热处理的基本知识精编版

1、 钢钢 的的 热热 处处 理理 1 钢的热处理概述钢的热处理概述 2 钢在加热和冷却时的转变钢在加热和冷却时的转变 3 钢的整体热处理工艺钢的整体热处理工艺 4 钢的表面热处理工艺钢的表面热处理工艺 5 热处理新技术简介热处理新技术简介 热处理的定义热处理的定义: : 时间 温度温度 临界温度临界温度 热热 加加 保温保温 冷冷 却却 3-1 钢的热处理概述 热处理的主要目的热处理的主要目的: :改变钢的性能。改变钢的性能。 热处理的应用范围热处理的应用范围: :整个制造业。整个制造业。 热处理的分类热处理的分类 热处理热处理 整整 体体 热处理热处理 表表 面面 热处理热处理 退火退火;正火

2、正火; 淬火淬火;回火回火; 表面淬火表面淬火 化化 学学 热处理热处理 感应淬火感应淬火 火焰淬火火焰淬火 渗碳渗碳; 渗氮渗氮; 碳氮共渗碳氮共渗; 3-1 钢的热处理概述 箱 式 电 阻 炉 3-1 钢的热处理概述 台 车 式 电 阻 炉 3-1 钢的热处理概述 连 续 式 热 处 理 炉 3-1 钢的热处理概述 钢的临界点： 平衡临界点：平衡临界点： 加热临界点：加热临界点： 冷却临界点：冷却临界点： A1、 A3、 Acm Ac1、Ac3、Accm Ar1、Ar3、Arcm 3-1 钢的热处理概述 钢在加热时奥氏体的形成过程又称为钢在加热时奥氏体的形成过程又称为奥氏体化奥氏体化。以。

3、以 共析钢的奥氏体形成过程为例。共析钢的奥氏体形成过程为例。 2 钢在加热和冷却时的转变 1、奥氏体的形成、奥氏体的形成(PA) 一、一、 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 奥氏体形核与晶核长大奥氏体形核与晶核长大 奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面上形成。奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面上形成。 奥氏体晶核形成以后，依靠铁、碳原子的扩散，使铁素体不奥氏体晶核形成以后，依靠铁、碳原子的扩散，使铁素体不 断向奥氏体转变和渗碳体不断溶入到奥氏体中去而进行的。断向奥氏体转变和渗碳体不断溶入到奥氏体中去而进行的。 残留渗碳体的溶解残留渗碳体的溶解 铁素体全部消失以后，仍有部分剩余渗铁素体全部

4、消失以后，仍有部分剩余渗 碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳体不断地溶入到奥氏碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳体不断地溶入到奥氏 体中去，直至全部消失。体中去，直至全部消失。 奥氏体均匀化奥氏体均匀化 渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的成分是不渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的成分是不 均匀的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散才能获得均匀化的均匀的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散才能获得均匀化的 奥氏体。奥氏体。 亚共析钢的加热过程：亚共析钢的加热过程： 过共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程： AAFPF ACAC 31 ACFeACFeP cm AC AC 33 1 2 钢在加

5、热和冷却时的转变 奥氏体晶粒度的概念奥氏体晶粒度的概念 晶粒度：晶粒度：表示晶粒大小的尺度。表示晶粒大小的尺度。 钢进行加热时，当珠光体刚刚全部转变为奥氏体时，在一般情况钢进行加热时，当珠光体刚刚全部转变为奥氏体时，在一般情况 下，奥氏体晶粒是比较细小而均匀的，此时的晶粒大小称为奥氏体的下，奥氏体晶粒是比较细小而均匀的，此时的晶粒大小称为奥氏体的 起始晶粒度起始晶粒度。 在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小称为在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小称为实际晶粒实际晶粒 度度。 用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为本质晶粒度本质晶粒度。 通常

6、采用标准试验方法，即将钢加热到通常采用标准试验方法，即将钢加热到9309301010，保温，保温3 38h8h后后 测定奥氏体晶粒大小，如晶粒大小级别在测定奥氏体晶粒大小，如晶粒大小级别在1 14 4级，称为本质粗晶粒钢；级，称为本质粗晶粒钢； 如晶粒大小在如晶粒大小在5 58 8级，则称为本质细晶粒钢。级，则称为本质细晶粒钢。 2、奥氏体晶粒的长大、奥氏体晶粒的长大 2 钢在加热和冷却时的转变 晶粒度的测定方法：晶粒度的测定方法：93010保温保温38小时小时(100) 本质粗本质粗 本质细本质细 2 钢在加热和冷却时的转变 v晶粒度的控制晶粒度的控制 Al脱氧脱氧(本质细本质细) Si/M

7、n脱氧脱氧(本质粗本质粗) 2 钢在加热和冷却时的转变 3.影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素 1.1.加热温度加热温度 加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体 晶粒也越粗大，热处理时必须规定合适的加热晶粒也越粗大，热处理时必须规定合适的加热 温度范围。温度范围。 2.2.保温时间保温时间 随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保 温时间的延长，晶粒长大速度越来越慢，且不温时间的延长，晶粒长大速度越来越慢，且不 会无限制地长大下去。会无限制地长大下去。 2 钢在加热和冷却时的转变 影响奥氏体晶粒长大的因素影

