机械工程材料_第5章_钢的热处理2__河北工业大学

1、2022-7-31第五章第五章钢的热处理工艺钢的热处理工艺5-3钢的退火和正火钢的退火和正火5-4钢的淬火钢的淬火5-5钢的回火钢的回火5-6钢的表面淬火钢的表面淬火5-7钢的化学热处理钢的化学热处理 一、钢的退火一、钢的退火钢的退火：将（组织偏离平衡状态的）钢加热到适当钢的退火：将（组织偏离平衡状态的）钢加热到适当温度，保温一定的时间，然后温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却缓慢冷却（一般为炉冷（一般为炉冷至至550后空冷），以获得接近平衡状态组织的热处后空冷），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。理工艺。（一）退火的目的（一）退火的目的1细化晶粒（使热加工造成的粗大不均匀组织均匀化、细化晶粒

2、（使热加工造成的粗大不均匀组织均匀化、细化；细化； 2使中碳以上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态组织，使中碳以上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态组织，降低硬度，以利于切削加工。降低硬度，以利于切削加工。3由于冷却速度缓慢，可消除内应力，防止淬火变形由于冷却速度缓慢，可消除内应力，防止淬火变形与开裂。与开裂。4. 为最终热处理（淬火、回火）做好组织上的准备。为最终热处理（淬火、回火）做好组织上的准备。 （二）退火种类及应用（二）退火种类及应用 （n如：冷轧后的如：冷轧后的15钢板，为钢板，为HB采用完全退采用完全退 火工艺。火工艺。n ZG35铸造齿轮为消除组织应力采用完全铸造齿轮为消除组织应力采用

3、完全 退火工艺。退火工艺。n 锻造过热的锻造过热的60钢坯为了细化晶粒，消除锻钢坯为了细化晶粒，消除锻 造应力也可采用完全退火工艺，一般采用造应力也可采用完全退火工艺，一般采用 正火。正火。完全退火举例完全退火举例2022-7-36等温退火等温退火n一般是将钢件加热到Ac3+（3050）（亚共析钢）或Ac1+（3050）（过共析钢）保温后，在Ar1以下某一温度等温，使奥氏体转变为珠光体型组织。n等温退火的目的与完全退火相同。n与普通退火相比的优点：1）由于珠光体转变在恒温下完成，易于控制，并能获得均匀的预期组织；2）对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，由于等温处理前后可较快冷却，常可大大缩短退火周

4、期。如图5-22给出了高速钢的等温退火与普通退火工艺。 n组织：P型组织等温退火工艺等温退火工艺图图2 高速钢等温退火工艺路线高速钢等温退火工艺路线2022-7-38球化退火工艺球化退火工艺n定义：为使钢中碳化物球状化的热处理工艺。定义：为使钢中碳化物球状化的热处理工艺。n目的：碳化物（目的：碳化物（Fe3C、P中的中的Fe3C）球状化，）球状化，细化晶粒，细化晶粒，HB利于切削加工。利于切削加工。n加热温度：加热温度：TAc1+(3050)n适用钢种：适用于共析及过共析碳钢或合金钢。适用钢种：适用于共析及过共析碳钢或合金钢。n退火前的组织状态：细片状的退火前的组织状态：细片状的P n退火后组

5、织：细小均匀的球状渗碳体分布在连退火后组织：细小均匀的球状渗碳体分布在连续的铁素体基体上。续的铁素体基体上。 2022-7-39球化退火工艺球化退火工艺 球化退火工艺过程球化退火工艺过程T8钢球化退火后的粒状珠光体钢球化退火后的粒状珠光体 扩散退火扩散退火 （均匀化退火）（均匀化退火）定义：是将钢加热到略低于固相线的温度，长时间定义：是将钢加热到略低于固相线的温度，长时间保温（保温（1020 h），以消除成分偏析的热处理工），以消除成分偏析的热处理工艺。艺。 加热温度；略低于固相线温度。加热温度；略低于固相线温度。亚共析钢：亚共析钢：TAc3 + （150300)过共析钢：过共析钢：TAccm

