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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,钢的热处理及金属的表面处理,第三篇,钢热处理及金属表面处理,第1页,第1页,1.,热处理及其主要参数,热处理就是在固态下，将金属以一定加热速度加热到预定温度，保温一定时间，再以预定冷却速度进行冷却综合工艺方法。,加热温度（T）、保时温间（t）、冷却速度(V冷)是热处理过程中三个主要工艺参数。改变工艺参数就能够得到不同性能，其原因是不同工艺参数下热处理得到不同组织，从而取得不同性能。,热处理工艺曲线示意图,第2页,第2页,热处理工艺曲线示意图,第3页,第3页,2.,热处理主要作用,改变工件内部组织；,改变工件性能，便于切削加工，或者满足工件使用性能,要求；,改变工件表层成份、组织、性能；,热处理能够消除铸造、铸造、焊接等加工工艺过程中所造,成各种缺点。,第4页,第4页,3.,热处理分类,第5页,第5页,4.,表面处理,表面处理是指经过化学或电化学方法使金属表面或表层生成新物质，这些物质含有不同于工件基体性能，从而提升工件表层耐腐蚀性、硬度，或者起到装饰作用。,表面处理工艺方法有很多，除了以上介绍表面热处理工艺方法以外，还有喷丸处理、高密度太阳能表面处理、离子注入表面处理、发黑处理、发蓝处理等。,第6页,第6页,一、钢在加热时组织转变,（一）相变温度,第一节 钢热处理基本原理,第7页,第7页,（二）奥氏体形成和晶粒长大,1,、奥氏体形成,(1)A,晶核形成；,(2)A,晶粒长大；,(3),残余,Fe,3,C,溶解；,(4)A,均匀化阶段。,共析钢奥氏体形成过程,第8页,第8页,2,、影响,A,晶粒大小原因,图,3-4,加热温度对晶粒度影响,为得到好机械性能，就要控制,A,晶粒大小。,（,1,）材质方面,（,2,）工艺原因方面,加热温度：如过高，,A,晶粒长大，普通刚好超出相变温度。,保温时间：时间长，,A,晶粒长大。,第9页,第9页,二、钢在冷却时组织转变,钢热处理冷却有两种方式：等温冷却与连续冷却。,第10页,第10页,(,一,),等温冷却组织转变（以共析钢为例）,第11页,第11页,1.,高温组织转变,2.,中温组织转变,3.,低温组织转变,第12页,第12页,珠光体,3800,倍,索氏体,8000,倍,屈氏体,8000,倍,珠光体型组织,第13页,第13页,电子显微照片,5000,倍,光学显微照片,500,倍,上,贝,氏,体,形,态,光学显微照片,500,倍,下,贝,氏,体,形,态,电子显微照片,1,倍,第14页,第14页,板条马氏体,片状马氏体,第15页,第15页,马氏体形态与碳质量分数关系,第16页,第16页,（二）共析钢连续冷却组织转变,第17页,第17页,一、退火,概念：,将钢加热到一定温度，保温一定期间，然后随炉冷或将工件埋入石灰等冷却能力弱介质中缓慢冷却到,600,下列，再空冷至室温热处理工艺称为退火。,退火工艺办法：,完全退火,不完全退火,扩散退火,再结晶退火,去应力退火,第二节 钢普通热处理,第18页,第18页,1.,完全退火（亚共析钢）,完全退火,是将钢件加热至,Ac3,以上,20,30,，通过完全奥氏体化后进行缓慢冷却，以取得近于平衡组织热处理工艺，。,作用和目的,细化晶粒,均匀组织,消除内应力,减少硬度,改进钢切削加工性,第19页,第19页,2.,不完全退火（球化退火）（共析钢和过共析钢）,不完全退火,是将钢加热至,Ac1+,（,20,40,）之间，通过保温后缓慢冷却以取得近于平衡组织热处理工艺。,作用和目的,使二次渗碳体及珠光体中渗碳体球状化（退火前正火将网状渗碳体破碎），以减少硬度，改进切削加工性能；并为以后淬火作组织准备。,第20页,第20页,3.,扩散退火,扩散退火（又称均匀化退火）,是将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成份不均匀现象热处理工艺。,作用和目的,消除铸锭或铸件在凝固过程中产生成份偏析，使成份和组织均匀化。