汽车材料钢的热处理

1、 钢的热处理钢的热处理 1 1、了解钢在加热和冷却的组织转变。、了解钢在加热和冷却的组织转变。 2 2、了解冷却转变后产物的组织和性能。、了解冷却转变后产物的组织和性能。 3 3、掌握退火、正火、淬火、回火、表面、掌握退火、正火、淬火、回火、表面热处理的工艺特点热处理的工艺特点热处理是一种重要的加工工艺，热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用在制造业被广泛应用。在机床制造中约在机床制造中约60-70%60-70%的零件要经过热处理。的零件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%70-80%。至于模具、滚动轴承则要至于模具、滚

2、动轴承则要100%100%经过热处理。经过热处理。总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。 2 2、热处理特点、热处理特点：热处理热处理区别于其他加工工艺如区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。来改变性能，而不改变其形状。 铸造铸造轧制轧制 钢的热处理钢的热处理 材料的性能可以通过下面方法得以改善材料的性能可以通过下面方法得以改善 1.改变含碳量 2. 对材料进行后续处理热处理 3. 在钢铁的冶炼过程中，加入所需的合金元素 钢的热处理是指将钢在固

3、态下进行加热、保温和冷钢的热处理是指将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。艺方法。热处理的定义热处理的定义: :时间温度温度 热热加加保温保温冷冷 却却箱式电阻炉台车式电阻炉 钢的临界点：理论温度线：理论温度线：实际加热温度线：实际加热温度线：实际冷却温度线：实际冷却温度线：A1、 A3、 AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm 碳钢的室温组织基本上是铁素体和渗碳体组成。碳钢的室温组织基本上是铁素体和渗碳体组成。只有加热到奥氏体状态才能通过不通过的冷却方式使只有加热到奥氏体状态才能通

4、过不通过的冷却方式使刚转变为不同组织，获得所需要的性能。刚转变为不同组织，获得所需要的性能。 加热是热处理的第一道工序，在临界点以上加热加热是热处理的第一道工序，在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称为，目的是获得均匀的奥氏体组织，称为奥氏体化。奥氏体化。 以共析钢的奥氏体形成过程为例以共析钢的奥氏体形成过程为例 (遵循形核和长大）1、奥氏体的形成一、一、 钢在加热时的转变钢在加热时的转变第一步：奥氏体晶核形成：（首先在F与Fe3c相界形核。）第二步：奥氏体晶核长大：第三步：残余Fe3c溶解。（铁素体在成分、结构上比Fe3c更接近于奥氏体，因而Fe3c先消失，而残余Fe3c随保温时间

5、延长不断溶解直至消失。）第四步：奥氏体均匀化。（Fe3c溶解后，其所在部位含碳量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。）2 2、影响奥氏体晶粒长大的因素、影响奥氏体晶粒长大的因素 加热温度和保温时间：加热温度和保温时间： 加热温度高、晶粒长大越快，晶粒粗大。加热温度高、晶粒长大越快，晶粒粗大。 当加热温度一定时，随着保温时间延长，晶粒不断长大，当加热温度一定时，随着保温时间延长，晶粒不断长大，但长大缓慢，不会无限长大。但长大缓慢，不会无限长大。 加热速度加热速度：加热速度越快，形核率越高，时间短，晶粒越细。加热速度越快，形核率越高，时间短，晶粒越细。（3 3）钢的成分）钢的成分：两种冷却

6、方式示意两种冷却方式示意图图1等温冷却等温冷却2连续冷却连续冷却 热处理中对钢进行加热和保温的主要目的是为了使钢获得细小热处理中对钢进行加热和保温的主要目的是为了使钢获得细小而均匀的奥氏体晶粒，以什么方式和速度冷却，将对钢的组织和性而均匀的奥氏体晶粒，以什么方式和速度冷却，将对钢的组织和性能有着决定性的作用。能有着决定性的作用。一、冷却时的组织转变一、冷却时的组织转变 等温冷却：等温冷却： 奥氏体化的钢先以较快的冷却速度冷却到相变点（A1线）以下一定的温度，这时的奥氏体尚未转变，但成为过冷奥氏体化。（等温退火、等温淬火) 连续冷却：连续冷却： 温度连续下降过程中发生组织的转变。(水、油、空冷）

7、二、过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能二、过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 随过冷度不同，过冷奥氏体将发生随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转珠光体转变、贝氏体转变和马氏体变和马氏体转变转变三种类型转变。三种类型转变。 以共析钢为例说明：以共析钢为例说明： 过冷奥氏体的高温转变（过冷奥氏体的高温转变（珠光体转变）珠光体转变）1 1、珠光体的组织形态及性能、珠光体的组织形态及性能 过冷奥氏体在过冷奥氏体在A A1 1到到550550间将转变为珠光体类型组织间将转变为珠光体类型组织，它，它是是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物，根据片层厚薄不，根据

