第3章金属热处理及表面改性

1、第第3 3章章 钢的热处理及表面改性钢的热处理及表面改性n 改变钢性能的主要途径改变钢性能的主要途径：一是合金化一是合金化，加入合金元素、，加入合金元素、改变含碳量，调整钢的化学改变含碳量，调整钢的化学成分；成分；二是通过冷、热加工二是通过冷、热加工改变其结构和性能改变其结构和性能；三是热三是热处理处理。热处理工艺曲线热处理工艺曲线v加热速度；加热速度；v 加热温度；加热温度； v保温时间；保温时间； v冷却速度。冷却速度。热处理工艺参数：时间时间 n 3.1钢的热处理原理钢的热处理原理n 钢的热处理钢的热处理：将钢在：将钢在固态固态下、在一定的介质中施以不下、在一定的介质中施以不同的同的加热

2、加热、保温保温和和冷却冷却来改来改变钢的组织，从而获得所需变钢的组织，从而获得所需性能的一种性能的一种工艺工艺。钢热处理的目的钢热处理的目的n、充分发挥材料的潜力，提、充分发挥材料的潜力，提高零件使用性能，延长使用寿命。高零件使用性能，延长使用寿命。n、改善材料的加工性能。、改善材料的加工性能。 原理原理同素异构转变同素异构转变，使钢，使钢在加热和冷却过程中，内部发生组在加热和冷却过程中，内部发生组织与结构变化。织与结构变化。3.1钢的热处理原理钢的热处理原理钢热处理的分类钢热处理的分类3.1钢的热处理原理钢的热处理原理3.1.13.1.1钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变临界温度临界温

3、度 平衡时：平衡时：A A1 1、 A A3 3、AcmAcm 加热时：加热时：AcAc1 1、 AcAc3 3、AccmAccm冷却时：冷却时：ArAr1 1、ArAr3 3、ArcmArcm3.1钢的热处理原理钢的热处理原理（一）（一）奥氏体的形成奥氏体的形成 Fe Fe，C C原子扩散和晶格原子扩散和晶格 改变的过程。改变的过程。 共析钢加热到共析钢加热到Ac1 以上时，以上时， P A 共析钢共析钢A化过程化过程 形核形核 、长大、长大、 FeFe3 3 C C 完全完全溶解、溶解、A 的均匀化的均匀化。 亚（过）析钢的亚（过）析钢的A化化 P A 后，先共析后，先共析 F 或或 Fe

4、3C 溶解溶解。 3.1钢的热处理原理钢的热处理原理（二）（二） 影响奥氏体晶粒度的因素影响奥氏体晶粒度的因素 加热温度和速度加热温度和速度 转变快转变快 C%或或 FeFe3 3 C C片间距片间距 界面多，形核多界面多，形核多 转变快转变快 合金元素合金元素 A化速度化速度或或 A 晶粒度晶粒度 加热温度、保温时间加热温度、保温时间 晶粒尺寸晶粒尺寸合金碳化物合金碳化物，C% 晶粒尺寸晶粒尺寸 3.1钢的热处理原理钢的热处理原理3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变 热处理目的热处理目的：提高和改善钢的：提高和改善钢的性能。性能。冷却过程是热处理的关键，决冷却过程是热

5、处理的关键，决定钢在室温下的组织。定钢在室温下的组织。第第3章章 钢的热处理及表面改性钢的热处理及表面改性1 1、等温转变等温转变 A A转变曲线转变曲线：描述：描述A A“温度一时间一转变温度一时间一转变”三者之间关系的曲线。三者之间关系的曲线。3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变冷却方式冷却方式：等温冷：等温冷却和连续冷却。却和连续冷却。1 1、等温转变等温转变 A A等温转变曲线等温转变曲线：将经：将经A A化的化的共析钢急冷到共析钢急冷到A A1 1以下各个不同的温以下各个不同的温度，然后测量其硬度，并在显微镜度，然后测量其硬度，并在显微镜下观察其组织，找出各个

6、等温温度下观察其组织，找出各个等温温度下的转变开始时间和转变终了时间，下的转变开始时间和转变终了时间，并画在并画在“温度一时间温度一时间”的坐标系中，的坐标系中，将所有的转变开始点和转变终了点将所有的转变开始点和转变终了点分别连接起来。分别连接起来。3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变（一）过冷奥氏体等温转变曲线分析（一）过冷奥氏体等温转变曲线分析C C曲线的左边曲线的左边一条线为转变开始一条线为转变开始线，右边一条线为线，右边一条线为转变终了线，其中转变终了线，其中转变开始时间称为转变开始时间称为孕育期孕育期。3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转

7、变、孕育期和转变速度随等温温度变化、孕育期和转变速度随等温温度变化 在在550550左右，孕育期最左右，孕育期最短，转变速度最快称为短，转变速度最快称为C C曲曲线的线的“鼻尖鼻尖”。在。在“鼻尖鼻尖”以以上，随着等温温度降低，过冷上，随着等温温度降低，过冷度增加，相变驱动力增大，孕度增加，相变驱动力增大，孕育期缩短，转变速度变快。在育期缩短，转变速度变快。在“鼻尖鼻尖”温度以下至温度以下至MsMs之间，之间，随等温温度降低，虽然过冷度随等温温度降低，虽然过冷度增加使相变驱动力增大，但原增加使相变驱动力增大，但原子活动能力显著减小，孕育期子活动能力显著减小，孕育期增长，转变速度变慢。增长，转变

