熱處理基本知識及工藝原理課件

熱處理基本知識及工藝原理1主講人：王明亮2014年3月22日2023/8/231

熱處理基本知識及工藝原理1主講人：王明亮2014年3月222常見熱處理設(shè)備目錄1234金屬學(xué)與熱處理基本原理工業(yè)用鋼及其熱處理鋼的熱處理工藝22023/8/235熱處理常見缺陷2常見熱處理設(shè)備目1234金屬學(xué)與熱處理基本原理工業(yè)用鋼及其金屬學(xué)與熱處理基本知識132023/8/23一鐵碳合金及其相圖1

純鐵的晶體結(jié)構(gòu)與性能（1）純鐵冷卻中晶體結(jié)構(gòu)的變化：

1538℃1394℃912℃L→δ－Fe→γ－Fe→α－Febccfccbcc純鐵在冷卻過程中經(jīng)歷兩次同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（2）純鐵性能：

強度低、硬度低、塑性好

、鐵磁性金屬學(xué)與熱處理基本知識132023/8/1一鐵碳合金及其金屬學(xué)與熱處理基本知識142023/8/232

鐵碳合金與鐵碳相圖（1）鐵碳合金中的基本相與基本組織基本組元：Fe、C基本相：鐵素體(α或F)C在體心立方α－Fe中的間隙固溶體；0.0218%(727℃)強硬度低；塑韌性好；與工業(yè)純鐵相同奧氏體(γ或A)C在面心立方γ－Fe中的間隙固溶體強硬度較低；塑性較好,變形抗力較低,易于鍛壓成形;順磁性。滲碳體(Fe3C)Fe與C形成的金屬化合物，含6.69%C，復(fù)雜正交晶系。強度低；硬度高；

無塑性;弱的鐵磁性(<230℃)金屬學(xué)與熱處理基本知識142023/8/12鐵碳合金與鐵碳金屬學(xué)與熱處理基本知識152023/8/23（2）鐵碳相圖（1）鐵素體(F)（2）奧氏體(γ)（3）滲碳體(Fe3C)（4）珠光體(P)：F＋Fe3C共析反應(yīng)產(chǎn)物（5）萊氏體(Ld)：γ＋Fe3C共晶反應(yīng)產(chǎn)物（6）變態(tài)萊氏體(Ld′)：P＋Fe3C金屬學(xué)與熱處理基本知識152023/8/1（2）鐵碳相圖（1金屬學(xué)與熱處理基本知識162023/8/23鐵碳合金含碳量為2.11%—6.69%的鐵碳合金。共晶白口鑄鐵：

含碳量為4.3%；亞共晶白口鑄鐵：含碳量在2.11%—4.3%之間；過共晶白口鑄鐵：含碳量在4.3%—6.69%之間；含碳量小于0.0218%的鐵碳合金。工業(yè)純鐵碳鋼白口鑄鐵含碳量為0.0218%—2.11%的鐵碳合金。根據(jù)金相組織的不同，可分為三種:共析鋼：含碳量為0.77%;亞共析鋼：含碳量在0.0218%—0.77%之間；過共析鋼：含碳量在0.77%—2.11%之間；（2）鐵碳合金分類附件：金屬學(xué)與熱處理基本知識162023/8/1鐵含碳量為2.11金屬學(xué)與熱處理原理172023/8/23二熱處理基本原理1熱處理基本概念與知識

定義：在一定介質(zhì)中，通過加熱、保溫、冷卻以使金屬的組織發(fā)生轉(zhuǎn)變以獲得所需性能的一種工藝過程。三個基本過程：TtT保溫t保溫V冷卻V加熱加熱、保溫、冷卻四個重要參數(shù)：V加熱、T保溫、t保溫、V冷卻金屬學(xué)與熱處理原理172023/8/1二熱處理基本原理1金屬學(xué)與熱處理原理182023/8/23冷卻方式V冷卻

小→大隨爐空冷油冷水冷HRC15~1818~2440~5052~60組織P+FP+F（少）組織細(xì)M+PM45#鋼V冷卻不同對其性能的影響示例金屬學(xué)與熱處理原理182023/8/1冷卻方式金屬學(xué)與熱處理原理192023/8/232鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變目的：獲成分均勻、晶粒細(xì)小的奧氏體晶粒形核Fe3C的溶解長大γ的均勻化奧氏體化：將鋼件加熱至臨界點以上，使之轉(zhuǎn)變?yōu)棣?，稱為奧氏體化。共析碳鋼奧氏體形成過程示意圖金屬學(xué)與熱處理原理192023/8/12鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變目金屬學(xué)與熱處理原理1102023/8/23亞共析鋼：F+P→F+A→A

過共析鋼：Fe3C+P→Fe3C+A→A金屬學(xué)與熱處理原理1102023/8/1亞共析鋼：F金屬學(xué)與熱處理原理1112023/8/233鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變A1冷卻方式有兩種：一是等溫冷卻（常用于理論研究）

二是連續(xù)冷卻（常用于生產(chǎn)）金屬學(xué)與熱處理原理1112023/8/13鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變金屬學(xué)與熱處理原理1122023/8/23（1）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖

（C曲線或TTT曲線）共析鋼C曲線金屬學(xué)與熱處理原理1122023/8/1（1）過冷奧氏體等溫金屬學(xué)與熱處理原理1132023/8/23亞共析鋼和過共析鋼的C曲線金屬學(xué)與熱處理原理1132023/8/1亞共析鋼和過共析鋼的金屬學(xué)與熱處理原理1142023/8/23共析鋼的CCT曲線（2）過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖

（CCT曲線）金屬學(xué)與熱處理原理1142023/8/1共析鋼的CCT曲線（金屬學(xué)與熱處理原理1152023/8/23亞共析鋼和過共析鋼的CCT曲線金屬學(xué)與熱處理原理1152023/8/1亞共析鋼和過共析鋼的金屬學(xué)與熱處理原理1162023/8/23轉(zhuǎn)變溫度擴(kuò)散性組織（圖片見下頁）珠光體轉(zhuǎn)變高溫（Ar1-550℃）Fe、C、Me擴(kuò)散珠光體（α+Fe3C）貝氏體轉(zhuǎn)變上貝氏體（550-350℃）C擴(kuò)散;Fe、Me不擴(kuò)散貝氏體（鐵素體＋碳化物）下貝氏體（350℃-Ms）馬氏體轉(zhuǎn)變＜MsC、Fe、Me均不擴(kuò)散馬氏體C在α-Fe中過飽和的間隙固溶體（3）幾種轉(zhuǎn)變的特點金屬學(xué)與熱處理原理1162023/8/1轉(zhuǎn)變溫度擴(kuò)散性組織（金屬學(xué)與熱處理原理1172023/8/23片狀珠光體粒狀珠光體金屬學(xué)與熱處理原理1172023/8/1片狀珠光體粒狀珠光體金屬學(xué)與熱處理原理1182023/8/23上貝氏體下貝氏體金屬學(xué)與熱處理原理1182023/8/1上貝氏體下貝氏體金屬學(xué)與熱處理原理1192023/8/23板條狀馬氏體針狀馬氏體金屬學(xué)與熱處理原理1192023/8/1板條狀馬氏體針狀馬氏202023/8/23鋼的熱處理工藝2熱處理工藝分類（加熱冷卻方式、組織性能）普通熱處理退火、正火、淬火、回火表面熱處理表面淬火、化學(xué)熱處理形變熱處理高溫形變熱處理、低溫形變熱處理熱處理分類工藝（生產(chǎn)工藝中的位置與作用）預(yù)備熱處理最終熱處理202023/8/1鋼的熱處理工藝2熱處理工藝分類（加熱冷卻212023/8/23鋼的熱處理工藝2一退火1定義：鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間后緩慢隨爐冷卻或控制其冷速，獲平衡組織的工藝。212023/8/1鋼的熱處理工藝2一退火222023/8/23鋼的熱處理工藝22目的：①降低硬度，改善切削加工性能；適合機(jī)加工的硬度范圍：150～250HB；②細(xì)化晶粒；均勻組織；③消除內(nèi)應(yīng)力。222023/8/1鋼的熱處理工藝22目的：232023/8/23鋼的熱處理工藝23各種退火工藝及其特點：（1）球化退火工藝規(guī)范：232023/8/1鋼的熱處理工藝23各種退火工藝及其特點242023/8/23鋼的熱處理工藝2特點：①工藝：不完全奧氏體化②組織：球狀(粒狀)珠光體目的：①降低(過)共析鋼硬度,適合切削

②為最終熱處理做組織準(zhǔn)備適用范圍：含碳量較高的工、模具鋼的預(yù)備熱處理242023/8/1鋼的熱處理工藝2特點：①工藝：不完全奧氏252023/8/23鋼的熱處理工藝2（2）完全退火工藝規(guī)范：特點：①工藝：完全奧氏體化②組織：層片狀珠光體目的：①降低硬度，改善切削加工性能②細(xì)化晶粒；消除內(nèi)應(yīng)力；減輕組織不均勻性(消除魏氏組織等)適用范圍：亞共析鋼、合金鋼的鑄、鍛、熱軋、焊件的預(yù)備熱處理252023/8/1鋼的熱處理工藝2（2）完全退火特點：①工262023/8/23鋼的熱處理工藝2（3）均勻化退火工藝規(guī)范：特點：(1)高溫、長時間(2)需再經(jīng)重結(jié)晶工藝(完全退火或正火)以細(xì)化晶粒目的：消除或減輕偏析、帶狀組織等適用范圍：合金鋼錠、大型鑄鋼件262023/8/1鋼的熱處理工藝2（3）均勻化退火特點：(272023/8/23鋼的熱處理工藝2（4）再結(jié)晶退火工藝規(guī)范：目的：①消除加工硬化②完全消除殘余應(yīng)力適用范圍：冷塑性變形件272023/8/1鋼的熱處理工藝2（4）再結(jié)晶退火目的：①282023/8/23鋼的熱處理工藝2（5）去應(yīng)力退火工藝規(guī)范：目的：消除內(nèi)應(yīng)力，防工件變形適用范圍：鑄、鍛、焊、沖壓、機(jī)加工件282023/8/1鋼的熱處理工藝2（5）去應(yīng)力退火目的：消292023/8/23鋼的熱處理工藝2（6）等溫退火工藝規(guī)范：

