第6章熱處理課件

第六章鋼的熱處理§6-1概述§6-2鋼在加熱組織轉(zhuǎn)變§6-3鋼在冷卻組織轉(zhuǎn)變§6-4鋼的整體熱處理工藝§6-5鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理工藝本章重點(diǎn)1.四大轉(zhuǎn)變組織、性能2.熱處理原理3.常用熱處理方法及應(yīng)用

§6-1概述

●熱處理

——把固態(tài)金屬材料通過(guò)一定的加熱，保溫和冷卻以改變其組織和性能的一種工藝。

●熱處理工藝的分類：按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分：整體；表面；化學(xué)熱處理按工序分預(yù)備熱處理最終熱處理●加熱、冷卻速度對(duì)臨界點(diǎn)的影響

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§6-2鋼在加熱組織轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成

共析鋼奧氏體化過(guò)程

二、亞（過(guò)）析鋼的奧氏體化三、影響奧氏體化的因素

加熱溫度——T↑→A化速度↑加熱速度——V↑→轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度↑，轉(zhuǎn)變時(shí)間↓含碳量——C%↑→界面多→核心多→轉(zhuǎn)變快合金元素——Cr、Mo、W、V、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素，↓A化速度。原始組織——P片間距小→相界面多→碳原子擴(kuò)散距離短→A化速度↑

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返回四、奧氏體晶粒大小及控制

晶粒度：晶粒大小的量度，常用晶粒平均直徑或晶粒度級(jí)別表示。1、起始晶粒度2、實(shí)際晶粒度3、本質(zhì)晶粒度：鋼奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向。成分的影響脫氧劑的影響奧氏體晶粒度的控制上一頁(yè)

返回五、加熱缺陷氧化脫碳欠熱過(guò)熱過(guò)燒§6-3鋼的冷卻組織轉(zhuǎn)變一、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變（一）等溫轉(zhuǎn)變C曲線孕育期Ms點(diǎn)臨界冷卻速度轉(zhuǎn)變產(chǎn)物珠光體貝氏體B馬氏體M（二）連續(xù)轉(zhuǎn)變CCT曲線特點(diǎn)Vk應(yīng)用二、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能1、珠光體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變

過(guò)程及形態(tài)形態(tài)片狀：P、S、T球狀：形成性能：片狀：片間距越小性能好球狀：塑、韌性優(yōu)于上者，強(qiáng)度、硬度比上者低。細(xì)、小、圓、勻好2、貝氏體轉(zhuǎn)變——550～230℃（Ms溫度）

定義組織分類及性能：

◆550～350℃,上貝氏體，性能差

◆350℃～Ms,下貝氏體，性能好上一頁(yè)

返回3、馬氏體轉(zhuǎn)變

晶體結(jié)構(gòu)與正方度

組織與性能：

板條狀

M

：C%＜0.23%，強(qiáng)度高，塑、韌性好。片（針）狀

M：C%＞1.0%，硬而脆，塑、韌性差。

M

的硬度與含碳量的關(guān)系：C%↑→HRC↑

M

的形態(tài)與含碳量的關(guān)系轉(zhuǎn)變特點(diǎn)

無(wú)擴(kuò)散性速度快一定溫區(qū)進(jìn)行M轉(zhuǎn)變溫度與含碳量的關(guān)系：C%↑→AR%↑不完全性

A’含量與含碳量的關(guān)系

：C%↑→AR%↑

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返回三、影響C曲線的因素

（一）碳的影響1、亞析鋼的C曲線

鋼中C%↑，則A中C%↑→C曲線右移2、過(guò)共析鋼一般加熱到A+Fe3C區(qū)

，鋼中C%↑，則未溶Fe3C↑→有利于形核→C曲線左移3、共析鋼，C曲線最靠右邊，穩(wěn)定性最高。（二）合金元素的影響1、除Co以外，過(guò)冷A中的合金元素，增大其穩(wěn)定性→C曲線右移2、強(qiáng)碳化物形成元素，Cr,Mo,W,V,Nb,Ti,改變C曲線形狀3、除Co，Al外，均使Ms，Mf下降→殘余A↑（三）加熱溫度和保溫時(shí)間的影響

A化溫度↑、時(shí)間↑（成分均勻，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低）→A穩(wěn)定性↑，C曲線右移?！?-4鋼的整體熱處理工藝一、鋼的退火

將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，再緩慢冷卻的熱處理工藝。完全退火等溫退火球化退火均勻化(擴(kuò)散)退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火上一頁(yè)

