汽车工程师中级职称复习题-第一次课-机械基础-热处理课件

1.3钢的热处理

(HeatTreatmentofSteel)概述钢在加热时的组织转变钢在冷却时的组织转变钢的普通热处理工艺钢的表面热处理工艺机械制造过程中的热处理1.3钢的热处理

(Hea1

1.3.1热处理及其作用1.热处理的定义:将钢在固态下进行不同的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需性能的一种工艺。时间温度临界温度

热加保温冷却1.3.1热处理及其作用1.热处理22.热处理的目的:通过改变钢的内部组织来改善钢的性能，如强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性、耐蚀性、加工性能等。3.热处理的分类热处理普通热处理表面热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;2.热处理的目的:通过改变钢的内部组织来改善钢的性能，如强31.3.2钢在热处理时的组织转变一、钢在加热时的组织转变1.3.2钢在热处理时的组织转变一、钢在41.转变温度(transformationtemperature)1.转变温度(transformationtemper5奥氏体的形成FFe3C未溶Fe3CA残余Fe3CAAAA形核A长大残余Fe3C溶解A均匀化奥氏体的形成FFe3C未溶Fe3CA残余Fe3CAAAA形63.奥氏体晶粒度及对力学性能的影响1.奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。3.奥氏体晶粒度及对力学性能的影响1.奥氏体晶粒均匀细小,71.钢在热处理时的冷却方式

热加保温时间温度临界温度连续冷却等温冷却

二、钢在冷却时的组织转变1.钢在热处理时的冷却方式热保温时间温度临界温82.共析钢奥氏体等温转变曲线稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf2.共析钢奥氏体等温转变曲线稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A93.转变产物的组织与性能相：在金属或合金中成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。固溶体：在合金结晶时所形成的晶格结构与合金的某一组成元素的晶格结构相同的固相。化合物：在合金结晶时所形成的晶格结构与合金的各组成元素的晶格结构均不相同的固相。1.奥氏体（A）：碳在γ-Fe中的固溶体。2.珠光体(P)：铁素体（F，碳在α-Fe中的固溶体）和渗碳体（Fe3C，化合物）的混合物。3.贝氏体型(B)：过饱和碳α-Fe和Fe3C的混合物。4.马氏体型(M)：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。3.转变产物的组织与性能相：在金属或合金中成分相同10珠光体形貌像光镜下形貌电镜下形貌珠光体形貌像光镜下形貌电镜下11上贝氏体组织金相图上贝氏体组织金相图12下贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图13稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf4.奥氏体等温转变曲线的应用V1V2VkV3V4V1=5.5℃/s:炉冷;PV2=20℃/s:空冷;SV3=33℃/s:油冷;T+M+A残V4≥138℃/s:水冷;M+A残稳定的奥氏体区时间(s)30010210310410108014

1.3.3钢的热处理一般零件生产的工艺路线:毛坯生产预备热处理机械加工最终热处理机械精加工预备热处理:退火;正火最终热处理:淬火;回火一、普通热处理1.3.3钢的热处理一般零件生产的工艺路线:预备热151.退火（1）定义:把零件加温到临界温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉冷却。（2）目的:消除应力，降低硬度，细化晶粒，均匀成分，为最终热处理作好组织准备。1.退火（1）定义:把零件加温到临界温度以上30～50℃16（3）种类退火重结晶退火低温退火完全退火扩散退火球化退火再结晶退火去应力退火普通退火等温退火普通球化退火等温球化退火（3）种类退火重结晶低温完全退火扩散退火球化退火再结晶退火17（4）工艺参数:（4）工艺参数:182.正火（1）定义:把零件加温到临界温度以上30～50℃，保温一段时间，然后在空气中冷却。（2）目的:消除应力，调整硬度，细化晶粒，均匀成分，为最终热处理作好组织准备。2.正火（1）定义:把零件加温到临界温度以上30～50℃19（3）工艺参数:（3）工艺参数:20（4）应用范围:

1.预备热处理:调整低、中碳钢的硬度;消除过共析钢中的Fe3CⅡ。

2.最终热处理:用于力学性能要求不高的普通零件。（4）应用范围:213.淬火（1）定义:

把零件加温到临界温度以上30～50℃，保温一段时间，然后快速冷却(水冷)。（2）目的:为了获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性。3.淬火（1）定义:把零件加温到临界温度以上3022（3）工艺参数:（3）工艺参数:23（4）常用的淬火冷却介质名称最大冷却速度时平均冷却速度/(℃•s-1)所在温度/℃冷却速度/(℃•s-1)650～550℃300～200℃20℃静止水34077513545040℃静止水28554511041060℃静止水2202758018510%NaCl溶液58020001900100010%NaOH溶液5602830275077520℃10号机油430230606580℃10号机油430230705520℃3号锭子油50012010050（4）常用的淬火冷却介质最大冷却速度时平均冷却速度/24（5）钢的淬硬性与淬透性淬硬性是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。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)的深度。（5）钢的淬硬性与淬透性淬硬性是指钢在淬火25淬硬性与淬透性之间的关系:淬透性淬硬性钢种小低碳素结构钢(20)小高碳素工具钢(T12A)大低低碳合金结构钢(20Cr2Ni4A)大高高碳高合金工具钢(W18Cr4V)淬硬性与淬透性之间的关系:淬透性淬硬性钢种小264.回火（1）定义:

把淬火后的零件重新加温到A1线以下某个温度，保温一段时间，然后冷却到窒温。（2）目的:

消除淬火应力，降低脆性，稳定工件尺寸，调整淬火零件的力学性能。4.回火（1）定义:把淬火后的零件重新加温到A1线以下27耐磨件M回=α0.3%C+ε150～250低温回火弹簧等T回=F针+Fe3C粒350～500中温回火调质件S回=F多+Fe3C球500～650高温回火高合金钢P回=F多+Fe3C粒650～A1高温软化（3）工艺参数淬火+高温回火=调质处理用途组织温度(℃)名称淬火+高温回火=调质处理耐磨件M回=α0.3%C+ε150～250低温回火弹簧等T回28二、钢的表面热处理表面淬火化学热处理工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学性能。二、钢的表面热处理表面淬火工艺的核心:使零件具有291.表面淬火（1）定义:是一种不改变钢表层化学成分，但改变表层组织的局部热处理工艺。（2）工艺特征: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，而心部仍保持不变。1.表面淬火（1）定义:是一种不改变钢表层化学成分，但改30（3）表面淬火用钢:选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。（4）表面淬火加工的方法:

感应加热(高、中、工频)、火焰加热、电接触加热法等。（3）表面淬火用钢:选用中碳或中碳低合金钢。31感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图32工艺要求:

*表面淬火前,必须对零件进行正火或调质处理,以保证零件有良好的基体。

*表面淬火后,必须对零件进行低温回火处理,以降低淬火应力和脆性。生产特点:

淬火件的质量好;工件变形小;不易氧化及脱碳;淬火层容易控制;生产率高。设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。工艺要求:生产特点:淬火件的质量好;工件33火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火34

火焰加热表面淬火的特点:*设备简单,操作方便,成本低。*淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。火焰加热表面淬火的特点:*设备简单,操作方便,成本低。352.化学热处理（1）定义:将零件置于一定的化学介质中，通过加热、保温，使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层，以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。2.化学热处理（1）定义:将零件置于一定的化学介质中，通过36（2）化学热处理的基本过程:2.吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶解。3.扩散:

活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定的扩散层。1.分解:

