金屬材料熱處理基礎(chǔ)與工序的安排

1、張清華該培訓(xùn)資料針對(duì)機(jī)械加工和裝配人員該培訓(xùn)資料針對(duì)機(jī)械加工和裝配人員黑色黑色 金屬金屬有色有色 金屬金屬金金屬屬材材料料鑄鐵鑄鐵 鋼鋼 工程構(gòu)件用鋼工程構(gòu)件用鋼機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼 工具鋼工具鋼 特殊性能用鋼特殊性能用鋼(不銹鋼及耐熱鋼不銹鋼及耐熱鋼)輕金屬輕金屬( (鋁鋁, ,鎂鎂, ,鈦鈦) ) 重金屬重金屬( (銅銅, ,鋅鋅, ,鉛鉛, ,鎳鎳) ) 貴重金屬貴重金屬( (金金, ,銀銀) )稀有金屬稀有金屬( (鎢鉬釩鈮鈷鎢鉬釩鈮鈷) ) 放射金屬放射金屬( (鐳鈾釷鐳鈾釷) )結(jié)構(gòu)金屬材料結(jié)構(gòu)金屬材料 功能金屬材料功能金屬材料金屬材料的分類金屬材料的分類金金屬屬材材料料加加工

2、工工工藝藝鑄造鑄造塑性加工塑性加工 焊接焊接 粉末冶金粉末冶金切削加工切削加工熔焊熔焊壓焊壓焊釬焊釬焊砂型鑄造砂型鑄造熔模鑄造熔模鑄造壓力鑄造壓力鑄造金屬型鑄造金屬型鑄造離心鑄造離心鑄造鍛造鍛造軋制軋制拔制拔制擠壓擠壓板料沖壓板料沖壓車削車削銑削銑削磨削磨削刨削刨削鉆削鉆削鏜削鏜削鉗工鉗工特種處理特種處理熱處理熱處理表面處理表面處理金屬材料加工工藝金屬材料加工工藝金屬材料的性能金屬材料的性能力力學(xué)學(xué)性性能能物物理理性性能能化化學(xué)學(xué)性性能能加加工工工工藝藝性性能能使用使用性能性能金屬材料的性能金屬材料的性能 密度密度 熔點(diǎn)熔點(diǎn) 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 熱膨脹性熱膨脹性 磁性磁性耐蝕性耐蝕性抗

3、氧化性抗氧化性化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性 強(qiáng)度強(qiáng)度 塑性塑性 韌性韌性 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 硬度硬度 鑄造性能鑄造性能 鍛造性能鍛造性能 金屬切削金屬切削性能性能 焊接性能焊接性能 熱處理性熱處理性能能 力學(xué)性能-指材料在外力作用下表現(xiàn)出來的特性，主要指材料在外力作用下表現(xiàn)出來的特性，主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。有強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等。強(qiáng)度強(qiáng)度-金屬材料在靜載荷的作用下抵抗變形和斷裂的能力，常見的強(qiáng)度形式有抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。一般以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬強(qiáng)度指標(biāo)。塑性塑性-材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。評(píng)定指標(biāo)是斷后伸長

4、率和斷面收縮率。沖擊韌度沖擊韌度- -金屬抵抗沖擊載荷而不破壞的能力；常用一次擺錘沖擊彎曲實(shí)驗(yàn)來測定金屬材料的韌度。疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度-材料在無數(shù)次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力值。金屬材料的性能金屬材料的性能引言：引言：1、定義：指材料局部表面抵抗塑性變形和破壞的能力。它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，其物理含義與試驗(yàn)方法有關(guān)。2 2、硬度的測試方法硬度的測試方法洛氏硬度HRC-用于測量淬火鋼、硬質(zhì)合金等材料維氏硬度HV-常用于測薄件、鍍層、化學(xué)熱處理后的表層等。肖氏硬度HA、HC、HD-用于一般橡膠、塑料、多元脂、皮革、蠟等。布氏硬度HB-用于測量灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材料等。金屬材料

