第5章 钢的热处理-ppt课件

1、第五章钢的热处置第五章钢的热处置改善钢的性能的主要途径：改善钢的性能的主要途径： 1、调整钢的化学成份，即合金化，第六章、调整钢的化学成份，即合金化，第六章内容。内容。 2、钢的热处置，本章讲。、钢的热处置，本章讲。热处置：钢在固态下热处置：钢在固态下经过加热、保温、冷经过加热、保温、冷却的方法，改动钢的却的方法，改动钢的组织构造，获得所需组织构造，获得所需求的性能的一种加工求的性能的一种加工方法。方法。 加热保温冷却保温时间温度原始组织构造热处置组织构造时间热处置的分类：热处置的分类： 热热处处置置普通普通 热处置热处置 外表外表 热处置热处置 退火退火 正火正火 淬火淬火回火回火 外表淬火

2、外表淬火 化学热处置化学热处置 火焰加热火焰加热感应加热感应加热渗碳渗碳 氮化氮化 其它其它其它其它 第一节钢在加热时的转变第一节钢在加热时的转变 钢加热到钢加热到A1PSK以上时都将发生以上时都将发生P A，但是，但是， 亚共析钢需加热到亚共析钢需加热到A3 GS以上，过共以上，过共析钢需加热到析钢需加热到 Acm ES以上才干完全奥氏体化。以上才干完全奥氏体化。这种转变是一种分散型的转变。这种转变是一种分散型的转变。一、奥氏体的构成一、奥氏体的构成通常通常A1、A3 或或 Acm加热时用加热时用Ac1、Ac3 或或 Accm表示，表示，冷却时用冷却时用Ar1 、Ar3 或或 Arcm表示。

3、表示。A1Ar1AC1Acm ArcmAccmA3Ac3Ar3 AFPF+PP+Fe3CIIA+Fe3CIIA+F温度含碳量Fe G PSEK第三步：剩余渗碳体溶解第三步：剩余渗碳体溶解 经过碳原子的分散，使铁素体向奥氏体转变，经过碳原子的分散，使铁素体向奥氏体转变，和渗碳体溶解来完成。和渗碳体溶解来完成。第二步：奥氏体的长大。第二步：奥氏体的长大。 形核部位在铁素体和渗碳体的相界面处。形核部位在铁素体和渗碳体的相界面处。第一步：奥氏体晶核的构成。第一步：奥氏体晶核的构成。一根本过一根本过程程下面以共析钢为例阐明奥氏体的构成过程。下面以共析钢为例阐明奥氏体的构成过程。 第四步：奥氏体均匀化第四

4、步：奥氏体均匀化1、加热温度和加热速度、加热温度和加热速度加热温度高，加热速度快，转变速度快。加热温度高，加热速度快，转变速度快。缘由：碳原子分散才干大，碳浓度差大加速奥氏缘由：碳原子分散才干大，碳浓度差大加速奥氏体的构成。体的构成。二影响珠光体向奥氏体转变的要素二影响珠光体向奥氏体转变的要素亚共析钢与过共析钢奥氏体的构成过程，在以亚共析钢与过共析钢奥氏体的构成过程，在以上步骤后上步骤后,当加热到当加热到AC3和和Accm以上时铁素体将以上时铁素体将全部转变为奥氏体，渗碳体将全部溶入奥氏体全部转变为奥氏体，渗碳体将全部溶入奥氏体。3、化学成分、化学成分含碳量添加，转变速度快。含碳量添加，转变速

5、度快。缘由：渗碳体添加缘由：渗碳体添加 F/Fe3C相界面增多，奥氏相界面增多，奥氏体的形核部位添加。体的形核部位添加。 大部分合金元素减慢奥氏体的构成速度大部分合金元素减慢奥氏体的构成速度缘由：主要是减慢碳在奥氏体中的分散速度。缘由：主要是减慢碳在奥氏体中的分散速度。2、原始组织、原始组织原始组织越细，转变速度快。原始组织越细，转变速度快。 缘由：缘由： F/Fe3C相界面增多，奥氏体的形核部位添相界面增多，奥氏体的形核部位添加。加。 奥氏体晶粒的大小对钢冷却后的组织和性奥氏体晶粒的大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。能有很大影响。 一奥氏体晶粒度的概念一奥氏体晶粒度的概念根据奥氏体的构成

6、过程和晶粒长大的情况，根据奥氏体的构成过程和晶粒长大的情况，奥氏体的晶粒度可有三种定义：奥氏体的晶粒度可有三种定义：1、起始晶粒度：珠光体刚刚转变为奥氏体时的、起始晶粒度：珠光体刚刚转变为奥氏体时的晶粒度。普通较小。晶粒度。普通较小。2、本质晶粒度：通常采用规范实验方法：把钢加、本质晶粒度：通常采用规范实验方法：把钢加热到热到930 10 ，保温，保温3-8小时侯测定其奥氏小时侯测定其奥氏体晶粒的大小。根据规范晶粒度等级图谱评级，体晶粒的大小。根据规范晶粒度等级图谱评级， 14级为本质粗晶粒钢，级为本质粗晶粒钢，58为本质细晶粒钢。为本质细晶粒钢。如以下图：如以下图：本质晶粒度只反响了钢在本质

7、晶粒度只反响了钢在930 以下的奥氏以下的奥氏体晶粒长大的倾向性。体晶粒长大的倾向性。3、实践晶粒度：详细的热处置或热加工条件下实、实践晶粒度：详细的热处置或热加工条件下实践获得的奥氏体晶粒大小。践获得的奥氏体晶粒大小。实践晶粒度直接影响钢的性能，比起始晶粒度影实践晶粒度直接影响钢的性能，比起始晶粒度影响大。实践加热温度越高，保温时间越长，奥氏响大。实践加热温度越高，保温时间越长，奥氏体的实践晶粒度越粗大，钢的机械性能越下降。体的实践晶粒度越粗大，钢的机械性能越下降。第二节第二节 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 获得细小均匀的奥氏体晶粒仅是热处置的第一步，获得细小均匀的奥氏体晶粒仅是热处置的

