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1、课程名称：机械工程材料制作人：苟,第三章 钢的热处理,第三章 钢的热处理,概述钢在加热时的组织转变钢在冷却时的转变钢的常用热处理方法钢的表面热处理典型零件热处理分析热处理新工艺简介,重点内容：1，钢的常用热处理方法（钢的退火、正火、淬火、淬透性与淬硬性、回火）2，钢的表面热处理（表面淬火、钢的化学热处理）难点内容：钢在加热时和冷却时的组织转变,第一节 概述,1.热处理的定义:热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。任何一种处理工艺都是由加热、保温、和冷却三个阶段所组成。见下图热处理工艺曲线：,2.热处理的主要目的:改变钢的力学性能，满足零
2、件的使用要求和延长寿命，改善钢的加工性能，提高加工质量减少刀具磨损。,3.热处理的应用范围:整个制造业。,4.热处理的分类,热处理方法,常用热处理方法,表面热处理方法,退火;正火;淬火;回火;,表面淬火,化学热处理,感应淬火,火焰淬火,渗碳渗氮;,第二节 钢在加热时的组织转变,转变温度（了解）奥氏体的形成（了解）奥氏体晶粒度及对力学性能的影响（掌握）,一.转变温度,二、奥氏体的形成,A,A（奥氏体）晶核形成,A 长大,残余Fe3C溶解,A 均匀化,三.奥氏体晶粒度及对 力学性能的影响,1，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，即热处理后钢的力学性能提高。2，
3、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。,第三节 钢在冷却时的组织转变,钢在热处理时的冷却方式（了解）过冷奥氏体的等温冷却转变（了解）过冷奥氏体的连续冷却转变（了解）,一.钢在热处理时的冷却方式,见课本P36-37页,第四节 钢的常用热处理方法,预备热处理:退火;正火,最终热处理:淬火;回火,一般零件生产的工艺路线:,一.钢的退火,一)定义:把零件加温到适当温度（临界温度以上 3050）,保温一段时间,然后随炉冷却的热处理工艺。退火后的组织一般为珠光体组织。,二)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
4、或为以后的热处理作好组织准备。3，消除钢的残余内应力，以防止变形和开裂。,三)种类,退火,完全退火,等温退火,球化退火,均匀化退火,去应力退火,共析钢球化退火组织(化染)700,T10钢球化退火组织(化染)500,二.钢的正火,一)定义:把零件加温到临界温度以上 3050,奥氏体后保温一段时间,然后在空气中冷却的热处理工艺。,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。也可做最终热处理。,二.钢的正火,三)正火与退火的区别:正火冷却速度快，得到的珠光体晶粒较细，强度和硬度均较高；操作方便，生产周期短，成本较低。,四)退火与正火的选择可从以下三个方面考虑:1，从
5、切削加工性考虑 2，从使用性能上考虑 3，从经济上考虑,五)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（Wc-0.77-2.11%）中的Fe3C（二次渗碳体）。2.最终热处理:用于力学性能要求不 高的普通零件。,三.钢的淬火,一)定义:把零件加温到临界温度以上 30 50,保温一段时间,然 后快速冷却(一般用水冷)。,二)目的:为了获得马氏体或贝氏体组织,强化金属，提高钢的强度、硬度和耐磨性。,三.钢的淬火,三)淬火冷却介质:1，生产中常用的冷却介质有水、水溶液、油、熔盐、熔碱等。碳素钢工件一般采用水淬，合金钢零件多采用油 作淬火介质。2，掌握4种冷却介质的优点和缺点见书本
6、P40,四)常用的淬火方法,五)钢的淬透性,1.定义:是指钢在淬火时所能得到的淬 硬层深度的能力，淬透性越好，淬硬层越厚。钢的淬透性好坏 对机械性能影响很大，但并非 所有机械零件都必须完全淬透。,2.影响钢的淬透性的因素:主要是临界 淬火冷却速度VK 的大小,VK 越 大,钢的淬透性越小。,六)钢的淬硬性,1.定义:是指钢在淬火后所能达到的最 高硬度。,2.影响钢的淬硬性的因素:主要取决于 钢中的含碳量。含碳量越高，获得 的硬度越高。淬透性好的钢，它的 淬硬性不一定高。（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）3.淬火后及时回火消除应力,例如：淬硬性与淬
