钢的热处理

钢的热处理钢的热处理钢铁材料是工程材料中最重要的材料之一，在机械制造业中的比例钢铁材料是工程材料中最重要的材料之一，在机械制造业中的比例达到达到90%90%左右，在汽车制造业中的比例达到左右，在汽车制造业中的比例达到70%70%，在其他制造业中也，在其他制造业中也是最重要的材料之一。是最重要的材料之一。改善钢铁材料性能的途径：改善钢铁材料性能的途径：l 合金化合金化（AlloyingAlloying）通过在钢中加入合金元素，调整钢的化学成分，从而获得优良的性能。l 热处理热处理（Heat TreatmentHeat Treatment）将金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结构，从而获得优良的性能。第一节热处理的基本概念第一节热处理的基本概念一、热处理的定义一、热处理的定义热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。构，从而获得所需性能的一种工艺过程。加加热热保温保温冷冷 却却临界温度临界温度 钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念时间时间热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图温度温度二、热处理的基本要素和作用二、热处理的基本要素和作用l 热处理的三大要素热处理的三大要素加热加热（HeatingHeating）目的是获得均匀细小的奥氏体组织。目的是获得均匀细小的奥氏体组织。保温保温（HoldingHolding）目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。冷却冷却（CoolingCooling）目的是使奥氏体转变为不同的组织。目的是使奥氏体转变为不同的组织。l 热处理后的组织热处理后的组织加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中，根据冷却速度的不同将转变成加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中，根据冷却速度的不同将转变成不同的组织。不同的组织具有不同的性能。不同的组织。不同的组织具有不同的性能。钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念l 热处理的特点热处理的特点热处理不改变工件的形状，仅改变钢的内部组织和结构，从而改变钢的性能。热处理不改变工件的形状，仅改变钢的内部组织和结构，从而改变钢的性能。l 热处理的作用热处理的作用改善钢（工件）的力学性能或工艺性能，充分发挥钢的性能潜力，改善钢（工件）的力学性能或工艺性能，充分发挥钢的性能潜力，提高工件提高工件质量，延长工件寿命。质量，延长工件寿命。重要结论：重要结论：重要结论：重要结论：材料是否能够通过热处理而改善其性能，关键条件是材料在加热和冷却过程材料是否能够通过热处理而改善其性能，关键条件是材料在加热和冷却过程中是否发生组织和结构的变化。中是否发生组织和结构的变化。钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念普通热处理普通热处理(整体热处理整体热处理)退火退火表面淬火表面淬火热处理工艺热处理工艺化学热处理化学热处理表面热处理表面热处理其他热处理其他热处理控制气氛热处理控制气氛热处理真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理三、热处理的类型三、热处理的类型1.1.按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类正火正火淬火淬火回火回火感应加热表面淬火感应加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火电接触加热表面淬火电接触加热表面淬火渗碳渗碳渗氮（氮化）渗氮（氮化）碳氮共渗碳氮共渗 钢的热处理-热处理的基本概念热处理的基本概念2.2.按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类预备热处理：预备热处理：为随后的加工或热处理作准备为随后的加工或热处理作准备热处理工艺热处理工艺最终热处理：最终热处理：赋予工件所需的力学性能赋予工件所需的力学性能毛坯毛坯（锻件）（锻件）预备热处理预备热处理（退火、正火）（退火、正火）机加工机加工（车削）（车削）最终热处理最终热处理（淬火、回火）（淬火、回火）精加工精加工（磨削）（磨削）钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念举例：举例：举例：举例：零件的典型加工工艺路线：零件的典型加工工艺路线：A A1 1A A3 3A AcmcmA Ac1c1A Ar1r1A Ac3c3A Ar3r3A ArcmrcmA Accmccm四、钢的临界转变温度四、钢的临界转变温度（Critical Temperature of SteelsCritical Temperature of Steels）w wC C（%）温温度度S SP PG GE EQ QFeFeFeFe3 3C C相图的共析转变部分相图的共析转变部分钢的临界转变温度是钢在热钢的临界转变温度是钢在热处理时制定加热、保温、冷处理时制定加热、保温、冷却工艺的重要依据，由铁碳却工艺的重要依据，由铁碳合金相图确定。