8、响奥氏体晶粒长大的因素 3.3.加热速度加热速度 加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体 的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。生产的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。生产 中常用快速加热和短时保温的方法来细化晶粒。中常用快速加热和短时保温的方法来细化晶粒。 4.4.冶炼和脱氧条件冶炼和脱氧条件 冶炼时用铝脱氧，或加入冶炼时用铝脱氧，或加入Nb、Zr、V、Ti等强碳化等强碳化 物形成元素，形成难溶的碳化物颗粒物形成元素，形成难溶的碳化物颗粒, ,阻止奥氏体晶粒阻止奥氏体晶粒 长大，在一定温度下晶粒不易长大。长大，在一定温度下晶粒不易长

9、大。 2 钢在加热和冷却时的转变 影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素 5.5.含碳量的影响含碳量的影响( (有临界值有临界值) ) 随着奥氏体含碳量的增加，随着奥氏体含碳量的增加，FeFe、C C原子的扩散原子的扩散 速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。 当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了 残余渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大残余渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大 倾向减小。倾向减小。 2 钢在加热和冷却时的转变 热热 加加 保温保温 时间时间 温度温度 临界温度临界温度A1 连续冷却连续冷却等温

10、冷却等温冷却 把加热到奥氏体状态的钢， 快速冷却到低于A1的某一温 度，并等温停留一段时间， 使奥氏体发生转变，然后再 冷却到室温。 把加热到奥氏体状 态的钢，以不同的 冷却速度连续冷却 到室温。 二、二、 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 2 钢在加热和冷却时的转变 1、过冷奥氏体、过冷奥氏体 的等温转变的等温转变 2 钢在加热和冷却时的转变 共析钢的共析钢的 等温转变图等温转变图 稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区 过冷奥氏体区过冷奥氏体区 A向产向产 物转变开始线物转变开始线 A向产物向产物 转变终止线转变终止线 A + 产产 物物 区区 产物区产物区 A1550;高温转变区高温转变区; 扩散

11、型转变扩散型转变; P 转变区转变区. 550Ms(230);中温转中温转 变区变区; 半扩散型转变半扩散型转变; 贝氏体贝氏体( B ) 转变区转变区. Ms Mf(-50); 低温转变区低温转变区; 非扩散型转变非扩散型转变; 马氏体马氏体 ( M ) 转变区转变区. 时间(s) 300 1021031041010 800 -100 100 200 500 600 700 温度 () 0 400 A1 Ms Mf 2 钢在加热和冷却时的转变 珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变 (A1550, AP（F+Fe3C）) 1）在）在A1650形成的珠光体形成的珠光体 ，因为过，因为过 冷度

12、小，片间距较大冷度小，片间距较大(0.4m)，在，在 500以上的光学显微镜下，能分辨其片以上的光学显微镜下，能分辨其片 层状形态；即为粗珠光体，习惯上称为层状形态；即为粗珠光体，习惯上称为珠珠 光体（光体（P）。 2 钢在加热和冷却时的转变 2）在）在650600形成片间距较小的珠光体形成片间距较小的珠光体 (0.20.4m)，在光学显微镜，在光学显微镜8001500能分辨能分辨 出其为铁素体薄层和碳化物（渗碳体）薄层交出其为铁素体薄层和碳化物（渗碳体）薄层交 替重叠的复相组织称为替重叠的复相组织称为细珠光体或索氏体细珠光体或索氏体，用，用 字母字母S表示（以英国冶金学家表示（以英国冶金学家

13、HCSorby的名字的名字 命名）。命名）。 珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变 (A1550, AP（F+Fe3C）) 2 钢在加热和冷却时的转变 3）在）在600550形成片层间距极小的珠光体形成片层间距极小的珠光体 ( 0.2m) ，在光学显微镜下高倍放大已无法，在光学显微镜下高倍放大已无法 分辨出其内部构造，在电子显微镜下可观测到很分辨出其内部构造，在电子显微镜下可观测到很 薄的铁素体层和碳化物（渗碳体）层交替重叠的薄的铁素体层和碳化物（渗碳体）层交替重叠的 复相组织，称为复相组织，称为极细珠光体或托氏体极细珠光体或托氏体，用字母，用字母T 表示（以法国金相学家表示（以法国金相学

14、家LTroost的名字命名）。的名字命名）。 珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变 (A1550, AP（F+Fe3C）) 2 钢在加热和冷却时的转变 珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变 (A1550, AP（F+Fe3C）) a)光学显微组织（光学显微组织（500） b)电子显微组织（电子显微组织（8000） 图图6-7 珠光体组织珠光体组织 2 钢在加热和冷却时的转变 贝氏体转变：半扩散相变（贝氏体转变：半扩散相变（C）550Ms, AB) 上贝氏体：上贝氏体：550350，过饱和片状，过饱和片状F渗碳体渗碳体 下贝氏体：下贝氏体：350Ms，过饱和针状，过饱和针状F弥散弥散-

