钢的热处理课件 (精品).ppt

1、第三章 钢的热处理,第一节 钢在加热时的转变 第二节 钢在冷却时的转变,第一节 钢在加热时的转变,热处理的定义：将固态金属采用适当的方式进行加热 、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。,钢的热处理不仅可以改善其组织和性能，还可以改善其加工性能。更重要的是赋于零件的最终性能的关键工序。不少零件加工成形后并不能直接使用，而是必须进行热处理后才能使用。,本章主要介绍热处理的基本原理、常用热处理工艺方法及其应用。 热处理方法很多，根据工艺类型、工艺名称和实现热处理的加方法、将热处理工艺分为两类。,整体热处理：包括退火、正火、淬火和回火等。 表面热处理：包括表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗。,热处理

2、的工艺要素是温度和时间。任何热处理过程都是由加热、保温和冷却三个阶段组成的。因此，要掌握钢的热处理原理，主要就是要掌握钢在加热和冷却时的组织转变规律。,热处理的任务是通过改变钢材的组织，来改变钢材的性能，以满足使用要求的。一般都有将钢加热到相变温度以上，使常温组织变为高温组织-奥氏体。然后在冷却过程中使它向要求的组织转变。因此，奥氏体在形成过程中，其成份、晶粒大小等，将直接影响热处理的效果。为此，了解奥体的形成过程和影响因素是很重要的。,以共析钢为例，说明奥氏体的转变(形成)过程。,其转变过程可归纳为四个阶段。,1奥氏体（A）晶核的形成,2奥氏体（A）晶核的长大,3残余渗碳体（Fe3C）的溶解

3、,4奥氏体（A）的均匀化,注意：（1）亚共析钢和过共析钢加热到AC1-AC3（或AC1-ACcm）之间时将分别得到“A+F”和“A +Fe3C”组织，属不完全奥氏体化。只有当加热到AC3或ACcm以上温度时，才能完全奥氏体化。,（2）在实际生产中，奥氏体晶粒的大小对热处理后的组织与性能有很大的影响。一般热处理加热时奥氏体晶粒越均匀、细小，冷却后的组织也越均匀、细小，其强度、塑性和韧性比较高。因此，应合理选择钢的化学成分，并控制热处理的加热温度及保温时间。,第二节 钢在冷却时的转变,冷却方式直接影响着钢的相变（决定热处理后钢的组织和性能）。,需要热处理的零件，加热以后的冷却方式有以下两种：,1）

4、等温冷却,2）连续冷却,把加热到奥氏体的钢先以较快的速度过冷到A1线以下的一定温度，然后保持此温度，使奥氏体恒温进行组织转变，当组织转变结束后再继续冷却到室温,把加热到奥氏体的钢先以某一速度（在一定介质中）冷却至室温，使奥氏体在A1线以下的连续冷却中发生组织转变,一、过冷奥氏体等温转变曲线的建立,1）过冷奥氏体（A）,2）过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）,在A1温度以下还没有转变成其它组织的奥氏体,过冷奥氏体在A1温度以下不同温度等温转变时，转变量与时间的关系曲线。,二、共析钢过冷奥氏体等温转变的产物,1高温转变的产物（727 550 ）珠光体,2中温转变的产物（550 230 ）贝氏体,3低

5、温转变的产物（ 230 ）马氏体 （碳在-Fe中的饱和固溶体）,三、过冷奥氏体连续冷却转变的曲线,注意：同一成分的钢在冷却时，由于冷却方式的不同，奥氏体被过冷到不同的温度，将转变成不同的组织，体现出不同的性能。,第三节 钢的普通热处理 教学目的和要求： 1掌握有几种热处理工艺。 2掌握各种热处理工艺有何异同，如何操作，及其目的。 重点分析： 各种热处理工艺操作方法及其目的。,热处理,整体热处理,退火、正火、淬火、回火,表面热处理,火焰加热法,感应加热法,激光加热法,化学、物理气相沉积,化学热处理,渗碳、渗氮、多元共渗,保温,临界点,冷却,加热,时间,温度,热处理,预先热处理,比如：退火、正火等

6、,最终热处理,消除前道工序的某些缺陷，为后续工序做准备的热处理,获得零件所需要的使用性能的热处理,比如：淬火、回火等,一 、钢的退火,将工件加热到一定温度并保温，然后再缓慢冷却的一种热处理工艺。,根据钢的成分和退火目的不同应采用不同的退火方法，常用的退火方法有：完全退火（普通退火）；球化退火（不完全退火）；去应力退火（低温退火）等。,退火,完全退火,球化退火,去应力退火,方法：将亚共析钢加热到AC3线以上3050，保温一定时间后缓慢冷却（随炉冷却）。,方法：将共析钢或过共析钢加热到AC1线以上2030，保温后缓慢冷却。,方法：将钢加热到AC1线以下，保温后缓慢冷却。,退火,完全退火,球化退火,