,第21页,第21页,4.,再结晶退火,再结晶退火,是把冷变形后金属加热到再结晶温度以上保温适当时间，使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒而消除加工硬化热处理工艺。,作用和目的,就是要消除加工硬化，减少强度和硬度，使钢机械性能恢复到冷变形前状态。,第22页,第22页,5.,去应力退火,去应力退火,为消除铸造、铸造、焊接和机加工、冷变形等冷热加工在工件中造成残留内应力而进行低温退火，称为去应力退火。,作用和目的,减少和消除工件在铸造、铸造、焊接、切削、热处理等加工过程中产生残余内应力，稳定工件尺寸，预防工件变形。,第23页,第23页,第24页,第24页,二、正火,正火,钢材或钢件加热到,A,c,3,(,对于亚共析钢,),和,A,ccm,(,对于过共析钢,),以上,30,50,保温适当初间后,在自由流动空气中均匀冷却热处理称为正火。,正火后组织,亚共析钢为,F+S,共析钢为,S,过共析钢为,S+Fe3C,II,第25页,第25页,正火目的：,正火目的是使钢组织正常化，亦称常化处理，普通用,于下列方面：,1.,改进钢切削加工性能；,2.,消除工件热加工缺点；,3.,消除过共析钢网状渗碳体，便于球化退火；,4.,代替调质处理作为最后热处理，提升加工效率。,第26页,第26页,三、淬火,淬火就是把钢件加热到,Ac,3,或,Ac,1,以上温度，通过保温后,速冷却至室温热处理工艺。,1.,淬火目的（两种办法）,等温淬火：目的是取得下贝氏体,普通淬火：目的是取得马氏体,第27页,第27页,2.,淬火工艺,淬火质量取决于淬火三个要素：,加热温度,保温时间,冷却速度,第28页,第28页,1,）加热温度,第29页,第29页,2,）保温时间,保温目的是使工件烧透，组织转变充足。保温时间主,要依据钢成份特点、加热介质和零件尺寸来拟定。,3,）冷却速度,为了取得马氏体组织，工件在淬火冷却介质中冷却必须有足够快冷却速度。,实际冷却速度,V,必须不小于该钢临界淬火冷却速度,V,C,。,第30页,第30页,3.,惯用淬火办法,第31页,第31页,4.,钢淬硬性与淬透性,1,）钢淬硬性,定义：,是指钢能够淬硬程度，也就是钢淬火后得到马氏体硬度高下。它是指钢在正常淬火 条件下也许达到最高硬度。,实际意义：,当要求硬度高、耐磨性好时，应选取含碳量高钢。,影响原因：,C%=0.8%,下列，含,C,量增长，淬硬性提升；,C%0.8%,以后，没有明显提升。,例：,T10 40Cr 20CrMnTi,第32页,第32页,2,）钢淬透性,定义：,是指钢在一定淬火条件下淬火取得马氏体层深度多少，以钢在一定淬火条件下得到马氏体深度来表示，深度越大，淬透性越好。,实际意义：,淬透性是合理选取钢材及制定热处理工艺主要依据之一。,影响原因：,钢淬透性主要与合金元素及其含量相关，合金元素（除钴、铝外）使“,C”,曲线右移，减小临界淬火冷却速度，提升钢淬透性。,例：,20CrMnTi 40Cr T10,第33页,第33页,5.,钢主要淬火缺点,1,）硬度过低或硬度过高,2),脆性过大,3,）过热与过烧,4,）变形与开裂,第34页,第34页,四、回火,回火,是把,淬火后工件,重新加热到,A,1,下列某一温度，经保温后空冷至室温热处理工艺。,1,、回火目的,消除内应力；,稳定工件组织；,调整组织、性能。,第35页,第35页,2,、回火种类,低温回火（,150250,）,回火组织：,亚共析钢低温回火后组织为回火马氏体,(,回火,M),。,过共析钢低温回火后组织为回火马氏体碳化物残余,奥氏体。,目的：,减少淬火应力，提升工件韧性，确保淬火后高硬度,(,普通为,58 HRC64 HRC),和高耐磨性。,应用：,用于处理各种高碳钢工具、模具、滚动轴承以及渗碳和表面淬火零件。,第36页,第36页,中温回火（,350,500,）,回火组织：,回火屈氏体，是极细小铁素体与球状渗碳体混合物。,目的：,是提升弹性和韧性，并保持一定硬度,(,普通为,35 HRC,45 HRC),。