7钢的热处理.pptx

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,#,前 言,一、热处理的概念,热处理是将固态金属或合金在一定介质中,加热、保温和冷却,，以,改变,材料整体或,表面组织,，从而,获得所需性能,的工艺。,热处理工艺曲线的示意图,二、常见的热处理方法,钢在加热时的转变,一、,奥氏体化前的组织,我们只考虑比较简单的情况即奥氏体化前的组织为,平衡组织,的情况。,亚共析钢,F+P,共 析 钢,P,过共析钢,Fe,3,C,+P,二、钢在加热和冷却时的相变临界点,实际相变温度与理论转变温度之间的关系,三、共析碳钢,A,形成过程示意图,A,形核,A,长大,残余,Fe,3,C,溶解,A,均匀化,四、亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程,亚共析钢和过共析钢与共析钢的,区别是有先共析相,。,其,PA,的转变过程同共析钢相同,，也是经过前面的四个阶段。,对于,亚共析钢,，平衡组织,F+P,，当,加热到,A,C1,以上,温度时，,PA,，,在,A,C1,A,C3,的升温过程中,，,先共析的,F,逐渐溶入,A,；对于,过共析钢,，平衡组织是,Fe,3,C,+P,，当,加热到,A,C1,以上时,，,PA,，,在,A,C1,A,CCM,的升温过程中,，,二次渗碳体逐步溶入奥氏体中,。,五,、,影响奥氏体形成速度的因素,1.,加热速度的影响,加热速度越快,，相变驱动力也越大；提高形核与长大的速度，从而,加快奥氏体的形成,。,2.,化学成分的影响,钢中,含碳量增加,，碳化物数量相应增多，,F,和,Fe,3,C,的相界面增多，奥氏体晶核数增多，其,转变速度加快,。,钢中的合金元素能改变钢的临界点，并影响碳的扩散速度，且它自身也存在扩散和重新分布的过程，所以,合金钢的奥氏体形成速度一般比碳钢慢,。,3.,原始组织的影响,钢中,原始珠光体越细,，其片间距越小，相界面越多，越有利于形核，,奥氏体形成速度加快,。,六,、,奥氏体晶粒大小,起始晶粒度,:,奥氏体化刚结束时的晶粒度,此时晶粒细小均匀。,实际晶粒度,:,钢在加热时所获得的实际奥氏体晶粒的大小。,决定钢的性能。,本质晶粒度,钢加热到,93010,、保温,8,小时、冷却后测得的晶粒度,。表示钢在,加热时奥氏体晶粒长大的倾向,。根据本质晶粒度将钢分为,本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢。,晶粒度为,1-4,级的是,本质粗晶粒钢，,5-8,级的是,本质细晶粒钢,。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。,标准晶粒度等级,晶粒度评定标准,过热：,晶粒粗大，可以消除,(,完全退火或等温退火或正火,),过烧：,晶界局部熔化，无法消除,氧化,脱碳,盐浴炉,可控气氛保护,真空热处理,加热时常见的缺陷,钢的冷却转变,一、,过冷奥氏体,高温时所形成的奥氏体,冷却到,A,1,点以下尚未发生转变的奥氏体,。过冷奥氏体的转变产物，决定于它的转变温度。等温冷却条件下可以分别研究温度和时间对过冷奥氏体转变的影响，有利于弄清转变过程和转变产物的组织与性能。,二、,冷却方式,冷却方式示意图,过冷,A:T A,1,时，,A,不稳定,.,A,体等温转变曲线,(C,曲线或,TTT),高温转变,:A,1,550,过冷,A P,型组织,中温转变,:550 M,S,过冷,A,贝氏体,(B),低温转变,:,M,S,M,f,过冷,A,马氏体,(M,),三、过冷奥氏体等温转变曲线（,C,曲线或,TTT,曲线）,1.C,曲线建立（,Time-Temperature-Transformation diagram,）,测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量与转变时间的关系。