材料力學第四章鋼的熱處理

材料力學第四章鋼的熱處理第1頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五

本章提要2、課程內(nèi)容（1）鋼在加熱時的組織轉變（奧氏體的形成，奧氏體的晶粒度，晶粒大小及控制）；（2）鋼在冷卻時的組織轉變（過冷奧氏體等溫轉變曲線，珠光體型轉變，貝氏體型轉變，馬氏體型轉變，過冷奧氏體連續(xù)轉變曲線）；（3）鋼的退火與正火（目的，工藝方法及應用）；第2頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五

本章提要（4）鋼的淬火（淬火的目的，淬火溫度，淬火介質，淬火方法，淬透性）；（5）鋼的回火（回火的目的，回火的組織與性能變化，回火的種類及應用）；（6）鋼的表面淬火和化學熱處理（表面淬火的基本原理及應用，感應加熱淬火，火焰加熱表面淬火，滲碳，氮化，氰化）；第3頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時的組織轉變第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變第三節(jié)鋼的退火和正火第四節(jié)鋼的淬火第五節(jié)鋼的回火第六節(jié)鋼的表面熱處理第4頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五

鋼的熱處理是通過對鋼件加熱、保溫和冷卻的操作方法，來改變其內(nèi)部組織結構，以獲得所需性能的一種加工工藝。

熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質量，而這一般不是肉眼所能看到的。

第5頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。熱處理工藝曲線第6頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五

鋼的熱處理在生產(chǎn)上應用的種類很多，按加熱和冷卻方式的不同，大致上可分為如下幾種：整體熱處理表面熱處理化學熱處理退火正火淬火回火火焰淬火感應淬火接觸電阻加熱表面淬火滲碳滲氮碳氮共滲滲金屬第7頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時的組織轉變一、鋼的臨界溫度加熱是熱處理的第一道工序。在臨界點以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。第8頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時的組織轉變二、奧氏體的形成奧氏體形成的基本過程

第9頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時的組織轉變?nèi)?、奧氏體晶粒大小及控其制1.奧氏體晶粒度的概念起始晶粒度：珠光體剛剛轉變成奧氏體的晶粒大小。實際晶粒度：某一具體加熱條件下所獲得的奧氏體晶粒的大小。本質晶粒度：根據(jù)標準試驗方法，在930+10℃,保溫3-8h,緩冷,后測得的奧氏體晶粒大小。

第10頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時的組織轉變?nèi)?、奧氏體晶粒大小及控其制1.奧氏體晶粒度的概念第11頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時的組織轉變?nèi)?、奧氏體晶粒大小及控其制2.影響奧氏體晶粒大小的因素加熱溫度：加熱溫度愈高，晶粒長大速度越快，奧氏體晶粒也越粗大。保溫時間：隨保溫時間的延長，晶粒不斷長大，但隨保溫時間的延長，晶粒長大速度越來越慢，且不會無限制地長大下去。加熱速度：加熱速度越快，過熱度越大，形核率越高，晶粒越細。鋼的化學成分：阻礙奧氏體晶粒長大的元素有Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等，多為碳化物和氮化物形成元素；促進奧氏體晶粒長大的元素：Mn、P、C、N等。

第12頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變鋼在熱處理時的冷卻方式過冷奧氏體的轉變方式有等溫冷卻轉變和連續(xù)冷卻轉變兩種。加熱保溫等溫冷卻連續(xù)冷卻溫度時間臨界溫度第13頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變一、過冷奧氏體的等溫轉變（奧氏體等轉變圖）C曲線的建立第14頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五貝氏體轉變

