工程材料及成形技術(shù)6-鋼的熱處理課件

1、第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第三節(jié) 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖第四節(jié) 鋼的退火與正火 第五節(jié) 鋼的淬火第六節(jié) 鋼的回火第七節(jié) 鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理第八節(jié) 熱處理技術(shù)條件及工序位置第六章 鋼的熱處理熱處理：指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝。熱處理工藝曲線熱處理原理：描述熱處理時(shí)鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律。熱處理工藝：根據(jù)熱處理原理制定的溫度、時(shí)間、介質(zhì)等參數(shù)。在機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過熱處理。在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用. 模具、滾動軸承100%需經(jīng)過熱處理。總之

2、，重要零件都需適當(dāng)熱處理后才能使用。 熱處理特點(diǎn): 熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。 鑄造軋制熱處理強(qiáng)化適用范圍: 只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料。工藝總稱工藝類型工藝名稱代號熱處理(代號5）整體熱處理（代號1）退火正火淬火淬火和回火調(diào)質(zhì)穩(wěn)定化處理固溶處理，水韌處理固溶處理+時(shí)效12345678表面熱處理（代號2）表面淬火和回火物理氣相沉積化學(xué)氣相沉積等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積離子注入12345化學(xué)熱處理（代號3）滲碳碳氮共滲滲氮氮碳共滲滲其它非金屬滲金屬多元共滲1234567熱處理工藝分類及代號根據(jù)熱處理在零件加工中的工序位置可分

3、為：預(yù)備熱處理為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）或進(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理。最終熱處理賦予工件所要求的使用性能的熱處理。預(yù)備熱處理最終熱處理W18Cr4V鋼熱處理工藝曲線時(shí)間溫度/ 鋼的實(shí)際臨界溫度：Ac1、Ac3、Accm（加熱） Ar1、Ar3、Arcm （冷卻）實(shí)際加熱或冷卻時(shí)存在著過熱或過冷現(xiàn)象。第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成（奧氏體化 ） 實(shí)質(zhì)：奧氏體形成的過程就是鐵晶格改組和 Fe、C原子的擴(kuò)散過程。奧氏體化也是形核和長大的過程，分為四步。以共析鋼為例：在Ac1溫度（727）： + Fe3C C% 0.0218 6.69 0.77結(jié)構(gòu) BCC 正交晶格 FCC溫度，共析鋼

4、奧氏體化曲線（875退火）共析鋼奧氏體化過程亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼有何不同？要獲得全部奧氏體組織，加熱溫度？思考二、奧氏體晶粒長大及影響因素1、奧氏體晶粒度奧氏體化剛結(jié)束時(shí)的晶粒度稱起始晶粒度。在給定溫度下奧氏體的晶粒度稱實(shí)際晶粒度。加熱時(shí)奧氏體晶粒的長大傾向稱本質(zhì)晶粒度。取決于鋼的成分和冶煉條件通常將鋼加熱到93010奧氏體化后，設(shè)法把奧氏體晶粒保留到室溫來判斷。晶粒度為1-4 級的是本質(zhì)粗晶粒鋼, 5-8 級的是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。2、影響奧氏體晶粒長大的因素加熱溫度和保溫時(shí)間: 加熱溫度高、保溫時(shí)間長, A晶粒粗大.加熱速度: 加熱速度越快,過熱度越大, 形核率越高, 晶粒越

5、細(xì).化學(xué)成分含碳量：亞共析鋼隨A中的含碳量增高，晶粒長大傾向增大； 過共析鋼：有未溶碳化物存在，阻礙A晶粒長大。合金元素： 阻礙奧氏體晶粒長大的元素: Ti、V、Nb、Zr、W、Mo、Cr、Al 等碳化物和氮化物形成元素。 促進(jìn)奧氏體晶粒長大的元素：Mn、P、C、N。Nb/%奧氏體晶粒尺寸/mNb、Ti對奧氏體晶粒的影響 原始組織: 越細(xì)，碳化物彌散度越大，則奧氏體晶粒越細(xì)（形核率）。 奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是塑性。過熱 是鋼加熱時(shí)常見的缺陷之一。第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變隨過冷度不同，非穩(wěn)定的過冷奧氏體（Ar1以下）將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)

