力学性能和热处理(精心整理)

1、金属材料力学性能与热处理工艺2014年1月4日材料科学与工程的“四要素”使用性能性质成分/结构制备/加工 探索这四个要素之间的关系，覆盖了材料科学与工程领域的所有研究内容。 能够根据使用性能要求，选择合适的材料，并制定出相应的加工工艺，使之最终具有满足使用性能要求的性质，是工程技术人员应该具备的能力。材料力学性能材料在外加载荷作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下表现出来的行为。金属力学性能金属力学性能常用常用金属力学性能指标金属力学性能指标强度强度屈服强度、抗拉强度屈服强度、抗拉强度、断裂强度、断裂强度塑性塑性延伸率、断面收缩率、延伸率、断面收缩率、应应变变强化指数强化指数

2、弹性弹性弹性模量弹性模量（刚度刚度）、弹性极限、比例极限、弹性极限、比例极限硬度硬度布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度韧性韧性静力韧度、冲击韧度、断裂韧度静力韧度、冲击韧度、断裂韧度疲劳疲劳疲劳强度、疲劳寿命、疲劳缺口敏感度疲劳强度、疲劳寿命、疲劳缺口敏感度应力腐蚀应力腐蚀应力腐蚀临界应力场强度因子、应力腐蚀裂纹扩展速率应力腐蚀临界应力场强度因子、应力腐蚀裂纹扩展速率低碳钢单向静载拉伸应力低碳钢单向静载拉伸应力应变曲线应变曲线 1、oa段：段：弹性变形2、ab段：段：弹性变形+塑性变形3、bcd段：段：明显塑性变形，出现屈服现象，作用力基本不变情况下，试样连续伸长。4、d

3、B段曲线：段曲线：弹性变形+均匀塑性变形5、B点：点：出现缩颈现象，试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。低碳钢拉伸力低碳钢拉伸力伸长曲线伸长曲线 材料力学性能强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。2 2、抗拉强度、抗拉强度试样拉断前所承受的最大拉应力，反映了材料的最大均匀变形的抗力。1 1、屈服强度屈服强度b = F Fb/S S0 b b常用作脆性材料的选材和设计的依据。常用作脆性材料的选材和设计的依据。s = = F Fs/S/S0 Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N）； S0 ：试样原始横截面积（mm）强度指标强度指标s代表材料开始明显塑性变形的抗力代表

4、材料开始明显塑性变形的抗力,是设计和选择韧性材料的主要依据之一。是设计和选择韧性材料的主要依据之一。材料力学性能塑性塑性指标指标塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。1 1、断后伸长率、断后伸长率2 2、断面收缩率、断面收缩率试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。=(=(L L1 1-L-L0 0)/)/L L * *100100% %L0:标距；L1:拉断后的试件标距。=(A=(A0 0-A-A1 1)/A)/A0 0 * *100100% %A0:试件原横截面积；A1:断裂后颈缩处的横截面积。 材料力学性能弹性

5、指标弹性指标组织不敏感的力学性能指标，合金化、热处理、冷塑性变形对其影响不大。刚度：材料在受力时，抵抗弹性变形的能力。 E=/ ：拉应力；：拉伸应变机构和构件选材重要的力学性能指标：机构和构件选材重要的力学性能指标： 行车梁应具有足够的刚度，否则在起吊重物时会因挠度过大引起振动。 机床和压力机主轴、床身和工作台对刚度都有要求，以保证加工精度。 内燃机、离心机和压气机等的主要构件要有足够的刚度防止发生振动。材料力学性能硬度硬度材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。硬度硬度的测试方法的测试方法（1）布氏硬度（2）洛氏硬度（3）维氏硬度（4）肖氏

6、硬度（5）里氏硬度（6）莫氏硬度材料力学性能布氏硬度布氏硬度适用范围适用范围:用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.优缺点：优缺点：（1）测量值较准确，重复性好；（2）可测组织不均匀材料；（3）不适合测试成品与薄件；（4）测量费时，效率低。 450HB：测试压头为淬火钢球，硬度符号HBS； 650HB：测试压头为硬质合金，硬度符号HBW。单位面积上所承受的平均应力，即试验力p与压痕球形表面积的商。经验公式：低碳钢：b3.6HBS；高碳钢：b3.4HBS。材料力学性能洛氏硬度洛氏硬度以测量压痕深度表示材料的硬度值，每0.002mm相当于1洛氏硬度单位。10HRCHBSHR=（k-h）/

