机械制造基础工程材料的改性

1、机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日1第二章第二章 工程工程(gngchng)(gngchng)材材料的改性料的改性精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日2 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(cng r)获得所需要性能的一种工艺方法。热处理的目的是：显著提高钢的力学性能，发挥钢材的潜力提高工件的使用性能和寿命还可以消除毛坯（如铸件、锻件等）中缺陷，改善其工艺性能，为后续工序作组织准备。 一、钢的改性工艺精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日3热处理的分类热处理的

2、分类 钢的热处理种类很多，根据钢的热处理种类很多，根据(gnj)(gnj)加加热和冷却方法不同，大致分类如下：热和冷却方法不同，大致分类如下：热处理普通热处理：表面淬火：化学热处理：感应加热表面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火（整体热处理）（表面热处理）（表面热处理）精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日4常用热处理工艺可分为两类：常用热处理工艺可分为两类：预先热处理预先热处理 预先热处理是消除坯料预先热处理是消除坯料(p lio)(p lio)、半成品中的某些缺陷，、半成品中的某些缺陷，为后续的冷加工和最终热处理作组织准备。为后续的冷加工和最终热处理作组

3、织准备。最终热处理最终热处理 最终热处理是使工件获得所要求的性能。最终热处理是使工件获得所要求的性能。 （一）钢的整体热处理改性工艺精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日5退火退火(tu hu)(tu hu)与正火的目与正火的目的的 调整硬度以便进行切削加工。消除残余应力，防止开裂和变形。细化晶粒，改善组织，提高力学性能。为最终热处理做好组织上的准备。1、钢的退火与正火 精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日6钢的退火钢的退火 是将钢加热到适当的温度，保温一定时间，随是将钢加热到适当的温度，保温一定时间，随炉缓慢炉缓慢(hun

4、mn)(hunmn)冷却的一种热处理工艺。根冷却的一种热处理工艺。根据钢的成分、退火工艺与目的不同，退火常分为据钢的成分、退火工艺与目的不同，退火常分为完全退火、球化退火、等温退火、均匀化退火、完全退火、球化退火、等温退火、均匀化退火、去应力退火和再结晶退火等，如图所示。去应力退火和再结晶退火等，如图所示。精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日7（1 1）完全）完全(wnqun)(wnqun)退火退火 （2 2）等温退火）等温退火加热到Ac3以上3050，保温后随炉冷到600以下，再出炉空气冷却。目的是细化晶粒，消除内应力，降低硬度以便于切削加工。亚共析钢加热

5、到Ac3以上，共析钢加热到Ac1以上2030，保温后快速冷却到稍低于Ar1的温度后进行等温处理,使A转变为P,再在空气中冷却。目的与完全退火相同，但时间可缩短一半，适用于大批生产。精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日8（3 3）球化退火）球化退火(tu hu) (tu hu) （4 4）去应力退火）去应力退火(tu hu)(tu hu)将过共析钢加热到Ac1以上2030，保温后随炉冷到700左右，再出炉空气冷却。使渗碳体球化，降低硬度，改善切削加工性。将钢加热到500650,保温后随炉冷却。目的是消除残余应力,提高工件的尺寸稳定性。精品资料机械制造基础-上篇

6、第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日9钢的正火钢的正火 是将钢加热是将钢加热Ac3Ac3或或AcmAcm以上以上30305050C C，保温，保温(bown)(bown)适当时间，在空气中冷却的一种热处理工艺。适当时间，在空气中冷却的一种热处理工艺。正火与退火的主要区别是：正火的冷却速度较快，过冷度较大，因此正火后所获得的组织比较细，强度和硬度比退火高一些。退火后组织正火后组织精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日10 正火是成本较低和生产率较高的热处理工艺。在生产正火是成本较低和生产率较高的热处理工艺。在生产中应用中应用(yngyng)(yngyn

7、g)如下：如下：对于要求不高的结构零件，可作最终热处理对于要求不高的结构零件，可作最终热处理 改善低碳钢的切削加工性改善低碳钢的切削加工性 作为中碳结构钢的较重要工件的预先热处理作为中碳结构钢的较重要工件的预先热处理 消除过共析钢中二次渗碳体网，为球化退火作组织准备消除过共析钢中二次渗碳体网，为球化退火作组织准备 精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日112 2、钢的淬火、钢的淬火 淬火是将钢件加热到淬火是将钢件加热到Ac3Ac3或或Ac1Ac1以上以上(yshng)(yshng)（30305050），保温一定时间，保温一定时间，然后以大于淬火临界冷却速度冷却

