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中等职业教育机电类专业“十一五”规划教材,中国机械工业教育协会,全国职业培训教学工作指导委员会,机电专业委员会,组编,学习目标,第五章 钢的热处理,第 章,复 习 思 考 题,第五章 钢的热处理,第 章,本 章 小 结,了解钢在加热和冷却时的组织转变过程，掌握退火、正火、淬火、回火工艺的目的、方法及应用，了解热处理新工艺。重点是退火、正火、淬火、回火、表面热处理及化学热处理的工艺特点及选用。难点是对等温转变图的理解及转变产物之间的区别。,第五章 钢的热处理,了解钢在加热和冷却时的组织转变过程，掌握退火、正,图,5-1,热处理工艺曲线,热处理,整体热处理,表面热处理,化学热处理,退火,正火,淬火,回火,火焰淬火,感应淬火,接触电阻加热表面淬火,渗碳,渗氮,碳氮共渗,渗金属,第五章 钢的热处理,图5-1 热处理工艺曲线热处理整体热处理表面热处理化学热处理,一、钢的奥氏体形成,加热时的临界点用 、符号表示；冷却时的临界点用符号 、表示,图,5-2,加热、冷却时钢的临界点,图,5-3,共析钢的奥氏体形成过程示意图,第一节 钢在加热时的转变,一、钢的奥氏体形成加热时的临界点用 、,图,5-4,奥氏体标准晶粒度等级示意图,1.,奥氏体晶核的形成及长大,2.,残余渗碳体的溶解,3.,奥氏体成分的均匀化,二、奥氏体晶粒的大小及影响因素,1.,奥氏体的晶粒度,第一节 钢在加热时的转变,图5-4 奥氏体标准晶粒度等级示意图1.奥氏体晶核的形成及长,2.,影响奥氏体晶粒度的主要因素,第一节 钢在加热时的转变,（,1,）热处理工艺参数,图,5-5,奥氏体晶粒长大倾向示意图,（,2,）钢中化学成分,（,3,）原始组织,2.影响奥氏体晶粒度的主要因素第一节 钢在加热时的转变（1）,第二节 钢在冷却时的转变,表,5-1 45,钢经不同条件冷却后的力学性能,（加热到,840,）,第二节 钢在冷却时的转变表5-1 45钢经不同条件冷却后的力,图,5-6,奥氏体的冷却曲线,1-,连续冷却曲线,2-,等温冷却曲线,一、共析钢过冷奥氏体的等温转变,图,5-7,共析钢等温转变图,第二节 钢在冷却时的转变,1.,过冷奥氏体等温转变图,图5-6 奥氏体的冷却曲线一、共析钢过冷奥氏体的等温,图,5-8,珠光体型显示组织,a),珠光体,b,）索氏体,c,）托氏体,2.,等温转变图分析,3.,过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能,（,1,）珠光体型组织转变,珠光体，用符号“,P”,表示；索氏体，用符号“,S”,表示；托氏体，用符号“,T”,表示。,珠光体型组织具有一定强度、硬度和韧性，其力学性能与片层间距大小有关，片层间距越小，则塑性变形抗力越大，强度和硬度越高。,第二节 钢在冷却时的转变,图5-8 珠光体型显示组织2.等温转变图分析3.过冷奥,图,5-9,贝氏体的显微组织示意图,a,）上贝氏体,b,）下贝氏体,（,2,）贝氏体型组织转变,贝氏体，用符号“,B”,表示，贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体两种，分别用符号“,B,上,”和“,B,下,”表示。,上贝氏体的力学性能较差，生产上很少使用，而下贝氏体通常具有优良的综合力学性能，即强度和韧性都较好。,第二节 钢在冷却时的转变,图5-9 贝氏体的显微组织示意图（2）贝氏体型组织转变,第二节 钢在冷却时的转变,表,5-2,共析钢过冷奥氏体等温转变的产物和性能,第二节 钢在冷却时的转变表5-2 共析钢过冷奥氏体等温转变的,二、连续冷却转变,1.,等温转变图在连续冷却转变中的应用,图,5-10,等温转变图在连,续冷却中的应用,第二节 钢在冷却时的转变,表,5-3,连续冷却转变的产物和性能,二、连续冷却转变1.等温转变图在连续冷却转变中的应用图5-1,图,5-12,马氏体的显微组织,a,）针状马氏体,b,）板条状马氏体,图,5-11,马氏体晶格结构示意图,第二节 钢在冷却时的转变,2.,马氏体转变,（,1,）马氏体的组织和性能,针状马氏体强度高，脆性大；板条状马氏体，具有良好的强度和较好的韧性。