第4章_钢的热处理

1、1第第4章章 钢的热处理钢的热处理2本章主要内容：本章主要内容：n概述概述n钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变n钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变n钢的普通热处理工艺钢的普通热处理工艺n钢的表面热处理工艺钢的表面热处理工艺n机械制造过程中的热处理机械制造过程中的热处理34.1 概述概述热处理定义热处理定义将固态金属或合金通过加热、保温和冷却的方式，将固态金属或合金通过加热、保温和冷却的方式，改变改变材料整体或表面的材料整体或表面的组织，从而获得所需性能的组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。一种工艺方法。 热热加加保温保温冷冷 却却点点 只改变组织，不只改变组织，不特特 改变形状和

2、尺寸改变形状和尺寸热处理工艺曲线热处理工艺曲线时间温度临界温度临界温度目的：目的：改善使用和工艺性能改善使用和工艺性能基本过程基本过程前提：前提：固态相变固态相变4根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下：热处理工艺分类如下：其他热处理其他热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理激光热处理激光热处理控制气氛热处理控制气氛热处理表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰加热、电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳、氮化、

3、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等5 钢在加热时，实际转钢在加热时，实际转变温度往往要偏离平衡的变温度往往要偏离平衡的临界温度，冷却时也是如临界温度，冷却时也是如此。随着加热和冷却速度此。随着加热和冷却速度的增加，滞后现象将越加的增加，滞后现象将越加严重。通常把加热时的临严重。通常把加热时的临界温度标以字母界温度标以字母“C”，如，如AC1、AC3、ACcm等；把冷却时等；把冷却时的临界温度标以字母的临界温度标以字母“r”，如，如Ar1、Ar3、Arcm等。等。加热加热和和冷却冷却对临界转变温度的影响对临界转变温度的影响1. 钢的临界转变温度钢的临界转变温度4.2 钢在加

4、热时的转变钢在加热时的转变62. 奥氏体的形成奥氏体的形成加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。织，称奥氏体化。现以现以共析钢共析钢为例说明奥氏体的形成过程为例说明奥氏体的形成过程7奥氏体化也是奥氏体化也是形核形核和和长大长大的过程，分为四步：的过程，分为四步：亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相同相同, , 但必须加热到

5、但必须加热到Ac3（亚共析钢）或（亚共析钢）或Accm（过共（过共析钢）以上时才能获得单一的奥氏体组织。析钢）以上时才能获得单一的奥氏体组织。 8共析钢奥氏体化过程共析钢奥氏体化过程93. 奥氏体晶粒度及影响因素奥氏体晶粒度及影响因素（1）奥氏体晶粒度）奥氏体晶粒度晶粒度：表示晶粒大小的尺度。晶粒度：表示晶粒大小的尺度。起始晶粒度：珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。起始晶粒度：珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。实际晶粒度：在某一具体加热条件下得到的奥氏体晶实际晶粒度：在某一具体加热条件下得到的奥氏体晶 粒的大小。粒的大小。本质晶粒度：反应了奥氏体晶粒长本质晶粒度：反应了奥氏体晶粒长 大的倾向。

6、大的倾向。根据本质晶粒度的大小分为两种钢：根据本质晶粒度的大小分为两种钢：10（2）影响奥氏体晶粒度的因素）影响奥氏体晶粒度的因素a. 加热温度与保温时间加热温度与保温时间加热温度加热温度或保温时间或保温时间A实际晶粒度增大实际晶粒度增大 时间时间晶粒面积晶粒面积/ m2加热温度和保温时间对奥氏体加热温度和保温时间对奥氏体晶粒大小的影响晶粒大小的影响11b. 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。体的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。c. 化学成分化学成分奥氏体中碳含量增高，晶粒长大

7、倾向增大。未溶碳奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增大。未溶碳化物则阻碍晶粒长大。化物则阻碍晶粒长大。 临界值临界值用铝脱氧，或加入用铝脱氧，或加入Nb、Zr、V、Ti等强碳化物或氮等强碳化物或氮化物形成元素，能阻碍晶粒长大。化物形成元素，能阻碍晶粒长大。Al、Ti、Zr、V、W、Mo、Cr、Si、Ni、Cu 强 弱Mn、P使使Fe原子扩散加快，促进了晶粒长大。原子扩散加快，促进了晶粒长大。124.3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变连续冷却连续冷却1. 钢在热处理时的冷却方式钢在热处理时的冷却方式时间温度临界温度临界温度 热热加加保温保温等温冷却等温冷却把加热到奥氏把加热到奥氏体状态的钢，体状