AC3+20~30℃AC3

Ar1

tTAc1

AC1+20~30℃

Ar1-20~30℃特點：(1)縮短時間；(2)組織更均勻；292023/8/1鋼的熱處理工藝2（6）等溫退火AC3302023/8/23二正火1定義：鋼加熱到AC3或ACm以上的γ區(qū)域，保持一定時間后在空氣中冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的工藝。正火退火鋼的熱處理工藝2Tt302023/8/1二正火正火退火鋼的熱處理工藝2Tt312023/8/232目的：①細(xì)化晶粒，消除鑄鍛焊件組織缺陷；②提高低碳鋼硬度，改善切削加工性能；③消除高碳鋼網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備；④型材或大型復(fù)雜鑄鋼件的最終熱處理鋼的熱處理工藝2312023/8/12目的：①細(xì)化晶粒，消除鑄鍛焊件組織322023/8/23區(qū)別正火退火1加熱溫度較高加熱溫度較低2冷卻速度較快冷卻速度較慢3獲得組織較細(xì)（索氏體）獲得組織較粗（珠光體）4強硬度與塑韌性較高硬度較低5生產(chǎn)效率較高生產(chǎn)時間較長3正退火區(qū)別鋼的熱處理工藝2322023/8/1區(qū)別正火退火1加熱溫度較高加熱溫度較低2332023/8/2345#鋼退火態(tài)與正火態(tài)性能對比狀態(tài)σb(MPa)δ(%)αk

(J.cm-2)HB正火700~80015~2050~80220完全退火650~70015~2040~60180鋼的熱處理工藝2示例332023/8/145#鋼退火態(tài)與正火態(tài)性能對比狀態(tài)σ342023/8/23鋼的熱處理工藝24正火與退火的選用

原則：①能用正火處則不用退火②正火可作為大件或不重要工件的最終熱處理，而退火一般不作為最終熱處理含碳量選用工藝C%<0.25%多用正火、提高硬度C%:0.25~0.5%可以正火、也可完全退火（含碳量偏上限時多用完全退火）C%:0.5~0.75%完全退火C%>0.75%球化退火C%>0.9%正火消網(wǎng)＋球化退火342023/8/1鋼的熱處理工藝24正火與退火的選用含碳352023/8/23鋼的熱處理工藝2三

淬火淬火與回火時不可分割的、緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝1定義：鋼加熱到AC3

或AC1以上，保溫一定時間后使其奧氏體化，然后以大于其臨界冷速的速度急劇冷卻，獲馬氏體或貝氏體體組織的工藝方法。等溫淬火

AC1

MS

VC

VC′淬火2目的：淬火可以顯著提高鋼的硬度、強度及耐磨性等。Tt352023/8/1鋼的熱處理工藝2三淬火等溫淬火AC362023/8/23鋼的熱處理工藝23.加熱溫度亞共析鋼(碳鋼)AC3+30~50共析鋼(碳鋼)AC1+30~50過共析鋼(碳鋼)AC1+30~50低合金鋼AC3或AC1+50~100℃高合金鋼AC3或AC1+300~400℃362023/8/1鋼的熱處理工藝23.加熱溫度亞共析鋼(碳372023/8/23鋼的熱處理工藝2AC3

AC1

ACmM+ARAM+AR+A+Fe3C(C↑)(↑)A+FM+FFe3C亞共析鋼與過共析鋼加熱溫度為何有區(qū)別？亞共析鋼:若AC3~AC1保溫，F(xiàn)多，硬度等↓過共析鋼:若T>ACm

①C%↑，AR↑，硬度等↓②組織粗大372023/8/1鋼的熱處理工藝2AC3AC1ACmM382023/8/23鋼的熱處理工藝24．淬火介質(zhì)理想：650℃以上，慢，減小熱應(yīng)力

650-400℃，快，避免C曲線

400℃以下，慢，減輕相變應(yīng)力TtA1MS理想水油382023/8/1鋼的熱處理工藝24．淬火介質(zhì)TtA1MS392023/8/23鋼的熱處理工藝25．淬透性與淬硬性淬透性：淬火條件下得到M組織的能力，取決于VK（上臨界冷卻速度）淬硬性：鋼在淬火后獲得硬度的能力，取決于M中C%，C%↑→淬硬性↑392023/8/1鋼的熱處理工藝25．淬透性與淬硬性淬透性402023/8/23鋼的熱處理工藝2

淬透層深度：由工件表面→半馬氏體點(50%M)的深度。淬透層深度50%M402023/8/1鋼的熱處理工藝2淬透層深度：由工件表面412023/8/23鋼的熱處理工藝2淬透性影響因素C%亞共析鋼C%↑→淬透性↑過共析鋼C%↑→淬透性↓奧氏體化溫度T↑→淬透性↑合金元素除Co以外，C曲線右移，↑淬透性未溶第二相↓淬透性412023/8/1鋼的熱處理工藝2淬透性影響因素C%亞共析422023/8/23鋼的熱處理工藝2TtA1MS分級淬火雙液淬火等溫淬火單液淬火5．幾種淬火方法序號淬火方法適用范圍及特點1單液淬火尺寸小、形狀簡單的碳鋼、合金鋼件2雙液淬火尺寸較大碳鋼件3分級淬火稍高于MS，鹽浴；小尺寸工模具、變形小、精密件4等溫淬火淬火熱應(yīng)力、組織應(yīng)力小，變形??；形狀復(fù)雜、尺寸精密件。5冷處理高碳軸承鋼422023/8/1鋼的熱處理工藝2TtA1MS分級淬火雙液432023/8/23鋼的熱處理工藝2四.回火1.定義：將淬火后的鋼在A1以下溫度加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當(dāng)方式冷卻的工藝過程。2.目的：①消除淬火應(yīng)力，降低脆性；②穩(wěn)定工件尺寸，由于M、殘余A不穩(wěn)定③獲得要求的強度、硬度及塑性、韌性的配合回火脆性鋼→水、油冷；高合金鋼的多次回火432023/8/1鋼的熱處理工藝2四.回火2.目的：①消除442023/8/23鋼的熱處理工藝23.回火與溫度的關(guān)系不同含碳量的碳鋼回火溫度與硬度之間的關(guān)系442023/8/1鋼的熱處理工藝23.回火與溫度的關(guān)系452023/8/23鋼的熱處理工藝24.回火種類回火類型組織性能特點應(yīng)用范圍低溫回火（150~250℃）回火馬氏體①保持高強硬度；②內(nèi)應(yīng)力和脆性↓；韌性略↑。①工、模具鋼；②低碳馬氏體鋼中溫回火（350~500℃）回火屈氏體①基體已回復(fù)；內(nèi)應(yīng)力↓↓；②彈性極限高；較高的強硬度與良好韌性。彈簧鋼、熱作模具鋼（0.6~0.9%）高溫回火（550~680℃）回火索氏體①內(nèi)應(yīng)力基本消除，強度與韌性最佳配合；②綜合機(jī)械性能高重要結(jié)構(gòu)件，軸、齒輪452023/8/1鋼的熱處理工藝24.回火種類回火類型組織462023/8/23鋼的熱處理工藝25.調(diào)質(zhì)處理淬火+高溫回火→調(diào)質(zhì)處理42CrMo調(diào)質(zhì)工藝及其金相組織462023/8/1鋼的熱處理工藝25.調(diào)質(zhì)處理42CrMo472023/8/23鋼的熱處理工藝2五.表面淬火表面淬火：不改變表面化學(xué)成分，只改變其表面組織的局部熱處理方法。目的：心部保持較高的綜合機(jī)械性能，表面具有高硬度和耐磨性。感應(yīng)加熱表面淬火原理：電磁感應(yīng)及集膚效應(yīng)分類：a.高頻200-300KHz淬硬深度0.5-2mm小工件

