第四章金屬材料的熱處理

1、第四章 金屬材料的熱處理學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求：1、掌握鋼的加熱轉(zhuǎn)變，鋼的冷卻轉(zhuǎn)變及c曲線。2、掌握退火、正火、淬火和回火的目的及應(yīng)用。3、了解滲碳和滲氮的特點及應(yīng)用。 學(xué)習(xí)內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 鋼的加熱及組織轉(zhuǎn)變鋼的加熱及組織轉(zhuǎn)變第二節(jié)第二節(jié) 鋼的冷卻及組織轉(zhuǎn)變鋼的冷卻及組織轉(zhuǎn)變第三節(jié)第三節(jié) 退火和正火退火和正火第四節(jié)第四節(jié) 淬火與回火淬火與回火第五節(jié)第五節(jié) 鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理工藝鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理工藝第六節(jié)第六節(jié) 熱處理新技術(shù)和新工藝熱處理新技術(shù)和新工藝一、熱處理的概念 熱處理是將材料（主要是金屬材料）在固態(tài)下采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。二、熱

2、處理的分類1. 整體熱處理：是指對熱處理工件進(jìn)行穿透性加熱，以改善整體的組織和性能的熱處理工藝。 退火、正火、淬火、淬火+回火、調(diào)質(zhì)、穩(wěn)定化處理、固溶（水韌）處理、固溶+時效處理2. 表面熱處理：是指僅對工件表層進(jìn)行熱處理，以改變其組織和性能的工藝。 表面淬火+回火、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子化學(xué)氣相沉積第一節(jié) 鋼的加熱及組織轉(zhuǎn)變3. 化學(xué)熱處理：是指將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。 滲碳、碳氮共滲、滲氮、氮碳共滲、滲其它非金屬、滲金屬、多元共滲、熔滲熱處理的三個階段：加熱、保溫、冷卻第一節(jié) 鋼的加熱及組織轉(zhuǎn)變

3、第一節(jié) 鋼的加熱及組織轉(zhuǎn)變一、鋼的相變點（臨界溫度）二、奧氏體化過程及影響因素三、奧氏體晶粒大小及其控制一、鋼的相變點（臨界溫度）一、鋼的相變點（臨界溫度）相變點：金屬或合金在加熱或冷卻過程中發(fā)生相變的溫度。700700940940900900860860820820780780740740FeFe0.20.20.40.40.60.60.80.81.01.01.21.2 1.41.4WWc c (%)(%)溫度溫度/ArAr3 3AcAc3 3A A3 3AcAccmcmA AcmcmArArcmcmAcAc1 1ArAr1 1A A1 1加熱和冷卻時碳鋼的相變點在加熱和冷卻時碳鋼的相變點在F

4、e - FeFe - Fe3 3CC相圖上的位置相圖上的位置A A1 1、A A3 3、A AcmcmAcAc1 1、AcAc3 3、AcAccmcmArAr1 1、ArAr3 3、ArArcmcm二、奧氏體化過程及影響因素二、奧氏體化過程及影響因素奧氏體化：將鋼加熱到Ac1點以上，以獲得完全或部分A組織的操作。 加熱即為獲得A，同時，依靠控制加熱規(guī)范控制A晶粒大小。A通過不同的冷卻方式可以轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織，從而獲得所需的性能。任何鋼只有先A化，才能在冷卻后得到P、M、B等產(chǎn)物，從而改善性能。（一）奧氏體的形成（共析鋼為例）P(F+Fe3C) A Ac1形成過程：奧氏體晶核的形成、奧氏體的長大

5、、殘留滲碳體的溶解、奧氏體的均勻化 奧氏體的晶核易于在滲碳體相界面上形成。這是因為在兩相的相界上為形核提供了良好的條件。 A形核后,由于A與Fe 3 C形界處的含C量不同。將引起A中C的擴(kuò)散。通過Fe、C原子的擴(kuò)散和Fe原子的晶格改組,A向F和Fe 3 C兩個方向長大。 在奧氏體形成過程中 ,鐵素體比滲碳體先消失,因此奧氏體形成之后,還殘存未溶滲碳體。這部分未溶的殘余滲碳體將隨著時間的延長,繼續(xù)不斷地溶入奧氏體,直至全部消失。 滲碳體完全溶解后奧氏體中碳的濃度分布并不均勻 ,原先是滲碳體地方碳濃度高,原先鐵素體的地方碳濃度低。必須繼續(xù)保溫,通過碳的擴(kuò)散,使奧氏體成分均勻化。(二1、加熱溫度：隨