5、的性能金屬材料的性能金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能: :是指材料在加工成零件或構(gòu)件過程中材料應(yīng)具備的適應(yīng)加工的性能，包括鑄造性能、鍛造性能、切削加工性能、焊接性能及熱處理工藝性能。鑄造性能鑄造性能- -金屬材料鑄造成形的能力，常用流動(dòng)性、收縮性和偏析來衡量。鍛造性能鍛造性能-金屬鍛造成形的能力.它主要取決于金屬的塑性和變形抗力.塑性越好、變形抗力越小，金屬的鍛造性能越好。例如，純銅在室溫下就有良好的鍛造性能，碳鋼在加熱狀態(tài)下鍛造性能較好，鑄鐵則不能鍛造。金屬材料的性能金屬材料的性能切削加工性能切削加工性能-金屬切削的難易程度。一般用切削速度、加工表面粗糙度和刀具使用壽命來衡量。影響切削加

6、工性能的因素有工件的化學(xué)成分、組織、硬度、熱導(dǎo)率和形變硬化程度等。一般認(rèn)為材料具有適當(dāng)硬度（170230HBS）和足夠的脆性時(shí)較易切削。所以灰鑄鐵比鋼的切削加工性能好，碳鋼比高合金鋼切削加工性好。改變鋼的化學(xué)成分和進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砜筛纳其摰那邢骷庸ば浴：附有阅芎附有阅?金屬能焊接成具有一定使用性能的焊接接頭的特性。在機(jī)械工業(yè)中，焊接的主要對(duì)象是鋼材，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)及合金元素含量是決定金屬焊接性的主要因素，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和合金元素含量越高，焊接性能越差。例如，低碳鋼具有良好的焊接性，而高碳鋼、鑄鐵的焊接性不好。熱處理性能熱處理性能-金屬經(jīng)熱處理可使性能順利改善的性質(zhì)。它與材料的化學(xué)成分有關(guān)。常見的熱處理

7、方法有退火、正火、淬火、回火及表面熱處理（表面淬火及化學(xué)熱處理）等。金屬材料的性能金屬材料的性能0.0218%0.02182.11%2.116.68%0.77%4.3%鋼的分類鋼的分類-按含碳量分類按含碳量分類碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼化學(xué)成分化學(xué)成分低碳鋼（低碳鋼（C%0.25%）中碳鋼（中碳鋼（C%=0.25%0.60%）高碳鋼（高碳鋼（C%0.6%） 低合金鋼（合金元素總量低合金鋼（合金元素總量10%） 鋼的分類鋼的分類-按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分分類冶金質(zhì)量冶金質(zhì)量分類分類優(yōu)質(zhì)鋼（優(yōu)質(zhì)鋼（S%、P%0.040%）普通鋼（普通鋼（S%0.055%，P%0.045%）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（S

8、%0.030%，P%0.035%）冶煉時(shí)冶煉時(shí)脫氧程度脫氧程度沸騰鋼（脫氧不完全）沸騰鋼（脫氧不完全）半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼（脫氧較完全）鎮(zhèn)靜鋼（脫氧較完全）鋼的分類鋼的分類-冶金質(zhì)量分類冶金質(zhì)量分類、冶煉時(shí)脫氧程度冶煉時(shí)脫氧程度按用按用途分途分類類 結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼工具鋼 特殊鋼特殊鋼 工程構(gòu)件用鋼工程構(gòu)件用鋼 機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼 建筑工程用鋼、橋梁工程用鋼建筑工程用鋼、橋梁工程用鋼船舶工程用鋼、車輛工程用鋼船舶工程用鋼、車輛工程用鋼 調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼滲碳調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼滲碳和滲氮鋼、耐磨鋼和滲氮鋼、耐磨鋼 刃具鋼刃具鋼量具鋼量具鋼模具鋼模具鋼不銹鋼不銹鋼耐熱鋼