15、Fe2.4C 2 钢在加热和冷却时的转变 贝氏体转变：半扩散相变（贝氏体转变：半扩散相变（C）550Ms, AB) 上贝氏体：上贝氏体：过饱和片状过饱和片状F渗碳体，性脆无实用价值渗碳体，性脆无实用价值 下贝氏体：下贝氏体：过饱和针状过饱和针状F弥散弥散-Fe2.4C，综合性能，综合性能 好好 2 钢在加热和冷却时的转变 马氏体转变：非扩散相变，马氏体转变：非扩散相变，Ms以下以下, AM c/a1 称为马氏体的正方度称为马氏体的正方度 含碳量高，正方度大含碳量高，正方度大 2 钢在加热和冷却时的转变 低碳低碳(1.0%)马氏体：片状马氏体：片状_硬而脆硬而脆 2 钢在加热和冷却时的转变 2、

16、过冷奥氏体的连续冷却转变、过冷奥氏体的连续冷却转变 只有只有P、M转变转变 vk为临界冷却速度为临界冷却速度 2 钢在加热和冷却时的转变 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线 在连续冷却中的应用在连续冷却中的应用 v1-炉冷炉冷AP v2-空冷空冷AS v3-油冷油冷AT+M v4-水冷水冷AM A/ vk-临界冷却速度临界冷却速度vk P S M T 2 钢在加热和冷却时的转变 一、钢的退火一、钢的退火 (降低硬度、消除应力，细化晶粒降低硬度、消除应力，细化晶粒) 完全退火：亚共析钢完全退火：亚共析钢Ac3+3050，缓冷到，缓冷到 600 600时空冷，得到时空冷，得到 F+P F

17、+P； 等温退火：同完全退火，可节省时间；等温退火：同完全退火，可节省时间； 球化退火：过球化退火：过共析钢共析钢Ac1+2030，消除网状，消除网状 碳化物，使之成为球状；碳化物，使之成为球状； 去应力退火：去应力退火：500-650500-650炉冷至炉冷至200200后空冷，后空冷， 消除应力。消除应力。 4 钢的退火与正火 过共析钢的退火组织过共析钢的退火组织 4 钢的退火与正火 钢的钢的 退火退火 加热加热 温度温度 范围范围 4 钢的退火与正火 S G P 500650 二、钢的正火二、钢的正火 正火目的：细化晶粒，提高强度正火目的：细化晶粒，提高强度 低碳钢低碳钢-提高硬度提高硬

18、度 高碳钢高碳钢消除网状渗碳体消除网状渗碳体 工艺过程：工艺过程： Ac3、Accm+3050,保温后空冷保温后空冷 优优 点：周期短、能耗少点：周期短、能耗少【视频演示】【视频演示】 4 钢的退火与正火 一、钢的淬火工艺一、钢的淬火工艺 加热温度：加热温度：Ac3、Ac1 +3050 保温保温 碳碳 钢：钢： 水冷，得细小水冷，得细小M+AM+A/ / 合金钢：合金钢： 油或空冷，得油或空冷，得 M+FeM+Fe3 3C+ AC+ A/ / 5 钢的淬火 钢的钢的 理想理想 淬火淬火 工艺工艺 5 钢的淬火 二、淬火方法二、淬火方法 单液淬火：直冷，简单易操作单液淬火：直冷，简单易操作 双液

19、淬火：先快后慢，降低应力双液淬火：先快后慢，降低应力 分级淬火：快分级淬火：快- -恒恒- -快，应力极低快，应力极低 等温淬火：得到等温淬火：得到B B下 下工模具、弹簧 工模具、弹簧 局部淬火：量具等的局部区域局部淬火：量具等的局部区域 冷冷 处处 理：理：-70-70-80-80，降低，降低A A残 残% %，稳定尺寸 ，稳定尺寸 5 钢的淬火 淬火 工艺 曲线 5 钢的淬火 a)单液淬火单液淬火 b)双液淬火双液淬火 c)分级淬火分级淬火 d)等温淬火等温淬火 局部淬火方法局部淬火方法 5 钢的淬火 三、钢的淬透性三、钢的淬透性 (钢在淬火时获得马氏体的能力钢在淬火时获得马氏体的能力)

20、 5 钢的淬火 1. 淬透性的概念淬透性的概念 (钢在淬火时获得马氏体的能力钢在淬火时获得马氏体的能力) 5 钢的淬火 表层与心部淬透性的差别表层与心部淬透性的差别 半马氏体区半马氏体区 合金元素对淬透性的影响合金元素对淬透性的影响 淬透性与淬硬性的区别淬透性与淬硬性的区别 合金元素合金元素使使C曲线右移，降低曲线右移，降低vk，提高钢的淬透性。，提高钢的淬透性。 是影响淬透性的最主要因素。是影响淬透性的最主要因素。 含碳量含碳量碳钢中的含碳量愈接近共析成分，其碳钢中的含碳量愈接近共析成分，其C曲线曲线 愈靠右。愈靠右。 vk愈小，淬透性越好。愈小，淬透性越好。 奥氏体化温度奥氏体化温度提高奥

21、氏体化温度，将使奥氏体晶粒提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒 长大，成分均匀化，从而减少珠光体的形核率，降低长大，成分均匀化，从而减少珠光体的形核率，降低 钢的钢的vk，增大其淬透性。，增大其淬透性。 钢中未溶第二相钢中未溶第二相碳化物、氮化物及其它非金属夹杂碳化物、氮化物及其它非金属夹杂 物，可成为奥氏体分解的非自发核心，使物，可成为奥氏体分解的非自发核心，使vk增大，降增大，降 低淬透性。低淬透性。 影响淬透性的因素影响淬透性的因素(vK) 5 钢的淬火 影响淬透性的因素影响淬透性的因素(vK) 5 钢的淬火 2. 淬透性的测定淬透性的测定 (末端淬火法及临界直径测定法末端淬火法及临界直径测