只有C擴散B下B上B馬氏體轉變

非擴散切變M珠光體轉變

Fe、C擴散＞0.4μm＜0.2μm0.4~0.2μmPSTP過冷奧氏體區(qū)0.5110102103104MsMf7006005004003002001000-100時間(s)溫度(℃)Ar1第15頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變二、過冷奧氏體等溫轉變的組織和性能1.珠光體型轉變鐵素體與滲碳體片層相間，根據(jù)片層間距的不同分為：a)A1～650℃：P，5～25HRC，片間距為0.6～0.7μm，(500×)。b)650℃～600℃：細片狀P---索氏體(S)，片間距為0.2～0.4μm，25～36HRC。c)600℃～550℃：極細片狀P---托氏體(T)，片間距為＜0.2μm，35～40HRC。a)b)c)第16頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變二、過冷奧氏體等溫轉變的組織和性能2.貝氏體型轉變半擴散相變（C）550℃～Ms，根據(jù)其組織形態(tài)不同，分為：a)550℃～350℃：上貝氏體，過飽和片狀F＋滲碳體，性脆無實用價值b)350℃～Ms：下貝氏體，過飽和針狀F＋彌散-Fe2.4C，綜合性能好a)b)第17頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變二、過冷奧氏體等溫轉變的組織和性能3.馬氏體型轉變（1）馬氏體的形成：非擴散相變，Ms以下,A→M第18頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變二、過冷奧氏體等溫轉變的組織和性能3.馬氏體型轉變（2）馬氏體的組織形態(tài)：非擴散相變，Ms以下,A→Ma)低碳(<0.25%)馬氏體：板條狀__高的強韌性b)高碳(>1.0%)馬氏體：針片狀__硬而脆a)b)第19頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變二、過冷奧氏體等溫轉變的組織和性能3.馬氏體型轉變（3）馬氏體轉變的特點：a)非擴散型轉變(Fe、C原子均不擴散)b)轉變速度極快，即瞬間形核與長大c)轉變不完全性，總要殘留少量奧氏體d)在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成e)馬氏體比體積較大，奧氏體轉變?yōu)轳R氏體會引起體積膨脹，產(chǎn)生很大內(nèi)應力。第20頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變二、過冷奧氏體等溫轉變的組織和性能4.馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。當含碳量大于0.6%時，其硬度趨于平緩。合金元素對馬氏體硬度的影響不大。馬氏體強化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強化。此外，馬氏體轉變產(chǎn)生的組織細化也有強化作用。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結構的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性.第21頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變?nèi)?、影響等溫轉變圖的因素1.碳的質量分數(shù)a)影響C曲線的形狀（產(chǎn)物）第22頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變?nèi)?、影響等溫轉變圖的因素1.碳的質量分數(shù)a)影響C曲線的位置（穩(wěn)定性）過共析鋼共析鋼亞共析鋼時間溫度A1第23頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變?nèi)?、影響等溫轉變圖的因素2.合金元素除Co、Al(＞2.5%)外,所有合金元素溶入奧氏體中,都可增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使等溫轉變圖右移。其中非碳化物形成元素或弱碳化物形成元素只改變等溫轉變圖的位置，不改變形狀，而碳化物形成元素不僅使等溫轉變圖的位置發(fā)生變化，還改變等溫轉變圖的形狀。3.加熱溫度和保溫時間加熱溫度越高，保溫時間越長，TTT曲線向右移。第24頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變四、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線1.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變圖和等溫轉變圖的比較與過冷奧氏體等溫轉變圖相比a)孕育期不同b)過冷度不同c)轉變產(chǎn)物不同第25頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變四、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線2.