織、調(diào)整性能，目的是消除和減小內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織、調(diào)整性能，獲得較好的強(qiáng)度和韌性。獲得較好的強(qiáng)度和韌性。 因?yàn)椋慊痄摰慕M織主要由馬氏體和少量殘余奧因?yàn)?，淬火鋼的組織主要由馬氏體和少量殘余奧氏體組成氏體組成(有時(shí)還有未溶碳化物有時(shí)還有未溶碳化物)，存在很大內(nèi)應(yīng)力，存在很大內(nèi)應(yīng)力， 如不及時(shí)消除，將會(huì)引起工件的變形、甚至開(kāi)裂。如不及時(shí)消除，將會(huì)引起工件的變形、甚至開(kāi)裂。淬火組織很不穩(wěn)定，有向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，而且淬火組織很不穩(wěn)定，有向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，而且組織脆性大，韌性低，一般組織脆性大，韌性低，一般不能直接使用不能直接使用。1.定義：定義： 將鋼加熱到

23、將鋼加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間后，以下某一溫度，保溫一定時(shí)間后，冷卻到室溫的一種熱處理工藝。冷卻到室溫的一種熱處理工藝。2.2.目的：目的：1 1）降低內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形、開(kāi)裂；）降低內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形、開(kāi)裂；2 2）調(diào)整性能（提高淬火鋼的塑性和韌性）調(diào)整性能（提高淬火鋼的塑性和韌性） 滿足生產(chǎn)需要；滿足生產(chǎn)需要；3 3）穩(wěn)定組織，防止尺寸變化；）穩(wěn)定組織，防止尺寸變化；4 4）降低硬度，便于切削加工。）降低硬度，便于切削加工。 回火回火往往是零件生產(chǎn)中的最后一道工序，往往是零件生產(chǎn)中的最后一道工序，決定鋼件最后的性能。決定鋼件最后的性能。3.3.回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)

24、變1 1）馬氏體分解馬氏體分解 （80200 ） 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：回火回火M+殘余殘余A2 2）殘余奧氏體分解殘余奧氏體分解 （200 300 ） 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：回火回火M3 3）滲碳體形成滲碳體形成 （300 400 ） 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：回火回火T4 4）滲碳體聚集長(zhǎng)大（滲碳體聚集長(zhǎng)大（ 400 ） 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：回火回火S4.4.回火后的組織和應(yīng)力變化回火后的組織和應(yīng)力變化5.5.回火時(shí)的分類及應(yīng)用回火時(shí)的分類及應(yīng)用1 1）低溫低溫回火：回火： 150250，5664HRC，獲得高的獲得高的硬度和硬度和耐磨性；耐磨性；2 2）中溫中溫回火：回火： 350500，3550

25、HRC，獲得高的獲得高的彈性極限；彈性極限；3 3）高溫高溫回火：回火： 550650，2035HRC，獲得良好的獲得良好的綜合性能。綜合性能。 生產(chǎn)上生產(chǎn)上：淬火：淬火+ +高溫回火高溫回火稱作稱作調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)處理處理 4.鋼的表面鋼的表面熱處理熱處理 在機(jī)械設(shè)備中，有許多零件，如：齒輪、花鍵軸、在機(jī)械設(shè)備中，有許多零件，如：齒輪、花鍵軸、活塞銷等，要求活塞銷等，要求表面表面具有高的硬度和耐磨性而具有高的硬度和耐磨性而心部心部卻要求一定的強(qiáng)度和足夠的韌性。在這種情況下，要卻要求一定的強(qiáng)度和足夠的韌性。在這種情況下，要達(dá)到上述要求，如果僅從材料方面去解決是很困難的。達(dá)到上述要求，如果僅從材料方面去

