金屬工藝學 第3版 課件 8 鋼的熱處理

金屬工藝學單元二鋼的熱處理模塊五回火一、回火概述回火是指工件淬硬后，加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。一般來說，隨著回火溫度的升高，淬火組織將發(fā)生一系列變化，回火時的組織轉(zhuǎn)變過程一般分為四個階段：第一階段（≤200℃）——馬氏體分解，淬火組織經(jīng)過回火，轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體組織；第二階段（200～300℃）——殘余奧氏體分解，淬火組織經(jīng)過回火，轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體組織；第三階段（250～400℃）——碳化物析出，淬火組織經(jīng)過回火，形成回火托氏體組織；第四階段（＞400℃）——碳化物聚集長大與鐵素體的再結(jié)晶，淬火組織經(jīng)過回火，最終形成回火索氏體組織。二、回火方法及其應(yīng)用

根據(jù)鋼材在回火時的加熱溫度不同，可將回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火三種。1.低溫回火低溫回火的溫度范圍是250℃以下。淬火鋼經(jīng)低溫回火后，獲得的組織為回火馬氏體（M1）。淬火鋼經(jīng)低溫回火后，鋼的硬度一般為58～62HRC。低溫回火主要用于由高碳鋼、合金工具鋼制造的刃具、量具、冷作模具、滾動軸承及滲碳件、表面淬火件等。2.中溫回火中溫回火的溫度范圍是250℃～450℃。淬火鋼經(jīng)中溫回火后，獲得的組織為回火托氏體（T1）。淬火鋼經(jīng)中溫回火降低了淬火應(yīng)力，鋼的硬度一般為35～50HRC。中溫回火主要用于處理鋼制彈性元件，如各種卷簧、板簧、彈簧鋼絲等。3.高溫回火高溫回火的溫度范圍是500℃以上。淬火鋼經(jīng)高溫回火后，獲得的組織為回火索氏體（S1）。淬火鋼經(jīng)高溫回火后，鋼的硬度一般為200～330HBW。高溫回火主要用于處理軸類、連桿、螺栓、齒輪等工件。模塊六

金屬的時效

●固溶處理是指工件加熱至適當溫度并保溫，使過剩相充分溶解，然后快速冷卻以獲得過飽和固溶體的熱處理工藝。●金屬材料經(jīng)過冷加工、熱加工或固溶處理后，在室溫下放置或適當升溫加熱時，發(fā)生力學性能和物理性能隨著時間而變化的現(xiàn)象，稱為時效。常用的時效方法主要有：自然時效、熱時效、變形時效、振動時效和沉淀硬化時效等。

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金屬的時效一、自然時效●自然時效是指金屬材料經(jīng)過冷加工、熱加工或固溶處理后，在室溫下發(fā)生性能隨著時間而變化的現(xiàn)象。例如，鋼鐵鑄件、鍛件、焊接件等在室溫下長時間（半年或幾年）在戶外或室內(nèi)堆放，就是自然時效。二、熱時效●熱時效是指隨著溫度的不同，α-Fe中碳的溶解度發(fā)生變化，使鋼的性能發(fā)生改變的過程稱為熱時效。例如，低碳鋼在室溫放置過程中，由于碳的溶解度較低，碳以Fe3CIII的形式，具有從過飽和的固溶體中析出使鋼的硬度和強度上升，而塑性和韌性下降。三、變形時效●變形時效是指鋼在冷變形后進行的時效。變形時效也降低鋼（尤其是汽車用板材）的鍛壓加工性能。四、振動時效●振動時效是指通過機械振動（如超聲波）的方式來消除、降低或均勻工件內(nèi)殘余應(yīng)力的工藝，又稱為振動消除應(yīng)力法。振動時效工藝適用于重要的鑄件、鍛件和焊接件等，在國內(nèi)外已獲得廣泛應(yīng)用。五、沉淀硬化時效●沉淀硬化時效是在過飽和固溶體中形成或析出彌散分布的強化相而使金屬材料硬化的熱處理工藝。它是不銹鋼、高溫耐熱合金、高強度鋁合金等的重要強化方法。模塊七

表面熱處理與化學熱處理一、表面熱處理

表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對其表面進行熱處理的工藝。1．表面淬火和回火表面淬火是指僅對工件表層進行淬火的工藝。表面淬火不改變工件表面化學成分，而是采用快速加熱方式，使工件表層迅速奧氏體化，使心部仍處于臨界點Ac1以下，并隨之淬火，從而使工件表面硬化。按加熱方法的不同，表面淬火方法主要有：感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、接觸電阻加熱表面淬火及電解液加熱表面淬火等。

（1）感應(yīng)加熱表面淬火。利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面、局部或整體加熱并進行快速冷卻的淬火工藝稱為感應(yīng)加熱表面淬火。①感應(yīng)加熱基本原理。②感應(yīng)加熱表面淬火的特點。感應(yīng)加熱表面淬火具有工件加熱速度快、時間短，變形小，基本無氧化和無脫碳特點；工件表面經(jīng)感應(yīng)加熱淬火后，在淬硬的表面層中存在較大的殘余壓應(yīng)力，可以有效地提高工件的疲勞強度；生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)機械化、自動化，適于大批量生產(chǎn)。③感應(yīng)加熱表面淬火的應(yīng)用。感應(yīng)加熱表面淬火主要用于中碳鋼和中碳合金鋼制造的工件，如40鋼、45鋼、40Cr鋼、40MnB鋼等。根據(jù)交流電流頻率不同，感應(yīng)加熱表面淬火分為高頻感應(yīng)加熱表面淬火、中頻感應(yīng)加熱表面淬火和工頻感應(yīng)加熱表面淬火三類。（2）火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是利用乙炔一氧或其它可燃氣燃燒的火焰對工件表層進行加熱，隨之快速冷卻的淬火工藝?；鹧婕訜岜砻娲慊鸩僮骱啽?，不需要特殊設(shè)備，生產(chǎn)成本低，主要用于單件或小批量生產(chǎn)的各種齒輪、軸、軋輥等。2．氣相沉積氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學過程、改變工件表面成分，在工件表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層的表面處理技術(shù)。氣相沉積按照過程的本質(zhì)可分為化學氣相沉積和物理氣相沉積兩大類。