b.中頻2500-8000Hz

淬硬深度2-5mm

尺寸較大的工件

c.低頻50Hz

淬硬深度10-15mm大型工件適用范圍：中碳鋼和中碳低合金鋼，如：40、45、50和40Cr、40MnB等472023/8/1鋼的熱處理工藝2五.表面淬火表面淬火：不482023/8/23鋼的熱處理工藝2特點：組織：M→M＋F＋T→F＋Pb.加熱T↑，γ形核↑，不易長大，實際晶粒組度小，淬火得到極細(xì)隱晶馬氏體，硬度↑，脆性↓c.殘余壓應(yīng)力→提高壽命d.不易氧化、脫碳、變形小e.工藝易控制，設(shè)備成本高482023/8/1鋼的熱處理工藝2特點：492023/8/23鋼的熱處理工藝2定義：將工件在特定的介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中的某些元素滲入工件表層，以改變其表層化學(xué)成分和組織，獲得與心部不同性能的熱處理工藝。分類：滲碳、滲氮、滲硼、滲鉻、碳氮共滲等基本過程：分解、吸附和擴(kuò)散三個基本過程六.化學(xué)熱處理492023/8/1鋼的熱處理工藝2定義：將工件在特定的介質(zhì)502023/8/23鋼的熱處理工藝21滲碳目的：提高表面硬度（62-68HRC），耐磨性，而使心部仍保持一定的強度和良好的塑性和韌性。分類：氣體滲碳、液體滲碳及固體滲碳?xì)怏w滲碳原理：在高溫（900~950℃）氣體介質(zhì)中的滲碳適用范圍：低碳鋼、低碳合金鋼碳原子的分解CO→[C]+1/2O2CH4→[C]+2H2碳原子的吸收碳原子的擴(kuò)散502023/8/1鋼的熱處理工藝21滲碳目的：提高表面512023/8/23鋼的熱處理工藝2組織：過共析層回火M+細(xì)小碳化物+殘γ共析滲碳層回火M亞共析過渡層回火M＋F512023/8/1鋼的熱處理工藝2組織：過共析層共析滲碳層522023/8/23鋼的熱處理工藝2淬火方法：（1）直接淬火（如圖a、b曲線）奧氏體晶粒大，馬氏體粗大，殘余γ多，耐磨性低，變形大。只適用于本質(zhì)細(xì)晶鋼或耐磨性要求低和承載低的零件。（2）一次淬火（如圖c曲線）（3）二次淬火（如圖d曲線）522023/8/1鋼的熱處理工藝2淬火方法：532023/8/23鋼的熱處理工藝22其他化學(xué)熱處理滲氮500-600℃比滲碳更高的表面硬度（65-72HRC）、疲勞強度及耐磨性，熱穩(wěn)定性好碳氮共滲高溫（900-950℃）表面硬度、耐磨性、耐蝕性、疲勞強度等優(yōu)于滲碳處理，但耐磨性、疲勞低于滲氮處理中溫（700-880℃）低溫（500-570℃）軟氮化提高耐磨性及疲勞強度532023/8/1鋼的熱處理工藝22其他化學(xué)熱處理滲氮542023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理31碳鋼優(yōu)點：價廉、實用；缺點：(1)淬透性低：水淬，D臨