8、第一步，钢从奥氏体形状的冷却过程是热处置的关键步骤，钢从奥氏体形状的冷却过程是热处置的关键步骤，它将最终决议钢的运用性能。钢在加热后的冷却它将最终决议钢的运用性能。钢在加热后的冷却方式有两种，如图：方式有两种，如图：奥氏体冷至临界温度以下处于不稳定的形状，称奥氏体冷至临界温度以下处于不稳定的形状，称为过冷奥氏体。过冷奥氏体在不同过冷度下分别为过冷奥氏体。过冷奥氏体在不同过冷度下分别可转变为珠光体可转变为珠光体P、贝氏体、贝氏体(B)、马氏体、马氏体(M)。一、过冷奥氏体等温转变曲线图一、过冷奥氏体等温转变曲线图将共析钢的过冷奥氏将共析钢的过冷奥氏体在体在A1以下某一温度以下某一温度进展等温转变

9、，测定进展等温转变，测定过冷奥氏体转变开场过冷奥氏体转变开场的时辰及终了的时辰的时辰及终了的时辰，分别将其时辰点用，分别将其时辰点用光滑的曲线衔接起来光滑的曲线衔接起来，在温度时间坐标上，在温度时间坐标上，可得到两条曲线，可得到两条曲线，如图：如图：A1550600650MsMf350A过过 冷冷 A过过 冷冷 APSTB上B下M+A转 变 开 始 线转 变 终 了 线A+ P型A+ B型时 间共 析 碳 钢 的 C曲 线等温转变曲线图又称等温转变曲线图又称C曲线或曲线或TTT曲线。曲线。图形分析：图形分析：A1是奥氏体是奥氏体和珠光体共存平衡温度和珠光体共存平衡温度，左线为转变开场线，左线为

10、转变开场线，右线为转变终了线。开右线为转变终了线。开场线左方是过冷奥氏体场线左方是过冷奥氏体区区A，终了线右方是，终了线右方是转变产物区转变产物区P、B，两线中间是转变进展区两线中间是转变进展区AP或或B。MS是马是马氏体转变或构成的开场氏体转变或构成的开场温度，温度，Mf是马氏体转变是马氏体转变或构成的终止温度，中或构成的终止温度，中间为马氏体转变区。间为马氏体转变区。A1550600650MsMf350A过过 冷冷 A过过 冷冷 APSTB上B下M+A转 变 开 始 线转 变 终 了 线A+ P型A+ B型时 间共 析 碳 钢 的 C曲 线奥氏体转变有孕育期，在鼻尖处孕育期最短。奥氏体转变

11、有孕育期，在鼻尖处孕育期最短。从上到下可分为珠光体、贝氏体和马氏体转变从上到下可分为珠光体、贝氏体和马氏体转变三个区。三个区。(一一)过冷奥氏体的转变产物及性能过冷奥氏体的转变产物及性能1、珠光体型组织、珠光体型组织温度区间：温度区间：C曲线鼻曲线鼻尖上部尖上部A1-550。A1550600650MsMf350A过过冷冷A过过冷冷APSTB上B下M+A转变开始线转变终了线A+ P型A+ B型时间共析碳钢的C曲线转变过程：经过形转变过程：经过形核和长大来完成。核和长大来完成。铁素体和渗碳体交铁素体和渗碳体交替相互促进形核并替相互促进形核并长大。如图：长大。如图：转变特点：转变特点：1分散型转变、

12、碳原子和铁原子的分散型转变、碳原子和铁原子的分散，生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体。分散，生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体。 2晶格的重构，由面心立方的奥氏体晶格的重构，由面心立方的奥氏体转变为体心立方的铁素体和复杂晶格的渗碳体。转变为体心立方的铁素体和复杂晶格的渗碳体。组织特点：层片状的组织特点：层片状的铁素体与渗碳体的机铁素体与渗碳体的机械混合物。械混合物。贫碳A富碳AFe3CFA晶界 Fe3CP团根据片间距的大小珠光体类型组织分三类根据片间距的大小珠光体类型组织分三类:1,珠光体珠光体P，构成温度，构成温度A1650，最粗，最粗. 2,索氏体索氏体S，构成温度，构成温度650600，较细，较

13、细3,屈氏体屈氏体T，构成温度，构成温度600550，最细，最细性能：与片层间距与有关，其强度和硬度关系如性能：与片层间距与有关，其强度和硬度关系如下：珠光体下：珠光体索氏体索氏体屈氏体屈氏体2、马氏体类型组织、马氏体类型组织马氏体马氏体M：含过饱和碳的：含过饱和碳的固溶体。固溶体。温度区间：温度区间：Ms Mf特点：特点： 马氏体马氏体的转变从的转变从Ms点开点开场，随温度下降，场，随温度下降，数量不断添加，数量不断添加，Mf点温度终止，点温度终止，转变量最多。转变量最多。A1550600650MsMf350A过过冷冷A过过冷冷APSTB上B下M+A转变开始线转变终了线A+ P型A+ B型时

14、间共析碳钢的C曲线MS 和和Mf由奥氏体的含碳量及合金元素含量决议，由奥氏体的含碳量及合金元素含量决议，不受冷却速度的影响，例如含碳量添加，不受冷却速度的影响，例如含碳量添加，MS 和和Mf点降低。点降低。 马氏体转变不完全，有剩余奥氏体存在，用马氏体转变不完全，有剩余奥氏体存在，用A或或A残表示。残表示。非分散型的转变，在极大的冷速下，极大的过非分散型的转变，在极大的冷速下，极大的过冷下，铁、碳原子无分散的能够，奥氏体直接转冷下，铁、碳原子无分散的能够，奥氏体直接转变成含碳过饱和的变成含碳过饱和的固溶体。马氏体的含碳量与固溶体。马氏体的含碳量与原奥氏体的含碳量一样。原奥氏体的含碳量一样。1、

15、板条马氏体低碳马氏体，位错型马氏体、板条马氏体低碳马氏体，位错型马氏体奥氏体含碳量小于百分奥氏体含碳量小于百分0.3时构成板条马氏时构成板条马氏体，显微组织为一束束细条状组织，亚构造为体，显微组织为一束束细条状组织，亚构造为高密度位错。由于碳的过饱和程度小和高密度高密度位错。由于碳的过饱和程度小和高密度位错，韧性和塑性较好。位错，韧性和塑性较好。 马氏体类型：马氏体类型：2、片状马氏体高碳马氏体，孪晶马氏体，、片状马氏体高碳马氏体，孪晶马氏体，显微组织为双凸透镜状，亚构造主要是孪晶。显微组织为双凸透镜状，亚构造主要是孪晶。由于碳的过饱和程度大和孪晶，韧性和塑性差。由于碳的过饱和程度大和孪晶，韧