6、+（150300)目的：为了消除晶内偏析，使成分均匀化目的：为了消除晶内偏析，使成分均匀化实质：使合金元素的原子充分扩散。实质：使合金元素的原子充分扩散。适用于：合金钢铸铁和铸锭。适用于：合金钢铸铁和铸锭。后续处理：保温后续处理：保温1020小时退火后晶粒较粗大，一小时退火后晶粒较粗大，一般还须进行完全退火或正火处理。般还须进行完全退火或正火处理。2022-7-312扩散退火工艺扩散退火工艺2022-7-313去应力退火去应力退火n又称低温退火，是将钢加热至低于又称低温退火，是将钢加热至低于Ac1的某一温的某一温度（一般是度（一般是500650），保温后随炉缓冷至），保温后随炉缓冷至低于低于3

7、00200出炉空冷的热处理工艺。出炉空冷的热处理工艺。 n目的：不发生相变，常用于消除铸、锻、焊及目的：不发生相变，常用于消除铸、锻、焊及机加工后工件的残余应力，以稳定尺寸，减少机加工后工件的残余应力，以稳定尺寸，减少变形。变形。n T=200 300 保温缓冷弹簧去应力退火保温缓冷弹簧去应力退火n再结晶退火，用于消除冷变形加工产生的加工再结晶退火，用于消除冷变形加工产生的加工硬化现象。其工艺过程是将这类工件加热到再硬化现象。其工艺过程是将这类工件加热到再结晶温度以上结晶温度以上150250，保温后缓慢冷却，保温后缓慢冷却，其目的是消除残余应力、改善组织、降低硬度其目的是消除残余应力、改善组织

8、、降低硬度和提高塑性。和提高塑性。 2022-7-314去应力退火去应力退火二二. 钢的正火钢的正火n正火：正火是将钢加热到正火：正火是将钢加热到Ac3（对于亚共析钢）（对于亚共析钢）或或Accm（对于过共析钢）点以上（对于过共析钢）点以上3050，保温，保温一定时间，完全奥氏体化后在自由流动的空气中一定时间，完全奥氏体化后在自由流动的空气中冷却从而得到珠光体类组织的的热处理工艺。冷却从而得到珠光体类组织的的热处理工艺。加热温度加热温度2022-7-316正火的主要应用正火的主要应用 （一）（一）n（1）作为预先热处理；）作为预先热处理； 可消除中碳结构钢铸、可消除中碳结构钢铸、锻、焊等热加工

9、产生的组织缺陷（如晶粒粗大、锻、焊等热加工产生的组织缺陷（如晶粒粗大、魏氏组织、带状组织等），细化晶粒，均匀化组魏氏组织、带状组织等），细化晶粒，均匀化组织，消除内应力，为后序热处理作组织准备。织，消除内应力，为后序热处理作组织准备。n对过共析钢正火可消除或抑制网状二次渗碳体量对过共析钢正火可消除或抑制网状二次渗碳体量的形成，为球化退火作组织准备。如：的形成，为球化退火作组织准备。如：T12钢退火钢退火组织中的组织中的Fe3C网（连续网），球化退火前必须网（连续网），球化退火前必须先进行先进行正火正火以消除以消除Fe3C网，得到片层状网，得到片层状P然后再然后再进行球化退火。进行球化退火。20

10、22-7-317正火的主要应用正火的主要应用 （二）（二）n（2）改善切削加工性。）改善切削加工性。一般来说，钢的硬度为一般来说，钢的硬度为170230 HB，组织中无大块铁素体时，切削加，组织中无大块铁素体时，切削加工性较好。对于工性较好。对于低、中碳结构低、中碳结构，正火可得到合适，正火可得到合适的硬度，改善切削加工性。的硬度，改善切削加工性。n（3）作为最终热处理。）作为最终热处理。 正火可以细化晶粒，均正火可以细化晶粒，均匀化组织，减少亚共析钢中的铁素体含量，从而匀化组织，减少亚共析钢中的铁素体含量，从而增加珠光体含量；而由于冷却较快，正火组织中增加珠光体含量；而由于冷却较快，正火组织

