第五章钢的热处理

1、 钢的退火与正火钢的退火与正火 钢的淬火钢的淬火 钢的回火钢的回火 钢的表面热处理钢的表面热处理 钢的化学热处理简介钢的化学热处理简介概概 述述1 1、热处理的定义、热处理的定义: :钢的热处理是将钢在固态下以适当的方式进行钢的热处理是将钢在固态下以适当的方式进行加热加热、保温保温和和冷却冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。，以获得所需组织和性能的工艺过程。时间温度临界温度临界温度 热热加加保温保温冷冷 却却2.热处理的主要热处理的主要目的目的: :改变钢的性能。改变钢的性能。3.热处理的热处理的应用范围应用范围: :整个制造业。整个制造业。4.按目的、加热条件和特点不同按目的、加热条件和特

2、点不同热处理热处理分为分为热处理热处理普普 通通热处理热处理表表 面面热处理热处理退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面淬火 化化 学学 热处理热处理感应加感应加热淬火热淬火火焰加火焰加热淬火热淬火渗碳渗碳; 渗氮渗氮;碳氮共渗碳氮共渗;l在机床制造中在机床制造中约约60-70%60-70%的的零件要经过热处理。零件要经过热处理。l在汽车、拖拉机制造业中在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达需热处理的零件达70-80%70-80%。l模具、滚动轴承模具、滚动轴承100%100%需经需经过热处理。过热处理。l总之，重要零件总之，重要零件都需适当都需适当热处理后才能使用。热处理后才能

3、使用。 将钢加热至适当将钢加热至适当温度保温，然后温度保温，然后缓慢冷却缓慢冷却 ( (炉冷炉冷) ) 的热处理工艺叫的热处理工艺叫做做退火退火。真空退火炉真空退火炉 热处理视频教程钢的退火热处理视频教程钢的退火.avi.avi 退火目的退火目的l降低硬度，便于切削加工降低硬度，便于切削加工。适合加适合加工的硬度为工的硬度为170-250HB170-250HB。l 消除内应力消除内应力，防止防止加工中加工中变形。变形。l 细化晶粒细化晶粒，为最终热处理作组织准为最终热处理作组织准备。备。 1、退火：将钢加热到适当温度（临界温度以临界温度以 上上3050 ），保温一定时间，然 后在炉中缓慢地冷却

4、的热处理工艺。2、目的为最终热处理作好组织准备 1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能； 2）细化晶粒，消除组织缺陷； 3）消除内应力 。3、分类、分类退火退火完全退火完全退火等温退火等温退火球化退火球化退火均匀化退火均匀化退火去应力退火去应力退火根据钢的成分和处理目的的不同，可分为1）完全退火定义：将钢加热Ac3以上3050C,完全奥氏体后， 保温一定时间随之缓慢冷却到600C以下 ，出炉空冷。组织：细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体）目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利 于切削加工。适用范围：亚共析钢型材。2）球化退火定义：将钢加热到Ac1以上2030 C，保温后随 炉缓冷至600

5、C，出炉空冷，使钢中碳化 物呈球状的工艺方法。组织：球状珠光体（渗碳体呈球形的细小颗粒，弥散 分布在铁素体基体中）目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性 能。适用范围：主要用于过共析钢、合金工具钢。3）均匀化退火（扩散退火）定义：将钢加热到Ac3以上150300 C，长时间 保温后随炉缓冷。目的：使钢中的化学成分和组织均匀化适用范围：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、 铸件、锻坯。4）去应力退火定义：将钢加热到Ac1以下（一般约为500 600 C），保温后随炉缓冷至200-300 C出炉空冷，又称低温退火。目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力 。 （没有发生组织变化）适用范围：用于所有的钢。

6、5）再结晶退火主要用于经冷变形的钢 正火是将工件加热到一定时间后在正火是将工件加热到一定时间后在空气空气中中冷却的热处理工艺。冷却的热处理工艺。 1 1、正火的目的、正火的目的 与退火有类似的功能：与退火有类似的功能：细化晶粒细化晶粒、改改善硬度善硬度、消除内应力消除内应力；正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。 2 2、注：注：要改善切削性能，要改善切削性能，低碳钢用正火，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火中碳钢用退火或正火( (优选正火，因为其优选正火，因为其力学性能好、操作简单、周期短力学性能好、操作简单、周期短) )。 对于对于低碳钢低碳钢和和低低合金钢低低合金钢退火后，退火后，硬