22、定法) 5 钢的淬火 末端淬火法末端淬火法: 用标准尺寸的端淬试样用标准尺寸的端淬试样(2525100100mm)，经，经 奥氏体化后，对其端面喷水冷却。冷却后沿轴奥氏体化后，对其端面喷水冷却。冷却后沿轴 线方向测出硬度线方向测出硬度-距水冷端距离的关系曲线，即距水冷端距离的关系曲线，即 淬透性曲线。根据淬透性曲线可以对不同钢种淬透性曲线。根据淬透性曲线可以对不同钢种 的淬透性大小进行比较、推算出钢的临界淬火的淬透性大小进行比较、推算出钢的临界淬火 直径，确定钢件截面上的硬度分布情况等。直径，确定钢件截面上的硬度分布情况等。 末端淬透性末端淬透性: J_末端淬透性，末端淬透性，d_至末端距离，

23、至末端距离，HRC_该处测得的硬度该处测得的硬度 5 钢的淬火 d HRC J 2. 淬透性的测定淬透性的测定 (临界直径测定法及端淬试验法临界直径测定法及端淬试验法 ) 5 钢的淬火 临界直径测定法临界直径测定法: : 钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马 氏体或氏体或50%马氏体组织时的最大直径称为临界直马氏体组织时的最大直径称为临界直 径，以径，以D0表示。临界直径测定法就是制作一系列表示。临界直径测定法就是制作一系列 直径不同的圆棒，淬火后分别测定各试样截面上直径不同的圆棒，淬火后分别测定各试样截面上 沿直径分布的硬度沿直径分布的硬度U曲线，从中

24、找出中心恰为半曲线，从中找出中心恰为半 马氏体组织的圆棒，该圆棒直径即为临界直径。马氏体组织的圆棒，该圆棒直径即为临界直径。 临界直径越大，表明钢的淬透性越高。临界直径越大，表明钢的淬透性越高。 5 钢的淬火 部分常用钢材的临界淬透直径部分常用钢材的临界淬透直径 5 钢的淬火 3. 3. 淬透性的应用：淬透性的应用： 受力情况：轴向拉压、弯曲与扭转受力情况：轴向拉压、弯曲与扭转 重要与否：重要的轴、齿轮、连杆重要与否：重要的轴、齿轮、连杆 弹弹 簧：要求大的屈强比簧：要求大的屈强比(s/b) 阶阶 梯梯 轴：可初车后淬火轴：可初车后淬火 焊焊 接接 件：不宜选择淬透性高的钢材件：不宜选择淬透性

25、高的钢材 5 钢的淬火 淬透性的应用：淬透性的应用： 5 钢的淬火 淬透性的应用：淬透性的应用： 钢经过淬火后必须回火！钢经过淬火后必须回火！ 回火目的：消除应力，防止工件开裂回火目的：消除应力，防止工件开裂 回火工艺：回火工艺：Ac1以下保温后缓冷以下保温后缓冷 6 钢的回火 一、淬火钢的回火转变一、淬火钢的回火转变 马氏体分解（马氏体分解（100350） 回火回火M(低过饱和低过饱和-Fe2.4C) Fig 6-35 残余奥氏体的分解（残余奥氏体的分解（200300） B下 下 碳化物的转变（碳化物的转变（250400） -Fe2.4C转变为转变为Fe3C 渗碳体的聚集长大和渗碳体的聚集长

26、大和相再结晶（相再结晶（400） 成为粒状成为粒状Fe3C，600后粗化后粗化 6 钢的回火 回火钢的组织和性能转变回火钢的组织和性能转变 6 钢的回火 二、回火的分类及应用二、回火的分类及应用 低温回火（低温回火（150250） 回火回火M(低过饱和低过饱和F针 针 -Fe2.4C) 保证高硬度，保证高硬度， 用于工模具等用于工模具等 HRC5862 中温回火（中温回火（350500） 回火屈氏体，回火屈氏体，F针 针 Fe3C极细粒状 极细粒状 HRC3545，用 ，用 于各种弹性元件于各种弹性元件 高温回火（高温回火（500650） 回火索氏体，回火索氏体，F多边形 多边形 Fe3C细粒

27、状 细粒状 HRC2535 淬火淬火+高温回火高温回火调质调质【视频演示】【视频演示】 6 钢的回火 二、回火的分类及应用二、回火的分类及应用 6 钢的回火 不同含碳量碳钢的不同含碳量碳钢的 回火温度与硬度的关系回火温度与硬度的关系 一种淬火方式：形变强化一种淬火方式：形变强化+热处理强化热处理强化 分类：分类： 7 钢的形变热处理 1、低温形变热处理、低温形变热处理 Ar1以下（以下（500600） 变形量变形量6090% 抗拉强度可达抗拉强度可达 3300MPa 超高强度钢的热处理超高强度钢的热处理 飞机起落架、模具、飞机起落架、模具、 冲头、板簧冲头、板簧 7 钢的形变热处理 2、高温形