8、速度变慢。3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变过冷过冷A A的等温转变的等温转变过冷过冷A :T S T珠光体珠光体 P ，3800索氏体索氏体 S 8000屈氏体屈氏体 T 80003.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变（1 1）上贝氏体（）上贝氏体（B B上上）B B上上由许多互相平行密排的由许多互相平行密排的F F片和分布在片间的断续小片状片和分布在片间的断续小片状FeFe3 3C C组成。它是组成。它是550 550 350 350 温度区间的转变产物。温度区间的转变产物。B B上上中中F F片较粗，且呈平行片较粗，且呈平行排列，碳化物粗大

9、，塑性、韧排列，碳化物粗大，塑性、韧性较差性较差。3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变（2 2）下贝氏体（）下贝氏体（B B下下）B B下下由由F F针体内弥散针体内弥散分布着微小的粒状碳化分布着微小的粒状碳化物组成，组织特征为黑物组成，组织特征为黑针状。是在针状。是在350 350 MsMs温度区间的转变产物。温度区间的转变产物。B B下下中中F F针较细，碳针较细，碳化物细小，分布均匀且化物细小，分布均匀且位于位于F F内。具有较高强内。具有较高强度和硬度、良好的韧性度和硬度、良好的韧性和塑性。和塑性。3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变、低

10、温转变（、低温转变（MsMs室温室温）马氏体型转变马氏体型转变 转变温度低，过冷转变温度低，过冷度很大，铁原子和碳原度很大，铁原子和碳原子均已不能扩散。转变子均已不能扩散。转变时，只进行时，只进行FeFe向向-Fe-Fe晶格晶格改组改组，FeFe中溶解的碳原子将全中溶解的碳原子将全部被迫固溶于部被迫固溶于-Fe-Fe的的晶格中。晶格中。 M M：碳在：碳在FeFe中中的过饱和固溶体组织。的过饱和固溶体组织。 （马氏体转变（马氏体转变无扩散性转变，切变）无扩散性转变，切变）瞬时形核，瞬时长大瞬时形核，瞬时长大3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变马氏体的两种形貌马氏体的两种

11、形貌n高碳高碳M M（WcWc1.0%1.0%） 一般呈针状，高硬度、一般呈针状，高硬度、高脆性。高脆性。n低碳低碳M M（WcWc0.2%0.2%）为一束束相互平行的细）为一束束相互平行的细条状组织，具有一定的强度和较好的塑性、韧性条状组织，具有一定的强度和较好的塑性、韧性。3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变马氏体型转变主要特点马氏体型转变主要特点 （1 1）转变不完全。存在残余奥氏体）转变不完全。存在残余奥氏体（AA）。）。n （2 2）具有转变开始点）具有转变开始点M Ms s和转变终止和转变终止点点M Mf f，并随含碳量和合金元素的增加而降，并随含碳量和合金

12、元素的增加而降低。低。n （3 3）属非扩散型转变，形成速度快，）属非扩散型转变，形成速度快，产物间产生冲击，加之晶格畸变等，造成产物间产生冲击，加之晶格畸变等，造成内应力大，易变形开裂。内应力大，易变形开裂。3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变影响因素影响因素 碳含量的影响碳含量的影响 含碳量越接近共析成分，过冷含碳量越接近共析成分，过冷A A越稳定。越稳定。3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变 、合金元素、合金元素 、加热温度和保温时间、加热温度和保温时间 二、过冷奥氏体的连续冷却转

13、变二、过冷奥氏体的连续冷却转变 连续冷却转变连续冷却转变曲线曲线：描述过冷：描述过冷A A连续冷却时的温度连续冷却时的温度- -时间时间- -转变曲线，转变曲线，简称简称CCTCCT曲线曲线。3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变 凡冷却曲线碰凡冷却曲线碰到到V VK K线，过冷线，过冷A A就就不再继续向不再继续向P P转变，转变，一直保持到一直保持到MsMs点以点以下转变为下转变为M M。临界冷却速临界冷却速度度V VK K ：获得全部：获得全部M M组织的最小冷却速组织的最小冷却速度。度。3.1.23.1.2钢

14、在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变n（1 1）CCTCCT曲线曲线位于等温位于等温C C曲线右曲线右下方，下方，P P转变稍滞转变稍滞后一些，转变温后一些，转变温度稍低一些。度稍低一些。n （2 2）CCTCCT曲曲线没有等温线没有等温C C曲线曲线的下半部分，没的下半部分，没有有B B转变。转变。二、过冷奥氏体的连续冷却转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变 V V1 1（退火），获得粗片（退火），获得粗片状状P P组织；组织；V V2 2（正火），获（正火），获得得S S组织；