9、耐熱鋼一般屬于高碳、高合金鋼一般屬于高碳、高合金鋼 鋼的分類鋼的分類-按用途分類按用途分類 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 (carbon structural steel) 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素工具鋼碳素工具鋼 (carbon tool steel)用于制造各種工具。一般為高碳鋼。(用于制造各種機(jī)械零件、工程構(gòu)件。用于制造各種機(jī)械零件、工程構(gòu)件。一般為低、中碳鋼。一般為低、中碳鋼。)鋼的分類鋼的分類-碳素鋼分類碳素鋼分類 Q 235 A F沸騰鋼沸騰鋼A等級(jí)等級(jí)235 MPa屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度Q195 、Q215 、Q235 、Q255 、Q275應(yīng)用：廠房、

10、橋梁、船舶、鉚釘、應(yīng)用：廠房、橋梁、船舶、鉚釘、螺釘、螺母等。螺釘、螺母等。 鋼的分類鋼的分類-鋼的牌號(hào)鋼的牌號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：牌號(hào)：用兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量的十分之幾。牌號(hào)：用兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量的十分之幾。分類：分類：1 1）、）、08250825鋼，屬于低碳鋼鋼，屬于低碳鋼 性能：強(qiáng)度、硬度較低、塑性、韌性及焊接性良好；性能：強(qiáng)度、硬度較低、塑性、韌性及焊接性良好；用途：沖壓件、焊接結(jié)構(gòu)件及滲碳件用途：沖壓件、焊接結(jié)構(gòu)件及滲碳件 如：深沖器件、壓力容器等。如：深沖器件、壓力容器等。2 2）、）、30553055鋼鋼 屬于中碳鋼屬于中碳鋼性能：較高的強(qiáng)度和硬度，是

11、塑性和韌性隨含碳量的增加性能：較高的強(qiáng)度和硬度，是塑性和韌性隨含碳量的增加而逐步降低。而逐步降低。用途：制作受力較大的機(jī)械零件。用途：制作受力較大的機(jī)械零件。如：連桿、曲軸、齒輪等如：連桿、曲軸、齒輪等3 3）、）、6060鋼以上鋼以上 屬于高碳鋼。屬于高碳鋼。性能：有較高的強(qiáng)度、硬度和彈性；性能：有較高的強(qiáng)度、硬度和彈性；用途：制造較高強(qiáng)度、耐磨性和彈性的零件用途：制造較高強(qiáng)度、耐磨性和彈性的零件 如：氣門彈簧、彈簧墊圈等如：氣門彈簧、彈簧墊圈等鋼的分類鋼的分類-鋼的牌號(hào)鋼的牌號(hào)T 12 A高級(jí)優(yōu)質(zhì)高級(jí)優(yōu)質(zhì) Wc = 12%0碳素工具鋼碳素工具鋼T8T8、T10T10、T12T12、T13T

12、13、T8AT8A、T10AT10AT7T8T7T8：鉆頭、模具等：鉆頭、模具等T9T10T9T10：絲錐、板牙等：絲錐、板牙等T11T13T11T13：銼刀、削刀等：銼刀、削刀等鋼的分類鋼的分類-鋼的牌號(hào)鋼的牌號(hào)ZG 200 - 400b 400MPas 200MPa鑄鋼鑄鋼ZG 200-400ZG 200-400、ZG 230-450ZG 230-450、ZG 270-500ZG 270-500、ZG 310-570ZG 310-570、ZG340-640ZG340-640應(yīng)用：制造形狀復(fù)雜力學(xué)性能要求較高的應(yīng)用：制造形狀復(fù)雜力學(xué)性能要求較高的機(jī)械零件。機(jī)械零件。鋼的分類鋼的分類-鋼的牌號(hào)

