河北工业大学金属材料学课件

1、 第二章第二章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺一、钢的退火一、钢的退火- 钢的退火：钢的退火：将钢加热到临界温度（将钢加热到临界温度（A Ac1c1或或A Ac3c3）以上或以）以上或以 下，保温一定的时间，炉冷至下，保温一定的时间，炉冷至600600后空冷。后空冷。 1.1.细化晶粒细化晶粒 2.HB2.HB以利于切削加工或冷变形加工。以利于切削加工或冷变形加工。3.3.消除内应力，防止淬火变形与开裂。消除内应力，防止淬火变形与开裂。（一）退火的目的（一）退火的目的（二）退火种类及应用（二）退火种类及应用 （高速钢的等温及普通球化退火高速钢的等温及普通球化退火 T8T8钢等温球化退火组织钢等温

2、球化退火组织球化退火工艺过程球化退火工艺过程4.去应力退火去应力退火 (1) 目的：消除铸、焊件内应力，稳定尺寸。目的：消除铸、焊件内应力，稳定尺寸。(2) 适用钢种：适用钢种： 高合金工具钢高合金工具钢: 600750;碳素钢碳素钢:550 650 铸铁铸铁:500 550 :焊接件焊接件:500 600 弹簧弹簧:200 300 以上温度保温后缓冷至以上温度保温后缓冷至200后空冷。后空冷。 二二. .钢的正火钢的正火(1)(1)细化晶粒。细化晶粒。 (2)HB(2)HB以利切削（如：以利切削（如：2020、3535、4545钢）。钢）。(3)(3)消除过共析钢的消除过共析钢的FeFe3

3、3C C网，如：网，如：T12T12钢退火组织中的钢退火组织中的 FeFe3 3C C网网( (连续网连续网).).为了提高切削加工性能正火候要为了提高切削加工性能正火候要 进行球化退火以得到球状进行球化退火以得到球状P P。2. 正火工艺正火工艺例题：例题：1.1.为改善切削加工性，为改善切削加工性，3030钢应采用（钢应采用（ ）。）。 (A)(A)正火；正火； (B)(B)球化退火；球化退火； (C)(C)完全退火；完全退火； (D)(D)回火。回火。2.2.为改善为改善T12T12钢的切削加工性应采用（钢的切削加工性应采用（ ）。）。 (A)(A)正火；正火； (B)(B)球化退火；球

4、化退火； (C)(C)完全退火；完全退火； (D)(D)回火。回火。3.3.经冷轧后的经冷轧后的1515钢钢板，要求降低硬度应采用（钢钢板，要求降低硬度应采用（ ） (A)(A)球化退火；球化退火； (B)(B)完全退火；完全退火； (C)(C)正火；正火； (D)(D)扩散退火。扩散退火。4.4.具有网状具有网状FeFe3 3C C的的T12T12钢钢坯，要求改善切削加工性钢钢坯，要求改善切削加工性 并为淬火做组织准备应采用（并为淬火做组织准备应采用（ ）。）。 (A)(A)完全退火；完全退火； (B)(B)球化退火；球化退火； (C)正火；正火； (D)去应力退火。去应力退火。5.455.

5、45钢正火得到（钢正火得到（ ）组织。）组织。 (A)(A)马氏体；马氏体； (B)(B)索氏体索氏体+ +少量铁素体；少量铁素体； (C)(C)珠光体珠光体+ +铁素体；铁素体；(D)(D)屈氏体屈氏体+ +少量少量铁素体。铁素体。6.6.45钢退火得到（钢退火得到（ ）组织。）组织。 (A)(A)索氏体索氏体+ +铁素体；铁素体； (B)(B)珠光体珠光体+ +铁素体；铁素体； (C)(C)屈氏体屈氏体+ +铁素体；铁素体； (D)(D)马氏体。马氏体。7.T127.T12钢正火得到（钢正火得到（ ）组织。）组织。 (A)(A)马氏体；马氏体； (B)(B)珠光体珠光体+ Fe+ Fe3