16、性和塑性差。产生的条件：产生的条件：1.0%C片片状马氏体，中间，混合型。状马氏体，中间，混合型。获得马氏体是强化钢材的主要方法之一。获得马氏体是强化钢材的主要方法之一。随含碳量的添加，马氏体硬度添加。随含碳量的添加，马氏体硬度添加。贝氏体贝氏体B特点：半分散特点：半分散型转变，碳原型转变，碳原子分散，铁原子分散，铁原子不分散。过子不分散。过饱和的铁素体饱和的铁素体和渗碳体组成和渗碳体组成。转变温度：转变温度：550-Ms温度范围内温度范围内3、贝氏体类型组织、贝氏体类型组织A1550600650MsMf350A过过冷冷A过过冷冷APSTB上B下M+A转变开始线转变终了线A+ P型A+ B型时

17、间共析碳钢的C曲线一上贝氏体一上贝氏体B上上 构成温度构成温度550350。组织特征：从晶界向晶内生长的成束的铁素体条组织特征：从晶界向晶内生长的成束的铁素体条，渗碳体以不延续的短杆状分布于铁素体条之间，渗碳体以不延续的短杆状分布于铁素体条之间。典型组织：具有羽毛状的特征。典型组织：具有羽毛状的特征。二下贝氏体二下贝氏体B下，构成温度下，构成温度350MS，组织特征：片状铁素体和其内部沉淀碳化物。典组织特征：片状铁素体和其内部沉淀碳化物。典型组织，具有黑针状特征。型组织，具有黑针状特征。机械性能：下贝氏体的强度、塑性、和韧性高于机械性能：下贝氏体的强度、塑性、和韧性高于上贝氏体。缘由，上贝氏体

18、构成温度高，铁素体上贝氏体。缘由，上贝氏体构成温度高，铁素体条宽，渗碳体分布条状铁素体晶界。下贝氏体位条宽，渗碳体分布条状铁素体晶界。下贝氏体位错错 密度高，碳化物于晶内析出。密度高，碳化物于晶内析出。贝氏体类型：贝氏体类型：碳钢中，共析钢过冷奥氏体最稳定随含碳量的碳钢中，共析钢过冷奥氏体最稳定随含碳量的添加，亚共析钢的添加，亚共析钢的C曲线右移，过共析钢的曲线右移，过共析钢的C曲曲线左移。线左移。亚共析钢的亚共析钢的C曲线与过共析钢的曲线与过共析钢的C曲线比共析钢曲线比共析钢的的C曲线左上方多一条先共析线。曲线左上方多一条先共析线。二影响二影响C曲线的要素曲线的要素C曲线的位置和外形非常重要

19、，决议奥氏体的等温曲线的位置和外形非常重要，决议奥氏体的等温转变速度；转变产物的性质；钢的淬透性；指点转变速度；转变产物的性质；钢的淬透性；指点热处置工艺的制定。热处置工艺的制定。影响要素主要有：影响要素主要有：1、碳的影响、碳的影响2、合金元素的影响除、合金元素的影响除Co以外，一切的合金元素以外，一切的合金元素溶入奥氏体后，都增大其稳定性，使溶入奥氏体后，都增大其稳定性，使C曲线右移。曲线右移。某些碳化物构成元素改动某些碳化物构成元素改动C曲线的外形。曲线的外形。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随加热温度的提高和保温时间的延伸，随加热温度的提高和保温时间的延伸，C曲线

20、右移曲线右移。特点：共析钢特点：共析钢CCT图位于图位于TTT图右下方。图右下方。PS和和Pf分分别表示别表示AP转变开场线和转变开场线和终了线。终了线。Pk表示中止线。表示中止线。冷却曲线碰到冷却曲线碰到Pk线过冷奥线过冷奥氏体就不再发生珠光体转氏体就不再发生珠光体转变，而不断坚持到变，而不断坚持到MS点以点以下转变为马氏体，没有贝下转变为马氏体，没有贝氏体转变。氏体转变。二、过冷奥氏体延续转变曲线二、过冷奥氏体延续转变曲线在消费实际中，奥氏体大多数在延续冷却中转变在消费实际中，奥氏体大多数在延续冷却中转变，因此需求测定和利用过冷奥氏体延续转变曲线，因此需求测定和利用过冷奥氏体延续转变曲线图

21、图CCT图。图。临界淬火速度临界淬火速度VKVK：在：在CCTCCT图上获得图上获得全部马氏体的最小全部马氏体的最小冷却速度。冷却速度。VKVK为发生全部珠为发生全部珠光体转变的最大冷光体转变的最大冷却速度。却速度。 由于过冷奥氏体延续转变曲线的测定比较困难，所以在消费中常借用同种钢的等温转变曲线图来分析过冷奥氏体延续冷却转变产物的组织和性能。在等温转变图上估计延续冷却时的组织转变在等温转变图上估计延续冷却时的组织转变3、细化晶粒，改善组织以提高钢的机械性能。作、细化晶粒，改善组织以提高钢的机械性能。作为最终热处置或为最终热处置作好组织上的预备为最终热处置或为最终热处置作好组织上的预备。第三节

22、第三节 钢的退火和正火钢的退火和正火退火和正火退火和正火: 将钢加热、保温后在炉内缓冷将钢加热、保温后在炉内缓冷退火或空冷正火的操作。退火或空冷正火的操作。主要目的：主要目的：1、调整钢件硬度、调整钢件硬度HB160-230以便进展机械加以便进展机械加工。工。2、消除剩余应力以防钢件的变形和开裂。、消除剩余应力以防钢件的变形和开裂。常用退火和正火的加热温度范围及工艺曲线，如下图。主要运用：亚共析成份的各类碳钢和合金钢的主要运用：亚共析成份的各类碳钢和合金钢的铸、锻、焊接件的热处置，降低硬度，以便切铸、锻、焊接件的热处置，降低硬度，以便切削。常作为不重要零件的最终热处置或某些重削。常作为不重要零