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變圖的應用第26頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五過共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變四、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線2.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變圖的應用第27頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五本章練習11、將￠5mm的T8鋼加熱至760℃并保溫足夠時間，問采用什么樣的冷卻工藝可得到如下組織：珠光體，索氏體，屈氏體，上貝氏體，下貝氏體，屈氏體+馬氏體，馬氏體+少量殘余奧氏體，托氏體+馬氏體+下貝氏體+殘留奧氏體；在C曲線上描出工藝曲線示意圖。2、比較45鋼經(jīng)不同熱處理后硬度值的高低，并說明原因（1）45鋼加熱到700℃后，投入水中快冷（2）45鋼加熱到750℃后，投入水中快冷（3）45鋼加熱到840℃后，投入水中快冷3、比較T12鋼經(jīng)不同熱處理后硬度值的高低，并說明原因（1）T12鋼加熱到700℃后，投入水中快冷（2）T12鋼加熱到750℃后，投入水中快冷（3）T12鋼加熱到840℃后，投入水中快冷第28頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五本章練習14、過共析鋼的等溫轉變圖（C曲線）如右圖所示，試指出圖中各點位置所對應的組織。第29頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五本章練習15、兩塊碳的質量分數(shù)均為Wc=0.77％的鋼片加熱至727℃以上，分別以不同方式冷卻，鋼片的冷卻曲線及該種鋼材的奧氏體等溫轉變圖如圖所示。試問圖中①、②、③、④點各是什么組織?定性地比較②、④點組織的硬度大小。第30頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五本章練習16、有甲、乙兩種鋼，同時加熱至1150℃，保溫兩小時，經(jīng)金相顯微組織檢查，甲鋼奧氏體晶粒度為3級，乙鋼為6級。由此能否得出結論：甲鋼是本質粗晶粒鋼，而乙鋼是本質細晶粒鋼？第31頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五本章練習17、分析冷卻后的室溫組織第32頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第33頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第34頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五機械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）→預備熱處理→機加工→最終熱處理。退火與正火主要用于預備熱處理，只有當工件性能要求不高時才作為最終熱處理。第三節(jié)鋼的退火和正火第35頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火定義：把零件加溫到某一溫度,保溫一段時間,然后隨爐冷卻。目的：消除應力；調(diào)整硬度；細化晶粒；均勻成分；為最終熱處理作好組織準備。真空退火爐第36頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火重結晶退火低溫退火完全退火擴散退火球化退火再結晶退火去應力退火普通退火等溫退火普通球化退火等溫球化退火退火第37頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火完全退火：Ac3+30～50℃，緩冷，得到F+P；主要適用于ωc=0.3～0.6%的中碳鋼及中碳合金鋼的鑄件、鍛件、軋制件及焊接件等溫退火：亞共析鋼，Ac3+30～50℃，共析、過共析鋼，Ac1+20～40℃，保溫后快冷到略低于Ar1的溫度停留，待相變完成后出爐空冷；適用于高碳鋼、中碳合金鋼、經(jīng)滲碳處理后的低碳合金鋼的大型鑄、鍛件以及沖壓件鋼的退火加熱溫度范圍第38頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火等溫退火高速鋼等溫退火與普通退火的比較第39頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火球化退火：過共析鋼，Ac1+10～20℃，使片狀碳化物成為球狀；適用于共析和過共析成分的碳鋼和合金鋼鍛、軋件。鋼的退火加熱溫度范圍第40頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火擴散退火（均勻化退火）鑄錠或鑄件在凝固過程中不可避免的要產(chǎn)生枝晶偏析等化學成分不均勻現(xiàn)象，為達到化學成分的均勻化，必須對其進行擴散退火。特點：加熱溫度高(一般在Ac3或Acm以上150~200℃)，保溫時間長(10h以上)去應力退火用來消除因變形加工及鑄造、焊接過程中引起的殘余內(nèi)應力，以提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開裂。特點：工件隨爐緩慢加熱至Ac1-(100～