合金相图确定。重要结论：重要结论：重要结论：重要结论：钢的实际临钢的实际临界转变温度总是滞后于理论界转变温度总是滞后于理论临界转变温度临界转变温度,即加热时需即加热时需要过热，冷却时需要过冷。要过热，冷却时需要过冷。钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念第二节钢在加热时的转变第二节钢在加热时的转变两种加热方式：两种加热方式：钢的热处理钢在加热时的转变钢在加热时的转变 加加热热保温保温冷冷 却却A Ac1c1时时 间间加热钢的两种方式加热钢的两种方式温温 度度细小的奥氏体组织。该过程又称为钢的奥氏体化细小的奥氏体组织。该过程又称为钢的奥氏体化（AustenitizingAustenitizing）。第第种加热方式发生在临界温种加热方式发生在临界温度度A Ac1c1以上，一定有组织转变，是以上，一定有组织转变，是一种相变过程。一种相变过程。第第种加热方式发生在临界温种加热方式发生在临界温度度A Ac1c1以下，不一定有组织转变。以下，不一定有组织转变。加热的目的：加热的目的：本节介绍第本节介绍第种加热过程，目种加热过程，目的是使钢从室温组织（如珠光体）的是使钢从室温组织（如珠光体）转变为奥氏体，即获得均匀转变为奥氏体，即获得均匀相变相变（Phase TransformationPhase Transformation）：材料中的一种相在一定条件下转变材料中的一种相在一定条件下转变为另一种相的过程。为另一种相的过程。加加热热保温保温冷冷 却却第四节钢的退火与正火第四节钢的退火与正火一、退火一、退火（AnnealingAnnealing）1.1.退火的定义退火的定义退火是将钢加热至临界点退火是将钢加热至临界点A Ac1c1以上或以下温度，保温后缓慢冷却下来以获得近于平以上或以下温度，保温后缓慢冷却下来以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。衡状态组织的热处理工艺。2.2.退火的目的退火的目的调整硬度以便切削加工调整硬度以便切削加工适于机加工的硬度：适于机加工的硬度：HB170HB170230230。消除残余内应力消除残余内应力防止工件淬火时变形或开裂。防止工件淬火时变形或开裂。细化晶粒，改善组织细化晶粒，改善组织为最终热处理（淬火和回火）作组织准备为最终热处理（淬火和回火）作组织准备获得粒（球）状珠光体。获得粒（球）状珠光体。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火通常是随炉冷却通常是随炉冷却3.3.退火的种类退火的种类 第一类退火：第一类退火：目的和作用：目的和作用：不以组织转变为目的，使钢的不平衡状态过渡到平衡状态。不以组织转变为目的，使钢的不平衡状态过渡到平衡状态。种类：种类：扩散退火、再结晶退火、去应力退火。扩散退火、再结晶退火、去应力退火。第二类退火：第二类退火：目的和作用：目的和作用：以改变组织和性能为目的，获得以珠光体为主的组织，并使钢中的珠光体、以改变组织和性能为目的，获得以珠光体为主的组织，并使钢中的珠光体、铁素体和碳化物等组织形态及分布达到要求。铁素体和碳化物等组织形态及分布达到要求。种类：种类：完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火。完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火l 完全退火完全退火（Complete Complete AnnealingAnnealing）工艺规范：工艺规范：加热温度：加热温度：A Ac3 c3+30+30 C C5050 C C。适用范围：适用范围：亚共析成分的钢。亚共析成分的钢。保温保温时间时间温度温度 加加热热A Ac3c3600600 C C空空随随却却炉炉冷冷3030 C C5050 C C冷冷钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火l 等温退火等温退火（Isothermal Isothermal AnnealingAnnealing）工艺规范：工艺规范：加热温度：加热温度：对对亚共析成分的钢，亚共析成分的钢，A Ac3 c3+30+30 C C5050 C C；对过共析成分的钢，对过共析成分的钢，A Ac1 c1+30+30 C C5050 C C。适用范围：适用范围：亚共析钢、（尤其是）合金钢。亚共析钢、（尤其是）合金钢。保温保温时间时间温度温度 加加热热A Ac3c3或或A Ac1c1APAP转变温度区转变温度区等温等温3030 C C5050 C C空空冷冷特点：特点：大大缩短工件在大大缩短工件在炉内的时间。炉内的时间。临界温度临界温度l 球化退火球化退火（SpheriodizingSpheriodizing AnnealingAnnealing）工艺规范：工艺规范：加热温度：加热温度：A Ac1c1附近。附近。目的：目的：使钢中的渗碳体或碳化物球状化，以获得粒（球）状珠光体。使钢中的渗碳体或碳化物球状化，以获得粒（球）状珠光体。