28、变热处理、高温形变热处理 Ac1以上变形以上变形 强化程度有限强化程度有限 强度提高，韧塑强度提高，韧塑 性大大提高性大大提高 锻件、曲轴、连锻件、曲轴、连 杆、叶片、弹簧杆、叶片、弹簧 7 钢的形变热处理 概概 述述 有需求：有需求： 如汽车、拖拉机上的传动齿轮，其表面硬度要求如汽车、拖拉机上的传动齿轮，其表面硬度要求 为为5862HRC，而心部硬度则要求为，而心部硬度则要求为3338HRC；精；精 密镗床主轴，要求其与滑动轴承配合的表面硬度不密镗床主轴，要求其与滑动轴承配合的表面硬度不 低于低于900HV，而心部硬度为，而心部硬度为248286HBS。 成本低：成本低： 方法简单：方法简单

29、： 通过快速加热与立即淬火冷却相结合的方法来实通过快速加热与立即淬火冷却相结合的方法来实 现表硬、心韧现表硬、心韧 8 钢的表面淬火 一、感应加热表面淬火一、感应加热表面淬火 600/f600/f1/2 1/2 式中：式中：为电流透入的为电流透入的 深度，深度，mmmm； f f为电流频率，为电流频率，HzHz 【集肤效应】【集肤效应】 8 钢的表面淬火 硬度分布 感应加热表面淬火的分类感应加热表面淬火的分类 高频高频701000KHz，常用，常用200300KHz，淬硬深度，淬硬深度 为为0.52mm。中小模数齿轮、轴类零件等。中小模数齿轮、轴类零件等。 中频中频50010000Hz，常用，

30、常用25008000Hz，淬硬深，淬硬深 度度210mm，直径较大的轴类和较大模数的齿轮，直径较大的轴类和较大模数的齿轮 等。等。 工频工频50Hz，淬硬深度达，淬硬深度达1015mm。直径大于。直径大于 300mm的轧辊及轴类零件等。的轧辊及轴类零件等。 超音频超音频202040KHz40KHz，( (音频音频20KHz)20KHz)，淬硬深度在，淬硬深度在 2mm2mm以上，适用于模数为以上，适用于模数为3 36 6的齿轮及链轮、花键的齿轮及链轮、花键 轴、凸轮等。轴、凸轮等。 8 钢的表面淬火 感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点 淬火温度高：淬火温度高： (Ac3+80150

31、) 表面硬、脆性低表面硬、脆性低 ：高：高23HRC，低的脆性。，低的脆性。 疲劳强度高：疲劳强度高： 表面产生体积膨胀而形成压应力。表面产生体积膨胀而形成压应力。 表面质量好、变形小：不易氧化、脱碳，变形小。表面质量好、变形小：不易氧化、脱碳，变形小。 生产过程易于控制：适用于大批量生产。生产过程易于控制：适用于大批量生产。 不不 足：设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。足：设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。 8 钢的表面淬火 二、火焰加热表面淬火二、火焰加热表面淬火 常用氧常用氧-乙炔火焰对零件表面进行加热乙炔火焰对零件表面进行加热 常用材料为中碳钢和中碳合金钢，如常用材料为中碳钢和中碳

32、合金钢，如35、45、40Cr、 65Mn等；还可用于灰铸铁、合金铸铁等铸铁件。等；还可用于灰铸铁、合金铸铁等铸铁件。 淬硬深度一般为淬硬深度一般为26mm。主要适用于单件或小批量。主要适用于单件或小批量 生产的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。生产的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。 缺点是加热不均，易造成工件表面过热，淬火质量不缺点是加热不均，易造成工件表面过热，淬火质量不 稳定。稳定。 8 钢的表面淬火 火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图 8 钢的表面淬火 三、激光加热表面淬火三、激光加热表面淬火 能量密度能量密度10104 410108 8W/cmW/cm2 2 淬硬

33、深度淬硬深度0.30. 5mm 形状复杂、盲孔等均可形状复杂、盲孔等均可 8 钢的表面淬火 概述（概述（1） 化学热处理：化学热处理： 将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保 温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表面温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其表面 化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学成分、组织和性能的热处理工艺。 化学热处理的主要特点是：化学热处理的主要特点是： 表层不仅有组织的变化，而且有成分的变化，故性表层不仅有组织的变化，而且有成分的变化，故性 能改变的幅度大。其主要作用是强化和保护金属表面。能改变的幅度大。其主要作用

34、是强化和保护金属表面。 9 钢的化学热处理 概述（概述（2） 化学热处理的基本过程为：化学热处理的基本过程为： 加热加热将工件加热到一定温度使之有利于吸收将工件加热到一定温度使之有利于吸收 渗入元素活性原子；渗入元素活性原子；分解分解由化合物分解或离子转由化合物分解或离子转 变而得到渗入元素活性原子；变而得到渗入元素活性原子；吸收吸收活性原子被吸活性原子被吸 附并溶入工件表面形成固溶体或化合物；附并溶入工件表面形成固溶体或化合物；扩散扩散渗渗 入原子在一定温度下，由表层向内部扩散形成一定深入原子在一定温度下，由表层向内部扩散形成一定深 度的扩散层。度的扩散层。 9 钢的化学热处理 概述（概述（