,将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度,时间坐标中，并分别连线。,转变开始点的连线称,转变开始线,。,转变终了点的连线称,转变终了线,。,转变开始线与纵坐标之间的距离为,孕育期,。孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小,.,孕育期最小处称,C,曲线的,“鼻尖”,。碳钢鼻尖处的温度为,550,。,A,1,-Ms,间及转变开始线以左的区域为,过冷奥氏体区。,转变终了线以右及,M,f,以下为,转变产物区。,两线之间及,Ms,与,M,f,之间为,转变区,。,以共析钢为例：,取一批小试样并进行奥氏体化,.,将试样分组淬入低于,A,1,点的不同温度的盐浴中,隔一定时间取一试样淬入水中。,2.,过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性能,(1),珠光体转变,过冷奥氏体在,A,1,到,550,间将形成珠光体类型组织,，根据片间距不同,又细分为,珠光体,、,索氏体,和,屈氏体。,珠光体,：,形成温度为,A,1,-650,，,500,倍光镜下可辨，用符号,P,表示。,索氏体,形成温度为,650-600,800-1000,倍光镜下可辨，用符号,S,表示。,屈氏体,形成温度为,600-550,，片层极薄，电镜下可辨，用符号,T,表示。,珠光体,、,索氏体,和,屈氏体,片间距逐渐越小，钢的强度、硬度升高，而塑性和韧性略有改善。,(a),珠光体,(b),索氏体,(c),屈氏体,图,5-8,珠光体,组织特征图,过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能,组织名称,表示符号,形成温度范围,/,硬度,片间距,/nm,能分辨片层的放大倍数,珠光体,P,A,1,650,170200HB,150450,5 00,索氏体,S,650600,2535HRC,80150,1000,屈氏体,T,600550,3540HRC,3080,2000,可见：珠光体的片层间距越小，硬度越高，同样强度也高,韧性,也随片层间距变化。,同一成分的钢，组织为片状珠光体时硬度和强度比粒状珠光体的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，常用球化退火来得到,粒状珠光体,组织，降低钢的硬度。,珠光体转变也是形核和长大的过程。,渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，形成一个珠光体团。,珠光体转变是扩散型转变。,珠光体形成示意图,(2),贝氏体转变,过冷奥氏体在,550-230(Ms),间将形成贝氏体类型组织，用符号,B,表示。,根据其组织形态不同，,贝氏体,又分为,上贝氏体,(,B,上,),和,下贝氏体,(,B,下,),。,上贝氏体,:,形成温度为,550-350,。,在光镜下呈,羽毛状。,在电镜下为,不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。,上贝氏组织特征图,下贝氏体,形成温度为,350-Ms,。,在光镜下呈,竹叶状,。,在电镜下为,细片状碳化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长轴方向呈,55-60,角。,下贝氏组织特征图,上贝氏体强度与塑性都较低,，无实用价值。,下贝氏体,除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即,具有良好的综合力学性能，,是生产上常用的强化组织之一。