,应用：,用于各种弹簧、锻模、压铸模等工件热处理。,第37页,第37页,高温回火（,500,650,）,回火组织：,回火索氏体，是较细小铁素体与球状渗碳体混合物。,目的：,使含有一定强度和硬度，又有较高冲击韧性，也就是含有良好综合机械性能。,应用：,用于受力大而复杂零件，如传动轴、连杆、曲轴、齿轮等。,淬火后高温回火这一综合热处理工艺称为调质处理。,第38页,第38页,3,、回火工艺参数,回火温度和回火时间,4,、钢在回火时主要缺点,硬度过低,硬度过高、脆性过大,第39页,第39页,一、钢表面淬火,1,、表面淬火,表面淬火是利用快速加热办法，使钢件表层快速奥氏体化，当热量尚未传至心部时，将其快速冷却。,2,、种类,感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、激光加热表面淬火、电接触加热表面淬火等,第三节 钢表面热处理,第40页,第40页,3,、应用材料、组织性能,表面淬火普通用于中碳钢和中碳低合金钢,如,45,、,40Cr,、,40MnB,钢等。,调质处理,+,表面淬火,+,低温回火，表层得到回火马氏体，硬而耐磨；心部为回火索氏体，强而韧。,用于齿轮、轴类等零件表面硬化，提升耐磨性。,第41页,第41页,4,、感应加热表面淬火,（,1,）原理过程,感应加热表面淬火示意图,感应加热表面淬火,第42页,第42页,（,2,）种类,高频淬火；中频淬火；,工频淬火,（,3,）特点,长处：,a,、高质高效；,缺点：,b,、投入较大；,c,、专用感应加热圈，中间形状和零件形状相同；,d,、灵活性差；,e,、零件尺寸较大、数量较小不适合。,（,4,）应用,较大批量，零件数量较多，形状规则简朴中小尺寸件）。,第43页,第43页,9SiCr,高频淬火,M,针,+,K+A,4%硝酸酒精溶液,P,球状,第44页,第44页,CrWMn,高频淬火,M,针,+,K+A,4%硝酸酒精溶液,第45页,第45页,其它加热淬火办法:,火焰加热表面淬火,电接触加热表面淬火,激光加热淬火,第46页,第46页,40,Cr,激光淬火,M+A M+K+F P+F,4%硝酸酒精溶液,激光淬火区,未淬火区,热影响区,第47页,第47页,T10A,激光淬火,M,粗大,+,A,M,针,+,K P,球,4%硝酸酒精溶液,激,光,淬,火,区,未淬,火区,热影,响区,第48页,第48页,二、化学热处理,1,、化学热处理,化学热处理是将工件放入一定化学介质中，通过加热保温，使介质中分解产生一个或几种元素活性原子被工件表面吸取，并向表层一定深度扩散，从而改变其表层化学成份、组织和性能一个热处理工艺办法,。,2,、种类,渗碳、渗氮（氮化）、碳氮共渗（氰化）、渗硼、渗金属（如渗铝、渗铬）等。,第49页,第49页,3,、惯用办法,3-1,渗碳,渗碳是把工件置于渗碳介质中加热、保温，使活性碳原子产生并渗入工件表层化学热处理办法。,井式气体渗碳电阻炉结构示意图,1-,风扇,2-,废气出口,3-,炉盖,4-,砂封,5-,电阻元件,6-,耐热罐,7-,工件,8-,炉体,9-,渗剂入口,第50页,第50页,2,）合用材料、组织性能,渗碳用钢普通为低碳钢。,表面渗碳 整体淬火,+,回火,表层为高碳回火马氏体，硬而耐磨；,内部为低碳回火马氏体，较好强韧性。,3,）特点（与表面淬火相比）,长处：更硬更耐磨；,缺点：效率低、费用高，并且易变形。,4,）应用,普通应用于受力较大、表面摩擦较大低碳钢件。,如齿轮、轴类、链条、套筒等。,第51页,第51页,(5).