8、态的钢，以不同的冷却以不同的冷却速度连续冷却速度连续冷却到室温。到室温。把加热到奥氏体状把加热到奥氏体状态的钢，快速冷却态的钢，快速冷却到低于到低于A A1 1的某一温度，的某一温度，并等温停留一段时并等温停留一段时间，使奥氏体发生间，使奥氏体发生转变，然后再冷却转变，然后再冷却到室温。到室温。13研究过冷奥氏体冷却转变行为的两个工具研究过冷奥氏体冷却转变行为的两个工具过冷奥氏体等温冷却转变曲线过冷奥氏体等温冷却转变曲线(TTT) C 曲线曲线 过冷奥氏体连续冷却转变曲过冷奥氏体连续冷却转变曲线（线（CCT）处于临界点处于临界点A1以下的奥氏体称以下的奥氏体称过冷奥氏体过冷奥氏体。过冷奥氏体是

9、非。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。142. 过冷奥氏体的过冷奥氏体的等温冷却转变等温冷却转变（1）共析钢）共析钢C曲线的建立曲线的建立采用金相硬度法测定采用金相硬度法测定试样准备试样准备A化化A1 以下某一温度以下某一温度t等温，计时等温，计时，试样急速淬入水，试样急速淬入水金相组织观察和硬度测定金相组织观察和硬度测定同同t，不同，不同，奥氏体的转变量奥氏体的转变量15650600550350A1MSMf

10、时间时间PSTB上上B下下MM+AAPASATAB上上AB下下AM过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A“五线四区三转变五线四区三转变”A向产物向产物转变开始线转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A + 产产 物物 区区产物区产物区A1550；高；高温转变区；扩散温转变区；扩散型转变；型转变；P 转变转变区区。550Ms (230)；中温；中温转变区；半扩转变区；半扩散型转变；散型转变；贝贝氏体氏体( B ) 转变转变区区。Ms Mf (-50)；低温；低温转变区；非转变区；非扩散型转变；扩散型转变；马氏体马氏体 ( M ) 转变区转变区.稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区（2

11、）共析钢）共析钢C曲线的分析曲线的分析16(a) 高温转变区高温转变区：A1和曲线的和曲线的“鼻尖鼻尖” 550之间发生转变之间发生转变(3) 等温冷却转变产物的组织与性能等温冷却转变产物的组织与性能富碳区贫碳区 珠光体珠光体(P)转变转变铁素体和渗碳体片层相间的机械混合物铁素体和渗碳体片层相间的机械混合物 l珠光体转变也是形核和长大的过程。珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，形成程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长

12、大，形成一个珠光体团。一个珠光体团。 S 8000 T 8000 P 380017珠光体转变珠光体转变18(b) 中温转变区中温转变区：曲线的：曲线的“鼻尖鼻尖” 550和和Ms 230之间发生转变之间发生转变贝氏体贝氏体(B)转变转变渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物 组织名称组织名称形成温度形成温度（）显微组织特征显微组织特征硬度硬度（HRCHRC）性能性能上贝氏体上贝氏体350-550350-550铁素体呈平行扁平状，细小渗碳铁素体呈平行扁平状，细小渗碳体条断续分布在铁素体之间，在体条断续分布在铁素体之间，在光学显微镜下呈暗灰色羽

13、毛状特光学显微镜下呈暗灰色羽毛状特征。征。40-4540-45综合性能差（综合性能差（强、强、 塑、塑、韧）韧）下贝氏体下贝氏体230-350230-350铁素体呈针叶状，细小碳化物呈铁素体呈针叶状，细小碳化物呈点状分布在铁素体中，在光学显点状分布在铁素体中，在光学显微镜下呈黑色针叶状特征。微镜下呈黑色针叶状特征。45-5545-55综合性能好综合性能好上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体19上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体贝氏体组织金相图贝氏体组织金相图20(c) 低温转变区低温转变区：Ms 230以下发生转变以下发生转变a 马氏体马氏体(M)转变转变碳溶于碳溶于a a-Fe中所形成的过饱和间隙