13、鋼的牌號(hào) 碳鋼的不足：碳鋼的不足：碳鋼淬透性低，不適易形狀復(fù)雜和尺寸大的工件。碳鋼淬透性低，不適易形狀復(fù)雜和尺寸大的工件。只能水冷，易變形開裂，性能不均。只能水冷，易變形開裂，性能不均。強(qiáng)度和屈強(qiáng)比低強(qiáng)度和屈強(qiáng)比低回火穩(wěn)定性差?；鼗鸱€(wěn)定性差。耐熱、耐蝕、抗氧化、耐磨、紅硬性等。耐熱、耐蝕、抗氧化、耐磨、紅硬性等。1、按合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)總量分類、按合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)總量分類2按用途分類按用途分類（1）低合金鋼）低合金鋼 總量低于總量低于5（2）中合金鋼）中合金鋼 總量總量 510（3）高合金鋼）高合金鋼 總量大于總量大于10 （1）合金結(jié)構(gòu)鋼）合金結(jié)構(gòu)鋼 （2）合金工具鋼）合金工具鋼 （3）特殊鋼

14、）特殊鋼（低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼 、滾動(dòng)軸承鋼、滾動(dòng)軸承鋼 ）（合金刃具鋼、合金模具鋼、合金量具鋼）（合金刃具鋼、合金模具鋼、合金量具鋼）（不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼）（不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼）鐵素體鐵素體- -碳溶解在-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，符號(hào)F。奧氏體奧氏體- -碳溶解在Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體，符號(hào)A。珠光體珠光體- -是鐵素體與碳光體的混合物，符號(hào)P萊氏體萊氏體- -是含碳量為4.3%的液態(tài)鐵碳合金在11480C時(shí)從液體上中間結(jié)晶出的奧氏體和滲碳體的混合物,符號(hào)Ld。滲碳體滲碳體-

15、 -鐵和碳形成的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬化合物,用化學(xué)分子式“Fe3C”表示鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖相圖相區(qū)：1.單相區(qū)(4個(gè)+1個(gè)): L,A,F ,(+ Fe3C) 。2.兩相區(qū)(7個(gè)):L + ,L + Fe3C,L + A, + A ,A + F ,A + Fe3C ,F + Fe3C。共晶轉(zhuǎn)變：在1148,4.3%C的液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變:Lc (AE+Fe3C)。共析轉(zhuǎn)變：在727,0.77%的奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變:AS (F+Fe3C),轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱為珠光體。相圖中重要的點(diǎn)(14個(gè))1.組元的熔點(diǎn): A (0, 1538) 鐵的熔點(diǎn);D (6.69, 1227) Fe3C的熔點(diǎn)2.同素異構(gòu)轉(zhuǎn)

16、變點(diǎn):N(0, 1394)-Fe -Fe;G(0, 912)-Fe -Fe 3.碳在鐵中最大溶解度點(diǎn): P(0.0218,727),碳在-Fe 中的最大溶解度 E(2.11,1148),碳在-Fe 中的最大溶解度 H (0.09,1495),碳在-Fe中的最大溶解度 Q(0.0008,RT),室溫下碳在-Fe 中的溶解度三相共存點(diǎn):S(共析點(diǎn),0.77,727),(A+F +Fe3C)C(共晶點(diǎn),4.3,1148),( A+L +Fe3C)J(包晶點(diǎn),0.17,1495)( d+ A+L )B(0.53,1495),發(fā)生包晶反應(yīng)時(shí)液相的成分F(6.69,1148 ) , 滲碳體 K (6.69

