機(jī)械基礎(chǔ) 教案 32常用熱處理工藝安排VIP

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課程模塊三金屬材料的熱處理

機(jī)械基礎(chǔ)授課章節(jié)課時4

名稱單元二常用熱處理工藝安排

了解常用熱處理的“四把火”的目的。

教學(xué)

了解鋼的熱處理的性能變化及用途。

目標(biāo)掌握常用熱處理的工藝方法。

重點重點：常用熱處理的“四把火”

難點難點：熱處理的性能變化及用途

教學(xué)

講授法、多媒體演示法

方法

教學(xué)內(nèi)容

熱處理是機(jī)械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。大體來說，它可以保

證和提高工件的各種性能，如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛壞的組織和應(yīng)力狀態(tài)，

以利于進(jìn)行各種冷、熱加工。為使金屬工作具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化

導(dǎo)

學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵

入

是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所

以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容C本節(jié)課就以鋼為例來講解金屬材料常用

的熱處理工藝。

一、鋼的普通熱處理

通常把加熱速度、最高加熱溫度、保溫時間和冷卻速度稱為工件熱處理的四個

教學(xué)要素，也稱工藝參數(shù)。

程序1.鋼的退火

（1）定義

退火是將鋼緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時間，然后以適宜速度冷卻（通常

新是緩慢冷卻，有時是控制冷卻）的熱處理工藝。

（2）退火的目的

授將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進(jìn)行

內(nèi)緩慢冷卻（冷卻速度最慢），目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好

的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備

容

（3）退火的分類

一般情況下，退火可以分為完全退火、球化退火、擴(kuò)散退火、再結(jié)晶退火、去

應(yīng)力退火等，

2.鋼的正火

（1）定義

正火是將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后出爐在空氣中冷卻至室溫的

熱處埋JL藝。

(2)正火的目的

①細(xì)化晶粒，改善組織和切削加工性能。

②消除內(nèi)應(yīng)力。

③提高綱的塑性和韌性。

(3)正火與退火

正火的效果同退火相似,不同之處在于冷卻速度比退火更快，得到的組織更細(xì),

常用于改善材料的切削性能,也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理,

同時正火冷卻時不占用設(shè)備,生產(chǎn)效率高C

退火與正火的選擇：

切削加工；

低碳鋼正火。

中高碳鋼完全退火。

高碳鋼、合金工具鋼正火+球化退火。

作為最終熱處理正火。

正火可以替代完全退火以提高效率。

3.鋼的淬火

(1)定義與分類

淬火是將工件加熱到一定溫度，保溫一定時間后，出爐在水、油或其他無機(jī)鹽、

有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻以獲得高硬度的熱處理工藝。通常淬火包括單液

淬火、雙液淬火、分級淬火和等溫淬火等C

(2)目的

淬火的目的是提高金屬材料的強(qiáng)度和便度，增加耐磨性，并在回火后獲得高強(qiáng)

度和一定韌性相配合的性能。

(3)鋼的淬透性和淬硬性：

①淬透性

鋼的淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。淬透性好的工件易淬透，組織

和性能均勻一致，淬透性大的工件在淬火時可選用冷卻能力較小的淬火介質(zhì)以減小

淬火應(yīng)力，對受力大而復(fù)雜的工件，為確保組織性能一致，可選用淬透性好的鋼，

當(dāng)要求工件表面硬度高而芯部韌性好時，可選用低淬透性鋼。

②淬硬，,生

鋼的淬硬性是指淬火后馬氏體所能達(dá)到的最高硬度，淬硬性主要取決于馬氏

體的碳含量。

4.鋼的回火

(1)定義

回火是將淬火后的工件重新加熱到某一溫度，保溫一定時間后，出爐空冷至室

溫的熱處理工藝。

(2)目的

回火的目的是減少或消除因淬火而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，提高鋼的塑性和

韌性，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性滿足工件的性能要求。

(3)分類及性能

根據(jù)鋼的回火溫度范圍，一般回火分為低溫回火、中溫回火、高溫叵火。各溫

度、組織形態(tài)、性能及應(yīng)用，如表3-2-2所示。

表3-2-2回火的分類及性能對比

回火回火組織組織形態(tài)性能及應(yīng)用

類型溫度

低溫150-回火M過和￡-Fe+a保持高硬度，降低脆性及殘

回火250(MD碳化物余應(yīng)力，用于工模具鋼，表

面淬火及滲碳淬火件

中溫350?回火屈保留馬氏體硬度下降，韌性、彈性極限

回火500氏體針形F+細(xì)粒和屈服強(qiáng)度T，用于彈性元

(D狀Fe3c件

高溫500?回火索多邊形F4■粒強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、

回火650氏體狀Fe3c良好綜合機(jī)械性能，優(yōu)于正

(SD火得到的組織。中碳釧、重

要零件采用。

對于未經(jīng)淬火的鋼I可火是沒有意義的，而淬火鋼在未進(jìn)行回火之前一般也是不

能直接應(yīng)用的，為避免淬火鋼在放置過程中產(chǎn)生開裂或變形，i般鋼件在淬火后應(yīng)

及時回火。

通常把淬火加高溫回火的熱處理稱為“調(diào)質(zhì)”，調(diào)質(zhì)廣泛應(yīng)用于各種重要結(jié)構(gòu)