6、變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)以共析鋼為例說明： 一、珠光體轉(zhuǎn)變（又稱高溫轉(zhuǎn)變）1、珠光體的組織形態(tài)及性能轉(zhuǎn)變溫度： A1 550組織形態(tài)：鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物根據(jù)片層厚薄不同，又細(xì)分為：P（珠光體-pearlite ） ： A1-650 ，片層較粗S（索氏體- sorbite ） ： 650 -600 ，層片較細(xì)T (屈氏體troolstite） ： 600 -550 ，層片極細(xì)電鏡下形貌光鏡下形貌PST片間距RmHRCZ性能：片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。 2、珠光體轉(zhuǎn)變過程珠光體轉(zhuǎn)變也是形核和長大的過程。滲碳體晶核首先在奧氏體晶界上形成，最終形成一個珠光體團(tuán)。特

7、點(diǎn)：擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變（鐵、碳原子擴(kuò)散和晶格重構(gòu)）。二、貝氏體轉(zhuǎn)變（又稱中溫轉(zhuǎn)變）1、貝氏體的組織形態(tài)及性能轉(zhuǎn)變溫度：550230 (Ms)根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為：上貝氏體(B上)： 550350，羽毛狀下貝氏體(B下)： 350-Ms，竹葉狀性能：上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無實(shí)用價(jià)值。 下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。 光鏡下電鏡下光鏡下上貝氏體下貝氏體2、貝氏體轉(zhuǎn)變過程貝氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長大的過程。發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，首先在奧氏體中的貧碳區(qū)形成過飽和鐵素體晶核。特點(diǎn)：半擴(kuò)散型 轉(zhuǎn)變，即只有碳原子擴(kuò)散而鐵和合金元素原子不

8、擴(kuò)散，晶格類型改變是通過切變實(shí)現(xiàn)的。上貝氏體轉(zhuǎn)變過程下貝氏體轉(zhuǎn)變過程 三、馬氏體轉(zhuǎn)變（又稱低溫轉(zhuǎn)變） 轉(zhuǎn)變溫度：Ms以下1、馬氏體的晶體結(jié)構(gòu) 碳在-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體（M）。 體心正方晶格（a=bc）（軸比c/a 稱馬氏體的正方度） C% 越高，正方度越大，晶格畸變越嚴(yán)重。 馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中2、馬氏體的組織形態(tài) 板條馬氏體立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀。在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。在電鏡下，板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯，=1012/cm2,又稱位錯馬氏體。光鏡下電鏡下 針狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，

9、又稱孿晶馬氏體。電鏡下電鏡下光鏡下 馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量:C%小于0.2%時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時(shí)幾乎全部是針狀馬氏體.C%在0.21.0%之間為板條與針狀的混合組織。馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系0.45%C0.2%C1.2%C3、馬氏體的性能主要特點(diǎn)：高硬度馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。合金元素對馬氏體硬度的影響不大。馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。注：當(dāng)含碳量大于0.6%時(shí)，其硬度趨于平緩。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性。A4、馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn) 馬

10、氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長大的過程。 其主要特點(diǎn)是：無擴(kuò)散性降溫形成（MsMf）高速長大轉(zhuǎn)變不完全（殘余奧氏體A或A殘）Ms、Mf 與冷速無關(guān)，主要取決于奧氏體中的合金元素含量（包括碳含量）。馬氏體轉(zhuǎn)變后，A量隨含碳量的增加而增加，當(dāng)含碳量達(dá)0.5%后，A量才顯著。含碳量對馬氏體轉(zhuǎn) 變 溫 度 的 影響含碳量對殘余奧氏體量的影響過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼） 轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度， 轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝

11、氏體B上550350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MSMf無擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MSMf板條狀50淬火第三節(jié) 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖兩種冷卻方式示意圖1等溫冷卻2連續(xù)冷卻Ar1表示奧氏體急速冷卻到臨界點(diǎn)A1 以下在各不同溫度下的保溫過程中轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系曲線，又稱C曲線或TTT曲線。一、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖(Time-Temperature-Transformation diagram)1、等溫轉(zhuǎn)變圖的建立以共析鋼為例：取一批小試樣并進(jìn)行奧氏體化.將試樣分組淬入低

12、于A1 點(diǎn)的不同溫度的鹽浴中,隔一定時(shí)間取一試樣淬入水中。 測定每個試樣的轉(zhuǎn)變量，確定各溫度下轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系。將各溫度下轉(zhuǎn)變開始時(shí)間及終了時(shí)間標(biāo)在溫度時(shí)間坐標(biāo)中，并分別連線。A1-1000100200300400500600700110102103104時(shí)間/(s)溫度()四條線：轉(zhuǎn)變開始線（左C）轉(zhuǎn)變終了線（右C）Ms和Mf線三大區(qū)域：過冷奧氏體區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū)時(shí)間溫度A1MSMfA過冷PBMAMABAP轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線奧氏體2、等溫轉(zhuǎn)變圖的分析 P、B轉(zhuǎn)變有孕育期，其長短與等溫溫度有關(guān)（受過冷度和原子擴(kuò)散因素影響）鼻尖處（共析鋼550），孕育期最短，過冷A最不穩(wěn)定靠近A1點(diǎn)和