11、中珠光体片层较细，提高了钢的强度和硬度。因此，珠光体片层较细，提高了钢的强度和硬度。因此，对于机械性能要求不高的普通结构钢零件，可以对于机械性能要求不高的普通结构钢零件，可以用正火作为最终热处理。用正火作为最终热处理。退火与正火对比退火与正火对比 54 钢的淬火钢的淬火1、淬火的目的（淬火回火）、淬火的目的（淬火回火） 淬火的目在于提高材料的强度、硬度和耐磨性，与回火配淬火的目在于提高材料的强度、硬度和耐磨性，与回火配合后可赋予工件最终的使用性能。合后可赋予工件最终的使用性能。 1.提高强度、硬度和耐磨性提高强度、硬度和耐磨性-采用淬火低回采用淬火低回 组织为组织为M回回-碳化物，用于各种工模

12、具。碳化物，用于各种工模具。2.提高弹性提高弹性-采用淬火中回；组织为采用淬火中回；组织为 T回火回火 （+），用于各种弹簧。），用于各种弹簧。3.提高综合性能采用淬火高回；组织为提高综合性能采用淬火高回；组织为 S回火回火 （+），用于各种轴类。），用于各种轴类。一、钢的淬火一、钢的淬火 （二）淬火温度的选择（二）淬火温度的选择 图图4 钢的淬火温度范围钢的淬火温度范围2、 淬火温度的选择淬火温度的选择n 亚共析钢亚共析钢: TAAc3 （3050） T过高晶粒粗大；过高晶粒粗大；T过低欠热，有自由过低欠热，有自由F硬度不足。硬度不足。n过共析钢过共析钢:TAAc1（3050）n (1)T过

13、高，碳化物溶解，过高，碳化物溶解，M片片易于变形和开裂易于变形和开裂n (2)选择选择TAAc1（3050）温度加热保留部分未熔）温度加热保留部分未熔碳化物，以提高钢的硬度与耐磨性，同时由于降低了碳化物，以提高钢的硬度与耐磨性，同时由于降低了A中的中的C含量，使基体的含量，使基体的C，使，使M条条， b， 、k 。n合金钢：奥氏体化温度可以适当升高。因为大多数合金合金钢：奥氏体化温度可以适当升高。因为大多数合金元素都能阻碍元素都能阻碍A 晶粒的长大，使晶粒的长大，使A化温度升高。化温度升高。 如：如：W18Cr4V钢，钢，Ac1860880， TA=1280,晶粒度为晶粒度为9级。级。 202

14、2-7-3223、加热与保温时间、加热与保温时间n加热时间包括升温和保温两个阶段。加热时间包括升温和保温两个阶段。n通常以装炉后炉温达到淬火设定温度所需通常以装炉后炉温达到淬火设定温度所需时间为时间为升温时间升温时间，并以此作为保温时间的，并以此作为保温时间的开始。开始。n保温时间保温时间则指工件温度均匀并完成奥氏体则指工件温度均匀并完成奥氏体化所需的时间。化所需的时间。n加热与保温加热与保温时间的长短时间的长短受钢的化学成分、受钢的化学成分、工件形状和尺寸、加热炉类型等多种因素工件形状和尺寸、加热炉类型等多种因素的影响。保证工件透热、内部组织充分转的影响。保证工件透热、内部组织充分转变的前提