15、组织；V V3 3（油中淬火），（油中淬火），先有一部分先有一部分A A转变为转变为T T，剩，剩余余A A转变为转变为M M；V V4 4（水中淬（水中淬火），只有过冷到火），只有过冷到MsMs以下以下转变成转变成M M，得到，得到M M和残余和残余A A的的组织。组织。3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变过冷奥氏体的转变产物过冷奥氏体的转变产物和性能和性能珠光体珠光体 A F + Fe3C 0.77%C 0.0218%C 6.69%C 过冷奥氏体的转变产物过冷奥氏体的转变产物和性能和性能马氏体马氏体过冷奥氏体的转变产物和性过冷奥氏体的转变产物和性能能上贝氏体上贝氏体

16、碳化碳化物主物主要分要分布在布在铁素铁素体板体板条间条间过冷奥氏体的转变产物和性过冷奥氏体的转变产物和性能能下贝氏体下贝氏体碳化碳化物主物主要分要分布在布在铁素铁素体板体板条内条内P，B和和M转变的异同点转变的异同点3.1.23.1.2钢在冷却时的组织钢在冷却时的组织转变转变3.2.1 3.2.1 退火与正火退火与正火一、退火一、退火将金属或合金加热到适当温将金属或合金加热到适当温度，保温一定时间，随炉缓慢冷度，保温一定时间，随炉缓慢冷却的热处理工艺。却的热处理工艺。 3.2 3.2 钢的普通热处理工艺钢的普通热处理工艺1 1 、退火的目的退火的目的n（1 1）降低钢的硬度，使其易于）降低钢的

17、硬度，使其易于切削加工；切削加工；n （2 2）提高钢的塑性和韧性，以）提高钢的塑性和韧性，以易于切削和冷变形加工；易于切削和冷变形加工；n （3 3）消除钢中的组织缺陷，为）消除钢中的组织缺陷，为热锻、热轧或热处理作好组织准备；热锻、热轧或热处理作好组织准备；n （4 4）消除前一工序中所产生的）消除前一工序中所产生的内应力，以防变形或开裂。内应力，以防变形或开裂。3.2.1 退火与正火退火与正火 、常用的退火方法、常用的退火方法完全退火、等温退火、球化退火（不完全退火）、完全退火、等温退火、球化退火（不完全退火）、均匀化退火（扩散退火）、去应力退火和再结晶退火。均匀化退火（扩散退火）、去应

18、力退火和再结晶退火。 3.2.1 退火与正火退火与正火完全退火球化退火等温退火扩散退火去应力退火再结晶退火A3线以上30-50CA1线以上20-40CA3线以上30-50CA3线以上150-250CA1线以下600-650C再结晶以上150C缓慢冷却缓冷至600C空冷快冷至A1线下保温缓慢冷却缓慢冷却缓慢冷却消除粗晶和不均匀组织将片状P变为球状P获得均匀组织消除偏析消除残余应力消除加工硬化亚共析钢过共析钢合金钢高合金钢合金钢铸锭铸件铸、锻、焊件冷塑性变形件退火分类退火分类加热温度加热温度冷却方式冷却方式主要目的主要目的适用范围适用范围3.2.1 退火与正火退火与正火 、常用的退火方法、常用的退

19、火方法2 2、正火、正火将钢件加热至将钢件加热至AcAc3 3或或AcAccmcm以上以上30305050，保温使之完全，保温使之完全A A化后在空气中冷却化后在空气中冷却的热处理工艺。的热处理工艺。正火的冷却速正火的冷却速度比退火稍快，过冷度比退火稍快，过冷度稍大。组织较细，度稍大。组织较细，强度、硬度较高，一强度、硬度较高，一般为般为S S组织。组织。3.2.1 退火与正火退火与正火2 2、正火、正火 目的目的：n、对要求不高的结构件，正火可、对要求不高的结构件，正火可作为最终热处理，细化组织，提高力学作为最终热处理，细化组织，提高力学性能；性能；n、低碳钢正火可提高其硬度，改、低碳钢正火

20、可提高其硬度，改善切削加工性能；善切削加工性能；n、消除共析钢和过共析钢中的网、消除共析钢和过共析钢中的网状状FeFe3 3C C 。3.2.1 退火与正火退火与正火三、正火与退火的选择三、正火与退火的选择 （1 1） 从切削加工性方面考虑从切削加工性方面考虑低碳钢用正火提高硬度，而高碳钢用退火降低碳钢用正火提高硬度，而高碳钢用退火降低硬度，以便于切削加工。低硬度，以便于切削加工。3.2.1 退火与正火退火与正火 （2 2）从使用性能上考虑）从使用性能上考虑对零件性能要求不高，可用正火作为最终热对零件性能要求不高，可用正火作为最终热处理；当零件形状复杂、厚薄不均时，采用退火；处理；当零件形状复

21、杂、厚薄不均时，采用退火；对中、低碳钢，正火比退火力学性能好。对中、低碳钢，正火比退火力学性能好。 （3 3）从经济上考虑）从经济上考虑 正火操作简便，生产周期短，能耗少，故在正火操作简便，生产周期短，能耗少，故在可能条件下，应优先考虑正火处理。可能条件下，应优先考虑正火处理。3.2.1 3.2.1 退火与正火退火与正火退火和正火退火和正火完全退火完全退火（亚共析钢，（亚共析钢，Ac3以上完全奥氏体化）以上完全奥氏体化）等温退火等温退火（同完全（同完全退火，但时间较短）退火，但时间较短）不完全退火和球化退火不完全退火和球化退火（共析钢和过共析（共析钢和过共析钢，（钢，（Ac1以上不完全奥氏体化