23、件的最终热处置或某些重要零件的预先热处置。要零件的预先热处置。 一、完全退火一、完全退火完全退火：将钢件加热到完全退火：将钢件加热到AC3以上以上3050，保温一定时间，完全奥氏体化后缓慢冷却一获得保温一定时间，完全奥氏体化后缓慢冷却一获得接近平衡组织的热处置工艺。接近平衡组织的热处置工艺。组织：铁素体与珠光体的平衡组织。组织：铁素体与珠光体的平衡组织。目的：降低硬度，改善切削加工性能细化晶粒目的：降低硬度，改善切削加工性能细化晶粒，均匀组织，不适用于低碳钢和过共析钢。，均匀组织，不适用于低碳钢和过共析钢。运用：过共析碳钢及合金工具钢，使其组织由层运用：过共析碳钢及合金工具钢，使其组织由层片状

24、和网状渗碳体变为粒状。主要目的降低硬度片状和网状渗碳体变为粒状。主要目的降低硬度，改善切削加工性，为以后淬火作好组织预备。，改善切削加工性，为以后淬火作好组织预备。对网状渗碳体严重者可先进展一次正火。对网状渗碳体严重者可先进展一次正火。 二、球化退火：使钢在二、球化退火：使钢在AC1-Accm之间长期保之间长期保温，后缓慢冷却，使碳化物球化，获得球化组温，后缓慢冷却，使碳化物球化，获得球化组织的热处置工艺。织的热处置工艺。组织：粒状珠光体。由粒状渗碳体和铁素体组组织：粒状珠光体。由粒状渗碳体和铁素体组成的珠光体组织。成的珠光体组织。三、去应力退火三、去应力退火去应力退火：为了消除钢材由于变形加

25、工以及去应力退火：为了消除钢材由于变形加工以及铸造、轧制、锻造和焊接过程引起的剩余内而铸造、轧制、锻造和焊接过程引起的剩余内而进展的退火。去应力退火的加热温度普通为进展的退火。去应力退火的加热温度普通为500650AC1, 保温后随炉缓冷至室保温后随炉缓冷至室温。由于加热温度在温。由于加热温度在A1以下，退火过程中普通以下，退火过程中普通不发生相变。去应力退火广泛用于消除铸件、不发生相变。去应力退火广泛用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及机械加工件中的锻件、焊接件、冷冲压件以及机械加工件中的剩余应力，以稳定钢件的尺寸，减少变形，防剩余应力，以稳定钢件的尺寸，减少变形，防止开裂。止开裂。3普

26、通构造件的最终热处置，提高普通零件的普通构造件的最终热处置，提高普通零件的机械性能。机械性能。四、钢的正火四、钢的正火正火：将钢件加热到正火：将钢件加热到Ac3或或Accm以上以上3050保温后从炉中取出，在空气中冷却。保温后从炉中取出，在空气中冷却。与退火的区别，冷却速度较快，组织较细。与退火的区别，冷却速度较快，组织较细。主要运用：主要运用： 1改善低碳钢或低合金构造钢的改善低碳钢或低合金构造钢的切削加工性，低碳钢或低合金构造钢退火后硬度切削加工性，低碳钢或低合金构造钢退火后硬度低，切削易粘刀，正火后提高硬度，便于切削加低，切削易粘刀，正火后提高硬度，便于切削加工。工。2用于过共析钢，消除

27、网状渗碳体，为球化用于过共析钢，消除网状渗碳体，为球化退火作好预备。退火作好预备。目的：为了获得马氏体，提高钢的强度、硬度等目的：为了获得马氏体，提高钢的强度、硬度等机械性能，是强化钢材常用的手段，与回火配合机械性能，是强化钢材常用的手段，与回火配合获得所需求的性能。获得所需求的性能。第四节第四节 钢的淬火与回火钢的淬火与回火一、钢的淬火一、钢的淬火一淬火的目的一淬火的目的淬火：将钢加热到淬火：将钢加热到AC3或或AC1以上某一个温度，以上某一个温度，保温一定时间，然后以适当的方式冷却获得马保温一定时间，然后以适当的方式冷却获得马氏体或下贝氏体组织的热处置工艺。氏体或下贝氏体组织的热处置工艺。

28、过共析钢在过共析钢在AC13050。得到均匀细小的马氏。得到均匀细小的马氏体和粒状碳化物的混合组织。淬火温度过高，马体和粒状碳化物的混合组织。淬火温度过高，马氏体粗大；变形严重；开裂倾向大；剩余奥氏体氏体粗大；变形严重；开裂倾向大；剩余奥氏体添加，硬度和耐磨性下降。温度低，得到非马氏添加，硬度和耐磨性下降。温度低，得到非马氏体组织，硬度缺乏。对合金钢加热温度可以高一体组织，硬度缺乏。对合金钢加热温度可以高一些。些。二淬火温度的选择二淬火温度的选择亚共析钢在亚共析钢在AC33050，得到细小的马氏，得到细小的马氏体组织，温度过高，得到粗大马氏体，钢件易体组织，温度过高，得到粗大马氏体，钢件易变形

29、，甚至开裂。温度低，出现铁素体，硬度变形，甚至开裂。温度低，出现铁素体，硬度缺乏，强度不高。缺乏，强度不高。要求：即得到马氏体要求：即得到马氏体又不产生变形和开裂又不产生变形和开裂，理想的冷却介质是，理想的冷却介质是在在650550冷却冷却速度快，其他温度冷速度快，其他温度冷却速度慢。却速度慢。常用介质有：水、盐常用介质有：水、盐水、油。水、油。 三淬火冷却介质三淬火冷却介质四常用淬火方法四常用淬火方法1单液淬火法单液淬火法工件在一种介质中延续工件在一种介质中延续冷却到室温的操作方法。冷却到室温的操作方法。如水淬，油淬。如水淬，油淬。2双液淬火法双液淬火法在在Ms以上，在冷却才以上，在冷却才干

30、较强的介质中冷却，干较强的介质中冷却，接近接近Ms时转入冷却才时转入冷却才干较弱的介质中冷却，干较弱的介质中冷却，如水淬油冷法，以防在如水淬油冷法，以防在马氏体相变时开裂。马氏体相变时开裂。3 分级淬火法分级淬火法热浴淬火法，使工件先在稍高于热浴淬火法，使工件先在稍高于Ms 150260的硝盐或碱浴中冷却，减小外表和心部温的硝盐或碱浴中冷却，减小外表和心部温差后，再取出在空气中冷却。减小钢的内应力，差后，再取出在空气中冷却。减小钢的内应力，变形，适用于小件，复杂件。变形，适用于小件，复杂件。组织：获得马氏体和剩余奥氏体。组织：获得马氏体和剩余奥氏体。4 等温淬火法等温淬火法将钢件淬入稍高于将钢