化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。

2COCO2+〔C〕（2）化学热处理的基本过程:2.吸收:活性原子被零件表面37（3）渗碳1)定义:向钢的表面渗入碳原子的过程。2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。3)用钢:低碳钢和低碳合金钢。4)方法:固体、气体、液体渗碳。（3）渗碳1)定义:向钢的表面渗入碳原子的过程。2)目的:38固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥39气体渗碳法示意图气体渗碳法示意图405)渗碳后的热处理工艺时间温度930℃850℃方案1方案2渗碳淬火加热5)渗碳后的热处理工艺时间温度930℃850℃方案1方案241（4）渗氮1)定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。2)目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能的零件。3)用钢:中碳合金钢。4)方法:气体渗氮。（4）渗氮1)定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。2)目的:获42渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否需要热处理处理时间(h)处理温度(℃)名称需要3～9900～950渗碳不需要20～50500～600渗氮渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否需要热处理处43（5）碳氮共渗---氰化处理1)定义:向钢的表面同时渗入碳和氮原子的过程。2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。3)方法:固体碳氮共渗气体碳氮共渗液体碳氮共渗高温中温低温（5）碳氮共渗---氰化处理1)定义:向钢的表面同时渗入碳和44越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。长55.7厘米，剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。越王勾践剑春秋晚期越国青铜兵器,45

1.3钢的热处理

(HeatTreatmentofSteel)概述钢在加热时的组织转变钢在冷却时的组织转变钢的普通热处理工艺钢的表面热处理工艺机械制造过程中的热处理1.3钢的热处理

(Hea46

1.3.1热处理及其作用1.热处理的定义:将钢在固态下进行不同的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需性能的一种工艺。时间温度临界温度

热加保温冷却1.3.1热处理及其作用1.热处理472.热处理的目的:通过改变钢的内部组织来改善钢的性能，如强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性、耐蚀性、加工性能等。3.热处理的分类热处理普通热处理表面热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;2.热处理的目的:通过改变钢的内部组织来改善钢的性能，如强481.3.2钢在热处理时的组织转变一、钢在加热时的组织转变1.3.2钢在热处理时的组织转变一、钢在491.转变温度(transformationtemperature)1.转变温度(transformationtemper50奥氏体的形成FFe3C未溶Fe3CA残余Fe3CAAAA形核A长大残余Fe3C溶解A均匀化奥氏体的形成FFe3C未溶Fe3CA残余Fe3CAAAA形513.奥氏体晶粒度及对力学性能的影响1.奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。3.奥氏体晶粒度及对力学性能的影响1.奥氏体晶粒均匀细小,521.钢在热处理时的冷却方式

热加保温时间温度临界温度连续冷却等温冷却

二、钢在冷却时的组织转变1.钢在热处理时的冷却方式热保温时间温度临界温532.共析钢奥氏体等温转变曲线稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf2.共析钢奥氏体等温转变曲线稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A543.转变产物的组织与性能相：在金属或合金中成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。固溶体：在合金结晶时所形成的晶格结构与合金的某一组成元素的晶格结构相同的固相。化合物：在合金结晶时所形成的晶格结构与合金的各组成元素的晶格结构均不相同的固相。1.奥氏体（A）：碳在γ-Fe中的固溶体。2.珠光体(P)：铁素体（F，碳在α-Fe中的固溶体）和渗碳体（Fe3C，化合物）的混合物。3.贝氏体型(B)：过饱和碳α-Fe和Fe3C的混合物。4.马氏体型(M)：碳在α-Fe中的过饱和固溶体。3.转变产物的组织与性能相：在金属或合金中成分相同55珠光体形貌像光镜下形貌电镜下形貌珠光体形貌像光镜下形貌电镜下56上贝氏体组织金相图上贝氏体组织金相图57下贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图58稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf4.奥氏体等温转变曲线的应用V1V2VkV3V4V1=5.5℃/s:炉冷;PV2=20℃/s:空冷;SV3=33℃/s:油冷;T+M+A残V4≥138℃/s:水冷;M+A残稳定的奥氏体区时间(s)30010210310410108059

