第四章金属材料的热处理

1、第四章 金属材料的热处理学习要求学习要求：1、掌握钢的加热转变，钢的冷却转变及c曲线。2、掌握退火、正火、淬火和回火的目的及应用。3、了解渗碳和渗氮的特点及应用。 学习内容第一节第一节 钢的加热及组织转变钢的加热及组织转变第二节第二节 钢的冷却及组织转变钢的冷却及组织转变第三节第三节 退火和正火退火和正火第四节第四节 淬火与回火淬火与回火第五节第五节 钢的表面热处理和化学热处理工艺钢的表面热处理和化学热处理工艺第六节第六节 热处理新技术和新工艺热处理新技术和新工艺一、热处理的概念 热处理是将材料（主要是金属材料）在固态下采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需的组织结构与性能的工艺。二、热

2、处理的分类1. 整体热处理：是指对热处理工件进行穿透性加热，以改善整体的组织和性能的热处理工艺。 退火、正火、淬火、淬火+回火、调质、稳定化处理、固溶（水韧）处理、固溶+时效处理2. 表面热处理：是指仅对工件表层进行热处理，以改变其组织和性能的工艺。 表面淬火+回火、物理气相沉积、化学气相沉积、等离子化学气相沉积第一节 钢的加热及组织转变3. 化学热处理：是指将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，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。 渗碳、碳氮共渗、渗氮、氮碳共渗、渗其它非金属、渗金属、多元共渗、熔渗热处理的三个阶段：加热、保温、冷却第一节 钢的加热及组织转变

3、第一节 钢的加热及组织转变一、钢的相变点（临界温度）二、奥氏体化过程及影响因素三、奥氏体晶粒大小及其控制一、钢的相变点（临界温度）一、钢的相变点（临界温度）相变点：金属或合金在加热或冷却过程中发生相变的温度。700700940940900900860860820820780780740740FeFe0.20.20.40.40.60.60.80.81.01.01.21.2 1.41.4WWc c (%)(%)温度温度/ArAr3 3AcAc3 3A A3 3AcAccmcmA AcmcmArArcmcmAcAc1 1ArAr1 1A A1 1加热和冷却时碳钢的相变点在加热和冷却时碳钢的相变点在F

4、e - FeFe - Fe3 3CC相图上的位置相图上的位置A A1 1、A A3 3、A AcmcmAcAc1 1、AcAc3 3、AcAccmcmArAr1 1、ArAr3 3、ArArcmcm二、奥氏体化过程及影响因素二、奥氏体化过程及影响因素奥氏体化：将钢加热到Ac1点以上，以获得完全或部分A组织的操作。 加热即为获得A，同时，依靠控制加热规范控制A晶粒大小。A通过不同的冷却方式可以转变为不同的组织，从而获得所需的性能。任何钢只有先A化，才能在冷却后得到P、M、B等产物，从而改善性能。（一）奥氏体的形成（共析钢为例）P(F+Fe3C) A Ac1形成过程：奥氏体晶核的形成、奥氏体的长大

5、、残留渗碳体的溶解、奥氏体的均匀化 奥氏体的晶核易于在渗碳体相界面上形成。这是因为在两相的相界上为形核提供了良好的条件。 A形核后,由于A与Fe 3 C形界处的含C量不同。将引起A中C的扩散。通过Fe、C原子的扩散和Fe原子的晶格改组,A向F和Fe 3 C两个方向长大。 在奥氏体形成过程中 ,铁素体比渗碳体先消失,因此奥氏体形成之后,还残存未溶渗碳体。这部分未溶的残余渗碳体将随着时间的延长,继续不断地溶入奥氏体,直至全部消失。 渗碳体完全溶解后奥氏体中碳的浓度分布并不均匀 ,原先是渗碳体地方碳浓度高,原先铁素体的地方碳浓度低。必须继续保温,通过碳的扩散,使奥氏体成分均匀化。(二1、加热温度：随