200℃)，經(jīng)一段時間保溫后隨爐緩慢冷卻至300～

200℃以下出爐。第41頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火再結晶退火

冷變形后的金屬加熱到再結晶溫度以上，保持適當?shù)臅r間，使變形晶粒重新轉變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒。目的：消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形性能。特點：加熱溫度通常比理論再結晶溫度高100～

150℃，通常在去應力退火溫度之上。第42頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火二、鋼的正火正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30～80℃，共析鋼加熱Ac1+30～80℃，過共析鋼加熱到Accm+30～80℃，保溫后空冷的工藝。

與退火相比，冷卻的速度稍快，得到的組織較細小，所以強度、硬度比退火的高。

45鋼退火、正火狀態(tài)的力學性能比較第43頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火二、鋼的正火正火的目的(1)改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性；(2)作為普通結構零件或大型及形狀復雜零件的最終熱處理；(3)作為中碳和低合金結構鋼重要零件的預備熱處理；(4)消除過共析鋼中的網(wǎng)狀二次滲碳體正火后的組織S(Wc=0.6～1.4%)，S+F(Wc＜0.6%)

熱處理與硬度關系合適切削加工硬度第44頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火二、鋼的正火正火與退火的選擇（1）從切削加工性考慮：作為預備熱處理，低碳鋼正火優(yōu)于退火，而高碳鋼正火后硬度太高，必須采用退火（2）從使用性能考慮：對于亞共析鋼工件來說，正火比退火具有較好的力學性能。如果零件的性能要求不高，則可用正火作為最終熱處理。但當零件形狀復雜時，由于正火冷卻速度快，有引起開裂的危險，則以采用退火為宜（3）從經(jīng)濟上考慮：正火比退火的生產(chǎn)周期短、耗能少、成本低，且操作方便，故在可能的情況條件下優(yōu)先采用正火。第45頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火二、鋼的正火退火和正火的工藝比較

第46頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火

鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。

“淬火”在專業(yè)文獻上，人們寫的是“淬火”，而讀起來又稱“蘸火”?！罢夯稹币殉蔀閷I(yè)口頭交流的習用詞，但文獻中又看不到它的存在。也就是說，淬火是標準詞，人們不讀它，“蘸火”是常用詞，人們卻不寫它，這是我國文字中不多見的現(xiàn)象。

第47頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火一、淬火的目的淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。

真空淬火爐第48頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火二、淬火加熱溫度加熱溫度以鋼的相變臨界點為依據(jù)，一般原則是：亞共析鋼為Ac3溫度以上30～50℃，共析鋼和過共析鋼為Ac1溫度以上30～50℃。

第49頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五M+Fe3C+A殘Ac1+30～50過共析鋼M+A殘Ac1+30～50

共析鋼M+A殘Ac3+30～50亞共析鋼Wc＞0.5%MAc3+30～50亞共析鋼Wc≤0.5%

最終組織淬火溫度(℃)

鋼種第50頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火二、淬火加熱溫度

淬火后的組織

T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織45鋼(含0.45%C)正常淬火組織第51頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火三、淬火冷卻介質理想冷卻介質

理想淬火曲線示意圖MsMf第52頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火三、淬火冷卻介質常用冷卻介質

名稱

最大冷卻速度時平均冷卻速度/(℃?s-1)所在溫度/℃冷卻速度/(℃?s-1)650～550℃300～200℃20℃靜止水34077513545040℃靜止水28554511041060℃靜止水2202758018510%NaCl溶液58020001900100010%NaOH溶液5602830275077520℃10號機油430230606580℃10號機油430230705520℃3號錠子油50012010050第53頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火四、常用淬火方法a)單液淬火：直冷，簡單易操作b)雙液淬火：先快后慢，降低應力c)分級淬火：降-恒-降，應力極低d)等溫淬火：得到B下〔工模具、彈簧〕

第54頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火五、鋼的淬透性與淬硬性淬透性：淬透性是指在規(guī)定條件下，鋼在淬火冷卻時獲得馬氏體組織深度的能力。影響淬透性的因素是鋼的臨界冷卻速度。

第55頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火五、鋼的淬透性與淬硬性淬透性的測定方法

末端淬火法示意圖第56頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火五、鋼的淬透性與淬硬性淬透性的實際意義（1）要根據(jù)零件不同的工作條件合理確定鋼的淬透性要求：并不是所有的場合都要求淬透，或者淬透都是有益的。（2）尺寸效應：零件尺寸越大，其熱容量越大，淬火時零件冷卻速度越慢，因些，淬透層越薄，性能越差。（3）合理的加工工序：淬透層淺的大尺寸工件應考慮在淬火前先切削加工

第57頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火五、鋼的淬透性與淬硬性淬硬性：淬硬性是指鋼在理想條件下進行淬火所能達到最高硬度的能力。淬硬性的影響因素是鋼中碳的質量分數(shù)，碳的質量分數(shù)越大，淬硬性越高，反之，淬硬性越低。