1.3.3钢的热处理一般零件生产的工艺路线:毛坯生产预备热处理机械加工最终热处理机械精加工预备热处理:退火;正火最终热处理:淬火;回火一、普通热处理1.3.3钢的热处理一般零件生产的工艺路线:预备热601.退火（1）定义:把零件加温到临界温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉冷却。（2）目的:消除应力，降低硬度，细化晶粒，均匀成分，为最终热处理作好组织准备。1.退火（1）定义:把零件加温到临界温度以上30～50℃61（3）种类退火重结晶退火低温退火完全退火扩散退火球化退火再结晶退火去应力退火普通退火等温退火普通球化退火等温球化退火（3）种类退火重结晶低温完全退火扩散退火球化退火再结晶退火62（4）工艺参数:（4）工艺参数:632.正火（1）定义:把零件加温到临界温度以上30～50℃，保温一段时间，然后在空气中冷却。（2）目的:消除应力，调整硬度，细化晶粒，均匀成分，为最终热处理作好组织准备。2.正火（1）定义:把零件加温到临界温度以上30～50℃64（3）工艺参数:（3）工艺参数:65（4）应用范围:

1.预备热处理:调整低、中碳钢的硬度;消除过共析钢中的Fe3CⅡ。

2.最终热处理:用于力学性能要求不高的普通零件。（4）应用范围:663.淬火（1）定义:

把零件加温到临界温度以上30～50℃，保温一段时间，然后快速冷却(水冷)。（2）目的:为了获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性。3.淬火（1）定义:把零件加温到临界温度以上3067（3）工艺参数:（3）工艺参数:68（4）常用的淬火冷却介质名称最大冷却速度时平均冷却速度/(℃•s-1)所在温度/℃冷却速度/(℃•s-1)650～550℃300～200℃20℃静止水34077513545040℃静止水28554511041060℃静止水2202758018510%NaCl溶液58020001900100010%NaOH溶液5602830275077520℃10号机油430230606580℃10号机油430230705520℃3号锭子油50012010050（4）常用的淬火冷却介质最大冷却速度时平均冷却速度/69（5）钢的淬硬性与淬透性淬硬性是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。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)的深度。（5）钢的淬硬性与淬透性淬硬性是指钢在淬火70淬硬性与淬透性之间的关系:淬透性淬硬性钢种小低碳素结构钢(20)小高碳素工具钢(T12A)大低低碳合金结构钢(20Cr2Ni4A)大高高碳高合金工具钢(W18Cr4V)淬硬性与淬透性之间的关系:淬透性淬硬性钢种小714.回火（1）定义:

把淬火后的零件重新加温到A1线以下某个温度，保温一段时间，然后冷却到窒温。（2）目的:

消除淬火应力，降低脆性，稳定工件尺寸，调整淬火零件的力学性能。4.回火（1）定义:把淬火后的零件重新加温到A1线以下72耐磨件M回=α0.3%C+ε150～250低温回火弹簧等T回=F针+Fe3C粒350～500中温回火调质件S回=F多+Fe3C球500～650高温回火高合金钢P回=F多+Fe3C粒650～A1高温软化（3）工艺参数淬火+高温回火=调质处理用途组织温度(℃)名称淬火+高温回火=调质处理耐磨件M回=α0.3%C+ε150～250低温回火弹簧等T回73二、钢的表面热处理表面淬火化学热处理工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学性能。二、钢的表面热处理表面淬火工艺的核心:使零件具有741.表面淬火（1）定义:是一种不改变钢表层化学成分，但改变表层组织的局部热处理工艺。（2）工艺特征: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，而心部仍保持不变。1.表面淬火（1）定义:是一种不改变钢表层化学成分，但改75（3）表面淬火用钢:选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。（4）表面淬火加工的方法:

感应加热(高、中、工频)、火焰加热、电接触加热法等。（3）表面淬火用钢:选用中碳或中碳低合金钢。76感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图77工艺要求:

*表面淬火前,必须对零件进行正火或调质处理,以保证零件有良好的基体。

*表面淬火后,必须对零件进行低温回火处理,以降低淬火应力和脆性。生产特点:

淬火件的质量好;工件变形小;不易氧化及脱碳;淬火层容易控制;生产率高。设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。工艺要求:生产特点:淬火件的质量好;工件78火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火79

火焰加热表面淬火的特点:*设备简单,操作方便,成本低。*淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生