22、）以上不完全奥氏体化）扩散退火扩散退火（Ac3以上完以上完全奥氏体化，长时间，全奥氏体化，长时间，消除枝晶偏析）消除枝晶偏析）去应力退火去应力退火（Ac1以下不奥氏体化，以下不奥氏体化，去除残余应力）去除残余应力）正火正火（Ac3或或Accm以以上完全奥氏体化，较快上完全奥氏体化，较快冷却可细化晶粒）冷却可细化晶粒）缓冷，如炉冷缓冷，如炉冷较快冷却，如空冷较快冷却，如空冷3.2.1 退火与正火退火与正火 3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火1 1、淬火、淬火 将钢件加热到将钢件加热到A Ac c3 3或或A Ac c1 1以上以上30305050，保温后急冷，以获得保温后急冷，以获得M

23、 M、B B的非平衡组织的热处的非平衡组织的热处理工艺。理工艺。 目的：提高钢的强目的：提高钢的强度、硬度和耐磨性。度、硬度和耐磨性。3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火 3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火 （）淬火加热（）淬火加热温度的选择温度的选择 为使淬火后得到为使淬火后得到均匀细小的均匀细小的M M，先要在，先要在加热时得到细小、均加热时得到细小、均匀的匀的A A，否则，淬火组，否则，淬火组织的脆性增大，在淬织的脆性增大，在淬火冷却时会引起变形火冷却时会引起变形和开裂。和开裂。（）淬火冷却（）淬火冷却选择原则选择原则：既：既

24、要保证工件获得要保证工件获得M M，又要减少变形和避又要减少变形和避免开裂。免开裂。 两慢一快两慢一快措施措施：选择：选择合适的淬火介质；合适的淬火介质；改进淬火方法。改进淬火方法。3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火淬火介质的冷却能力淬火介质的冷却能力3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火淬火方法淬火方法时间时间温 度温 度时间温 度时间温 度表面内部表面内部表面内部表面内部正在转变正在转变正在转变正在转变贝氏体马氏体马氏体马氏体单单液液淬淬火火双双液液淬淬火火分分级级淬淬火火等等温温淬淬火火盐浴、空冷3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火局部淬火法局部淬火法分类分类局部

25、加热，局部淬火局部加热，局部淬火整体加热，局部淬火整体加热，局部淬火3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火冷处理冷处理把淬火冷却到室把淬火冷却到室温的钢继续冷却到温的钢继续冷却到00以下的处理工艺。以下的处理工艺。适用于适用于MfMf温度温度 00的高碳钢和合金钢。的高碳钢和合金钢。特点特点：使过冷：使过冷A A向向M M转变更加完全，减少残转变更加完全，减少残余余A A的数量，提高钢的的数量，提高钢的硬度和耐磨性，并使尺硬度和耐磨性，并使尺寸稳定。寸稳定。3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火室温（3 3）钢）钢的淬透性和淬硬性的淬透性和淬硬性 n、淬透性的概念、淬透性的概念淬透

26、性淬透性：指钢在淬火时：指钢在淬火时获得获得M M的能力。的能力。n 影响因素影响因素：影响：影响C C曲线曲线或临界冷却速度的因素。或临界冷却速度的因素。 n 淬透层深度淬透层深度：工件表面：工件表面至半至半M M层之间的区域为淬透层之间的区域为淬透层，其深度为淬透层深度。层，其深度为淬透层深度。3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火影响淬透层深度的因素影响淬透层深度的因素n（1 1）淬透性）淬透性钢的淬透性越大，淬透层越深。钢的淬透性越大，淬透层越深。3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火n （3 3）冷却介质）冷却介质介质冷却能力大，淬透层较大。介质冷却能力大，淬透层较大。n

27、（2 2）零件尺寸）零件尺寸尺寸越大，热容量越大，冷却速度尺寸越大，热容量越大，冷却速度越慢，淬透层深度越小。越慢，淬透层深度越小。淬透性的测定淬透性的测定 （）末端淬火法（）末端淬火法 淬透性曲线淬透性曲线：将试样：将试样加热至加热至单相单相A A区区后，从试后，从试样的下端进行喷水冷却，样的下端进行喷水冷却，然后在试棒表面从端面起然后在试棒表面从端面起依次测定硬度将硬度随依次测定硬度将硬度随距水冷端距离的变化绘成距水冷端距离的变化绘成的曲线。的曲线。 dHRCJ试验样品试验试验3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火 淬透性值用下式表示。淬透性值用下式表示。淬透性测试试验结果淬透性测试

28、试验结果样品台样品台试样试样喷水喷水试样上磨出一个平面试样上磨出一个平面测出从底部到顶部的洛氏硬度值测出从底部到顶部的洛氏硬度值绘制出这样一张图绘制出这样一张图到试样底端的距离到试样底端的距离洛洛 氏氏 硬硬 度度3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火不同材料的淬透性不同材料的淬透性3%Mo1%Mo1%Ni0.4%C0.6%C0.4C%到试样底端的距离到试样底端的距离硬硬 度度冷却速度冷却速度淬透性曲线淬透性曲线3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火临界直径法临界直径法临界直径临界直径：同一种钢在同一介质中冷却，：同一种钢在同一介质中冷却，能全部淬成能全部淬成M M的最大直径的最大