,图5-12 马氏体的显微组织图5-11 马氏体晶格结构,第二节 钢在冷却时的转变,（,2,）马氏体转变的特点,1,）马氏体转变是在一定温度范围（,Ms,Mf,）内连续冷却过程中进行的。,2,）马氏体转变不能进行彻底。,3,）马氏体转变的速度极快，一般不需要孕育期。,4,）马氏体比体积较大，奥氏体转变为马氏体会引起体积膨胀，因而产生很大内应力，这是导致淬火变形和开裂的主要原因。,第二节 钢在冷却时的转变（2）马氏体转变的特点,图,5-13,碳的质量分数对马氏体硬度的影响,第二节 钢在冷却时的转变,（,3,）马氏体的临界冷却速度,钢中奥氏体在连续冷却过程中，全部过冷到,Ms,线以下向马氏体转变的最小冷却速度，称为钢的临界冷却速度，用符号 表示。,图5-13 碳的质量分数对马氏体硬度的影响第二节 钢在冷却时,第三节 钢的退火与正火,图,5-14,球状珠光的显微组织,一、退火,退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。,1.,退火的目的,1,）降低硬度，提高塑性，改善可加工性。,2,）细化晶粒，均匀成分，为最终热处理作准备。,3,）消除钢中的残留应力，防止变形和开裂。,2.,退火的方法,1,）完全退火,2,）球化退火,3,）去应力退火,4,）等温退火,第三节 钢的退火与正火图5-14 球状珠光的显微组织一、退火,第三节 钢的退火与正火,表,5-4 45,钢退火、正火状态的力学性能比较,二、正火,1.,正火与退火的区别,正火加热的温度稍微高些，冷却的速度稍快，得到的组织较细小，所以强度、硬度比退火的高。,第三节 钢的退火与正火表5-4 45钢退火、正火状态的力学性,第三节 钢的退火与正火,2.,正火的适用范围,1,）改善低碳钢的切削加工性能。,2,）消除网状渗碳体。,3,）作为普通结构零件的最终热处理。,4,）作为重要零件的预备热处理。,图,5-15,退火与正火后钢的硬度值范围,1-,正火,2-,完全退火,3-,球化退火,第三节 钢的退火与正火2.正火的适用范围 1）改善低碳钢的,第三节 钢的退火与正火,图,5-16,各种退火和正火工艺示意图,a,）加热温度范围,b,）热处理工艺曲线,1-,完全退火,2-,球化退火,3-,去应力退火,4-,正火,第三节 钢的退火与正火 图5-16 各种退火和正火工艺,第四节 钢的淬火,一、淬火的目的及工艺,淬火是将钢加热到,Ac,或,Ac,点以上某一温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。,图,5-17,碳钢淬火加热温度范围示意图,1.,淬火的目的,淬火的目的是为了得到马氏体（或下贝氏体）组织，提高钢的强度、硬度及耐磨性。,2.,淬火加热温度,第四节 钢的淬火一、淬火的目的及工艺 淬火是将钢加热到,第四节 钢的淬火,图,5-18,钢的理想淬火冷却速度,3.,淬火介质,表,5-5,几种淬火介质淬冷烈度,H,值,第四节 钢的淬火图5-18 钢的理想淬火冷却速度3.淬火介质,第四节 钢的淬火,4.,淬火方法,（,1,）单介质淬火,（,2,）双介质淬火,（,3,）马氏体分级淬火,（,4,）贝氏体等温淬火,图,5-19,常用淬火方法示意图,第四节 钢的淬火4.淬火方法（1）单介质淬火图5-19 常用,二、钢的淬透性与淬硬性,淬透性是指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。,影响淬透性的因素是钢的临界冷却速度。,1.,淬透性,第四节 钢的淬火,图,5-20,工件淬透层与淬火冷却速度的关系,2.,淬硬性,淬硬性是指钢在理想条件下进行淬火所能达到最高硬度的能力。淬硬性的影响因素是钢中碳的质量分数，碳的质量分数越大，淬硬性越高，反之，淬硬性越低。,二、钢的淬透性与淬硬性 淬透性是指在规定条件下，,第四节 钢的淬火,三、淬火缺陷,1.,氧化与脱碳,为了防止氧化和脱碳，对于重要的受力构件，通常可在盐浴炉内加热，要求更高时，可在工件表面涂覆保护剂或在保护气氛及真空中加热。,2.,过热与过烧,为了防止工件过热和过烧，必须严格控制加热温度和保温时间。