金属材料的热处理

1、 第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 热处理的地位与作用将钢在固态下加热、进行保温，冷却到室温，以改变钢的内部组织从而得到所需性能的一种工艺方法.一、定义一、定义：1、只改变金属材料的组织和性能，不改变其形状和尺寸。2、提高强度、硬度、韧性，改善切削性能，应用广泛。拉刀三、热处理工艺过程：三、热处理工艺过程： 1 1、热处理工艺曲线：、热处理工艺曲线： 2 2、钢在加热或冷却时各临界点的位置图、钢在加热或冷却时各临界点的位置图图1图2加热、保温、冷却温度和时间时间温度加热保温冷却临界温度Wc/%温度温度/CGPSE奥氏体奥氏体铁素体铁素体+珠光体珠光体珠光体珠光体+渗碳体渗碳体铁素体铁素体AC

2、3A3Ar3Ar1A1AC1AccmAcmArcmK钢的热处理的分类钢的热处理的分类 热处理普通热处理表面热处理其它热处理退火正火淬火回火表面淬火化学热处理火焰加热表面淬火感应加热表面淬火渗碳渗氮碳氮共渗真空热处理可控气氛热处理一、退火一、退火2 2、目的、目的(2)细化晶粒，改善组织，提高机械性能；(3)消除内应力，稳定尺寸；(4)提高塑性、韧性，便于进行冷冲压或冷拉拔加工。(1)降低硬度，以利于切削加工;1 1、定义、定义：是将钢加热到某一温度，保温一定时间，随后在炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。 ：Wc/%温度温度/C600500070080

3、09001000完全退火将钢件加热到Ac3以上3050C，保温一定时间后，随炉缓慢冷却，或埋入石灰中冷却。目的目的:细化晶粒,均匀组织，消除偏析，降低硬 度，提高塑、韧性。应用应用：亚共析钢、合金钢铸件、锻件及焊接件.原理原理：利用重结晶，消除内应力.把钢加热到Ac1以上3050,经过保温,缓慢冷却至500,然后出炉空冷的热处理工艺。Wc/%温温度度/C60050007008009001000球化退火完全退火热处理的完全退火和球化退火应用应用:过共析钢、刃具、模具、量具的预先热处理。把钢缓慢加热到500650，经保温后随炉缓慢冷却至300以下，再出炉冷却的热处理工艺称去应力退火。目的目的:降低

4、硬度，改善切削性能，为淬火做准备。原理原理：利用球化反应，生成球化体。Wc/%温温度度/C60050007008009001000去应力退火去应力退火球化退火去应力退火完全退火二、正火二、正火 应用应用：消除铸、锻、焊、冲压及切削加工过程中所产生的内应力，以防在以后加工或使用过程中产生变形或开裂。1、定义： 把钢加热到Ac3或ACcm以上3050 ，保温后，在空气中冷却下来的热处理称为正火。 Wc/%温温度度/C60050007008009001000去应力退火去应力退火球化退火去应力退火完全退火正火2 2、正火和退火的差别、正火和退火的差别：（1）正火的冷却速度较退火快。（2）所得组织为比较

5、细小，称为索氏体；强度、硬度较高。目的目的：低碳钢可代替退火，以利于切削加工； 中碳钢细化晶粒、均匀组织 ，改善切削 加工性能； 高碳钢消除网状渗碳体。3 3、特点、特点：（1）对低、中碳钢，可用正火作为预备热处理，以调整硬度，改善切削加工性。（3） 操作简便，成本较低，生产效率高。在满足零件性能的前提下，尽量用正火代替其他热处理。（2）对力学性能要求不高的结构、零件，可用正火作为最热处理，以提高其强度、硬度和韧性。Wc/%温温度度/C60050007008009001000去应力退火去应力退火球化退火去应力退火完全退火正火4 4、各种退火和正火的加热温度范围比较、各种退火和正火的加热温度范围

6、比较。 v概念：将钢件加热到AC3或AC1以上3050C, 保温后在淬火介质中快速冷却，以获得高硬度组织的热处理方法。v亚共析钢： AC3以上3050C；v共析钢、过共析钢 AC1以3050C。马氏体马氏体 M ：碳在碳在 铁中的铁中的严重过饱和固溶体。严重过饱和固溶体。淬火方法淬火操作优点：获得马氏体。提高硬度和耐磨性。缺点：产生较大的内应力，增加钢的脆性。v防止措施：1、严格控制淬火加热温度2、合理选择淬火介质常用的淬火介质：水、盐水、油3、正确选择淬火方法常用的：单液淬火、双液淬火、分级淬火热应力+组织应力=复合应力复合应力大于屈服强度 变形复合应力大于抗拉强度 开裂局部淬火局部淬火v作