29、直径D D。3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火钢淬透性的应用钢淬透性的应用 许多大截面和动载荷下工作的重要零件，许多大截面和动载荷下工作的重要零件，以及承受拉力和压力的重要零件，常以及承受拉力和压力的重要零件，常要求表要求表面和心部力学性能一致面和心部力学性能一致，应当，应当选用淬透性高选用淬透性高的钢的钢；某些零件的某些零件的心部力学性能对零件的使用心部力学性能对零件的使用寿命无明显影响寿命无明显影响时，则时，则可选用淬透性较低的可选用淬透性较低的钢钢，获得一定深度的淬硬层；，获得一定深度的淬硬层；有些工件则有些工件则不能不能或或不宜选用淬透性高的不宜选用淬透性高的钢钢。3.2.2

30、 3.2.2 淬火与回火淬火与回火淬火缺陷淬火缺陷n、硬度不足硬度不足（温度过低，保（温度过低，保温时间短，冷却速度小）；温时间短，冷却速度小）；n、过热与过烧过热与过烧（温度过高，（温度过高，保温时间过长）；保温时间过长）；n 、变形和开裂变形和开裂（内应力大）。（内应力大）。3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火2 2、 回火回火淬火钢重新加热至淬火钢重新加热至A A1 1线线以下某一温度，以下某一温度，保温后冷却的热处理工艺。保温后冷却的热处理工艺。n回火的目的回火的目的：n （1 1）降低脆性；）降低脆性；n （2 2）消除或减少内应力）消除或减少内应力 ，防止变形，防止变形和开

31、裂。和开裂。 n （3 3）获得工件所要求的力学性能）获得工件所要求的力学性能 ；n （4 4）稳定工件尺寸；）稳定工件尺寸；3.2.2 3.2.2 淬火与回火淬火与回火回火组织转变回火组织转变回火的实质回火的实质：淬火：淬火M M分解以及残余分解以及残余A A分解、聚集、长大的过程，是由非平衡分解、聚集、长大的过程，是由非平衡态组织趋向平衡态组织的转变。态组织趋向平衡态组织的转变。 回火组织是粒状的，淬火组织是回火组织是粒状的，淬火组织是片状的。片状的。2、 回火回火转变过程转变过程n（1 1）M M分解（分解（2020200200），得到低饱），得到低饱和和M M与碳化物的混合组织与碳化物

32、的混合组织回火回火M M。n（2 2）残余）残余A A分解（分解（200200300300），得），得到回火到回火M M。n（3 3）F F形成（形成（300300400400），得到极），得到极细的粒状细的粒状FeFe3 3C C和和F F的机械混合物的机械混合物- -回火回火T T。n（4 4）FeFe3 3C C长大（长大（400 400 以上），得到以上），得到细小的粒状细小的粒状FeFe3 3C C和和F F的机械混合物的机械混合物- -回火回火S S。2、 回火回火回火时组织变化回火时组织变化碳化物的析出碳化物的析出 残余奥氏体残余奥氏体的分解的分解 铁素体的回铁素体的回复和再结晶

33、复和再结晶0.04mm 马氏体马氏体0.08mm 回火马回火马氏体氏体2、 回火回火回火时机械性能变化回火时机械性能变化随回火温度增加随回火温度增加 v 硬度下降硬度下降 v 塑性增加塑性增加v 强度先增后降强度先增后降 v 韧性的变化：低温韧性的变化：低温回火脆性和高温回火脆性回火脆性和高温回火脆性2、 回火回火 回火工艺规范的确定回火工艺规范的确定n1 1、回火温度的、回火温度的确定确定根据所需硬度来根据所需硬度来确定回火温度如图。确定回火温度如图。 2、 回火回火n2 2、回火保温、回火保温原则原则：保证热透：保证热透并使转变充分进行。并使转变充分进行。回火脆性回火脆性n（1 1）低温回

34、火脆性）低温回火脆性第一第一类回火脆性（类回火脆性（200200400400）。一）。一般不在此温度范围回火，改用等般不在此温度范围回火，改用等温淬火。温淬火。n（2 2）高温回火脆性）高温回火脆性第二第二类回火脆性（类回火脆性（450450650650）。可）。可通过快冷或加入钼和钨等合金元通过快冷或加入钼和钨等合金元素消除影响。素消除影响。2、 回火回火回火的种类和应用回火的种类和应用v 低温回火低温回火：150 250 。组织。组织回火马氏体。回火马氏体。 高硬耐磨。刃具，轴承，冷作磨具等。高硬耐磨。刃具，轴承，冷作磨具等。 v 中温回火中温回火：350 500 。组织。组织回火屈氏体。