17、,727 ) , 滲碳體包晶線包晶線HJB LB+H J共晶線共晶線ECF LECF LC C E E+Fe+Fe3 3C C共析線PSK S P+Fe3C鋼鐵材料是工程材料中最重要的材料之一，在機(jī)械制造業(yè)鋼鐵材料是工程材料中最重要的材料之一，在機(jī)械制造業(yè)中的比例達(dá)到中的比例達(dá)到90%90%左右，在汽車制造業(yè)中的比例達(dá)到左右，在汽車制造業(yè)中的比例達(dá)到70%70%，在，在其他制造業(yè)中也是最重要的材料之一。其他制造業(yè)中也是最重要的材料之一。改善鋼鐵材料性能的途徑：改善鋼鐵材料性能的途徑：l 合金化合金化（Alloying）通過在鋼中加入合金元素，調(diào)整鋼的化學(xué)成分，從而獲通過在鋼中加入合金元素，調(diào)整

18、鋼的化學(xué)成分，從而獲得優(yōu)良的性能。得優(yōu)良的性能。l 熱處理熱處理（Heat Treatment）將金屬在固態(tài)下經(jīng)加熱、保溫和冷卻，以改變金屬的內(nèi)將金屬在固態(tài)下經(jīng)加熱、保溫和冷卻，以改變金屬的內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)，從而獲得優(yōu)良的性能。部組織和結(jié)構(gòu)，從而獲得優(yōu)良的性能。鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念二、熱處理的基本要素和作用二、熱處理的基本要素和作用l 熱處理的三大要素?zé)崽幚淼娜笠丶訜峒訜幔℉eating） 目的是獲得均勻細(xì)小的奧氏體組織。目的是獲得均勻細(xì)小的奧氏體組織。保溫保溫（Holding） 目的是保證工件燒透，并防止脫碳和氧化等。目的是保證工件燒透，并防止脫碳和

19、氧化等。冷卻冷卻（Cooling） 目的是使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織。目的是使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織。l 熱處理后的組織熱處理后的組織加熱、保溫后的奧氏體在隨后的冷卻過程中，根據(jù)冷卻速度的不同加熱、保溫后的奧氏體在隨后的冷卻過程中，根據(jù)冷卻速度的不同將轉(zhuǎn)變成不同的組織。不同的組織具有不同的性能。將轉(zhuǎn)變成不同的組織。不同的組織具有不同的性能。鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念l 熱處理的特點(diǎn)熱處理的特點(diǎn)熱處理不改變工件的形狀，僅改變鋼的內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)，從而改變鋼熱處理不改變工件的形狀，僅改變鋼的內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)，從而改變鋼的性能。的性能。l 熱處理的目的熱處理的目的 提高零

20、件的使用性能；提高零件的使用性能； 充分發(fā)揮鋼材的潛力；充分發(fā)揮鋼材的潛力； 延長零件的使用壽面；延長零件的使用壽面； 改善工件的工藝性能，提高加工質(zhì)量，減小刀具的磨損改善工件的工藝性能，提高加工質(zhì)量，減小刀具的磨損。材料是否能夠通過熱處理而改善其性能，關(guān)鍵條件是材料在加熱和冷材料是否能夠通過熱處理而改善其性能，關(guān)鍵條件是材料在加熱和冷卻過程中是否發(fā)生組織和結(jié)構(gòu)的變化。卻過程中是否發(fā)生組織和結(jié)構(gòu)的變化。鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念A(yù)1A3AcmAc1Ar1Ac3Ar3ArcmAccm三、鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度三、鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度wC（%）溫度溫度SPGEQFeFeFe

21、Fe3 3C C相圖的共析轉(zhuǎn)變部分相圖的共析轉(zhuǎn)變部分鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度是鋼在鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度是鋼在熱處理時(shí)制定加熱、保溫、熱處理時(shí)制定加熱、保溫、冷卻工藝的重要依據(jù)，由鐵冷卻工藝的重要依據(jù)，由鐵碳合金相圖確定。碳合金相圖確定。鋼的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)變溫度總鋼的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)變溫度總是滯后于理論臨界轉(zhuǎn)變溫度是滯后于理論臨界轉(zhuǎn)變溫度,即加熱時(shí)需要過熱，冷卻時(shí)即加熱時(shí)需要過熱，冷卻時(shí)需要過冷。需要過冷。 鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念鋼的奧氏體化鋼的奧氏體化奧氏體晶核的形成及長大；奧氏體晶核的形成及長大；殘余滲碳件的溶解；殘余滲碳件的溶解；奧氏體的均勻化；奧氏體的均勻化；在熱處理工藝