7、去应力退火,目的：细化晶粒，均匀组织，降低硬度，消除应力。同时也是为切削加工和最终热处理做准备,目的：消除网状或片状渗碳体，降低硬度，提高韧性。同时也是为切削加工和最终热处理做准备,目的：消除铸件、焊件中的内应力，稳定尺寸。,主要应用于：亚共析钢的铸件、锻件和轧件,主要应用于：共析、过共析钢和合金工具钢,主要特点：没有组织变化,二 、正火,方法：是将钢件加热到AC3或ACm以上3050，保温一定时间后，从炉中取出在空气中冷却。,主要应用于以下几方面:, 改善低碳钢的可切削性 。, 作为中碳钢的预备热处理（可以替代部分退火热处理）。, 对机械性能要求不高的零件的最终热处理。,注意：正火和普通退火

8、属于同一类型的热处理工艺。都是将钢加热到奥氏体状态。所不同的是正火在空气中冷却，而退火是随炉冷却。,三 、淬火,方法： 将钢加热到AC3(亚共析钢)或ACcm(共析钢或过共析钢)以上3050，保温一定时间使其奥氏体化，然后在冷却介质中迅速冷却。,目的： 是获得均匀细小的马氏体组织，再经过回火处理，提高钢的力学性能。,注意： 淬火的关键是：确定淬火温度和冷却方式。,它是最常用的一种热处理，是决定产品质量的关键。,1.淬火温度的选择,碳钢的淬火加热温度范围,2.常用的淬火冷却方法,常用的淬火冷却方法,单液淬火法,双介质淬火法,分级淬火法,等温淬火法,加热至淬火温度，先投入一种冷却能力强的介质中冷却

9、至Ms点以下区域，然后再放入另一种冷却能力弱的介质中冷却。适用于高碳钢零件和较大的合金钢零件。,加热至淬火温度，先投入Ms点附近的油浴和盐浴中冷却（2-5min），然后再取出空冷。适用于尺寸较小的工件。,形状复杂、尺寸要求精确，且硬度与韧性要求高的重要零件。,加热至淬火温度，投入一种淬火介质中连续冷却。常见碳钢在水中淬火、合金钢在油中淬火。,四 、回火,方法： 将淬火钢加热到AC1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷到室温。,目的： 减少或消除淬火应力，防止钢件变形与开裂；稳定组织和尺寸；获得所需要的组织和性能。,注意： 淬火钢不经过回火一般不能直接使用。,淬火钢的回火转变 ：马氏体

10、分解和残余奥氏体的分解 。,回火种类及应用： （1）低温回火（150250），目的是降低淬火钢的内应力和脆性，并保持高硬度（5664HRC)和耐磨性。如模具、刃具等。 （2）中温回火（350500），目的是使钢获得高弹性，并保持较高硬度（3550HRC)和一定的韧性。如弹簧、锻模等。 （3）高温回火调质处理（500650目的是获得得强度及韧性等综合力学性能较好。如连杆、曲轴、齿轮等。,有些零件，采用表面热处理可以获得表面高硬度和心部高韧性。,第四节 钢的表面热处理,一、表面淬火,表面淬火的特点是快速加热，使工件要求淬硬的表面迅速升至淬火温度，而心部仍保持AC1以下温度，再迅速冷却，结果工件表面

11、层被淬硬为马氏体组织，心部仍为原来的组织，保持了良好的韧性。再经过适当的低温回火，就能获得要求的性能。,根据加热方法不同，表面淬火方法可分为三种：,1火焰加热表面淬火法 淬深为26mm需凭经验难以把握。,2感应加热表面淬火法 利用电流的集肤效应对工件表面迅速加热 ，而心部则几乎未被加热。, 高频感应加热 电流频率为（f=200300）KHZ 淬深为0.52mm 。主要用于淬硬层较浅的中、小 型零件加热，如小轴、小模数齿轮等。,高频淬火齿轮的工艺路线为： 锻造正火或退火粗加工调质精加工高频淬火低温回火磨削。,二、化学热处理,化学热处理是把工件放在特定介质中加热和保温，使一种或几种元素渗入工件表面

12、，以改变表层成份和组织。使用工件表面与心部具有不同的机械性能或特殊的物理、化学性能。,原理：将要渗的活性元素加热分解，即所谓激活，然后被工件表面吸收，进而向工件内部扩散。,常用的化学热处理方法有：,1渗碳,钢的表面吸收碳原子的过程，称为渗碳。,目的：使零件表面获得高硬度（HRC5864），心部获得较高的强度和韧性。,(1) 气体渗碳法：主要用甲烷、煤气、甲苯、煤油等作渗碳剂，在气体高温下分解出活性碳原子进行渗碳。 如图所示。,(2) 固体渗碳法：固体渗碳剂主要是木炭，其次是少量碳酸盐。如图所示。,(3) 液体渗碳法：因有有毒气体产生，所以应用于不广。,2氮化,即使工件表面渗入氮原子。,目前应用较广的是气体氮化法。把工件放在专门氮化的炉子里，加热到500600，同时通入氨气(NH3)，氨气加热到450，就分解出活性氨原子，扩散渗入工件表层，形成氮化层。 氮化的要素是温度和时间，用时间控制渗层厚度。,氮化处理的缺点是：时间长,一般要用合金钢,所以成本高。只用于机床中高速传动轴；精密齿