金屬材料與加工工藝第六章

主編：許媛金屬材料與加工工藝第六章鋼的熱處理6.1熱處理的基本原則6.2鋼的退火與正火6.3鋼的淬火6.4鋼的回火6.5鋼的表面淬火6.6鋼的化學熱處理6.7熱處理的技術條件和結(jié)構工藝性鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)下進行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需要性能的一種工藝方法。熱處理的目的是顯著提高鋼的力學性能，發(fā)揮鋼材的潛力，提高工件的使用性能和壽命。還可以作為消除毛坯（如鑄件、鍛件等）中缺陷，改善其工藝性能，為后續(xù)工序作組織準備。鋼的熱處理種類很多，根據(jù)加熱和冷卻方法不同，大致分類如下：熱處理普通熱處理表面熱處理表面淬火火焰加熱感應加熱化學熱處理滲碳氮化碳氮共滲其它6.1熱處理基本原理6.1.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變在Fe-Fe3C相圖中，共析鋼加熱超過PSK線（A1）時，其組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。亞共析鋼和過共析鋼必須加熱到GS線（A3）和ES線（Acm）以上才能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。加熱(冷卻)時Fe-Fe3C相圖中各臨界點的位置1、奧氏體的形成2、奧氏體晶粒的長大及影響因素（1）奧氏體晶粒度（2）影響奧氏體晶粒度的因素珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變過程示意圖奧氏體晶粒長大傾向示意圖6.1.2鋼在冷卻時時的組織轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變冷卻過程是是熱處理的的關鍵工序序，它決定定著鋼熱處處理后的組組織與性能能。在實際生產(chǎn)產(chǎn)中，鋼的的熱處理工工藝有兩種種冷卻方式式，如圖6-5所示，一種種是等溫冷冷卻，另一一種是連續(xù)續(xù)冷卻。熱處理工藝藝曲線示意意圖等溫冷卻：：將加熱到到奧氏體的的鋼迅速冷冷卻到臨界界溫度以下下的某一溫溫度保溫，，進行等溫溫轉(zhuǎn)變，然然后再冷到到室溫，如如等溫退火火、等溫淬淬火等。連續(xù)冷卻：：將加熱到到奧氏體的的鋼，在溫溫度連續(xù)下下降的過程程中發(fā)生組組織轉(zhuǎn)變，，如水冷、、空冷、爐爐冷等。1、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線2、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織及性能6.1.3等溫轉(zhuǎn)變曲曲線在連續(xù)續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變變中的應用用將連續(xù)冷卻卻時的冷卻卻速度線畫畫在等溫曲曲線圖上，，根據(jù)冷卻卻速度線和和等溫曲線線相交位置置，大致可可估計出產(chǎn)產(chǎn)物可能得得到的組織織和性能，，對制定熱熱處理工藝藝有重要意意義。圖6-11為共析鋼等等溫轉(zhuǎn)變曲曲線圖，參參照此圖能能估計連續(xù)續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變變的情況。。6.2鋼的退火與與正火常用熱處理理工藝可分分為兩類：：預先熱處處理和最終終熱處理。。預先熱處處理是消除除坯料、半半成品中的的某些缺陷陷，為后續(xù)續(xù)的冷加工工和最終熱熱處理作組組織準備。。最終熱處處理是使工工件獲得所所要求的性性能。