适用范围：适用范围：共析成分和过共析成分的钢。共析成分和过共析成分的钢。l 扩散退火扩散退火（Diffusing Diffusing AnnealingAnnealing）又称为均匀化退火又称为均匀化退火（Homogenizing AnnealingHomogenizing Annealing）。工艺规范：工艺规范：加热温度：加热温度：略低于相图上的固相线。略低于相图上的固相线。目的：目的：消除偏析。消除偏析。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火二、正火二、正火（NormalizingNormalizing）1.1.正火的定义正火的定义正火是将钢加热至正火是将钢加热至A Ac3c3或或A Accmccm+30+30 C C5050 C C，保温后空冷以获得近于平衡状态，保温后空冷以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。组织的热处理工艺。与退火相比，正火冷却速度快，得到较细的与退火相比，正火冷却速度快，得到较细的P P，强度和硬度也较高。，强度和硬度也较高。2.2.正火的目的正火的目的正火的目的与退火基本相同。正火的目的与退火基本相同。3.3.正火的应用正火的应用消除网状二次渗碳体。消除网状二次渗碳体。作为要求不高的零件的最终热处理。作为要求不高的零件的最终热处理。作为低、中碳结构钢的预备热处理，改善切削加工性能。作为低、中碳结构钢的预备热处理，改善切削加工性能。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火三、退火和正火的选用三、退火和正火的选用w wC C%0.25%0.25%的低碳钢宜采用正火代替退火作为预备热处理。的低碳钢宜采用正火代替退火作为预备热处理。0.25%0.25%w wC C%0.50%0.50%的中碳钢，可采用退火或正火作为预备热处理。的中碳钢，可采用退火或正火作为预备热处理。0.50%0.50%w wC C%0.75%0.75%的中、高碳钢，采用完全退火。的中、高碳钢，采用完全退火。w wC C%0.75%0.75%的高碳钢，首先用正火消除网状的高碳钢，首先用正火消除网状FeFe3 3C C，再进行球化退火。，再进行球化退火。退火和正火通常属于预备热处理。退火和正火通常属于预备热处理。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火常用退火及正火的加热范围常用退火及正火的加热范围A AF FA AA AFeFe3 3C CP PFeFe3 3C CF FP PP P第五节钢的淬火与回火第五节钢的淬火与回火 淬火和回火通常属于最终热处理。淬火和回火通常属于最终热处理。一、淬火一、淬火（QuenchingQuenching）1.1.淬火的定义淬火的定义淬火是将钢加热至淬火是将钢加热至A Ac3c3或或A Ac1c1以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度v vk k冷却下来，冷却下来，以获得马氏体的热处理工艺。以获得马氏体的热处理工艺。2.2.淬火的目的淬火的目的获得马氏体（有时也可以是下贝氏体），提高钢的硬度和耐磨性。获得马氏体（有时也可以是下贝氏体），提高钢的硬度和耐磨性。淬火是钢的最重要的热处理工艺。淬火是钢的最重要的热处理工艺。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火3.3.淬火工艺参数淬火工艺参数l 淬火温度淬火温度淬火温度，或称淬火加热温淬火温度，或称淬火加热温度，即是钢的奥氏体化温度。度，即是钢的奥氏体化温度。确定淬火温度的原则：确定淬火温度的原则：获得均匀细小的奥氏体。获得均匀细小的奥氏体。确定淬火温度的依据：确定淬火温度的依据：Fe-FeFe-Fe3 3C C相图。相图。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火w wC C /%/%碳钢的淬火温度范围碳钢的淬火温度范围温度温度 /C CA Ac1c1F FA AA AFeFe3 3C CP PFeFe3 3C CF FP PP PA Ac3c3A AccmccmA A 各类钢淬火温度的确定：各类钢淬火温度的确定：亚共析钢：亚共析钢：A Ac3 c3+30+30 C C5050 C C共析钢和过共析钢：共析钢和过共析钢：A Ac1 c1+30+30 C C5050 C C合金钢：合金钢：临界温度以上临界温度以上5050 C C100100 C C钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火w wC C /%/%碳钢的淬火温度范围碳钢的淬火温度范围温度温度 /C CA Ac1c1F FA AA AFeFe3 3C CP PFeFe3 3C CF FP PP PA Ac3c3A AccmccmA Al 加热时间加热时间加热时间由升温时间和保温时间组成。加热时间由升温时间和保温时间组成。确定加热时间的原则：确定加热时间的原则：保证工件内外温度一致，奥氏体化过程充分，奥氏体均匀细小。保证工件内外温度一致，奥氏体化过程充分，奥氏体均匀细小。确定加热时间的依据：确定加热时间的依据：通常根据经验公式估算或通过实验确定。