（中职）机械工程材料第三章 钢的热处理教学课件

1、（中职）机械工程材料第三章 钢的热处理ppt课件机械工程材料第三章 钢的热处理教学目标： 1、掌握钢的热处理的含义、分类、作用和工艺过程。 2、了解钢在加热时的组织转变以及钢在冷却时的组织转变。 3、掌握主要的热处理方法的工艺过程及在生产中的应用。 4、明确退火、正火、淬火、回火、的概念应用等，淬透性、淬硬性的含义。 5、了解感应加热淬火及渗碳等热处理工艺。 一、热处理概念 把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段所组成的。机械工程材料机械工程材料专题一 钢的热处理 热处理工艺过程可用“温度时间”为坐标的曲线图来表示，

2、如图3-1所示，称为热处理工艺曲线。图3-1 热处理工艺曲线温度/ 0C时间t0保温临界温度线（A1）加热冷却机械工程材料二、钢的热处理种类 可分为整体热处理、表面热处理、化学热处理和其他热处理等四类。 4、其他热处理包括：1、整体热处理包括：退火、正火、淬火、 回火火焰淬火、感应加热淬火、2、表面热处理包括：渗碳、渗氮、碳氮共渗等、 3、化学热处理包括：真空、可控气氛、形变热处理机械工程材料三、钢在加热时的组织转变图3-2 钢在加热和冷却时的临界温度奥氏体奥氏体+渗碳体奥氏体+铁素体 珠光体珠光体+铁素体珠光体+渗碳体Fe 0.77 2.11 C /% AccmAcmArcmAc3A3Ar3

3、Ar1 A1 Ac1EP0CGS 平衡时：A1、 A3、Acm 加热时：Ac1、 Ac3、Accm 冷却时：Ar1、Ar3、Arcm1、临界温度 各类钢在加热和冷却时的临界温度如图3-2所示。机械工程材料2、奥氏体的形成 Fe、C原子扩散和晶格改变的过程。 共析钢加热到Ac1 以上时，PA共析钢A化过程 形核、长大、 Fe3 C完全溶解、C的均匀化，转化示意图如图3-3所示。 亚（过）析钢的A化 PA后，先共析F 或Fe3C溶解。 图3-3 共析钢奥氏体形成过程示意图机械工程材料3、细化奥氏体晶粒组织 加热时刚转变的奥氏体晶粒往往是细小的，如果继续升温和延长保温时间，奥氏体晶粒将会自发长大。奥

4、氏体晶粒的大小将直接影响到冷却后的组织与性能。奥氏体晶粒越细，冷却后的组织也越细，不仅强度、硬度高、而且塑性、韧性也好，因此控制奥氏体晶粒长大对钢的热处理显得尤为重要。四、钢在冷却时的转变 1、过冷奥氏体 奥氏体在临界点A1以上是稳定相，冷却至A1以下就变成了要发生组织转变的不稳定相，这样把在临界温度A1以下尚未发生组织转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。机械工程材料 2、等温转变 过冷奥氏体转变是在临界点以下某个温度下等温过程中发生的，就称为过冷奥氏体的等温转变。 3、连续转变 转变在连续冷却的过程中发生的就称为过冷奥氏体的连续冷却转图3-4 过冷奥氏体冷却曲线变，图3-4所示.钢中过冷奥氏体

5、在冷却过程中的转变规律常用过冷奥氏体等温转变图来描述，该图是表示转变产物与温度、时间之间的关系曲线。机械工程材料四、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线时间/S温度/0C图3-5 共析钢等温转变图MfMSA1MA11 10 102 103 104 105 106 7006005004003002001000-100APASAT AB上 AB下过渡区过冷奥氏体区 转变产物区 过冷奥氏体等温转变曲线是表示在不同温度下过冷奥氏体转变量与转变时间关系的曲线，由于通常不需要了解某时刻转变量的多少，而比较注重转变的开始和结束时间，因此常常将这种曲线绘制成温度时间曲线，简称“C”曲线，如图3-5所示。机械工程材料(

6、1)高温转变（珠光体型转变），A1 550 过冷A P 型组织 P 型组织 F +层片状 Fe3C (层片间距：P S T)(a)珠光体 P 3800(b)索氏体 S 8000(c)屈氏体T 8000 图3-6 珠光体型显微组织珠光体P包括：珠光体 “P”如图3-6 (a)所示索氏体 “P”如图3-6 (b)所示屈氏体 “P”如图3-6 (c)所示机械工程材料(2)中温转变（贝氏体型转变），550 MS 过冷A 贝氏体贝氏体B包括：上贝氏体 “B上”如图3-7 (a)所示下贝氏体 “B下”如图3-7 (b)所示(a)上贝氏体显微组织 (b)下贝氏体显微组织图3-7 贝氏体显微组织 机械工程材料

7、 (a)板条状马氏体显微组织 (b)针状马氏体显微组织 图3-8 马氏体显微组织马氏体( M )包括板条状马氏体 “M”如图3-8 (a)所示针状马氏体“M”如图3-8 (b)所示(3)低温转变(马氏体型转变)，MS Mf 过冷A 马氏体( M ) 五、共析钢过冷奥氏体转变温度与转变产物的组织和性能机械工程材料转变温度范围过冷度转变产物符号组织形态层片间距硬度（HRC）A1650小珠光体P粗片状约0.3m55表3-1共析钢过冷奥氏体转变温度与转变产物的组织和性能共析钢过冷奥氏体转变温度、转变产物、组织形态如表3-1所示。一、钢的退火 机械工程材料专题二 普通热处理 退火是将工件加热到适当温度，