,上贝氏体形成示意图,B,上,=,过饱和碳,-Fe,条状,+Fe,3,C,细条状,过饱和碳,-Fe,条状,Fe,3,C,细条状,羽毛状,B,下,=,过饱和碳,-Fe,针叶状,+Fe,3,C,细片状,过饱和碳,-Fe,针叶状,Fe,3,C,细片状,针叶状,下,贝氏体形成示意图,上贝氏体组织金相图,下贝氏体组织金相图,(3),马氏体转变,马氏体是,过冷奥氏体连续冷却到,Ms,以下温度所形成的组织。,马氏体转变开始的温度称,上马氏体点,，用,Ms,表示。马氏体转变终了温度称,下马氏体点,，用,M,f,表示。,只要温度达到,Ms,以下即发生马氏体转变。,在,Ms,以下，随温度下降,转变量增加，,冷却中断,转变停止,。,马氏体转变是不彻底的，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，,称,残余奥氏体,，用,A,或,表示。,A,量随含碳量的增加而增加。,马氏体的晶体结构,:,碳在,-Fe,中的过饱和固溶体称,马氏体,，,用符号,M,表示。,马氏体具有,体心正方晶格,（,a=bc,）,轴比,c/a,称,马氏体的正方度,。,马氏体根据形态分,板条,马氏体,和,针状,马氏体,两类。,马氏体的性能,:,高硬度,是马氏体性能的主要特点。,马氏体的硬度主要取决于其含碳量。,含碳量增加，其硬度增加。,针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。,转变特点：,1,）无扩散型转变,Fe,和,C,原子都不进行扩散，,M,是体心正方的,C,过饱和的,F,，固溶强化显著。,2,）降温形成,连续冷却完成。,3,）,瞬时性,M,的形成速度很快，温度越低，则转变量越多。,4,）转变的不完全性,M,转变总要残留少量,A,，,A,中的,C%,越多，则,M,S,、,M,f,越低，残余,A,含量越多,。,AR,的量主要取决于,MS,和,MF,点的位置。,5,）,M,形成时体积膨胀,造成很大内应力。,马氏体,(M),：,C,在,Fe,中的过饱和固溶体。,马氏体的组织类型,C%1.0%,时，为针状,M,。,Fe-1.8C,，冷至,-100,Fe-1.8C,，冷至,-60,板条,M,平行的细板条束组成,针状,M,（凸透镜状）,针片状和板条状马氏体性能比较,C%M,硬度，针状,M,硬度高，塑韧性差。板条,M,强度高，塑韧性较好,低碳板条状马氏体组织金相图,高碳针片状马氏体组织金相图,四、,过冷奥氏体连续冷却转变曲线,过冷奥氏体连续冷却转变曲线又称,CCT,(,Continuous-Cooling-Transformation,diagram,),曲线。,图中,P,s,和,Pf,表示,AP,的开始线和终了线，,K,线表示,AP,的终止线，若冷却曲线碰到,K,线，这时,AP,转变停止，继续冷却时,A,一直保持到,M,s,点温度以下转变为马氏体。,V,k,称为临界冷却速度，它是,获得全部马氏体组织的最小冷却速度,。,V,k,愈小，钢在淬火时越容易获得马氏体组织，即钢接受淬火的能力愈大。,V,k,是,TTT,图上的临界冷却速度。,CCT,曲线与,C,曲线的区别：,(1)CCT,曲线位于,TTT,曲线,右下方,。,(2),CCT,曲线,无贝氏体转变区,。,(3),临界冷却速度不同。,特点：共析钢,CCT,图位于,TTT,图右下方。,P,S,和,P,Z,分别表示,AP,转变开始线和终了线。,K,表示中止线。冷却曲线碰到,K,线过冷奥氏体就不再发生珠光体转变，而一直保持到,M,S,点以下转变为马氏体。,过冷奥氏体连续转变曲线,在生产实践中，奥氏体大多数在连续冷却中转变，因此需要测定和利用过冷奥氏体连续转变曲线图（,CCT,图）,临界冷却速度（,V,K,）：,在,CCT,图上获得全部马氏体的最小冷却速度。,与,V,K,相对应称,V,K,为,TTT,图的临界冷却速度，显然，,V,K,V,K,通过,C,曲线可以定性分析连续冷却条件下的组织转变规律。