材料力學(xué)第四章鋼的熱處理

材料力學(xué)第四章鋼的熱處理第1頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

本章提要2、課程內(nèi)容（1）鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（奧氏體的形成，奧氏體的晶粒度，晶粒大小及控制）；（2）鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變（過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線，珠光體型轉(zhuǎn)變，貝氏體型轉(zhuǎn)變，馬氏體型轉(zhuǎn)變，過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線）；（3）鋼的退火與正火（目的，工藝方法及應(yīng)用）；第2頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

本章提要（4）鋼的淬火（淬火的目的，淬火溫度，淬火介質(zhì)，淬火方法，淬透性）；（5）鋼的回火（回火的目的，回火的組織與性能變化，回火的種類(lèi)及應(yīng)用）；（6）鋼的表面淬火和化學(xué)熱處理（表面淬火的基本原理及應(yīng)用，感應(yīng)加熱淬火，火焰加熱表面淬火，滲碳，氮化，氰化）；第3頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第三節(jié)鋼的退火和正火第四節(jié)鋼的淬火第五節(jié)鋼的回火第六節(jié)鋼的表面熱處理第4頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

鋼的熱處理是通過(guò)對(duì)鋼件加熱、保溫和冷卻的操作方法，來(lái)改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需性能的一種加工工藝。

熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。

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熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程。這些過(guò)程互相銜接，不可間斷。熱處理工藝曲線第6頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

鋼的熱處理在生產(chǎn)上應(yīng)用的種類(lèi)很多，按加熱和冷卻方式的不同，大致上可分為如下幾種：整體熱處理表面熱處理化學(xué)熱處理退火正火淬火回火火焰淬火感應(yīng)淬火接觸電阻加熱表面淬火滲碳滲氮碳氮共滲滲金屬第7頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、鋼的臨界溫度加熱是熱處理的第一道工序。在臨界點(diǎn)以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱(chēng)奧氏體化。第8頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、奧氏體的形成奧氏體形成的基本過(guò)程

第9頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?nèi)W氏體晶粒大小及控其制1.奧氏體晶粒度的概念起始晶粒度：珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏體的晶粒大小。實(shí)際晶粒度：某一具體加熱條件下所獲得的奧氏體晶粒的大小。本質(zhì)晶粒度：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，在930+10℃,保溫3-8h,緩冷,后測(cè)得的奧氏體晶粒大小。

第10頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?nèi)?、奧氏體晶粒大小及控其制1.奧氏體晶粒度的概念第11頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?nèi)W氏體晶粒大小及控其制2.影響奧氏體晶粒大小的因素加熱溫度：加熱溫度愈高，晶粒長(zhǎng)大速度越快，奧氏體晶粒也越粗大。保溫時(shí)間：隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒不斷長(zhǎng)大，但隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大速度越來(lái)越慢，且不會(huì)無(wú)限制地長(zhǎng)大下去。加熱速度：加熱速度越快，過(guò)熱度越大，形核率越高，晶粒越細(xì)。鋼的化學(xué)成分：阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素有Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等，多為碳化物和氮化物形成元素；促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：Mn、P、C、N等。

第12頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變方式有等溫冷卻轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變兩種。加熱保溫等溫冷卻連續(xù)冷卻溫度時(shí)間臨界溫度第13頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變（奧氏體等轉(zhuǎn)變圖）C曲線的建立第14頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五貝氏體轉(zhuǎn)變