7、透性之间的关系:,淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响,四.钢的回火,一)定义:把淬火后的零件重新加温到 727摄氏度以下某个温度,保 温一段时间,然后空冷却到窒温 的热处理工艺。,二)目的:1，消除淬火应力,防止变形和 开裂降。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。,回火组织与性能：随回火温度升高，颗粒渐粗，硬度渐低。因此组织粒度可调，材料性能可调。与片状组织相比，粒状组织在相同强度时韧性更好，具有更好的综合力学性能。回火是工件获得所需性能的最后一道热处理工序。按回火温度可分为低温回火、中温回火和高温回火。淬火+
8、高温回火称为调质处理，目的是为了得到强度、塑性和韧性都较好为以后的热处理作组织上的准备。常用回火的方法、特点即应用 见书本P42表3-2,回火组织,回火索氏体组织金相图,回火屈氏体组织金相图,回火马氏体组织金相图,第五节 钢的表面热处理,化学热处理 表面淬火,工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学性能。（表面具有高硬度和耐磨性，而心部需要足够的塑性和韧性，为了适应冲击荷载及表面摩擦条件）表面热处理的定义：通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。,一.表面淬火,一)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。,二)目的:使工件表面具有高硬度、耐磨
9、性而心部具有足够的强度和韧性。,三)表面淬火的方法:1，感应淬火、2，火焰淬火,二.化学热处理,一)定义:将工件置于适当的活性介质 中 加热、保温、冷却,使介质 中一种或几种元素原子渗入 工件表层,以改变工件表层的化 学成分、组织和性能的热处理 工艺。,二)化学热处理的基本过程（了解内容）:,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。,三)化学热处理进行的条件（了解内容）:,1.渗入元素的原子必须是活性原子,而 且具有较大的扩散能力。,2.零件本身具有吸收渗入原子的能力,即对渗入原子有一定的溶解度或能 与之化合,形成化合物。,四)化
10、学热处理的种类:渗碳;渗氮;碳氮 共渗等。,1.钢的渗碳,1)定义:把低碳钢工件放在渗碳介质中，加热 到一定温度，保温足够长的时间，使表面层碳浓度升高的一种热处理工艺。即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（应用最广）、液体渗碳。工件渗碳后，必须淬火和低温回火。,固体渗碳法示意图,气体渗碳法示意图,20钢渗碳缓冷组织(化染)580 表层珠光体+网状渗碳体;中层珠光体;内层铁素体+珠光体,5)渗碳后的热处理工艺,淬火,6)渗碳后的热处理工艺,20CrMnTi 钢渗碳层组织(化染)320 渗碳体(白色块状)+高
11、碳M(兰色针状)+残余A(棕黄色),2.钢的渗氮,1)定义:在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。即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腐蚀性能 的零件。,3)用钢:,中碳合金钢。,4)方法:气体渗氮（应用最广）。,38 CrMoAl 气体渗氮层组织(化染)650 黄色区:(Fe2-3N)+(Fe4N);红色区:(Fe4N);蓝绿色区:含氮索氏体+脉状氮化物;绿黄色区:索氏体基体。,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。,渗碳与渗氮的工艺特点,20 CrMnTi 钢碳氮共渗层组织(化染)100 针状M+残余A;混合M+残余A;板条M+针状M,20Cr2Ni4A钢高温碳氮共渗淬火组织(化染)52,W18Cr4V钢碳氮共渗层组织(化染)650 隐针马氏体+合金碳化物;从左至右含碳量逐步下降,第七节 热处理新工艺简介（了解、自学）,第六节 典型零件热处理分析（了解、自学）,谢谢！,