,3.,变形与开裂,为了减小工件在淬火时的变形，防止开裂，应合理制订淬火工艺，选择合适的淬火方法，并在淬火后及时进行回火处理。,4.,硬度不足和软点,工件产生硬度不足和软点后可经过退火或正火后，重新淬火。,第四节 钢的淬火三、淬火缺陷1.氧化与脱碳 为了,第五节 钢的回火,回火是将工件淬硬后，再加热到,Ac,以下某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。,回火的目的,1,）减小或消除淬火应力,2,）满足使用性能要求,3,）稳定组织和尺寸,一、钢在回火时组织和性能的变化,1.,马氏体的分解,2.,残留奥氏体分解,3.,渗碳体的形成,4.,渗碳体的急剧长大,淬火钢在,250,350,回火时，冲击韧度值明显下降，出现脆性，这种现象称为低温回火脆性，一般应避开这个温度范围进行回火。,第五节 钢的回火 回火是将工件淬硬后，再加热到Ac 以,图,5-21,回火索氏体显微组织,图,5-22 40,钢力学性能与回火温度的关系,第五节 钢的回火,图5-21 回火索氏体显微组织图5-22 40钢力学性能与回,二、回火的方法及其应用,1.,低温回火（,500,）,高温回火的硬度一般为,200,330HBW,。生产上常把淬火加高温回火的复合热处理称为调质处理。调质处理主要用于轴类、连杆、螺栓、齿轮等工件。,第五节 钢的回火,二、回火的方法及其应用1.低温回火（250）低温,表,5-6 45,钢经调质与正火后的性能比较,第五节 钢的回火,表5-6 45钢经调质与正火后的性能比较第五节 钢的回火,第六节 表面热处理与化学热处理,一、表面热处理,表面热处理是仅对工件表面进行热处理以改善表层的组织和性能的热处理工艺。,1.感应淬火,加热速度极快，加热时间短；感应淬火件晶粒细，硬度高（比普通淬火高,2,3HRC,），且淬火质量好；淬硬层深度易于控制；生产效率高，易实现机械化和自动化，适于大批量生产，分为低频感应淬火、中频感应淬火和高频感应淬火三种。,（,1,）感应淬火原理,图,5-23,感应加热表面淬火示意图,1-,工件,2-,加热感应圈（按高频电源）,3-,淬火喷水套,（,2,）感应淬火特点,第六节 表面热处理与化学热处理一、表面热处理 表面热处,表,5-7,感应加热表面淬火的电源频率与淬硬层深度,2.,火焰淬火,火焰淬火无需特殊设备，操作简单，淬硬层深度一般为,2,6mm,，但加热温度和淬硬层深度不易控制，淬火质量不稳定，一般适用于单件、小批量生产。,图,5-24,火焰淬火示意图,1-,工件,2-,烧嘴,3-,喷水管,第六节 表面热处理与化学热处理,表5-7 感应加热表面淬火的电源频率与淬硬层深度2.火焰淬火,第六节 表面热处理与化学热处理,一、化学热处理,1.,渗碳,渗碳是将工件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺。渗碳的目的是提高工件表层的碳的质量分数，并形成一定浓度梯度的渗碳层，经淬火、低温回火后，提高工件表层的硬度和耐磨性，心部保持一定的强度和良好的韧性。,（,1,）分解,1,）渗碳的概念及目的,（,2,）吸收,（,3,）扩散,第六节 表面热处理与化学热处理一、化学热处理1.渗碳,第六节 表面热处理与化学热处理,2,）渗碳工艺,渗碳可分为气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳三种。,气体渗碳反应公式如下：,图,5-25,气体渗碳示意图,1,炉体,2,工件,3,耐热罐,4,电阻丝,5,炉盖,6,废气火焰,7,风扇电动机,第六节 表面热处理与化学热处理 2）渗碳工艺,第六节 表面热处理与化学热处理,3,）,渗碳用钢及渗碳后的热处理,渗碳用钢一般采用碳的质量分数为,0.1,0.25,的低碳钢和低碳合金钢。,渗碳后必须进行淬火、低温回火的热处理。,图,5-26,低碳钢渗碳并缓冷后的渗碳层组织,第六节 表面热处理与化学热处理 3）渗碳用钢及渗碳后的热处,第六节 表面热处理与化学热处理,2.,渗氮,1,）渗
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