6、加熱溫度的提高, 奧氏體化速度加快。：加熱速度越快，發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度越高，轉(zhuǎn)變所需的時間越短3、鋼的成分：碳含量增加，鐵素體和滲碳體的相界面增大，轉(zhuǎn)變速度加快。4、原始組織：珠光體越細(xì), 奧氏體化速度越快。層片狀珠光體中比粒狀珠光體更容易形成奧氏體。（ 晶粒度是指多晶體內(nèi)的晶粒大小，常用晶粒度等級來表達(dá)。按晶粒大小，晶粒度等級分為00、0、110共12級。晶粒度越細(xì)，晶粒度等級越大。 ：指珠光體時的晶粒度。這時的晶粒一般非常細(xì)小。 指具體熱處理或熱加工條件下的奧氏體晶粒度。實際晶粒度直接影響鋼熱處理后的組織與性能。 鋼在加熱時奧氏體晶粒長大的傾向用本質(zhì)晶粒度來表示。 鋼加熱到93010、保溫8小

7、時、冷卻后測得的晶粒度叫。如果測得的晶粒細(xì)小，則該鋼稱為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，反之叫本質(zhì)粗晶粒鋼。 1、加熱溫度：加熱溫度越高，晶粒長大速度越快，奧氏體晶粒也越粗大。2、保溫時間：在一定溫度下，保溫時間越長，奧氏體晶粒也越粗大。 3、加熱速度：加熱速度越快，奧氏體晶粒越細(xì)小。 表面氧化（560度-800度）和內(nèi)氧化（800度）（鋼在加熱和保溫時，爐氣中含有O2，CO2、H2O、H2 等脫碳性氣氛，鋼表層中的固溶的碳和這些介質(zhì)在高溫下發(fā)生氧化反應(yīng)，使表層碳濃度降低，即產(chǎn)生脫碳。加熱溫度過高或保溫時間過長，得到粗大的晶粒組織。加熱溫度過高，使奧氏體晶界發(fā)生了局部熔化，這種現(xiàn)象稱為過燒。第二節(jié) 鋼的冷卻及組

8、織轉(zhuǎn)變熱處理工藝中，奧氏體化后的冷卻方式通常有兩種：（：鋼以某種速度連續(xù)冷卻，在臨界點以下變溫連續(xù)轉(zhuǎn)變；將鋼迅速冷卻到臨界點以下的給定溫度，進(jìn)行保溫，使其在該溫度下恒溫轉(zhuǎn)變。一、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變一、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變：當(dāng)溫度在A1以上時, 奧氏體是穩(wěn)定的。當(dāng)溫度降到A1以下后，奧氏體即處于過冷狀態(tài)，這種奧氏體稱為過冷奧氏體共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線圖PMfSTBMsA等溫轉(zhuǎn)變曲線圖定義：是指過冷奧等溫轉(zhuǎn)變曲線圖定義：是指過冷奧氏體在不同過冷溫度下的等溫過程氏體在不同過冷溫度下的等溫過程中轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時間與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時間與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物量的關(guān)系曲線圖，也稱量的關(guān)系曲線圖，也稱TT

9、T曲線，曲線，又稱又稱C曲線。曲線。各條線的意義：A1平衡溫度線轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變結(jié)束線T - timeT - temperatureT - transformation金屬及合金在一定過冷度條件下等溫轉(zhuǎn)變時，等溫停留開始至相轉(zhuǎn)變開始的時間稱為孕育期。以轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的水平距離表示。孕育期越長，過冷奧氏體越穩(wěn)定，反之則越不穩(wěn)定。 1. 轉(zhuǎn)變 擴(kuò)散型 2. 轉(zhuǎn)變 半擴(kuò)散型 3. 轉(zhuǎn)變 不擴(kuò)散型 A1550范圍內(nèi)為珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)。兩個過程： 一是鐵、碳原子的擴(kuò)散，形成高碳的滲碳體和低碳的鐵素體； 二是晶格重構(gòu)，由面心立方晶格的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格的鐵素體和復(fù)雜立方晶格的滲碳體，是一個固態(tài)下的

10、形核和長大的結(jié)晶過程片狀珠光體的形成過程示意圖層片狀珠光體的性能主要取決于層片間距，轉(zhuǎn)變溫度越低，即過冷度越大，層片間距越小。三種狀態(tài)的珠光體：1）：是在 形成的，片間距較大，用字母 表示。2）：是在形成的，片間距較小，用字母 表示。3）)：是在形成的，片間距極小，用字母 表示 珠光體的層片間距越小，相界面越大，塑性變形抗力越大，所以強(qiáng)度、硬度越高；同時，層片間距越小，塑性和韌性也變好。(a)珠光體 3800 (b) 索氏體 8000 （C）托氏體 8000（ ：550350 形成，呈羽毛狀，小片狀的滲碳體分布在成排的鐵素體片之間。350 230形成，呈黑色針片狀，在電子顯微鏡下可看到在鐵素體