22、中，鋼保溫的目的是：在熱處理工藝中，鋼保溫的目的是： 、為了使工件熱透；、為了使工件熱透； 、使組織轉(zhuǎn)變完全；、使組織轉(zhuǎn)變完全； 、使奧氏體成分均勻。、使奧氏體成分均勻。奧氏體晶粒的長大：奧氏體晶粒的長大： 加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長，奧氏體晶粒越大加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長，奧氏體晶粒越大鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念四、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變四、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變五、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變五、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變兩種冷卻方式：兩種冷卻方式： 等溫冷卻等溫冷卻 將將A A快速冷至臨界溫度以下某一溫度，使快速冷至臨界溫度以下某一溫度，使A A在該溫度下轉(zhuǎn)變成其他組在該溫度下

23、轉(zhuǎn)變成其他組織，然后再冷卻至室溫?？?，然后再冷卻至室溫。 連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻 A A在逐漸降溫至室溫的過程中轉(zhuǎn)變成其他組織。在逐漸降溫至室溫的過程中轉(zhuǎn)變成其他組織。第六章 鋼的熱處理6.3 6.3 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變保溫保溫連連 續(xù)續(xù) 冷冷 卻卻臨界溫度臨界溫度等等 溫溫 冷冷 卻卻時(shí)間時(shí)間溫度溫度 加加熱熱 過冷奧氏體過冷奧氏體（Undercooling Austenite）：被過冷至臨界溫度以下、在熱力學(xué)上不穩(wěn)定、即將發(fā)生分解（即奧被過冷至臨界溫度以下、在熱力學(xué)上不穩(wěn)定、即將發(fā)生分解（即奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織）的奧氏體，稱為過冷奧氏體。氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織）的奧氏體，稱為過冷奧氏體

24、。第六章 鋼的熱處理6.3 6.3 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變保溫保溫A r1時(shí)間時(shí)間溫度溫度 加加熱熱(穩(wěn)定的穩(wěn)定的)奧氏體奧氏體過冷奧氏體過冷奧氏體過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物： 珠光體的轉(zhuǎn)變珠光體的轉(zhuǎn)變 符號(hào)：符號(hào)：P P 過冷奧氏體以緩慢的冷卻速度冷卻至室溫，或過冷奧氏體在臨界溫過冷奧氏體以緩慢的冷卻速度冷卻至室溫，或過冷奧氏體在臨界溫度以下的高溫范圍內(nèi)等溫，將轉(zhuǎn)變成珠光體。度以下的高溫范圍內(nèi)等溫，將轉(zhuǎn)變成珠光體。 典型的冷卻方式：典型的冷卻方式：爐冷（退火）爐冷（退火）珠光體相比馬氏體和貝氏體，其強(qiáng)度和硬度較低。珠光體相比馬氏體和貝氏體，其強(qiáng)度和硬度較低。 Ar1 A

25、r1 550550 珠光體珠光體 Ar1 Ar1 650650 珠光體珠光體P P 25HRC25HRC 650 650 600600 索氏體索氏體S 25HRCS 25HRC 35HRC35HRC 600 600 550550 屈氏體屈氏體T 35HRCT 35HRC 40HRC40HRC貝氏體的轉(zhuǎn)變貝氏體的轉(zhuǎn)變 符號(hào)：符號(hào)：B B 過冷奧氏體在臨界溫度以下的中溫范圍內(nèi)等溫，將轉(zhuǎn)變成貝氏體。過冷奧氏體在臨界溫度以下的中溫范圍內(nèi)等溫，將轉(zhuǎn)變成貝氏體。貝氏體的強(qiáng)度和硬度介于珠光體和馬氏體之間。貝氏體的強(qiáng)度和硬度介于珠光體和馬氏體之間。 550 550 MsMs貝氏體貝氏體B B 550 550