35、回火屈氏体。高的屈服极限，弹性极限和韧性。弹簧，热作磨具。高的屈服极限，弹性极限和韧性。弹簧，热作磨具。 v 高温回火高温回火 （调质处理）（调质处理） ：500 650 。组。组织织回火索氏体。较好的综合机械性能。连杆，回火索氏体。较好的综合机械性能。连杆，轴，齿轮等轴，齿轮等2、 回火回火2、 回火回火小结（小结（1）：各种热处理组织比较）：各种热处理组织比较奥氏体奥氏体缓冷缓冷 快冷（淬火）快冷（淬火）重新加热重新加热较快冷较快冷球化退火球化退火马氏体马氏体回火马氏体回火马氏体重新加热重新加热珠光体珠光体贝氏体贝氏体通过仅对材料的表面进行热处理通过仅对材料的表面进行热处理 来改变来改变表

36、面淬火表面淬火。 通过改变材料表面化学成分来改通过改变材料表面化学成分来改变变化学热处理化学热处理。 使零件表面硬使零件表面硬, 内部韧内部韧目的目的3.33.3钢的表面热处理钢的表面热处理第第3章章 钢的热处理及表面改性钢的热处理及表面改性 3.33.3钢的表面热处理钢的表面热处理n3.3.1 3.3.1 表面表面淬火淬火n使零件表面使零件表面获得高硬度和高获得高硬度和高耐磨性，而心部耐磨性，而心部仍保持良好的韧仍保持良好的韧性和塑性的性和塑性的热处热处理方法理方法。火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火3.33.3钢的表面热处理钢的表面热处理、火焰淬火、火焰淬火n

37、 用用乙炔乙炔氧火焰直接氧火焰直接喷射工件表面、快速使工喷射工件表面、快速使工件表面温度达到件表面温度达到A Ac3c3以上以上 8080l00l00时立即进行冷时立即进行冷却，使工件表面淬硬的热却，使工件表面淬硬的热处理工艺。处理工艺。n淬硬层深度淬硬层深度1 16mm6mm。n特点特点：方法简便无：方法简便无需特殊设备适用于单件、需特殊设备适用于单件、小批量生产。小批量生产。 n常用材料常用材料：中碳钢和：中碳钢和中碳合金钢中碳合金钢 。3.33.3钢的表面热处理钢的表面热处理、感应加热淬火、感应加热淬火 n采用电磁采用电磁感应方法使零感应方法使零件表面迅速加件表面迅速加热热达到达到A A

38、c3c3以上以上 8080l50 l50 ，并快速喷水并快速喷水（合金钢喷油）（合金钢喷油）冷却的一种热冷却的一种热处理工艺。处理工艺。3.33.3钢的表面热处理钢的表面热处理3.33.3钢的表面热处理钢的表面热处理感应加热分类感应加热分类3.33.3钢的表面热处理钢的表面热处理快速灵活的感应加热表面淬火快速灵活的感应加热表面淬火3.33.3钢的表面热处理钢的表面热处理 3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理n将钢置于一定活性介质中加热保温，将钢置于一定活性介质中加热保温，使介质中的活性原子渗入工件表面，以使介质中的活性原子渗入工件表面，以改变工件表面的化学成分、组织和性能改变工件表面的

39、化学成分、组织和性能的热处理工艺。的热处理工艺。n特点特点：钢件表面层组织和成分均发：钢件表面层组织和成分均发生改变。生改变。n 目的目的：强化工件表面，提高硬度、：强化工件表面，提高硬度、耐磨性和疲劳强度；改善工件表面的物耐磨性和疲劳强度；改善工件表面的物理和化学性能，提高工件的抗蚀性和耐理和化学性能，提高工件的抗蚀性和耐热性。热性。3.33.3钢的表面热处理钢的表面热处理化学热处理基本过程化学热处理基本过程：n（）（）介质分解介质分解：形成活性：形成活性原子；原子；n（）（）吸收吸收：形成固溶体和：形成固溶体和化合物；化合物；n（）（）扩散扩散。3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理

40、 、渗碳、渗碳n 把低碳钢放入渗碳活性介质中，在把低碳钢放入渗碳活性介质中，在900900950950加热、保温，使活性碳原子加热、保温，使活性碳原子渗入工件表面的热处理工艺。渗入工件表面的热处理工艺。n 目的目的：提高工件表面的硬度、耐磨：提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度等。性和疲劳强度等。3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理渗碳渗碳n（1 1）固体渗碳）固体渗碳: : n（2 2）气体渗碳）气体渗碳: :3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理渗碳渗碳 （3 3）渗碳后的组织）渗碳后的组织: :其表面组织为其表面组织为过共析钢组织，含碳量达过共析钢组织，含碳量达0.850.