7、 0.002压头分两种：1、圆锥角=120的金刚石圆锥体， 2、直径为1.588mm的小淬火钢球。洛氏硬度计算式：压头1：k=0.2mm；压头2：k=0.26mm。标尺标尺硬度符号硬度符号压头类型压头类型总试验力总试验力F/N测量硬度范围测量硬度范围应用举例应用举例CHRC金刚石圆锥147120-70淬火钢、高硬度铸铁、珠光体可锻铸铁BHRB1.588mm钢球980.720-100低碳钢、铜合金、铁素体可锻铸铁AHRA金刚石圆锥588.420-88硬质合金、硬化薄钢板、表面薄层硬化钢优缺点：（1）试验简单、方便、迅速；（2）压痕小，可测成品，薄件； （3）数据不够准确，应测三点取平均值（4）不

8、应测组织不均匀材料，如铸铁。材料力学性能维氏硬度维氏硬度 在在200-350HBS之间，之间，HVHBS根据压痕单位面积所承受的试验力计算硬度值。压头是两相对面间夹角为136的金刚石四棱锥体。测量范围 ：常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。优缺点：（1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）；（2）可测成品与薄件（3）试样表面要求高，费工。材料力学性能冲击韧性冲击韧性材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。试样冲断时所消耗的冲击功试样冲断时所消耗的冲击功Ak为为:Ak = m g H m g h (J)冲击韧性冲击韧性值值a k 就是试样缺口处就是试样缺口处单位截面单位截面积上所消耗的冲击

9、功。积上所消耗的冲击功。a k = Ak / S0 (J/cm)ak值低脆性材料： 断裂时无明显变形，金属光泽，呈结晶状。ak值高韧性材料： 明显塑变，断口呈灰色纤维状，无光泽。材料力学性能TitanicTitanic沉没原因沉没原因含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。一项新的科学研究回答了一项新的科学研究回答了80年未解之谜年未解之谜冲击韧性冲击韧性低温脆性低温脆性韧脆转变温度韧脆转变温度不同碳含量钢冲击功与温度关系不同碳含量钢冲击功与温度关系材料力学性能含硫高的钢现代船舶用钢断裂韧度断裂韧度断裂力学：在承认机

10、件存在宏观裂纹的前提下，建立了裂纹扩展的各种新的力学参量，并提出了含裂纹体的断裂判据和材料断裂韧度。张开型穿透裂纹无限大板的应力分析应力场强度因子应力场强度因子K1NoImagea1YK Y裂纹强度系数断裂韧度断裂韧度K1CcccYKa1cc裂纹不会扩展，安全裂纹扩展，断裂失效材料力学性能疲劳强度疲劳强度疲劳现象： 金属机件或构件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。80%的断裂由疲劳造成的断裂由疲劳造成疲劳特点： （1）疲劳是低应力循环延时断裂，断裂应力往往低于材料抗拉强度，甚至屈服强度； （2）疲劳是脆性突发性断裂，断裂前不会有明显的变形征兆，危险性大； （3）疲劳对缺

11、口、裂纹及组织缺陷十分敏感，具有高度的选择性。材料力学性能疲劳极限-1 -1 ： 材料经无数次应力循环而不发生疲劳断裂的最高应力值。条件疲劳极限： 经受107应力循环而不致断裂的最大应力值。 钢材疲劳强度经验公式: -1 = (0.450.55)b或 -1 = 0.27(s+b） -1p = 0.23(s+b） 材料力学性能定义：定义：将固态金属或合金通过加加热、保温热、保温和和冷却冷却，使其内部组织组织结构结构发生变化，获得所需要性能需要性能的工艺。 目的：目的：一是改善材料工艺性能，确保后续加工顺利进行，这种热处理称为预先热处理预先热处理；二是提高材料使用性能，延长零件使用寿命，这种热处理

