鋼的熱處理課件

1、第三章第三章 鋼的熱處理鋼的熱處理第一節(jié)第一節(jié) 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變 第二節(jié)第二節(jié) 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變進行進行本章主要介紹熱處理的基本原理、常用熱處理工藝方法本章主要介紹熱處理的基本原理、常用熱處理工藝方法及其應(yīng)用。及其應(yīng)用。 熱處理方法很多，根據(jù)工藝類型、工藝名稱和實現(xiàn)熱處熱處理方法很多，根據(jù)工藝類型、工藝名稱和實現(xiàn)熱處理的加方法、將熱處理工藝分為兩類。理的加方法、將熱處理工藝分為兩類。淬火淬火 圖圖3-1 熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線溫溫度度時間時間0加熱加熱保保 溫溫冷卻冷卻 熱處理的任務(wù)是通過改變鋼材的組織，來改變鋼材的性熱處理的任務(wù)是通過改變鋼材的組織，來改

2、變鋼材的性能，以滿足使用要求的。能，以滿足使用要求的。一般都有將鋼加熱到相變溫度以上，一般都有將鋼加熱到相變溫度以上，使常溫組織變?yōu)楦邷亟M織使常溫組織變?yōu)楦邷亟M織-奧氏體。然后在冷卻過程中使它奧氏體。然后在冷卻過程中使它向要求的組織轉(zhuǎn)變。向要求的組織轉(zhuǎn)變。因此，奧氏體在形成過程中，其成份、因此，奧氏體在形成過程中，其成份、晶粒大小等，將直接影響熱處理的效果。為此，了解奧體的晶粒大小等，將直接影響熱處理的效果。為此，了解奧體的形成過程和影響因素是很重要的。形成過程和影響因素是很重要的。 以共析鋼為例，說明奧氏體的轉(zhuǎn)變以共析鋼為例，說明奧氏體的轉(zhuǎn)變( (形成形成) )過程過程。 其轉(zhuǎn)變過程可歸納為

3、其轉(zhuǎn)變過程可歸納為四個階段四個階段。 1 1奧氏體（奧氏體（A A）晶核的形成）晶核的形成2 2奧氏體（奧氏體（A A）晶核的長大）晶核的長大3 3殘余滲碳體（殘余滲碳體（FeFe3 3C C）的溶解）的溶解4 4奧氏體（奧氏體（A A）的均勻化）的均勻化注意注意：（1 1）亞共析鋼和過共析鋼加熱到亞共析鋼和過共析鋼加熱到A AC C1 1-A-AC C3 3（或（或A AC C1 1-A-AC Ccmcm）之間時將分別得到）之間時將分別得到“A+F”A+F”和和“A +FeA +Fe3 3C”C”組組織，屬不完全奧氏體化。只有當(dāng)加熱到織，屬不完全奧氏體化。只有當(dāng)加熱到A AC C3 3或或A

4、 AC Ccmcm以上以上溫度時，才能完全奧氏體化。溫度時，才能完全奧氏體化。 （2 2）在實際生產(chǎn)中，奧氏體晶粒的大小對熱處理在實際生產(chǎn)中，奧氏體晶粒的大小對熱處理后的組織與性能有很大的影響。一般熱處理加熱時奧氏后的組織與性能有很大的影響。一般熱處理加熱時奧氏體晶粒越均勻、細小，冷卻后的組織也越均勻、細小，體晶粒越均勻、細小，冷卻后的組織也越均勻、細小，其強度、塑性和韌性比較高。因此，應(yīng)合理選擇鋼的化其強度、塑性和韌性比較高。因此，應(yīng)合理選擇鋼的化學(xué)成分，并控制熱處理的加熱溫度及保溫時間。學(xué)成分，并控制熱處理的加熱溫度及保溫時間。 冷卻方式直接影響著鋼的相變（決定熱處理后鋼的組冷卻方式直接影

5、響著鋼的相變（決定熱處理后鋼的組織和性能）織和性能）。 需要熱處理的零件，加熱以后的冷卻方式有以下需要熱處理的零件，加熱以后的冷卻方式有以下兩種兩種：1 1）等溫冷卻等溫冷卻2）連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻把加熱到奧氏體的鋼先以較快的速度過冷到把加熱到奧氏體的鋼先以較快的速度過冷到A1線線以下的一定溫度，然后保持此溫度，使奧氏體恒以下的一定溫度，然后保持此溫度，使奧氏體恒溫進行組織轉(zhuǎn)變，當(dāng)組織轉(zhuǎn)變結(jié)束后再繼續(xù)冷卻溫進行組織轉(zhuǎn)變，當(dāng)組織轉(zhuǎn)變結(jié)束后再繼續(xù)冷卻到室溫到室溫把加熱到奧氏體的鋼先以某一速度（在一定介質(zhì)把加熱到奧氏體的鋼先以某一速度（在一定介質(zhì)中）冷卻至室溫，使奧氏體在中）冷卻至室溫，使奧氏體在A1線