=10～20mm(2)強度、屈強比較低；

20鋼與16Mn的σs：240、360MN/m2；40鋼與35CrNi3Mo的σs/σb：0.43、0.74(3)回火穩(wěn)定性差，綜合機(jī)械性能較差(4)不能滿足特殊性能要求一.概述542023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理31碳鋼一.概述552023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3合金鋼：提高淬透性：Si、Mn、Cr、B、Ni、W、Mo、Cu固溶強化：Si、Mn、Ni細(xì)化晶粒：Al、V、Ti、W、Mo、Nb、Zr提高回火穩(wěn)定性：W、Mo、V、Si、Cr消除高溫回火脆性：W、Mo特殊耐蝕、耐熱性552023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3合金鋼：562023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3二.工業(yè)用鋼1結(jié)構(gòu)鋼要求:(1)尺寸大，形狀復(fù)雜，需承受較大的載荷，因此，要求鋼材必須具有較高的強度(包括屈服強度和抗拉強度)和足夠的韌性；(2)具有良好的塑性與焊接性能(3)必須具有良好的冷脆性和耐候性成分特點：(1)低碳、C＜0.2%，

滿足成型、焊接性要求

(2)

Me(＜3%)，微合金化或低合金化

Mn（0.8～1.7%）：固溶強化、增加珠光體量、細(xì)化珠光體V、Ti、Nb：彌散強化、細(xì)化晶粒562023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3二.工業(yè)用鋼1結(jié)572023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3種類：碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q195、Q215、Q235等低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼：Q345、Q390、Q460等熱處理:使用狀態(tài)一般為熱軋，組織為鐵素體＋珠光體；有時也在正火及正火加回火狀態(tài)下使用，使組織更加均勻、細(xì)化。572023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3種類：582023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理32滲碳鋼滲碳鋼是指經(jīng)滲碳處理后使用的鋼種，碳氮共滲用鋼與滲碳鋼大體相同。主要應(yīng)用為汽車及機(jī)床上的齒輪、活塞銷等要求:(1)具備高的耐磨性、接觸疲勞強度、彎曲疲勞強度和屈服強度(2)較高的塑性與韌性成分特點：(1)低碳、0.10～0.25%

(2)加入提高淬透性的元素

(3)加入能夠細(xì)化晶粒的元素

582023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理32滲碳鋼滲碳鋼是指592023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3種類及應(yīng)用：滲碳鋼分類按其淬透性或強度級別可以分為三類分類強度范圍典型鋼種應(yīng)用低淬透性滲碳鋼（低強度）＜800MPa15、20、20Cr、20MnV小型滲碳件：套筒、鏈條等中淬透性滲碳鋼（中強度）800～1200MPa20CrNiMo、20CrMnTi較為重要的部件：汽車齒輪、活塞銷高淬透性滲碳鋼（高強度）＞1200MPa20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA18CrNi3MoA截面較大的重負(fù)荷滲碳件：航空發(fā)動機(jī)齒輪、坦克齒輪等熱處理：見第二章592023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3種類及應(yīng)用：滲碳鋼分602023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理33調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的結(jié)構(gòu)鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼。主要用作汽車、機(jī)床及其他設(shè)備等的重要零件如曲軸、連桿等要求:(1)比較全面的力學(xué)性能：高強度、良好塑韌性、高的疲勞強度；(2)脆性轉(zhuǎn)變溫度較低成分特點：(1)中碳：0.25～0.45%

(2)加入提高淬透性的元素，如Si、Mn、Cr、Ni、Mo、B等

(3)加入防止第二類回火脆性的元素，如Mo、W、V等602023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理33調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理612023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3種類及應(yīng)用：調(diào)質(zhì)鋼分類按其淬透性高低可以分為三類分類油淬臨界直徑典型鋼種應(yīng)用低淬透性調(diào)質(zhì)鋼30～40mm45、40Cr、40Mn連桿、螺栓、傳動軸等中淬透性調(diào)質(zhì)鋼40～60mm42CrMo、35CrMo、40CrMn、40CrNi截面尺寸較大的中、大型零件：曲軸、尺寸、刀柄高淬透性調(diào)質(zhì)鋼＞60mm45CrNiMoVA40CrNiMo大截面承受重載荷的重要零件：航空發(fā)動機(jī)軸、螺紋釬頭等612023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3種類及應(yīng)用：調(diào)質(zhì)鋼分622023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3熱處理:（1）預(yù)備熱處理：正火（含碳量較低、合金元素較低）正火＋高回（合金元素較高）

退火（含碳量較高）（2）最終熱處理：淬火＋高回622023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3熱處理:632023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理34彈簧鋼用于制作各種彈性元件的鋼種，起緩和機(jī)械振動和沖擊、吸收沖擊能量的作用。要求:(1)高的彈性極限和屈強比(2)高的疲勞極限(3)一定的塑性和韌性成分特點：

(1)中、高碳普通碳素彈簧鋼含碳0.60～0.90%

合金彈簧鋼含碳0.50～0.60%(2)含Si、Mn(3)含Cr、V、W632023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理34彈簧鋼用于制作各642023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3種類：碳素彈簧鋼：65、70、85等，用于制造小截面彈簧合金彈簧鋼65Mn、55Si2Mn、60Si2Mn、60Si2CrV、50CrV等熱處理:(1)熱成型彈簧(大型彈簧)

d>10~15mm淬火+中溫回火（400℃～500℃）回火托氏體

(2)冷成型彈簧(小型彈簧)d<8～18mma:鉛淬冷拔鋼絲（T8A、T9A、T10A）：500℃～520℃鉛浴等溫淬火回火索氏b:淬火回火鋼絲：淬火+中溫回火642023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3種類：碳素彈簧鋼：6652023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理35滾動軸承鋼用于制造滾動軸承套圈和滾動體的專用鋼稱為滾動軸承鋼。要求:(1)很高的強度與硬度(2)很高的接觸疲勞強度(3)很高的耐磨性成分特點：(1)高碳：0.95~1.10%C(2)含Cr：0.4~1.65%；大型軸承，可以進(jìn)一步加入Si、Mn、Mo