,钢的普通热处理,一、钢的退火与正火,二、钢的淬火,三、钢的回火,1.,钢的退火与正火的目的,细化晶粒,，均匀组织,改善成分。,调整硬度,，改善切削加工性。,消除内应力,。,为最终热处理做组织准备。,钢的退火与正火,完全退火,将工件加热到,Ac,3,+3050,、,保温后随炉缓冷,，,主要用于,亚共析钢,。,等温退火,将工件加热到,Ac,3,+30,50,，保温一定时间后，先以较快的冷速,冷,到珠光体的形成温度等温,，待,等温转变结束再快冷,。可以,大大缩短退火的,时间。,球化退火,将钢件加热到,Ac,1,+30,50,，保温一定时间后随炉缓慢冷却至,600,后出炉空冷。,目的：通过球化退火，使,层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体,，,降,低硬度，改善切削加工性,，并为以后淬火作准备。（过共析钢）,2.,退火工艺,将工件加热到,A,c3,或,A,ccm,+30,80,，保温后,空冷,。,正火与退火的区别是,正火冷速快,，组织细，,强度和硬度有所提高,。当钢件尺寸较小时，,正火后组织,是,S,，而,退火后组织,是,P,。,正火的应用：,（,1,）用于普通结构零件，作为,最终热处理,，细化晶粒提高机械性能。,（,2,）用于,低、中碳钢作为预先热处理,，得合适的硬度便于切削加工。,（,3,）用于,过共析钢，消除网状,Fe,3,C,，,有利于球化退火的进行。,正火温度,3.,正火工艺,4,.,退火和正火的选择,（,1,）从切削加工性上考虑,金属的硬度在,HB170,230,范围内，切削性能较好。高于它过硬，难以加工；过低则切屑不易断，加工后的零件表面粗糙度很大。对于,低、中碳结构钢以正火作为预先热处理,比较合适，,高碳结构钢和工具钢则以退火为宜,。至于,合金钢,，由于合金元素的加入，使钢的硬度有所提高，故中碳以上的合金钢一般都,采用退火,以改善切削性。,（,2,）从使用性能上考虑,工件性能要求不太高,，往往用,正火,来提高其机械性能，但若零件的,形状比较复杂,，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，应采用,退火,。,（,3,）从经济上考虑,正火比退火的生产周期短，耗能少，且操作简便，故在可能的条件下，应,优先考虑以正火代替退火,。,钢的淬火,1.,淬火的目的,为了获取,组织，它是强化钢材最主要的热处理方法。,2.,钢的淬火工艺,(1),淬火加热温度的选择,亚共析钢,：,Ac,3,+,（,30,50,），,淬火后的组织为均匀而细小的,M,。,过共析钢,：,Ac,1,+,（,30,50,），,淬火后的组织为,M+Fe,3,C,颗粒,+A,。,如果,加热温度过高,，渗碳体溶解过多，奥氏体晶粒粗大，会使淬火组织中马氏体针变粗，渗碳体量减少，,残余奥氏体量增多，从而降低钢的硬度和耐磨性。,淬火加热温度的选择示意图,（,2,）淬火介质,理想的冷却速度应是如右图所示的速度。,最常用的冷却介质是,水和油,，,水在,650,550,范围内具有很大的冷却速度，但在,300,200,时冷却速度仍然很快,，,必然会引起淬火钢的变形和开裂,。,油在,300,200,范围内的冷却速度较慢，但在,650,550,范围内的冷却速度不够大,，不易使碳钢淬火成马氏体，,只能用于合金钢,。常用淬火油为,10,#,，,20,#,机油。,聚乙烯醇、硝盐水溶液,等也是工业常用的淬火介质。,理想淬火曲线示意图,Ms,M,f,（,3,）,淬火方法,单液淬火法,将加热的,工件放入一种淬火介质中,一直冷到室温。,这种方法操作简单，容易实现机械化，自动化，如碳钢在水中淬火，合金钢在,油中淬火。,双液淬火法,加热的工件先在快速冷却的介质中冷却到,300,左右，立即转入另一种缓慢冷却,的介质中冷却至室温，以降低马氏体转变时的应力，防止变形开裂。