15、下，尽量缩短加热与保温时间。变的前提下，尽量缩短加热与保温时间。 4、 淬火冷却介质淬火冷却介质 图图5 理想冷却速度理想冷却速度理想冷却速度：理想冷却速度： 1）在）在Ac1650之间慢冷，以之间慢冷，以热热应力应力 2）在）在650400 之间快冷，以避之间快冷，以避开开“鼻尖；防发生鼻尖；防发生非非M相变相变 3）在400 以下慢冷，以慢冷，以组织应组织应力。力。 常用淬火介质介绍常用淬火介质介绍结论：碳素钢一般采用水冷或盐水冷却。结论：碳素钢一般采用水冷或盐水冷却。 油油20#机油，机油，4080（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式

16、（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式（三）常用淬火方式盐浴和碱浴盐浴和碱浴 盐浴和碱浴（由溶融的盐浴和碱浴（由溶融的NaNO3+KNO3，KOH+NaOH，KCl+NaCl+BaCl2等组成）主等组成）主要用作等温淬火、分级淬火的冷却介质。要用作等温淬火、分级淬火的冷却介质。 2022-7-3265、单液淬火单液淬火 指在一种淬火介质中冷却指在一种淬火介质中冷却 到底的工艺。到底的工艺。优点：单液淬火法操作简优点：单液淬火法操作简单，易实现机械化，应单，易实现机械化，应用较广。用较广。缺点：单液淬火组织应力、缺点：单液淬火组织应力、热应力都较大，淬火变热应力都较大，淬火变形较大。水淬变形开裂形

17、较大。水淬变形开裂倾向大，油淬冷却能力倾向大，油淬冷却能力低，大件淬不硬。低，大件淬不硬。双液淬火双液淬火分级淬火 2022-7-328分级淬火分级淬火先将奥氏体化后的工件淬先将奥氏体化后的工件淬入温度稍高于入温度稍高于Ms点的点的盐浴（或碱浴）中，保盐浴（或碱浴）中，保温适当的时间，待工件温适当的时间，待工件内外都达到介质温度，内外都达到介质温度，在奥氏体转变前取出空在奥氏体转变前取出空冷完成马氏体转变。冷完成马氏体转变。 分级淬火是在空冷中发生分级淬火是在空冷中发生M相变的，内应力小。相变的，内应力小。 等温淬火等温淬火图图6 6 不同淬火法示意图不同淬火法示意图1 1单液淬火单液淬火 2

18、 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 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 ( ( 应力最小应力最小) 2022-7-330其它淬火其它淬火n5.局部淬火局部淬火 n6.冷处理冷处理 ：用干冰（固态CO2）和酒精混合获得-70-80的低温，也可使用液化乙烯（-130）或液氮（-192）等介质-提高硬度、耐磨性，稳定尺寸，但应力较大，应注意及时回火。 钢的淬透性钢的淬透性 淬透层深度（淬透层深度（） 表层（表层（100M）至半）至半M层（层（50M）的深度。淬透）的深度。淬透层深度层深度 （）越大，钢的淬透性越好）越大，钢的淬

19、透性越好n 钢的淬透性主要取决于钢的临界淬火速度大小，钢的淬透性主要取决于钢的临界淬火速度大小，与工件尺与工件尺寸、淬火介质无关寸、淬火介质无关 。n 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，钢的淬透性越好。曲线越靠右，钢的淬透性越好。因此凡能提高过冷因此凡能提高过冷A稳定性，使稳定性，使C曲线右移，从而降低临界曲线右移，从而降低临界冷却速度的因素，都能提高钢的淬透性。冷却速度的因素，都能提高钢的淬透性。（1）碳含量）碳含量 在正常加热条件下，亚共析钢的在正常加热条件下，亚共析钢的C曲线随碳含量曲线随碳含量的增加向右移，临界冷却速度降低，淬透性增大；过共析的增加向右移，临界冷