31、件淬入稍高于MS温度的硝盐浴或碱浴中，温度的硝盐浴或碱浴中，保温足够时间，使其发生下贝氏体转变，随后在保温足够时间，使其发生下贝氏体转变，随后在空气中冷却。空气中冷却。组织：获得下贝氏体。组织：获得下贝氏体。5 冷处置冷处置冷处置：将淬火冷至室温的零件继续深冷至冷处置：将淬火冷至室温的零件继续深冷至Mf以下的致冷剂中，坚持一段时间，使剩余以下的致冷剂中，坚持一段时间，使剩余奥氏体充分转变成马氏体的操作方法。奥氏体充分转变成马氏体的操作方法。目的：为了减少钢中的剩余奥氏体以获得最目的：为了减少钢中的剩余奥氏体以获得最大数量的马氏体，防止工件在保管或运用中大数量的马氏体，防止工件在保管或运用中发生

32、组织转变发生组织转变,稳定尺寸。稳定尺寸。 淬透性：钢在奥氏体化后淬透性：钢在奥氏体化后淬火时获得马氏体而不构淬火时获得马氏体而不构成其它组织珠光体等成其它组织珠光体等的才干。的才干。淬透性大小用淬透层深度淬透性大小用淬透层深度表示，淬透层深度由钢的表示，淬透层深度由钢的外表至内部马氏体组织占外表至内部马氏体组织占50处的间隔来表示。淬处的间隔来表示。淬透层越深，钢的淬透性越透层越深，钢的淬透性越好。好。二二 钢的淬透性钢的淬透性一淬透性、淬硬性的定义及影响要素一淬透性、淬硬性的定义及影响要素淬硬性与含碳量有关，淬硬性与含碳量有关，含碳量越高，得到的马含碳量越高，得到的马氏体的硬度越高。而淬氏

33、体的硬度越高。而淬透性与透性与C曲线的位置有曲线的位置有关，主要取决于合金元关，主要取决于合金元素的含量与种类。素的含量与种类。淬透性差，性能分布不淬透性差，性能分布不均，冲击韧性、屈强比、均，冲击韧性、屈强比、疲劳极限都要下降。疲劳极限都要下降。淬硬性：指钢在正常淬火条件下，以超越淬硬性：指钢在正常淬火条件下，以超越VK的速的速度冷却所构成的马氏体组织所能到达的最高硬度度冷却所构成的马氏体组织所能到达的最高硬度决议性要素是临界冷却速度决议性要素是临界冷却速度VK。VK越小，越小，钢的淬透性越大；钢的淬透性越大；VK越大，淬透性越小。越大，淬透性越小。影响影响VK的要素与影响的要素与影响C曲线

34、的要素一样含碳曲线的要素一样含碳量；合金元素；奥氏体化温度。量；合金元素；奥氏体化温度。 影响淬透性的要素影响淬透性的要素二淬透性的测定及表示方法二淬透性的测定及表示方法1.临界淬透直径法临界淬透直径法钢在某种介质中淬火时心部获得半马氏体的最钢在某种介质中淬火时心部获得半马氏体的最大直径，称为临界淬透直径，用大直径，称为临界淬透直径，用D0表示。表示。2. 末端淬火法末端淬火法将规范试样按规定淬火温度加热后置于实验机将规范试样按规定淬火温度加热后置于实验机支架上对其末端喷水淬火，在一致的冷却条件支架上对其末端喷水淬火，在一致的冷却条件下冷却后测定离末端不同间隔的硬度，绘制硬下冷却后测定离末端不

35、同间隔的硬度，绘制硬度与末端间隔的关系曲线。如图：度与末端间隔的关系曲线。如图：三、淬火钢的回火三、淬火钢的回火回火：将淬火钢加热到临界温度回火：将淬火钢加热到临界温度AC1以下某一温以下某一温度，保温一定时间然后冷却到室温的一种热处置度，保温一定时间然后冷却到室温的一种热处置工艺。工艺。回火目的：回火目的：1 1消除脆性，降低内应力，防止变形和开裂。消除脆性，降低内应力，防止变形和开裂。2 2调整钢的机械性能。淬火后工件硬而脆经过适当调整钢的机械性能。淬火后工件硬而脆经过适当的回火配合调整硬度，减小脆性，得到所需求的塑性的回火配合调整硬度，减小脆性，得到所需求的塑性和韧性。和韧性。3 3稳定

36、组织和尺寸。淬火后的组织马氏体和剩余奥稳定组织和尺寸。淬火后的组织马氏体和剩余奥氏体是极不稳定的组织，会自发的向铁素体和碳化物氏体是极不稳定的组织，会自发的向铁素体和碳化物转变，利用回火可以使其充分的转变到一定的程度，转变，利用回火可以使其充分的转变到一定的程度，使组织构造稳定化，保证工件在运用中不在发生尺寸使组织构造稳定化，保证工件在运用中不在发生尺寸和外形的改动。和外形的改动。1、 马氏体的分解马氏体的分解 在在100回火，无明显的转变，马氏体中只需回火，无明显的转变，马氏体中只需碳原子的偏聚，而没有开场分解。碳原子的偏聚，而没有开场分解。在在100250回火，马氏体回火，马氏体M开场分解

37、，析开场分解，析出与马氏体共格联络的出与马氏体共格联络的碳化物，在此阶段转变碳化物，在此阶段转变的产物称回火马氏体的产物称回火马氏体M或或M回，即过饱和回，即过饱和的的固溶体和与母相晶格联络的固溶体和与母相晶格联络的碳化物组成。碳化物组成。该阶段的转变：该阶段的转变：M过饱和过饱和相相 M过饱过饱和和相相+ 碳化物。性能：硬度无明显变化。碳化物。性能：硬度无明显变化。一淬火钢在回火时的组织变化一淬火钢在回火时的组织变化淬火钢在回火时会发生以下几种组织变化：淬火钢在回火时会发生以下几种组织变化：2 Fe3C构成构成 ： 300-400 碳化物开场转变为碳化物开场转变为Fe3C；马氏体中碳的过饱和