(3)高的冶金質(zhì)量：ws＜0.02%、wp＜0.027%652023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理35滾動軸承鋼用于制662023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3典型鋼種：高碳鉻軸承鋼常見牌號有：GCr4、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo熱處理:(1)預(yù)備熱處理：

球化退火：a：降低硬度；b：獲得均勻分布的細(xì)粒狀珠光體(2)最終熱處理：

淬火＋低回：隱晶馬氏體、細(xì)小均勻分布的碳化物及少量的殘留奧氏體

662023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3典型鋼種：672023/8/23GCr15精密軸承熱處理規(guī)范工業(yè)用鋼及其熱處理3672023/8/1GCr15精密軸承熱處理規(guī)范工業(yè)用鋼及其682023/8/236碳素工具鋼、低合金刃具鋼碳素工具鋼是含碳0.65~1.35%高碳鋼。低合金刃具鋼是在其基礎(chǔ)上加入Cr、Mn、Si、W、V等元素形成的合金工具鋼。其含碳量為0.75~1.45%要求:(1)高硬度(2)較高的耐磨性(3)高的熱硬性成分特點：碳素工具鋼是含碳0.65~1.35%高碳鋼。低合金刃具鋼是在其基礎(chǔ)上加入Cr、Mn、Si、W、V等元素形成的合金工具鋼，其含碳量為0.75~1.45%，合金元素總量小于5%

工業(yè)用鋼及其熱處理3682023/8/16碳素工具鋼、低合金刃具鋼碳素工具鋼是692023/8/23種類：種類常用鋼種特點用途碳素工具鋼T8、T8A、T10、T12淬透性較低用來制造截面較小、形狀簡單的刃具：如鑿子、錘子及木工工具等低合金刃具鋼9SiCr、CrWMn、Cr2淬透性較高用于制造截面加大、耐磨及淬火變形小的刃具，如絲錐、板牙、鉸刀等工業(yè)用鋼及其熱處理3熱處理：a.預(yù)備熱處理：球化退火b.最終熱處理：淬火＋低溫回火使用組織：細(xì)針狀高碳回火馬氏體＋粒狀Fe3C＋少量AR使用硬度：＞60HRC692023/8/1種類：種類常用鋼種特點用途碳素工具鋼T8702023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理37高速鋼高速鋼是由大量W、Mo、Cr、Co、V等元素組成的高碳、高合金鋼，是一種適用于高速切削的刃具鋼。廣泛用于制造各種機(jī)加工刃具如車刀、銑刀、銼刀及鉆頭等。要求:(1)很高的熱硬性(2)很高的淬透性成分特點：(1)高碳：0.70~1.60%C(2)加入W、Mo、V、Cr等碳化物形成元素，Me>15%；Cr:淬透性；回火后形成細(xì)小碳化物

W、Mo：高的紅硬性；二次硬化V：紅硬性；細(xì)化晶粒702023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理37高速鋼高速鋼是由712023/8/23種類：種類特點W系：W18Cr4V、W18Cr4V2Co5耐磨性稍高、韌性較差W-Mo系：W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V3、W6Mo5Cr4V2Al熱硬性較好、脫碳和過熱傾向大工業(yè)用鋼及其熱處理3712023/8/1種類：種類特點W系：W18Cr4V、W1722023/8/23熱處理特點:萊氏體鋼：粗大的共晶碳化物

a.反復(fù)鍛造；打碎粗大的魚骨狀共晶碳化物b.分級預(yù)熱（650℃、850℃）；

c.高溫淬火（1250℃～1300℃）；

d.分級淬火（600℃、400℃）；

e.多次回火（560℃，三次以上）目的：①產(chǎn)生二次硬化；

②消除殘余奧氏體：淬火：20～30％AR

一次回火：15％AR二次回火：5～7％AR三次回火：1～2％AR；工業(yè)用鋼及其熱處理3722023/8/1熱處理特點:萊氏體鋼：粗大的共晶碳化物732023/8/23f：淬火組織：隱晶馬氏體+粒狀碳化物+

20～30％AR回火組織：極細(xì)回火馬氏體+大量粒狀碳化物+少量（<

1～2％）AR硬度：HRC63～65

600℃：HRC60工業(yè)用鋼及其熱處理3732023/8/1f：淬火組織：隱晶馬氏體+粒狀碳化物+742023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3W18Cr4V鋼的熱處理規(guī)范742023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3W18Cr4V鋼的熱752023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理38模具鋼用來制造各種鍛造、沖壓或壓鑄成形工件模具的鋼種。根據(jù)其工作條件，模具鋼分為冷作模具鋼和熱作模具鋼

（一）冷作模具鋼用來制作使金屬冷變形的模具，如冷沖、切邊、冷擠壓、拉絲等模具。要求：(1)承受較大的變形抗力

(2)高強度、高硬度、高耐磨性及一定的韌性成分特點：(1)高強韌模具鋼含碳0.55%～0.70%、高硬度高耐磨的冷作模具鋼含碳0.85%～2.30%；

(2)含W、Mo、V、Cr、Mn等元素752023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理38模具鋼用來制造各762023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3種類：高碳高鉻模具鋼熱處理:a.預(yù)備熱處理：球化退火b.最終熱處理：淬火（如Cr12、Cr12MoV950℃～1000℃）