14、固溶体中所形成的过饱和间隙固溶体n马氏体具有体心正方晶格（马氏体具有体心正方晶格（a=bc）n轴比轴比c/a 称马氏体的正方度。称马氏体的正方度。nC% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。越高，正方度越大，正方畸变越严重。n当当0.25%C时，时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格，此时马氏体为体心立方晶格.21nb 马氏体的形态马氏体的形态n马氏体的形态分板条和针状两类。马氏体的形态分板条和针状两类。n 板条马氏体板条马氏体 立体形态为细长的扁棒状，在光镜下板条马氏体为一束立体形态为细长的扁棒状，在光镜下板条马氏体为一束束的细条组织。束的细条组织。 C%小于小于0.2%时，组织几乎全部是板

15、条马氏体。时，组织几乎全部是板条马氏体。n 针状马氏体针状马氏体 立体形态为双凸透镜形的片状立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。显微组织为针状。在电镜下，在电镜下，亚结构主要是孪晶亚结构主要是孪晶，又称，又称孪晶马氏体孪晶马氏体。 C%大于大于1.0%C时几乎全部是针时几乎全部是针状马氏体状马氏体22c c 转变的不完全性转变的不完全性 A中的中的C% 则则 Ms、Mf ，残余，残余A含量含量。MsMfWc(%) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700温度温度/l

16、即使冷却到即使冷却到Mf 点，也不可能获得点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥的马氏体，总有部分奥氏体未能转变，而残留下来，称氏体未能转变，而残留下来，称残余奥氏体残余奥氏体，用，用A 或或 表示。表示。含含 碳碳 量量 对对 马马 氏体转氏体转 变变 温温 度度 的的 影响影响含碳含碳 量对残余奥氏体量对残余奥氏体 量的影响量的影响23板状马板状马氏体氏体马氏体变温形成，与马氏体变温形成，与t保保无关；无关；马氏体转变不完全性，钢马氏体转变不完全性，钢中常存在残余中常存在残余A（性能下降）（性能下降）,常要求淬火常要求淬火T接近接近Mf “冷处理冷处理”.马氏体性能与含碳量有关马氏体

17、性能与含碳量有关 非扩散型非扩散型（Fe和和C均均不扩散）不扩散）C在在-Fe中的中的过饱和过饱和固溶体固溶体（bcc）240-50M片（针）片（针）状马氏体状马氏体马马氏氏体体板状：低碳钢中，板状：低碳钢中， F和和 Fe2.4C的复相组织。的复相组织。 片状：高碳钢中，复相组织。片状：高碳钢中，复相组织。F饱和饱和+ Fe2.4C350240B下下下贝氏下贝氏体体羽毛状：在平行密排的过饱和羽毛状：在平行密排的过饱和F板板条间，不均匀分布短杆（片状）条间，不均匀分布短杆（片状）Fe3C ,脆性大，工业上不应用脆性大，工业上不应用半扩散型半扩散型（只有（只有C扩扩散）散）F饱和饱和+ Fe3C

18、550350B上上上贝氏上贝氏体体贝贝氏氏体体间距：间距：0.030.08m，2000 600550T屈氏体屈氏体间距：间距：0.250.08m，1000 650600S索氏体索氏体片层间距：片层间距：0.251.9m，500扩散型扩散型（Fe和和C均均扩散）扩散）F+Fe3CA1650P珠光体珠光体珠珠光光体体 特特 征征转变类型转变类型相组成相组成转变温度转变温度/符符号号组织名称组织名称24 过冷奥氏体连续冷却转变图又过冷奥氏体连续冷却转变图又称称CCT(Continuous-Cooling-Transformation diagram)曲线，是通过测定不同曲线，是通过测定不同冷速下过冷