碳素結構鋼(20)淬透性淬硬性鋼種小低小高碳素工具鋼(T12A)大低低碳合金結構鋼(20Cr2Ni4A)大高高碳高合金工具鋼(W18Cr4V)第58頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的回火淬火后具有以下特點：①得到了馬氏體、貝氏體、殘余奧氏體等不平衡（即不穩(wěn)定）組織。②存在較大內(nèi)應力。③力學性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經(jīng)過回火?；鼗鹩址Q配火。是將經(jīng)過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當溫度，保溫一段時間后在空氣或水、油等介質中冷卻的金屬熱處理?；驅⒋慊鸷蟮暮辖鸸ぜ訜岬竭m當溫度，保溫若干時間，然后緩慢或快速冷卻。一般用以減低或消除淬火鋼件中的內(nèi)應力，或降低其硬度和強度，以提高其延性或韌性。根據(jù)不同的要求可采用低溫回火、中溫回火或高溫回火。通常隨著回火溫度的升高，硬度和強度降低，延性或韌性逐漸增高。

第59頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五井式回火爐第四節(jié)鋼的回火一、回火的目的1）減小或消除淬火應力2）滿足使用性能要求3）穩(wěn)定組織和尺寸二、淬火鋼在回火時的組織和性能變化1）馬氏體分解（80～200℃）2）殘余奧氏體的分解（200～300℃）3）碳化物的轉變（300～400℃）4）滲碳體的聚集長大和α相再結晶（>400℃）

第60頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的回火回火后的組織

回火索氏體回火屈氏體回火馬氏體第61頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的回火三、回火的分類和應用

廣泛用于各種結構件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預備熱處理。適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。應用獲得良好的綜合力學性能，即在保持較高的強度同時，具有良好的塑韌性。提高e及s，同時使工件具有一定韌性。在保留高硬度、高耐磨性的同時，降低內(nèi)應力?；鼗鹉康腟回

T回

M回

回火組織500-650℃350-500℃150-250℃回火溫度高溫回火中溫回火低溫回火適用于彈簧熱處理第62頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第63頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第64頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第65頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第66頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第67頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第68頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的回火回火脆性淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。在某些溫度范圍內(nèi)回火時出現(xiàn)的沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱回火脆性?；鼗鸫嘈钥煞譃榭赡婊鼗鸫嘈院筒豢赡婊鼗鸫嘈圆豢赡婊鼗鸫嘈杂址Q第一類回火脆性。是指淬火鋼在250-350℃回火時出現(xiàn)的脆性。這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會出現(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法?；鼗饡r應避開這一溫度范圍。

第69頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的回火回火脆性可逆回火脆性又稱第二類回火脆性。是指淬火鋼在500-650℃范圍內(nèi)回火后緩冷時出現(xiàn)的脆性?；鼗鸷罂炖洳怀霈F(xiàn)。主要發(fā)生在含Cr,Ni,Si,Mn的結構鋼中。防止辦法：⑴回火后快冷。⑵加入合金元素W(約1%)、Mo(約0.5%)。該法更適用于大截面的零部件。