26、解決是很困難的。 如：選用如：選用高碳鋼，高碳鋼，淬火后淬火后表面表面硬度雖然很高，但硬度雖然很高，但心部心部韌性不足；如：采用韌性不足；如：采用低碳鋼低碳鋼，雖然，雖然心部心部韌性好，韌性好，但但表面表面硬度和耐磨性低。這就需要對(duì)零件進(jìn)行表面熱硬度和耐磨性低。這就需要對(duì)零件進(jìn)行表面熱處理，以達(dá)到強(qiáng)化表面的目的，即：所謂處理，以達(dá)到強(qiáng)化表面的目的，即：所謂外硬內(nèi)韌外硬內(nèi)韌的性能要求。的性能要求。表面熱處理分為兩類：表面熱處理分為兩類： 一類是一類是只改變只改變工件表面組織而工件表面組織而不改變不改變表面化學(xué)表面化學(xué)成分的熱處理，稱為成分的熱處理，稱為表面淬火表面淬火。 另一類是另一類是既改變既

27、改變表面化學(xué)成分表面化學(xué)成分又改變又改變表面組織表面組織的熱處理，稱為的熱處理，稱為化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理。一、表面淬火一、表面淬火1.定義定義 是將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部仍是將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火前狀態(tài)的一種局部淬火方法。保持未淬火前狀態(tài)的一種局部淬火方法。2.方法（方法（快速加熱）快速加熱） 火焰火焰加熱、加熱、感應(yīng)感應(yīng)加熱、加熱、電接觸電接觸加熱、加熱、激光激光加熱等加熱等 表面淬火方法。表面淬火方法。目前生產(chǎn)上最常用是：目前生產(chǎn)上最常用是： 火焰加熱火焰加熱表面淬火；表面淬火；感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱表面淬火。表面淬火。3.3.目的目的 獲得高硬度、高耐

28、磨性的表層，而心部仍保持良獲得高硬度、高耐磨性的表層，而心部仍保持良好的韌性。好的韌性。1）火焰加熱表面淬火）火焰加熱表面淬火 應(yīng)用氧應(yīng)用氧-乙炔火焰對(duì)乙炔火焰對(duì)零件零件表面進(jìn)行快速加熱并隨后表面進(jìn)行快速加熱并隨后快速冷卻的工藝?？焖倮鋮s的工藝。特點(diǎn)特點(diǎn)： 不需要特殊設(shè)備，不需要特殊設(shè)備， 淬火質(zhì)量不夠穩(wěn)定；淬火質(zhì)量不夠穩(wěn)定； 適合單件或小批量生產(chǎn)。適合單件或小批量生產(chǎn)。2）感應(yīng)加熱表面淬火）感應(yīng)加熱表面淬火 利用感應(yīng)電流通過(guò)利用感應(yīng)電流通過(guò)工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使得工件表面受到局部使得工件表面受到局部加熱，并進(jìn)行快速冷卻加熱，并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝。的淬火工藝。特點(diǎn)特點(diǎn)：

29、 加熱速度冷卻快，加熱速度冷卻快， 淬火質(zhì)量好；淬火質(zhì)量好； 適合大批量生產(chǎn)。適合大批量生產(chǎn)。 3）感應(yīng)加熱表面）感應(yīng)加熱表面淬火電流頻率淬火電流頻率與與淬硬層的關(guān)系：淬硬層的關(guān)系：指出：指出：頻率越高頻率越高淬硬層深度淬硬層深度越淺；越淺； 生產(chǎn)上根據(jù)零件技術(shù)要求，通過(guò)調(diào)整頻率獲生產(chǎn)上根據(jù)零件技術(shù)要求，通過(guò)調(diào)整頻率獲 得需要使用性能。得需要使用性能。二、化學(xué)熱處理二、化學(xué)熱處理1）定義定義 將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或?qū)⒐ぜ糜谝欢囟鹊幕钚越橘|(zhì)中保溫，使一種或幾種元素幾種元素滲入工件的表滲入工件的表層層以改變以改變其化學(xué)成分其化學(xué)成分、組織和性組織和性能的熱處理工藝稱為能的