19、奥氏体的转变量获得的。冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。Vk温度温度A1PfPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷Vk1炉冷炉冷空冷空冷25在连续冷却过程中在连续冷却过程中 TTT 曲线的应用曲线的应用稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMfV1V2 Vk临界临界 冷却速度冷却速度V3V1 = 5.5/s :炉冷炉冷 ; PV2 = 20/s :空冷空冷 ; SV3 = 33/s :油冷油冷;T+M+A残残V4 138/s :水冷水冷 ; M+A残残26毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械

20、加机械加工工 最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加工预备热处理预备热处理 : 退火退火 正火正火最终热处理最终热处理 : 淬火淬火 回火回火一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线:271、定义、定义: 把钢件加温到把钢件加温到临界温度以上临界温度以上 3050,保温一段时间，然后保温一段时间，然后 随炉缓慢冷却随炉缓慢冷却下来。下来。 2、目的、目的: 消除应力消除应力;降低硬度降低硬度;细化晶细化晶 粒粒;均匀成分均匀成分;为最终热处理为最终热处理 作好组织准备。作好组织准备。 4.4.1 钢的退火钢的退火 (Annealing)283、 分类分类29钢的退火加热温度范围钢的退火加

21、热温度范围30l将钢加热到将钢加热到Ac3+3050，保温一段时间后随保温一段时间后随炉缓冷的退火工艺。炉缓冷的退火工艺。主要用于亚共析钢和合金主要用于亚共析钢和合金钢的铸、锻、及热轧型材，也可以用于焊件。钢的铸、锻、及热轧型材，也可以用于焊件。(1) 完全退火完全退火细化晶粒，消除应力和组织缺陷，细化晶粒，消除应力和组织缺陷，硬度，硬度，塑性。塑性。31l将钢加热到将钢加热到Ac1+2030，保温保温足够时间后随炉缓冷或采用等足够时间后随炉缓冷或采用等温退火的冷却方式。温退火的冷却方式。主要适用主要适用于过共析钢及合金工具钢，如于过共析钢及合金工具钢，如刀具、模具、量具等，目的是刀具、模具、

22、量具等，目的是为了获取球状珠光体，降低这为了获取球状珠光体，降低这些高碳钢的硬度，以利于切削。些高碳钢的硬度，以利于切削。所有的高碳钢在切削之前一般所有的高碳钢在切削之前一般都要进行球化退火。都要进行球化退火。32n去应力退火又称低温退火或高温回火；去应力退火又称低温退火或高温回火；n把钢件加热到把钢件加热到Ac1以下，一般以下，一般500650随炉冷却至随炉冷却至300200出炉；出炉；n目的：消除残余应力，防止零件变形或开目的：消除残余应力，防止零件变形或开裂，保证精度。裂，保证精度。33名称名称目的目的工艺制度工艺制度组织组织应用应用完全完全退火退火细化晶粒，消除铸细化晶粒，消除铸造偏析

23、，降低硬度，造偏析，降低硬度，提高塑性提高塑性加热到加热到AC32050，炉冷至，炉冷至550 左右空冷左右空冷 FP亚共析钢的亚共析钢的铸、锻、轧铸、锻、轧件，焊接件件，焊接件球化球化退火退火降低硬度，改善切降低硬度，改善切削性能，提高塑性削性能，提高塑性韧性，为淬火作组韧性，为淬火作组织准备织准备加热到加热到AC12040，然后缓冷，然后缓冷片状珠光体和片状珠光体和网状渗碳体组网状渗碳体组织转变为球状织转变为球状共析、过共共析、过共析钢及合金析钢及合金钢的锻件、钢的锻件、轧件等轧件等扩散扩散退火退火改善或消除枝晶偏改善或消除枝晶偏析，使成分均匀化析，使成分均匀化加热到加热到Tm-10020