如形状复杂的,碳钢工件常采用水淬油冷,的方法；而,合金钢则采用油淬空冷,。,马氏体分级淬火法,将加热的工件先,放入温度稍高于,M,s,的硝盐浴或碱浴中，保温,2,5min,，,使零件内,外的温度均匀后，立即,取出在空气中冷却,。,这种方法可以有效地减少内应力，防止产生变形和开裂。,贝氏体等温淬火法,将加热的工件,放入温度稍高于,M,s,的硝盐浴或碱浴中，保温足够长的时间使其完成,B,转变。,等温淬火后获得,B,下,组织。,下贝氏体与回火马氏体相比，在含碳量相近，硬度相当的情况下，前者比后者具有较高的塑性与韧性,，适用于尺寸较小，形状复杂，要求变形小，具有高硬度和强韧性的工具，模具等。1.,淬透性与淬硬性,钢的淬透性：,钢在淬火时能够获得马氏体的能力。,淬透层深度：,从工件表面到半,M,体层的深度。,钢的淬硬性,：,钢在淬火后所能达到的最高硬度。取决于马氏体的含碳量。含碳量越高，淬硬性越好。,注意：,淬透性好的钢其淬硬性不一定高。,3.,钢的淬透性,2,、影响淬透性的因素,1,）含碳量,亚共析钢，含碳量增加，奥氏体的稳定性增大，曲线右移，淬透性提高,过共析钢，随着含碳量增加，奥氏体的稳定性降低，曲线左移，淬透性降低,(,未溶渗碳体促进奥氏体分解,),2,）合金元素,除,Co,外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使曲线右移，形状也可能会发生改变，使淬透性提高,3,）加热温度和保温时间,随加热温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使曲线右移，提高了钢的淬透性,4,）钢中未溶第二相,未溶第二相越多，作为结晶核心，使,A,体不稳定，,C,曲线左移，淬透性下降,淬透性的测定,组织应力,热应力,淬火引起的变形,三、钢的回火,1.,回火的概念及目的,将淬火钢重新,加热到,A,1,点以下某一温度，保温后冷却到室,温,的热处理工艺。,目的,:,(1),获得所需要的力学性能,。,淬火后工件硬而脆通过适当的回火配合调整硬度，减小脆性，得到所需要的塑性和韧性。,(2),使不稳定的淬火组织,M,和残余,A,转变为,稳定组织,，保证工件不再发生形状和尺寸的改变。,淬火后的组织马氏体和残余奥氏体是极不稳定的组织，会自发的向铁素体和碳化物转变，利用回火可以使其充分的转变到一定的程度，使组织结构稳定化，保证工件在使用中不在发生尺寸和形状的改变。,(3),消除脆性，降低淬火内应力,，防止进一步变形、开裂。,2.,淬火钢回火时组织和性能的变化,(1),淬火钢回火时组织的变化,80,200,，发生马氏体的分解,由淬火,M,中析出薄片状细小的,碳化物,使,M,中碳的过饱和度降低，,通常把这种,过饱和,+,碳化物的组织称为回火马氏体（,M,回,）。,在显微,镜下观察呈,黑色针叶状,。,200,300,发生残余奥氏体分解,残余奥氏体分解过饱和的,+,碳化物的混合物，这种组织与马氏,体分解的组织基本相同。得到的依然是,M,回,。,250,400,，马氏体分解完成,过饱和的,中的含碳量达到饱和状态，,MF,，但这时的铁素体仍,保持着马氏体的针叶状的外形，这时,碳化物转变为极细的颗粒状的,渗碳体。这种由,针叶状,F,和极细粒状渗碳体组成的机械混合物称为回火,屈氏体（,T,回,）。,400,以上回复与再结晶,相开始回复，,500,以上时发生再结晶，从针叶状转变为多边形的粒状，,同时,粒状渗碳体聚集长大成球状，即在,500,以上（,500-650,）得到由,粒状铁素体,+,球状,Fe,3,C,组成的回火组织,回火索氏体,。,（,S,回,）,(2),淬火钢回火时性能的变化,硬度大约在,200,以后呈直线下降,；钢的,强度,在开始时虽然随着内应力和脆性的减少而有所提高，但,自,300,以后也和硬度一样随回火温度升高而降低,；而钢的,塑性和韧性,则相反，,自,300,以后迅速升高,。