6.2.1鋼的退火退火常分為完全退火球化退火再結(jié)晶退火去應力退火等溫退火均勻化退火碳鋼退火與與正火加熱熱溫度與工工藝示意圖圖6.2.2鋼的正火將鋼材或鋼鋼件加熱到到Ac1或Accm以上30～50℃，保溫一一定的時間間，出爐后后在空氣中中冷卻的熱熱處理工藝藝稱為正火火。正火與退火火的主要區(qū)區(qū)別是：正正火的冷卻卻速度較快快，過冷度度較大，因因此正火后后所獲得的的組織比較較細，強度度和硬度比比退火高一一些。正火是成本本較低和生生產(chǎn)率較高高的熱處理理工藝。6.3鋼的淬火淬火是將鋼鋼件加熱到到Ac3或Ac1以上（30～50）℃，保溫溫一定時間間，然后以以大于淬火火臨界冷卻卻速度冷卻卻，獲得馬馬氏體或貝貝氏體組織織的熱處理理工藝。淬火的目的的是為了得得到馬氏體體組織。再再經(jīng)回火后后，使工件件獲得良好好的使用性性能，以充充分發(fā)揮材材料的潛力力。6.3.1鋼的淬火工工藝1、淬火加熱熱溫度的選選擇2、淬火冷卻卻介質(zhì)6.3.2淬火方法淬火方法的的選擇，主主要以獲得得馬氏體和和減少內(nèi)應應力、減少少工件的變變形和開裂裂為依據(jù)。。常用的淬火方法1、單介質(zhì)淬火2、雙介質(zhì)淬火

3、馬氏體分級淬火4、貝氏體等溫淬火5、局部淬火6.3.3鋼的淬透性性1、淬透性的基本概念淬透性是鋼的固有屬性，它是選材和制定熱處理工藝的重要依據(jù)之一。淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。其大小用鋼在一定條件下淬火所獲得的淬透層深度來表示。同樣形狀和尺寸的工件，用不同的鋼材制造，在相同的條件下淬火，淬透層較深的鋼，其淬透性較好。2、淬透性的的實際意義義鋼的淬透性性在生產(chǎn)中中有重要的的實際意義義，工件在在整體淬火火條件下，，從表面至至中心是否否淬透，對對其機械性性能有重要要影響。在在拉伸、壓壓縮、彎曲曲或剪切應應力的作用用下，工件件尺寸較大大的零件，，例如齒輪輪類、軸類類零件，希希望整個截截面都能被被淬透，從從而保證零零件在整個個截面上的的機械性能能均勻一致致，此時應應選用淬透透性較高的的鋼種制造造。影響淬透性的因素（1）含碳量（2）合金元素（3）奧氏體化溫度（4）鋼中未溶第二相淬透性不同同的鋼調(diào)質(zhì)質(zhì)后力學性性能的比較較6.4鋼的回火將淬火鋼重重新加熱到到Acl點以下的某某一溫度，，保溫一定定時間后冷冷卻到室溫溫的熱處理理工藝稱為為回火。一一般淬火件件必須經(jīng)過過回火才能能使用。6.4.1回火的目的的1、獲得工件所要求的力學性能。2、穩(wěn)定工件尺寸3、降低脆性，消除或減少內(nèi)應力6.4.2淬火鋼在回回火時組織織的轉(zhuǎn)變鋼經(jīng)淬火后后，獲得馬馬氏體與殘殘余奧氏體體是亞穩(wěn)定定相。在回回火加熱、、保溫中，，都會向穩(wěn)穩(wěn)定的鐵素素體和滲碳碳體（或碳碳化物）的的兩相組織織轉(zhuǎn)變。根根據(jù)碳鋼回回火時發(fā)生生的過程和和形成組織織，一般回回火分為四四個轉(zhuǎn)變。。1、馬氏體分分解2、殘余奧氏氏體的轉(zhuǎn)變變3、碳化物的的轉(zhuǎn)變4、滲碳體的的聚集長大大和鐵素體體再結(jié)晶6.4.3回火種類與與應用根據(jù)對工件件力學性能能要求不同同，按其回回火溫度范范圍，可將將回火分為為三種。低溫回火中溫回火高溫回火鋼的硬度隨隨回火溫度度的變化中碳鋼力學學性能與回回火溫度的的關系圖6.5鋼的表面淬淬火表面淬火是是通過快速速加熱使鋼鋼表層奧氏氏體化，而而不等熱量量傳至中心心，立即進進行淬火冷冷卻，僅使使表面層獲獲得硬而耐耐磨的馬氏氏體組織，，而心部仍仍保持原來來塑性、韌韌性較好的的退火、正正火或調(diào)質(zhì)質(zhì)狀態(tài)的組組織。表面面淬火不改改變零件表表面化學成成分，只是是通過表面面快速加熱熱淬火，改改變表面層層的組織來來達到強化化表面的目目的。