24、0 ，先缓冷，先缓冷，后空冷后空冷粗大组织（组粗大组织（组织严重过烧）织严重过烧）合金钢铸锭合金钢铸锭及大型铸钢及大型铸钢件或铸件件或铸件再结晶再结晶退火退火消除加工硬化，提消除加工硬化，提高塑性高塑性加热到再结晶加热到再结晶温度，再空冷温度，再空冷变形晶粒变成变形晶粒变成细小的等轴晶细小的等轴晶冷变形加工冷变形加工的制品的制品去应力去应力退火退火消除残余应力，提消除残余应力，提高尺寸稳定性高尺寸稳定性加热到加热到500650 缓冷至缓冷至200 空冷空冷无变化无变化铸、锻、焊、铸、锻、焊、冷压件及机冷压件及机加工件加工件常用退火工艺小结常用退火工艺小结34 (Normalizing) 正火正

25、火是将亚共析钢加热到是将亚共析钢加热到Ac3+3050，共析钢加热，共析钢加热到到Ac1+3050，过共析钢加热，过共析钢加热到到Accm+30 50保保温后空冷的工艺。温后空冷的工艺。正火温度正火温度 正火的目的正火的目的n 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。目的与退火的相同。n 对于过共析钢，用于消除网对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。织准备。35n 淬火淬火是将钢加热到是将钢加热到Ac1 (过共析钢过共析钢)或或Ac3 (亚共亚共析钢析钢)以上以上3050，适当保温，然后以大于临，适当保温，然后以大于临界冷

26、却速度界冷却速度Vk快速冷却的热处理操作。快速冷却的热处理操作。实质实质是使加热到奥氏体状态的钢发生马氏体转变是使加热到奥氏体状态的钢发生马氏体转变。n 淬火是一种很早就应用的热处理工艺，它的淬火是一种很早就应用的热处理工艺，它的目的是获得马氏体或下贝氏体，但主要是马目的是获得马氏体或下贝氏体，但主要是马氏体。从性能上看，它是为了强化材料，提氏体。从性能上看，它是为了强化材料，提高材料的强度或硬度。高材料的强度或硬度。36 淬火加热温度的选择应以淬火加热温度的选择应以得到细而均匀的奥氏体晶粒得到细而均匀的奥氏体晶粒为原则，以便冷却后获得细为原则，以便冷却后获得细小的马氏体组织。小的马氏体组织。

27、亚共析钢亚共析钢的淬火加热温度通常为的淬火加热温度通常为Ac3以以上上3050；共析钢和过共；共析钢和过共析钢的淬火加热温度通常为析钢的淬火加热温度通常为Ac1以上以上3050。 37淬火冷却介质选择的原则淬火冷却介质选择的原则：(a) 为保证获得马氏体组织，要求为保证获得马氏体组织，要求V冷却冷却V临界临界；(b) 为保证零件不因淬火应力而开裂，要求为保证零件不因淬火应力而开裂，要求V冷却冷却不应太不应太 大，应该选择合适的冷却介质。大，应该选择合适的冷却介质。水水： 主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。油油： 一般用作合金钢和某些小型复杂

28、碳素钢件的淬火。一般用作合金钢和某些小型复杂碳素钢件的淬火。盐浴盐浴：为了减少零件淬火时的变形，盐浴也常用作淬火为了减少零件淬火时的变形，盐浴也常用作淬火 介质，主要用于分级淬火和等温淬火。介质，主要用于分级淬火和等温淬火。38n 水水是最普通、最常用的淬火介质。是最普通、最常用的淬火介质。n在在650500冷速大，但在冷速大，但在320 200冷速也大。冷速也大。含盐水溶液是水的改进，和水性能类似。含盐水溶液是水的改进，和水性能类似。但淬火后表面硬度高、性能均匀、但淬火后表面硬度高、性能均匀、 表面光滑。表面光滑。油是另一种特别通用的淬火介质。油是另一种特别通用的淬火介质。在在650500冷

29、速小，但在冷速小，但在320200冷速也小。冷速也小。39abcd温度温度时间时间PBMsAA1Mf40l回火回火是指将淬火钢加热到是指将淬火钢加热到Ac1以下的某温度保温以下的某温度保温后冷却到室温的热处理工艺。后冷却到室温的热处理工艺。1、减少或消除淬火内应力、减少或消除淬火内应力，防止变形，防止变形或开裂。或开裂。41 2、获得所需要的力学性能。、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。脆性大，回火可调整硬度、韧性。3、稳定尺寸。、稳定尺寸。淬火淬火M和和A都是非平衡组织，有自都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使发向平衡组织