只有C擴(kuò)散B下B上B馬氏體轉(zhuǎn)變

非擴(kuò)散切變M珠光體轉(zhuǎn)變

Fe、C擴(kuò)散＞0.4μm＜0.2μm0.4~0.2μmPSTP過(guò)冷奧氏體區(qū)0.5110102103104MsMf7006005004003002001000-100時(shí)間(s)溫度(℃)Ar1第15頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的組織和性能1.珠光體型轉(zhuǎn)變鐵素體與滲碳體片層相間，根據(jù)片層間距的不同分為：a)A1～650℃：P，5～25HRC，片間距為0.6～0.7μm，(500×)。b)650℃～600℃：細(xì)片狀P---索氏體(S)，片間距為0.2～0.4μm，25～36HRC。c)600℃～550℃：極細(xì)片狀P---托氏體(T)，片間距為＜0.2μm，35～40HRC。a)b)c)第16頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的組織和性能2.貝氏體型轉(zhuǎn)變半擴(kuò)散相變（C）550℃～Ms，根據(jù)其組織形態(tài)不同，分為：a)550℃～350℃：上貝氏體，過(guò)飽和片狀F＋滲碳體，性脆無(wú)實(shí)用價(jià)值b)350℃～Ms：下貝氏體，過(guò)飽和針狀F＋彌散-Fe2.4C，綜合性能好a)b)第17頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的組織和性能3.馬氏體型轉(zhuǎn)變（1）馬氏體的形成：非擴(kuò)散相變，Ms以下,A→M第18頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的組織和性能3.馬氏體型轉(zhuǎn)變（2）馬氏體的組織形態(tài)：非擴(kuò)散相變，Ms以下,A→Ma)低碳(<0.25%)馬氏體：板條狀__高的強(qiáng)韌性b)高碳(>1.0%)馬氏體：針片狀__硬而脆a)b)第19頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的組織和性能3.馬氏體型轉(zhuǎn)變（3）馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：a)非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變(Fe、C原子均不擴(kuò)散)b)轉(zhuǎn)變速度極快，即瞬間形核與長(zhǎng)大c)轉(zhuǎn)變不完全性，總要?dú)埩羯倭繆W氏體d)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成e)馬氏體比體積較大，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體會(huì)引起體積膨脹，產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力。第20頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的組織和性能4.馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。當(dāng)含碳量大于0.6%時(shí)，其硬度趨于平緩。合金元素對(duì)馬氏體硬度的影響不大。馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過(guò)飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性.第21頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?nèi)⒂绊懙葴剞D(zhuǎn)變圖的因素1.碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)a)影響C曲線的形狀（產(chǎn)物）第22頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?nèi)?、影響等溫轉(zhuǎn)變圖的因素1.碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)a)影響C曲線的位置（穩(wěn)定性）過(guò)共析鋼共析鋼亞共析鋼時(shí)間溫度A1第23頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?nèi)?、影響等溫轉(zhuǎn)變圖的因素2.合金元素除Co、Al(＞2.5%)外,所有合金元素溶入奧氏體中,都可增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使等溫轉(zhuǎn)變圖右移。其中非碳化物形成元素或弱碳化物形成元素只改變等溫轉(zhuǎn)變圖的位置，不改變形狀，而碳化物形成元素不僅使等溫轉(zhuǎn)變圖的位置發(fā)生變化，還改變等溫轉(zhuǎn)變圖的形狀。3.加熱溫度和保溫時(shí)間加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，TTT曲線向右移。第24頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變四、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線1.過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖和等溫轉(zhuǎn)變圖的比較與過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖相比a)孕育期不同b)過(guò)冷度不同c)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同第25頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變四、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線2.過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用第26頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五過(guò)共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變四、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線2.