低溫回火（150℃～180℃）61～63HRC

（200℃～275℃）57～59HRC275～375℃回火脆性區(qū)尺寸小、形狀簡單、負(fù)荷輕的冷作模具模具T8A、T10A、T12A尺寸較大、形狀復(fù)雜、淬透性要求較大的冷作模具9SiCr、9Mn2V、CrWMn尺寸大、形狀復(fù)雜、負(fù)荷重、變形要求嚴(yán)的冷作模具Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV、Cr5Mo1V762023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3種類：尺寸小、形狀簡772023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3（二）熱作模具鋼使熱態(tài)金屬或液態(tài)金屬成形的模具用鋼，如熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模要求：(1)高溫硬度、高溫強度

(2)良好的耐磨性及一定的韌性(3)高的抗疲勞性能和抗氧化能力(4)高的淬透性和較小的熱處理變形成分特點：(1)中碳0.30%～0.60%

(2)加入W、Mo、Si等提高鋼的高溫硬度、強度和回火穩(wěn)定性

(3)加入Cr、Ni、Si、Mn等提高淬透性的元素772023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3（二）熱作模具鋼782023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3典型熱作模具鋼及其熱處理：典型鋼種熱處理方式性能及組織熱鍛模5CrNiMo5CrMnMo淬火：830℃～860℃油回火：520℃～580℃35～43HRC回火索氏體熱擠壓模壓鑄模3Cr2W8V4Cr5MoSiV以3Cr2W8V為例淬火：1050℃～1100℃油回火：550℃～600℃×2～3次44～48HRC

回火馬氏體782023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3典型熱作模具鋼及其熱792023/8/239不銹鋼不銹鋼是指能抵抗大氣及弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼成分特點：(1)低碳：0.10%～0.20%(2)Cr＞13%(3)添加Ni、Mn、Cu、Ti等工業(yè)用鋼及其熱處理3792023/8/19不銹鋼不銹鋼是指能抵抗大氣及弱腐蝕介質(zhì)802023/8/23工業(yè)用鋼及其熱處理3類別成分特點常見牌號熱處理方式馬氏體鋼較高碳、較低鉻：0.1%～0.4%C、13%～15%Cr1Cr13、2Cr13、3Cr13淬火+低回回火索氏體鐵素體型低碳高鉻：＜0.15%C、＞15%Cr1Cr17退火鐵素體奧氏體型低碳高鉻高鎳：C<0.1%、18%Cr、9%～11%Ni0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、0Cr18Ni11Nb固溶單相奧氏體典型不銹鋼及其熱處理：802023/8/1工業(yè)用鋼及其熱處理3類別成分特點常見牌號812023/8/23熱處理常見缺陷4熱處理過程中常見缺陷如下表：退火與正火魏氏組織、網(wǎng)狀碳化物、球化組織不良、氧化、脫碳、過熱、過燒淬火淬火裂紋、淬火應(yīng)力、軟點回火回火脆性、性能不合格滲碳滲碳硬化層深度不合格812023/8/1熱處理常見缺陷4熱處理過程中常見缺陷如下822023/8/23熱處理常見缺陷4

加熱過程中，若不進(jìn)行表面防護(hù)，將發(fā)生氧化脫碳等缺陷。氧化與脫碳往往同時發(fā)生氧化：加熱過程中，鋼件與氣氛中的O2、H2O、CO2及H2等氧化性氣氛發(fā)生反應(yīng)。脫碳：加熱過程中，鋼中的碳與氣氛中的O2、H2O、CO2及H2等發(fā)生反應(yīng)，使鋼件表面的含碳量降低，這種現(xiàn)象稱為脫碳。一

氧化與脫碳822023/8/1熱處理常見缺陷4加熱過832023/8/23熱處理常見缺陷4危害：氧化：1.影響尺寸精度2.表面光潔度3.氧化皮造成淬火軟點與淬火開裂脫碳：1.降低鋼的淬火硬度、耐磨性及疲勞性能應(yīng)對措施：1.防氧化脫碳涂料2.加入無水分的木炭3.保護(hù)氣氛4.真空根本方法832023/8/1熱處理常見缺陷4危害：應(yīng)對措施：根本方法842023/8/23淬火后，在工件表面的局部區(qū)域硬度低于正常值，這種硬度不均勻的現(xiàn)象叫軟點。熱處理常見缺陷4二軟點例如：材質(zhì)為GCr15的工件淬火后正常硬度應(yīng)為60-65HRC，而由于發(fā)生脫碳、部分位置表面不清潔等造成軟點，硬度只有50HRC842023/8/1淬火后，在工件表面的局部區(qū)域硬度852023/8/23熱處理常見缺陷4產(chǎn)生原因：（1）工件原來的顯微組織不均勻（2）鋼件的淬透性不足，而工件的截面又較大（3）加熱不足，如加熱溫度低或保溫時間不足（4）淬火介質(zhì)：攪拌、冷卻能力等（5）工件表面不夠清潔，如有黑皮、鐵銹、污物等（6）裝爐不合理，工件之間的間隙不足。應(yīng)對策略：（1）在淬火前進(jìn)行預(yù)先的正火、球化處理等，使組織均勻（2）改用淬透性較高的鋼材（如選用含Cr、Ni、Si、Mn多得合金鋼）。（3）改善加熱條件：提高加熱溫度或保溫時間（4）充分?jǐn)嚢?、提高淬火介質(zhì)的冷卻能力（5）工件進(jìn)爐前進(jìn)行清洗。（6）調(diào)整裝爐量，使工件間隙增大852023/8/1熱處理常見缺陷4產(chǎn)生原因：應(yīng)對策略：862023/8/23三過熱、過燒過熱：由于加熱溫度過高或保溫時間過長，往往會引起晶粒普遍長大，而使淬火后組織粗大。過熱一般表現(xiàn)為晶粒粗大，魏氏組織等。過燒：當(dāng)鋼加熱到接近熔化溫度，并在此溫度長時間停留，不僅奧氏體晶粒長大，而且奧氏體晶界發(fā)生晶界弱化的變化，如晶粒邊界被燒熔氧化等共同特征：表現(xiàn)為組織粗化，使材料沖擊韌性顯著降低。熱處理常見缺陷4862023/8/1三過熱、過燒熱處理常見缺陷4872023/8/23熱處理常見缺陷4補救措施：過熱：可以通過正火、退火進(jìn)行補救，重新結(jié)晶后，組織細(xì)小，可以消除過熱。過燒：無補救措施，只能報廢872023/8/1熱處理常見缺陷4補救措施：882023/8/23四淬火裂紋