7、度一般都在硬度一般都在160HBS160HBS以下，正火可以以下，正火可以提高提高硬度硬度，改善切削加工性；，改善切削加工性；正正火火热处理视频教程钢的正火.avi 淬火淬火是将钢加热到一定温度，保温后是将钢加热到一定温度，保温后快速冷快速冷却却的热处理工艺。的热处理工艺。 淬火是应淬火是应用最广的热处用最广的热处理工艺之一。理工艺之一。真空淬火炉真空淬火炉1 1、淬火介质、淬火介质 常用淬火介质是水和油常用淬火介质是水和油. . 水水的冷却能力强，但低温冷却能力太大，只的冷却能力强，但低温冷却能力太大，只用于用于形状简单形状简单的的碳钢件碳钢件。 油油在低温冷却能力较理想，使用于在低温冷却能

8、力较理想，使用于合金钢和合金钢和小尺寸的碳钢件小尺寸的碳钢件。钢的淬火钢的淬火.wmv.wmv 提高钢的强度、硬度和耐磨性。提高钢的强度、硬度和耐磨性。 与回火配合，提高钢的综合力学性能。与回火配合，提高钢的综合力学性能。 2 2、淬火目的、淬火目的 3 3、 钢的淬硬性钢的淬硬性u 钢的钢的淬硬性淬硬性是指钢经淬火后能达到的最高是指钢经淬火后能达到的最高硬度。硬度。u 主要取决于钢中的主要取决于钢中的碳含量碳含量，碳含量越高，碳含量越高，获得的硬度越高，淬硬性越好。获得的硬度越高，淬硬性越好。u 淬透性淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条

9、件下淬硬层深度来表示。力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。 4 4、 钢的淬透性钢的淬透性u 淬透性主要取决于钢的淬透性主要取决于钢的化学成分化学成分和和淬火冷淬火冷却却方式。方式。u淬透性与淬硬层深度的关系淬透性与淬硬层深度的关系 淬透性越好，淬硬层越深。同一材料的淬透性越好，淬硬层越深。同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。思考思考 油冷工件与水冷工件谁的淬透油冷工件与水冷工件谁的淬透性好？性好？讨论讨论加工零件时，材料太硬怎么办加工零件时，材料太硬怎么办? ? 加

10、工完成后使用时，硬度不够了怎么办加工完成后使用时，硬度不够了怎么办? ?家里用的铁锤加工好之后，用它砸东西，家里用的铁锤加工好之后，用它砸东西， 锤头上总是有坑出现，怎么办锤头上总是有坑出现，怎么办? ?3. 3. 冬天生炉子用的炉钩，为什么形状总是在冬天生炉子用的炉钩，为什么形状总是在变变? ?1、定义：、定义：将将淬火后钢件淬火后钢件再加热到再加热到Ac1以以下下的某一温度，保温一定时间后，然后的某一温度，保温一定时间后，然后冷却到室温冷却到室温的热处理工艺的热处理工艺 。2、目的：、目的：消除淬火应力，降低脆性；消除淬火应力，降低脆性； 稳定工件尺寸；稳定工件尺寸； 调整淬火零件的力学性

11、能。调整淬火零件的力学性能。 3、回火的种类、回火的种类按回火温度的不同，回火可分以下三种：按回火温度的不同，回火可分以下三种：低温回火：低温回火：150 C 250 C 中温回火：中温回火：350 C 500 C 高温回火：高温回火：500 C 650 C 回火种类回火种类广泛用于广泛用于各种结构件如轴、各种结构件如轴、螺栓、连杆螺栓、连杆等热处理。等热处理。适用于各种适用于各种高碳高碳钢、渗碳件及表钢、渗碳件及表面淬火件，合金面淬火件，合金刃具，量具，滚刃具，量具，滚动轴承动轴承。 应用应用获得良好的综合力学性能，获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，即在保持较高的强度同时，具有

12、良好的塑性和韧性。具有良好的塑性和韧性。 提高提高强度，强度，同同时使工件具有时使工件具有一定韧性一定韧性 。在保留高硬度、在保留高硬度、高耐磨性的同时，高耐磨性的同时，降低内应力降低内应力。 回火目的回火目的 适用于适用于弹簧弹簧板簧板簧热处理热处理回火温度回火温度150-250250-500500-650低温回火低温回火中温回火中温回火高温回火高温回火 淬火淬火加加高温回火高温回火的综合热处理称作的综合热处理称作调质处理调质处理，简称，简称调质调质。 根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。 表面淬火表面淬火 化学热处理化学热处理工艺的核心工艺的核心

13、:使零件具有使零件具有“表硬里韧表硬里韧” 的力学性能。的力学性能。一、表面淬火一、表面淬火1、 定义：定义：是一种不改变钢表层化学成分，是一种不改变钢表层化学成分， 但改变表层组织，且信步组织不发生但改变表层组织，且信步组织不发生 变化的局部热处理工艺。变化的局部热处理工艺。2、 工艺特征：工艺特征：通过快速加热至淬火温度，使通过快速加热至淬火温度，使钢的表层奥氏体化，然后急冷以大于钢的表层奥氏体化，然后急冷以大于Vc的速的速度冷却，使表层形成马氏体组织，而心部仍度冷却，使表层形成马氏体组织，而心部仍保持不变。保持不变。 3、表面淬火应用、表面淬火应用: 选用选用中碳中碳或或中碳低合金钢中碳