返回1、完全退火目的：

改善組織；調(diào)整硬度；去除應(yīng)力工藝：Ac3+20~40℃→A化→爐冷550℃→出爐空冷時(shí)間：經(jīng)驗(yàn)值適用范圍：中C鋼2、等溫退火目的：同上工藝：Ac3+20~40℃→A化→Ar1以下等溫特點(diǎn)：時(shí)間短、組織均勻。所用時(shí)間比完全退火縮短約1/3，并能得到均勻的組織和性能。適用范圍：亞共析、過(guò)共析碳鋼，合金鋼的鑄件、鍛件等。3、球化退火目的：為最終熱處理作組織準(zhǔn)備；調(diào)整硬度以便成形加工工藝組織：片F(xiàn)e3C→球狀適用范圍：低、中、高C鋼4、擴(kuò)散退火（均勻化退火）目的：消除鋼錠、鑄件的成分偏析工藝：Ac3或Acm+150~300℃，長(zhǎng)時(shí)間（1050～1150℃高溫）特點(diǎn)：成本高、周期長(zhǎng)；粗晶適用：高合金鋼鑄錠和鑄件。其它鋼軋制時(shí)適當(dāng)延時(shí)。均勻化退火后，鋼件晶粒粗大，應(yīng)進(jìn)行完全退火或正火。5、低溫（去應(yīng)力）退火目的：消除機(jī)加工、熱處理、焊接等工藝的殘余應(yīng)力工藝：Ac1以下組織：無(wú)變化6、再結(jié)晶退火目的：恢復(fù)冷變形金屬塑性，降低硬度工藝：Ac1以下50-150℃~T再+30-50℃組織：晶粒外形變化二、正火工藝：Ac3或Accm+30～50℃完全A化→緩冷→接近平衡組織目的:與退火相似組織：P更細(xì)(S)，而且S%提高特點(diǎn)：方便、經(jīng)濟(jì)、高效性能：強(qiáng)度、硬度>退火態(tài)應(yīng)用1、普通結(jié)構(gòu)鋼零件的最終熱處理2、消除網(wǎng)狀Fe3CII

，為球化退火作準(zhǔn)備。3、改善低碳鋼的切削加工性能4、結(jié)構(gòu)鋼預(yù)備熱處理5、返修三、淬火淬火：加熱到Ac3、Ac1相變溫度以上，保溫，以大于臨近冷卻速度快速冷卻→M或B組織的工藝方法。1．淬火溫度

亞共析鋼Ac3+30～50℃（完全A化）共、過(guò)共析鋼Ac1+30～50℃（半A化）

合金鋼返回2．加熱時(shí)間

升溫、保溫（與裝爐量、工件厚度、成分、加熱介質(zhì)、組織粗細(xì)等有關(guān)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)）3．淬火介質(zhì)

要求：1）獲得M2）變形小理想冷卻曲線：

650℃以上——慢，減小熱應(yīng)力。

650～400℃——快，避開(kāi)C曲線最小孕育期。

400℃以下——慢，減輕相變應(yīng)力。常用冷卻介質(zhì)（鹽、堿水＞水＞鹽?。居停究諝猓┥弦豁?yè)

返回4、淬火方法

●單液淬火——如碳鋼淬水；合金鋼淬油。工藝簡(jiǎn)單，效率高。適合小尺寸工件?！耠p液淬火——變形小，適合形狀復(fù)雜、大尺寸工件。操作復(fù)雜?！穹旨?jí)淬火——先在鹽浴中均勻溫度（高于Ms），再空冷淬火。變形小，●等溫淬火——在鹽或堿浴中發(fā)生下B轉(zhuǎn)變。變性小?！窬植看慊稹獙?duì)工件的局部進(jìn)行淬火處理?！窭涮幚怼诘陀?℃的介質(zhì)中淬火。降低AR含量，穩(wěn)定工件尺寸。上一頁(yè)

返回四、鋼的淬透性和淬硬性（一）、淬透性

1、硬化層：淬硬表面到50%馬氏體處的距離。2、影響因素：（C曲線右移→淬透性↑）C%：亞共析鋼C%↑→淬透性↑；過(guò)共析鋼C%↑→淬透性差合金元素：除Co以外，一般都使淬透性↑；多元適量、復(fù)合加入更佳A化：溫度高、時(shí)間長(zhǎng)→成分均勻、不易發(fā)生P轉(zhuǎn)變→淬透性↑3、淬透性評(píng)定：上一頁(yè)

