工程材料第六章 2工艺

第六章钢的热处理

Heattreatmentofsteel§6-1

概述§6-2

钢在加热时的转变§6-3钢在冷却时的转变§6-4钢的退火与正火

三节课§6-5钢的淬火

§6-6钢的回火

§6-8钢的表面淬火

§6-9钢的化学热处理结束放映下一页上一页

本章首页教程首页二)共析碳钢TTT曲线与CCT曲线的比较稳定的奥氏体区时间(s)300102103104101800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMfCCT曲线TTT曲线Vk’Vk△tmτmVk=△tm

／１.5τm比较：连续—在等温的右下角;比较：没C曲线下半截;比较：近似估算出Vk;比较：转变是在一个温度范围内进行,得到产物可能不止一种.结束放映下一页上一页

本章首页教程首页稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf三)在连续冷却过程中TTT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残结束放映下一页上一页

本章首页教程首页一.钢的退火(Annealingofsteel)一)定义:

把零件加温到临界温度以上某一温度,保温一段时间,然后随炉冷却。二)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。三)工艺:

完全-----亚:Ac3+(30-50)℃组织：（P+F）

球化--共、过共：Ac1+(20-30)℃（P球+Fe3C球）结束放映下一页上一页

本章首页教程首页二.钢的正火(Normalizingofsteel)一)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。二)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。三)工艺:Ac3+(30-50)℃

Accm

结束放映下一页上一页

本章首页教程首页四)热处理后的组织:S（T)+Fe3C(0.8～1.4%c)S（T)+F(＜0.6%c)五)应用范围:1.预备热处理:

①低碳钢：调整硬度，为机加工做准备；

②中碳钢：当力学性能要求高时，做为预备热处理;

③消除过共析钢中的Fe3CⅡ，为球化退火做准备.2.最终热处理:用于力学性能要求不高的普通零件。结束放映下一页上一页

本章首页教程首页三.退、正火工艺参数:结束放映下一页上一页

本章首页教程首页结束放映下一页上一页

本章首页教程首页§6-5钢的淬火(Quenchingofsteel)一)定义:

把零件加温到临界温度以上30～50℃,

快速冷却,得到M或B下组织。

二)目的:

主要为了获得马氏体组织,提高钢的硬度和耐磨性,得到强度的最高等级。

三）工艺参数:

Ac3+(30-50)℃Ac1结束放映下一页上一页

本章首页教程首页淬火温度的确定：

亚共析钢Ac3+30---50度

共析钢

Ac1+30----50度

过共析钢

Ac1+30---50度

A、保留一定的Cem→HRC↑，耐磨性↑

B、A中C%↓→M中C%↓→M脆性↓

A中C%↓→M过饱和度↓→残余A↓

C、防止A粗大淬火温度过高→A粗大→M粗大:

①力学性能↓，

②淬火应力↑→变形，开裂↑结束放映下一页上一页

本章首页教程首页四)热处理后的组织:

M+Fe3C粒+A残Ac1+30～50过共析钢M+A残Ac1+30～50

共析钢M+A残Ac3+30～50亚共析钢Wc＞0.5%

MAc3+30～50亚共析钢Wc≤0.5%

最终组织淬火温度(℃)

钢种结束放映下一页上一页

本章首页教程首页七)常用的淬火方法—4种单液淬火双液淬火分级淬火等温淬火时间温度MsA1结束放映下一页上一页

本章首页教程首页八)钢的淬硬性

(Hardeningofsteel)1.定义:是指钢在淬火后所能达到M的最高硬度值。2.影响钢的淬硬性的因素:主要取决于M的含碳量。结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页九)钢的淬透性(Hardenabilityofsteel)1.淬透（硬）层:是指钢在淬火时获得马氏体层(淬硬层)的深度（一般指马氏体组织占50%处）。3.影响钢的淬透性的因素:

即影响C曲线或影响VK大小的因素；C曲线越右，VK

越↓,钢的淬透性越↑。结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页4.淬透性的测定：①临界直径法；②末端淬火法2.淬透性:钢在淬火时获得马氏体层（淬硬）深的能力。§6.钢的回火

Temperingofsteel

一.定义:把淬火后的零件重新加热到A1线以下某个温度,保温一段时间,然后冷却到室温。淬火后的钢一定要及时回火！（如不及时消除淬火内应力-导致变形开裂，回火可获得稳定组织和需要的性能。）二.目的:降低脆性；消除淬火应力;稳定工件尺寸;调整淬火零件的力学性能。

结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页三.钢在回火时的组织转变：1.马氏体分解（100-350℃）

析出ε碳化物，主要在100-250℃；得到组织为：含碳低的过饱和α固溶体十ε碳化物

—M回（晶格畸变降低，淬火应力有所下降)。结束放映下一页上一页

本章首页

2.残余A的分解

200-300℃;A残→M

3.碳化物类型的转变；250-400℃；ε碳化物→Fe3C4.碳化物聚集长大（400℃以上）、铁素体的回复与再结晶（500-650℃）。不同温度回火，对应得到组织为：150-250℃

含碳低的过饱和α固溶体十ε碳化物

—M回350-500℃

针状的F+Fe3C粒—T回500-650℃

多边形的F+Fe3C球—S回结束放映下一页上一页

本章首页教程首页名称温度(℃)组织用途性能低回中回高回150～250350～500500～650M回T回S回高硬度（58〜62）、高耐磨工具、滚动轴承、渗碳件和表面淬火件各种弹性零件。例：弹簧和热作模具重要结构件。如轴、齿轮、连杆较高的σe，σs一定aκ；40～