淬火冷卻過程中因內(nèi)應(yīng)力所形成的裂紋稱淬火裂紋。熱處理常見缺陷4882023/8/1四淬火裂紋熱處理常見缺陷4892023/8/23熱處理常見缺陷4產(chǎn)生原因：（1）由于淬火加熱溫度過高或冷卻太急，熱應(yīng)力和組織應(yīng)力大于鋼材的斷裂強度（2）鋼材本身所有的缺陷在淬火時形成應(yīng)力集中；（3）零件淬火后回火不足或未及時回火內(nèi)應(yīng)力的存在是形成淬火裂紋的主要原因應(yīng)對策略：（1）按要求的加熱溫度進(jìn)行加熱；冷卻要在適宜的速度范圍內(nèi)（2）在最終熱處理前進(jìn)行正火、退火等預(yù)備熱處理以消除組織內(nèi)部的缺陷；（3）零件淬火后應(yīng)立即按要求回火892023/8/1熱處理常見缺陷4產(chǎn)生原因：應(yīng)對策略：902023/8/23熱處理常見缺陷4隨回火溫度提高，淬火鋼韌性在某些溫度區(qū)間顯著下降的現(xiàn)象。分類：

第一類回火脆性(低溫~）250~400℃，不可逆性；所有工業(yè)用鋼第二類回火脆性（高溫~）450~650℃，可逆性；碳鋼不產(chǎn)生高溫回火脆性，合金鋼（含Mn、Cr、Ni、Si等）易產(chǎn)生六回火脆性902023/8/1熱處理常見缺陷4隨回火溫912023/8/23熱處理常見缺陷4防止方法：第一類：避免在此溫度區(qū)間回火；第二類：（1）回火后快冷；

（2）選用含有Mo、W、V等合金元素的合金鋼912023/8/1熱處理常見缺陷4防止方法：922023/8/23常見熱處理設(shè)備5熱處理設(shè)備是指用于實施熱處理工藝的裝備。通常把完成通常把完成熱處理工藝操作的設(shè)備稱為主要設(shè)備。把與主要設(shè)備配套的和維持生產(chǎn)所需的設(shè)備稱為輔助設(shè)備。一熱處理設(shè)備概述922023/8/1常見熱處理設(shè)備5熱處理設(shè)備是指用于實施熱932023/8/23常見熱處理設(shè)備5主要設(shè)備熱處理爐輔助設(shè)備清洗清理設(shè)備加熱裝置爐氣氛、加熱介質(zhì)、滲劑制備設(shè)備表面改性裝置淬火介質(zhì)循環(huán)冷卻裝置表面氧化裝置起重運輸設(shè)備表面機(jī)械強化裝置質(zhì)量檢測設(shè)備淬火冷卻設(shè)備動力輸送管路及輔助設(shè)備冷處理設(shè)備防火、除塵等生產(chǎn)安全設(shè)備工藝參數(shù)檢測、控制儀表夾具等1熱處理設(shè)備分類：932023/8/1常見熱處理設(shè)備5熱處理爐清洗清理設(shè)備加熱942023/8/23常見熱處理設(shè)備52熱處理爐分類：分類原則爐型分類原則爐型熱源電阻爐、燃料爐、煤氣爐、油爐、煤爐作業(yè)方式間歇式爐、連續(xù)式爐、脈動式工作溫度高溫爐（>1000℃）中溫爐（650~1000℃）低溫爐（<650℃）適用介質(zhì)空氣介質(zhì)爐、火焰爐、可控氣氛爐、鹽浴爐、油浴爐、鉛浴爐、流態(tài)化爐、真空爐爐膛形式箱式爐、井式爐、罩式爐、貫通式爐、轉(zhuǎn)底式爐、管式爐機(jī)械形式臺車式爐、升降底式爐、推桿式爐、輸送帶式爐、輥底式爐、振底式爐、步進(jìn)式爐工藝用途退火爐、淬火爐、回火爐、滲碳爐、滲氮爐、實驗爐控制形式溫度控制爐、工藝過程控制爐、計算機(jī)仿真控制爐942023/8/1常見熱處理設(shè)備52熱處理爐分類：分類952023/8/23常見熱處理設(shè)備5二常用熱處理爐常用的熱處理設(shè)備主要有以下幾類：箱式爐、井式爐、鹽浴爐、推盤爐、網(wǎng)帶爐、真空爐等。952023/8/1常見熱處理設(shè)備5二常用熱處理爐常用的熱962023/8/23常見熱處理設(shè)備5應(yīng)用：中小型零件的熱處理，退火、正火、淬火、回火和固體滲碳等，特別是對單件和小批量生產(chǎn)的車間采用的較多1