11、針內(nèi)沿一定方向分布著細(xì)小的碳化物顆粒。(b) 電子顯微照片 5000 (a)光學(xué)顯微照片 1300 上貝氏體形態(tài)PMfSTBMsA 貝氏體的性能主要取決于鐵素體條（片）的粗細(xì)及其中碳的過飽和度和滲碳體（碳化物）的形狀、大小和分布。B下不僅有高的強(qiáng)度、硬度與耐磨性，同時還具有良好的塑性和韌性；B上強(qiáng)韌性較差。下貝氏體形成機(jī)理示意圖 (三）：，沒有鐵、碳原子的擴(kuò)散馬氏體的正方度：晶格常數(shù)c/a的比值。馬氏體中的含碳量越高，正方度越大。 一般當(dāng)時，鋼中馬氏體形態(tài)幾乎全為, 時則幾乎為；時為板條馬氏體和片狀馬氏體板條馬氏體和片狀馬氏體的混合組織的混合組織。隨wC升高，淬火鋼中板條馬氏體的量下降，片狀馬

12、氏體上升。板條狀馬氏體板條狀馬氏體片狀馬氏體片狀馬氏體主要取決于含碳量與組織形態(tài)。（隨含碳量的增加，強(qiáng)度和硬度升高。高碳馬氏體由于過飽和度大、內(nèi)應(yīng)力高和存在孿晶結(jié)構(gòu)，所以硬而脆，塑性、韌性極差。而低碳馬氏體，由于過飽和度小，內(nèi)應(yīng)力低和存在位錯亞結(jié)構(gòu)，則不僅強(qiáng)度高，塑性、韌性也較好。馬氏體的比容比奧氏體大，當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時，體積會膨脹，并產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力奧氏體含碳量對Ms和Mf及對馬氏體形態(tài)的影響只發(fā)生-Fe -Fe的晶格改組。鐵和碳原子都不能進(jìn)行擴(kuò)散。鐵原子沿奧氏體一定晶面, 集體地(不改變相互位置關(guān)系)作一定距離的移動(不超過一個原子間距), 使面心立方晶格改組為體心正方晶格，碳原子原地不動

13、，過飽和地留在新組成的晶胞中。（：奧氏體冷卻到Ms點以下后, 無孕育期, 瞬時轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。隨著溫度下降，過冷A不斷轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,是一個連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變過程。（：只有在Ms、Mf之間連續(xù)降溫時，馬氏體才繼續(xù)形成。 Ms與Mf的位置主要取決于奧氏體的成分。奧氏體的含碳量越高M(jìn)s與Mf的位置越低。（4：殘留奧氏體（AR）的存在。奧氏體含碳量對Ms和Mf及對馬氏體形態(tài)的影響含碳量對殘余奧氏體的影響（一般隨著奧氏體中的，奧氏體的穩(wěn)定性增大，C曲線的位置向。2外，所有溶入均增大奧氏體的穩(wěn)定性，使。不形成碳化物的元素如硅、鎳、銅等，只使曲線右移，不改變其形狀； 能形成碳化物的元素如鉻、鉬、鎢、釩、鈦等，不僅

14、使C曲線右移，而且使其形狀變化。 加熱條件影響了奧氏體的狀態(tài)（如晶粒大小、成分與組織均勻性），從而影響C曲線的位置與形狀。 總之，過共析鋼亞共析鋼合金元素對C曲線的影響四、過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變：是指鋼經(jīng)奧氏體化后在不同冷卻速度的連續(xù)冷卻過程中過冷奧氏體所發(fā)生的相轉(zhuǎn)變（一）共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖CCT曲線的分析：（1）形狀（2）各條線的含義：（3）：是保證奧氏體在連續(xù)冷卻過程中不發(fā)生轉(zhuǎn)變而全部過冷到馬氏體區(qū)的最小冷卻速度，即鋼在淬火時為抑制非馬氏體轉(zhuǎn)變所需的最小冷卻速度。C - continuousC - coolingT - transformation（二）（二） C曲線在連續(xù)冷卻曲