12、称为最终热处理最终热处理。分类：分类：普通热处理普通热处理（四火四火：退火、正火、淬火、回火：退火、正火、淬火、回火）表面热处理表面热处理 （表面淬火、化学热处理表面淬火、化学热处理）其他热处理（其他热处理（真空热处理、形变热处理等真空热处理、形变热处理等 ）热处热处理理钢材热处理工艺共析钢共析钢在在加热时加热时的组织的组织转变（回顾）转变（回顾）钢材热处理工艺珠光体向奥氏体转变过程四步：珠光体向奥氏体转变过程四步：（1）奥氏体形核；（2）奥氏体长大；（3）剩余Fe3C溶解；（4）奥氏体均匀化。钢钢在冷却时的组织转变在冷却时的组织转变重要性重要性：决定了钢热处理后的组织和性能。同一种钢，加热温

13、度和保温时间相同，冷却方法不同，热处理后的性能截然不同。奥氏体的冷却转变：奥氏体的冷却转变：奥氏体在临界点A1以上是稳定稳定相相，冷却至A1以下就成了不稳定相不稳定相，要发生组织转变。钢材热处理工艺冷却方法b/Mpas/Mpa/%/%HRC随炉冷却51927232.5491518空气冷却657706333151845501824油中冷却8826081820484050水中冷却1078706781214526045钢加热到840，在不同冷却条件下冷却后的力学性能钢材热处理工艺共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的建立（金相硬度法）共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的建立（金相硬度法）也称也称“TTT曲线曲线”

14、（Time-Temperature-Transformation Curve）因形状类似因形状类似“C”，常称，常称“C曲线曲线”。 借助“C曲线”，可以了解奥氏体在不同的冷却条件下转变成何种组织以及转变产物的性能，为正确制定和选择热处理工艺提供理论依据。钢材热处理工艺01时间/sT/M+AA1100200300400500600700800-100100101010102345AMsMf过冷冷A过冷冷AAMA下BAS转变开始转变结束A上BATAPM下B上BTSP525HRC2535HRC3540HRC4050HRC5060HRC6065HRC共析钢共析钢C曲线及转变产物曲线及转变产物1 1）

15、珠光体型转变（又称高温转变）珠光体型转变（又称高温转变）转变温度转变温度： A1550；转变转变产物：产物：珠光体珠光体 A1 6506500 0C C：珠光体：珠光体片层较粗，片层较粗， P P（珠光体珠光体- -pearlite ）6506500 0C C6006000 0C C：珠光体层片较细，：珠光体层片较细，S S（索氏体索氏体- - sorbite ）6006000 0C C5505500 0C C：珠光体层片极细，：珠光体层片极细，T T ( (屈氏体屈氏体troolstite） 珠光体的铁素体和渗碳体层片粗细与转变温度有关。珠光体的铁素体和渗碳体层片粗细与转变温度有关。温度越低

16、，珠光体的层片越细。温度越低，珠光体的层片越细。层片变细，强度硬度增加，层片变细，强度硬度增加，塑性韧性有所增加。塑性韧性有所增加。 钢材热处理工艺PST2 2）贝氏体型转变（又称中温转变）贝氏体型转变（又称中温转变）转变温度转变温度： 550Ms（230）转变产物转变产物：贝氏体贝氏体 B（bainite）-由过饱和由过饱和F和渗和渗碳体组成的混合物碳体组成的混合物。550350：上上贝氏体贝氏体（upper bainite ）（）（B上上）羽毛状组织，强度与塑性都较低，脆性很高强度与塑性都较低，脆性很高。350 Ms：下下贝氏体贝氏体（lower bainite ）（）（ B下下）针片状组

