第06章 钢的热处理

1、第六章 钢的热处理 1钢钢的的热热处处理理1 概述概述2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变4 钢的退火与正火钢的退火与正火5 钢的淬火钢的淬火6 钢的回火钢的回火7 钢的形变热处理钢的形变热处理8 钢的表面淬火钢的表面淬火9 钢的化学热处理钢的化学热处理10 热处理对零件结构的要求热处理对零件结构的要求第六章 钢的热处理 2温度时间v钢的热处理：钢的热处理：1 概述v工艺曲线：工艺曲线：v特点：特点：v目的：目的：v分类：分类：普通热处理（退火、正火、淬火、回火）普通热处理（退火、正火、淬火、回火）表面热处理（表面淬火、化学热处理）表面热处理（表面淬火、化学

2、热处理）特殊热处理（形变、真空、光亮）特殊热处理（形变、真空、光亮）Tc第六章 钢的热处理 3箱式电阻炉1 概述第六章 钢的热处理 4台车式电阻炉1 概述第六章 钢的热处理 5连续式热处理炉1 概述第六章 钢的热处理 62 钢在加热时的转变平衡转变平衡转变非平衡转变非平衡转变过热过热过冷过冷第六章 钢的热处理 7一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成(PA)v奥氏体晶粒的形成和长大奥氏体晶粒的形成和长大v残余渗碳体的溶解残余渗碳体的溶解v奥氏体的均匀化（奥氏体的均匀化（Fe、C原子的扩散）原子的扩散）2 钢在加热时的转变第六章 钢的热处理 8二、奥氏体晶粒的长大二、奥氏体晶粒的长大v奥氏体的晶粒度奥

3、氏体的晶粒度晶粒度晶粒度起始晶粒度起始晶粒度实际晶粒度实际晶粒度本质晶粒度本质晶粒度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/Mn脱氧脱氧(本质粗本质粗)2 钢在加热时的转变第六章 钢的热处理 9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 钢在加热时的转变第六章 钢的热处理 10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

4、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 钢在加热时的转变第六章 钢的热处理 11影响奥氏体晶粒长大的因素影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

5、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，使之形成冶炼时用铝脱氧，使之形成AlN微粒；或加入微粒；或加入Nb、Zr、V、Ti等强碳化物形成元素，形成难溶的碳化物颗等强碳化物形成元素，形成难溶的碳化物颗粒。第二相微粒能阻止奥氏体晶粒长大，在一定温度粒。第二相微粒能阻止奥氏体晶粒长大，在一定温度下晶粒不易长大；只有当超过一定温度时，第二相微下晶粒不易长大；只有当超过一定温度时，第二相微粒溶入奥氏体后，奥氏体才突然长大。粒溶入奥氏体后，奥氏体才突然长大。2 钢在加热时的转变第六章 钢的热处理 12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

6、( (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 钢在加热时的转变第六章 钢的热处理 133 钢在冷却时的转变过冷过冷奥氏奥氏体的体的两种两种冷却冷却方式方式第六章 钢的热处理 143 钢在冷却时的转变一、奥氏体等一、奥氏体等温转变曲线温转变曲线C曲线曲线TTT曲线曲线 T_Tem

7、perature T_Time T_Transformation第六章 钢的热处理 153 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变贝氏体转变贝氏体转变只有只有C扩散扩散B下下B上上B马氏体转变马氏体转变非扩散切变非扩散切变M珠光体转变珠光体转变Fe、C扩散扩散0.4m0.2m0.40.2mPSTP孕育期最短孕育期最短过冷奥氏体区过冷奥氏体区0.5 1 10 102 103 104 105MsMf700600500400300200100 0-100时间时间(s)温度温度()Ar1二、二、过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能第六章 钢的热处理 163 钢在冷却时的转变珠

8、光体转变：珠光体转变：Fe、C的扩散性相变的扩散性相变第六章 钢的热处理 173 钢在冷却时的转变珠光体转变：扩散相变珠光体转变：扩散相变(Ar1550, 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）。第六章 钢的热处理 183 钢在冷却时的转变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

9、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(Ar1550, AP（F+Fe3C）)第六章 钢的热处理 193 钢在冷却时的转变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

10、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）)第六章 钢的热处理 203 钢在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