8、获得马然后以大于淬火临界冷却速度冷却获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。氏体或贝氏体组织的热处理工艺。 提高金属材料的强度和硬度，增加耐磨性。既要得到马氏体组织，同时又要避免产生变形和开裂。淬火的目的是：精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日123 3、钢的回火、钢的回火 将淬火钢重新将淬火钢重新(chngxn)(chngxn)加热到加热到AclAcl点以点以下的某一温度，保温一定时间后冷却（空下的某一温度，保温一定时间后冷却（空冷或水冷）到室温的热处理工艺称为回火。冷或水冷）到室温的热处理工艺称为回火。一般淬火件必须经过回火才能使用。一般淬火件必须经过回火才

9、能使用。 回火的目的： 获得工件所要求的力学性能 稳定工件尺寸 降低脆性，消除或减少内应力 精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日13回火种类与应用回火种类与应用 根据对工件根据对工件(gngjin)(gngjin)力学性能要求不同，按其力学性能要求不同，按其回火温度范围，可将回火分为三种。回火温度范围，可将回火分为三种。（1 1）低温回火）低温回火 淬火钢件在淬火钢件在250250以下回火称低温回火。以下回火称低温回火。低温回火后组织为回火马氏体，基本上保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，淬火内应力有所降低。回火后硬度为58HRC64HRC。主要用于要求高硬度、高

10、耐磨性的刃具、冷作模具、量具和滚动轴承，渗碳、碳氮共渗和表面淬火的零件。精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日14（2 2）中温回火）中温回火 淬火淬火(cu hu)(cu hu)钢件在钢件在250250500500之间回火称为中之间回火称为中温回火。温回火。 中文回火后组织为回火屈氏体。具有高的屈强比，高的弹性极限和一定的韧性，淬火内应力基本消除。回火后硬度一般为35HRC50HRC。 中温回火常用于各种弹簧和模具热处理。精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日15（3 3）高温回火）高温回火(hu hu) (hu hu) 淬

11、火钢件在淬火钢件在500500650650回火回火(hu hu)(hu hu)称为高温回火称为高温回火(hu hu)(hu hu)。 高温回火后组织为回火索氏体，具有强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火后硬度一般为200HBW330HBW。 高温回火广泛用于汽车、拖拉机、机床等承受较大载荷的结构零件的热处理，如连杆、齿轮、轴类、高强度螺栓等。 调质一般作为最终热处理，但也作为表面淬火和化学热处理的预先热处理。调质后的硬度不高，便于切削加工，并能获得较低得表面粗糙度值。淬火+高温回火 调质处理精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日161 1、钢的表面

12、淬火、钢的表面淬火 钢的表面淬火仅对钢的表面加热、冷却，而不改变钢的表面淬火仅对钢的表面加热、冷却，而不改变其成分其成分(chng fn)(chng fn)的热处理工艺。它能使钢表面的热处理工艺。它能使钢表面具有较高的硬度和耐磨性，心部保持较高的塑性和具有较高的硬度和耐磨性，心部保持较高的塑性和韧性。韧性。碳的质量分数在0.4%0.5%的优质碳素结构钢是最适宜于表面淬火。这是由于中碳钢经过预先热处理（正火或调质）以后再进行表面淬火处理，即可以保持心部原有良好的综合力学性能，又可使表面具有高硬度和耐磨性。表面淬火后，般需进行低温回火，以减少淬火应力和降低脆性。（二） 表面热处理精品资料机械制造基

13、础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日17感应感应(gnyng)(gnyng)加热表面淬火加热表面淬火 感应加热表面淬火是利用感应电流通过工件表面所产生的热效应，使表面加热并进行快速冷却的淬火工艺。 电流频率愈高，电流透入深度愈小，加热层也愈薄，调节频率，可得到不同的淬硬层深度。精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日18 感应加热速度极快，时间很短仅为几秒感应加热速度极快，时间很短仅为几秒钟，加热淬火有如下特点：钟，加热淬火有如下特点：表面性能好，硬度比普通淬火高表面性能好，硬度比普通淬火高2HRC3HRC。疲劳强度较高，一般。疲劳强度较高，一