第70頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五本章練習21、低碳鋼板硬度低，可否用淬火方法提高硬度？用什么辦法能顯著提高硬度？2、亞共析鋼熱處理時快速加熱可顯著地提高屈服強度和沖擊韌性，是何道理？3、熱軋空冷的45鋼鋼材在重新加熱到超過臨界點后再空冷下來時，組織為什么能細化？4、確定下列鋼件的退火方法，并指出退火目的及退火后的組織：1）經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度；2）ZG35的鑄造齒輪3）鍛造過熱后的60鋼鍛坯；4）具有片狀滲碳體的T12鋼坯；第71頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五本章練習25、指出下列零件的鍛造毛坯進行正火的主要目的及正火后的顯微組織：（1）20鋼齒輪（2）45鋼小軸（3）T12鋼銼刀6、一批45鋼試樣（尺寸Φ15*10mm），因其組織、晶粒大小不均勻，需采用退火處理。擬采用以下幾種退火工藝；（1）緩慢加熱至700℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（2）緩慢加熱至840℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（3）緩慢加熱至1100℃，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；問上述三種工藝各得到何種組織？若要得到大小均勻的細小晶粒，選何種工藝最合適？第72頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五本章練習27、有兩個含碳量為1.2%的碳鋼薄試樣，分別加熱到780℃和860℃并保溫相同時間，使之達到平衡狀態(tài)，然后以大于VK的冷卻速度至室溫。試問：（1）哪個溫度加熱淬火后馬氏體晶粒較粗大？（2）哪個溫度加熱淬火后馬氏體含碳量較多？（3）哪個溫度加熱淬火后殘余奧氏體較多？（4）哪個溫度加熱淬火后未溶碳化物較少？（5）你認為哪個溫度加熱淬火后合適？為什么？8、擬用T10制造形狀簡單的刀具，工藝路線為：鍛造—熱處理—機加工—熱處理—磨加工試寫出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用；指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度；制定最終熱處理工藝規(guī)定（溫度、冷卻介質）第73頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理表面熱處理是對工件表面進行強化的金屬熱處理工藝。它不改變零件心部的組織和性能。廣泛用于既要求表層具有高的耐磨性、抗疲勞強度和較大的沖擊載荷，又要求整體具有良好的塑性和韌性的零件，如曲軸、凸輪軸、傳動齒輪等。表面熱處理分為表面淬火和化學熱處理兩大類。

表面淬火化學熱處理第74頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理

第75頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理

上節(jié)回顧整體熱處理退火預備熱處理最終熱處理正火淬火回火第76頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第77頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第78頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火表面淬火是一種不改變鋼表層化學成分，但改變表層組織的局部熱處理工藝。通過快速加熱使鋼的表層奧氏體化，然后急冷，使表層形成馬氏體組織，而心部仍保持不變。表面淬火加工的方法有感應加熱、火焰加熱、電接觸加熱法等。等。

火焰加熱感應加熱第79頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應加熱表面淬火（1）感應加熱表面淬火的原理利用交變電流在工件表面感應巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。電磁感應集膚效應鄰近效應熱傳導第80頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應加熱表面淬火（1）感應加熱表面淬火的原理電磁感應

放在變化磁通量中的導體，會產(chǎn)生電動勢。此電動勢稱為感應電動勢或感生電動勢，若將此導體閉合成一回路，則該電動勢會驅使電子流動，形成感應電流。第81頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應加熱表面淬火（1）感應加熱表面淬火的原理集膚效應當交變電流通過導體時，電流將集中在導體表面流過，這種現(xiàn)象叫集膚效應。是電流或電壓以頻率較高的電子在導體中傳導時，會聚集于總導體表層，而非平均分布于整個導體的截面積中。

第82頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應加熱表面淬火（1）感應加熱表面淬火的原理鄰近效應當高頻電流在兩導體中彼此反向流動或在一個往復導體中流動時，電流會集中于導體鄰近側流動的一種特殊的物理現(xiàn)象。

第83頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應加熱表面淬火（1）感應加熱表面淬火的原理熱傳導熱量從系統(tǒng)的一部分傳到另一部分或由一個系統(tǒng)傳到另一個系統(tǒng)的現(xiàn)象叫熱傳導。

第84頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應加熱表面淬火（2）感應加熱表面淬火的分類（δ=（500-600)f1/2)高頻：70～1000KHz，常用200～300KHz，淬硬深度為0.5～2mm。中小模數(shù)齒輪、軸類零件等。中頻：500～10000Hz，常用2500～8000Hz，淬硬深度2～10mm，直徑較大的軸類和較大模數(shù)的齒輪等。工頻：50Hz，淬硬深度達10～15mm。直徑大于300mm的軋輥及軸類零件等。超音頻：20-40kHz，稍高于音頻（<20kHz）。第85頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應加熱表面淬火（3）感應加熱表面淬火的特點工件表面硬度高、脆性低：表層淬火硬度比普通淬火高出2-3HRC；疲勞強度高：表面馬氏體轉變形成殘余壓應力；工件表面質量好、變形?。杭訜崴俣瓤?、保溫時間短工藝過程易于控制：生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)機械化和自動化操作；設備較貴：不適用于單件生產(chǎn)第86頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應加熱表面淬火（4）感應加熱表面淬火的技術要求材料的選用：ωc=0.4-0.5%；淬硬層深度：一般有效淬硬度深度為1/10R，對于直徑10-20mm的小件可選1/5R，對于較大直徑可取小于1/10R；預備熱處理：調(diào)質或正火淬火后的回火：低溫回火或自回火常用工藝路線：鍛造-退火或正火——粗機械加工——調(diào)質或正火——精機械加工——感應加熱淬火——低溫回火——磨削。第87頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火2.火焰加熱表面淬火（1）基本方法（2）特點及應用a)設備簡單,操作方便,成本低。b)淬火質量不穩(wěn)定。c)適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。d)淬硬深度一般為2～6mm。主要適用于單件或小批量生產(chǎn)的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等?；鹧姹砻娲慊鹗疽鈭D第88頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學熱處理將零件置于一定的化學介質中，通過加熱、保溫,使介質中一種或幾種元素原子滲入工件表層，以改變鋼表層的化學成分和組織的熱處理工藝。