6、加热温度的提高, 奥氏体化速度加快。：加热速度越快，发生转变的温度越高，转变所需的时间越短3、钢的成分：碳含量增加，铁素体和渗碳体的相界面增大，转变速度加快。4、原始组织：珠光体越细, 奥氏体化速度越快。层片状珠光体中比粒状珠光体更容易形成奥氏体。（ 晶粒度是指多晶体内的晶粒大小，常用晶粒度等级来表达。按晶粒大小，晶粒度等级分为00、0、110共12级。晶粒度越细，晶粒度等级越大。 ：指珠光体时的晶粒度。这时的晶粒一般非常细小。 指具体热处理或热加工条件下的奥氏体晶粒度。实际晶粒度直接影响钢热处理后的组织与性能。 钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向用本质晶粒度来表示。 钢加热到93010、保温8小

7、时、冷却后测得的晶粒度叫。如果测得的晶粒细小，则该钢称为本质细晶粒钢，反之叫本质粗晶粒钢。 1、加热温度：加热温度越高，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒也越粗大。2、保温时间：在一定温度下，保温时间越长，奥氏体晶粒也越粗大。 3、加热速度：加热速度越快，奥氏体晶粒越细小。 表面氧化（560度-800度）和内氧化（800度）（钢在加热和保温时，炉气中含有O2，CO2、H2O、H2 等脱碳性气氛，钢表层中的固溶的碳和这些介质在高温下发生氧化反应，使表层碳浓度降低，即产生脱碳。加热温度过高或保温时间过长，得到粗大的晶粒组织。加热温度过高，使奥氏体晶界发生了局部熔化，这种现象称为过烧。第二节 钢的冷却及组

8、织转变热处理工艺中，奥氏体化后的冷却方式通常有两种：（：钢以某种速度连续冷却，在临界点以下变温连续转变；将钢迅速冷却到临界点以下的给定温度，进行保温，使其在该温度下恒温转变。一、过冷奥氏体等温转变一、过冷奥氏体等温转变：当温度在A1以上时, 奥氏体是稳定的。当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线图PMfSTBMsA等温转变曲线图定义：是指过冷奥等温转变曲线图定义：是指过冷奥氏体在不同过冷温度下的等温过程氏体在不同过冷温度下的等温过程中转变温度、转变时间与转变产物中转变温度、转变时间与转变产物量的关系曲线图，也称量的关系曲线图，也称TT

9、T曲线，曲线，又称又称C曲线。曲线。各条线的意义：A1平衡温度线转变开始线转变结束线T - timeT - temperatureT - transformation金属及合金在一定过冷度条件下等温转变时，等温停留开始至相转变开始的时间称为孕育期。以转变开始线与纵坐标之间的水平距离表示。孕育期越长，过冷奥氏体越稳定，反之则越不稳定。 1. 转变 扩散型 2. 转变 半扩散型 3. 转变 不扩散型 A1550范围内为珠光体转变区。两个过程： 一是铁、碳原子的扩散，形成高碳的渗碳体和低碳的铁素体； 二是晶格重构，由面心立方晶格的奥氏体转变为体心立方晶格的铁素体和复杂立方晶格的渗碳体，是一个固态下的

10、形核和长大的结晶过程片状珠光体的形成过程示意图层片状珠光体的性能主要取决于层片间距，转变温度越低，即过冷度越大，层片间距越小。三种状态的珠光体：1）：是在 形成的，片间距较大，用字母 表示。2）：是在形成的，片间距较小，用字母 表示。3）)：是在形成的，片间距极小，用字母 表示 珠光体的层片间距越小，相界面越大，塑性变形抗力越大，所以强度、硬度越高；同时，层片间距越小，塑性和韧性也变好。(a)珠光体 3800 (b) 索氏体 8000 （C）托氏体 8000（ ：550350 形成，呈羽毛状，小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间。350 230形成，呈黑色针片状，在电子显微镜下可看到在铁素体

11、针内沿一定方向分布着细小的碳化物颗粒。(b) 电子显微照片 5000 (a)光学显微照片 1300 上贝氏体形态PMfSTBMsA 贝氏体的性能主要取决于铁素体条（片）的粗细及其中碳的过饱和度和渗碳体（碳化物）的形状、大小和分布。B下不仅有高的强度、硬度与耐磨性，同时还具有良好的塑性和韧性；B上强韧性较差。下贝氏体形成机理示意图 (三）：，没有铁、碳原子的扩散马氏体的正方度：晶格常数c/a的比值。马氏体中的含碳量越高，正方度越大。 一般当时，钢中马氏体形态几乎全为, 时则几乎为；时为板条马氏体和片状马氏体板条马氏体和片状马氏体的混合组织的混合组织。随wC升高，淬火钢中板条马氏体的量下降，片状马

