东南大学材料成型基础第四章.ppt

1、,热处理分类 4.1退火与正火 4.2钢的淬火 4.3钢的表面淬火 4.4钢的回火 4.5钢的淬透性 4.6固溶处理与时效强化 4.7钢的化学热处理 4.8热处理零件的结构工艺性及技术条件标注 4.9热处理技术新进展 本章小结,热处理分类,4.1退火与正火,4.1.1退火 1.完全退火 2.球化退火 3.扩散退火(均匀化退火) 定义、应用范围、后处理 4.去应力退火 定义、应用范围、目的 ,完全退火与等温退火,球化退火,4.1.2正火,定义：将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上3050，保温适当的时间后在静止空气中冷却的热处理叫正火。 应用范围： 目的： （1）要求不高的结构

2、件，可作为最终热处理。 （2）改善低碳钢的切削加工性（以防粘刀）。 （3）共析钢、过共析钢正火后可消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。 各种退火及正火的加热温度范围,碳钢的硬度与热处理的关系,各种退火及正火的加热温度范围,4.2钢的淬火,定义、目的 4.2.1淬火加热温度和加热时间 4.2.2淬火冷却介质 4.2.3淬火冷却方法 1.单介质淬火法 2.双介质淬火法 3.分级淬火法 4.等温淬火法 5.冷处理,421淬火加热温度和加热时间,422淬火冷却介质,423淬火冷却方法,4.3钢的表面淬火,4.3.1感应加热表面淬火 4.3.2火焰加热表面淬火 433激光加热表面淬火,感应加热表面

3、淬火,高频 100500kHz 0.52.0mm 中频 2.58kHz 210mm 工频 50Hz 1015mm 特点：加热速度快、时间短、 氧化脱碳少、变形小、晶粒细 小、硬度高，表面层具有较大 的残余压应力，可提高疲劳强 度。但设备昂贵。淬火前调质 或正火，淬后需低温回火。,火焰加热表面淬火,4.4钢的回火,4.4.1回火目的 4.4.2回火组织转变及性能变化 4.4.3回火工艺及应用 4.4.4回火脆性,441回火目的,（1）消除或降低应力，防止变形或开裂。 （2）调整性能（硬度） （3）稳定组织，稳定形状和尺寸，保证精度。,4.4.2回火组织转变及性能变化,1.钢在回火时的组织转变 (

4、1)马氏体的分解（200以下） (2)残余奥氏体分解(200300) (3)渗碳体的形成(250400) (4)渗碳体的聚集长大(400以上) 2.回火后的组织和性能 (1)回火马氏体(250 以下) (2)回火托氏体(350450 ) (3)回火索氏体(500650 ),淬火钢回火时的变化过程,40钢回火后的力学性能与回火温度的关系,4.4.3回火工艺及应用,1.低温回火(150250 ) 2.中温回火(350500 ) 3.高温回火(500650 ),4.4.4回火脆性,(1)淬透性。指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。一般规定由工件表面到半马氏体区的深度作为淬硬层深度。 (2)淬透性对钢力

5、学性能的影响。钢的淬透性直接影响其热处理后的力学性能。 淬透性高的钢：力学性能沿截面均匀分布。 淬透性低的钢：截面心部的力学性能低。,4.5钢的淬透性,测定钢的淬透性最常用的方法是末端淬火法。 将25100mm的标准试样经奥氏体化后，对末端进行喷水冷却。 按规定方法测定硬度值，作出淬透性曲线。 利用钢的半马氏体区硬度与钢的碳含量关系图和淬透性曲线图可找出其淬透性的大小。,111,淬透性的值可用 表示。其中J表示末端淬透性，d表示至水冷端的距离，HRC为该处测得的硬度值。 钢的淬透性还可用钢在某种冷却介质中完全淬透的最大直径，即临界直径D0表示。,其一，对于截面尺寸较大和形状较复杂的重要零件以及