35、3） 化学热处理方法：化学热处理方法： 渗碳、碳氮共渗可提高钢的硬度、耐磨性及疲劳性质；渗碳、碳氮共渗可提高钢的硬度、耐磨性及疲劳性质； 渗氮、渗硼、渗铬使工件表面特别硬，可显著提高耐磨性和渗氮、渗硼、渗铬使工件表面特别硬，可显著提高耐磨性和 耐蚀性；耐蚀性； 渗铝可提高耐热抗氧化性；渗铝可提高耐热抗氧化性； 渗硫可提高减摩性；渗硫可提高减摩性； 渗硅可提高耐酸性等。渗硅可提高耐酸性等。 最常用：最常用：渗碳、渗氮和碳氮共渗及氮碳共渗渗碳、渗氮和碳氮共渗及氮碳共渗。 9 钢的化学热处理 一、钢的渗碳一、钢的渗碳 将钢件在将钢件在渗碳渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层介质中加热并保温使碳原子渗

36、入表层 的化学热处理工艺。的化学热处理工艺。目的目的是使低碳是使低碳( (w wc c=0.10=0.100.25%)0.25%) 钢件表面得到高碳钢件表面得到高碳( (w wc c=1.0=1.01.2%)1.2%)，经适当的热处理，经适当的热处理 ( (淬火淬火+ +低温回火低温回火) )后获得表面高硬度、高耐磨性；而后获得表面高硬度、高耐磨性；而 心部仍保持一定强度及较高的塑性、韧性，心部仍保持一定强度及较高的塑性、韧性，适用于适用于同同 时受磨损和较大冲击载荷的低碳、低合金钢零件，如时受磨损和较大冲击载荷的低碳、低合金钢零件，如 齿轮、活塞销、套筒及要求很高的喷油嘴偶件等。齿轮、活塞销

37、、套筒及要求很高的喷油嘴偶件等。 9 钢的化学热处理 钢的渗碳原理示意图钢的渗碳原理示意图 9 钢的化学热处理 1、气体渗碳（、气体渗碳（1） 方法：方法：滴注式渗碳滴注式渗碳 介质：介质：苯、醇、煤油等液体苯、醇、煤油等液体 工艺：工艺：将工件装在密封的渗碳炉中，加热到将工件装在密封的渗碳炉中，加热到 900900950(950(常用常用930)930)，向炉内滴入煤油、，向炉内滴入煤油、 苯、甲醇、丙酮等有机液体，在高温下分解成苯、甲醇、丙酮等有机液体，在高温下分解成 COCO、COCO2 2、H H2 2及及CHCH4 4等气体组成的渗碳气氛，在等气体组成的渗碳气氛，在 高温下与工件接触

38、时便在工件表面进行下列反高温下与工件接触时便在工件表面进行下列反 应，生成活性碳原子。应，生成活性碳原子。 9 钢的化学热处理 1、气体渗碳（、气体渗碳（2） 生成活性碳原子：生成活性碳原子： 2COC+CO2COC+CO2 2 CH CH4 4C+2HC+2H2 2 CO+H CO+H2 2C+HC+H2 2O O 随后活性碳原子被钢表面吸收而溶入奥氏体随后活性碳原子被钢表面吸收而溶入奥氏体 中，并向内部扩散而形成一定深度的渗碳层。中，并向内部扩散而形成一定深度的渗碳层。 气体渗碳的优点是：气体渗碳的优点是： 生产率高，劳动条件好，渗碳过程容易控生产率高，劳动条件好，渗碳过程容易控 制，容易

39、实现机械化、自动化，适用于大批量制，容易实现机械化、自动化，适用于大批量 生产。生产。 9 钢的化学热处理 2、固体渗碳、固体渗碳 渗碳渗碳 工艺：工艺：工件工件+渗碳剂密封装入渗碳箱中，渗碳剂密封装入渗碳箱中， 加热至加热至900950保温。保温。 固体渗碳剂：固体渗碳剂：碳粉和碳酸盐碳粉和碳酸盐(BaCO3或或Na2CO3) 的混合物。的混合物。 化学化学 反应：反应： C+O22CO BaCO3或或Na2CO3BaO（或（或Na2O）+CO2 CO2+C 2CO 2COC+CO2 9 钢的化学热处理 3、渗碳层的组织及热处理、渗碳层的组织及热处理 表面的含碳量最高：表面的含碳量最高：wc

40、=1.0%左右，由表及里，左右，由表及里， 含碳量逐渐降低，直至原始含碳量。含碳量逐渐降低，直至原始含碳量。 组织由表及里为：组织由表及里为： (P+Fe3C ) (P)(P+F)(F+P) 渗碳层的深度：渗碳层的深度： 碳钢碳钢从表面到过渡区亚共析组织一半处从表面到过渡区亚共析组织一半处 的深度为渗碳层的深度；的深度为渗碳层的深度； 合金钢合金钢从表面到过渡区亚共析组织终止从表面到过渡区亚共析组织终止 处的深度作为渗碳层的深度。处的深度作为渗碳层的深度。 9 钢的化学热处理 渗渗 碳碳 层层 的的 组组 织织 9 钢的化学热处理 过共析组织过共析组织(P+Fe3C ) 共析组织共析组织(P)