13、Ms點(diǎn)，孕育期較長，過冷A較穩(wěn)定 Q：M轉(zhuǎn)變有無孕育期，為什么？3、影響等溫轉(zhuǎn)變圖的因素 成分的影響 含碳量：共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右。隨含碳量增加，Ms與Mf點(diǎn)下降，B區(qū)一直右移。 與共析鋼相比，亞共析鋼和過共析鋼C曲線的上部各多一條先共析相的析出線。 Cr對C曲線的影響 合金元素除Co和Al（2.5%)外, 凡溶入奧氏體的合金元素都使C曲線右移,Ms與Mf點(diǎn)下降。碳化物形成元素還改變C曲線的形狀。 奧氏體化條件的影響奧氏體化溫度提高和保溫時(shí)間延長，使奧氏體成分均勻、晶粒粗大、未溶碳化物減少，增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移。使用C 曲線時(shí)應(yīng)注意奧氏體化條件及晶粒度的影響

14、. 二、過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變圖又稱CCT(Continuous-Cooling-Transformation diagram)曲線，是通過測定不同冷速下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。一般采用快速膨脹儀測定。共析鋼CCT曲線過共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線1、共析鋼的CCT圖特點(diǎn)：沒有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，多了一條轉(zhuǎn)變中止線。vk（上臨界冷卻速度）即獲得全部M的最小冷卻速度 時(shí)間 t溫度A1Pf（P轉(zhuǎn)變終了線）Ps（P轉(zhuǎn)變開始線）A+PK（P轉(zhuǎn)變中止線）MsMf vk（下臨界冷卻速度）即過冷A全部得到P的最大冷卻速度過冷A區(qū)產(chǎn)物區(qū)M+AM-1000230爐冷空冷油冷水冷vk -1000230650600

15、450 PST+M+AM+ACCT圖的應(yīng)用2、非共析鋼的CCT圖亞（過）共析鋼：比共析鋼CCT曲線多一條AF（Fe3C）轉(zhuǎn)變開始線； Ms 線右端下降（升高）。這是由于F（Fe3C）的析出, 奧氏體中含碳量升高（下降）； 過共析鋼也無貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū),而亞共析鋼有。 合金鋼：連續(xù)冷卻時(shí)一般都會形成B組織。 過共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線共析鋼加熱到相變點(diǎn)以上，如下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？舉例第四節(jié) 鋼的退火與正火 機(jī)械零件的一般加工工藝為： 退火與正火主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)才作為最終熱處理。 一、退火（annealing）將鋼加熱至

16、適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻 (爐冷) 的熱處理工藝。退火目的：四化軟化細(xì)化穩(wěn)定化均勻化1.完全退火（重結(jié)晶退火、普通退火）工藝：c330-50，緩慢冷卻到500以下再出爐空冷適用范圍：亞共析成分中碳（合金）鋼的鑄、鍛件及熱軋型材目的：細(xì)化晶粒，消除過熱組織，降低硬度，改善切削加工性。組織：P 2.球化退火 球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。工藝：將工件加熱到Ac1+ 20-30 保溫后緩冷，或者加熱后冷卻到略低于Ar1的溫度下保溫，使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷。適用范圍：共、過共析的碳鋼及合金工具鋼目的：降低硬度、改善切削加工性，并為淬火作準(zhǔn)備組織：粒狀P（基體上彌散分布著顆粒狀Fe

17、3C）注意：對有嚴(yán)重網(wǎng)狀Fe3C的過共析鋼，應(yīng)在球化前進(jìn)行正火，以消除網(wǎng)狀Fe3C粒狀珠光體3.等溫退火工藝：將鋼件或毛坯加熱到高于Ac3（或Ac1）的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間后，較快地冷卻到珠光體區(qū)的某一溫度，并等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，然后空冷。優(yōu)點(diǎn)：大大縮短生產(chǎn)周期，提高熱處理爐的使用率，更適合于孕育期長的合金鋼。 高速鋼等溫退火與普通退火的比較4.擴(kuò)散退火（均勻化退火）工藝：加熱到略低于固相線溫度，一般Ac3150-200，長時(shí)間保溫（1015h）并緩慢冷卻目的：減少（合金鋼）鋼錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分偏析和組織的不均勻性組織：粗大（嚴(yán)重過熱）須再進(jìn)行完全退火或正火 5.去應(yīng)力退火工藝