38、度降到饱和形状，；马氏体中碳的过饱和度降到饱和形状，转变为铁素体转变为铁素体 相相 ，这时的回火组织由铁，这时的回火组织由铁素体和极细的粒状渗碳体组成，称为回火屈氏素体和极细的粒状渗碳体组成，称为回火屈氏体体T或或T回回 M过饱和过饱和相相+ 碳化物碳化物 T 相相+ Fe3C 温度高于温度高于400 时，渗碳体颗粒聚集长大，此时，渗碳体颗粒聚集长大，此时铁素体与颗粒状的渗碳体的混合物称为回火时铁素体与颗粒状的渗碳体的混合物称为回火索氏体索氏体S或或S回。回。 由于淬火的马氏体晶粒不是稳定的等轴状，由于淬火的马氏体晶粒不是稳定的等轴状，而且晶内缺陷较多，所以与冷塑性变形金属而且晶内缺陷较多，所

39、以与冷塑性变形金属类似，在回火过程中也会发生回复与再结晶。类似，在回火过程中也会发生回复与再结晶。在在400以上铁素体将发生回复与再结晶，大以上铁素体将发生回复与再结晶，大约在约在600 再结晶过程将全部完成，此时回再结晶过程将全部完成，此时回火索氏体中的铁素体为等轴状的晶粒。火索氏体中的铁素体为等轴状的晶粒。3. 剩余奥氏体的分解剩余奥氏体的分解在在200300回火，剩余奥氏体将转变为回火，剩余奥氏体将转变为相相+ 碳化物，普通以为是回火马氏体或下贝氏碳化物，普通以为是回火马氏体或下贝氏体。体。 A M或或B下下相相+ 碳化物碳化物4. 铁素体的回复与再结晶铁素体的回复与再结晶1、硬度变化、

40、硬度变化 如图：总趋如图：总趋势随回火温度的升高而降势随回火温度的升高而降低，低于低，低于300根本坚持淬根本坚持淬火时的高硬度，马氏体转火时的高硬度，马氏体转变成变成M(过饱和的过饱和的固溶体固溶体和与母相晶格联络的和与母相晶格联络的碳碳化物化物)和剩余奥氏体分解成和剩余奥氏体分解成B下下 组织组织.高于高于300，马，马氏体分解加剧，碳化物粗氏体分解加剧，碳化物粗化，硬度下降。化，硬度下降。二回火时机械性能的变化二回火时机械性能的变化对工具资料低温回对工具资料低温回火，保证高硬度、火，保证高硬度、高耐磨性。高耐磨性。弹性零件中温回火弹性零件中温回火可以得到较高的弹可以得到较高的弹性极限。性

41、极限。对于塑性、韧性要对于塑性、韧性要求较高，并具有一求较高，并具有一定强度的零件高温定强度的零件高温回火可以获得良好回火可以获得良好的综合性能。的综合性能。2、强度与塑性的变化、强度与塑性的变化随回火温度升高，强度随回火温度升高，强度b、s不断下降，塑性不断下降，塑性、不断升高，塑性在不断升高，塑性在500-600到达较高值，弹性到达较高值，弹性在在300-400达最高值。达最高值。3、钢的回火脆性、钢的回火脆性钢的冲击韧性随回火温度的升高在钢的冲击韧性随回火温度的升高在250400和和500650出现明显的降低，这种冲击韧性随回出现明显的降低，这种冲击韧性随回火温度降低的景象称回火脆性。如

42、图：火温度降低的景象称回火脆性。如图：第一类回火脆性第一类回火脆性250400，又称低温回火脆又称低温回火脆性；不可逆回火性；不可逆回火脆性。产生缘由，脆性。产生缘由，马氏体条间析出马氏体条间析出碳化物薄壳有关。碳化物薄壳有关。 2等温淬火或参与使脆性区向高温方向挪动的合等温淬火或参与使脆性区向高温方向挪动的合金元素金元素Si、Cr、Mn。产生缘由：钢中的合金元素铬、镍及杂质元素硫产生缘由：钢中的合金元素铬、镍及杂质元素硫磷锑砷等向原奥氏体晶界偏聚有关。主要在合金磷锑砷等向原奥氏体晶界偏聚有关。主要在合金钢中出现，普通碳钢不产生第二类回火脆性，将钢中出现，普通碳钢不产生第二类回火脆性，将在第六

43、章合金钢中引见。在第六章合金钢中引见。消除方法：消除方法：1不在脆化温度范围回火。不在脆化温度范围回火。第二类回火脆性第二类回火脆性500650又称高温回火又称高温回火脆性；可逆回火脆性。脆性；可逆回火脆性。四、回火的种类及运用四、回火的种类及运用回火决议了钢最终的机械性能，根据回火温度回火决议了钢最终的机械性能，根据回火温度的不同可分为三类：的不同可分为三类：目的：降低钢中的剩余应力和脆性，坚持目的：降低钢中的剩余应力和脆性，坚持其淬火后的高硬度和耐磨性，硬度为其淬火后的高硬度和耐磨性，硬度为HRC5864。主要用于各种高碳和合金钢。主要用于各种高碳和合金钢的工模具，轴承，外表淬火和渗碳淬火

44、的的工模具，轴承，外表淬火和渗碳淬火的零件。零件。一低温回火一低温回火回火温度为回火温度为150250，保温后空冷，获得回，保温后空冷，获得回火马氏体组织，火马氏体组织，目的：得到强度、塑性、和韧性都较好的综合机目的：得到强度、塑性、和韧性都较好的综合机械性能。硬度械性能。硬度HRC1535左右。左右。目的：得到高弹性极限具有一定的韧性，硬度目的：得到高弹性极限具有一定的韧性，硬度HRC3550左右，主要用于各类弹簧处置。左右，主要用于各类弹簧处置。二、中温回火二、中温回火回火温度为回火温度为350500，保温后空冷。得到回，保温后空冷。得到回火屈氏体组织，火屈氏体组织，三高温回火三高温回火回