41、 过渡区亚共析组织过渡区亚共析组织(P+F) 原始亚共析组织原始亚共析组织(F+P) 渗碳层的热处理（渗碳层的热处理（1） 9 钢的化学热处理 直接淬火法直接淬火法 预冷至预冷至850880后直接淬入油中或水后直接淬入油中或水 中，中，180200进行低温回火。进行低温回火。 预冷目的预冷目的 ：减少淬火变形及开裂，使表层析出碳化物，减少淬火变形及开裂，使表层析出碳化物， 降低奥氏体的含碳量，从而降低淬火后的残余奥氏体量，降低奥氏体的含碳量，从而降低淬火后的残余奥氏体量， 提高表层硬度。提高表层硬度。 特特 点：点： 操作简单、成本低，生产率高，但在高操作简单、成本低，生产率高，但在高 温下长

42、期保温，奥氏体晶粒易长大，影响淬火后工件的温下长期保温，奥氏体晶粒易长大，影响淬火后工件的 性能，故只适用于渗碳件的心部和表层都不过热的情况性能，故只适用于渗碳件的心部和表层都不过热的情况 下；此外预冷过程中，二次渗碳体沿奥氏体晶界呈网状下；此外预冷过程中，二次渗碳体沿奥氏体晶界呈网状 析出，对工件淬火后的性能不利。析出，对工件淬火后的性能不利。 用途：用途：大批量生产的汽车、拖拉机齿轮常用此法。大批量生产的汽车、拖拉机齿轮常用此法。 渗碳层的热处理（渗碳层的热处理（2） 9 钢的化学热处理 一次淬火法一次淬火法 ： 工件经渗碳空冷后，再重新加热至淬火温度工件经渗碳空冷后，再重新加热至淬火温度

43、 （如（如830860）进行淬火，然后在）进行淬火，然后在180200 回火。这种方法在工件重新加热时奥氏体晶粒得回火。这种方法在工件重新加热时奥氏体晶粒得 到细化，使钢的性能得到提高。到细化，使钢的性能得到提高。 用途用途 适用于比较重要的零件，如高速柴油机齿轮适用于比较重要的零件，如高速柴油机齿轮 等。等。 渗碳层的热处理（渗碳层的热处理（3） 9 钢的化学热处理 二次淬火法二次淬火法 渗碳空冷后，先加热到渗碳空冷后，先加热到AcAc3 3以上以上( (一一 般为般为850850900900) )油淬，使心部组织细化，消除油淬，使心部组织细化，消除 表层网状渗碳体；然后再加热到表层网状渗碳

44、体；然后再加热到AcAc1 1以上以上( (一般为一般为 750750800800) )油淬，最后在油淬，最后在180180200200进行回火。进行回火。 二次淬火法使工件表层和心部组织被细化，从而二次淬火法使工件表层和心部组织被细化，从而 获得较好的力学性能。但工艺复杂，成本高；工获得较好的力学性能。但工艺复杂，成本高；工 件经反复加热冷却后易产生变形和开裂。所以只件经反复加热冷却后易产生变形和开裂。所以只 适用于少数对性能要求特别高的工件。适用于少数对性能要求特别高的工件。 渗碳工件的一般工艺路线渗碳工件的一般工艺路线 9 钢的化学热处理 锻造（问题）锻造（问题） 正火（目的）正火（目的

45、） 机械加工机械加工【可否与渗碳工艺倒置可否与渗碳工艺倒置】 渗碳（组织）渗碳（组织） 淬火淬火+ +低温回火低温回火 精加工精加工 渗碳工件的最终组织渗碳工件的最终组织 9 钢的化学热处理 淬火淬火+ +低温回火：低温回火： 针状回火马氏体针状回火马氏体+ +碳化物碳化物+ +少量残余奥氏体少量残余奥氏体 硬度为硬度为585864HRC64HRC，而心部则随钢的淬透性而，而心部则随钢的淬透性而 定。定。 对于低碳钢如对于低碳钢如1515、2020钢，其心部组织为铁素体钢，其心部组织为铁素体 + +珠光体，硬度相当于珠光体，硬度相当于101015HRC15HRC； 对于低碳合金钢如对于低碳合金

46、钢如20CrMnTi20CrMnTi，心部组织为回，心部组织为回 火低碳马氏体火低碳马氏体+ +铁素体，硬度为铁素体，硬度为353545HRC45HRC。 渗碳工件的实际应用渗碳工件的实际应用 9 钢的化学热处理 设计技术条件设计技术条件： 渗碳层深度渗碳层深度、表面硬度表面硬度、心部硬度心部硬度及及不不 允许渗碳允许渗碳的部位等，的部位等， 不允许渗碳的部位不允许渗碳的部位： 可采用镀铜的方法来防止渗碳或多留加可采用镀铜的方法来防止渗碳或多留加 工余量。工余量。 二、钢的氮化（渗氮）二、钢的氮化（渗氮） 9 钢的化学热处理 渗氮渗氮一般在一般在AcAc1 1温度以下温度以下使活性氮原子使活性