41、851.05% 1.05% 。心部为亚共析钢组织，中间为过度组织。心部为亚共析钢组织，中间为过度组织。 后热处理后热处理：淬火：淬火+ +低温回火。低温回火。3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理渗碳后淬火方法：渗碳后淬火方法：n（1 1）直接淬火）直接淬火n （2 2）一次淬火）一次淬火n 改变心部组织、消除改变心部组织、消除表面网状表面网状FeFe3 3C C。n（3 3）二次淬火）二次淬火细化表面组织，得到细针状细化表面组织，得到细针状M M和均匀分和均匀分布的粒状布的粒状FeFe3 3C C。用于表面要求高耐磨性，。用于表面要求高耐磨性，心部要求高韧性的零件。心部要求高韧性的零件

42、。 3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理、渗氮、渗氮 向钢件表层渗入氮原子的过程。向钢件表层渗入氮原子的过程。n目的目的：提高工件表面硬度、耐磨性、：提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、耐蚀性以及热硬性。疲劳强度、耐蚀性以及热硬性。3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理n（1 1）气体渗氮）气体渗氮 n向井式炉中通入氨气，利用氨气受热向井式炉中通入氨气，利用氨气受热分解来提供活性氮原子。分解来提供活性氮原子。n 渗氮用钢通常是含有渗氮用钢通常是含有AlAl、CrCr、MoMo等。等。（1 1）气体渗氮）气体渗氮强化机理强化机理：n（a a）氮原子渗入，工件表面体积膨）氮原子渗入，

43、工件表面体积膨胀，形成残余压应力使疲劳强度大大提胀，形成残余压应力使疲劳强度大大提高；高；（b b）合金元素极易与氮元素形成颗）合金元素极易与氮元素形成颗粒细小、分布粒细小、分布均匀、硬度很高而且非常均匀、硬度很高而且非常稳定的氮化物，提高工件性能。稳定的氮化物，提高工件性能。3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理（1 1）气体渗氮）气体渗氮n特点特点：n（a a）耐磨性和耐热性好，变形）耐磨性和耐热性好，变形小；工件表层脆性大，在工作过程中小；工件表层脆性大，在工作过程中易产生龟裂及剥落；易产生龟裂及剥落；n （b b）氮化层薄，生产周期长。）氮化层薄，生产周期长。n应用应用：在交变载

44、荷下工作的要求：在交变载荷下工作的要求耐磨、耐腐蚀和尺寸精度高的重要零耐磨、耐腐蚀和尺寸精度高的重要零件。件。3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理（2 2）离子渗氮）离子渗氮 在真空度为在真空度为13.33213.3320.013332Pa0.013332Pa的真空容器内，通入氮气或氮、的真空容器内，通入氮气或氮、氢混合气体，保持气压为氢混合气体，保持气压为133.32133.321333.22Pa1333.22Pa，以真空容器为阳极，以真空容器为阳极，工件为阴极，在两极之间加工件为阴极，在两极之间加400400700V700V直流电压，使电离后的氮离子直流电压，使电离后的氮离子高速冲

45、击工件高速冲击工件, ,渗入工件表面并向内扩散形成氮化层。渗入工件表面并向内扩散形成氮化层。 优点优点：时间短，脆性低，省电，省氮气，无公害，操作条件好。时间短，脆性低，省电，省氮气，无公害，操作条件好。 缺点缺点：零件形状复杂或截面悬殊时很难同时达到同一硬度和深度。零件形状复杂或截面悬殊时很难同时达到同一硬度和深度。3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理 、碳氮共渗（氰化）、碳氮共渗（氰化）n 向钢件表面同时渗入碳和氮的过向钢件表面同时渗入碳和氮的过程。程。n按使用介质不同分类按使用介质不同分类：固体、气：固体、气体、液体碳氮共渗。体、液体碳氮共渗。n按温度分类按温度分类：低温：低温(

46、500(500600)600)、中温中温(800(800870)870)、高温、高温(900(900950)950)。3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理 、碳氮共渗（氰化）、碳氮共渗（氰化）n目的目的：提高工件表面硬度、耐磨性：提高工件表面硬度、耐磨性和疲劳强度。和疲劳强度。n特点特点：与渗碳相比，温度低，变形：与渗碳相比，温度低，变形小；速度快小；速度快( (与渗氮相比与渗氮相比) )，生产率高。，生产率高。渗后就可直接淬火。热处理后表层组织渗后就可直接淬火。热处理后表层组织为含碳、氮的回火为含碳、氮的回火M M，含残余，含残余A A及少量的及少量的碳氮化合物。碳氮化合物。n 共渗

47、介质共渗介质：尿素。：尿素。3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理、其它化学热处理、其它化学热处理3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理3.3.2 3.3.2 化学热处理化学热处理、其它化学热处理、其它化学热处理3.4 3.4 金属材料金属材料的表面改性的表面改性n1 1、钢铁氧化、磷化与镀层钝化、钢铁氧化、磷化与镀层钝化 第第3 3章章 金属热处理及表面改性金属热处理及表面改性n 目的目的：防止金属腐蚀及机械磨损，装：防止金属腐蚀及机械磨损，装饰产品；消除内应力。饰产品；消除内应力。 用于精密仪器、仪表、工具、模具。用于精密仪器、仪表、工具、模具。 n （1 1）氧化处理氧化处理