過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用第27頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五本章練習(xí)11、將￠5mm的T8鋼加熱至760℃并保溫足夠時(shí)間，問(wèn)采用什么樣的冷卻工藝可得到如下組織：珠光體，索氏體，屈氏體，上貝氏體，下貝氏體，屈氏體+馬氏體，馬氏體+少量殘余奧氏體，托氏體+馬氏體+下貝氏體+殘留奧氏體；在C曲線上描出工藝曲線示意圖。2、比較45鋼經(jīng)不同熱處理后硬度值的高低，并說(shuō)明原因（1）45鋼加熱到700℃后，投入水中快冷（2）45鋼加熱到750℃后，投入水中快冷（3）45鋼加熱到840℃后，投入水中快冷3、比較T12鋼經(jīng)不同熱處理后硬度值的高低，并說(shuō)明原因（1）T12鋼加熱到700℃后，投入水中快冷（2）T12鋼加熱到750℃后，投入水中快冷（3）T12鋼加熱到840℃后，投入水中快冷第28頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五本章練習(xí)14、過(guò)共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變圖（C曲線）如右圖所示，試指出圖中各點(diǎn)位置所對(duì)應(yīng)的組織。第29頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五本章練習(xí)15、兩塊碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為Wc=0.77％的鋼片加熱至727℃以上，分別以不同方式冷卻，鋼片的冷卻曲線及該種鋼材的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖如圖所示。試問(wèn)圖中①、②、③、④點(diǎn)各是什么組織?定性地比較②、④點(diǎn)組織的硬度大小。第30頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五本章練習(xí)16、有甲、乙兩種鋼，同時(shí)加熱至1150℃，保溫兩小時(shí)，經(jīng)金相顯微組織檢查，甲鋼奧氏體晶粒度為3級(jí)，乙鋼為6級(jí)。由此能否得出結(jié)論：甲鋼是本質(zhì)粗晶粒鋼，而乙鋼是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼？第31頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五本章練習(xí)17、分析冷卻后的室溫組織第32頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第33頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第34頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五機(jī)械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）→預(yù)備熱處理→機(jī)加工→最終熱處理。退火與正火主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)才作為最終熱處理。第三節(jié)鋼的退火和正火第35頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火定義：把零件加溫到某一溫度,保溫一段時(shí)間,然后隨爐冷卻。目的：消除應(yīng)力；調(diào)整硬度；細(xì)化晶粒；均勻成分；為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。真空退火爐第36頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火重結(jié)晶退火低溫退火完全退火擴(kuò)散退火球化退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火普通退火等溫退火普通球化退火等溫球化退火退火第37頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火完全退火：Ac3+30～50℃，緩冷，得到F+P；主要適用于ωc=0.3～0.6%的中碳鋼及中碳合金鋼的鑄件、鍛件、軋制件及焊接件等溫退火：亞共析鋼，Ac3+30～50℃，共析、過(guò)共析鋼，Ac1+20～40℃，保溫后快冷到略低于Ar1的溫度停留，待相變完成后出爐空冷；適用于高碳鋼、中碳合金鋼、經(jīng)滲碳處理后的低碳合金鋼的大型鑄、鍛件以及沖壓件鋼的退火加熱溫度范圍第38頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火等溫退火高速鋼等溫退火與普通退火的比較第39頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火球化退火：過(guò)共析鋼，Ac1+10～20℃，使片狀碳化物成為球狀；適用于共析和過(guò)共析成分的碳鋼和合金鋼鍛、軋件。鋼的退火加熱溫度范圍第40頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火擴(kuò)散退火（均勻化退火）鑄錠或鑄件在凝固過(guò)程中不可避免的要產(chǎn)生枝晶偏析等化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象，為達(dá)到化學(xué)成分的均勻化，必須對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)散退火。特點(diǎn)：加熱溫度高(一般在Ac3或Acm以上150~200℃)，保溫時(shí)間長(zhǎng)(10h以上)去應(yīng)力退火用來(lái)消除因變形加工及鑄造、焊接過(guò)程中引起的殘余內(nèi)應(yīng)力，以提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開(kāi)裂。特點(diǎn)：工件隨爐緩慢加熱至Ac1-(100～