6、以下的連續(xù)冷線以下的連續(xù)冷卻中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變卻中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變一、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立一、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立 1 1）過冷奧氏體（）過冷奧氏體（A A）2 2）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（C C曲線曲線）在在A A1 1溫度以下還沒有轉(zhuǎn)變成其它組織的奧氏體溫度以下還沒有轉(zhuǎn)變成其它組織的奧氏體過冷奧氏體在過冷奧氏體在A A1 1溫度以下不同溫度等溫轉(zhuǎn)變時，溫度以下不同溫度等溫轉(zhuǎn)變時，轉(zhuǎn)變量與時間的關(guān)系曲線。轉(zhuǎn)變量與時間的關(guān)系曲線。二、共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物二、共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物 1 1高溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（高溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（727 727 550

7、550 ）珠光體珠光體2 2中溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（中溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（550 550 230 230 ）貝氏體貝氏體 3 3低溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（低溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（ 230 230 ）馬氏體馬氏體 （碳在（碳在-Fe-Fe中的飽和固溶體）中的飽和固溶體） 三、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的曲線三、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的曲線注意：同一成分的鋼在冷卻時，由于冷卻方式的不同，奧氏體被過注意：同一成分的鋼在冷卻時，由于冷卻方式的不同，奧氏體被過冷到不同的溫度，將轉(zhuǎn)變成不同的組織，體現(xiàn)出不同的性能。冷到不同的溫度，將轉(zhuǎn)變成不同的組織，體現(xiàn)出不同的性能。熱熱處處理理整體熱處理整體熱處理退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回

8、火表面熱處理表面熱處理火焰加熱法火焰加熱法感應(yīng)加熱法感應(yīng)加熱法激光加熱法激光加熱法化學(xué)、物理氣相沉積化學(xué)、物理氣相沉積化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理滲碳、滲氮、多元共滲滲碳、滲氮、多元共滲保溫保溫臨界點臨界點冷卻冷卻加熱加熱時間時間溫溫度度熱熱處處理理預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理比如：退火、正火等比如：退火、正火等最終熱處理最終熱處理消除前道工序的某些缺陷，為消除前道工序的某些缺陷，為后續(xù)工序做準(zhǔn)備的熱處理后續(xù)工序做準(zhǔn)備的熱處理獲得零件所需要的使用性能的熱處理獲得零件所需要的使用性能的熱處理比如：淬火、回火等比如：淬火、回火等 一一 、鋼的退火、鋼的退火 將工件加熱到一定溫度并保溫，然后再緩慢冷卻的一種熱處理將

9、工件加熱到一定溫度并保溫，然后再緩慢冷卻的一種熱處理工藝。工藝。 根據(jù)鋼的成分和退火目的不同應(yīng)采用不同的退火方法，常用的根據(jù)鋼的成分和退火目的不同應(yīng)采用不同的退火方法，常用的退火方法有：退火方法有：完全退火（普通退火）完全退火（普通退火）；球化退火（不完全退火）球化退火（不完全退火）；去應(yīng)力退火（低溫退火）去應(yīng)力退火（低溫退火）等。等。退退火火完全退火完全退火球化退火球化退火去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火方法：將亞共析鋼加熱到方法：將亞共析鋼加熱到AC3線以上線以上3050，保溫一定時間后緩慢冷卻（隨爐冷卻）。保溫一定時間后緩慢冷卻（隨爐冷卻）。方法：方法：將共析鋼或過共析鋼加熱到將共析鋼或過共析鋼加熱

10、到AC C1線以上線以上2030，保溫后緩慢冷卻。，保溫后緩慢冷卻。方法：方法：將鋼加熱到將鋼加熱到ACAC1 1線以下，保溫后緩慢冷線以下，保溫后緩慢冷卻。卻。退退火火完全退火完全退火球化退火球化退火去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火目的：目的：細化晶粒，均勻組織，降低硬度，消除細化晶粒，均勻組織，降低硬度，消除應(yīng)力。同時也是為切削加工和最終熱處理做準(zhǔn)應(yīng)力。同時也是為切削加工和最終熱處理做準(zhǔn)備備目的：目的：消除網(wǎng)狀或片狀滲碳體，降低硬度，提消除網(wǎng)狀或片狀滲碳體，降低硬度，提高韌性。同時也是為切削加工和最終熱處理做高韌性。同時也是為切削加工和最終熱處理做準(zhǔn)備準(zhǔn)備目的：目的：消除鑄件、焊件中的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺消