,3.,回火的方法及应用,（,1,）低温回火,回火温度,：,150,250,。,组织,：,回火马氏体,。,性能,：内应力和脆性降低，保持了,高硬度和高耐磨性,。,应用,：高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件。,回火马氏体,（,2,）中温回火,回火温度,：为,350,500,。,组织,：,回火屈氏体,。性能,：具有一定的韧性和,高的弹性极限及屈服极限,。,应用,：含碳,0.5-0.7%,的碳钢和合金钢制造的,各类弹簧,。,回火屈氏体,（,3,）高温回火,回火温度,：,500,650,。,组织,：,回火索氏体,。,性能,：具有,适当的强度和足够的塑性和韧性,。,应用,：含碳,0.3-0.5%,的碳钢和合金钢制造的各类连接和传动的结构零件，如,轴、连杆、螺栓等,。,。,回火索氏体,调质处理（简称调质）：淬火加高温回火相结合的热处理,。,调质处理广泛的,用于,各种重要的结构件，特别是在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类。,a),全淬透,b),未淬透,未淬透钢,淬透钢,淬透性不同的钢调质后机械性能,1、硬度变化,：,总趋势随回火温度的升高而降低，低于300基本保持淬火时的高硬度，马氏体转变成,M(,过饱和的,固溶体和与母相晶格联系的,碳化物,),和残余奥氏体分解成,B,下,组织,.,高于,300,，马氏体分解加剧，碳化物粗化，硬度下降。,回火时机械性能的变化,对工具材料低温回火，保证高硬度、高耐磨性。,弹性零件中温回火可以得到较高的弹性极限。,对于塑性、韧性要求较高，并具有一定强度的零件高温回火可以获得良好的综合性能。,2、强度与塑性的变化,随回火温度升高，,强度,b,、,s,不断下降，塑性,、,不断升高，塑性在500-600达到较高值，弹性在300-400达最高值。,3、钢的回火脆性,钢的冲击韧性随回火温度的升高在250400和500650出现明显的降低，,这种冲击韧性随回火温度降低的现象称回火脆性,。如图：,第一类回火脆性,（250400），又称低温回火脆性；不可逆回火脆性。产生原因，马氏体条间析出碳化物薄壳有关。,2）等温淬火或加入使脆性区向高温方向移动的合金元素（,Si,、,Cr,、,Mn,）。,产生原因：钢中的合金元素铬、镍及杂质元素硫磷锑砷等向原奥氏体晶界偏聚有关。主要在合金钢中出现，一般碳钢不产生第二类回火脆性，将在第六章合金钢中介绍。,消除方法,：,1）不在脆化温度范围回火。,第二类回火脆性,（500650）又称高温回火脆性；可逆回火脆性。,钢的表面热处理,一、,钢的表面淬火,1.,表面淬火概念及应用,快速加热使钢的表面奥氏体化后淬火冷却，获得表层硬而耐磨的,M,组,织，心部仍保持原来的组织。,目的：组织上，使表层被淬硬为马氏体，而心部仍为未淬火的组织（退火、正火、调质状态的组织）。性能上，使钢的表面具有高的强度、硬度、高耐磨性和疲劳极限，而心部仍保持足够的塑性和韧性。,应用：,扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷下工作的零件，表面承受着比心部高的应力需要强化钢材的表面，使其具有高强度、高硬度，或表面有摩擦的场合。如：齿轮、凸轮、曲轴颈、轧辊等。,中碳钢和中碳低合金钢。,2.,表面淬火,特点,a.,加热速度快,(,几秒,几十秒,),b.,加热时实际晶粒细小，淬火得到极细马氏体，硬度，脆性,c.,残余压应力提高寿命,d.,不易氧化、脱碳、变形小,e.,工艺易控制，设备成本高,3.,表面淬火方法,1.,感应加热表面淬火,2.,火焰加热表面淬火,3.,接触电阻加热表面淬火,火焰加热表面淬火,加热源：氧乙炔或氧煤气的混合气体,特 点：,操作简单，无需特殊设备,淬硬层一般为,2-6mm,淬火质量不易稳定,适于单件或小批量生产,感应加热表面淬火,高频淬火,工艺,水或聚乙烯醇水溶液冷却（油易燃）；,160-200,低温回火，提高韧性，降低淬火残余应力。