14、低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。等。4、表面淬火加工的方法、表面淬火加工的方法: 感应加热感应加热( 高、中、工频高、中、工频 )、 火焰加热、火焰加热、 电接触加热法等。电接触加热法等。（一）感应加热表面淬火（一）感应加热表面淬火1、感感应应加加热热的的基基本本原原理理感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图集肤效应示意图2、工艺要求、工艺要求 * 表面淬火前表面淬火前,必须对零件进行正火必须对零件进行正火 或调质处理或调质处理,以保证零件有良好的以保证零件有良好的 基体。基体。 * 表面淬火后表面淬火后,必须对零件进行低温必须对零件进行低温 回火处理回火处理

15、,以降低淬火应力和脆性。以降低淬火应力和脆性。3、生产特点、生产特点: 淬火件的质量好淬火件的质量好; 工件变形小工件变形小;不易氧化及脱碳不易氧化及脱碳;淬火层容易控制淬火层容易控制;生产率高。设备投资大生产率高。设备投资大,不适于复杂形状零件不适于复杂形状零件和小批量生产。和小批量生产。2、火焰加热表面淬火的特点火焰加热表面淬火的特点:*设备简单设备简单, 操作方便操作方便, 成本低。成本低。*淬火质量不稳定。淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。适于单件、小批量及大型零件的生产。二、化学热处理二、化学热处理1、定义：、定义：将零件置于一定的化学介质将零件置于一定的化学介质

16、中中 , 通过加热、保温，使介质通过加热、保温，使介质 中一种或几种元素原子渗入中一种或几种元素原子渗入 工件表层，以改变钢表层的化工件表层，以改变钢表层的化 学成分和组织的热处理工艺。学成分和组织的热处理工艺。 2、 化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程:吸收吸收: 活性原子被零件表面活性原子被零件表面吸收和溶吸收和溶 解解。扩散扩散: 活性原子由零件表面向内部扩活性原子由零件表面向内部扩 散散, 形成一定的形成一定的扩散层扩散层。分解分解: 化学介质在高温下释放出待渗化学介质在高温下释放出待渗 的的活性原子活性原子。 2CO CO2 +C3、 化学热处理进行的条件化学热处理进行的条件:

17、1） 渗入元素的原子渗入元素的原子必须是活性原子必须是活性原子, 而而 且具有较大的扩散能力且具有较大的扩散能力。2） 零件本身具有零件本身具有吸收渗入原子的能力吸收渗入原子的能力, 即对渗入原子有一定的即对渗入原子有一定的溶解度溶解度或能或能 与之化合与之化合, 形成化合物形成化合物。4、 化学热处理的种类化学热处理的种类: 渗碳渗碳; 渗氮渗氮; 碳氮碳氮 共渗共渗; 渗硼渗硼; 渗铝渗铝; 渗硫渗硫; 渗硅渗硅; 渗铬等。渗铬等。（一）钢的渗碳（一）钢的渗碳 ( Carburize of steel )1、定义、定义: 向钢的向钢的表面渗入碳原子表面渗入碳原子的过程。的过程。2、目的、目

18、的: 获得具有获得具有表硬里韧性表硬里韧性能的零件。能的零件。3、用钢、用钢: 低碳钢低碳钢和和低碳合金钢低碳合金钢。4、方法、方法: 固体、气体固体、气体、液体渗碳。液体渗碳。 固体渗碳法示意图固体渗碳法示意图零件零件渗碳剂渗碳剂试棒试棒盖盖泥封泥封渗碳箱渗碳箱 气体渗碳法示意图气体渗碳法示意图二、钢的渗氮二、钢的渗氮1、定义、定义:向钢的向钢的表面渗入氮原子表面渗入氮原子的过程的过程。2、目的、目的:获得具有获得具有表硬里韧及抗蚀表硬里韧及抗蚀性能性能 的零件。的零件。3、用钢、用钢: 中碳合金钢。中碳合金钢。4、方法、方法:气体气体渗氮。渗氮。5、工艺：、工艺：加热温度加热温度500600; 保温时间保温时间0.30.5mm/2050h。6、热处理特点：、热处理特点： 渗氮前需调质处理渗氮前需调质处理; 渗氮后不需热处理渗氮后不需热处理。7、渗氮处理后的组织、渗氮处理后的组织 表层表层 ：Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、 MoN、TiN、VN。 心部心部 ： S回回。8、常用的钢种、常用的钢种 ： 35 CrMo、18CrNiW、