6.5.1感應加熱表表面淬火感應加熱表表面淬火是是利用感應應電流通過過工件表面面所產(chǎn)生的的熱效應，，使表面加加熱并進行行快速冷卻卻的淬火工工藝。1、基本原理理2、感應加熱熱表面熱處處理的特點點感應加熱表表面淬火示示意圖6.5.2火焰加熱表表面淬火火焰加熱表表面淬火是是以高溫火火焰作為加加熱源的一一種表面淬淬火方法。。常用火焰焰為乙炔—氧火焰（最最高溫度為為3200℃）或煤氣氣一氧火焰焰（最高溫溫度為2400℃）。高溫溫火焰將鋼鋼件表面迅迅速加熱到到淬火溫度度，隨即噴噴水快冷使使表面淬硬硬?；鹧婕蛹訜岜砻娲愦阌矊油ǔ３?～8mm?；鹧婕訜岜肀砻鏌崽幚砝硎疽鈭D6.5.3電接觸加熱熱表面淬火火電接觸加熱熱的原理如如圖6-20所示，當工工業(yè)電流經(jīng)經(jīng)調(diào)壓器降降壓后，電電流通過壓壓緊在工件件表面的滾滾輪與工件件形成回路路，利用滾滾輪與工件件之間的高高接觸電阻阻實現(xiàn)快速速加熱，滾滾輪移去后后，由于基基體金屬吸吸熱，表面面自激冷淬淬火。6.5.4激光加熱表表面淬火激光加熱表表面淬火是是上世紀70年代發(fā)展起起來的一種種新型的高高能密度的的表面強化化方法。這這種表面淬淬火方法是是用激光束束掃描工件件表面，使使工件表面面迅速加熱熱到鋼的臨臨界點以上上，而當激激光束離開開工件表面面時，由于于基體金屬屬的大量吸吸熱，使表表面獲得急急速冷卻而而自淬火，，故無需冷冷卻介質(zhì)。。6.6鋼的化學熱熱處理、化學熱處理理是將金屬屬或合金工工件置于一一定溫度的的活性介質(zhì)質(zhì)中加熱和和保溫，使使介質(zhì)中一一種或幾種種活性原子子滲入工件件表面，以以改變表面面層的化學學成分和組組織，使表表面層具有有不同于心心部性能的的一種熱處處理工藝。。6.6.1鋼的滲碳將鋼件在滲滲碳介質(zhì)中中加熱并保保溫使碳原原于滲入表表層的化學學熱處理工工藝，稱為為滲碳。滲碳的目目的是提高高工件表面面的硬度和和耐磨性，，同時保持持心部的良良好韌性。。1、滲碳方法法滲碳方法有有氣體滲碳固體滲碳液體滲碳2、滲碳后的的組織氣體滲碳裝裝置示意圖圖6.6.2鋼的氮化氮化是在一一定溫度（（一般在Ac1以下），使使活性氮原原子滲入工工件表面的的化學熱處處理工藝，，也稱滲氮氮。氮化的的目的是提提高工件表表面的硬度度、耐磨性性、疲勞強強度及耐蝕蝕性。氮化廣泛應應用于耐磨磨性和精度度均要求很很高的零件件，如鏜床床主軸、精精密傳動齒齒輪；在循循環(huán)載荷下下要求高疲疲勞強度的的零件，如如高速柴油油機曲軸；；以及要求求變形很小小和具有一一定抗熱、、耐蝕能力力的耐磨件件，如閥門門、發(fā)動機機氣缸以及及熱作模具具等。1、氣體氮化2、離子氮化6.6.3鋼的碳氮共共滲與氮碳碳共滲1、氣體碳氮氮共滲2、氣體氮碳碳共滲（軟軟氮化）6.7熱處理的技技術條件和和結(jié)構工藝藝性6.7.1熱處理技術術條件的標標注熱處理零件件在圖紙上上應注明熱熱處理的技技術條件，，其內(nèi)容包包括最終熱熱處理方法法及熱處理理應達到的的力學性能能指標等。。標定的硬硬度值允許許有一個波波動范圍，，一般布氏氏硬度波動動范圍在30~40個單位，洛洛氏硬度波波動范圍在在5個單位左右右。6.7.2熱處理零件件的結(jié)構工工藝性熱處理零件件的結(jié)構工工藝性，是是指在設計計熱處理零零件，特別別是淬火件件時，一方方面要滿足足熱處理零零件的使用用性能要求求，另一方方面應考慮慮熱處理工工藝對零件件結(jié)構的要要求，不然然會使熱處處理操作困困難、增加加淬火變形形、開裂，，使零件報報廢。因此此設計人員員需考慮熱熱處理零件件的結(jié)構工工藝性，盡盡量考慮以以下原則：：1、避免尖角角2、避免厚薄薄懸殊的截截面3、采用封閉閉、對稱結(jié)結(jié)構4、采用組合合結(jié)構復習1.熱處理的目目的是什么么？有哪些些基本類型型？2.氮化處理與與滲碳處理理相比有哪哪些特點。。3.什么叫退火火？其主要要目的是什什么？4.完全退火、、球化退火火與去應力力退火在加加熱規(guī)范、、組織轉(zhuǎn)變變和應用上上有何不同同？