48、（发蓝）（发蓝） 将钢铁工件在沸腾的含浓碱和氧化剂将钢铁工件在沸腾的含浓碱和氧化剂的溶液中加热，使其表面形成厚约的溶液中加热，使其表面形成厚约0.50.51.5m1.5m的致密氧化膜的工艺。的致密氧化膜的工艺。3.4 3.4 金属材料金属材料的表面改性的表面改性n （2 2）磷化处理磷化处理 将钢、铁工件浸入磷酸盐溶液中，使其表将钢、铁工件浸入磷酸盐溶液中，使其表面形成厚面形成厚5 515m15m的磷化膜的工艺。的磷化膜的工艺。 第第3 3章章 金属热处理及表面改性金属热处理及表面改性n 目的目的：使金属表面的吸附性、耐蚀性及减：使金属表面的吸附性、耐蚀性及减摩性得到改善。摩性得到改善。 用于

49、钢铁制品油漆层的底层、冷加工过程用于钢铁制品油漆层的底层、冷加工过程中的减摩及零件的防锈。中的减摩及零件的防锈。 3.4 3.4 金属材料金属材料的表面改性的表面改性n （3 3）钝化处理钝化处理 经阳极氧化或化学氧化方法处理后经阳极氧化或化学氧化方法处理后的金属零件，由活泼状态转变为不活泼的金属零件，由活泼状态转变为不活泼状态的过程。状态的过程。第第3 3章章 金属热处理及表面改性金属热处理及表面改性n 目的目的：使电镀后的金属表面形成一：使电镀后的金属表面形成一层致密的氧化膜，提高耐蚀性及装饰效层致密的氧化膜，提高耐蚀性及装饰效果。果。 2. 2. 电火花、喷丸表面强化电火花、喷丸表面强化

50、n （1 1）电火花表面强化电火花表面强化 通过电火花放电，把一种导电材料通过电火花放电，把一种导电材料涂敷熔渗到另一种导电材料的表面，使涂敷熔渗到另一种导电材料的表面，使其表面物理和化学性能得到改善的工艺。其表面物理和化学性能得到改善的工艺。第第3 3章章 金属热处理及表面改性金属热处理及表面改性 特点特点：设备简单、操作容易、成本：设备简单、操作容易、成本低。低。 用于模具、刀具及机械零件的表面用于模具、刀具及机械零件的表面强化和磨损部位的修补。强化和磨损部位的修补。 2. 2. 电火花、喷丸表面强化电火花、喷丸表面强化第第3 3章章 金属热处理及表面改性金属热处理及表面改性 基本原理：基

51、本原理：在电在电极与工件间接上电源，极与工件间接上电源，由于振动器的作用使由于振动器的作用使电极与工件间的放电电极与工件间的放电间隙频繁变化，电极间隙频繁变化，电极与工件间不断产生火与工件间不断产生火花放电，从而使电极花放电，从而使电极的材料黏结、覆盖在的材料黏结、覆盖在工件上，在工件表面工件上，在工件表面形成强化层。形成强化层。2. 2. 电火花、电火花、喷丸表面强化喷丸表面强化 （ 2 2）喷丸表面强化喷丸表面强化 将大量高运动的弹丸喷射到工件将大量高运动的弹丸喷射到工件表面，使其表面产生强烈的塑性变形表面，使其表面产生强烈的塑性变形和压应力从而获得一定厚度的强化层和压应力从而获得一定厚度

52、的强化层表面的工艺。表面的工艺。第第3 3章章 金属热处理及表面改性金属热处理及表面改性 目的目的：提高材料的屈服强度及抗：提高材料的屈服强度及抗疲劳性能。疲劳性能。 3 3、离子注入材料改性技术、离子注入材料改性技术n 将工件放入将工件放入离子注入机中，在离子注入机中，在几十至几百千伏的几十至几百千伏的电压下，把所需元电压下，把所需元素的离子注入到工素的离子注入到工件表面的一种工艺。件表面的一种工艺。 目的目的：提高工：提高工件的使用寿命和耐件的使用寿命和耐蚀能力、降低磨损蚀能力、降低磨损速度。速度。3.4 3.4 金属材料的表面改性金属材料的表面改性3.5 3.5 热处理新发展热处理新发展

53、n1 1、可控气氛热处理、可控气氛热处理向热处理炉中加入某种经过制备的向热处理炉中加入某种经过制备的气体气体介质（可控气氛）。应用可控气氛介质（可控气氛）。应用可控气氛进行热处理。进行热处理。第第3 3章章 金属热处理及表面改性金属热处理及表面改性n 目的目的：为实现少、无氧化脱碳加热：为实现少、无氧化脱碳加热并控制渗碳，从而获得表面状态和力学并控制渗碳，从而获得表面状态和力学性能良好的工件。性能良好的工件。可控气氛热处理分类可控气氛热处理分类n（1 1）无氧化无氧化脱碳加热脱碳加热n原理原理：加热时充以保护气体，使氧化：加热时充以保护气体，使氧化与还原、脱碳与渗碳速度相等，从而实现与还原、脱碳与渗碳速度相等，从而实现无氧化脱碳加热。无氧化脱碳加热。3.5 3.5 热处理新发展热处理新发展n （2 2）可控气氛渗碳可控气氛渗碳 在可控气氛环境下根据渗碳时各个阶在可控气氛环境下根据渗碳时各个阶段的工艺要求调整碳势高低的渗碳。段的工艺要求调整碳势高低的渗碳。2 2、真空、真空热处理热处理n将工件放入将工件放入6.67Pa6.67Pa的真空中进行的真空中进行的热处理工