8、保持一定时间，然后缓慢冷却（一般是随炉冷却）而获得接近平衡组织的热处理工艺。退火后的组织一般为珠光体组织。 1、退火的目的 （1）降低硬度，提高塑性，改善切削加工性和压力加工性能。 （2）细化晶粒，均匀钢的内部组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作准备。 （3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。根据钢的成分和退火目的的不同，退火可分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火和去应力退火等。机械工程材料退火分类加热温度冷却方式主要目的适用范围完全退火A3线以上300500C缓慢冷却消除粗晶和不均匀组织亚共析钢球化退火A1线以上200400C缓冷至600C空冷将片状P变为球状P过共析钢等

9、温退火A3线以上300500C快冷至A1线下保温获得均匀组织合金钢高合金钢扩散退火A3线以上15002500C缓慢冷却消除偏析合金钢、铸锭铸件去应力退火A1线以上60006500C缓慢冷却消除残余应力铸、锻、焊件2、退火的分类 如表3-2所示。表3-2 退火的分类、温度、冷却方式、目的、适用范围机械工程材料3、退火的温度范围机械工程材料 二、钢的正火淬火作用（空淬）高合金钢消除网状二次渗碳体、为球化退火和淬火做准备过共析钢消除组织缺陷、保持硬度、为调质做准备中碳钢消除过热组织、细化晶粒、改善切削性低碳钢、低合金钢正 火 主 要 目 的钢 的 种 类 正火是将工件加热到AC3或ACCm以上300

10、500C，奥氏体化后保温适当的时间，在空气中冷却的热处理工艺。1、正火的目的 如表3-3所示。表3-3 正火的主要目的机械工程材料2、正火的温度范围机械工程材料三、钢的淬火 淬火是将工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。 1、淬火目的 目的是得到马氏体或贝氏体组织，提高钢的硬度和强度。马氏体是一种硬度极高的组织，下贝氏体性能特点是硬度高，韧性好，具有优良的综合力学性能。所以淬火的目的是为了强化金属，提高钢的强度、硬度和耐磨性。 淬火加热温度根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定。一般加热到相变点以上3050，要根据加热时的铁碳相图来进行确定。 2、淬火加热温度的

11、依据 机械工程材料 3、淬火的温度范围机械工程材料 4、冷却介质盐水、 水、 盐浴、 油 5、冷却速度 盐水 水 盐浴 油 6、淬火方法 单介质淬火：水、油冷 双介质淬火：水冷 + 油冷 分级淬火： Ms盐浴中均温空冷 等温淬火（ 在盐、碱浴中） B下 7、淬火缺陷 （1）过热与过烧 （2）氧化与脱碳 （3）硬度不足和软点 （4）变形和开裂机械工程材料 8、淬透性与淬硬性 （1）淬透性 淬透性是指材料获得淬硬层深度的能力，淬透性越好，淬硬层越厚。一般规定从工件表层深入到半马氏体区(马氏体与非马氏体组织各占一半的地方易测定硬度)的深度为淬硬层深度。淬硬层越深，就表明钢的淬透性越好，如果淬硬层深度

12、达到心部，则表明该钢全部淬透。淬透性主要取决于钢的化学成分和淬火冷却方式。 （2）淬硬性 淬硬性是指钢经淬火后能获得的最高硬度，主要取决于钢中的碳含量，碳含量越高，获得的硬度越高。淬透性好的钢，它的淬硬性不一定高。如高碳工具钢与低碳合金钢相比，前者淬硬性高但淬透性低，后者淬硬性低但淬透性高。机械工程材料四、钢的回火 回火是将淬火钢重新加热到低于7270C的某一温度，保温一定时间，然后空冷到室温的热处理工艺。 1、回火的目的 （1）消除残余应力，防止变形和开裂； （2）调整工件硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求； （3）稳定组织与尺寸，保证精度； （4）改善和提高加工性能。 2、回火的种类

13、回火分为三种低温回火、中温回火、高温回火 如表3-4所示。机械工程材料回火种类加热温度硬 度应用范围低温回火150-200CHRC60刃具、模具中温回火350-500CHRC35-50弹簧高温回火500-650CHRC20重要结构件表3-4 回火种类、加热温度、硬度及应用范围 一般来说，随回火温度的升高，其强度、硬度下降，塑性、韧性提高，但在250 350之间其韧性会下降的现象，称“回火脆性”。碳化物沿着马氏体周围析出，形成脆性薄壳，受力易裂纹。 3、回火脆性机械工程材料专题三 钢的表面热处理与化学热处理图3-9 感应加热炉 表面淬火是仅对工件表面层进行的淬火。其目的是使工件表面具有高硬度、耐

14、磨性而心部具有足够的强度和韧性。表面淬火一般包括感应淬火和火焰淬火等。一、表面淬火 1、感应淬火 感应淬火是利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面受到局部加热，并进行快速冷却的淬火工艺，感应加热炉如图3-9所示。感应加热表面淬火如图3-10 所示。机械工程材料图3-10 感应加热表面淬火示意图高频加热：200KHZ300KHZ ；0.32.5mm,小件；轴；齿轮中频加热：1KHZ10KHZ；210mm；较大件，凸轮，曲轴工频加热：50HZ；硬度层 1020mm；应用大件机械工程材料图3-11 火焰淬火示意图表层加热并快速冷却的淬火工艺。火焰淬火示意图，如图3-11所示。 2、火焰淬火 火焰淬火是利用氧气一乙炔火焰使工件的 特点：生产率高，加热速度快；淬火后晶粒细、硬度高；加热不氧化、不脱碳、不变形；有较高疲劳强度；缺点是设备投资大。应用大批量生产小件，齿轮等。 特点：操作简单，效率低；表面层26mm，工作表面严重氧化，质量难以控制。应用 单件、小批生产。机械工程材料最常用的方法有： 1、渗碳 是把低碳钢工件放在渗碳介质