5.什么叫淬火火？其主要要目的是什什么？6.淬火鋼采用用低溫或高高溫回火各各獲得什么么組織？其其主要應用用在什么場場合？9、靜靜夜夜四四無無鄰鄰，，荒荒居居舊舊業(yè)業(yè)貧貧。。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、雨中黃黃葉樹，，燈下白白頭人。。。21:56:5921:56:5921:5612/28/20229:56:59PM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。12月-2221:56:5921:56Dec-2228-Dec-2212、故故人人江江海海別別，，幾幾度度隔隔山山川川。。。。21:56:5921:56:5921:56Wednesday,December28,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢夢，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月月-2221:56:5921:56:59December28,202214、他鄉(xiāng)生生白發(fā)，，舊國見見青山。。。28十十二月20229:56:59下午午21:56:5912月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月229:56下下午12月-2221:56December28,202216、行動動出成成果，，工作作出財財富。。。2022/12/2821:56:5921:56:5928December202217、做做前前，，能能夠夠環(huán)環(huán)視視四四周周；；做做時時，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿著著以以腳腳為為起起點點的的射射線線向向前前。。。。9:56:59下下午午9:56下下午午21:56:5912月月-229、沒有有失敗敗，只只有暫暫時停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、很多多事情情努力力了未未必有有結(jié)果果，但但是不不努力力卻什什么改改變也也沒有有。。。21:56:5921:56:5921:5612/28/20229:56:59PM11、成功就是日日復一日那一一點點小小努努力的積累。。。12月-2221:56:5921:56Dec-2228-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對對圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。21:56:5921:56:5921:56Wednesday,December28,202213、不知香香積寺，，數(shù)里入入云峰。。。12月-2212月-2221:56:5921:56:59December28,202214、意志堅強的的人能把世界界放在手中像像泥塊一樣任任意揉捏。28十二月月20229:56:59下下午21:56:5912月-2215、楚塞三湘湘接，荊門門九派通。。。。十二月229:56下下午12月-2221:56December28,202216、少年十五二二十時，步行行奪得胡馬騎騎。。2022/12/2821:56:5921:56:5928December202217、空山新雨雨后，天氣氣晚來秋。。。9:56:59下下午9:56下下午21:56:5912月-229、楊柳散和風風，青山澹吾吾慮。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、閱讀一切切好書如同同和過去最最杰出的人人談話。21:56:5921:56:5921:5612/28/20229:56