11、除鑄件、焊件中的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。寸。 主要應(yīng)用于：主要應(yīng)用于：亞共析鋼的鑄件、鍛件和軋件亞共析鋼的鑄件、鍛件和軋件主要應(yīng)用于：主要應(yīng)用于：共析、過共析鋼和合金工具鋼共析、過共析鋼和合金工具鋼主要特點：主要特點：沒有組織變化沒有組織變化二二 、正火、正火 方法：方法：是將鋼件加熱到是將鋼件加熱到A AC3C3或或A AC Cm m以上以上30305050，保溫一，保溫一定時間后，從爐中取出在空氣中冷卻。定時間后，從爐中取出在空氣中冷卻。主要應(yīng)用于以下幾方面主要應(yīng)用于以下幾方面: : 改善低碳鋼的可切削性改善低碳鋼的可切削性 。 作為中碳鋼的預(yù)備熱處理（可以替代部分退火熱處理）。作為中碳鋼的預(yù)備

12、熱處理（可以替代部分退火熱處理）。 對機械性能要求不高的零件的最終熱處理。對機械性能要求不高的零件的最終熱處理。 注意：注意：正火和普通退火屬于同一類型的熱處理工藝。都正火和普通退火屬于同一類型的熱處理工藝。都是將鋼加熱到奧氏體狀態(tài)。所不同的是正火在空氣中冷卻，是將鋼加熱到奧氏體狀態(tài)。所不同的是正火在空氣中冷卻，而退火是隨爐冷卻。而退火是隨爐冷卻。三三 、淬火、淬火目的：目的： 是獲得均勻細小的馬氏體組織，再經(jīng)過回火處理，提高鋼的力是獲得均勻細小的馬氏體組織，再經(jīng)過回火處理，提高鋼的力學(xué)性能。學(xué)性能。注意：注意： 淬火的關(guān)鍵是：確定淬火溫度和冷卻方式。淬火的關(guān)鍵是：確定淬火溫度和冷卻方式。它是

13、最常用的一種熱處理，是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。它是最常用的一種熱處理，是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。碳鋼的淬火加熱溫度范圍碳鋼的淬火加熱溫度范圍常用的淬火常用的淬火冷卻方法冷卻方法單液淬火法單液淬火法雙介質(zhì)淬火法雙介質(zhì)淬火法分級淬火法分級淬火法等溫淬火法等溫淬火法加熱至淬火溫度，先投入一種冷卻加熱至淬火溫度，先投入一種冷卻能力強的介質(zhì)中冷卻至能力強的介質(zhì)中冷卻至MsMs點以下區(qū)點以下區(qū)域，然后再放入另一種冷卻能力弱域，然后再放入另一種冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻。適用于高碳鋼零件的介質(zhì)中冷卻。適用于高碳鋼零件和較大的合金鋼零件。和較大的合金鋼零件。加熱至淬火溫度，先投入加熱至淬火溫度，先投入MsMs點附近點附近

14、的油浴和鹽浴中冷卻（的油浴和鹽浴中冷卻（2-5min2-5min），），然后再取出空冷。適用于尺寸較小然后再取出空冷。適用于尺寸較小的工件。的工件。形狀復(fù)雜、尺寸要求精確，且硬度形狀復(fù)雜、尺寸要求精確，且硬度與韌性要求高的重要零件。與韌性要求高的重要零件。加熱至淬火溫度，投入一種淬火介加熱至淬火溫度，投入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻。常見碳鋼在水中淬質(zhì)中連續(xù)冷卻。常見碳鋼在水中淬火、合金鋼在油中淬火。火、合金鋼在油中淬火。四四 、回火、回火目的：目的： 減少或消除淬火應(yīng)力，防止鋼件變形與開裂；穩(wěn)定組織和尺寸；減少或消除淬火應(yīng)力，防止鋼件變形與開裂；穩(wěn)定組織和尺寸；獲得所需要的組織和性能。獲得所需要的