11、第六章 钢的热处理 213 钢在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-Fe2.4C第六章 钢的热处理 223 钢在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第六章 钢的热处理 233 钢在冷却时的转变马氏

12、体转变：非扩散相变，马氏体转变：非扩散相变，Ms以下以下, AMc/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，正方度大第六章 钢的热处理 243 钢在冷却时的转变低碳低碳(1.0%)马氏体：片状马氏体：片状_硬而脆硬而脆第六章 钢的热处理 263 钢在冷却时的转变含碳量对马氏体含碳量对马氏体硬度的影响硬度的影响第六章 钢的热处理 273 钢在冷却时的转变马氏体转变过程中残余奥氏体（马氏体转变过程中残余奥氏体（A残残或或A/）的形成的形成第六章 钢的热处理 283 钢在冷却时的转变三、影响三、影响C曲线的因素曲线的因素1、碳的影响、碳的影响形状形状(产物产物)位置位置

13、(稳定性稳定性)第六章 钢的热处理 293 钢在冷却时的转变2、合金元素的影响、合金元素的影响形状、位置、形状、位置、Co左移，其它右移，部分左移，其它右移，部分(Cr、Mo、W、V)双双C曲线曲线第六章 钢的热处理 303 钢在冷却时的转变3、加热温度和保温时间的影响、加热温度和保温时间的影响 温度高、时间长导致奥氏体成温度高、时间长导致奥氏体成分均匀、晶粒粗大，未溶碳化物分均匀、晶粒粗大，未溶碳化物减少，过冷奥氏体稳定性增加，减少，过冷奥氏体稳定性增加，C曲线右移。曲线右移。第六章 钢的热处理 313 钢在冷却时的转变四、奥氏体连续冷却转变四、奥氏体连续冷却转变C曲线曲线CCT曲线曲线 C

14、ontinuous、 Cooling、 Transformation只有只有P、M转变转变k为临界冷却速度为临界冷却速度第六章 钢的热处理 323 钢在冷却时的转变连续冷却与等温冷却的比较连续冷却与等温冷却的比较孕育期不同孕育期不同过冷度不同过冷度不同转变产物不同转变产物不同实际生产中的应用实际生产中的应用第六章 钢的热处理 333 钢在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1-炉冷炉冷AP2-空冷空冷AS3-油淬油淬AT+M+ A/4-水冷水冷AM A/k-临界冷却速度临界冷却速度kPSMT第六章 钢的热处理 34一、钢的退火一、钢的退火

15、(降低硬度、消除应力，细化晶粒降低硬度、消除应力，细化晶粒)v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+PF+P；v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；v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；v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 钢的退火与正火第六章 钢的热处理 35过共析钢的退火组织过共析钢的退火组织4 钢的退火与正火第六章 钢的热处

16、理 36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SGP退火退火过程过程视频视频500650第六章 钢的热处理 37二、钢的正火二、钢的正火v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-提高硬度提高硬度 高碳钢高碳钢消除网状渗碳体消除网状渗碳体v工艺过程：工艺过程： Ac3、Accm+3050,保温后空冷保温后空冷v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 钢的退火与正火第六章 钢的热处理 38一、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+A

17、M+A/ /合金钢：合金钢：油或空冷，得油或空冷，得M+FeM+Fe3 3C+ AC+ A/ /5 钢的淬火第六章 钢的热处理 39钢的钢的理想理想淬火淬火工艺工艺5 钢的淬火第六章 钢的热处理 40二、淬火方法二、淬火方法v单液淬火：直冷，简单易操作单液淬火：直冷，简单易操作v双液淬火：先快后慢，降低应力双液淬火：先快后慢，降低应力v分级淬火：快分级淬火：快- -恒恒- -快，应力极低快，应力极低v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v局部淬火：量具等的局部区域局部淬火：量具等的局部区域v冷冷 处处 理：理：-70-70-80-80，降低，降低A A残残% %，稳定

18、尺寸，稳定尺寸5 钢的淬火第六章 钢的热处理 41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)等温淬火等温淬火第六章 钢的热处理 42局部淬火方法局部淬火方法5 钢的淬火第六章 钢的热处理 43三、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)5 钢的淬火第六章 钢的热处理 441. 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

19、区别第六章 钢的热处理 45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、

20、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 钢的淬火第六章 钢的热处理 46影响淬透性的因素影响淬透性的因素(vK)5 钢的淬火第六章 钢的热处理 472. 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