17、织，综合性能好综合性能好。钢材热处理工艺B上B下3 3）马氏体转变（又称低温转变）马氏体转变（又称低温转变）转变温度转变温度：Ms（230C） Mf转 变 产 物转 变 产 物 ： 马 氏 体 （ m a r t e n s i t e ）+A(residual austenite )马氏体马氏体：碳在-Fe中形成的过饱和固溶体过饱和固溶体，用M表示。 分类分类：低碳马氏体低碳马氏体（low carbon martensite ）：呈板条状板条状，具有较高的强度和塑韧性较高的强度和塑韧性。也称板也称板条条M（lath martensite ）。）。高碳马氏体高碳马氏体（high carbon

18、martensite ）：呈透镜状，片状，中间有脊线。其强度很高，强度很高，但塑韧性差，脆性大但塑韧性差，脆性大。 低碳马氏体低碳马氏体高高碳碳马马氏氏体体钢材热处理工艺 FAP + FS + FTBM+AA3时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf亚共析钢的亚共析钢的C曲线曲线钢材热处理工艺P + Fe3CS + Fe3CT + Fe3CBM+A Fe3CAACM时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf 过共析钢的过共析钢的C曲线

19、曲线钢材热处理工艺过冷奥氏体连续过冷奥氏体连续转变冷却曲线（转变冷却曲线（CCT曲线曲线 ） (Continuous Cooling Transformation)Vc（上临界冷却速度上临界冷却速度）时间时间 t温度温度A1Pf（P转变终了线）转变终了线） Ps（P转变开始线）转变开始线）A+PK（P转变中止线）转变中止线）MsMf水冷水冷油冷油冷 Vc（下临界冷却速度下临界冷却速度）炉冷炉冷空冷空冷过冷过冷A区区产物区产物区M+AM-1000230钢材热处理工艺P均匀均匀A细细AA1MSMf时间时间等温退火等温退火PP退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+A等

20、温淬火等温淬火B下下M+A分级淬火分级淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)M回回150-250T回回350-500S回回500-650?PT+S回回ST+B下下+M+A用用C曲线定性说明连续冷却转变产物曲线定性说明连续冷却转变产物550600650钢材热处理工艺目的：目的：p细化晶粒；细化晶粒；p降低硬度，改善钢的成形和切削加工性能降低硬度，改善钢的成形和切削加工性能p消除内应力。消除内应力。退火退火（annealing ）分类：分类：按退火的目的和工艺特点可分为完全退火、不完全退火、等完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火温退火、球化退火、去应力退火等。定义定义：加热缓冷P钢钢临界温

21、度以上或以下临界温度以上或以下钢材热处理工艺完全完全退火（退火（full annealing ）l适用范围：适用范围：亚共析钢亚共析钢 l加热温度：加热温度： Ac3+3050l目的目的：细化细化组织，降低硬度组织，降低硬度，改善改善切削切削加工性加工性, 消除消除内应力内应力l室温组织：室温组织：F+PA AC3C3+30 +30 50 50 球球化退火（化退火（spheroidizing annealing ） p适用范围：适用范围：共析钢和过共析钢共析钢和过共析钢 p加热温度：加热温度： Ac1+2030p目的：目的：使使网状或片状网状或片状 Fe3C球化球化。 p组织：组织：球状珠光体

22、球状珠光体A AC1C1+20 +20 30 30 钢材热处理工艺等温退火等温退火(isothermal annealing )u工艺：加热到工艺：加热到Ac1+3050或或Ac3+3050，保温后，保温后，迅速，迅速冷却至冷却至Ar1以下以下某一位温度，待某一位温度，待A都变为都变为P类类组织，出炉空冷。组织，出炉空冷。u组织：组织：P类类u优点优点：退火时间短，组织均匀退火时间短，组织均匀。钢材热处理工艺去去应力退火（应力退火（relief annealing ）目的：目的：去除残余应力去除残余应力 加热温度：加热温度：T加热加热AC1（500600） 应用：应用：消除铸件，锻件，焊接件等

23、的消除铸件，锻件，焊接件等的残余残余内应力内应力。 扩散退火扩散退火 去应力退火去应力退火均匀均匀化退火（扩散退火）化退火（扩散退火）目的：目的：消除偏析；均匀成分、组织消除偏析；均匀成分、组织加热温度：加热温度： AC3150 250 组织：组织：亚共析钢为亚共析钢为P+F。应用：应用：主要用于主要用于质量要求高的质量要求高的合金钢铸锭合金钢铸锭、铸件、锻件。铸件、锻件。 钢材热处理工艺再结晶再结晶退火退火(recrystallization annealing)u工艺：工艺：加热到加热到Ac1以下以下50-150，或，或T再再+30-50，保温，缓冷。，保温，缓冷。u目的目的：消除加工硬化