12、氏体上升。板条状马氏体板条状马氏体片状马氏体片状马氏体主要取决于含碳量与组织形态。（随含碳量的增加，强度和硬度升高。高碳马氏体由于过饱和度大、内应力高和存在孪晶结构，所以硬而脆，塑性、韧性极差。而低碳马氏体，由于过饱和度小，内应力低和存在位错亚结构，则不仅强度高，塑性、韧性也较好。马氏体的比容比奥氏体大，当奥氏体转变为马氏体时，体积会膨胀，并产生内应力奥氏体含碳量对Ms和Mf及对马氏体形态的影响只发生-Fe -Fe的晶格改组。铁和碳原子都不能进行扩散。铁原子沿奥氏体一定晶面, 集体地(不改变相互位置关系)作一定距离的移动(不超过一个原子间距), 使面心立方晶格改组为体心正方晶格，碳原子原地不动

13、，过饱和地留在新组成的晶胞中。（：奥氏体冷却到Ms点以下后, 无孕育期, 瞬时转变为马氏体。随着温度下降，过冷A不断转变为马氏体,是一个连续冷却的转变过程。（：只有在Ms、Mf之间连续降温时，马氏体才继续形成。 Ms与Mf的位置主要取决于奥氏体的成分。奥氏体的含碳量越高Ms与Mf的位置越低。（4：残留奥氏体（AR）的存在。奥氏体含碳量对Ms和Mf及对马氏体形态的影响含碳量对残余奥氏体的影响（一般随着奥氏体中的，奥氏体的稳定性增大，C曲线的位置向。2外，所有溶入均增大奥氏体的稳定性，使。不形成碳化物的元素如硅、镍、铜等，只使曲线右移，不改变其形状； 能形成碳化物的元素如铬、钼、钨、钒、钛等，不仅

14、使C曲线右移，而且使其形状变化。 加热条件影响了奥氏体的状态（如晶粒大小、成分与组织均匀性），从而影响C曲线的位置与形状。 总之，过共析钢亚共析钢合金元素对C曲线的影响四、过冷奥氏体的连续转变：是指钢经奥氏体化后在不同冷却速度的连续冷却过程中过冷奥氏体所发生的相转变（一）共析钢过冷奥氏体连续冷却转变图CCT曲线的分析：（1）形状（2）各条线的含义：（3）：是保证奥氏体在连续冷却过程中不发生转变而全部过冷到马氏体区的最小冷却速度，即钢在淬火时为抑制非马氏体转变所需的最小冷却速度。C - continuousC - coolingT - transformation（二）（二） C曲线在连续冷却曲

15、线在连续冷却中的应用中的应用V1为炉冷：A PV2为空冷：A SV3为油冷：A T马氏体V4为水冷：A 马氏体过冷奥氏体转变产物（共析钢）过冷奥氏体转变产物（共析钢）转变转变类型类型转变产转变产物物形成温度，形成温度， 转变转变机制机制显微组织特征显微组织特征HRC获得获得工艺工艺珠珠光光体体PA1650扩扩散散型型粗片状，粗片状，F、Fe3C相间分布相间分布5-20退火退火S650600细片状，细片状，F、Fe3C相间分布相间分布20-30正火正火T600550极细片状，极细片状，F、Fe3C相间分布相间分布30-40等温等温处理处理贝贝氏氏体体B上上550350半扩半扩散型散型羽毛状，短棒

16、状羽毛状，短棒状Fe3C分布于过分布于过饱和饱和F条之间条之间40-50等温等温处理处理B下下350MS竹叶状，细片状竹叶状，细片状Fe3C分布于过分布于过饱和饱和F针上针上50-60等温等温淬火淬火马马氏氏体体M针针MSMf无扩无扩散型散型针状针状60-65淬火淬火M*板条板条MSMf板条状板条状50淬火淬火第三节 退火和正火根据热处理工艺在零件生产工艺流程中的作用不同可分为两大类：最终热处理和预备热处理最终热处理和预备热处理最终热处理最终热处理：指在生产工艺流程中，工件经切削加工等成形工艺得到最终形状和尺寸后，再进行的赋予工件所需赋予工件所需要使用性能要使用性能的热处理。预备热处理预备热处