21、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。 第六章 钢的热处理 48 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，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dHRCJ第六章 钢的热处理 492. 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:

22、 : 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。 第六章 钢的热处理 505 钢的

23、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第六章 钢的热处理 515 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：不宜选择淬透性高的钢材第六章 钢的热处理 525 钢的淬火淬透性的应用：淬透性的应用：第六章 钢的热处理 535 钢的淬火淬透性的应用：淬透性的应用：第六章 钢的热处理 54钢经过淬火后必须回火！钢经过淬火后必

24、须回火！v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v回火工艺：回火工艺：Ac1以下保温后缓冷以下保温后缓冷6 钢的回火第六章 钢的热处理 55一、淬火钢的回火转变一、淬火钢的回火转变v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 6-35v残余奥氏体的分解（残余奥氏体的分解（200300）B下下v碳化物的转变（碳化物的转变（250400）-Fe2.4C转变为转变为Fe3Cv渗碳体的聚集长大和渗碳体的聚集长大和相再结晶（相再结晶（400）成为粒状成为粒状Fe3C，600后粗化后粗化6 钢的回火第六章 钢的热处理 56回火钢的组

25、织和性能转变回火钢的组织和性能转变6 钢的回火第六章 钢的热处理 57二、回火的分类及应用二、回火的分类及应用6 钢的回火v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 HRC5862v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，用于各种弹性元件用于各种弹性元件v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】第六章 钢的热处理 5

26、8二、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第六章 钢的热处理 59一种淬火方式：形变强化一种淬火方式：形变强化+热处理强化热处理强化7 钢的形变热处理v分类：分类：形变形变相变相变 低温形变（低温形变（TAr1） 高温形变（高温形变（TAc1）形变形变 + 相变相变相变相变形变形变第六章 钢的热处理 601、低温形变热处理、低温形变热处理7 钢的形变热处理vAr1以下（以下（500600）变形量变形量6090%v抗拉强度可达抗拉强度可达3300MPav超高强度钢的热处理超高强度钢的热处理v飞机起落架、模具、飞机

27、起落架、模具、冲头、板簧冲头、板簧第六章 钢的热处理 612、高温形变热处理、高温形变热处理7 钢的形变热处理vAc1以上变形以上变形v强化程度有限强化程度有限v强度提高，韧塑强度提高，韧塑性大大提高性大大提高v锻件、曲轴、连锻件、曲轴、连杆、叶片、弹簧杆、叶片、弹簧第六章 钢的热处理 62概概 述述8 钢的表面淬火v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；精密镗床主轴，要求其与滑动轴承配合的表面硬度精密镗床主轴，要求其与滑动轴承配合的表面硬度不低于不低于900

28、HV，而心部硬度为而心部硬度为248286HBS。v成本低：成本低：v方法简单：方法简单： 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、心韧第六章 钢的热处理 63一、感应加热表面淬火一、感应加热表面淬火8 钢的表面淬火v600/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，HzHzv 【集肤效应】集肤效应】硬度分布第六章 钢的热处理 64感应加热表面淬火的分类感应加热表面淬火的分类8 钢的表面淬火v高频高频701000KHz，常用常用200300KHz，淬硬深

29、淬硬深度为度为0.52mm。中小模数齿轮、轴类零件等。中小模数齿轮、轴类零件等。v中频中频50010000Hz，常用常用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。v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。v超音频超音频20204040KHzKHz，( (音频音频2020KHz)KHz)，淬硬深度在淬硬深度在2 2mmmm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。 第六章 钢的热

30、处理 65感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点8 钢的表面淬火v淬火温度高：淬火温度高： (Ac3+80150 )v表面硬、脆性低表面硬、脆性低 ：高：高23HRC，低的脆性。低的脆性。v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。v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。v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。v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。第六章 钢的热处理 66二、火焰加热表面淬火二、火焰加热表面淬火8

31、 钢的表面淬火v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v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。v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。v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。 第六章 钢的热处理 67火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意

32、图8 钢的表面淬火第六章 钢的热处理 68三、激光加热表面淬火三、激光加热表面淬火8 钢的表面淬火v能量密度能量密度10104 410108 8W/cmW/cm2 2 v淬硬深度淬硬深度0.30. 5mmv形状复杂、盲孔等均可形状复杂、盲孔等均可第六章 钢的热处理 69概述（概述（1）9 钢的化学热处理v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。v化学热处理的主要特点是