20、却速度降低，淬透性增大；过共析钢的钢的C曲线随碳含量的增加向左移，临界冷却速度增大，曲线随碳含量的增加向左移，临界冷却速度增大，淬透性降低。淬透性降低。（2）合金元素）合金元素 除钴以外，大多数合金元素溶入奥氏体后均使除钴以外，大多数合金元素溶入奥氏体后均使C曲线向右移，降低临界冷却速度，提高钢的淬透性。曲线向右移，降低临界冷却速度，提高钢的淬透性。（3）加热条件）加热条件 提高加热温度或延长保温时间提高加热温度或延长保温时间一方面可使更多一方面可使更多的合金元素溶入奥氏体；同时使奥氏体晶粒长大，成分均的合金元素溶入奥氏体；同时使奥氏体晶粒长大，成分均匀化，从而减少了形核率，二者都能稳定过冷奥

21、氏体，匀化，从而减少了形核率，二者都能稳定过冷奥氏体，使使C曲线向右移，提高钢的淬透性。曲线向右移，提高钢的淬透性。 （4）钢中未溶第二相）钢中未溶第二相 未溶入奥氏体的碳化物、氮化物及其它未溶入奥氏体的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，由于能促进奥氏体转变产物的形核，减少非金属夹杂物，由于能促进奥氏体转变产物的形核，减少过冷奥氏体的稳定性，过冷奥氏体的稳定性，使淬透性降低。使淬透性降低。 影响淬透性的因素影响淬透性的因素2022-7-333钢的淬硬性钢的淬硬性 n钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度称为钢的淬硬性淬硬性。n钢的淬硬性淬硬性主要取决于马氏体中的碳含量马氏体中的碳含量，也就是淬火

22、前奥氏体中碳含量，碳含量越高，淬硬性越好。n淬硬性与钢的淬透性是两个不同的概念 2022-7-334 淬透性的实际应用淬透性的实际应用n1、大截面零件或动载荷下工作应选高淬透、大截面零件或动载荷下工作应选高淬透性钢。性钢。 如：如：W18Cr4V、9CrSi n2. 形状复杂的或形状简单，尺寸较大的零件形状复杂的或形状简单，尺寸较大的零件应选高淬透性钢。应选高淬透性钢。n3. 焊接零件应选低淬透性钢。焊接零件应选低淬透性钢。 2022-7-3355-5 钢的回火钢的回火定义：回火是将淬火钢加热到定义：回火是将淬火钢加热到Acl以下某一温以下某一温度，经保温适当时间后冷却到室温的热处理工度，经保

23、温适当时间后冷却到室温的热处理工艺。艺。 回火目的：回火目的：）淬火得到的淬火马氏体组织很脆，存在较）淬火得到的淬火马氏体组织很脆，存在较大的内应力，容易产生变形和开裂。大的内应力，容易产生变形和开裂。）淬火马氏体和残余奥氏体都是亚稳定组织，）淬火马氏体和残余奥氏体都是亚稳定组织，在适当条件下有可能分解，导致零件形状、尺在适当条件下有可能分解，导致零件形状、尺寸和使用性能的变化。寸和使用性能的变化。）为获得要求的强度硬度塑性和韧性。）为获得要求的强度硬度塑性和韧性。因此淬火钢一般不直接使用，必须进行回火。因此淬火钢一般不直接使用，必须进行回火。2022-7-3361.马氏体分解马氏体分解 （T

24、400）n由多边形的铁素体和粒状渗碳体组成的回火组织称为回火索氏体，用S回 表示。n性能：在这个阶段，钢的强度、硬度进一步下降，塑性、韧性进一步提高。 T回Fe3CF不断聚集长大颗粒状或球状Fe3C回复、再结晶等轴晶多边形的FS回2022-7-341二、回火的分类和应用 根据回火温度和对淬火钢力学性能的要求，一般将回火分为三类 ：回火组织：回火组织：回火马氏体，硬度可到5864 HRC目的：目的：是在保证淬火后工件的高硬度、高耐磨性的基础上，降低淬火应力，提高工件韧性。应用：应用：处理各种切削刀具、冷作模具、量具、滚动轴承、表面淬火件及渗碳件等。 1.低温回火（低温回火（150250）图图58