17、理:指为达到达到工件最终热处理的要求而获得所需的预备组织预备组织或改善工艺性能改善工艺性能所进行的热处理，有时也称中间热处理。精机械加工 铸造或锻造热处理1机械加工热处理2一、退火 将金属或合金，保温一定时间，然后（一般为），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做。退火第一类退火（组织不转变）第二类退火（组织性能改变）均匀化退火再结晶退火去应力退火预防白点退火完全退火不完全退火等温退火球化退火p 定义：完全退火是将钢铁完全，随之，获得接近平衡状态组织的退火工艺。o 工艺过程：是把钢加热至, 保温一定时间后缓慢冷却(以下, 然后o 适用场合：主要适用于的件。o 目的：1) 通过，使热加工造成的粗

18、大、不均匀的组织均匀化和细化，以；2) 使中碳以上的碳钢和合金钢得到的组织，以降低硬度，能。3)由于冷却速度缓慢，还可。（二）等温退火（二）等温退火：等温退火是将钢件加热到 ) 的温度, 保温适当时间后, 较的某一温度, 并, 使奥氏体等温转变，然后的热处理工艺。 ：等温退火的目的与完全退火相同, 能; 对于奥氏体较稳定的合金钢, 可大大缩短退火时间。Ac3Ac1对于亚共析钢为 Ac3 （3050）：对于共析钢或过共析钢为Ac1（20 40 ）。：用于高碳钢、中碳合金钢、经渗碳处理后的低碳合金钢和某些高合金钢的大型铸、锻件以及冲压件等。球化退火为使钢中的热处理工艺。o 工艺过程：将工件加热到）

19、保温后等温冷却或缓慢冷却。：是使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化（退火前正火将网状渗碳体破碎），以能；并为以后的淬火作组织准备。o 球化退火主要。：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分偏析和组织不均匀性，将其加热到高温，长时间保温（10h15h），并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火。：AC3150200。退火后钢的晶粒很粗大，因此一般再进行完全退火或正火处理。o 适用于一些优质合金钢和偏析较严重的合金钢铸件。 为消除铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等冷热加工在工件中造成的残留内应力而进行的低温退火，称为去应力退火。去应力退火是将钢件加热至低于Ac1的某一温度(一般为500650

20、)，保温后随炉冷却, 这种处理可以消除约50%80%的内应力, 不引起组织变化。工艺过程：工艺过程：钢材或钢件加热到, 保温适当时间后, 在静止的空气中均匀冷却的热处理称为。：，且片间距变小，一般为索氏体 0.6%C时，组织为F+S； 0.6%C时，组织为时，组织为S 。 ：（1）作为最终热处理作为最终热处理 正火可以，使组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使增多并细化，从而提高钢的（2）作为预先热处理作为预先热处理 对于中碳钢结构钢件，进行正火， 可以，并获得组织。对于过共析钢，并使其不形成连续网状，为球准备。对于某些碳钢正火可消除内应力，细化开裂。（3）改善切削加工性能改善切削加工性能l

21、要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火钢用退火或正火,高碳钢用球化退火高碳钢用球化退火.第四节 淬火与回火将钢加热到，保温一定时间后以获得的热处理工艺称为淬火。： 是为了提高（一）钢的淬火工艺钢的淬火工艺 淬火加热温度和保温时间的选择加热温度为: 2.淬火介质：工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火介质。（1）理想淬火介质的冷却特性：在650以上时，速度应慢些，以降低零件内部温度差而引起的热应力，防止变形；在650500，应快速冷却，应大于Vk。300200之间，应缓慢冷却。水：具有较强的冷却能力。但易使零件产生变形、甚至开裂，只能用作尺寸较小、形状简

22、单的碳钢零件的淬火介质。盐水：其冷却能力比清水更强，容易得到高的硬度和光洁的表面。油：油的冷却能力很弱，可降低零件的变形与开裂其它：如碱浴和硝盐浴 将奥氏体化的工件放入一种淬火介质中连续冷却至室温。：奥氏体化的工件先浸入冷却力强的介质，冷却至少高于Ms即浸入冷却能力弱的介质 形状复杂的高碳钢工件和尺寸较大的合金钢件 M+AR 奥氏体化的工件先浸入少高于或低于MS点的介质保温后空冷 尺寸较小、形状复杂工件的淬火 B下 奥氏体化工件快冷至贝氏体转变区 形状复杂，尺寸要求较精确，强韧性要求较高的小型工模具及弹簧等的淬火（一）淬透性（一）淬透性 淬透性的概念淬透性的概念：钢在，表征了淬火时钢获得马氏体