通常根据经验公式估算或通过实验确定。l 淬火介质淬火介质 两个方面的问题：两个方面的问题：冷却速度大，容易获得马氏体。冷却速度大，容易获得马氏体。冷却速度大，内应力大，工件变形和开裂的倾向大。冷却速度大，内应力大，工件变形和开裂的倾向大。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火理想淬火介质的冷却曲线理想淬火介质的冷却曲线时间时间 /s sM Ms sA A1 1温度温度 /C C理想淬火介质的冷却特性：理想淬火介质的冷却特性：当冷却至当冷却至“鼻尖鼻尖”温度前冷却较慢，温度前冷却较慢，以充分降低热应力。以充分降低热应力。在在“鼻尖鼻尖”温度附近具有较大的冷却能温度附近具有较大的冷却能力，避免产生非马氏体组织。力，避免产生非马氏体组织。在在 M Ms s 点附近冷却尽量缓慢，以减少点附近冷却尽量缓慢，以减少马氏体转变时产生的组织应力。马氏体转变时产生的组织应力。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火常用淬火介质：常用淬火介质：水水特点：特点：经济，冷却能力较强，但在经济，冷却能力较强，但在M Ms s点附近冷速过快。点附近冷速过快。适用范围：适用范围：碳钢。碳钢。盐水：盐水：盐或碱的水溶液，高温冷却能力比水强，适用于碳钢。盐或碱的水溶液，高温冷却能力比水强，适用于碳钢。油油特点：特点：低温区（低温区（M Ms s点附近）冷速缓慢，可有效降低变形和开裂倾向，点附近）冷速缓慢，可有效降低变形和开裂倾向，但高温区冷却能力较低。但高温区冷却能力较低。适用范围：适用范围：合金钢。合金钢。种类：种类：锭子油、机油、柴油。锭子油、机油、柴油。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火（1 1）单液淬火）单液淬火（Simple QuenchingSimple Quenching）操作简单，易实现机械化。用于尺寸不操作简单，易实现机械化。用于尺寸不大、形状简单的工件。大、形状简单的工件。淬火后组织：淬火后组织：M M（2 2）双液淬火）双液淬火（Double QuenchingDouble Quenching）操作复杂，不易掌握。用于形状复杂的操作复杂，不易掌握。用于形状复杂的高碳钢及尺寸较大的合金钢工件。高碳钢及尺寸较大的合金钢工件。淬火后组织：淬火后组织：M M（3 3）分级淬火）分级淬火（Broken QuenchingBroken Quenching）工艺较复杂。用于尺寸较大、形状复杂工艺较复杂。用于尺寸较大、形状复杂的合金钢工件。的合金钢工件。淬火后组织：淬火后组织：M M（4 4）等温淬火）等温淬火（Isothermal QuenchingIsothermal Quenching）用于形状复杂和要求较高的小工件。用于形状复杂和要求较高的小工件。淬火后组织：淬火后组织：B B下下4.4.淬火方法淬火方法钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图时间时间 /s/sM Ms sA A1 1温度温度 /C C 5.5.钢的淬透性钢的淬透性l 淬透性淬透性（HardenabilityHardenability）的概念的概念 钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬透层深度的能力。钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬透层深度的能力。简单地讲，淬透性就是钢淬火时获得马氏体的能力。简单地讲，淬透性就是钢淬火时获得马氏体的能力。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火10100 075750 0252550500 025251001007575505030304040707060605050距表面距离距表面距离 /mm/mm2 24 46 68 8马氏体量马氏体量 /100100非马氏体量非马氏体量 /100100硬度硬度 /HRC/HRC马氏体或非马氏体量马氏体或非马氏体量硬度硬度淬火工件截面上马氏体量与硬度的关系淬火工件截面上马氏体量与硬度的关系（w wC C=0.8%=0.8%）淬透性的量度：淬透性的量度：淬透性的大小用规定条件下钢淬火后淬透性的大小用规定条件下钢淬火后获得的淬硬层的深度表示。获得的淬硬层的深度表示。淬硬层深度：淬硬层深度：由工件表面到半马氏体由工件表面到半马氏体区域的深度。区域的深度。l 影响淬透性的因素影响淬透性的因素淬透性的高低取决于钢的过冷奥氏体的稳定性。淬透性的高低取决于钢的过冷奥氏体的稳定性。过冷奥氏体的稳定性越高，淬透性越好，反之，淬透性越差。过冷奥氏体的稳定性越高，淬透性越好，反之，淬透性越差。什么因素影响过冷奥氏体的稳定性？什么因素影响过冷奥氏体的稳定性？C C曲线的位置。曲线的位置。C C曲线右移，淬火临界冷却速度减小，淬透性提高。曲线右移，淬火临界冷却速度减小，淬透性提高。重要结论：重要结论：重要结论：重要结论：凡是使钢的凡是使钢的C C曲线向右移的因素，均提高钢的淬透性。曲线向右移的因素，均提高钢的淬透性。最主要因素：最主要因素：化学成分化学成分 除除CoCo外，所有溶入奥氏体中的合金元素均提高淬透性。