200℃)，經(jīng)一段時(shí)間保溫后隨爐緩慢冷卻至300～

200℃以下出爐。第41頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火一、鋼的退火再結(jié)晶退火

冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒。目的：消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形性能。特點(diǎn)：加熱溫度通常比理論再結(jié)晶溫度高100～

150℃，通常在去應(yīng)力退火溫度之上。第42頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火二、鋼的正火正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30～80℃，共析鋼加熱Ac1+30～80℃，過(guò)共析鋼加熱到Accm+30～80℃，保溫后空冷的工藝。

與退火相比，冷卻的速度稍快，得到的組織較細(xì)小，所以強(qiáng)度、硬度比退火的高。

45鋼退火、正火狀態(tài)的力學(xué)性能比較第43頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火二、鋼的正火正火的目的(1)改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性；(2)作為普通結(jié)構(gòu)零件或大型及形狀復(fù)雜零件的最終熱處理；(3)作為中碳和低合金結(jié)構(gòu)鋼重要零件的預(yù)備熱處理；(4)消除過(guò)共析鋼中的網(wǎng)狀二次滲碳體正火后的組織S(Wc=0.6～1.4%)，S+F(Wc＜0.6%)

熱處理與硬度關(guān)系合適切削加工硬度第44頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火二、鋼的正火正火與退火的選擇（1）從切削加工性考慮：作為預(yù)備熱處理，低碳鋼正火優(yōu)于退火，而高碳鋼正火后硬度太高，必須采用退火（2）從使用性能考慮：對(duì)于亞共析鋼工件來(lái)說(shuō)，正火比退火具有較好的力學(xué)性能。如果零件的性能要求不高，則可用正火作為最終熱處理。但當(dāng)零件形狀復(fù)雜時(shí)，由于正火冷卻速度快，有引起開(kāi)裂的危險(xiǎn)，則以采用退火為宜（3）從經(jīng)濟(jì)上考慮：正火比退火的生產(chǎn)周期短、耗能少、成本低，且操作方便，故在可能的情況條件下優(yōu)先采用正火。第45頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)鋼的退火和正火二、鋼的正火退火和正火的工藝比較

第46頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火

鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過(guò)共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。

“淬火”在專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)上，人們寫(xiě)的是“淬火”，而讀起來(lái)又稱(chēng)“蘸火”?！罢夯稹币殉蔀閷?zhuān)業(yè)口頭交流的習(xí)用詞，但文獻(xiàn)中又看不到它的存在。也就是說(shuō)，淬火是標(biāo)準(zhǔn)詞，人們不讀它，“蘸火”是常用詞，人們卻不寫(xiě)它，這是我國(guó)文字中不多見(jiàn)的現(xiàn)象。

第47頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火一、淬火的目的淬火的目的是使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過(guò)淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。

真空淬火爐第48頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火二、淬火加熱溫度加熱溫度以鋼的相變臨界點(diǎn)為依據(jù)，一般原則是：亞共析鋼為Ac3溫度以上30～50℃，共析鋼和過(guò)共析鋼為Ac1溫度以上30～50℃。

第49頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五M+Fe3C+A殘Ac1+30～50過(guò)共析鋼M+A殘Ac1+30～50

共析鋼M+A殘Ac3+30～50亞共析鋼Wc＞0.5%MAc3+30～50亞共析鋼Wc≤0.5%

最終組織淬火溫度(℃)

鋼種第50頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火二、淬火加熱溫度

淬火后的組織

T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織45鋼(含0.45%C)正常淬火組織第51頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火三、淬火冷卻介質(zhì)理想冷卻介質(zhì)

理想淬火曲線示意圖MsMf第52頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火三、淬火冷卻介質(zhì)常用冷卻介質(zhì)

名稱(chēng)

最大冷卻速度時(shí)平均冷卻速度/(℃?s-1)所在溫度/℃冷卻速度/(℃?s-1)650～550℃300～200℃20℃靜止水34077513545040℃靜止水28554511041060℃靜止水2202758018510%NaCl溶液58020001900100010%NaOH溶液5602830275077520℃10號(hào)機(jī)油430230606580℃10號(hào)機(jī)油430230705520℃3號(hào)錠子油50012010050第53頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火四、常用淬火方法a)單液淬火：直冷，簡(jiǎn)單易操作b)雙液淬火：先快后慢，降低應(yīng)力c)分級(jí)淬火：降-恒-降，應(yīng)力極低d)等溫淬火：得到B下〔工模具、彈簧〕