7、用：1、调整工件的力学性能2、稳定工件尺寸3、消除淬火内应力v概念：将淬火钢件加热到AC1以下某一温度，保温后冷却的热处理方法。低温回火（150-250）：降低淬火应力和脆性。注意：随回火温度的升高，钢的硬度降低。注意：随回火温度的升高，钢的硬度降低。应用：各种刃具、模具、滚动轴承、耐磨件。应用：各种刃具、模具、滚动轴承、耐磨件。调质处理调质处理= =淬火淬火+ +高温回火高温回火高温回火（500-650）：获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合性能。中温回火（350-500）：保证一定韧性下，提高弹性极限。应用：各种弹簧、发条、锻模等。应用：各种弹簧、发条、锻模等。应用：各种承受疲劳载荷的中

8、碳钢重要件，连杆、曲轴、应用：各种承受疲劳载荷的中碳钢重要件，连杆、曲轴、主轴、齿轮、重要的螺钉等。主轴、齿轮、重要的螺钉等。1、概念：将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火方法。2、目的：表层获得高硬度、高耐磨性；心部仍 保持良好的韧性。3、加热方法：电感应电感应、火焰火焰、电接触、激光等火焰表面淬火（1）感应加热表面淬火。）感应加热表面淬火。分类：分类：高频感应加热表面淬火：频率高频感应加热表面淬火：频率200-300200-300kHz,kHz,淬硬深度淬硬深度为为0.5-20.5-2mm,mm,中频感应加热表面淬火：频率中频感应加热表面淬火：频率500-1

9、0000500-10000Hz,Hz,淬硬深淬硬深度为度为2-82-8mm,mm,主要用于承受较大载荷和磨损的零件，如大模数齿轮、主要用于承受较大载荷和磨损的零件，如大模数齿轮、尺寸较大的曲轴等。尺寸较大的曲轴等。主要用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。主要用于中小模数齿轮、小型轴的表面淬火。齿轮感应淬火的操作主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的主要用于大直径钢材穿透加热和要求淬硬深度深的大直径零件。如火车车轮、轧辊等。大直径零件。如火车车轮、轧辊等。低频感应加热表面淬火：低频感应加热表面淬火：频率频率5050Hz,Hz,淬硬深度淬硬深度为为10-1510-15mm,mm,（2 2）火

10、焰加热表面淬火：）火焰加热表面淬火：用氧用氧乙炔火焰将工乙炔火焰将工件表面迅速加热，然后件表面迅速加热，然后喷冷。喷冷。常用于处理异型、大型常用于处理异型、大型或特大型工件，淬硬深或特大型工件，淬硬深度为度为10-1510-15mm,mm,设备简设备简单，但淬火效果不稳定。单，但淬火效果不稳定。1、概念：将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使、概念：将钢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面，以改变其化学成分、组一种或几种元素渗入它的表面，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。织和性能的热处理工艺。2、化学热处理分类：、化学热处理分类：渗碳渗碳、渗氮、碳氮共渗。、渗氮

11、、碳氮共渗。应用：应用：受强烈摩擦、冲击、疲劳载荷的工件。如汽车变受强烈摩擦、冲击、疲劳载荷的工件。如汽车变速箱齿轮、活塞销、凸轮、自行车等零件。速箱齿轮、活塞销、凸轮、自行车等零件。渗碳的工艺方法：渗碳的工艺方法：1、将工件放入密封的渗碳炉中，滴入煤油、甲苯等有机液体，在其高温900950C下分解出活性碳原子。2、较长时间保温，活性碳原子被工件表面吸收，溶入表层的奥氏体组织，使扩散层达到一定的渗碳层厚度。3、再进行淬火和低温回火。化学热处理的基本过程气体渗碳炉的构造热处理工序位置的确定热处理工序位置的确定P32第第6题题:以以T12钢制造钢锉为例：钢制造钢锉为例：钢锉作为工具钢，要求高硬度、

12、高的耐磨性。以手钢锉作为工具钢，要求高硬度、高的耐磨性。以手工夹持操作常见，承受一般载荷。工夹持操作常见，承受一般载荷。锻造锻造正火（退火）正火（退火）正火（退火）作为预先热处理，目的是消除锻件内部正火（退火）作为预先热处理，目的是消除锻件内部的应力，降低硬度，改善切削加工性能。的应力，降低硬度，改善切削加工性能。机械加工机械加工淬火淬火低温回火低温回火淬火淬火+低温回火最为最终热处理，为了得到高的硬度、低温回火最为最终热处理，为了得到高的硬度、耐磨性。耐磨性。常用热处理方法的相对加工费用常用热处理方法的相对加工费用热处理方法热处理方法 相对加工费用相对加工费用退火（电炉）退火（电炉） 1球化退火球化退火 1.8正火（电炉）正火（电炉） 0.8渗碳淬火渗碳淬火+回火（渗碳层回火（渗碳层0.31.5mm ) 6氮化氮化 38调质调质 2.5盐浴炉淬火盐浴炉淬火+回火回火(刀具、磨具）刀具、磨具） 67.5盐浴炉淬火盐浴炉淬火+回