外，所有溶入奥氏体中的合金元素均提高淬透性。含碳量愈接近共析成分的碳钢，其含碳量愈接近共析成分的碳钢，其C C曲线愈靠右，淬透性越高。曲线愈靠右，淬透性越高。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火 淬透性与淬硬性淬透性与淬硬性（Hardening CapacityHardening Capacity）的区别：的区别：淬透性表示钢淬火后获得淬透层深度的能力，取决于钢本身。淬透性表示钢淬火后获得淬透层深度的能力，取决于钢本身。淬硬性表示钢淬火后所能达到的最高硬度，取决于钢的含碳量。淬硬性表示钢淬火后所能达到的最高硬度，取决于钢的含碳量。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火几种典型钢种淬透性与淬硬性的比较几种典型钢种淬透性与淬硬性的比较l 淬透性的测定及其表示方法淬透性的测定及其表示方法 （1 1）末端淬火试验）末端淬火试验（End-quench HardenabilityEnd-quench Hardenability test test）法法 通过端淬试验测定淬透性，淬透性的数值为通过端淬试验测定淬透性，淬透性的数值为 。（2 2）临界淬透直径）临界淬透直径（Critical Quench DiameterCritical Quench Diameter）法法 用钢在某种淬火介质中能够完全淬透的最大直径用钢在某种淬火介质中能够完全淬透的最大直径D D0 0表示。表示。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火末端淬火试验法测定钢的淬透性末端淬火试验法测定钢的淬透性标准试样，末端喷水标准试样，末端喷水测试硬度测试硬度淬透性曲线淬透性曲线二、回火二、回火（TemperingTempering）回火是紧接淬火之后的一种最终热处理工艺。回火是紧接淬火之后的一种最终热处理工艺。淬火钢为什么要回火？淬火钢为什么要回火？钢淬火后的组织是什么？钢淬火后的组织是什么？马氏体残余奥氏体，均为亚稳定的组织，在一定条件下要转变。马氏体残余奥氏体，均为亚稳定的组织，在一定条件下要转变。马氏体的性能怎样？马氏体的性能怎样？马氏体硬度高、脆性大（尤其是高碳针状马氏体），性能不能满马氏体硬度高、脆性大（尤其是高碳针状马氏体），性能不能满 足工件的使用要求。足工件的使用要求。马氏体转变有什么特点？马氏体转变有什么特点？马氏体转变速度极快，工件淬火后内部有残余内应力，会导致工马氏体转变速度极快，工件淬火后内部有残余内应力，会导致工 件的变形或开裂。件的变形或开裂。结论：结论：结论：结论：淬火后的工件不能直接使用！淬火后的工件不能直接使用！钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火1.1.回火的定义回火的定义回火是将淬火钢加热到回火是将淬火钢加热到A Ac1c1以下某一温度，保温后再冷却到室温的一种热处理以下某一温度，保温后再冷却到室温的一种热处理工艺。工艺。2.2.回火的目的回火的目的降低或消除残余内应力降低或消除残余内应力防止工件变形或开裂。防止工件变形或开裂。减少或消除残余奥氏体减少或消除残余奥氏体稳定组织，稳定工件的尺寸。稳定组织，稳定工件的尺寸。消除淬火钢的脆性消除淬火钢的脆性调整工件的组织和性能，满足工件的使用要求。调整工件的组织和性能，满足工件的使用要求。特别提示：特别提示：特别提示：特别提示：钢淬火后应及时回火。钢淬火后应及时回火。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火3.3.淬火钢在回火时的转变淬火钢在回火时的转变l 回火时的组织转变回火时的组织转变钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火第一阶段：第一阶段：马氏体的分解马氏体的分解温度范围：温度范围：100100 C C200200 C C，组织：，组织：回火马氏体。回火马氏体。第二阶段：第二阶段：残余奥氏体的分解残余奥氏体的分解温度范围：温度范围：200200 C C300300 C C，组织：，组织：回火马氏体。回火马氏体。第三阶段：第三阶段：碳化物类型的转变碳化物类型的转变温度范围：温度范围：250250 C C400400 C C，组织：，组织：回火托氏体。回火托氏体。第四阶段：第四阶段：渗碳体的聚集长大和渗碳体的聚集长大和 相相的再结晶的再结晶温度范围：温度范围：400400 C C，组织：，组织：回火索氏体。回火索氏体。回回火火的的四四个个阶阶段段6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火4.4.回火工艺回火工艺l 低温回火低温回火（Low TemperingLow Tempering）目的：目的：降低淬火应力，改善工件韧性，获得高硬度和高耐磨性。降低淬火应力，改善工件韧性，获得高硬度和高耐磨性。温度：温度：150150 C C250250 C C。组织：组织：M M回回。性能：性能：硬度：硬度：HRC58HRC586464。高的硬度和高的耐磨性。高的硬度和高的耐磨性。应用：应用：工具、模具、轴承、渗碳工件、表面淬火工件等。