45、火温度为回火温度为500650，保温后空冷，得到，保温后空冷，得到回火索氏体组织。回火索氏体组织。调质处置广泛的用于各种重要的构造件，特别是调质处置广泛的用于各种重要的构造件，特别是在交变负荷下任务的连杆、螺栓、齿轮及轴类。在交变负荷下任务的连杆、螺栓、齿轮及轴类。重要概念：调质处置简称调质：淬火加高重要概念：调质处置简称调质：淬火加高温回火相结合的热处置。温回火相结合的热处置。第五节第五节 钢的外表淬火钢的外表淬火外表淬火：利用快速加热安装将工件外表迅速加外表淬火：利用快速加热安装将工件外表迅速加热至淬火温度，而不等热量传至中心，便立刻进热至淬火温度，而不等热量传至中心，便立刻进展淬火冷却的

46、一种热处置工艺方法。展淬火冷却的一种热处置工艺方法。目的：组织上，使表层被淬硬为马氏体，而心部目的：组织上，使表层被淬硬为马氏体，而心部仍为未淬火的组织退火、正火、调质形状的组仍为未淬火的组织退火、正火、调质形状的组织。性能上，使钢的外表具有高的强度、硬度、织。性能上，使钢的外表具有高的强度、硬度、高耐磨性和疲劳极限，而心部仍坚持足够的塑性高耐磨性和疲劳极限，而心部仍坚持足够的塑性和韧性。和韧性。方法：感应加热外表淬火、火焰加热外表淬火、方法：感应加热外表淬火、火焰加热外表淬火、电阻加热外表淬火等。电阻加热外表淬火等。运用：改动和弯曲等交变负荷、冲击负荷下任务运用：改动和弯曲等交变负荷、冲击负

47、荷下任务的零件，外表接受着比心部高的应力需求强化钢的零件，外表接受着比心部高的应力需求强化钢材的外表，使其具有高强度、高硬度，或外表有材的外表，使其具有高强度、高硬度，或外表有摩擦的场所。如：齿轮、凸轮、曲轴颈、轧辊等。摩擦的场所。如：齿轮、凸轮、曲轴颈、轧辊等。一感应加热的根本原理一感应加热的根本原理把钢件放在空心铜管绕制的感应把钢件放在空心铜管绕制的感应圈中，在感应圈中通入一定频率圈中，在感应圈中通入一定频率的交电流，于是工件中就感应出的交电流，于是工件中就感应出同频率的感应电流，感应电流在同频率的感应电流，感应电流在工件中自成回路，这种电流分布工件中自成回路，这种电流分布不均匀，有不均匀

48、，有“集肤效应集肤效应，即工，即工件外表电流密度大，心部几乎等件外表电流密度大，心部几乎等于零，由于钢件本身有电阻使工于零，由于钢件本身有电阻使工件外表迅速加热到淬火温度，而件外表迅速加热到淬火温度，而心部仍接近室温，然后迅速喷水心部仍接近室温，然后迅速喷水淬火冷却使表层淬硬。淬火冷却使表层淬硬。一、感应加热外表淬火一、感应加热外表淬火3、工频淬火，频率在、工频淬火，频率在50HZ，用于大直径钢材的，用于大直径钢材的穿透加热及淬硬层深的大工件的外表淬火，如轧穿透加热及淬硬层深的大工件的外表淬火，如轧辊和火车车轮，可以获得辊和火车车轮，可以获得10-15mm以上的硬化层。以上的硬化层。消费上根据

49、零件的尺寸和硬化层深度的要求选择感消费上根据零件的尺寸和硬化层深度的要求选择感应加热的电流频率。根据电流频率，分三类：应加热的电流频率。根据电流频率，分三类：1、高频淬火，频率在、高频淬火，频率在200000300000HZ，用于，用于中小零件，如小模数齿轮，中小型轴类件，可得中小零件，如小模数齿轮，中小型轴类件，可得到到0.5-2.5mm的硬化层的硬化层2、中频淬火，频率在、中频淬火，频率在25008000HZ，用于淬硬，用于淬硬层较深的零件，模数较大的齿轮和直径较大的轴层较深的零件，模数较大的齿轮和直径较大的轴类件，可以获得类件，可以获得3-6mm的硬化层。的硬化层。 5. 消费率高，淬硬

50、层易控制，易实现机械化和消费率高，淬硬层易控制，易实现机械化和自动化，适用于大批量消费。自动化，适用于大批量消费。一感应加热外表淬火的特点一感应加热外表淬火的特点1. 加热速度极快，奥氏体转变温度范围扩展加热速度极快，奥氏体转变温度范围扩展 ，转，转变所需时间短。变所需时间短。2. 加热时间短，奥氏体不易长大，淬火后外表得加热时间短，奥氏体不易长大，淬火后外表得到极细的隐晶马氏体，硬度比普通淬火高到极细的隐晶马氏体，硬度比普通淬火高HRC2-3度。度。3. 疲劳强度高。由于马氏体转变，外表产生剩疲劳强度高。由于马氏体转变，外表产生剩余压应力，提高了疲劳强度。余压应力，提高了疲劳强度。4. 加热

51、速度快，无保温时间，钢件外表不易氧化、加热速度快，无保温时间，钢件外表不易氧化、脱碳；心部未加热，变形小。脱碳；心部未加热，变形小。缺陷：设备昂贵，不适用于单件消费。缺陷：设备昂贵，不适用于单件消费。运用钢材：中碳钢运用钢材：中碳钢40、45、50号钢和中碳合金号钢和中碳合金钢钢40Cr、40MnB。提高含碳量添加淬硬层硬度，。提高含碳量添加淬硬层硬度，降低心部塑性、韧性，并添加淬火开裂倾向。降低降低心部塑性、韧性，并添加淬火开裂倾向。降低含碳量，降低外表淬硬层硬度和耐磨性。外表淬火含碳量，降低外表淬硬层硬度和耐磨性。外表淬火前常进展预先热处置，如正火、调质，目的是提高前常进展预先热处置，如正

52、火、调质，目的是提高心部的综合机械性能。心部的综合机械性能。普通工艺道路：下料普通工艺道路：下料锻造锻造 正火或退火正火或退火 机械机械粗加工粗加工调质处置调质处置机械精加工机械精加工感应感应加热外表淬火加热外表淬火低温回火低温回火 磨削加工。磨削加工。感应加热外表淬火技术条件略感应加热外表淬火技术条件略二、火焰加热外表淬火二、火焰加热外表淬火用乙炔用乙炔-氧或煤气氧或煤气-氧混合气体熄灭得到的高温火焰氧混合气体熄灭得到的高温火焰放射到工件的外表，当工件的外表的温度到达淬放射到工件的外表，当工件的外表的温度到达淬火温度，喷水快冷，获得外表层硬度和淬硬层深火温度，喷水快冷，获得外表层硬度和淬硬层