24、，恢复钢材的塑韧性。消除加工硬化，恢复钢材的塑韧性。u应用：应用：冷加工后的工件消除加工硬化。如在钢丝拉拔过程中，中间冷加工后的工件消除加工硬化。如在钢丝拉拔过程中，中间进行的退火。进行的退火。 钢材热处理工艺目的：目的：低碳钢：低碳钢：提高硬度，利于切削。过共析钢过共析钢：消除网状二次渗碳体，利于P球化。中碳钢和中碳低合金钢中碳钢和中碳低合金钢：受力不大，性能要求不高可作为最终热处理。F+PA+Fe3CP+Fe3CFP正火正火AccmAc33050正火正火（normalizing) 定义定义：将工件加热到Ac3或或Accm以上以上3050，保温后从炉中取出在空气中空气中冷却冷却的热处理工艺。

25、钢材热处理工艺l退火与正火的选择退火与正火的选择1.1.从切削加工性方面考虑从切削加工性方面考虑 低碳钢低碳钢采用采用正火正火；中碳钢中碳钢用用退火、正火退火、正火都行；都行；过共析钢过共析钢在消除在消除网网状渗碳体状渗碳体后采用后采用球化退火球化退火。 2.2.从使用性能方面考虑从使用性能方面考虑 一些一些受力不大受力不大的工件，的工件，性能性能要求要求不高不高，可用，可用正火正火作为最终热处理；作为最终热处理；形状复杂形状复杂、尺寸大尺寸大或或重要零件重要零件采用采用退火退火。3.3.从经济性方面考虑从经济性方面考虑 正火成本低，退火成本高正火成本低，退火成本高。在满足钢质量的前提下，应尽

26、可能用在满足钢质量的前提下，应尽可能用正火代替退火正火代替退火。 钢材热处理工艺淬火淬火(Quenching)定义：定义：目的：目的：获得获得M或或B下下组织，提高钢的的硬度和耐磨性。组织，提高钢的的硬度和耐磨性。淬火温度淬火温度的选择的选择p亚共析钢：亚共析钢：AC3+30 50 ；p共析钢及过共析钢：共析钢及过共析钢：AC1 +30 50 。 加热加热快冷快冷vkB区等温区等温MB下下钢钢A Ac3c3或或A Ac1c1以上以上A A化化钢材热处理工艺但到目前为止还没有找到十分理想的冷却介质能符合这一理想的冷却速度的要求。但到目前为止还没有找到十分理想的冷却介质能符合这一理想的冷却速度的要

27、求。 650以上，慢，减小热应力以上，慢，减小热应力650-400 ，快，避免，快，避免C曲线曲线400 以下，慢，减轻相变应力以下，慢，减轻相变应力时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf 淬火冷却淬火冷却是决定淬火质量的是决定淬火质量的关键关键，理想的冷却速度应是如图所示，理想的冷却速度应是如图所示的速度。的速度。 淬火淬火(Quenching)钢材热处理工艺常用常用的淬火介质的淬火介质( (quenching medium) )目前目前生产中常用的冷却介质有生产中常用的冷却介质有油、水、盐水油、水、盐水，其冷却能力

28、依次增加。，其冷却能力依次增加。 水：淬冷能力强，但工件表面有软点，易变形开裂。水：淬冷能力强，但工件表面有软点，易变形开裂。盐水：淬冷能力更强，工件表面光洁、无软点，但更易变形开裂；盐水：淬冷能力更强，工件表面光洁、无软点，但更易变形开裂；油油：淬冷能力弱，但工件不易变形开裂淬冷能力弱，但工件不易变形开裂常见常见的淬火冷却方法的淬火冷却方法( (quench cooling method) )钢材热处理工艺时间时间A1Ms12341单液淬火单液淬火2双液淬火双液淬火3分级淬火分级淬火4等温淬火等温淬火温度温度钢钢的淬透性（的淬透性（Hardenability of steel ）淬透性淬透性