第54頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火五、鋼的淬透性與淬硬性淬透性：淬透性是指在規(guī)定條件下，鋼在淬火冷卻時(shí)獲得馬氏體組織深度的能力。影響淬透性的因素是鋼的臨界冷卻速度。

第55頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火五、鋼的淬透性與淬硬性淬透性的測(cè)定方法

末端淬火法示意圖第56頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火五、鋼的淬透性與淬硬性淬透性的實(shí)際意義（1）要根據(jù)零件不同的工作條件合理確定鋼的淬透性要求：并不是所有的場(chǎng)合都要求淬透，或者淬透都是有益的。（2）尺寸效應(yīng)：零件尺寸越大，其熱容量越大，淬火時(shí)零件冷卻速度越慢，因些，淬透層越薄，性能越差。（3）合理的加工工序：淬透層淺的大尺寸工件應(yīng)考慮在淬火前先切削加工

第57頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的淬火五、鋼的淬透性與淬硬性淬硬性：淬硬性是指鋼在理想條件下進(jìn)行淬火所能達(dá)到最高硬度的能力。淬硬性的影響因素是鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，淬硬性越高，反之，淬硬性越低。

碳素結(jié)構(gòu)鋼(20)淬透性淬硬性鋼種小低小高碳素工具鋼(T12A)大低低碳合金結(jié)構(gòu)鋼(20Cr2Ni4A)大高高碳高合金工具鋼(W18Cr4V)第58頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的回火淬火后具有以下特點(diǎn)：①得到了馬氏體、貝氏體、殘余奧氏體等不平衡（即不穩(wěn)定）組織。②存在較大內(nèi)應(yīng)力。③力學(xué)性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經(jīng)過(guò)回火?；鼗鹩址Q(chēng)配火。是將經(jīng)過(guò)淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當(dāng)溫度，保溫一段時(shí)間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的金屬熱處理。或?qū)⒋慊鸷蟮暮辖鸸ぜ訜岬竭m當(dāng)溫度，保溫若干時(shí)間，然后緩慢或快速冷卻。一般用以減低或消除淬火鋼件中的內(nèi)應(yīng)力，或降低其硬度和強(qiáng)度，以提高其延性或韌性。根據(jù)不同的要求可采用低溫回火、中溫回火或高溫回火。通常隨著回火溫度的升高，硬度和強(qiáng)度降低，延性或韌性逐漸增高。

第59頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五井式回火爐第四節(jié)鋼的回火一、回火的目的1）減小或消除淬火應(yīng)力2）滿足使用性能要求3）穩(wěn)定組織和尺寸二、淬火鋼在回火時(shí)的組織和性能變化1）馬氏體分解（80～200℃）2）殘余奧氏體的分解（200～300℃）3）碳化物的轉(zhuǎn)變（300～400℃）4）滲碳體的聚集長(zhǎng)大和α相再結(jié)晶（>400℃）

第60頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的回火回火后的組織

回火索氏體回火屈氏體回火馬氏體第61頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的回火三、回火的分類(lèi)和應(yīng)用

廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，具有良好的塑韌性。提高e及s，同時(shí)使工件具有一定韌性。在保留高硬度、高耐磨性的同時(shí)，降低內(nèi)應(yīng)力?；鼗鹉康腟回

T回

M回

回火組織500-650℃350-500℃150-250℃回火溫度高溫回火中溫回火低溫回火適用于彈簧熱處理第62頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第63頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第64頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第65頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第66頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第67頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第68頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的回火回火脆性淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。在某些溫度范圍內(nèi)回火時(shí)出現(xiàn)的沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱(chēng)回火脆性?；鼗鸫嘈钥煞譃榭赡婊鼗鸫嘈院筒豢赡婊鼗鸫嘈圆豢赡婊鼗鸫嘈杂址Q(chēng)第一類(lèi)回火脆性。是指淬火鋼在250-350℃回火時(shí)出現(xiàn)的脆性。這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會(huì)出現(xiàn)脆性，目前尚無(wú)有效消除辦法?；鼗饡r(shí)應(yīng)避開(kāi)這一溫度范圍。