18、：Ac1以下(一般500650)，充分保溫后 緩冷至200出爐空冷組織：無明顯變化目的：消除鑄造、鍛造、焊接和機(jī)加工、冷變形等在工件中造成的殘留內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少零件在切削加工和使用過程中變形和開裂 6.再結(jié)晶退火工藝：T再+150250 （鋼650750）目的：消除冷加工件應(yīng)力，提高塑性 二、正火將鋼加熱到Ac3（亞）或Accm（過）以上3050，保溫后空冷的工藝。正火溫度組織：亞共析鋼 F+S 共析鋼 S 過共析鋼 S+Fe3CII 目的： 對于低、中碳鋼(0.6%C)，改善切削加工性能。 對于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。 普通結(jié)構(gòu)件最終熱處理。注意：要改善

19、切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火，高碳鋼(0.6%C)用退火。熱處理與硬度關(guān)系合適切削加工硬度第五節(jié) 鋼的淬火將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于Vk速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。淬火(Quenching)是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。淬火目的：為獲得馬氏體或下貝氏體組織，提高鋼的性能.一、淬火工藝1.加熱溫度亞共析鋼：Ac3+3050，淬火組織為M (0.5%C)或M+A（0.5%C）；共析鋼及過共析鋼：Ac1+3050，淬火組織分別為 M+A 及M+Fe3C顆粒+A。 合金鋼淬火溫度比碳鋼高,通常在臨界溫度以上50100。 但含Mn、P等本質(zhì)粗晶粒鋼應(yīng)適當(dāng)降低淬火溫度。

20、45鋼(含0.45%C)正常淬火組織T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織為什么亞共析鋼通常不在兩相區(qū)（A+F）加熱？為什么過共析鋼必須在兩相區(qū)（A+Fe3C）加熱？如果過共析鋼T淬火Accm會有什么后果？2.加熱時(shí)間的確定加熱時(shí)間保溫時(shí)間升溫時(shí)間與加熱介質(zhì)、鋼的成分、爐溫、工件的形狀及尺寸、裝爐方式及裝爐量有關(guān) 3. 淬火介質(zhì)淬火工藝中最主要問題時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf鋼的理想淬火冷卻速度 650以上，慢，減小熱應(yīng)力650-400 ，快，避免C曲線400 以下，慢，減輕相變應(yīng)力 常用淬火介質(zhì)：鹽水水鹽浴油

21、 目前生產(chǎn)中常用的冷卻介質(zhì)有油、鹽浴(堿浴)、水、鹽水，其冷卻能力依次增加。 形狀簡單的大型碳鋼件小而簡單的碳鋼件小而復(fù)雜，變形要求小的重要零件合金鋼或小型碳鋼件注意：介質(zhì)冷卻能力與其使用溫度及攪拌程度有關(guān)。常用淬火介質(zhì)的冷卻能力二、淬火方法采用不同的淬火方法可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足。12341單液淬火2雙液淬火3分級淬火4等溫淬火不同淬火方法示意圖時(shí)間A1Ms溫度應(yīng)用？冷處理 (cold treatment )定義：淬火后的鋼繼續(xù)冷卻至室溫以下（-70-80 或更低），保持一定時(shí)間，使A轉(zhuǎn)變?yōu)镸 。目的：提高硬度和耐磨性，穩(wěn)定工件尺寸。應(yīng)用：主要用于高精度的零件，如精密軸承、精密模具、量具等。精密軸

22、承三、鋼的淬透性1. 淬透性的概念淬透性：指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。影響淬透性的因素：鋼的淬透性取決于Vk。C曲線越靠右Vk 淬透性。碳和合金元素：與影響C曲線規(guī)律相同奧氏體化溫度：奧氏體化溫度 ,淬透性 。鋼中未溶第二相：淬透性 生產(chǎn)中還常用臨界淬透直徑（Dc）表示淬透性，它是指圓形鋼棒在介質(zhì)中冷卻，中心被淬成半馬氏體或全部M的最大直徑。（注意Dc與介質(zhì)有關(guān)）M量和硬度隨深度的變化淬硬層深度：指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M + 50%P)的深度。2. 淬透性的表示方法淬透性的大小可用規(guī)定條件下淬硬層深度來表示。3.淬透性與淬硬性、淬硬層深度的關(guān)系 同一材料的淬硬層深度與工件尺寸、冷卻