47、氮原子 渗入工件表面的化学热处理工艺。渗入工件表面的化学热处理工艺。 目的目的提高工件表面硬度、耐磨性、疲提高工件表面硬度、耐磨性、疲 劳性质、耐蚀性及热硬性。劳性质、耐蚀性及热硬性。 分类分类气体渗氮和离子渗氮。气体渗氮和离子渗氮。 1 1、气体氮化（、气体氮化（1 1） 9 钢的化学热处理 气体渗氮气体渗氮 在气体介质中进行渗氮的工艺称在气体介质中进行渗氮的工艺称 为气体渗氮。为气体渗氮。 工艺过程工艺过程 在渗氮炉内通入氨气，在在渗氮炉内通入氨气，在380380 以上氨分解出活性氮原子以上氨分解出活性氮原子:2NH:2NH3 33H3H2 2+2N+2N 活性氮原子被工件表面吸收并溶入表

48、面，活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面， 在保温过程中向里扩散，形成渗氮层。在保温过程中向里扩散，形成渗氮层。 1 1、气体氮化（、气体氮化（2 2） 9 钢的化学热处理 工艺特点：工艺特点： 温度低：温度低：500500600600常用常用550550570570，远，远 低于渗碳温度。由于氮在铁素体中有一定的溶解低于渗碳温度。由于氮在铁素体中有一定的溶解 能力，无需加热到高温。能力，无需加热到高温。 时间长：时间长：202050h50h，氮化层厚度为，氮化层厚度为0.40.40.6mm0.6mm。 需调质预处理：需调质预处理：改善机加工性能和获得均匀的回改善机加工性能和获得均匀的回 火索氏

49、体组织，保证较高的强度和韧性。火索氏体组织，保证较高的强度和韧性。 1 1、气体氮化（、气体氮化（3 3） 9 钢的化学热处理 渗氮件的性能渗氮件的性能表面强化和表面保护表面强化和表面保护 高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性合金氮化物层，合金氮化物层，100010001100HV1100HV，而且，而且 在在600600650650下保持不下降；下保持不下降； 疲劳极限高疲劳极限高渗氮层的体积增大产生残余压应力，疲劳极渗氮层的体积增大产生残余压应力，疲劳极 限提高达限提高达15%15%35%35%； 高的耐蚀性能高的耐蚀性能致密的耐蚀的氮化物，使工件在水、过热致密的耐蚀的氮化物，使工件在水、过热

50、 的蒸气和碱性溶液中都很稳定；的蒸气和碱性溶液中都很稳定； 变形很小变形很小这是由于渗氮温度低。这是由于渗氮温度低。 1 1、气体氮化（、气体氮化（4 4） 9 钢的化学热处理 应应 用：用：交变载荷下工作并要求耐磨的重要结构零交变载荷下工作并要求耐磨的重要结构零 件，如高速传动的精密齿轮、高速柴油机曲轴、高精度件，如高速传动的精密齿轮、高速柴油机曲轴、高精度 机床主轴及在高温下工作的耐热、耐蚀、耐磨零件如齿机床主轴及在高温下工作的耐热、耐蚀、耐磨零件如齿 轮套、阀门、排气阀等。轮套、阀门、排气阀等。 技术要求：技术要求：需选用含与需选用含与N N亲合力大的亲合力大的AlAl、CrCr、MoM

51、o、TiTi、 V V等合金元素的合金钢，如等合金元素的合金钢，如38CrMoAlA38CrMoAlA、35CrAlA35CrAlA、 38CrMo38CrMo等。等。 1 1、气体氮化（、气体氮化（5 5） 9 钢的化学热处理 技术要求：技术要求：应注明氮化层深度、表面硬度、氮应注明氮化层深度、表面硬度、氮 化部位、心部硬度等，对于零件上不需渗氮的化部位、心部硬度等，对于零件上不需渗氮的 部位镀锡或镀铜保护，或增加加工余量、氮化部位镀锡或镀铜保护，或增加加工余量、氮化 后去除。后去除。 工艺路线：工艺路线：锻造锻造正火正火粗加工粗加工调质调质 精加工精加工去应力去应力粗磨粗磨氮化氮化 精磨或

52、研磨精磨或研磨 2 2、离子渗氮（、离子渗氮（1 1） 9 钢的化学热处理 离子渗氮：离子渗氮：在低于一个大气压的渗氮气氛在低于一个大气压的渗氮气氛 中，利用工件中，利用工件( (阴极阴极) )和阳极之间产生的辉和阳极之间产生的辉 光放电进行渗氮的工艺称为离子渗氮。光放电进行渗氮的工艺称为离子渗氮。 离子渗氮工艺过程离子渗氮工艺过程 2 2、离子渗氮（、离子渗氮（2 2） 9 钢的化学热处理 工艺过程：工艺过程：真空度真空度1010-1 -110 10-2 -2Torr(1Torr=1mmHg=133.3Pa) Torr(1Torr=1mmHg=133.3Pa)的离子渗的离子渗 氮炉中，通入氮炉中，通入NH3，工件，炉壁工件，炉壁，400400750V750V，氨气，氨气 被电离成氨和氢的正离子和电子，阴极工件表面形成一被电离成氨和氢的正离子和电子，阴极工件表面形成一 层紫色辉光，高能量氮离子高速轰击工件表面，层紫色辉光，高能量氮离子高速轰击工件表面，动能动能 热能热能，工件表面温升到，工件表面温升到450450650650；同时氮离子在阴极；同时氮离子在阴极 上夺取电子后，