第69頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)鋼的回火回火脆性可逆回火脆性又稱(chēng)第二類(lèi)回火脆性。是指淬火鋼在500-650℃范圍內(nèi)回火后緩冷時(shí)出現(xiàn)的脆性?；鼗鸷罂炖洳怀霈F(xiàn)。主要發(fā)生在含Cr,Ni,Si,Mn的結(jié)構(gòu)鋼中。防止辦法：⑴回火后快冷。⑵加入合金元素W(約1%)、Mo(約0.5%)。該法更適用于大截面的零部件。

第70頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五本章練習(xí)21、低碳鋼板硬度低，可否用淬火方法提高硬度？用什么辦法能顯著提高硬度？2、亞共析鋼熱處理時(shí)快速加熱可顯著地提高屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，是何道理？3、熱軋空冷的45鋼鋼材在重新加熱到超過(guò)臨界點(diǎn)后再空冷下來(lái)時(shí)，組織為什么能細(xì)化？4、確定下列鋼件的退火方法，并指出退火目的及退火后的組織：1）經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度；2）ZG35的鑄造齒輪3）鍛造過(guò)熱后的60鋼鍛坯；4）具有片狀滲碳體的T12鋼坯；第71頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五本章練習(xí)25、指出下列零件的鍛造毛坯進(jìn)行正火的主要目的及正火后的顯微組織：（1）20鋼齒輪（2）45鋼小軸（3）T12鋼銼刀6、一批45鋼試樣（尺寸Φ15*10mm），因其組織、晶粒大小不均勻，需采用退火處理。擬采用以下幾種退火工藝；（1）緩慢加熱至700℃，保溫足夠時(shí)間，隨爐冷卻至室溫；（2）緩慢加熱至840℃，保溫足夠時(shí)間，隨爐冷卻至室溫；（3）緩慢加熱至1100℃，保溫足夠時(shí)間，隨爐冷卻至室溫；問(wèn)上述三種工藝各得到何種組織？若要得到大小均勻的細(xì)小晶粒，選何種工藝最合適？第72頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五本章練習(xí)27、有兩個(gè)含碳量為1.2%的碳鋼薄試樣，分別加熱到780℃和860℃并保溫相同時(shí)間，使之達(dá)到平衡狀態(tài)，然后以大于VK的冷卻速度至室溫。試問(wèn)：（1）哪個(gè)溫度加熱淬火后馬氏體晶粒較粗大？（2）哪個(gè)溫度加熱淬火后馬氏體含碳量較多？（3）哪個(gè)溫度加熱淬火后殘余奧氏體較多？（4）哪個(gè)溫度加熱淬火后未溶碳化物較少？（5）你認(rèn)為哪個(gè)溫度加熱淬火后合適？為什么？8、擬用T10制造形狀簡(jiǎn)單的刀具，工藝路線為：鍛造—熱處理—機(jī)加工—熱處理—磨加工試寫(xiě)出各熱處理工序的名稱(chēng)并指出各熱處理工序的作用；指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度；制定最終熱處理工藝規(guī)定（溫度、冷卻介質(zhì)）第73頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理表面熱處理是對(duì)工件表面進(jìn)行強(qiáng)化的金屬熱處理工藝。它不改變零件心部的組織和性能。廣泛用于既要求表層具有高的耐磨性、抗疲勞強(qiáng)度和較大的沖擊載荷，又要求整體具有良好的塑性和韌性的零件，如曲軸、凸輪軸、傳動(dòng)齒輪等。表面熱處理分為表面淬火和化學(xué)熱處理兩大類(lèi)。