30、熱處理工藝稱為化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理。2）目的目的 與其它熱處理相比，能更有效地改變與其它熱處理相比，能更有效地改變零件零件表表層的層的 使用性能。使用性能。3）分類分類 根據(jù)根據(jù)滲入滲入元素不同可分為：元素不同可分為： 滲滲C、滲滲N、C-N共滲、滲共滲、滲B 以及滲金屬（以及滲金屬（Cr、Al、Zn）等。等。1.1.化學(xué)熱處理的原理化學(xué)熱處理的原理 基本過(guò)程：基本過(guò)程：1 1）分解分解首先在氣氛中產(chǎn)生活性原子；首先在氣氛中產(chǎn)生活性原子；2 2）吸收吸收工件表面吸收活性原子；工件表面吸收活性原子；3 3）擴(kuò)散擴(kuò)散表面吸收活性原子產(chǎn)生濃度差，向中表面吸收活性原子產(chǎn)生濃度差，向中 心遷移，經(jīng)過(guò)一段

31、時(shí)間后，形成一定厚心遷移，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，形成一定厚 度的度的擴(kuò)散層（擴(kuò)散層（滲滲層）。層）。2.鋼的鋼的滲碳滲碳方法方法：固體滲碳、氣體滲碳、液體（鹽?。B碳：固體滲碳、氣體滲碳、液體（鹽?。B碳滲滲C過(guò)程過(guò)程： 將零件加熱到將零件加熱到930 ，開(kāi)始滴，開(kāi)始滴入入滲碳劑滲碳劑（煤油、丙酮、甲醇），經(jīng)（煤油、丙酮、甲醇），經(jīng)分解后分解后開(kāi)始向低碳開(kāi)始向低碳鋼的表面滲鋼的表面滲入入碳原子，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，使表碳原子，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，使表層的含層的含C量可達(dá)量可達(dá)1.0%，成為高碳鋼；然后經(jīng)表，成為高碳鋼；然后經(jīng)表面淬火和低溫回火后，使得零件的表面硬度可面淬火和低溫回火后，使得零件的表面硬度可達(dá)

32、達(dá)5664HRC，而心部仍然是保持低碳鋼，得到，而心部仍然是保持低碳鋼，得到一種所謂一種所謂 外硬內(nèi)韌外硬內(nèi)韌的使用性能。的使用性能。滲碳后的組織滲碳后的組織3.鋼的鋼的滲滲氮氮 在在A1溫度以下，使活性溫度以下，使活性氮氮原子滲入工件表面的一原子滲入工件表面的一種化學(xué)熱處理工藝，稱為滲氮。種化學(xué)熱處理工藝，稱為滲氮。 目的目的：提高工件表層的硬度、耐磨性、紅硬性、耐：提高工件表層的硬度、耐磨性、紅硬性、耐蝕性和疲勞強(qiáng)度。蝕性和疲勞強(qiáng)度。 方法方法通入氨通入氨氣（氣（NH3）介質(zhì)介質(zhì) 。1）氣體滲氣體滲氮：氮： 加熱加熱 （500600 ） 分解出分解出N原子；原子；2）離子離子滲滲氮：氮：

33、高壓形成輝光放電高壓形成輝光放電 分解出分解出N離子。離子。滲氮專用鋼滲氮專用鋼： 通常是指含有通常是指含有Cr、Mo、Al等合金元素的鋼。等合金元素的鋼。 例如：例如：38CrMoAl就是一種典型的滲氮用鋼。就是一種典型的滲氮用鋼。 因?yàn)檫@些合金元素與氮元素形成非常穩(wěn)定的因?yàn)檫@些合金元素與氮元素形成非常穩(wěn)定的氮化物氮化物。獲得的氮化層薄而致密，一般為獲得的氮化層薄而致密，一般為0.1 0.6mm。 鋼件氮化后鋼件氮化后具有很高硬度，具有很高硬度，1000HV以上（相當(dāng)以上（相當(dāng) 于于6972HRC），），并且當(dāng)加熱至并且當(dāng)加熱至600 650使用時(shí)使用時(shí) 仍能保持高硬度，即：具有高的仍能保持高硬度，即：具有高的耐磨性耐磨性和和紅硬性紅硬性。 38CrMoAl氮化工藝氮化工藝滲氮工件的滲氮工