33、：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。其主要作用是强化和保护金属表面。第六章 钢的热处理 70概述（概述（2）9 钢的化学热处理v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

34、；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。 第六章 钢的热处理 71概述（概述（3）9 钢的化学热处理v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。

35、v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。 第六章 钢的热处理 72一、钢的渗碳一、钢的渗碳9 钢的化学热处理 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

36、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、套筒及要求很高的喷油嘴偶件等。第六章 钢的热处理 73钢的渗碳原理示意图钢的渗碳原理示意图9 钢的化学热处理第六章 钢的热处理 741、气体渗碳（、气体渗碳（1）9 钢的化学热处理v方法：方法：滴注式渗碳滴注式渗碳v介质：介质：苯、醇、煤油等液体苯、醇、煤油等液体v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9

37、30)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。第六章 钢的热处理 751、气体渗碳（、气体渗碳（2）9 钢的化学热处理生成活性碳原子：生成活性碳原子：2 2COC+COCOC+CO2 2 CHCH4 4C+2HC+2H2 2 CO+HCO+H2 2C+HC+H2 2O O 随后活性碳原子被钢

38、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。第六章 钢的热处理 762、固体渗碳、固体渗碳9 钢的化学热处理渗碳渗碳 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)

39、 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第六章 钢的热处理 773、渗碳层的组织及热处理、渗碳层的组织及热处理9 钢的化学热处理表面的含碳量最高：表面的含碳量最高：wc=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

40、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。 第六章 钢的热处理 78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) 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) 第六章 钢的热处理 79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

41、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

42、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。 第六章 钢的热处理 80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（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。第六章 钢的热处理

43、 81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

44、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。 第六章 钢的热处理 82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）机械加工【可否与渗碳工艺倒置】机械加工【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第六章 钢的热处理 83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

45、少量残余奥氏体 硬度为硬度为58586464HRCHRC，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10101515HRCHRC； 对于低碳合金钢如对于低碳合金钢如2020CrMnTiCrMnTi，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35354545HRCHRC。第六章 钢的热处理 84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

46、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。 第六章 钢的热处理 85二、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。第六章 钢的热处理 861 1、气体氮化（

47、、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。第六章 钢的热处理 871 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55055

48、0570570，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：20205050h h，氮化层厚度为氮化层厚度为0.40.40.60.6mmmm。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。第六章 钢的热处理 881 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

49、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。第六章 钢的热处理 891 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

50、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、MoMo、TiTi、V V等合金元素的合金钢，如等合金元素的合金钢，如3838CrMoAlACrMoAlA、35CrAlA35CrAlA、38CrMo38CrMo等。等。第六章 钢的热处理 901 1、气体氮化（、气体氮化（5 5）9 钢的化学热处理技术要

51、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 精磨或研磨精磨或研磨 第六章 钢的热处理 912 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

52、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第六章 钢的热处理 922 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1010-1-11010-2-2Torr(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

53、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，还原成氮原子渗入工件表面，形成渗氮上夺取电子后，还原成氮原子渗入工件表面，形成渗氮层。另外，氮离子轰击工件表面时，还能产生阴极溅射层。另外，氮离子轰击工件表面时，还能产生阴极溅射效应而溅射出铁离子，铁离子形成氮化铁效应而溅射出铁离子，铁离子形成氮化铁( (FeN)FeN)附着在附着在工件表面并依次分解为工件表面并依次分解为FeFe2 2N N、FeFe3 3N N、FeFe4 4N N放出氮原子向放出氮原子向工件内部扩散，形成渗氮层。工

54、件内部扩散，形成渗氮层。第六章 钢的热处理 932 2、离子渗氮（、离子渗氮（3 3）9 钢的化学热处理工艺特点：工艺特点：F速度快、周期短。速度快、周期短。3838CrMoAlACrMoAlA要达到要达到0.530.530.7mm0.7mm深的深的渗层，渗层， 151520h20h（气体渗氮法气体渗氮法5050h h）。F质量高。质量高。由于阴极溅射有抑制生成脆性层的作用，所由于阴极溅射有抑制生成脆性层的作用，所以明显提高渗氮层的韧性和疲劳性质。以明显提高渗氮层的韧性和疲劳性质。F工件变形小。工件变形小。阴极溅射效应使工件尺寸略有减小，可阴极溅射效应使工件尺寸略有减小，可抵消氮化物形成引起的