,自身回火淬火法,高频淬火优缺点,利用电流的表面效应来实现的,。,3、工频淬火，频率在50,HZ，,用于大直径钢材的穿透加热及淬硬层深的大工件的表面淬火，如轧辊和火车车轮，可以获得10-15,mm,以上的硬化层。,生产上根据零件的尺寸和硬化层深度的要求选择感应加热的电流频率。根据电流频率，分三类：,1、高频淬火，频率在200000300000,HZ，,用于中小零件，如小模数齿轮，中小型轴类件，可得到0.5-2.5,mm,的硬化层,2、中频淬火，频率在25008000,HZ，,用于淬硬层较深的零件，模数较大的齿轮和直径较大的轴类件，可以获得3-6,mm,的硬化层。,5.生产率高，淬硬层易控制，易实现机械化和自动化，适用于大批量生产。,感应加热表面淬火的特点,2.,加热时间短，奥氏体不易长大，淬火后表面得到极细的隐晶马氏体，硬度比普通淬火高,HRC,2-3,度。,3.,疲劳强度高。由于马氏体转变，表面产生残余压应力，提高了疲劳强度。,4.,加热速度快，无保温时间，钢件表面不易氧化、脱碳；心部未加热，变形小。,缺点：设备昂贵，不适用于单件生产。,1.,加热速度极快，奥氏体转变温度范围扩大 ，转变所需时间短。,使用钢材：中碳钢（,40,、,45,、,50,号钢）和中碳合金钢（,40Cr,、,40MnB,）。提高含碳量增加淬硬层硬度，降低心部塑性、韧性，并增加淬火开裂倾向。降低含碳量，降低表面淬硬层硬度和耐磨性。表面淬火前常进行预先热处理，如正火、调质，目的是提高心部的综合机械性能。,一般工艺路线：下料锻造 正火或退火 机械（粗）加工调质处理机械（精）加工感应加热表面淬火低温回火 磨削加工。,钢的化学热处理,1.,化学热处理定义,钢制工件放置于某种介质中，通过加热和保温，使化学介质中某,些元素渗入到工件表层，从而改变表层的化学成分，使心部与表层具,有不同的组织与机械性能。,2.,钢的渗碳,渗碳是把钢放在渗碳介质中，加热到单相奥氏体区，保温一定时间，使碳原子渗入钢表层的过程。常用的钢的渗碳有气体渗碳,和,固体渗碳法,。,3.,钢的氮化（气体氮化）,在一定温度,(,一般在,A,C1,以下,),使活性氮原子渗入工件表面的化学热,处理工艺。目的在于提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。,4.,钢的碳氮共渗,在一定温度下同时将碳、氮原子渗入工件表层的奥氏体中,并以渗,碳为主的化学热处理工艺。,某种元素渗入工件表面的条件：,1,.,钢具有吸收渗入活性原子的能力,。该原子能溶入铁晶格中形成固溶体，在铁中有一定的溶解度，或与铁有较强亲和力形成化合物。,2.,渗入元素的原子必须是具有化学活性的活性原子,，处于高能状态，能克服钢件表面铁原子的结合力，渗入钢件表层。,化学热处理的基本过程：,1,.,将,工件,加热,到一定温度，使之有利于溶入活性原子或与之形成化合物。,2.利用化合物分解或离子转化,得到渗入元素活性原子,。,3.,活性原子吸附，溶入,钢件表层，并在保温过程中由表层向内扩散,，形成一定层深的,扩散层,。,钢的渗碳,1,、渗碳的目的及用钢,目的,：向钢的表层渗入碳原子，表层具有高的含碳量，经热处理后,表层具有高硬度和耐磨性,，,而心部仍保持一定强度及较高的韧性和塑性,。,主要,使用的钢材,：心部要求不高，尺寸较小的渗碳件常用,低碳钢,15、20号钢或,低碳合金钢,15,Cr,、,20Cr。,要求较高，尺寸较大的零件则用,20CrMnTi、20Mn,VB,等制造。,低碳钢能满足心部韧性，但表面硬度低，不耐磨；高碳钢，热处理后表面硬度高，耐磨，但心部韧性太差，低碳钢渗碳淬火后能很好的满足要求。,2,、渗碳方法：,渗碳剂：渗碳用的介质。