6、3C C网；网； (C)(C)细片状珠光体；细片状珠光体； (D)(D)屈氏体屈氏体+ +少量少量FeFe3 3C C。8.T128.T12钢完全退火得到（钢完全退火得到（ ）组织。）组织。 (A)(A)层片状珠光体层片状珠光体+ Fe+ Fe3 3C C网；网；(B)(B)粒状珠光体；粒状珠光体； (C)(C)细片状珠光体；细片状珠光体； (D)(D)屈氏体屈氏体+ Fe+ Fe3 3C C。 2 22 2 钢的淬火与回火钢的淬火与回火一一.钢的淬火钢的淬火 （二）淬火温度的选择（二）淬火温度的选择 ( (三）三）淬火冷却介质淬火冷却介质1.1.理想冷却速度：理想冷却速度： 1 1）在）在A

7、 AC1C1650650之间慢冷，以之间慢冷，以 热应力；热应力； 2 2）在）在650650300300之间快冷，之间快冷， c ； 3 3）在）在300 300 以下慢冷，以以下慢冷，以组织组织 应力。应力。 理想冷却速度理想冷却速度2. 2. 常用淬火介质介绍常用淬火介质介绍（3 3）油）油- -机油，柴油等，机油，柴油等，40408080（四）常用淬火方法（四）常用淬火方法1.单液淬火单液淬火-v1 指在一种淬火介质中冷却到底的工艺。单液淬火组织指在一种淬火介质中冷却到底的工艺。单液淬火组织应力、热应力都较大，淬火变形较大。应力、热应力都较大，淬火变形较大。1-1-单液淬火单液淬火 2

8、-2-双液淬火双液淬火3-3-分级淬火分级淬火 4-4-等温淬火等温淬火2.2.双液淬火双液淬火- - v2 3.3.分级淬火分级淬火 v3 将工件取出后在某一温度停留将工件取出后在某一温度停留（C C曲线中孕育区较长的温度）曲线中孕育区较长的温度）使工件内外温度一致，然后空使工件内外温度一致，然后空冷的工艺。分级淬火是在空冷冷的工艺。分级淬火是在空冷中发生中发生M M相变的，内应力小。相变的，内应力小。 4. 等温淬火等温淬火 v v4 4单液淬火应力单液淬火应力 双液淬火双液淬火 分级淬火分级淬火 等温淬火等温淬火（五）钢的淬透性与淬硬性（五）钢的淬透性与淬硬性 钢的淬透性主要取决于钢的临

9、界淬火速度大钢的淬透性主要取决于钢的临界淬火速度大 小，与工件尺寸、淬火介质无关小，与工件尺寸、淬火介质无关 。 钢的临界淬火速度越小，钢的临界淬火速度越小，C曲线越靠右，钢的曲线越靠右，钢的 淬透性越好。淬透性越好。 5.淬透性的实际应用淬透性的实际应用大截面零件或动载荷下工作应选高淬透性钢大截面零件或动载荷下工作应选高淬透性钢 形状复杂的或形状简单且尺寸较大的零件应形状复杂的或形状简单且尺寸较大的零件应 选高淬透性钢。选高淬透性钢。 焊接零件应选低淬透性钢。焊接零件应选低淬透性钢。 工件截面的冷却速度工件截面的冷却速度 二二. .钢的回火钢的回火( (一一) )回火工艺回火工艺回火时间一般

10、为回火时间一般为1.51.52 2小时。小时。回火后一般空冷，有第二类回火脆回火后一般空冷，有第二类回火脆性的钢回火后水冷。性的钢回火后水冷。 回火温度与回火回火温度与回火 时间的关系曲线时间的关系曲线 ( (二二) )回火种类回火种类回火针片状马氏体回火针片状马氏体回火隐晶马氏体回火隐晶马氏体组组 织：织： 回火屈氏体（回火屈氏体（T T回回）即）即(F(F), ), Fe Fe3 3C,C,金相形态：金相形态：呈微细粒状弥散分布在呈微细粒状弥散分布在F F基体上基体上性性 能：高弹性极限及屈服极限，一定的能：高弹性极限及屈服极限，一定的 韧性，硬度韧性，硬度353545 HRC 45 HR

11、C 。 应应 用：各种弹簧。用：各种弹簧。 如：如：60Si2Mn60Si2Mn、65Mn65Mn、 60 60、6565、8585钢。钢。 2.2.中温回火（中温回火（350350500500）3.高温回火（高温回火（500650） 调质处理：淬火高温回火调质处理：淬火高温回火 组织：组织：S回回（F ） 金相形态：在金相形态：在F基体上均匀分布细粒状基体上均匀分布细粒状 。 性能：较高的强度和硬度（性能：较高的强度和硬度（HB220350），）， 良好的塑性和韧性。及即具有良好的良好的塑性和韧性。及即具有良好的 综合机械性能综合机械性能。 应用：各种轴类、连杆、螺栓等。应用：各种轴类、连杆