15、線在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用中的應(yīng)用V1為爐冷：A PV2為空冷：A SV3為油冷：A T馬氏體V4為水冷：A 馬氏體過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變類型類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物物形成溫度，形成溫度， 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變機(jī)制機(jī)制顯微組織特征顯微組織特征HRC獲得獲得工藝工藝珠珠光光體體PA1650擴(kuò)擴(kuò)散散型型粗片狀，粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布相間分布5-20退火退火S650600細(xì)片狀，細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布相間分布20-30正火正火T600550極細(xì)片狀，極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布相間分布30-40等溫等溫處理處理貝貝氏氏體體B上上550350半擴(kuò)半擴(kuò)散型散型羽毛狀，短棒

16、狀羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過分布于過飽和飽和F條之間條之間40-50等溫等溫處理處理B下下350MS竹葉狀，細(xì)片狀竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過分布于過飽和飽和F針上針上50-60等溫等溫淬火淬火馬馬氏氏體體M針針MSMf無擴(kuò)無擴(kuò)散型散型針狀針狀60-65淬火淬火M*板條板條MSMf板條狀板條狀50淬火淬火第三節(jié) 退火和正火根據(jù)熱處理工藝在零件生產(chǎn)工藝流程中的作用不同可分為兩大類：最終熱處理和預(yù)備熱處理最終熱處理和預(yù)備熱處理最終熱處理最終熱處理：指在生產(chǎn)工藝流程中，工件經(jīng)切削加工等成形工藝得到最終形狀和尺寸后，再進(jìn)行的賦予工件所需賦予工件所需要使用性能要使用性能的熱處理。預(yù)備熱處理預(yù)備熱處

17、理:指為達(dá)到達(dá)到工件最終熱處理的要求而獲得所需的預(yù)備組織預(yù)備組織或改善工藝性能改善工藝性能所進(jìn)行的熱處理，有時也稱中間熱處理。精機(jī)械加工 鑄造或鍛造熱處理1機(jī)械加工熱處理2一、退火 將金屬或合金，保溫一定時間，然后（一般為），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做。退火第一類退火（組織不轉(zhuǎn)變）第二類退火（組織性能改變）均勻化退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火預(yù)防白點退火完全退火不完全退火等溫退火球化退火p 定義：完全退火是將鋼鐵完全，隨之，獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。o 工藝過程：是把鋼加熱至, 保溫一定時間后緩慢冷卻(以下, 然后o 適用場合：主要適用于的件。o 目的：1) 通過，使熱加工造成的粗

18、大、不均勻的組織均勻化和細(xì)化，以；2) 使中碳以上的碳鋼和合金鋼得到的組織，以降低硬度，能。3)由于冷卻速度緩慢，還可。（二）等溫退火（二）等溫退火：等溫退火是將鋼件加熱到 ) 的溫度, 保溫適當(dāng)時間后, 較的某一溫度, 并, 使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變，然后的熱處理工藝。 ：等溫退火的目的與完全退火相同, 能; 對于奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼, 可大大縮短退火時間。Ac3Ac1對于亞共析鋼為 Ac3 （3050）：對于共析鋼或過共析鋼為Ac1（20 40 ）。：用于高碳鋼、中碳合金鋼、經(jīng)滲碳處理后的低碳合金鋼和某些高合金鋼的大型鑄、鍛件以及沖壓件等。球化退火為使鋼中的熱處理工藝。o 工藝過程：將工件加熱到）

19、保溫后等溫冷卻或緩慢冷卻。：是使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化（退火前正火將網(wǎng)狀滲碳體破碎），以能；并為以后的淬火作組織準(zhǔn)備。o 球化退火主要。：為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分偏析和組織不均勻性，將其加熱到高溫，長時間保溫（10h15h），并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝，稱為擴(kuò)散退火或均勻化退火。：AC3150200。退火后鋼的晶粒很粗大，因此一般再進(jìn)行完全退火或正火處理。o 適用于一些優(yōu)質(zhì)合金鋼和偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件。 為消除鑄造、鍛造、焊接和機(jī)加工、冷變形等冷熱加工在工件中造成的殘留內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行的低溫退火，稱為去應(yīng)力退火。去應(yīng)力退火是將鋼件加熱至低于Ac1的某一溫度(一般為500650