,根据渗碳剂的不同，渗碳方法分为：气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳。,钢的气体渗碳,将工件置于密封的加热炉中，通入气体渗碳剂，在900950加热、保温、使钢件表面层进行渗碳。,常用的渗碳剂有煤油、甲醇等液体，在高温下反应生成活性碳原子。,钢的固体渗碳,固体渗碳：将工件置于四周填满固体渗碳剂的箱中，加盖密封后送入炉中加热到,900-950,，保温足够时间达到渗碳层深度后出炉,零件,渗碳剂,试棒,盖,泥封,渗碳箱,钢的固体渗碳炉,常用的固体渗碳剂由木炭粒和催渗剂组成。,气体渗碳生产率高、劳动条件好、渗碳质量易控制，易实现机械化、自动化，应用广。固体渗碳时间长，生产率低、劳动条件差、渗碳质量不易控制，但设备工艺简单，适宜单件小批生产。,液体渗碳淘汰。,主要考虑的两个工艺参数：,渗碳温度,渗碳温度选择原则：一方面有利于钢容纳更多碳原子和碳原子的扩散，应在较高温度奥氏体区进行；另一方面，又不能使晶粒粗大，性能变坏，变形严重，温度不能过高。一般在900950。,渗碳时间,由渗层深度决定。时间越长，渗层越深。,渗碳后热处理及组织性能,1,.,渗层深度：渗碳的主要技术指标之一。,表示方法：,（,1,）通过显微组织确定。钢渗碳后缓冷的组织，由表及里分别为过共析、共析、亚共析、中心原始组织，,共析至原始组织之间为过渡区，,渗层深度规定从表面到过渡区的一半距离。（,2,）硬度法，指经渗碳，淬火后由表层到,HRC50,处的垂直距离。,心部组织,：低碳钢（15、20钢）为,F+P,硬度,HRC15-20,。,选择原则：根据性能要求及材料成分决定。,2,.,渗碳后热处理：淬火+低温回火,淬火可用直接淬火法（渗后预冷至860-800直接淬火+低温回火）或一次淬火法（空冷至室温，然后重新加热至,A,C1,+30-50，,淬火+低温回火）,3.,钢件渗碳、淬火、低温回火后的最终的组织：,表面组织,：细小片状,M,+,少量碳化物，硬度,HRC58-62,低,碳合金钢（20,CrMnTi,）,为板条状,M+F+T,，,硬度,HRC35-45,。,4.工艺路线：下料锻造 正火 机械（粗）加工渗碳淬火+低温回火机械（精）加工,渗碳后淬火比表面淬火淬硬层均匀、硬度高，性能好、使用寿命长。,5.,渗层厚度的选择：见书,P133,表,2-11,、,12,。,钢的氮化,氮化：向钢的表面渗入氮原子，形成坚硬化合物层的化学热处理。,（一）氮化的原理和工艺,氮化工艺有气体氮化、液体氮化、固体氮化、离子氮化等。这里介绍应用较多的气体氮化。利用氨加热分解出氮原子，然后被钢表面吸收，形成氮化层。氮化温度500570，设备在密闭的井式炉中进行。,1、氮化往往是最后一道加工工序（有时需精磨），氮化层很薄，所以精磨余量一般仅为,0.10-0.15mm,。,为保证心部的综合机械性能，,氮化前工件要进行调质处理。,2、氮化件具有极高的硬度和耐磨性，其硬度高于渗碳，,工件氮化后不必进行淬火,。,3，具有,较高的红硬性,（能保持硬度在,HRC60,以上的最高温度,）氮化后的硬度可以保持到相当高的温度（约600-650 ），而渗碳件在300 以上明显下降。,（二）氮化处理的特点,4、抗腐蚀性好，氮化物结构致密，化学稳定性好，耐自来水、大气、蒸汽、碱液的腐蚀，但不耐酸腐蚀。,5、要求心部有足够的强度，氮化层薄、硬度高、脆性大、要求心部有足够强度支撑且有较好的综合机械性能，通常氮化前进行调质处理。,6、处理温度低，变形小。,主要应用：高精度的齿轮及机床主轴等。变向负荷工作条件下要求疲劳强度很高的零件（高速柴油机曲轴）及变形小的耐磨、耐蚀、耐热零件（如阀门等）。,氮化用钢：采用中碳合金钢，常用,38,CrMoAl,，35CrMo，18CrNiW,等。,氮化典型工艺路线：锻造退火粗加工调质精加工去应力粗磨氮化精磨或研磨,