12、、螺栓等。 如：如：40Cr、45、 40CrNiMo钢等。钢等。45钢（钢（ 2040mm）调质和正火组织及机械性能比较）调质和正火组织及机械性能比较索氏体组索氏体组织织 2 23 3 钢的表面淬火钢的表面淬火工业中如齿轮、凸轮、曲轴等对性能的要求为：表面工业中如齿轮、凸轮、曲轴等对性能的要求为：表面高硬度、高强度及好的耐磨性，而心部高韧性，对这高硬度、高强度及好的耐磨性，而心部高韧性，对这类零件需要进行表面热处理类零件需要进行表面热处理. . 一一. .表面淬火表面淬火 通过快速加热，并立即淬火冷却，只强化表面，而心通过快速加热，并立即淬火冷却，只强化表面，而心部组织未变的热处理工艺部组织

13、未变的热处理工艺。 （一）感应加热表面淬火原理（一）感应加热表面淬火原理在感应圈内通一交变电流，于是在感应圈内部和周围同在感应圈内通一交变电流，于是在感应圈内部和周围同时产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中便产生感时产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中便产生感生电流，由电能转变成热能，使工件表面快速加热然后生电流，由电能转变成热能，使工件表面快速加热然后水淬水淬 . .f 1.1.集肤效应：感应加热集肤效应：感应加热 时，感生电流集中在时，感生电流集中在 工件表面的一种效应工件表面的一种效应 500 500 -电流投入深度电流投入深度-钢的电阻率钢的电阻率-导电率导电率f-f-感生电流频率

14、感生电流频率由上式可以看出：由上式可以看出：感生电流的频率（感生电流的频率（f）越大集）越大集肤效应越强，电流透入深度越浅肤效应越强，电流透入深度越浅, 淬透层越浅。淬透层越浅。 2.感应加热的频率选择：感应加热的频率选择： (1)淬透层深度淬透层深度0.52mm时时 选高频加热选高频加热 f200300千赫。千赫。 (2)淬透层深度淬透层深度28mm时，时， 选中频加热选中频加热f2500HZ (3)淬透层深度淬透层深度810mm时，时， 选工频加热选工频加热f50HZ3.感应加热淬火的特点感应加热淬火的特点2.2.试比较下列退火态试样经不同热处理后硬度值的高低？试比较下列退火态试样经不同热

15、处理后硬度值的高低？ 各得何种组织？（各得何种组织？（4545钢钢A Ac3c3=780; =780; T12 T12钢钢A Ac1c1=730,Accm=820 =730,Accm=820 ） (1)45(1)45钢加热到钢加热到700700投入水中。投入水中。 (2)45(2)45钢加热到钢加热到750750投入水中。投入水中。 (3)45(3)45钢加热到钢加热到840840，投入水中；，投入水中； (4)T12(4)T12钢加热到钢加热到700700投入水中。投入水中。 (5)T12(5)T12钢加热到钢加热到750750，投入水中。，投入水中。 (6)T12(6)T12钢加热到钢加热

16、到950950投入水中。投入水中。3.3.两个两个T12T12钢碳钢试样，分别加热到钢碳钢试样，分别加热到780780和和860860保温保温相同的时间，然后以大于相同的时间，然后以大于VcVc的冷速冷却至室温。试问：的冷速冷却至室温。试问： (1)(1)哪个温度加热淬火后马氏体粗大？哪个温度加热淬火后马氏体粗大？ (2)(2)哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较高？哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较高？ (3)(3)哪个温度加热淬火后残余奥氏体量较多？哪个温度加热淬火后残余奥氏体量较多？ (4)(4)哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少？ (5)(5)你认为哪种淬火加热温度较合适？为什么？你认为哪种淬火加热温度较合适？为什么？ 3.453.45钢零件，要求硬度为钢零件，要求硬度为220220250HBS250HBS，采用正火及调质，采用正火及调质 处理均能满足要求。试问这两种工艺所生产的零件其处理均能满足要求。试问这两种工艺所生产的零件其 组织有何不同？组织有何不同？4.4.有一批用有一批用3535钢制成的螺钉，要求其头部在热处理后硬度钢制成的螺钉，要求其头部在热处理后硬度 为为353540