20、)，保溫后隨爐冷卻, 這種處理可以消除約50%80%的內(nèi)應(yīng)力, 不引起組織變化。工藝過程：工藝過程：鋼材或鋼件加熱到, 保溫適當(dāng)時間后, 在靜止的空氣中均勻冷卻的熱處理稱為。：，且片間距變小，一般為索氏體 0.6%C時，組織為F+S； 0.6%C時，組織為時，組織為S 。 ：（1）作為最終熱處理作為最終熱處理 正火可以，使組織均勻化，減少亞共析鋼中鐵素體含量，使增多并細(xì)化，從而提高鋼的（2）作為預(yù)先熱處理作為預(yù)先熱處理 對于中碳鋼結(jié)構(gòu)鋼件，進(jìn)行正火， 可以，并獲得組織。對于過共析鋼，并使其不形成連續(xù)網(wǎng)狀，為球準(zhǔn)備。對于某些碳鋼正火可消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化開裂。（3）改善切削加工性能改善切削加工性能l

21、要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火鋼用退火或正火,高碳鋼用球化退火高碳鋼用球化退火.第四節(jié) 淬火與回火將鋼加熱到，保溫一定時間后以獲得的熱處理工藝稱為淬火。： 是為了提高（一）鋼的淬火工藝鋼的淬火工藝 淬火加熱溫度和保溫時間的選擇加熱溫度為: 2.淬火介質(zhì)：工件進(jìn)行淬火冷卻所使用的介質(zhì)稱為淬火介質(zhì)。（1）理想淬火介質(zhì)的冷卻特性：在650以上時，速度應(yīng)慢些，以降低零件內(nèi)部溫度差而引起的熱應(yīng)力，防止變形；在650500，應(yīng)快速冷卻，應(yīng)大于Vk。300200之間，應(yīng)緩慢冷卻。水：具有較強(qiáng)的冷卻能力。但易使零件產(chǎn)生變形、甚至開裂，只能用作尺寸較小、形狀簡

22、單的碳鋼零件的淬火介質(zhì)。鹽水：其冷卻能力比清水更強(qiáng)，容易得到高的硬度和光潔的表面。油：油的冷卻能力很弱，可降低零件的變形與開裂其它：如堿浴和硝鹽浴 將奧氏體化的工件放入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫。：奧氏體化的工件先浸入冷卻力強(qiáng)的介質(zhì)，冷卻至少高于Ms即浸入冷卻能力弱的介質(zhì) 形狀復(fù)雜的高碳鋼工件和尺寸較大的合金鋼件 M+AR 奧氏體化的工件先浸入少高于或低于MS點的介質(zhì)保溫后空冷 尺寸較小、形狀復(fù)雜工件的淬火 B下 奧氏體化工件快冷至貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū) 形狀復(fù)雜，尺寸要求較精確，強(qiáng)韌性要求較高的小型工模具及彈簧等的淬火（一）淬透性（一）淬透性 淬透性的概念淬透性的概念：鋼在，表征了淬火時鋼獲得馬氏體

23、的能力。規(guī)定從工件表面向里的半馬氏體組織處(50%M + 50%P)的深度為有效淬硬深度，以半馬氏體組織所具有的硬度來評定是否淬硬。注意區(qū)別：鋼的淬透性與實際工件的淬硬（透）層深度（1）鋼的淬透性是鋼材本身的固有的屬性，是在規(guī)定條件鋼的淬透性是鋼材本身的固有的屬性，是在規(guī)定條件下的一種工藝性能，是確定的、可以比較下的一種工藝性能，是確定的、可以比較的。（2）淬硬層深度是實際淬硬層深度是實際工件在具體條件下淬得的馬氏體和半馬氏體的深度，是變化的，與鋼的淬透性及外在因素有關(guān)。2.淬透性的影響因素淬透性的影響因素：鋼的淬透性主要由其臨界速度來決定。Vk越小，奧氏體越穩(wěn)定，鋼的淬透性越好。（1）合金元

24、素）合金元素：除鈷以外，其余合金元素溶于奧氏體后，降低臨界冷卻速度，使C曲線右移，提高鋼的淬透性，因此合金鋼往往比碳鋼的淬透性要好（2）含碳量：）含碳量：在碳鋼中，共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好；亞共析鋼隨碳含量減少，臨界冷速增加，淬透性降低；過共析鋼隨碳含量增加，臨界速度增大，淬透性降低。（3）奧氏體化溫度）奧氏體化溫度：提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長大、成分均勻，可減少珠光體的生核率，降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性。（4）鋼中的未溶第二相）鋼中的未溶第二相：鋼中未溶入奧氏體中的碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物，可成為奧氏體分解的非自發(fā)核心，使臨界冷卻速度增大，降低淬透性。3.淬透