50HRC综合机械性能好（25～35HRC）淬火+高温回火=调质处理四.回火的分类及其应用结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页五．回火工艺、组织、性能关系：（1）回火马氏体

——150～250℃，低温回火；极细的ε碳化物和低过饱和度马氏体，形态基本不变。（2）回火屈氏体

——350～

500℃，中温回火；

马氏体外形的F+细粒状Fe3C（3）回火索氏体

——500～

650℃，高温回火。等轴F+粗粒状Fe3C（4）球状P（粗大球状Fe3C+F

）

650～A1℃（5）回火温度与机械性能的关系：硬度：200度以下，不变。

200～300度，硬度降低不大，高碳钢有一定↑。

>300度，HRC↓。韧性：400度开始升高，600度最高。弹性极限：在300～

400度最高。塑性：在600～

650度最高。结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页（6）回火组织与性能的关系：

M回高碳：强度、硬度高、塑性、韧性差低碳：高的强度与韧性，硬度、耐磨性也较好；

T回：屈服强度与弹性极限高；

S回：综合机械性能好。回火脆性：

回火中，随T回↑有些钢在某一温度范围内回火时，其冲击韧度反而↓，这种现象称为回火脆性。钢的韧性与回火温度的关系

第一类回火脆性：

在250℃～350℃回火产生。无法消除。第二类回火脆性：

在500℃

～650℃产生的脆性，加入Mo、W或回火后快冷可避免这类回火脆性产生。结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页1.感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页§6-8．表面淬火(SurfaceHardening)表面淬火：不改变表面化学成分，只改变其表面组织的局部热处理方法。一、感应加热表面淬火1．原理

交变磁场→感应电流→集肤效应→表面加热2．分类a.高频200-300KHz，淬硬深度0.5-2mm小件b.中频2500-8000Hz淬硬深度2-5mm较大件c.I频50Hz

淬硬深度10-15mm大件结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页3．材料—中碳钢和中碳低合金钢：40、45、40Cr、40MnB等。4.淬火层深度(δ)与电流频率(f)的关系:

δ=500/√f

（mm）

5.特点

a.加热速度快：几秒——几十秒；

b.得到A晶粒细，淬火得到M就细，硬↑，脆↓；

c.残余压应力→提高寿命；

d.不易氧化、脱碳、变形小；

e.工艺易控制，设备成本高。结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页二.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。结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页§6-9钢的化学热处理(ChemicalHeatTreatment)一)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,从而改变钢表层的化学成分和组织及性能的热处理工艺。

结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页二)化学热处理的基本过程:1.分解:

化学介质在高温下分解出待渗的活性原子。例如：渗碳时

2COCO2+〔C〕2.吸收:

活性原子被零件表面吸收。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。结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页三)化学热处理的种类:

渗碳;渗氮;碳氮共渗;渗硼;渗铝;渗硫;渗硅;渗铬等。1.钢的渗碳

(Carburizeofsteel)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。结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页5)渗碳后的组织:P+Fe3CⅡ表面1%C中心0.2%C工件PP+F结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页6)工艺:

加热温度为900～950℃;

渗碳时间一般为3～9小时;

气体渗碳法示意图结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页7)渗碳后的热处理淬火工艺：时间温度930℃850℃方案1方案2渗碳淬火加热结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页8)热处理（淬火+低回）后的组织:低碳M回+FM回+Cm+A残低碳合金钢F+PM回+Fe3C+A残低碳钢心部组织表层组织钢种9)常用的钢种:

15、20、20Cr、20Mn2、

20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。结束放映下一页上一页

本章首页

教程首页渗碳后的组织及热处理：（渗层深：0.5～2.5mm）工件：表层心部成分(%C)：0.85-1.050.1-0.25缓冷组织：P+Fe3CⅡF+P淬+低回：M回+Fe3C+A残M回+F（合金钢）

F+P（碳钢）

硬度：58～64HRC35～45HRC（合金钢）

137～183HBS

（碳钢）渗碳零件工艺路线：锻造→正火→机加工→渗碳→淬火＋低温回火→精加工表面淬火与渗碳组织、性能比较:

表面热处理方法用钢组织性能

表层心部表层心部表面淬火中碳钢M回

F+P耐磨性↑塑、韧好渗碳低碳钢M回+Fe3CM回+F

耐磨性↑↑强而韧

+A残结束放映下一页上一页

本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第六章钢的热处理工艺

1.钢在加热时组织转变的过程及影响因素；

2.本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素；

3.共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。C曲线各种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。

4.共析钢连续、等温C典线的差别及影响C典线的因素；

5.各种热处理的定义、目的、组织转变，性能变化，用途和适用的钢种，零件的范围。重点掌握

讨论：

一、工艺

1、在一批45钢制的螺栓中（要求头部淬硬到45-50HRC），混入少量20钢，若按45钢淬火处理，试问热处理后能否达到要求？为什么？

2、将45钢和T12钢分别加热至700℃、770℃、830℃淬火，试问这些淬火温度是否正确？为什么在770℃45钢淬火后的硬度远低于T12钢的硬度？

二、C曲线的应用

1、将共析钢加热到770℃，保温，问按图示①②③----线的冷却速度冷至室温，各获得何种组织？对应工艺？

2、将共析钢加热到770℃，保温，问采用什么热处理工艺可得到下例组织P、S、T+M、B下、M+A，，在C曲线画出各热处理工艺的冷却曲线，注明热处理工艺名称和所得组织。

三、下例说法是否正确？为什么？

1、过冷A的冷却速度大于Vk时，则冷却速度愈快，冷却后钢的硬度更高;

2、钢中合金元素越多，则淬火后硬度就越高;

3、同一钢材在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好；

4、冷速越快，马氏体转变点M