渗碳工艺,渗碳材料、,C,碳钢或低合金钢,渗碳办法气体、液体、固体、真空渗碳,(a),、气体渗碳,设备井式渗碳炉,渗碳气氛煤气、液化石油气；煤油、丙酮,加热温度,900,10,加热时间,3-7h,渗层深度,0.4-1.6mm,表面碳浓度,:0.85-1.05%C,第52页,第52页,(b).,固体渗碳,设备箱式电阻炉,渗碳气氛木炭,+,碳酸钠,加热温度,930,10,加热时间,3-7h,渗层深度,0.4-1.6mm,表面碳浓度,:0.85-1.05%,渗后不能直接淬火,适合小件和单件,第53页,第53页,(c),真空渗碳,比气体渗碳节约时间,2/3.,(6).,渗碳后热处理,预冷直接淬火,缓冷一次淬火,缓冷二次淬火,第54页,第54页,过共析,PFe,3,C,共析（,P）,亚共析（,PF）,心部,渗碳后组织：,缓冷：,P+KPP+F,心部,淬火：,K+M,针,+,A,M,针,+,A,M,针,+M,板条,M,板条,第55页,第55页,20,CrMnTi,渗碳淬火+低回 4%硝酸酒精溶液,K+M,针,+,A,M,针,+,A,M,针,+M,板条,M,板条,第56页,第56页,3-2,渗氮（氮化）,渗氮：向工件表面渗入活性氮原子，在工件表层取得一定深度富氮硬化层化学热处理工艺称为渗氮（氮化）。,1,）设备过程,2,）合用材料、组织性能,氮化用钢通常是含有,Al,、,Cr,、,Mo,等元素合金钢。,氮化用钢 调制处理 表面渗氮,表层：氮化物质，,HRC70,以上，硬度更高，耐磨性更加好，,耐热，耐腐蚀，抗疲劳性都好。,内部：中碳合金回火索氏体，含有更高强度，,更加好韧性。,第57页,第57页,3,）特点（和渗,C,相比）,长处：表层性能更优良，变形小；,缺点：效率低，费用高，渗层浅，钢种受限。,4,）应用,在高温腐蚀性介质中工作，受力大，表面摩擦大主要精密件，如航空齿轮,。,第58页,第58页,(5)钢渗氮工艺,目:提高硬度耐磨性疲劳性能抗咬合性,渗氮用钢:38CrMoAl,渗氮办法:气体离子,(a).气体渗氮,加热温度500-570,保温时间 20-70h,渗层深度 0.2-0.5mm,深层硬度1000-1200Hv,第59页,第59页,（,b,）,.,离子渗氮,温度,480-540,气氛,:,氨气、氮气和氢气混合气,压力：,133-1333Pa 1,大气压,=101300Pa,电压：,500V,电极：工件,-,阴极 容器,-,阳极,渗氮时间：,1/3-1/4,气体渗氮时间,特点：无脆性白亮层,第60页,第60页,40,Cr,渗氮空冷,+,心部原始组织（,S,回,）,4%硝酸酒精溶液,45,40,Cr,S,回,第61页,第61页,3-3,碳氮共渗（氰化）,碳氮共渗是同时向工件表面渗透活性碳原子和活性氮原子一个化学热处理工艺，因早期只使用剧毒氰盐（NaCN或KCN）作为介质，故又名为氰化。,依据氰化温度不同，气体氰化又分为高温氰化(900950)、中温氰化(800870)和低温氰化(500600)三种工艺方法。,第62页,第62页,钢碳氮共渗工艺,（,1,）、中温气体碳氮共渗,渗剂：煤油和氨气,温度：,820-880,时间：,4-5h,渗层厚度：,0,、,6-0,、,7mm,（,2,）、中温气体碳氮共渗,渗剂：尿素,温度：,570,时间：,1-3h,渗层厚度：,0,、,01-0,、,02mm,第63页,第63页,3-4,渗硼,(1),、办法：,固体渗硼、气体渗硼、电解盐浴渗硼,(2),、渗硼后组织,碳钢、低合金钢渗硼组织形态，普通呈针状或舌状插入基体，它是由,FeB,和,Fe,2,B,所构成。渗硼层下有一增碳区，其厚度往往比渗硼层大若干倍，称为扩散层。,(3),、渗硼后性能,高表面硬度和耐磨性，好抗蚀性能。,第64页,第64页,渗硼缓冷,硼化物层,增碳层,基体,4%硝酸酒精溶液,T10,钢渗硼,35CrMo,钢渗硼,FeB+Fe,2,B,第65页,第65页,1、选用原则,办法简朴、费用低、少污染。,2、考虑因素,工件材料、目和作用。,第四节 钢热处理工艺选取,第66页,第66页,3,、预先热处理,预先热处理是在零件制造加工过程中，为改进其加工工艺性或有目的改进其组织情况而进行热处理。,预先热处理包括退火、正火、调质等。,第67页,第67页,本章小结：,本章主要讲述了钢热处理基本原理、钢常规热处理及表面热处理种类，工艺过程，作用及应用，其中要求理解热处理基本原理、掌握惯用热处理主要工艺过程、作用与应用。重点要求掌握钢惯用热处理，作用及应用。,第68页,第68页,
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