23、的能力。规定从工件表面向里的半马氏体组织处(50%M + 50%P)的深度为有效淬硬深度，以半马氏体组织所具有的硬度来评定是否淬硬。注意区别：钢的淬透性与实际工件的淬硬（透）层深度（1）钢的淬透性是钢材本身的固有的属性，是在规定条件钢的淬透性是钢材本身的固有的属性，是在规定条件下的一种工艺性能，是确定的、可以比较下的一种工艺性能，是确定的、可以比较的。（2）淬硬层深度是实际淬硬层深度是实际工件在具体条件下淬得的马氏体和半马氏体的深度，是变化的，与钢的淬透性及外在因素有关。2.淬透性的影响因素淬透性的影响因素：钢的淬透性主要由其临界速度来决定。Vk越小，奥氏体越稳定，钢的淬透性越好。（1）合金元

24、素）合金元素：除钴以外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使C曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢往往比碳钢的淬透性要好（2）含碳量：）含碳量：在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随碳含量减少，临界冷速增加，淬透性降低；过共析钢随碳含量增加，临界速度增大，淬透性降低。（3）奥氏体化温度）奥氏体化温度：提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大、成分均匀，可减少珠光体的生核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性。（4）钢中的未溶第二相）钢中的未溶第二相：钢中未溶入奥氏体中的碳化物、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，使临界冷却速度增大，降低淬透性。3.淬透

25、性的评定方法：淬透性的评定方法：评定淬透性的方法常用的有临界直径测定法和端淬试验法。1）临界直径测定法：钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体或半马氏体组织时的最大直径称为临界直径，以Dc表示。（2）端淬试验法高强螺栓高强螺栓柴油机连杆柴油机连杆齿轮齿轮 4. 淬透性对热处理后力学性能的影响 淬透性高的钢调质后其组织由表及里均为回火索氏体，韧性较高。淬透性低的钢，心部为片状索氏体，韧性低。淬透性要求的确定：（1）要根据零件的不同工作条件合理确定钢的淬透性要求。 对于截面承载均匀的重要件,要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透(淬硬层深度一般为半径的1/21/3

26、)，如轴类、齿轮等。（2）注意钢材的“尺寸效应”（3）大尺寸碳钢零件，又是正火比调质经济 是指钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。主要与马氏体中的含碳量有关，含碳量越高，淬火后硬度越高 对于要求高硬度、高耐磨性的的各种工模具可选用淬硬性高的高碳、高合金钢。 要求较高的综合力学性能，即强韧性要求较高的机械零件可选用淬透性中等的中碳钢和中碳合金钢。 对于要求高塑性、高韧性的焊接件及其他机械零件则选用淬硬性较低的低碳、低合金钢。 当零件表面有高硬度、高耐磨性要求时，则配以渗碳工艺，提高表面硬度。：钢件淬火后, 将其加热到Ac1某一温度, 保温一定时间, 然后冷却到室温的热处理工艺叫做

27、回火。：一是降低脆性,消除或降低残余应力；二是达到工件所要求的力学性能;三是稳定工件尺寸。1、减少或消除淬火内应力、减少或消除淬火内应力, 防止变形或开裂防止变形或开裂.2、获得所需要的力学性能。、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。回火可调整硬度、韧性。3、稳定尺寸。淬火、稳定尺寸。淬火M和和A都是非平衡组织，有自发向平都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使衡组织转变的倾向。回火可使M与与A转变为平衡或接近转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形平衡的组织，防止使用时变形 对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用回

28、火软化既能降低硬度，又能缩短软化周期。 未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。钢经淬火后应立即进行回火（一）淬火钢的回火转变1.马氏体分解（200以下） 80200 时，马氏体开始分解，过饱和的碳-碳化物形式析出，这一阶段的回火组织为回火马氏体（M），即 -碳化物。透射电镜下的回火马氏体形貌透射电镜下的回火马氏体形貌2. （200300）残余奥氏体转变 残余奥氏体转变为下贝氏体，马氏体继续分解为回火马氏体 200-300时, 由于马氏体分解，奥氏体所受的压力下降, A 分解为为为 - 碳化物碳化物和过饱和铁素体，即和过饱和铁素体，即M回回。回火马氏体回火马氏体3.