25、性的評定方法：淬透性的評定方法：評定淬透性的方法常用的有臨界直徑測定法和端淬試驗法。1）臨界直徑測定法：鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體或半馬氏體組織時的最大直徑稱為臨界直徑，以Dc表示。（2）端淬試驗法高強(qiáng)螺栓高強(qiáng)螺栓柴油機(jī)連桿柴油機(jī)連桿齒輪齒輪 4. 淬透性對熱處理后力學(xué)性能的影響 淬透性高的鋼調(diào)質(zhì)后其組織由表及里均為回火索氏體，韌性較高。淬透性低的鋼，心部為片狀索氏體，韌性低。淬透性要求的確定：（1）要根據(jù)零件的不同工作條件合理確定鋼的淬透性要求。 對于截面承載均勻的重要件,要全部淬透。如螺栓、連桿、模具等。對于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透(淬硬層深度一般為半徑的1/21/3

26、)，如軸類、齒輪等。（2）注意鋼材的“尺寸效應(yīng)”（3）大尺寸碳鋼零件，又是正火比調(diào)質(zhì)經(jīng)濟(jì) 是指鋼在理想條件下進(jìn)行淬火硬化所能達(dá)到的最高硬度的能力。主要與馬氏體中的含碳量有關(guān)，含碳量越高，淬火后硬度越高 對于要求高硬度、高耐磨性的的各種工模具可選用淬硬性高的高碳、高合金鋼。 要求較高的綜合力學(xué)性能，即強(qiáng)韌性要求較高的機(jī)械零件可選用淬透性中等的中碳鋼和中碳合金鋼。 對于要求高塑性、高韌性的焊接件及其他機(jī)械零件則選用淬硬性較低的低碳、低合金鋼。 當(dāng)零件表面有高硬度、高耐磨性要求時，則配以滲碳工藝，提高表面硬度。：鋼件淬火后, 將其加熱到Ac1某一溫度, 保溫一定時間, 然后冷卻到室溫的熱處理工藝叫做

27、回火。：一是降低脆性,消除或降低殘余應(yīng)力；二是達(dá)到工件所要求的力學(xué)性能;三是穩(wěn)定工件尺寸。1、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力, 防止變形或開裂防止變形或開裂.2、獲得所需要的力學(xué)性能。、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。回火可調(diào)整硬度、韌性。3、穩(wěn)定尺寸。淬火、穩(wěn)定尺寸。淬火M和和A都是非平衡組織，有自發(fā)向平都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒购饨M織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒筂與與A轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏D(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時變形平衡的組織，防止使用時變形 對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用回

28、火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。 未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火（一）淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變1.馬氏體分解（200以下） 80200 時，馬氏體開始分解，過飽和的碳-碳化物形式析出，這一階段的回火組織為回火馬氏體（M），即 -碳化物。透射電鏡下的回火馬氏體形貌透射電鏡下的回火馬氏體形貌2. （200300）殘余奧氏體轉(zhuǎn)變 殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，馬氏體繼續(xù)分解為回火馬氏體 200-300時, 由于馬氏體分解，奧氏體所受的壓力下降, A 分解為為為 - 碳化物碳化物和過飽和鐵素體，即和過飽和鐵素體，即M回回。回火馬氏體回火馬氏體3.

29、 (300400) 回火托氏體的形成 發(fā)生于發(fā)生于250-400，此時，此時， -碳化物溶解于碳化物溶解于F中，并中，并從鐵素體中析出從鐵素體中析出Fe3C。到到350, 馬氏體含碳量降到馬氏體含碳量降到鐵素體平衡成分鐵素體平衡成分, 內(nèi)應(yīng)力大量消除，內(nèi)應(yīng)力大量消除，M回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３肿優(yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀馬氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀Fe3C組織，組織，稱稱回火托氏體回火托氏體，用，用T回回表示。表示。 回火托氏體回火托氏體組織為回火托氏體組織為回火托氏體（T），回火應(yīng)力大），回火應(yīng)力大部分消除，強(qiáng)度、硬部分消除，強(qiáng)度、硬度下降，塑性韌性上度下降，塑性韌性上升

30、。升。4. （400以上）滲碳體的聚集長大和鐵素體的再結(jié)晶 400以上以上, Fe3C開始聚集長大。開始聚集長大。450 以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅我陨翔F素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅?這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱的組織稱回回火索氏體火索氏體，用，用S回回表示。表示。 鋼的強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步下降，塑性韌性進(jìn)一步上升。回火索氏回火索氏體體（二）回火的分類與應(yīng)用回火的分類與應(yīng)用 低溫回火 回火溫度為150250。低溫回火后組織為回火馬氏體殘余奧氏體。 低溫回火的目的是降低淬火應(yīng)力，提高工件韌性，保證淬火后的高硬度(一般