29、（hardenability ） ：表示钢在淬火后能获得淬硬层的深度淬硬层的深度。淬硬淬硬（hardenability ）：）：表示钢在淬火后能达到的最高硬度最高硬度。取决于WC的含量。C%淬硬性淬硬层深度淬硬层深度(depth of hardening zone )：表面到半M组织的距离。淬硬度层越深，淬透性越好。50%M表面表面心部心部淬硬层淬硬层淬透性淬透性的应用的应用 横截面受力均匀的零件横截面受力均匀的零件：选用淬透性高的钢。选用淬透性高的钢。横截面受力不均匀的零件横截面受力不均匀的零件：选用淬透性不必高的钢。选用淬透性不必高的钢。避免脆性断裂的零件：避免脆性断裂的零件：选用淬透性不

30、能高的钢选用淬透性不能高的钢。钢材热处理工艺回火回火(Tempering)定义：定义：回火回火的主要目的的主要目的p 消除内应力，降低脆性消除内应力，降低脆性p 稳定组织和工件尺寸稳定组织和工件尺寸p 降低硬度，提高塑性降低硬度，提高塑性加热加热淬火钢淬火钢Ac1以下保温以下保温冷却冷却室温室温注意：注意：未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用过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。程中易变形或开裂。钢经淬火后应立即进行回火。钢材热处理工艺回火回火的组织和性能变化的组织和性能变化 淬火钢回火时的组织转变主要发生在淬火钢回火时的组

31、织转变主要发生在加热加热阶段。阶段。随加热温度升随加热温度升高，淬火钢的组织发生四个阶段变化。高，淬火钢的组织发生四个阶段变化。1.1.马氏体的分解马氏体的分解回火阶段：回火阶段： 100回火时，组织无变化；回火时，组织无变化；100-200100-200加热时，马氏体将发生分解。获得组织：获得组织：回火马氏体回火马氏体 M回回（过饱和过饱和固溶体）固溶体）。性能变化：性能变化：内应力逐渐减小内应力逐渐减小，性能基本不变。性能基本不变。2.2.残余奥氏体分解残余奥氏体分解回火阶段：回火阶段： 200-300。 A分解分解，转变为，转变为B下。下。获得组织：获得组织：M回回（Tempered M

32、artensite）表示表示性能变化：性能变化：应力进一步降低应力进一步降低，强度和硬度略有下降。，强度和硬度略有下降。钢材热处理工艺3.3.马氏体分解完成和渗碳体的形成马氏体分解完成和渗碳体的形成 回火阶段：回火阶段： 300-400。碳化物转变成稳定的渗碳体。碳化物转变成稳定的渗碳体。获得组织：获得组织：回火屈氏体，用回火屈氏体，用T回回（Tempered Troostite）表示表示 （F+极细粒状极细粒状Fe3C）。）。性能变化：性能变化：内应力基本消除，硬度下降，塑韧性增加。内应力基本消除，硬度下降，塑韧性增加。4.Fe4.Fe3 3C C聚集长大和聚集长大和固溶体的回复与再结晶固溶

33、体的回复与再结晶 回火阶段：回火阶段：400以上。以上。 相开始回复，相开始回复，500以上时发以上时发 生再结晶；生再结晶；获得组织：获得组织：回火索氏体，用回火索氏体，用S回回（Tempered Sorbite）表示表示 （F+细粒状细粒状Fe3C）。）。性能变化：性能变化：获得良好的综合性能。获得良好的综合性能。钢材热处理工艺钢材回火后组织与力学性能钢材回火后组织与力学性能钢材热处理工艺工艺工艺回火温度回火温度()回火后组织回火后组织回火后硬度回火后硬度(HRC)性能特点性能特点用途用途低温回火低温回火 150150250250 M回回58586464硬度高，硬度高， 耐磨性高；耐磨性高