29、 (300400) 回火托氏体的形成 发生于发生于250-400，此时，此时， -碳化物溶解于碳化物溶解于F中，并中，并从铁素体中析出从铁素体中析出Fe3C。到到350, 马氏体含碳量降到马氏体含碳量降到铁素体平衡成分铁素体平衡成分, 内应力大量消除，内应力大量消除，M回回转转变为在保持变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C组织，组织，称称回火托氏体回火托氏体，用，用T回回表示。表示。 回火托氏体回火托氏体组织为回火托氏体组织为回火托氏体（T），回火应力大），回火应力大部分消除，强度、硬部分消除，强度、硬度下降，塑性韧性上度下降，塑性韧性上升

30、。升。4. （400以上）渗碳体的聚集长大和铁素体的再结晶 400以上以上, Fe3C开始聚集长大。开始聚集长大。450 以上铁素体发生多边形化，由针片状变为多边形以上铁素体发生多边形化，由针片状变为多边形.这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状Fe3C的组织称的组织称回回火索氏体火索氏体，用，用S回回表示。表示。 钢的强度、硬度进一步下降，塑性韧性进一步上升。回火索氏回火索氏体体（二）回火的分类与应用回火的分类与应用 低温回火 回火温度为150250。低温回火后组织为回火马氏体残余奥氏体。 低温回火的目的是降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火后的高硬度(一般

31、为58HRC64HRC)和高耐磨性2. 中温回火回火温度为350500。回火组织为回火托氏体（T）；硬度为35HRC50HRC；回火目的是获得较高的弹性极限和屈服强度，同时改善塑性和韧性。3. 高温回火 回火温度为500650, 得到回火索氏体。回火后硬度为25HRC35HRC。目的是降低强度、硬度及耐磨性，大幅度提高塑性、韧性，得到较好的综合力学性能。 淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象称为回火脆性1.第一类回火脆性：在300左右产生的回火脆性。2.第二类回火脆性：含有铬、锰、镍等元素的合金钢，在400550区回火或经高温回火后缓慢冷却通过该脆化温度区产生的

32、回火脆性。广泛用于广泛用于各种结构件如轴、齿轮各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。密件、量具等预备热处理。 适用于各种适用于各种高碳钢高碳钢、渗碳件渗碳件及及表面淬火表面淬火件件。 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，即在即在保持较高的强度同时，具有良好保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。的塑性和韧性。 提高提高 e及及 s，同时，同时使工件具有一定韧使工件具有一定韧性性 。在保留高硬度、高在保留高硬度、高耐磨性的同时，降耐磨性的同时，降低内应力低内应力。 回火目的回火目的S回回 T回回 M回回 回火组织

33、回火组织500-650350-500150-250 回火温度回火温度 高温回火高温回火 中温回火中温回火 低温回火低温回火 适用于适用于弹簧弹簧热处理热处理（：淬火时形成的内应力所致内应力分类：热应力和相变应力 ：热应力引起的变形主要是淬火初期在心部受压应力时产生的，它使物体向球形发展。：o 合理选材和改进零件设计的结构工艺性o 选择合适的锻造. 和预先热处理工艺o 采用低淬火冷却变形的热处理工艺o 矫正措施(淬火冷却时的应力超过材料在该温度下的断裂强度时工件出现裂纹的现象。 1） 纵向裂纹 2）横向裂纹 1）防止或减少淬火裂纹的途径是降低冷却过程中的拉应力 2）并尽量减小截面上各部位的温度差

34、，尽量做到均匀冷却。软点：未被淬硬区域 软点，原始组织粗大不均，冷却水有油，零件表面氧化皮、淬火冷却介质未搅动，引起局部冷却速度过低导致软点 硬度不足，加热温度偏低，表面脱碳、钢的淬透性不够、冷却速度过慢：重新淬火。处理前要先进行退火或正火第五节 钢的表面热处理和化学热处理工艺o 表面热处理表面热处理：对工件表面进行热处理以改变其组织和性能的工艺。o 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温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的工艺。基本过程为：加加 热热分解分解吸收吸收扩散扩散感应加感应加热热一、表面淬火一、表面淬火一、表面淬火一、表面淬火o