工具、模具、轴承、渗碳工件、表面淬火工件等。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火l 中温回火中温回火（Medium TemperingMedium Tempering）目的：目的：提高工件韧性，获得高的弹性极限和屈服强度。提高工件韧性，获得高的弹性极限和屈服强度。温度：温度：350350 C C500500 C C。组织：组织：T T回回。性能：性能：硬度：硬度：HRC35HRC354545。高的弹性，高的屈服强度和屈强比，足够的韧。高的弹性，高的屈服强度和屈强比，足够的韧性。性。应用：应用：各种弹簧。各种弹簧。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火l 高温回火高温回火（High TemperingHigh Tempering）目的：目的：获得高的韧性，足够的强度和硬度。获得高的韧性，足够的强度和硬度。温度：温度：500500 C C600600 C C。组织：组织：S S回回。性能：性能：硬度：硬度：HRC25HRC253535。良好的综合力学性能。良好的综合力学性能。应用：应用：轴、齿轮、连杆等。轴、齿轮、连杆等。调质处理调质处理（Thermal RefiningThermal Refining）：淬火加高温回火称为调质处理，简称淬火加高温回火称为调质处理，简称调质。钢经调质处理后，具有良好的综合性能，应用广泛。调质。钢经调质处理后，具有良好的综合性能，应用广泛。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火5.5.回火脆性回火脆性（Temper BrittlenessTemper Brittleness）淬火钢在某些温度回火时，其冲击韧性淬火钢在某些温度回火时，其冲击韧性显著下降的现象称为显著下降的现象称为回火脆性回火脆性。l 第一类回火脆性第一类回火脆性出现的温度范围：出现的温度范围：250250 C C350350 C C。特点：特点：淬火钢一旦在这一温度范围回火，淬火钢一旦在这一温度范围回火，就极可能产生这类回火脆性，且无法消就极可能产生这类回火脆性，且无法消除。除。解决办法：解决办法：避免将淬火钢在该温度范围避免将淬火钢在该温度范围内回火。内回火。第一类回火脆性又称为低温回火脆性、第一类回火脆性又称为低温回火脆性、不可逆回火脆性。不可逆回火脆性。钢的冲击韧性与回火温度的关系钢的冲击韧性与回火温度的关系钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火l 第二类回火脆性第二类回火脆性出现的温度范围：出现的温度范围：500500650650 C C。特点：特点：淬火钢在这一温度范围内回火后，淬火钢在这一温度范围内回火后，如果缓冷则会出现回火脆性，如果快冷如果缓冷则会出现回火脆性，如果快冷则不产生回火脆性。则不产生回火脆性。解决办法：解决办法：产生第二类回火脆性的钢可产生第二类回火脆性的钢可重新回火后进行快速冷却。重新回火后进行快速冷却。第二类回火脆性又称为高温回火脆性、第二类回火脆性又称为高温回火脆性、可逆回火脆性。可逆回火脆性。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火钢的冲击韧性与回火温度的关系钢的冲击韧性与回火温度的关系第六节钢的表面热处理第六节钢的表面热处理很多零件要求表面和心部具有不同的性能。很多零件要求表面和心部具有不同的性能。举例：举例：举例：举例：齿轮。齿轮。钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理受力分析：受力分析：啮合的齿表面受到很大的接触应力和磨擦力，只有表面具有很高的硬度，啮合的齿表面受到很大的接触应力和磨擦力，只有表面具有很高的硬度，才能满足要求。才能满足要求。啮合的齿表面受到交变应力，只有表面具有很高的接触疲劳强度，才能啮合的齿表面受到交变应力，只有表面具有很高的接触疲劳强度，才能满足要求。满足要求。啮合的齿受到弯曲应力和时有的冲击载荷，只有齿心部具有高的韧性和啮合的齿受到弯曲应力和时有的冲击载荷，只有齿心部具有高的韧性和足够的强度，才能保证不断齿，满足要求。足够的强度，才能保证不断齿，满足要求。齿轮的性能要求：齿轮的性能要求：表面：表面：要求具有高的硬度、高的耐磨性和高的接触疲劳强度。要求具有高的硬度、高的耐磨性和高的接触疲劳强度。心部：心部：要求具有良好的塑性、韧性和足够的强度。要求具有良好的塑性、韧性和足够的强度。即赋予齿轮即赋予齿轮“表硬内韧表硬内韧”的性能组合。的性能组合。问题：问题：选择何种钢，采用何种热处理可以满足选择何种钢，采用何种热处理可以满足“表硬内韧表硬内韧”呢？呢？选择高碳钢，采用普通（整体）热处理，行吗？选择高碳钢，采用普通（整体）热处理，行吗？选择中碳钢，采用普通（整体）热处理，行吗？选择中碳钢，采用普通（整体）热处理，行吗？选择低碳钢，采用普通（整体）热处理，行吗？选择低碳钢，采用普通（整体）热处理，行吗？答案：答案：NO!NO!钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理怎么办？怎么办？选择合适的钢，采用表面热处理！选择合适的钢，采用表面热处理！钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理?表面淬火或化学热处理表面淬火或化学热处理一、钢的表面淬火一、钢的表面淬火（Surface Quenching of SteelsSurface Quenching of Steels）1.1.表面淬火的定义表面淬火的定义表面淬火是在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面层表面淬火是在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化工件表面的热处理工艺。奥氏体化后进行淬火，以强化工件表面的热处理工艺。2.2.表面淬火用材料及表面淬火后的组织表面淬火用材料及表面淬火后的组织表面淬火用材料表面淬火用材料典型材料：典型材料：中碳钢和中碳合金钢。中碳钢和中碳合金钢。预备热处理预备热处理典型工艺：典型工艺：调质处理。调质处理。如果心部性能要求不高，可采用正火。如果心部性能要求不高，可采用正火。表面淬火后的组织表面淬火后的组织预备热处理为调质：预备热处理为调质：表面表面M M回回，心部，心部S S回回。预备热处理为正火：预备热处理为正火：表面表面M M回回，心部，心部F FS S。钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理3.3.感应加热表面淬火感应加热表面淬火l 感应加热表面淬火的基本原理感应加热表面淬火的基本原理集肤效应：集肤效应：当感应线圈中的交变电流在工件表面感当感应线圈中的交变电流在工件表面感生出感应电流时，该感应电流绝大部分分生出感应电流时，该感应电流绝大部分分布在工件表面，而工件内部几乎没有电流布在工件表面，而工件内部几乎没有电流通过，这种现象称为通过，这种现象称为集肤效应集肤效应。感应加热表面淬火原理：感应加热表面淬火原理：基于集肤效应，工件表面被迅速加热到基于集肤效应，工件表面被迅速加热到奥氏体化温度（几秒钟即升至奥氏体化温度（几秒钟即升至80080010001000 C C），而工件内部几乎未被加热，随），而工件内部几乎未被加热，随后喷水冷却，实现表面淬火。后喷水冷却，实现表面淬火。钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火示意图感应电流透入工件表面层的深度：感应电流透入工件表面层的深度：取决于交变电流的频率。取决于交变电流的频率。：感应电流的透入深度（：感应电流的透入深度（mmmm）；）；：工件的电阻率（：工件的电阻率（mmmm2 2/m/m）；）；：工件的磁导率（：工件的磁导率（H/mH/m）；）；f f：交变电流的频率（：交变电流的频率（HzHz）。）。钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理l 感应加热表面淬火的种类感应加热表面淬火的种类（1 1）高频感应加热）高频感应加热 电流频率：电流频率：250250300kHz300kHz。淬硬层深度：淬硬层深度：0.50.52.0mm2.0mm。应用：应用：中、小模数齿轮及中、小尺寸的轴件。中、小模数齿轮及中、小尺寸的轴件。（2 2）中频感应加热）中频感应加热 电流频率：电流频率：250025008000kHz8000kHz。淬硬层深度：淬硬层深度：2 210mm10mm。应用：应用：较大尺寸的轴和大、中模数齿轮。较大尺寸的轴和大、中模数齿轮。（3 3）工频感应加热）工频感应加热 电流频率：电流频率：50Hz50Hz。淬硬层深度：淬硬层深度：101015mm15mm。应用：应用：要求淬硬层很深的工件。要求淬硬层很深的工件。钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理l 感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点加热温度高，加热时间短，升温快。加热温度高，加热时间短，升温快。可实现可实现“短时快速加热短时快速加热”。工件表层奥氏体晶粒细小。工件表层奥氏体晶粒细小。淬火后，表层多为隐晶马氏体，硬度淬火后，表层多为隐晶马氏体，硬度比普通淬火高比普通淬火高HRC2HRC23 3。工件表面质量好。工件表面质量好。加热时间短，不易氧化和脱碳，同时加热时间短，不易氧化和脱碳，同时淬火变形小。淬火变形小。工件疲劳强度高。工件疲劳强度高。表面层表面层M M相变产生压应力。相变产生压应力。工作效率高。工作效率高。适用于大批量生产。适用于大批量生产。钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理感应加热表面淬火生产实景感应加热表面淬火生产实景二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理（Chemical Heat Treatment of SteelsChemical Heat Treatment of Steels）1.1.化学热处理的定义化学热处理的定义化学热处理是将钢工件放在一定的活性介质中加热和保温，使介质中的活性化学热处理是将钢工件放在一定的活性介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，从而改变工件表面化学成分和组织，进而改变其性能的原子渗入工件表层，从而改变工件表面化学成分和组织，进而改变其性能的热处理工艺。