14、般(ybn)工工件可提高件可提高2030%；工件表面质量高，不易氧化脱碳，淬火变工件表面质量高，不易氧化脱碳，淬火变形小；形小；淬硬层深度易于控制，操作易于实现机械淬硬层深度易于控制，操作易于实现机械化、自动化，生产率高。化、自动化，生产率高。精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日19火焰加热表面火焰加热表面(biomin)(biomin)淬火淬火 是用乙炔是用乙炔- -氧氧( (最高温度为最高温度为3200)3200)或煤气或煤气- -氧氧( (最高温最高温度为度为2400)2400)等火焰加热工件表面等火焰加热工件表面(biomin)(biomin)，进，

15、进行淬火。行淬火。火焰加热表面淬火设备简单，操作灵活，成本低等优点。但生产率低，零件表面存在不同程度的过热，质量不稳定。主要适用于单件、小批量生产的特大或特小件、异型工件等，如大齿轮、轧辊、顶尖、凹槽、小孔等。精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日20 2、 钢的化学热处理钢的化学热处理 化学热处理，是将钢件置于一定温度化学热处理，是将钢件置于一定温度的活性介质中加热和保温的活性介质中加热和保温(bown)，使，使介质中的一种或几种元素渗入它的表面，介质中的一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到提高钢件改变其化学成分和组织，达到提高钢件表层的耐

16、磨性、耐蚀性、抗氧化性能以表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性能以及疲劳强度目的。化学热处理可分为渗及疲劳强度目的。化学热处理可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铬、渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铬、渗铝等。铝等。精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日21钢的渗碳钢的渗碳 将钢件在含碳介质（气体将钢件在含碳介质（气体(qt)(qt)、液体、固体）中、液体、固体）中加热并保温使碳原于渗入表层的化学热处理工艺过程，加热并保温使碳原于渗入表层的化学热处理工艺过程，渗碳后还应进行淬火和低温回火。常用渗碳温度为渗碳后还应进行淬火和低温回火。常用渗碳温度为90090095095

17、0，渗碳层厚度一般为，渗碳层厚度一般为0.50.52.5mm2.5mm。渗碳的目的：是提高工件表面的硬度和耐磨性，同时保持心部的良好韧性。c0.10.25低碳钢和低碳合金钢，经过渗碳后，再进行淬火与低温回火，可在零件的表层和心部分别得到高碳和低碳的组织。用于一些重要零件如汽车、拖拉机的变速箱齿轮、活塞销、摩擦片等 。精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日22钢的氮化（渗氮）钢的氮化（渗氮） 通过氨气的受热分解，分解出活性氮原子，使氮原通过氨气的受热分解，分解出活性氮原子，使氮原子被钢吸收并渗入表面的化学热处理工艺过程子被钢吸收并渗入表面的化学热处理工艺过程(g

18、uchng)(guchng)。氮化温度一般为。氮化温度一般为550550570570，因此氮，因此氮化件变形很小，比渗碳件变形小得多。化件变形很小，比渗碳件变形小得多。氮化的目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度及耐蚀性。氮化广泛应用于耐磨性和精度均要求很高的零件，如镗床主轴、精密传动齿轮；在循环载荷下要求高疲劳强度的零件，如高速柴油机曲轴；以及要求变形很小和具有一定抗热、耐蚀能力的耐磨件，如阀门、发动机气缸以及热作模具等。精品资料机械制造基础-上篇第二章 工程材料的改性2022年7月3日星期日233、 表面形变强化表面形变强化 是使钢件表面在常温下发生塑性变形，是使钢件表面在常温下发生塑性变形，以提高其表面硬度并产生有利的残余压应以提高其表面硬度并产生有利的残余压应力分布力分布(fnb)的表面强化工艺。是提高钢的表面强化工艺。是提高钢件抗疲劳能力的重要工艺措施。常用的方件抗疲劳能力的重要工艺措施。常用的方法有喷丸、滚压等。法有喷丸、滚压等。喷丸是将高速弹丸流（35-50m/s）激