30、转变的倾向。回火可使M与与A转变转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在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。放置使用过程中易变形或开裂。钢经淬火后应钢经淬火后应立即进行回火。立即进行回火。42n马氏体分解（马氏体分解（100350） 马氏体中的过饱和碳原子析出，形成碳化物马氏体中的过饱和碳原子析出，形成碳化物e e-Fe2.4C，得到回火马氏，得到回火马氏体组织。体组织。 回火回火Mn残余奥氏体的分解（残余奥氏体的分解（200300）q马氏体继续分解，同时残余奥氏体转变为过饱和固

31、溶体与碳化物，马氏体继续分解，同时残余奥氏体转变为过饱和固溶体与碳化物，得到回火马氏体组织。得到回火马氏体组织。n回火托氏体的形成（回火托氏体的形成（250400）q马氏体继续分解，碳原子继续析出使过饱和马氏体继续分解，碳原子继续析出使过饱和固溶体转变为铁素固溶体转变为铁素体；回火马氏体中的体；回火马氏体中的e e-Fe2.4C 转变为稳定的粒状渗碳体，得到铁素转变为稳定的粒状渗碳体，得到铁素体和极细渗碳体的机械混合物，即回火托氏体。体和极细渗碳体的机械混合物，即回火托氏体。 回火回火Tn渗碳体的聚集长大和渗碳体的聚集长大和a a相再结晶（相再结晶（400）q碳化物聚集长大，温度越高碳化物越大

32、，得到粒状碳化物与铁素碳化物聚集长大，温度越高碳化物越大，得到粒状碳化物与铁素体的机械混合物，即回火索氏体。体的机械混合物，即回火索氏体。 回火回火S43随回火温度的升高，随回火温度的升高，钢的强度硬度钢的强度硬度，塑性韧性塑性韧性44454.6.4 回火脆性回火脆性 需要指出，有些钢在需要指出，有些钢在250350和和470650的范围内回火时，其的范围内回火时，其冲击韧性比在较低温度回火时还显冲击韧性比在较低温度回火时还显著下降，这种脆化现象称为著下降，这种脆化现象称为回火脆回火脆性性。在。在250400回火时出现的脆回火时出现的脆性称为性称为低温回火脆性低温回火脆性，又叫，又叫第一类回火

33、脆性第一类回火脆性；而在；而在450650温度范围内回火时出现温度范围内回火时出现的脆性称为的脆性称为高温回火脆性高温回火脆性，也叫，也叫第二类回火脆性第二类回火脆性。 为防止低温回火脆性，通常的办法是为防止低温回火脆性，通常的办法是避免在脆化温度范避免在脆化温度范围内回火围内回火。防止高温回火脆性的方法是。防止高温回火脆性的方法是加热后快冷加热后快冷。 464.7 淬火钢的三大特性淬火钢的三大特性淬透性淬透性、淬硬性淬硬性和和回火稳定性回火稳定性是淬火钢非常重是淬火钢非常重要的三大特性。要的三大特性。淬硬性：淬硬性：指钢在淬火后能达到最高硬度的能力。它主要取决于钢的含碳量。4.7.1 钢的淬

34、硬性钢的淬硬性4.7.2 钢的淬透性钢的淬透性淬透性：淬透性：是指钢在淬火时所能得到的淬硬层 (马氏体组织占50%处)深度的能力，是钢材本身固有的属性。 47冷却速度与工件淬硬深度的关系冷却速度与工件淬硬深度的关系 4.7.3 钢的回火稳定性钢的回火稳定性回火稳定性：回火稳定性：是指钢在淬火后的回火过程中抵抗强度、硬度下降的能力。 484.8 钢的表面热处理钢的表面热处理工艺的核心工艺的核心：使零件具有：使零件具有“外硬内韧外硬内韧” 的力学性能，即工件表面硬而耐磨损，心部的力学性能，即工件表面硬而耐磨损，心部韧而抗冲击。韧而抗冲击。表面热处理表面热处理：是指仅改变工件表面层组织或同时改变表面