15、組織和性能。注意：注意： 淬火鋼不經(jīng)過回火一般不能直接使用。淬火鋼不經(jīng)過回火一般不能直接使用。淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變 ：馬氏體分解和殘余奧氏體的分解：馬氏體分解和殘余奧氏體的分解 。 有些零件，采用表面熱處理可以獲得表面高硬度和心有些零件，采用表面熱處理可以獲得表面高硬度和心部高韌性。部高韌性。 第四節(jié)第四節(jié) 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理一、表面淬火一、表面淬火 表面淬火的特點是快速加熱，使工件要求淬硬的表表面淬火的特點是快速加熱，使工件要求淬硬的表面迅速升至淬火溫度，而心部仍保持面迅速升至淬火溫度，而心部仍保持A AC1C1以下溫度，再迅以下溫度，再迅速冷卻，結(jié)果工件表面層被淬硬為

16、馬氏體組織，心部仍速冷卻，結(jié)果工件表面層被淬硬為馬氏體組織，心部仍為原來的組織，保持了良好的韌性。再經(jīng)過適當(dāng)?shù)牡蜏貫樵瓉淼慕M織，保持了良好的韌性。再經(jīng)過適當(dāng)?shù)牡蜏鼗鼗?，就能獲得要求的性能?；鼗?，就能獲得要求的性能。 根據(jù)加熱方法不同，表面淬火方法可分為三種：根據(jù)加熱方法不同，表面淬火方法可分為三種： 1 1火焰加熱表面火焰加熱表面淬火法淬火法 淬深為淬深為2 26mm6mm需憑經(jīng)驗難以把握。需憑經(jīng)驗難以把握。 2 2感應(yīng)加熱表面淬火法感應(yīng)加熱表面淬火法 利用電流的集膚效應(yīng)對工件表面迅速加熱利用電流的集膚效應(yīng)對工件表面迅速加熱 ，而心部，而心部則幾乎未被加熱。則幾乎未被加熱。 高頻感應(yīng)加熱高頻感

17、應(yīng)加熱 電流頻率為（電流頻率為（f=200f=200300300）KHZKHZ 淬深為淬深為0.50.52mm 2mm 。主要用于淬硬層較淺的中、小。主要用于淬硬層較淺的中、小 型零件加熱，如小軸、小模數(shù)齒輪等。型零件加熱，如小軸、小模數(shù)齒輪等。 高頻淬火齒輪的工藝路線為：高頻淬火齒輪的工藝路線為： 鍛造鍛造正火或退火正火或退火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工高頻淬火高頻淬火低溫回火低溫回火磨削。磨削。二、化學(xué)熱處理二、化學(xué)熱處理 化學(xué)熱處理是把工件放在特定介質(zhì)中加熱和保溫，使一化學(xué)熱處理是把工件放在特定介質(zhì)中加熱和保溫，使一種或幾種元素滲入工件表面，以改變表層成份和組織。使用種或幾種元素滲入

18、工件表面，以改變表層成份和組織。使用工件表面與心部具有不同的機械性能或特殊的物理、化學(xué)性工件表面與心部具有不同的機械性能或特殊的物理、化學(xué)性能。能。 原理：將要滲的活性元素加熱分解，即所謂激活，然后原理：將要滲的活性元素加熱分解，即所謂激活，然后被工件表面吸收，進而向工件內(nèi)部擴散。被工件表面吸收，進而向工件內(nèi)部擴散。常用的化學(xué)熱處理方法有：常用的化學(xué)熱處理方法有： 1 1滲碳滲碳 鋼的表面吸收碳原子的過程，稱為滲碳。鋼的表面吸收碳原子的過程，稱為滲碳。 目的：目的：使零件表面獲得高硬度（使零件表面獲得高硬度（HRC58HRC586464），心部獲），心部獲得較高的強度和韌性。得較高的強度和韌性。 (1) (1) 氣體滲碳法：主要用甲烷、煤氣、甲苯、煤油等作氣體滲碳法：主要用甲烷、煤氣、甲苯、煤油等作滲碳劑，在氣體高溫下分解出活性碳原子進行滲碳。滲碳劑，在氣體高溫下分解出活性碳原子進行滲碳。如圖所示如圖所示。 (2) (2) 固體滲碳法：固體滲碳劑主要是木炭，其次是少量固體滲碳法：固體滲碳劑主要是木炭，其次是少量碳酸鹽碳酸鹽。如圖所示如圖所示。 (3) (3) 液體滲碳法：液體滲碳法：因有有毒氣體產(chǎn)生，所以應(yīng)用于不廣。因有有毒氣體產(chǎn)生，所以應(yīng)用于不廣。 2 2氮化氮化 即使工件表面滲入氮原子。即使工件表面滲入氮原子。 目前應(yīng)用較廣的是氣體氮化法。把工件放在專門氮化的爐目前應(yīng)