23、介質(zhì)有關(guān)。工件尺寸小、介質(zhì)冷卻能力強(qiáng)，淬硬層深。淬透性是鋼材固有屬性，與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。淬硬性：指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力。主要取決于M的含碳量。與淬透性無必然聯(lián)系。4.淬透性的實(shí)際意義淬透性是設(shè)計(jì)工件、合理選材和制定熱處理工藝的重要依據(jù)。一般碳鋼采用水冷淬火，而合金鋼采用油冷淬火？利用淬透性可控制淬硬層深度。（設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意尺寸效應(yīng)）對于截面承載均勻的重要件,要全部淬透。如螺栓、連桿、模具等。對于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透(淬硬層深度一般為半徑的1/21/3)，如軸類、齒輪等。對于焊接件，應(yīng)選用淬透性低的鋼。高強(qiáng)螺栓柴油機(jī)連桿齒輪第六節(jié) 鋼的回火回火的目的：1、降低脆

24、性，減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力, 防止變形或開裂。2、穩(wěn)定組織，穩(wěn)定尺寸和形狀，保證零件使用精度和性能。螺桿表面的淬火裂紋 回火(Tempering)是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。3、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。4、對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。一、回火組織轉(zhuǎn)變及性能變化淬火組織（非平衡態(tài)，不穩(wěn)定M和A）碳化物（平衡態(tài)）實(shí)質(zhì)：淬火M分解，碳化物析出、聚集長大的過程。擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變淬火鋼回火時(shí)的轉(zhuǎn)變特征回火索氏體回火馬氏體回火屈氏體回火時(shí)力學(xué)性能變化總的趨勢是隨回火溫度提高，鋼的強(qiáng)度、硬度下

25、降，塑性、韌性提高。二、回火的分類與應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高強(qiáng)度同時(shí)，具有良好塑性和韌性。 廣泛用于各種重要結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。 適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。 應(yīng)用提高e及s，同時(shí)使工件具有一定韌性 。在保留高硬度高耐磨性的同時(shí)，降低內(nèi)應(yīng)力和脆性。 回火目的S回 T回 M回（+ K+A）回火組織500-650350-500150-250 回火溫度 高溫回火（調(diào)質(zhì)） 中溫回火 低溫回火 回火種類彈性元件及熱鍛模補(bǔ)充：尺寸穩(wěn)定處理（時(shí)效處理）：某些量具、軸承等精密零件，為減少最后加工工序中形成的附加應(yīng)力，增加尺寸穩(wěn)定性，10

26、0150長時(shí)間（1050h）加熱。附加回火高溫軟化回火：對某些退火難以軟化的高合金鋼，在650-A1回火，獲得P回，以降低硬度、改善切削加工性。45鋼經(jīng)正火和調(diào)質(zhì)后，組織和性能有何差別？第七節(jié) 鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理目的：表硬里韌（表面強(qiáng)化）應(yīng)用：承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。軸 齒輪一、鋼的表面淬火定義：指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。1、表面淬火用材料 0.4-0.5%C的中碳鋼。如45、40Cr、40MnB 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； 鑄鐵 提高其表面耐磨性。2、熱處理預(yù)

27、備：正火/調(diào)質(zhì)最終：表面淬火低溫回火（180120，12h）最終組織：表層為M回；心部為S回(調(diào)質(zhì)) 或F+S(正火)。 回火索氏體索氏體感應(yīng)加熱表面淬火示意圖3、常用表面淬火方法 感應(yīng)淬火利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。注：頻率越高，淬火后工件淬硬層越薄。 感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖中頻感應(yīng)淬火的機(jī)車凸輪軸感應(yīng)淬火分類：高頻感應(yīng)加熱 頻率為250-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm 中頻感應(yīng)加熱 頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm工頻感應(yīng)加熱 頻率為50Hz,淬硬層深度10-15mm感應(yīng)淬火特點(diǎn):不易氧化脫碳，變形小； 表面硬度高，耐磨性