31、為58HRC64HRC)和高耐磨性2. 中溫回火回火溫度為350500?；鼗鸾M織為回火托氏體（T）；硬度為35HRC50HRC；回火目的是獲得較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，同時改善塑性和韌性。3. 高溫回火 回火溫度為500650, 得到回火索氏體?；鼗鸷笥捕葹?5HRC35HRC。目的是降低強(qiáng)度、硬度及耐磨性，大幅度提高塑性、韌性，得到較好的綜合力學(xué)性能。 淬火鋼在某些溫度區(qū)間回火或從回火溫度緩慢冷卻通過該溫度區(qū)間的脆化現(xiàn)象稱為回火脆性1.第一類回火脆性：在300左右產(chǎn)生的回火脆性。2.第二類回火脆性：含有鉻、錳、鎳等元素的合金鋼，在400550區(qū)回火或經(jīng)高溫回火后緩慢冷卻通過該脆化溫度區(qū)產(chǎn)生的

32、回火脆性。廣泛用于廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。密件、量具等預(yù)備熱處理。 適用于各種適用于各種高碳鋼高碳鋼、滲碳件滲碳件及及表面淬火表面淬火件件。 應(yīng)用應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在即在保持較高的強(qiáng)度同時，具有良好保持較高的強(qiáng)度同時，具有良好的塑性和韌性。的塑性和韌性。 提高提高 e及及 s，同時，同時使工件具有一定韌使工件具有一定韌性性 。在保留高硬度、高在保留高硬度、高耐磨性的同時，降耐磨性的同時，降低內(nèi)應(yīng)力低內(nèi)應(yīng)力。 回火目的回火目的S回回 T回回 M回回 回火組織

33、回火組織500-650350-500150-250 回火溫度回火溫度 高溫回火高溫回火 中溫回火中溫回火 低溫回火低溫回火 適用于適用于彈簧彈簧熱處理熱處理（：淬火時形成的內(nèi)應(yīng)力所致內(nèi)應(yīng)力分類：熱應(yīng)力和相變應(yīng)力 ：熱應(yīng)力引起的變形主要是淬火初期在心部受壓應(yīng)力時產(chǎn)生的，它使物體向球形發(fā)展。：o 合理選材和改進(jìn)零件設(shè)計的結(jié)構(gòu)工藝性o 選擇合適的鍛造. 和預(yù)先熱處理工藝o 采用低淬火冷卻變形的熱處理工藝o 矯正措施(淬火冷卻時的應(yīng)力超過材料在該溫度下的斷裂強(qiáng)度時工件出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象。 1） 縱向裂紋 2）橫向裂紋 1）防止或減少淬火裂紋的途徑是降低冷卻過程中的拉應(yīng)力 2）并盡量減小截面上各部位的溫度差

34、，盡量做到均勻冷卻。軟點：未被淬硬區(qū)域 軟點，原始組織粗大不均，冷卻水有油，零件表面氧化皮、淬火冷卻介質(zhì)未攪動，引起局部冷卻速度過低導(dǎo)致軟點 硬度不足，加熱溫度偏低，表面脫碳、鋼的淬透性不夠、冷卻速度過慢：重新淬火。處理前要先進(jìn)行退火或正火第五節(jié) 鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理工藝o 表面熱處理表面熱處理：對工件表面進(jìn)行熱處理以改變其組織和性能的工藝。o 化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理：將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的工藝?；具^程為：加加 熱熱分解分解吸收吸收擴(kuò)散擴(kuò)散感應(yīng)加感應(yīng)加熱熱一、表面淬火一、表面淬火一、表面淬火一、表面淬火o

35、 表面淬火目的： 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限; 心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。o 表面淬火用材料 0.4-0.5%C的中碳鋼。含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過高，心部韌性下降； 鑄鐵 提高其表面耐磨性。一、表面淬火一、表面淬火（一）感應(yīng)加熱淬火：一）感應(yīng)加熱淬火： 是利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面、局部或整體加熱并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝。主要依據(jù)電磁感應(yīng)、集膚效應(yīng)和熱傳導(dǎo)三項基本原理 電流透入工件的深度主要與電流頻率有關(guān)，其關(guān)系可用近似經(jīng)驗公式表示：2/1/600 f感應(yīng)加熱分