热处理工艺。2.2.化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程l 分解分解加热时，活性介质分解出活性原子。加热时，活性介质分解出活性原子。l 吸收吸收活性原子被钢件表面吸附并向钢的固溶体中溶解。活性原子被钢件表面吸附并向钢的固溶体中溶解。l 扩散扩散钢件表面吸收并溶解的活性原子向内部迁移。钢件表面吸收并溶解的活性原子向内部迁移。钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理3.3.化学热处理的分类化学热处理的分类钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理化学热处理化学热处理渗碳渗碳渗氮（氮化）渗氮（氮化）碳氮共渗碳氮共渗渗硼渗硼渗铬渗铬渗钒渗钒渗铝渗铝渗入非金属元素渗入非金属元素渗入金属元素渗入金属元素4.4.渗碳渗碳（CarburizingCarburizing）渗碳是将低碳钢（渗碳是将低碳钢（w wC C%：0.1%0.1%0.25%0.25%）置于高碳介质中加热、保温，使工）置于高碳介质中加热、保温，使工件表面获得高碳成分的化学热处理工艺。件表面获得高碳成分的化学热处理工艺。渗碳的目的：渗碳的目的：提高工件表层的提高工件表层的w wC C%，从而提高表面硬度和耐磨性、疲劳强度，同时保持心，从而提高表面硬度和耐磨性、疲劳强度，同时保持心部的良好韧性。部的良好韧性。l 渗碳方法渗碳方法 钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理渗碳方法渗碳方法气体渗碳法气体渗碳法固体渗碳法固体渗碳法液体渗碳法液体渗碳法气体渗碳法气体渗碳法（Gas CarburizingGas Carburizing）：气体渗碳是将工件置于密封的气体渗碳炉内，加热气体渗碳是将工件置于密封的气体渗碳炉内，加热使其奥氏体化，然后向炉内滴使其奥氏体化，然后向炉内滴入渗碳剂或直接通入渗碳气氛，使碳原子渗入到工件表层，进而提高工件表层入渗碳剂或直接通入渗碳气氛，使碳原子渗入到工件表层，进而提高工件表层w wC C%的渗碳方法。的渗碳方法。钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理 渗碳剂渗碳剂 富碳气体：富碳气体：煤气、液化石油气等。煤气、液化石油气等。有机液体：有机液体：煤油、甲醇、苯等。煤油、甲醇、苯等。渗碳工艺参数渗碳工艺参数 渗碳温度：渗碳温度：920920950950 C C。渗碳时间：渗碳时间：取决于渗碳层厚度和渗碳取决于渗碳层厚度和渗碳温度。温度。经验公式：经验公式：渗碳剂渗碳剂气体渗碳法示意图气体渗碳法示意图渗碳层厚度渗碳层厚度（mmmm）渗碳时间渗碳时间（h h）渗碳温度渗碳温度（K K）l 渗碳后的组织渗碳后的组织渗碳层表面含碳量：渗碳层表面含碳量：以以0.850.85%1.05%1.05%为宜。为宜。渗碳层组织：渗碳层组织：从表面至心部依次为：从表面至心部依次为：过共析过共析共析共析亚共析亚共析心部。心部。渗碳层厚度：渗碳层厚度：一般为一般为0.50.52.5mm2.5mm。可根据工件承载能力确定。可根据工件承载能力确定。渗碳层厚度可按（渗碳层厚度可按（过共析层共析层过共析层共析层1/21/2过渡层）计算。过渡层）计算。钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理过共析层过共析层共析层共析层过渡层过渡层低碳钢渗碳缓冷后的组织低碳钢渗碳缓冷后的组织心心部部表表面面l 渗碳后的热处理渗碳后的热处理钢渗碳后必须进行热处理。钢渗碳后必须进行热处理。渗碳后的热处理工艺：渗碳后的热处理工艺：淬火低温回火淬火低温回火（1 1）预冷直接淬火低温回火）预冷直接淬火低温回火将工件从渗碳温度预冷至略高于心部将工件从渗碳温度预冷至略高于心部A Ar1r1的温度后的温度后立即淬火，然后在立即淬火，然后在160160180180 C C下低温回火。下低温回火。（2 2）预冷一次淬火低温回火）预冷一次淬火低温回火将工件渗碳后先缓冷至室温，然后重新加热进行将工件渗碳后先缓冷至室温，然后重新加热进行淬火和低温回火。淬火和低温回火。（3 3）预冷二次淬火低温回火）预冷二次淬火低温回火渗碳缓冷后进行两次加热淬火，最后进行低温回渗碳缓冷后进行两次加热淬火，最后进行低温回火。火。钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理 渗碳热处理后渗层及心部的组织与性能：渗碳热处理后渗层及心部的组织与性能：表层：表层：组织：组织：高碳高碳M M回回渗碳体渗碳体A A（少量）（少量）性能：性能：高的硬度、高的耐磨性和高的接触疲劳强度。高的硬度、高的耐磨性和高的接触疲劳强度。HRC58HRC586262心部：心部：组织：组织：淬透时：淬透时：低碳低碳M M回回。未淬透时：未淬透时：F FS S。性能：性能：良好的韧性和足够的强度。良好的韧性和足够的强度。钢的热处理钢的表面热处理钢的表面热处理结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！52