55、尺寸增大。适用于处理精密零件抵消氮化物形成引起的尺寸增大。适用于处理精密零件和复杂零件，如和复杂零件，如3838CrMoAlACrMoAlA钢制成的长钢制成的长9009001000mm1000mm、外外径径2727mmmm的螺杆，渗氮后其弯曲变形小于的螺杆，渗氮后其弯曲变形小于5 5mm。第六章 钢的热处理 942 2、离子渗氮（、离子渗氮（4 4）9 钢的化学热处理工艺特点：工艺特点：F对材料的适应性强。对材料的适应性强。渗氮用钢、碳钢、合金钢和铸铁渗氮用钢、碳钢、合金钢和铸铁都能进行离子渗氮，但专用渗氮钢（如都能进行离子渗氮，但专用渗氮钢（如3838CrMoAlACrMoAlA）效效果最佳

56、。果最佳。缺点：缺点：投资高，温度分布不均，测温困难和操作要求严投资高，温度分布不均，测温困难和操作要求严格等。格等。第六章 钢的热处理 95三、气体氮碳共渗（气体软氮化）三、气体氮碳共渗（气体软氮化）9 钢的化学热处理 在气体介质中对工件同时渗入氮和碳，并以渗氮在气体介质中对工件同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺称为气体氮碳共渗。目前氮碳为主的化学热处理工艺称为气体氮碳共渗。目前氮碳共渗已广泛应用于模具、量具、高速钢刀具、曲轴、共渗已广泛应用于模具、量具、高速钢刀具、曲轴、齿轮、气缸套等耐磨件的处理，但由于表层碳氮化合齿轮、气缸套等耐磨件的处理，但由于表层碳氮化合物层太薄，仅有物层

57、太薄，仅有0.010.010.02mm0.02mm，不宜用于重载条件下。不宜用于重载条件下。尿素分解尿素分解( (NHNH2 2) )2 2COCO+2HCOCO+2H2 2+2N 2COCO+2N 2COCO2 2+C+C 第六章 钢的热处理 96四、四、气体碳氮共渗气体碳氮共渗 9 钢的化学热处理 在气体介质中将碳和氮同时渗入工件表层并在气体介质中将碳和氮同时渗入工件表层并以渗碳为主的化学热处理工艺称为以渗碳为主的化学热处理工艺称为气体碳氮共渗气体碳氮共渗。提高工件表面硬度、耐磨性和疲劳强度。提高工件表面硬度、耐磨性和疲劳强度。 常用于常用于处理汽车、机床的各种齿轮、蜗轮、处理汽车、机床的

58、各种齿轮、蜗轮、蜗杆和轴类零件蜗杆和轴类零件(20CrMnTi)。 CH CH4 4+NH+NH3 3HCN+3HHCN+3H2 2 CO+NH CO+NH3 3HCN+HHCN+H2 2O O 2HCNH 2HCNH2 2+2C+2N+2C+2N第六章 钢的热处理 97一、一、零件外形要避免尖角或棱角，减少台阶零件外形要避免尖角或棱角，减少台阶 10 钢的热处理对零件结构设计的要求过热、开裂过热、开裂R0.6mmR0.6mm第六章 钢的热处理 98二、二、零件外形尽量简单、壁后均匀零件外形尽量简单、壁后均匀 10 钢的热处理对零件结构设计的要求开孔、通孔开孔、通孔第六章 钢的热处理 99三、三、零件外形力求对称，减小变形或有规律零件外形力求对称，减小变形或有规律 10 钢的热处理对零件结构设计的要求减小热处理变形减小热处理变形第六章 钢的热处理 100四、四、零件采用组合结构或镶拼结构零件采用组合结构或镶拼结构 10 钢的热处理对零件结构设计的要求当结构复杂或要求当结构复杂或要求不同的热处理方式时不同的热处理方式时第六章 钢的热处理 101课内作业：课内作业： 课内作业：课内作业：1 1、在正火热处理过程中，为什么加热后要有一段保、在正火热处理过程中，为什么加热后要有一段保温时间？温时间？2 2、锯条、弹簧和重要的轴在淬火后一般分别应进行、锯条、弹簧和重要的轴在淬火后一般分