28、高，且脆性小，疲勞強(qiáng)度好；加熱溫度及淬硬層深度易控制，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化；設(shè)備昂貴，投資大，不適用于復(fù)雜零件和小批量生產(chǎn)。 火焰淬火利用氧乙炔（或其它可燃?xì)怏w）火焰直接加熱工件表面的方法。淬硬層深度一般為28mm。成本低，但質(zhì)量不易控制。適用于單件、小批量生產(chǎn)。二、鋼的化學(xué)熱處理定義：是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織和性能的熱處理工藝。特點(diǎn)：與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分。根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。 化學(xué)熱處理的基本過程：介質(zhì)(滲劑)的分解: 分解的同時(shí)

29、釋放出活性原子。如：滲碳 CH42H2+C 氮化 2NH33H2+2N工件表面的吸收活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。原子向內(nèi)部擴(kuò)散形成具有一定深度的擴(kuò)散層，即滲層。氮化擴(kuò)散層1、鋼的滲碳 指向鋼的表面滲入碳原子的過程。滲碳目的： 提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持心部良好的韌性。滲碳用鋼： 0.1-0.25%C的低碳鋼或低碳合金鋼經(jīng)滲碳的機(jī)車從動齒輪滲碳是工業(yè)中最常用的，是齒輪、活塞銷類零件加工中的一道重要工序 。氣體滲碳法示意圖（1）滲碳方法氣體滲碳法 滲劑為氣體 (煤氣、液化氣等)或有機(jī)液體(煤油、甲醇等)。優(yōu)點(diǎn): 質(zhì)量好, 效率高；缺點(diǎn): 滲層成分與深度不易控制

30、。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。滲劑為木炭。優(yōu)點(diǎn)：操作簡單；缺點(diǎn)：滲速慢，勞動條件差。真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。優(yōu)點(diǎn): 表面質(zhì)量好, 滲碳速度快。真空滲碳爐（2）滲碳工藝參數(shù)溫度：900-950。滲碳層厚度：一般為0.5-2mm。 低碳鋼滲碳緩冷后的組織滲碳層表面含碳量：0.85-1.05滲碳緩冷后組織： 從表面到心部的組織為P+Fe3CPP+F（3）滲碳后的熱處理及組織淬火+低溫回火, 回火溫度為160-180。淬火方法：預(yù)冷淬火法、一次淬火法、二次淬火法滲碳后的熱處理示意圖常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+30-50淬

31、火+低溫回火。此時(shí)組織為：表層：M回+顆粒狀碳化物+A(少量)心部：M回+F（淬透時(shí)）滲碳淬火后的表層組織M+F2、鋼的氮化 氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。氮化用鋼：含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳鋼。井式氣體氮化爐常用鋼號：38CrMoAl、42CrMo。氮化溫度：500-570氮化層厚度：不超過0.6-0.7mm。常用氮化方法： 氣體氮化法與離子氮化法。氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。離子氮化法是在電場作用下，使電離的氮離子高速沖擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時(shí)間短，氮化層脆性小。離子氮化爐氮化的特點(diǎn)：表面硬度高（HV1000-1100），耐磨性高。疲勞強(qiáng)度高。由于表

32、面存在壓應(yīng)力。工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進(jìn)行熱處理。 耐蝕性好。因?yàn)楸韺有纬傻牡锘瘜W(xué)穩(wěn)定性高。氮化層組織38CrMoAl氮化層硬度應(yīng)用：用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨及耐蝕件。如鏜床鏜桿、精密傳動齒輪及重要曲軸等。 經(jīng)氮化的機(jī)車曲軸氮化的缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。3、碳氧共滲（氰化） 780-880下（滲速快）同時(shí)將碳、氮滲入工件表面，并以滲碳為主。 目的：提高工具、模具的表面硬度、耐磨性和抗咬合性。 表面組織：細(xì)片狀M回適量顆粒狀C-N化合物殘4、滲硼 將工件置于滲硼介質(zhì)中，加熱（800-1000），保溫（1-6h），使活性硼原子滲入工件表面。 目的：提高工具、模具的表面硬度（可達(dá)12002000 HV），耐腐蝕性、耐熱性和抗氧化性。幾種表面熱處理和化學(xué)熱處理的比較 高頻淬火：主要用于耐磨性及硬度要求一般，形狀簡單和變形要求較小的工件，如曲軸、機(jī)床齒輪等； 滲碳：主要用于耐磨性要求高，受重載和較大沖擊載荷的工件，如汽車齒輪等； 碳氮共滲：主要用于耐磨性要求較高，形狀復(fù)雜，變形要求較小的中小型零件； 氮化：主要用于耐磨性要求高，耐蝕性和精度要求高的零件，如精密機(jī)床主軸，絲杠等。 三、氣相沉積技術(shù) 指利