53、深度的一种外表淬火方法。如图：度的一种外表淬火方法。如图：特点：方法简单、无需特点：方法简单、无需特殊设备，适用于单件特殊设备，适用于单件小批消费，如大型零件、小批消费，如大型零件、大模数齿轮的部分淬火。大模数齿轮的部分淬火。其缺陷质量难以控制。其缺陷质量难以控制。化学热处置：将金属工件放入含有某种活性原子化学热处置：将金属工件放入含有某种活性原子的化学介质中，经过加热和保温，使介质中的活的化学介质中，经过加热和保温，使介质中的活性原子被吸收、分散渗入工件一定深度的表层，性原子被吸收、分散渗入工件一定深度的表层，改动表层的化学成份和组织，并获得与心部不同改动表层的化学成份和组织，并获得与心部不

54、同的性能的热处置工艺。与普通热处置不同，不仅的性能的热处置工艺。与普通热处置不同，不仅有组织变化，同时也有表层成分的变化。有组织变化，同时也有表层成分的变化。第六节第六节 钢的化学热处置钢的化学热处置种类：渗碳，渗氮、渗硼、渗金属等种类：渗碳，渗氮、渗硼、渗金属等某种元素渗入工件外表的条件：某种元素渗入工件外表的条件：1.钢具有吸收渗入活性原子的才干。该原子能溶入钢具有吸收渗入活性原子的才干。该原子能溶入铁晶格中构成固溶体，在铁中有一定的溶解度，铁晶格中构成固溶体，在铁中有一定的溶解度，或与铁有较强亲和力构成化合物。或与铁有较强亲和力构成化合物。1.将工件加热到一定温度，使之有利于溶入活性原将

55、工件加热到一定温度，使之有利于溶入活性原子或与之构成化合物。子或与之构成化合物。 2. 利用化合物分解或离子转化得到渗入元素活性利用化合物分解或离子转化得到渗入元素活性原子。原子。 3.活性原子吸附，溶入钢件表层，并在保温过程活性原子吸附，溶入钢件表层，并在保温过程中由表层向内中由表层向内 分散，构成一定层深的分散层。分散，构成一定层深的分散层。 2.渗入元素的原子必需是具有化学活性的活性渗入元素的原子必需是具有化学活性的活性原子，处于高能形状，能抑制钢件外表铁原子原子，处于高能形状，能抑制钢件外表铁原子的结合力，渗入钢件表层。的结合力，渗入钢件表层。下面重点引见渗碳和氮化。下面重点引见渗碳和

56、氮化。化学热处置的根本过程：化学热处置的根本过程：主要运用的钢材：心部要求不高，尺寸较小的渗主要运用的钢材：心部要求不高，尺寸较小的渗碳件常用低碳钢碳件常用低碳钢15、20号钢或低碳合金钢号钢或低碳合金钢15Cr、20Cr。要求较高，尺寸较大的零件那么用。要求较高，尺寸较大的零件那么用20CrMnTi、 20MnVB等制造。等制造。低碳钢能满足心部韧性，但外表硬度低，不耐磨；低碳钢能满足心部韧性，但外表硬度低，不耐磨；高碳钢，热处置后外表硬度高，耐磨，但心部韧高碳钢，热处置后外表硬度高，耐磨，但心部韧性太差，低碳钢渗碳淬火后能很好的满足要求。性太差，低碳钢渗碳淬火后能很好的满足要求。一、钢的渗

57、碳一、钢的渗碳一渗碳的目的及用钢一渗碳的目的及用钢目的：向钢的表层渗入碳原子，表层具有高的含目的：向钢的表层渗入碳原子，表层具有高的含碳量，经热处置后表层具有高硬度和耐磨性，而碳量，经热处置后表层具有高硬度和耐磨性，而心部仍坚持一定强度及较高的韧性和塑性。心部仍坚持一定强度及较高的韧性和塑性。二渗碳方法：二渗碳方法：渗碳剂：渗碳用的介质。渗碳剂：渗碳用的介质。根据渗碳剂的不同，渗碳方法分为：气体渗碳、根据渗碳剂的不同，渗碳方法分为：气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳。液体渗碳、固体渗碳。1、气体渗碳、气体渗碳将工件置于密封的加热将工件置于密封的加热炉中，通入气体渗碳剂炉中，通入气体渗碳剂，在，在90

58、0950加热、加热、保温、使钢件外表层进保温、使钢件外表层进展渗碳。展渗碳。常用的渗碳剂有煤油、常用的渗碳剂有煤油、甲醇等液体，在高温下甲醇等液体，在高温下反响生成活性碳原子。反响生成活性碳原子。2. 固体渗碳将工件置于周围填满固体渗碳剂的箱固体渗碳将工件置于周围填满固体渗碳剂的箱中，加盖密封后送入炉中加热到中，加盖密封后送入炉中加热到900-950，保温足，保温足够时间到达渗碳层深度后出炉够时间到达渗碳层深度后出炉常用的固体渗碳剂由木炭粒和催渗剂组成常用的固体渗碳剂由木炭粒和催渗剂组成气体渗碳消费率高、劳动气体渗碳消费率高、劳动条件好、渗碳质量易控制，条件好、渗碳质量易控制，易实现机械化、自

59、动化，易实现机械化、自动化，运用广。固体渗碳时间长，运用广。固体渗碳时间长，消费率低、劳动条件差、消费率低、劳动条件差、渗碳质量不易控制，但设渗碳质量不易控制，但设备工艺简单，适宜单件小备工艺简单，适宜单件小批消费。液体渗碳淘汰。批消费。液体渗碳淘汰。主要思索的两个工艺参数：主要思索的两个工艺参数：2 渗碳时间：由渗层深度决议。时间越长，渗渗碳时间：由渗层深度决议。时间越长，渗层越深。层越深。1. 渗碳温度渗碳温度渗碳温度选择原那么：一方面有利于钢包容更渗碳温度选择原那么：一方面有利于钢包容更多碳原子和碳原子的分散，应在较高温度奥氏多碳原子和碳原子的分散，应在较高温度奥氏体区进展；另一方面，又不能使晶粒粗大，性体区进展；另一方面，又不