34、；脆性、脆性、 内应力降低内应力降低工具钢、工具钢、滚动轴承滚动轴承 、渗碳件等渗碳件等中温回火中温回火 250250500500T回回35355050 较高的弹性极限和较高的弹性极限和屈服极限，有一定的屈服极限，有一定的塑性和韧性塑性和韧性弹簧钢、弹簧钢、热作模具热作模具高温回火高温回火 500500600600S回回25253535良好的综合性能良好的综合性能重要结构件重要结构件回火时力学性能变化总的趋势：回火时力学性能变化总的趋势：随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高塑性、韧性提高。表面表面热处理（热处理（Surface Heat Tre

35、atment ） 在生产中，有很多零件要求表面和心部具有在生产中，有很多零件要求表面和心部具有不同的性能，一般是不同的性能，一般是表面硬度高表面硬度高，有较高的耐磨，有较高的耐磨性和疲劳强度；而性和疲劳强度；而心部心部要求有较好的要求有较好的塑性和韧性塑性和韧性。钢材热处理工艺 在这种情况下，单从材料选择入手或采用普在这种情况下，单从材料选择入手或采用普通热处理方法，都有不能满足其要求。通热处理方法，都有不能满足其要求。解决这解决这一问题的方法是表面热处理一问题的方法是表面热处理 。表面热处理：表面热处理：只对工件表层进行热处理以改变只对工件表层进行热处理以改变其组织和性能的热处理工艺。其组织

36、和性能的热处理工艺。分类分类：表面淬火表面淬火和和化学热处理化学热处理。表面表面淬火淬火(surface quenching )方法：方法：感应加热表面淬火感应加热表面淬火和和火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火。定义：定义：仅对工件表面进行淬火（仅对工件表面进行淬火（+回火）的热处理工艺回火）的热处理工艺目的目的：使工件表硬心韧。使工件表硬心韧。表面淬火用钢：表面淬火用钢：中碳结构钢（含碳量中碳结构钢（含碳量0.4-0.5）钢材热处理工艺感应加热感应加热表面淬火表面淬火( (induction surface quenching) )基本原理基本原理：感应圈通入交流电：感应圈通入交流电 形成涡流

37、（集肤效应）形成涡流（集肤效应） 表层得表层得A 水冷得水冷得M。分类：分类：高频感应加热高频感应加热： 200300kHz，0.52.5mm；中频感应加热中频感应加热： 0.510kHz，210mm；工频感应加热工频感应加热： 50Hz，1020mm。规律规律：电流频率越大，：电流频率越大， 淬硬层深度越浅。淬硬层深度越浅。钢材热处理工艺火焰加热火焰加热表面淬火表面淬火(flame heating surface quenching)定义：定义：火焰加热表面淬火是应用氧火焰加热表面淬火是应用氧乙炔（或其它可燃气体）火焰，乙炔（或其它可燃气体）火焰，对零件表面加热，然后快速冷却的对零件表面加热

38、，然后快速冷却的淬火，淬火，淬硬层深度一般为淬硬层深度一般为2 26mm6mm。 应用：应用：适用于适用于单件、小批量生产。单件、小批量生产。钢材热处理工艺钢钢的化学热处理（的化学热处理（chemical heat treatment ）定义：定义：将钢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、组织和性能改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。分类：分类：根据渗入的元素渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳（渗碳（carburizing ）、）、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铝渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铝等基本过程：基本过程： 分解分解：使化学介质在加热保温过程中分解出渗入元素的活性原子； 吸收吸收：活性原子被工件表面吸附，形成固溶体或特殊化合物；扩散扩散：渗入原子由工件表层向内扩散，形成具有一定深度的扩散层，即渗层钢材热处理工艺钢钢的渗碳（的渗碳（Carburize of steel）定义：定义：钢件钢件 A状态 使C渗入表层加热富C介质中保温目的目的：提高工件表面的硬度和耐磨性：提高工件表面的硬度和耐磨性渗碳用钢：渗碳用钢：低碳钢或者低碳合金钢，如低碳钢或者低碳合金钢，如20，25介质介质：最常用的气体（煤油、苯等：最常用