根據(jù)滲入的元素不同，化學熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等?；瘜W熱處理的主要特點是表層不僅有組織的變化，而且有成分的變化，故性能改變的幅度大。其主要作用是強化和保護金屬表面。各種化學熱處理都是依靠介質元素的原子向零件內(nèi)部擴散來進行的，在零件加熱到一定溫度后，都要進行分解、吸收、擴散三個過程。第89頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學熱處理1.鋼的滲碳定義：將鋼件在滲碳介質中加熱并保溫使碳原子滲入表層的化學熱處理工藝。目的：使低碳(wc=0.10-0.25%)鋼件表面得到高碳(wc=1.0-1.2%)，經(jīng)適當?shù)臒崽幚?淬火+低溫回火)后獲得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定強度及較高的塑性、韌性。應用：適用于同時受磨損和較大沖擊載荷的低碳、低合金鋼零件，如齒輪、活塞銷、套筒及要求很高的噴油嘴偶件等。用鋼：低碳鋼和低碳合金鋼。20、20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA、12CrNi3、12Cr2Ni4等。第90頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學熱處理1.鋼的滲碳方法：固體、氣體、液體滲碳。零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱固體滲碳法示意圖氣體滲碳法示意圖第91頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學熱處理1.鋼的滲碳滲碳后的熱處理：滲碳后必須進行淬火、低溫回火的熱處理。常用的淬火方法有直接淬火、一次淬火、二次淬火。

直接淬火一次淬火二次淬火滲碳工件的一般工藝路線為：鍛造——正火——機加工——滲碳——淬火+低溫回火——精加工第92頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學熱處理1.鋼的滲碳防止?jié)B碳方法：

(1)加大余量法---在不需要滲碳的部位預先留出一定的加工余量,其留量比滲碳層深度大一倍以上。滲碳后先車去滲碳層再轉淬火。

(2)鍍銅法---在不需滲碳的部位電鍍一層0.02--0.04mm的銅,銅層要致密,不得暴露原金屬。

(3)涂料法---在不需滲碳的部位涂上防滲涂料。

(4)工裝法----自制專用工裝,把不需滲碳的部位封閉密封。注意事項：

(1)不得用鍍鋅的方法防滲碳。

(2)滲碳后需進行機械加工的工件,硬度不應高于30HRC。

第93頁，共102頁，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學熱處理1.鋼的氮化定義：滲氮一般在Ac1溫度以下使活性氮原子滲入工件表面的化學熱處理藝。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞性質、耐蝕性及熱硬性。用鋼：一般采用碳的質量分數(shù)為0.15%～0.45%的合金結構鋼。38CrMoAlA特點：滲氮層具有很高的硬度（65～72HRC）和耐磨性，且可維持到560～600℃；滲氮溫度低，滲氮后無需進行其他熱處理，工件變形??；滲氮后具有良好的耐蝕性。方法：氣體滲氮、離子滲氮。滲氮零件的一般工藝路線：鍛造——正火或退火——粗加工——調(diào)質——精加工——去應力——粗磨——氮化——精磨或研磨第