25、 回火针片状马氏体回火针片状马氏体图图59 回火隐晶马氏体回火隐晶马氏体回火组回火组 织：织： 回火屈氏体（回火屈氏体（T回回），硬度一般为），硬度一般为3545 HRC。 金相形态：金相形态：Fe3C呈微细粒状弥散分布在呈微细粒状弥散分布在F基体基体上。上。目的：目的：使钢件具有高的弹性极限及屈服极限，使钢件具有高的弹性极限及屈服极限，一定的韧性。一定的韧性。 应用：应用：各种弹簧。各种弹簧。 如：如：60Si2Mn、65Mn、 60、65、85钢。钢。2. 中温回火（中温回火（350500）调质处理：调质处理：淬火高温回火淬火高温回火组织：组织：回火索氏体（回火索氏体（S回回），硬度一般为

26、），硬度一般为25-35HRC。金相形态金相形态：在在F基体上均匀分布细粒状基体上均匀分布细粒状Fe3C 。性能：性能：较高的强度和硬度（较高的强度和硬度（200350HB），良好的塑性），良好的塑性和韧性。及即具有良好的综合机械性能。和韧性。及即具有良好的综合机械性能。 应用：应用：应用于各种重要的机器结构件，特别是受交变载应用于各种重要的机器结构件，特别是受交变载荷的零件，如各种轴类、连杆、齿轮、螺栓等。如：荷的零件，如各种轴类、连杆、齿轮、螺栓等。如：40Cr、45、40CrNiMo钢等。钢等。 3.高温回火（高温回火（500650）回火索氏体组织回火索氏体组织45钢（钢（f f 204

27、0mm）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由此表可以看出：由此表可以看出：45钢钢调质处理的性能比调质处理的性能比正火后性能综合机械性正火后性能综合机械性能好，不仅强度高，塑能好，不仅强度高，塑性、韧性也较好。性、韧性也较好。 2022-7-346三淬火钢在回火时性能的变化三淬火钢在回火时性能的变化图图14淬火钢随回火温度的升高硬度变化淬火钢随回火温度的升高硬度变化2022-7-347 四回火脆性四回火脆性图图16 钢的冲击韧性回火随回火温钢的冲击韧性回火随回火温 度的变化（回火脆性）度的变化（回火脆性）回火脆性回火脆性：淬火淬火钢在某一回火温钢在某一回火温度范围内，随

28、着度范围内，随着回火温度的升高回火温度的升高，钢的冲击韧性，钢的冲击韧性下降的现象称为下降的现象称为回火脆性。回火脆性。两个温度区间：两个温度区间：250-400C，450-650C2022-7-348第第类回火脆性类回火脆性n第第类回火脆性：类回火脆性： 250400 （低温回火脆性）（低温回火脆性）n特点：特点：几乎所有的钢都存在这类脆性。这种回火脆性几乎所有的钢都存在这类脆性。这种回火脆性是不可逆的，一旦产生，无法用回火的方法消除，只是不可逆的，一旦产生，无法用回火的方法消除，只能重新加热淬火。能重新加热淬火。n产生原因：产生原因：一般认为，低温回火脆性与薄片状碳化物一般认为，低温回火脆

29、性与薄片状碳化物沿界面析出以及残余奥氏体的分解等有关。沿界面析出以及残余奥氏体的分解等有关。n降低脆性措施：降低脆性措施：n1）一般应避开该温度区间回火，例如改用较高温度短）一般应避开该温度区间回火，例如改用较高温度短时间快速回火；时间快速回火；n2）在钢中加入少量）在钢中加入少量Si，则可以提高脆化温度区间。，则可以提高脆化温度区间。n3）改用等温淬火处理获得贝氏体组织也可提高韧性。）改用等温淬火处理获得贝氏体组织也可提高韧性。 2022-7-349第第类回火脆性类回火脆性n450650（高温回火脆性）（高温回火脆性）n产生钢种：产生钢种：一些合金钢，尤其是含一些合金钢，尤其是含Ni、Cr、