8、片层厚薄不同，又细分为珠光体、索氏体和托氏体。同，又细分为珠光体、索氏体和托氏体。珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌 珠光体：珠光体： 形成温度为形成温度为A A1 1-650-650，片层较厚，片层较厚，500500倍光镜下倍光镜下可辨，用符号可辨，用符号P P表示。表示。光镜形貌电镜形貌 索氏体索氏体 形成温度为形成温度为650-600650-600，片层较薄，片层较薄，800-1000800-1000倍光倍光镜下可辨，用符号镜下可辨，用符号S S 表示。表示。 托氏体托氏体形成温度为形成温度为600-550600-550，片层极薄，电镜下可辨，用

9、，片层极薄，电镜下可辨，用符号符号T T 表示。表示。电镜形貌光镜形貌珠光体、索氏体、托氏体珠光体、索氏体、托氏体三种组织无本质区别，三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分只是形态上的粗细之分。 贝氏体转变贝氏体转变 1 1、贝氏体的组织形态及性、贝氏体的组织形态及性能能 过 冷 奥 氏 体 在过 冷 奥 氏 体 在 5 5 0 - 5 5 0 - 230230 间将转变为贝氏体类型间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号组织，贝氏体用符号B B表示。表示。 根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，贝贝氏体氏体又分为又分为上贝氏体上贝氏体( (B B上上) )和和下下贝氏体贝氏体（B B下下）

10、。）。上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体 上贝氏体上贝氏体 形成温度为形成温度为550-350550-350。 在光镜下呈在光镜下呈羽毛状。羽毛状。 光镜下光镜下电镜下电镜下 下贝氏体下贝氏体 形成温度为形成温度为350- 350- 230 230 在光镜下呈在光镜下呈竹叶状。竹叶状。 光镜下光镜下电镜下电镜下上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体贝氏体组织的透射电镜形貌贝氏体组织的透射电镜形貌f上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。f下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上

11、常用的强化组即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。织之一。 马氏体转变马氏体转变马氏体转变是强化钢的重要途径之一。马氏体转变是强化钢的重要途径之一。1 1、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构碳在碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体称中的过饱和固溶体称马氏体马氏体, ,用符号用符号M M 表示。表示。马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。马氏体组织马氏体组织钢的热处理工艺钢的热处理工艺钢的普通热处理：退火、正火、淬火和回钢的普通热处理：退火、正火、淬火和回火火钢的表面热处理钢的表面热处理表面淬火：表面淬火：感应加热感应加热、火焰加

12、热、火焰加热表面化学热处理：表面化学热处理：渗碳渗碳、渗氮、渗氮、碳氮共渗等碳氮共渗等 钢的普通热处理钢的普通热处理重要零部件重要零部件:铸造铸造(或锻造或锻造)退火退火(或正火或正火)粗加工粗加工淬火淬火回火回火精加工精加工成品成品退火与正火冷却速度较慢，退火与正火冷却速度较慢，主要用来改善材料工艺性能，主要用来改善材料工艺性能，消除残余应力、改善组织、消除残余应力、改善组织、调整硬度、改善切削性能等调整硬度、改善切削性能等等等预备热处理预备热处理获得优异的综合力学性获得优异的综合力学性能能最终热处理最终热处理三、钢的退火三、钢的退火 将退火是将钢件加热到高于或低于钢的相变将退火是将钢件加热

13、到高于或低于钢的相变点适当温度，保温一定时间，随后在炉中或埋入点适当温度，保温一定时间，随后在炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平衡导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的一种太热处理工艺。状态组织的一种太热处理工艺。 根据目的和要求不同，又可以分为根据目的和要求不同，又可以分为完全退火、完全退火、球化退火和去应力退火球化退火和去应力退火。 1、完全退火：、完全退火：A）工艺：）工艺： Ac3以上以上（3050），保温后随炉或埋入），保温后随炉或埋入石灰缓慢冷却，至石灰缓慢冷却，至500 以下后在空气中继续冷却以下后在空气中继续冷却 。B）目的：）目的： 使热加工过程

14、中的造成的粗大晶粒细化，使热加工过程中的造成的粗大晶粒细化，不均匀组织均匀化，或使中碳以上的碳钢及合金钢不均匀组织均匀化，或使中碳以上的碳钢及合金钢降低硬度，改善切削加工性能。同时消除残余应力。降低硬度，改善切削加工性能。同时消除残余应力。2、球化退火：、球化退火：A）工艺：）工艺： Ac1以上以上（2030），保温后随炉缓冷至），保温后随炉缓冷至600 以下出炉空冷以下出炉空冷 。B）目的：）目的：降低硬度，提高韧性，改善切削加工性能，降低硬度，提高韧性，改善切削加工性能，并为后续的淬火做好组织准备。并为后续的淬火做好组织准备。4、去应力退火：、去应力退火：A）工艺：）工艺： A1以下某一温