返回（二）、淬硬性

淬火后獲得硬度的能力，取決于M中C%，C%↑→淬硬性↑（三）、淬透性及淬硬性應(yīng)用

1、鋼淬透性應(yīng)用截面大、受力復(fù)雜、重要零件：心、表性能要求一致→高淬透性材料。例如：鍛模、錘桿心部性能對(duì)壽命影響不大：心、表性能要求不一致→中等淬透性材料。例如：彎、扭軸焊接件：低淬透性材料2、淬硬性應(yīng)用工、模具：高淬硬性綜合性能好：中等淬硬性冷成形件：低淬硬性綜上所述化學(xué)成分、奧氏體化溫度影響淬透性淬硬性主要取決于馬氏體中的含碳量二者應(yīng)兼顧要求綜合力學(xué)性能側(cè)重淬透性；無(wú)需改善心部性能時(shí)（滲碳、表面淬火）可側(cè)重淬硬性。選用淬透性好的鋼，可緩冷減少變形五、熱處理應(yīng)力與變形開(kāi)裂（一）.淬火冷卻應(yīng)力熱應(yīng)力相變應(yīng)力（二）.淬火冷卻變形變形的基本規(guī)律減少變形的途徑◆合理選材和改進(jìn)零件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)工藝性◆選擇合適的鍛造和預(yù)備熱處理工藝◆采用低淬火冷卻變形的熱處理工藝上一頁(yè)

返回（三）.淬火冷卻開(kāi)裂淬火裂紋的類型◆縱向裂紋◆橫向裂紋防止淬火裂紋的措施六.回火淬火件重新加熱到Ac1以下某溫度，保溫，適當(dāng)速度冷卻。1、回火目的

◆消除淬火應(yīng)力，降低脆性。

◆穩(wěn)定工件尺寸

◆調(diào)整性能，獲得所需的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性。2、回火轉(zhuǎn)變●M分解●A’分解●碳化物轉(zhuǎn)變●碳化物粗化、基體再結(jié)晶

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返回3、回火溫度與機(jī)械性能的關(guān)系4、回火組織回火M:馬氏體基體+亞穩(wěn)定碳化物ε回火托氏體：保留M形貌的α相+（極細(xì)）滲碳體回火索氏體：無(wú)M形貌的α相+細(xì)顆粒滲碳體5、工藝及其應(yīng)用低溫回火：中溫回火：高溫回火：調(diào)質(zhì)處理6.回火脆性（1）、低溫回火脆性（第一類，不可逆）

幾乎所有鋼都或多或少存在。

碳鋼200℃～400℃；合金鋼250℃～450℃

已發(fā)生這種脆性時(shí)，超過(guò)脆化溫區(qū)再回火不出現(xiàn)。原因：雜質(zhì)；碳化物沿晶析出預(yù)防：避讓（2）、高溫回火脆性（第二類，可逆）含Cr、Ni、Mn鋼易出現(xiàn)400℃～500℃’回火后快冷不出現(xiàn)。再次加熱到脆性溫區(qū)并慢冷，出現(xiàn)。原因：雜質(zhì)晶界偏聚預(yù)防：高純度。小件快冷。大件加入抑制元素Mo、W……§5鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理工藝一、感應(yīng)加熱表面淬火

目的：提高表面強(qiáng)、硬度，耐磨性及疲勞極限，保持心部良好的塑韌性。工序：（通常）中碳或中碳合金鋼→鍛造→預(yù)備熱處理（調(diào)質(zhì)或正火）→粗加工→表面感應(yīng)加熱淬火→低溫回火→三層組織（表層→過(guò)渡區(qū)→心部）上一頁(yè)

返回1．原理

電磁感應(yīng)：工件產(chǎn)生渦流→與線圈中交流電頻率相同、大小相等、方向相反→電能轉(zhuǎn)換為熱能集膚效應(yīng)：電流密度表面高→表層加熱透入深度δ：經(jīng)驗(yàn)公式，主要取決于頻率f透入深度δ=（500~600）/f1/22．分類

高頻、中頻、工頻等。3、材料中碳鋼或中碳合金鋼4、特點(diǎn)加熱速度快（組織細(xì)、成分不均勻）表面質(zhì)量好（變形小、氧化脫碳少）自動(dòng)化性能好殘余壓應(yīng)力→提高疲勞壽命工藝易控制，但設(shè)備成本高5、工序鍛造→退火或正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火→低溫回火（→粗磨→時(shí)效→精磨）6、工藝淬火加熱溫度通過(guò)時(shí)間控制，與加熱速度有關(guān)，經(jīng)驗(yàn)或觀色控溫低溫回火：自回火；感應(yīng)回火；爐內(nèi)回火。7、組織淬硬層：回火M+殘余A過(guò)渡區(qū)：由上、下組織構(gòu)成心部：原始組織（調(diào)質(zhì)或正火）8、檢測(cè)心、表HRC心、表組織層深及分布二、鋼的滲碳