件，如連桿'軸、齒輪的處理，也可作為某些要求較高的精密零件、量具等的預(yù)備

熱處理。

二、鋼的表面熱處理

對于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦或沖擊的零件，一般要求表面具有較高的強(qiáng)度、硬

度、耐磨性而芯部又具有足夠的塑性和韌性，對零件進(jìn)行表面熱處理是滿足這些性

能要求的有效方法。

1.表面淬火

(1)定義

表面淬火是將工件表面快速加熱到淬火溫度，然后快速冷卻，僅使表面得到淬

火組織，而芯部仍然保持淬火前組織的熱處理工藝。

(2)應(yīng)用范圍

表面淬火適用于含碳量為。.儲-0.5%的中碳結(jié)構(gòu)鋼，如40、45鋼，40Cr、40MoB

等低淬透性鋼，還可用于鑄鐵，如機(jī)床導(dǎo)軌表面的熱處理，以提高其耐磨性。

(3)加熱方法

表面淬火常用的加熱有感應(yīng)加熱和火焰加熱

感應(yīng)加熱的特點是加熱快，變形小，得到的組織極細(xì)切均勻，可實現(xiàn)批量自動

化生產(chǎn)，缺點是設(shè)備較貴，形狀復(fù)雜的零件不易處理。

火焰加熱的特點是設(shè)備簡單，成本低，靈活性大，主要用于單件小批量及大型

工件的表面淬火，缺點是淬火質(zhì)量不易控制。

2.化學(xué)熱處理

(1)定義

化學(xué)熱處理是將工件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中一種或幾種

元素的原子滲入工件表層，以改變工件表層的化學(xué)成分和組織且又能獲得更高性能

的熱處理工藝。

(2)分類

化學(xué)熱處理有介質(zhì)的分解、工件表面的吸收、原子向內(nèi)部擴(kuò)散等三個基本過程

組成。根據(jù)滲入元素的不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化，碳氮共滲、滲其他元

素等。

①滲碳

滲碳是指向鋼表面滲入碳原子的過程。滲碳是為r是低碳鋼工件表面獲得高的

碳濃度，從而提高工件表面的硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時芯部保持良好的韌性

和塑性。

滲碳常用的方法有氣體滲碳、液體滲嵌和固體滲碳等，最常用的是氣體滲碳。

氣體滲碳的優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，滲層質(zhì)量好，勞動強(qiáng)度低，便于直接淬火，缺點是

滲碳量及滲層深度不易精確控制，電力消耗大。

②氮化

氮化是指向鋼的表面滲入氮原了?的過程，其目的是為了提高工件表面的硬度、

疲勞強(qiáng)度、耐磨性及耐蝕性。

氮化的優(yōu)點是氮化件表面硬度高，耐蝕性好，耐磨性好，熱硬性高，變形小。

缺點是工藝紅雜，成本高，氮化層薄。因而主要用于耐磨性及精度要求很高的零件,

或要求耐熱、耐磨、耐蝕的零件，如精密機(jī)床的絲杠、鑲床主軸、發(fā)動機(jī)氣缸及熱

作模具等。

③碳氮共滲

碳氮共滲是指使工件同時滲入碳原子和氮原子的化學(xué)熱處理工藝，也叫氧化。

與滲碳相比，?；哂刑幚頊囟鹊停瑫r間短，生產(chǎn)效率高，工件變形小等優(yōu)點,

但其滲層較薄，主要用于形狀復(fù)雜、要求變形小的小型耐磨件。

三、鋼的表面熱處理新技術(shù)

1.熱噴涂技術(shù)

將熱噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，用高壓氣流使其霧化并噴射于工件表

面形成涂層的工藝稱為熱噴涂。

利用熱噴涂技術(shù)可以改善材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及絕緣性等，己廣泛

應(yīng)用于包括航空航天、原子能、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域。常用的噴涂

方法有火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂等。

由于涂層材料的種類很多，所獲得的涂層性能差異很大，可應(yīng)用于各種材料的

表面保護(hù)、強(qiáng)化及修復(fù)，并滿足特殊功能的需求。

2.氣相沉積技術(shù)

氣相沉枳技術(shù)是指將含有沉淀元素的氣相物質(zhì)通過物理或化學(xué)的方法沉積至

材料表面形成薄膜的?種新型鍍膜技術(shù)。

根據(jù)沉積過程的原理不同，氣相沉積技術(shù)可以分為物理氣相沉積（PVD）和化

學(xué)氣相沉積（CVD）兩大類。

物理氣相沉積技術(shù)是指在真空條件下，用物理的方法使材料汽化成原子、分子

或電離成離子，并通過氣相過程在材料表面沉積成一層薄膜的技術(shù)。

化學(xué)/（相沉積技術(shù)是指在一定溫度下，混合氣體與基體表面相互作用而在基體

表面形成金屬或化合物薄膜的方法。

3.三束表面改性技術(shù)

三束表面改性技術(shù)是指將激光束、電子束、離子束（合稱“三束”）等具有高

能量密度的能源施加到材料表面，使之發(fā)生物理、化學(xué)變化，以獲得特殊表面性能

的技術(shù)。

三束對材料表面的改性是通過改變材料的成分和結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。由于這些束流

具有極高的能顯密度，可對■