表面淬火化學(xué)熱處理第74頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理

第75頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理

上節(jié)回顧整體熱處理退火預(yù)備熱處理最終熱處理正火淬火回火第76頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第77頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第78頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火表面淬火是一種不改變鋼表層化學(xué)成分，但改變表層組織的局部熱處理工藝。通過(guò)快速加熱使鋼的表層奧氏體化，然后急冷，使表層形成馬氏體組織，而心部仍保持不變。表面淬火加工的方法有感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱法等。等。

火焰加熱感應(yīng)加熱第79頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應(yīng)加熱表面淬火（1）感應(yīng)加熱表面淬火的原理利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。電磁感應(yīng)集膚效應(yīng)鄰近效應(yīng)熱傳導(dǎo)第80頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應(yīng)加熱表面淬火（1）感應(yīng)加熱表面淬火的原理電磁感應(yīng)

放在變化磁通量中的導(dǎo)體，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。此電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感生電動(dòng)勢(shì)，若將此導(dǎo)體閉合成一回路，則該電動(dòng)勢(shì)會(huì)驅(qū)使電子流動(dòng)，形成感應(yīng)電流。第81頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應(yīng)加熱表面淬火（1）感應(yīng)加熱表面淬火的原理集膚效應(yīng)當(dāng)交變電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，電流將集中在導(dǎo)體表面流過(guò)，這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。是電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時(shí)，會(huì)聚集于總導(dǎo)體表層，而非平均分布于整個(gè)導(dǎo)體的截面積中。

第82頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應(yīng)加熱表面淬火（1）感應(yīng)加熱表面淬火的原理鄰近效應(yīng)當(dāng)高頻電流在兩導(dǎo)體中彼此反向流動(dòng)或在一個(gè)往復(fù)導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，電流會(huì)集中于導(dǎo)體鄰近側(cè)流動(dòng)的一種特殊的物理現(xiàn)象。

第83頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應(yīng)加熱表面淬火（1）感應(yīng)加熱表面淬火的原理熱傳導(dǎo)熱量從系統(tǒng)的一部分傳到另一部分或由一個(gè)系統(tǒng)傳到另一個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)象叫熱傳導(dǎo)。

第84頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應(yīng)加熱表面淬火（2）感應(yīng)加熱表面淬火的分類(lèi)（δ=（500-600)f1/2)高頻：70～1000KHz，常用200～300KHz，淬硬深度為0.5～2mm。中小模數(shù)齒輪、軸類(lèi)零件等。中頻：500～10000Hz，常用2500～8000Hz，淬硬深度2～10mm，直徑較大的軸類(lèi)和較大模數(shù)的齒輪等。工頻：50Hz，淬硬深度達(dá)10～15mm。直徑大于300mm的軋輥及軸類(lèi)零件等。超音頻：20-40kHz，稍高于音頻（<20kHz）。第85頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應(yīng)加熱表面淬火（3）感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)工件表面硬度高、脆性低：表層淬火硬度比普通淬火高出2-3HRC；疲勞強(qiáng)度高：表面馬氏體轉(zhuǎn)變形成殘余壓應(yīng)力；工件表面質(zhì)量好、變形小：加熱速度快、保溫時(shí)間短工藝過(guò)程易于控制：生產(chǎn)率高，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化操作；設(shè)備較貴：不適用于單件生產(chǎn)第86頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火1.感應(yīng)加熱表面淬火（4）感應(yīng)加熱表面淬火的技術(shù)要求材料的選用：ωc=0.4-0.5%；淬硬層深度：一般有效淬硬度深度為1/10R，對(duì)于直徑10-20mm的小件可選1/5R，對(duì)于較大直徑可取小于1/10R；預(yù)備熱處理：調(diào)質(zhì)或正火淬火后的回火：低溫回火或自回火常用工藝路線：鍛造-退火或正火——粗機(jī)械加工——調(diào)質(zhì)或正火——精機(jī)械加工——感應(yīng)加熱淬火——低溫回火——磨削。第87頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理一、表面淬火2.火焰加熱表面淬火（1）基本方法（2）特點(diǎn)及應(yīng)用a)設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便,成本低。b)淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。c)適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。d)淬硬深度一般為2～6mm。主要適用于單件或小批量生產(chǎn)的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。火焰表面淬火示意圖第88頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學(xué)熱處理將零件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中，通過(guò)加熱、保溫,使介質(zhì)中一種或幾種元素原子滲入工件表層，以改變鋼表層的化學(xué)成分和組織的熱處理工藝。