（1）化學氣相沉積。化學氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)在一定的溫度下，在固體表面上進行化學反應(yīng)，并在其表面上生成固態(tài)沉積膜的過程。化學氣相沉積在硬質(zhì)合金刀具涂層、鋼制模具涂層以及耐磨件涂層等方面得到應(yīng)用，而且其使用壽命較未涂層前提高3～10倍。（2）物理氣相沉積。物理氣相沉積是通過真空蒸發(fā)、電離或濺射等過程，產(chǎn)生金屬離子并沉積在工件表面，形成金屬涂層或與反應(yīng)氣體反應(yīng)生成化合物涂層的過程。物理氣相沉積適用于鋼鐵材料、非鐵金屬、陶瓷、玻璃、塑料等。物理氣相沉積方法有真空蒸鍍、真空濺射和離子鍍?nèi)悺?/p>

二、化學熱處理化學熱處理是將工件置于適當?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入到它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。化學熱處理與表面淬火相比，其特點是表層不僅有組織的變化，而且還有化學成分的變化。

化學熱處理方法很多，通常以滲入元素來命名工藝名稱，如滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲硅、滲金屬等?；瘜W熱處理由分解、吸收和擴散三個基本過程組成。1．滲碳為提高工件表層碳的質(zhì)量分數(shù)并在其中形成一定的碳含量梯度，將工件在滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使碳原子滲入的化學熱處理工藝稱為滲碳。滲碳所用鋼種一般是碳的質(zhì)量分數(shù)為0.10%～0.25%的低碳鋼和低合金鋼，如15鋼、20鋼、20Cr鋼、20CrMnTi鋼等。根據(jù)滲碳介質(zhì)的物理狀態(tài)不同，滲碳可分為氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。

二、化學熱處理2．滲氮在一定溫度下于一定滲氮介質(zhì)中，使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝稱為滲氮。滲氮的目的是為了提高工件表層的硬度、耐磨性、熱硬性、耐腐蝕性和疲勞強度。滲氮處理廣泛用于各種高速傳動的精密齒輪、高精度機床主軸、受循環(huán)應(yīng)力作用下要求高疲勞強度的零件(如高速柴油機曲軸)以及要求變形小和具有一定耐熱、抗腐蝕能力的耐磨零件(如閥門)等。3．碳氮共滲在奧氏體狀態(tài)下同時將碳、氮原子滲入工件表層，并以滲碳為主的化學熱處理工藝稱為碳氮共滲。根據(jù)共滲溫度不同，可分為低溫(520℃～580℃)、中溫(760℃～880℃)和高溫(900℃～950℃)碳氮共滲。碳氮共滲的目的主要是提高工件表層的硬度和耐磨性，廣泛應(yīng)用于自行車、縫紉機、儀表零件，齒輪、軸類、模具、量具等表面處理。模塊八

熱處理新技術(shù)簡介一、形變熱處理●形變熱處理是將塑性變形與熱處理工藝結(jié)合，以提高工件力學性能的復(fù)合工藝。工件經(jīng)形變熱處理后，可以獲得形變強化和相變強化綜合效果。二、真空熱處理●在低于一個大氣壓（10-1~10-3Pa）的環(huán)境中加熱的熱處理工藝，稱為真空熱處理。真空熱處理包括真空退火、真空淬火、真空回火、真空滲碳等。三、可控氣氛熱處理●為了達到無氧化、無脫碳或按要求增碳，工件在爐氣成分可控的加熱爐中進行的熱處理稱為可控氣氛熱處理?？煽貧夥諢崽幚淼闹饕康氖菧p少和防止工件加熱時的氧化和脫碳，提高工件尺寸精度和表面質(zhì)量，節(jié)約鋼材，控制滲碳時滲層碳的質(zhì)量分數(shù)，而且還可使脫碳工件重新復(fù)碳。模塊八

熱處理新技術(shù)簡介四、激光熱處理●利用激光作為熱源的熱處理稱為激光熱處理?！窦す獯慊鹗且约す庾鳛槟茉矗詷O快的速度加熱工件的自冷淬火。激光淬火廣泛應(yīng)用于汽車制造工業(yè)，如內(nèi)燃機缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的表面淬火等。五、電子束淬火●電子束淬火是以電子束作為熱源，以極快的速度加熱工件的自冷淬火。電子束的能量遠高于激光，而且其能量利用率也高于激光熱處理，可達80%。模塊九

熱處理工藝應(yīng)用一、熱處理的技術(shù)條件設(shè)計人員在設(shè)計零件時，首先應(yīng)根據(jù)零件的工作條件和環(huán)境，選擇材料，提出零件的性能要求，然后根據(jù)這些要求選擇熱處理工序及其相關(guān)技術(shù)條件，來滿足零件的使用性能要求。因此，在零件圖上應(yīng)標出熱處理工藝的名稱及有關(guān)應(yīng)達到的力學性能指標。模塊九

熱處理工藝應(yīng)用二、熱處理的工序位置熱處理按其工序位置和目的的不同，可分為預(yù)備熱處理和最終熱處理?！耦A(yù)備熱處理是指為調(diào)整原始組