35、 表面淬火目的： 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。o 表面淬火用材料 0.4-0.5%C的中碳钢。含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。含碳量过高，心部韧性下降； 铸铁 提高其表面耐磨性。一、表面淬火一、表面淬火（一）感应加热淬火：一）感应加热淬火： 是利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺。主要依据电磁感应、集肤效应和热传导三项基本原理 电流透入工件的深度主要与电流频率有关，其关系可用近似经验公式表示：2/1/600 f感应加热分

36、为：感应加热分为： 高频感应加热高频感应加热 频率为频率为250-300KHz，淬硬层深度淬硬层深度0.5-2mm传动轴连续淬传动轴连续淬火感应器火感应器感应加热表面淬火齿轮的截面图感应加热表面淬火齿轮的截面图 中频感应加热中频感应加热 频率为频率为2500-8000Hz，淬，淬硬层深度硬层深度2-10mm。各种感应器各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴 工频感应加热频率工频感应加热频率为为50Hz,淬硬层深淬硬层深度度10-15 mm各种感应器各种感应器感应穿透加热感应穿透加热感应加热表面淬火示意图工作频率常用频率淬硬深度适用场合高频感应高频感应加热淬火

37、加热淬火701000kHz200300kHz0.52mm 要求淬硬层较浅的中、小型零件，如中小模数齿轮、小型轴类零件。中频感应中频感应加热淬火加热淬火50010000Hz25008000Hz210mm 淬硬层要求较深的大、中型零件，如较大模数齿轮、直径较大的轴类。工频感应工频感应加热淬火加热淬火50Hz1015mm 适用于大型零件，如直径大于300mm的轧辊和轴类零件。超音频感超音频感应加热淬应加热淬火火2040kHz2mm以上 适用于模数为36的齿轮及链轮、花键轴、凸轮。 为保证工件淬火后表面获得均匀细小的马氏体并减少淬火变形、改变心部的力学性能及切削加工性能，感应加热淬火前工件需进行预备热

38、处理：一般为调质或正火，重要件采用调质、非重要件采用正火。 工件在感应加热淬火后需进行180一200。C的低温回火处理，以降低内应力和脆性，获得回火马氏体组织。生产中常采用“自回火”的方法，即当淬火冷却至200。C时停止喷水，利用工件余热进行回火。（1）淬火温度高：钢的奥氏体化是在较大的过热度（Ac3以上80150)进行的。（2）工件表面硬度高、脆性低：（3）疲劳极限高：表面层淬得马氏体后, 由于体积膨胀在工件表面层造成较大的残余压应力, 显著提高工件的疲劳强度。（4）工件表面质量好、变形小：因加热速度快，没有保温时间，工件的氧化脱碳少。另外，由于内部未加热，工件的淬火变形也小。（5）生产过程

39、易于控制：加热温度和淬硬层厚度（从表面到半马氏体区的距离）容易控制，便于实现机械化和自动化。（二）火焰加热淬火火焰加热淬火是用乙炔氧或煤气氧等火焰加热工件表面，进行淬火。淬硬深度一般为26mm。火焰加热表面淬火和高频感应加热表面淬火相比，具有设备简单，成本低等优点。但生产率低，零件表面存在不同程度的过热，质量控制也比较困难。因此主要适用于单件、小批量生产及大型零件（如大型齿轮、轴、轧辊等）的表面淬火。火焰加热表面淬火示意图 二、化学热处理二、化学热处理（一）渗碳：（一）渗碳： 钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面的工艺称为渗碳。目的是使低碳的钢件表面得到高碳，经适当的热处理后获得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定的强度及较高的塑性、韧性1. 渗碳的方法：渗碳的方法：有气体渗碳、液态渗碳和固体渗碳三种气体渗碳炉气体渗碳装置示意图 气体渗碳法气体渗碳法 将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。 渗剂为气体渗剂为气体 (煤气、液化气等煤气、液化气等)或有机液体或有机液体(煤油、甲醇煤油、甲醇等等)。缺点缺点: 渗层成分与深度不易控制。渗层成分与深度不易控制。 固体渗碳法固体渗碳法将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。将工件埋入渗剂中，装箱密封后