30、Mn等合金元素的合等合金元素的合金钢，淬火后在金钢，淬火后在450650之间回火时出现的脆性现象，称为高之间回火时出现的脆性现象，称为高温回火脆性。温回火脆性。n特点：特点：这种回火脆性是可逆的，这些合金钢加热到脆化温度以上这种回火脆性是可逆的，这些合金钢加热到脆化温度以上慢冷或在脆化温度长时间保温均会出现脆性，但当将已产生脆性慢冷或在脆化温度长时间保温均会出现脆性，但当将已产生脆性的工件重新加热到的工件重新加热到600以上快冷时，又可消除脆性。以上快冷时，又可消除脆性。n产生原因：产生原因：一般认为高温回火脆性与一般认为高温回火脆性与Sb、Sn、P等杂质元素在等杂质元素在原奥氏体晶界偏聚有关

31、，钢中的原奥氏体晶界偏聚有关，钢中的Ni、Cr、Mn等合金元素促进杂等合金元素促进杂质的偏聚，而且这些元素也向晶界偏聚，从而加大了这类回火脆质的偏聚，而且这些元素也向晶界偏聚，从而加大了这类回火脆性的倾向。性的倾向。n防止办法主要有：防止办法主要有：n1尽量减少钢中杂质元素含量；尽量减少钢中杂质元素含量；n2对有高温回火脆性的钢，高温回火后快冷来抑制回火脆性；对有高温回火脆性的钢，高温回火后快冷来抑制回火脆性；n3加入加入W、Mo等能抑制晶界偏聚的合金元素。等能抑制晶界偏聚的合金元素。 2022-7-350淬火、回火时常见的工艺缺陷n1.氧化和脱碳氧化和脱碳 n2.变形与开裂变形与开裂 n3.

32、硬度不足与软点硬度不足与软点 n4.过热与过烧过热与过烧 n过热过热是指晶粒过分长大，致使零件力学性能明显降低的现象。n过烧过烧是指组织中沿晶界产生了氧化或熔化的现象。若加热温度过高或保温时间过长，将引起零件过热或过烧现象。零件一且产生过烧即成为废品。 5-6 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. 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，而心部组织通过快速

33、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。（只表层奥氏体化）未变的热处理工艺。（只表层奥氏体化） （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时产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，在工件中便产生感生电流，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淬火由电能转变成热能，使工件表面快速加热然后淬火 .集肤效应：感应加热时，集肤效应：感应加热时，感生电流集中在工件表面感生电流集中在工件表面的一种效应。的一种效应。感生电流的频率（感

34、生电流的频率（f）越大）越大集肤效应越强集肤效应越强，电流透入，电流透入深度越浅深度越浅, 淬透层越浅。淬透层越浅。 ），淬透层越浅），淬透层越浅 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0.53mm时时选高频加热选高频加热 f200350 kHz 。2.淬透层深度淬透层深度210mm时，时， 选中频加热选中频加热f20008000 Hz3.淬透层深度淬透层深度815mm时，时， 选工频加热选工频加热f50Hz图图10工件感应加热示意图工件感应加热示意图 感应加热淬火的特点感应加热淬火的特点2022-7-3543. 感应加热表面淬火前、后的热处理感应加热表面淬火前、后的热处

35、理 n淬火前一般要进行淬火前一般要进行预先热处理预先热处理，为表面淬火作，为表面淬火作组织准备，并可获得最终的心部组织。当心部组织准备，并可获得最终的心部组织。当心部性能要求不高时，一般采用性能要求不高时，一般采用正火正火；而重要零件；而重要零件如齿轮等，一般采用如齿轮等，一般采用调质调质作为预先热处理。作为预先热处理。n淬火后零件要进行淬火后零件要进行低温回火低温回火（180200），），以减小淬火应力。以减小淬火应力。n回火后组织：回火后组织：表层为回火马氏体，心部仍为预表层为回火马氏体，心部仍为预先热处理组织。先热处理组织。n感应加热表面淬火零件的典型感应加热表面淬火零件的典型加工工艺路