15、度（以下某一温度（500650 ），保温后），保温后随炉缓冷至随炉缓冷至200 以下出炉空冷以下出炉空冷 。B）特点：）特点：低温退火，无组织变化低温退火，无组织变化C）目的：）目的： 消除铸、锻、焊件等的残余应力消除铸、锻、焊件等的残余应力,减少变形，减少变形，稳定尺寸稳定尺寸三、钢的正火三、钢的正火将钢件加热至（将钢件加热至（ Ac3、Ac1 以上），保温后出炉以上），保温后出炉空冷的热处理工艺。空冷的热处理工艺。A）工艺：）工艺： Ac3、Ac1 以上（以上（3050），空冷），空冷 。B）特点：）特点：冷却速度快，组织较细，钢的强度和硬度冷却速度快，组织较细，钢的强度和硬度有所提高。有

16、所提高。C）目的：）目的： （1） 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相，目的与退火的相同。同。 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。球化退火作组织准备。 普通件最终热处理。普通件最终热处理。与退火相比具有以下特点：与退火相比具有以下特点： 1）由于冷却速度较退火快，所得组织比退火时要细；）由于冷却速度较退火快，所得组织比退火时要细； 2）正火后的零件的强度和硬度比退火时高，且含碳量越）正火后的零件的强度和硬度比退火时高，且含碳量越高，差别越大；高，差别越大； 3）低碳钢经正火处理后的强度与硬度，与退火处理的

17、差）低碳钢经正火处理后的强度与硬度，与退火处理的差别不多，但正火处理是在炉外进行，不占用设备，生产率别不多，但正火处理是在炉外进行，不占用设备，生产率高，所以低碳钢多采用正火代替退火处理。高，所以低碳钢多采用正火代替退火处理。三、钢的淬火三、钢的淬火 淬火淬火是将钢加热到临界点以上，保温后，使奥氏体是将钢加热到临界点以上，保温后，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。转变为马氏体的热处理工艺。淬火是应用最广的热淬火是应用最广的热处理工艺之一。处理工艺之一。淬火的目的：淬火的目的： 获得马氏体组织，提高钢的性能。获得马氏体组织，提高钢的性能。1.钢的淬火材料钢的淬火材料A水：冷却速度快，但容易造成组

18、织应力，导致工件变水：冷却速度快，但容易造成组织应力，导致工件变形、开裂。一般碳素钢多采用水做冷却液。形、开裂。一般碳素钢多采用水做冷却液。油：冷却速度慢，合金钢多采用。油：冷却速度慢，合金钢多采用。2.淬透性的应用 （1 1）对于截面承载均匀的重要件，要全部淬透。如螺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。栓、连杆、模具等。 （2 2）对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透（淬硬层深度一般为对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透（淬硬层深度一般为半径的半径的1/21/31/21/3），如轴类、齿轮等。），如轴类、齿轮等。 淬硬层深度与工件尺寸有关，设计时应注意尺寸效应淬硬层深度

19、与工件尺寸有关，设计时应注意尺寸效应。 高强螺栓高强螺栓柴油机连杆柴油机连杆齿轮齿轮三、钢的回火三、钢的回火 钢的回火就是将钢的回火就是将淬火淬火后的钢重新加热到后的钢重新加热到Ac1点以下的某一温度，保温一段时间，然后冷却点以下的某一温度，保温一段时间，然后冷却到室温的热处理工艺。（基本所有淬火零件都到室温的热处理工艺。（基本所有淬火零件都需要回火处理）需要回火处理）1.工艺：工艺：A1以下某一温度（以下某一温度（150650 ），保温后出），保温后出炉空冷炉空冷 。2.目的：目的：（1）降低或消除淬火应力，减小变形，防止开裂；）降低或消除淬火应力，减小变形，防止开裂；（2）通过不同的回火温度来调整硬度，减小脆性；）通过不同的回火温度来调整硬度，减小脆性；（3）使淬火组织稳定化，避免工件在使用过程中发生）使淬火组织稳定化，避免工件在使用过程中发生尺寸和形状的变化。尺寸和形状的变化。 通常把淬火加高温回火的热处理工艺称作通常把淬火加高温回火的热处理工艺称作“调质调质处理处理”，简称，简称“调质调质”。l调质广泛用于连杆、调质广泛用于连