36、為：感應(yīng)加熱分為： 高頻感應(yīng)加熱高頻感應(yīng)加熱 頻率為頻率為250-300KHz，淬硬層深度淬硬層深度0.5-2mm傳動軸連續(xù)淬傳動軸連續(xù)淬火感應(yīng)器火感應(yīng)器感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖 中頻感應(yīng)加熱中頻感應(yīng)加熱 頻率為頻率為2500-8000Hz，淬，淬硬層深度硬層深度2-10mm。各種感應(yīng)器各種感應(yīng)器中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸輪軸中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸輪軸 工頻感應(yīng)加熱頻率工頻感應(yīng)加熱頻率為為50Hz,淬硬層深淬硬層深度度10-15 mm各種感應(yīng)器各種感應(yīng)器感應(yīng)穿透加熱感應(yīng)穿透加熱感應(yīng)加熱表面淬火示意圖工作頻率常用頻率淬硬深度適用場合高頻感應(yīng)高頻感應(yīng)加熱淬火

37、加熱淬火701000kHz200300kHz0.52mm 要求淬硬層較淺的中、小型零件，如中小模數(shù)齒輪、小型軸類零件。中頻感應(yīng)中頻感應(yīng)加熱淬火加熱淬火50010000Hz25008000Hz210mm 淬硬層要求較深的大、中型零件，如較大模數(shù)齒輪、直徑較大的軸類。工頻感應(yīng)工頻感應(yīng)加熱淬火加熱淬火50Hz1015mm 適用于大型零件，如直徑大于300mm的軋輥和軸類零件。超音頻感超音頻感應(yīng)加熱淬應(yīng)加熱淬火火2040kHz2mm以上 適用于模數(shù)為36的齒輪及鏈輪、花鍵軸、凸輪。 為保證工件淬火后表面獲得均勻細(xì)小的馬氏體并減少淬火變形、改變心部的力學(xué)性能及切削加工性能，感應(yīng)加熱淬火前工件需進(jìn)行預(yù)備熱

38、處理：一般為調(diào)質(zhì)或正火，重要件采用調(diào)質(zhì)、非重要件采用正火。 工件在感應(yīng)加熱淬火后需進(jìn)行180一200。C的低溫回火處理，以降低內(nèi)應(yīng)力和脆性，獲得回火馬氏體組織。生產(chǎn)中常采用“自回火”的方法，即當(dāng)淬火冷卻至200。C時停止噴水，利用工件余熱進(jìn)行回火。（1）淬火溫度高：鋼的奧氏體化是在較大的過熱度（Ac3以上80150)進(jìn)行的。（2）工件表面硬度高、脆性低：（3）疲勞極限高：表面層淬得馬氏體后, 由于體積膨脹在工件表面層造成較大的殘余壓應(yīng)力, 顯著提高工件的疲勞強(qiáng)度。（4）工件表面質(zhì)量好、變形?。阂蚣訜崴俣瓤?，沒有保溫時間，工件的氧化脫碳少。另外，由于內(nèi)部未加熱，工件的淬火變形也小。（5）生產(chǎn)過程

39、易于控制：加熱溫度和淬硬層厚度（從表面到半馬氏體區(qū)的距離）容易控制，便于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。（二）火焰加熱淬火火焰加熱淬火是用乙炔氧或煤氣氧等火焰加熱工件表面，進(jìn)行淬火。淬硬深度一般為26mm。火焰加熱表面淬火和高頻感應(yīng)加熱表面淬火相比，具有設(shè)備簡單，成本低等優(yōu)點。但生產(chǎn)率低，零件表面存在不同程度的過熱，質(zhì)量控制也比較困難。因此主要適用于單件、小批量生產(chǎn)及大型零件（如大型齒輪、軸、軋輥等）的表面淬火?；鹧婕訜岜砻娲慊鹗疽鈭D 二、化學(xué)熱處理二、化學(xué)熱處理（一）滲碳：（一）滲碳： 鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱和保溫，使碳原子滲入表面的工藝稱為滲碳。目的是使低碳的鋼件表面得到高碳，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗螳@得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定的強(qiáng)度及較高的塑性、韌性1. 滲碳的方法：滲碳的方法：有氣體滲碳、液態(tài)滲碳和固體滲碳三種氣體滲碳爐氣體滲碳裝置示意圖 氣體滲碳法氣體滲碳法 將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。 滲劑為氣體滲劑為氣體 (煤氣、液化氣等煤氣、液化氣等)或有機(jī)液體或有機(jī)液體(煤油、甲醇煤油、甲醇等等)。缺點缺點: 滲層成分與深度不易控制。滲層成分與深度不易控制。 固體滲碳法固體滲碳法將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。將工件埋入滲劑中，裝箱密封后