根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。化學(xué)熱處理的主要特點(diǎn)是表層不僅有組織的變化，而且有成分的變化，故性能改變的幅度大。其主要作用是強(qiáng)化和保護(hù)金屬表面。各種化學(xué)熱處理都是依靠介質(zhì)元素的原子向零件內(nèi)部擴(kuò)散來(lái)進(jìn)行的，在零件加熱到一定溫度后，都要進(jìn)行分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)過(guò)程。第89頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學(xué)熱處理1.鋼的滲碳定義：將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原子滲入表層的化學(xué)熱處理工藝。目的：使低碳(wc=0.10-0.25%)鋼件表面得到高碳(wc=1.0-1.2%)，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?淬火+低溫回火)后獲得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定強(qiáng)度及較高的塑性、韌性。應(yīng)用：適用于同時(shí)受磨損和較大沖擊載荷的低碳、低合金鋼零件，如齒輪、活塞銷(xiāo)、套筒及要求很高的噴油嘴偶件等。用鋼：低碳鋼和低碳合金鋼。20、20Cr、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA、12CrNi3、12Cr2Ni4等。第90頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學(xué)熱處理1.鋼的滲碳方法：固體、氣體、液體滲碳。零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱固體滲碳法示意圖氣體滲碳法示意圖第91頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學(xué)熱處理1.鋼的滲碳滲碳后的熱處理：滲碳后必須進(jìn)行淬火、低溫回火的熱處理。常用的淬火方法有直接淬火、一次淬火、二次淬火。

直接淬火一次淬火二次淬火滲碳工件的一般工藝路線為：鍛造——正火——機(jī)加工——滲碳——淬火+低溫回火——精加工第92頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學(xué)熱處理1.鋼的滲碳防止?jié)B碳方法：

(1)加大余量法---在不需要滲碳的部位預(yù)先留出一定的加工余量,其留量比滲碳層深度大一倍以上。滲碳后先車(chē)去滲碳層再轉(zhuǎn)淬火。

(2)鍍銅法---在不需滲碳的部位電鍍一層0.02--0.04mm的銅,銅層要致密,不得暴露原金屬。

(3)涂料法---在不需滲碳的部位涂上防滲涂料。

(4)工裝法----自制專(zhuān)用工裝,把不需滲碳的部位封閉密封。注意事項(xiàng)：

(1)不得用鍍鋅的方法防滲碳。

(2)滲碳后需進(jìn)行機(jī)械加工的工件,硬度不應(yīng)高于30HRC。

第93頁(yè)，共102頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第六節(jié)鋼的表面熱處理二、化學(xué)熱處理1.鋼的氮化定義：滲氮一般在Ac1溫度以下使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理藝。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞性質(zhì)、耐蝕性及熱硬性。用鋼：一般采用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.45%的合金結(jié)構(gòu)鋼。38CrMoAlA特點(diǎn)：滲氮層具有很高的硬度（65～72HRC）和耐磨性，且可維持到560～600℃；滲氮溫度低，滲氮后無(wú)需進(jìn)行其他熱處理，工件變形?。粷B氮后具有良好的耐蝕性。方法：氣體滲氮、離子滲氮。滲氮零件的一般工藝路線：鍛造——正火或退火——粗加工——調(diào)質(zhì)——精加工——去應(yīng)力——粗磨——氮化——精磨或研磨第