6、要求力学性能均匀的零件，应选用高淬透性的钢制造。 其二，对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件，可选用低淬透性的钢制造。 其三，设计和制造零件时，必须考虑钢的热处理尺寸效应。,淬透性的应用,112,对具体零件要作具体的分析。主要考虑以下几个方面：,钢的淬透性,淬透性的影响因素： (1)钢的含碳量 (2)合金元素 (3)钢中未溶物质 (4)工件尺寸 (5)介质 淬硬性概念： 淬透性与选材的关系: (1)动载和交变载荷下; (2)弹簧类零件 (3)轴类零件 (4)工具类零件,工作截面的不同冷却速度,4.6固溶处理与时效强化,4.7钢的化学热处理,钢的渗碳,1.渗碳方法 气体渗碳、固体渗碳、液体渗碳

7、2.渗碳工艺参数 渗碳温度:900950 渗层表面含碳量:0.85%1.05% 渗层厚度:与渗碳时间有关,与工件的尺寸有关 3.渗碳后的热处理 直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法 渗碳件淬火后应进行低温回火(150200), 以减少应力和脆性.回火后的组织是马氏体和 渗碳体,硬度达5864HRC.,钢的气体渗碳,氮化也称渗氮,是指向工件渗入氮原子,以形成高氮硬化层的化学热处理工艺。,(1)氮化工艺。 气体氮化:在专门设备中通氮气并加热至560570。 氮化时间约2050h，氮化层深度一般0.10.6mm。,钢的氮化,128,离子渗氮:在低真空度容器内，稀薄的氨气在高电压作用下，使电离后的氮离子

8、高速冲击工件，使其渗入工件表面。 离子氮化其优点是氮化时间短，变形小。,129,离子氮化,氮化用钢通常是含有Al、Cr、Mo、Ti、V等合金钢。应用最广泛的是38CrMoAl。 选择氮化层厚度不超过0.60.7mm。 工件在氮化前进行调质处理，氮化后不进行热处理。 (3)氮化特点及应用。 氮化后工件表面硬度高、耐磨性高和热硬性高。 氮化后工件的疲劳强度显著提高。 氮化工件变形小，耐腐蚀能力高。 氮化工艺复杂，成本高。 目前氮化工艺主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件。,氮化用钢及氮化处理技术条件。,130,碳氮共渗是使工件表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺，也称作氰化。常用的碳氮共渗方法有：,

9、(1)低温气体碳氮共渗。共渗介质有尿素、甲酰氨和三乙醇氨等，处理温度不超过570，处理时间13h，硬度可达5067HRC。现普遍用于模具、刃具、量具及耐磨零件的处理。 (2)中温气体碳氮共渗。滴入煤油通入氨气并加热温度830 850。保温34h时，氰化层厚度可达0.50.6mm。 目前主要用于形状复杂、要求变形小、受力不大的小型零件的处理。,131,钢的碳氮共渗,除了渗碳、渗氮外，还能渗金属，如渗铬、渗铝等。,渗金属,132,4.8热处理零件的结构工艺性和技术条件标注,4.8.1热处理零件的结构工艺性 (1)力求避免尖角、棱角 (2)截面厚薄尽量均匀 (3)形状尽量对称和封闭 (4)采用组合结

10、构 4.8.2热处理技术条件的标注,避免尖角设计,避免厚薄悬殊,采用对称结构,采用封闭结构,热处理技术条件的标注,表4.6热处理工艺分类及代号,续表4.6热处理工艺分类及代号,热处理技术条件标注举例,45钢轴 45钢摇杆表面淬火标注实例,4.9热处理技术新进展,4.9.1形变热处理 1.高温形变热处理 2.低温形变热处理 4.9.2超细化热处理 4.9.3真空热处理 1.真空退火 2.真空淬火 3.真空渗碳 4.9.4离子轰击热处理 4.9.5激光热处理 4.9.6电子束热处理 4.9.7计算机辅助热处理生产,本章小结,热处理安排在各种加工工序之间，既可用于消除上一道工艺所产生的缺陷，也可为下一道工艺创造条件，更重要的是可以充分发挥钢材的潜力，提高工件的使用性能，提高产品的质量，延长工件的使用寿命。因此，热处理是强化钢材的重要工艺之一。 热处理的方法很多，他们都是由加热、保温、冷却三个阶段组成，因此，应重点掌握各种热处理在以上三阶段的组织变化。,思考题,钢材的退火、正火、淬火、回火的目的是什么？各种热处理加热温度范围和冷却方法如何选择？各应用在什么场合？热处理后形成的