36、线加工工艺路线为为n锻造锻造正火或退火正火或退火粗机加工粗机加工调质调质精机加精机加工工感应加热表面淬火感应加热表面淬火低温回火低温回火精磨精磨 57 钢化学热处理钢化学热处理化学热处理化学热处理 是将工件置于一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子是将工件置于一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，改变表面层的化学成分及显微组织，从而使工渗入工件表层，改变表面层的化学成分及显微组织，从而使工件表层获得所需特殊性能的热处理工艺。件表层获得所需特殊性能的热处理工艺。 钢的渗碳（气体渗碳）钢的渗碳（气体渗碳） 渗渗 碳碳 温温 度：度：900950 渗碳时间为：依要求的渗层厚度而

37、定。渗碳时间为：依要求的渗层厚度而定。 渗碳目的：渗碳目的：是使工件在热处理后表面具有高硬度和是使工件在热处理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持一定强度以及较高的韧性和耐磨性，而心部仍保持一定强度以及较高的韧性和塑性。塑性。主要用于：表面将受严重磨损，并在较大冲击载荷、主要用于：表面将受严重磨损，并在较大冲击载荷、交变载荷，较大的接触应力条件下工作的零件，如交变载荷，较大的接触应力条件下工作的零件，如齿轮、活塞销、套筒等。齿轮、活塞销、套筒等。 2022-7-357渗碳原理渗碳原理在井式渗碳炉中滴入煤油，在井式渗碳炉中滴入煤油，煤油在高温下裂解渗碳煤油在高温下裂解渗碳性介质甲烷气体性介质甲

38、烷气体（CH4）和）和CO气体及气体及氢气，该气体在钢的表氢气，该气体在钢的表面分解出活性碳原子面分解出活性碳原子-C，在较高温度进入，在较高温度进入钢的表面。钢的表面。CH4 C + H2 CO C CO2CO C H2O 渗层组织渗层组织 (渗碳后缓慢冷却，从内层到外层组织渗碳后缓慢冷却，从内层到外层组织)为为: 原始组织亚共析层共析层过共析层原始组织亚共析层共析层过共析层图图11 低碳钢缓冷后的显微组织低碳钢缓冷后的显微组织渗碳件表层的碳浓度一般控制在1.0%左右，因此渗碳件缓冷后外层为过共析组织P+Fe3C，心部为原始低碳亚共析组织F+P，中间为过渡组织。一般规定，从表层到过渡层的一半

39、处的深度为渗层厚度。渗碳温度越高、时间越长，则得到的渗层深度越厚过过共共析析层层共共析析层层亚亚共共析析层层原原始始组组织织2022-7-359渗碳后的热处理常用的淬火方法n（1）直接淬火法n（）渗碳后零件出炉直接进入冷却介质淬火。n优点：工艺简单、经济、生产率高。n缺点：零件在渗碳时经过长期高温加热，奥氏体晶粒容易长大。淬火后马氏体粗大，残余奥氏体较多。另外淬火变形较大。n适用：一般只用于本质细晶粒的合金渗碳钢或耐磨性要求比较低和承载能力低的工件。n（）为了减少变形，渗碳后工件预冷到略高于心部Ar3的温度后再淬火。 2022-7-360（2）一次淬火法）一次淬火法n一次淬火法是将工件渗碳后空冷到室温（正火），然后再重新加热淬火。n对心部组织性能要求较高的合金渗碳钢工件，淬火加热温度略高于心部的Ac3，目的是使心部晶粒细化，并得到低碳马氏体组织。n对于承载不大而表面性能要求较高的工件