35、层化学成分的一种热处理方法。 常用的表面热处理有常用的表面热处理有表面淬火和化学热处理表面淬火和化学热处理。 4.8.1 钢的表面淬火钢的表面淬火通过快速加热使钢的表层奥氏体化，然后急冷，使表层通过快速加热使钢的表层奥氏体化，然后急冷，使表层形成马氏体组织，而心部仍保持原始组织不变。形成马氏体组织，而心部仍保持原始组织不变。 常用的表面淬火方法有常用的表面淬火方法有火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火和电接触加热表面淬火和电接触加热表面淬火。 49火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是用乙炔氧或煤气氧等火焰快是用乙炔氧或煤气氧等火焰快速加热工件表面，当表面达到淬火温

36、度后，立即喷水速加热工件表面，当表面达到淬火温度后，立即喷水冷却的一种方法。冷却的一种方法。 1、火焰加热表面淬火、火焰加热表面淬火淬硬层深度：淬硬层深度：26mm 火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图 优点优点：方法简便；无需特殊设备；适用于单件、小批量生产零件；缺点缺点：需要操作熟练，否则造成质量不稳定 。 应用应用：轧钢机齿轮、轧辊、矿山机械齿轮、轴、机床导轨、齿轮等。 502、感应加热表面淬火、感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火是利用感应电流使零件快速加热到是利用感应电流使零件快速加热到淬火温度，然后用水冷却的一种淬火方法。淬火温度，然后用水冷却的一种淬火方法。

37、感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火示意图 高频感应加热（高频感应加热（1001000 kHZ） 12mm中频感应加热（中频感应加热（0.510 kHZ） 35mm工频感应加热（工频感应加热（50HZ） 1015mm优点优点：淬火质量好，表层组织细、硬度：淬火质量好，表层组织细、硬度高、脆性小、生产效率高、便于自动化高、脆性小、生产效率高、便于自动化缺点缺点：设备昂贵，劳动条件差。：设备昂贵，劳动条件差。 513、电接触加热表面淬火、电接触加热表面淬火电接触加热表面淬火电接触加热表面淬火是利用滚轮或其他接触器和工件是利用滚轮或其他接触器和工件间的接触电阻通以低电压的大电流，使工件表面迅速间的

38、接触电阻通以低电压的大电流，使工件表面迅速加热奥氏体化，滚轮移去后靠自身未加热部分的热传加热奥氏体化，滚轮移去后靠自身未加热部分的热传导达到激冷淬火导达到激冷淬火(不需回火不需回火) 。 优点优点：设备及工艺费用低，操作方便，工件变形小，能显著提：设备及工艺费用低，操作方便，工件变形小，能显著提高工件的耐磨性及抗擦伤能力高工件的耐磨性及抗擦伤能力缺点缺点：硬化层较薄：硬化层较薄(0.150.30mm)，组织与硬度的均匀性差，形，组织与硬度的均匀性差，形状复杂的工件不宜采用。状复杂的工件不宜采用。 524.8.2 钢的化学热处理钢的化学热处理化学热处理化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中是

39、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面，改变其化学保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。处理过程。 种类：种类：渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等。 作用：作用：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性能以及疲劳强度等。能以及疲劳强度等。 531、渗碳、渗碳渗碳渗碳是将钢件在渗碳剂中加热到高温是将钢件在渗碳剂中加热到高温(900950 )，保温，保温促使碳原子渗入钢件表层，以获得高碳的表面组织。促使碳原子渗入钢件表层，以获得高碳的表面组织。 目的目的: 获得具有获得具有“表硬里韧表硬里韧”性能的零件。用于承受大性能的零件。用于承受大的交变接触应力、严重磨损和较大冲击载荷的零件，的交变接触应力、严重磨损和较大冲击载荷的零件，例如各种齿轮、活塞销、套筒等。例如各种齿轮、活塞销、套筒等。用钢用钢: 低碳钢和低碳合金钢。低碳钢和低碳合金钢。 方法方法: 固体、气体、液体渗碳。固体、气体、液体渗碳。 54气体渗碳方法气体渗碳方法: 是把钢件置于密封的加热炉是把钢件置于密封的加热炉(一般为井一般为井式渗碳炉式渗碳炉)中加热，并滴入