●化學(xué)熱處理——將工件置于特定的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，從而通過(guò)改變表層的化學(xué)成分和組織來(lái)改變其性能。滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁等。●基本原理：介質(zhì)熱分解→吸附→擴(kuò)散●目的：表面強(qiáng)化：提高表面硬度，耐磨性，心部保持一定的強(qiáng)度和良好的塑韌性。表面保護(hù)：滲鉻耐腐蝕；滲鋁耐熱…●滲碳方法：固體；液體；氣體●滲碳鋼種：低碳鋼，低碳合金鋼

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返回1．氣體滲碳工藝(1)工藝流程材料：低碳鋼或低碳合金鋼預(yù)備熱處理滲碳前準(zhǔn)備去油、去垢、清洗（熱水或碳酸鈉水溶液）→烘干、涂防滲劑、裝爐布置、確定溫度、時(shí)間、碳勢(shì)→保證表面C%、層深、濃度梯度滲碳后工序直接淬火或重新加熱淬火→低溫回火(2)滲碳工藝滲碳加熱溫度——Ac3以上，900～950℃

保溫時(shí)間：根據(jù)滲碳層厚度，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。滲劑：氣體滲劑：載氣（N基氣氛、中性）+富化氣（天然氣、吸熱式氣體、甲烷、丙烷等）★吸熱式氣體：天然氣與空氣按一定比例混合，CO、N2、H2%大液體滲劑：C、H化合物有機(jī)液體（煤油、甲醇、苯、丙酮）（3）組織緩慢冷卻由表及里：過(guò)共析層→共析→亞共析→原始組織淬火快冷：滲層表面：回火M+殘余A+少量碳化物心部：板條M或板條M+F（4）滲碳后的熱處理直接淬火→低溫回火特點(diǎn)：滲碳后→預(yù)冷→淬火→成本低、周期短、變形小原則：根據(jù)具體情況預(yù)冷溫度>心部Ar3→避免心部F或預(yù)冷溫度<表面Accm→變形小、殘余A%少或兼顧二者適宜本質(zhì)細(xì)晶粒鋼一次加熱淬火→低溫回火滲碳后空冷→重新加熱→淬火→性能好、周期長(zhǎng)、容易控制、固體滲碳便于清理、便于機(jī)加工淬火加熱溫度選擇原則→同上適宜本質(zhì)粗晶鋼二次加熱淬火→低溫回火滲碳后空冷→重新加熱→淬火第一次淬火目的→細(xì)化心部組織→加熱溫度>心部Ac3第一次淬火目的→細(xì)化心部組織→加熱溫度>心部Ac3第二次淬火目的→細(xì)化表面組織→加熱溫度>表面Ac1特點(diǎn)：性能好，但成本高、變形大適宜：本質(zhì)粗晶鋼或高溫滲碳件2、固體滲碳滲劑90%木炭+催滲劑碳酸鹽工藝工件埋入滲劑中→密封→加熱滲碳→空冷→清理→重新加熱淬火→低溫回火特點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單；工藝容易；小批量方便；便于加工質(zhì)量難控；工作條件差；周期長(zhǎng)3、滲碳后的力學(xué)性能表面獲得高硬度、高耐磨性，心部保持良好韌性表層高的疲勞強(qiáng)度（二次加熱淬火最好、一次加熱淬火次之）4、滲碳后的質(zhì)量檢查1、滲層深度化學(xué)法：剝層取樣分析金相法：檢測(cè)滲層剖面有效硬化層測(cè)定：1公斤載荷，HV550處到表面的距離2、組織表層組織：M+少量殘余A+極少、小碳化物，對(duì)照評(píng)級(jí)圖評(píng)定心部組織：板條M+（少量F）3、心、表硬度4、其它：表層碳%；變形三、鋼的滲氮（氮化）1、特點(diǎn)更高的硬度及耐磨性具有紅硬性（滲碳200℃以上硬度下降。滲氮500℃仍然高硬度）疲勞性能好變形小、有規(guī)律抗“咬卡”性能好→短時(shí)缺油→過(guò)熱不會(huì)擦傷、焊合抗腐蝕性能好（抗腐蝕氮化）周期長(zhǎng)、成本高、層淺2、氮化前的準(zhǔn)備1、預(yù)備熱處理→調(diào)質(zhì)→保證心部良好的綜合性能，組織？2、加工后，形狀復(fù)雜零件→去應(yīng)力高溫回火（加熱溫度<調(diào)質(zhì)）→減少氮化時(shí)的變形3、防滲保護(hù)→鍍Cu或Sn3、氮化工藝NH3

分解→吸收→擴(kuò)散等溫氮化500~520℃，70~80h變形小、層淺、周期長(zhǎng)、適宜精密工件多段氮化510℃，5h，高N勢(shì)→550℃，50h，低N勢(shì)周期短、變形大4、組織及性能正常組織：表層含氮的回火索氏體；心部回火索氏體更高的硬度及耐磨性具有紅硬性（滲