26、350350 上貝氏體上貝氏體B B上上 40HRC40HRC 45HRC45HRC 350 350 MsMs下貝氏體下貝氏體B B下下 45HRC45HRC 55HRC55HRC 鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念馬氏體的轉(zhuǎn)變馬氏體的轉(zhuǎn)變 符號(hào)：符號(hào)：M M過冷奧氏體以極快的冷卻速度冷卻至室溫，將轉(zhuǎn)變成馬氏體。過冷奧氏體以極快的冷卻速度冷卻至室溫，將轉(zhuǎn)變成馬氏體。 典型的冷卻方式：典型的冷卻方式：水冷或油冷（淬火）水冷或油冷（淬火） 馬氏體具有很高的強(qiáng)度和硬度。馬氏體具有很高的強(qiáng)度和硬度。l馬氏體的性能馬氏體的性能馬氏體的性能主要取決于含碳量和組織形態(tài)。馬氏體的性能

27、主要取決于含碳量和組織形態(tài)。（1 1）含碳量的影響）含碳量的影響 隨隨M的的wC%： M的硬度、強(qiáng)度的硬度、強(qiáng)度， M的塑性、韌性的塑性、韌性，M的脆性的脆性 。2 2）組織形態(tài)的影響）組織形態(tài)的影響針狀馬氏體硬度大，塑性和韌性差；板條馬氏體韌性較好，并且具有足夠針狀馬氏體硬度大，塑性和韌性差；板條馬氏體韌性較好，并且具有足夠的強(qiáng)度。的強(qiáng)度。低碳板條馬氏體低碳板條馬氏體“強(qiáng)而韌強(qiáng)而韌”。鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念MJ/m2HRCHRCakwC% 馬氏體的硬度、韌性與含碳量的關(guān)馬氏體的硬度、韌性與含碳量的關(guān)系系過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線1.1.過冷奧氏

28、體等溫轉(zhuǎn)變曲線過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線 又名又名TTTTTT曲線：曲線： T：Time(時(shí)間時(shí)間) T：Temperature(溫度溫度) T：Transformation(轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化) 曲線形似英文字母曲線形似英文字母“C C”， 故又稱故又稱“C C曲線曲線”。 以下以共析鋼以下以共析鋼C C曲線為例。曲線為例。共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念l C C曲線分析曲線分析 A A1 1線以上為奧氏體區(qū)域。線以上為奧氏體區(qū)域。 兩個(gè)兩個(gè)“C C”分別是過冷奧氏體轉(zhuǎn)分別是過冷奧氏體轉(zhuǎn) 變開始線和轉(zhuǎn)變終了線。變開始線和

29、轉(zhuǎn)變終了線。 A A1 1線以下、線以下、M Ms s以上、轉(zhuǎn)變開始線以上、轉(zhuǎn)變開始線 以左的區(qū)域是過冷奧氏體區(qū)。以左的區(qū)域是過冷奧氏體區(qū)。 轉(zhuǎn)變開始前需要一定的時(shí)間，轉(zhuǎn)變開始前需要一定的時(shí)間，稱稱孕育期孕育期（Incubation Period）。 C C曲線的曲線的“鼻尖鼻尖”處孕育期最短處孕育期最短, , 其溫度大致是其溫度大致是550550 C C。A過冷過冷A鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念 C C曲線分析（續(xù)）：曲線分析（續(xù)）： C C曲線由上至下分三個(gè)區(qū)域：曲線由上至下分三個(gè)區(qū)域： A A1 1550550 C C：珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)550550

30、 C CM Ms s：貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)M Ms sM Mf f：馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū) 以恰好與以恰好與“鼻尖鼻尖”相切的冷卻相切的冷卻速度將鋼冷卻下來時(shí)速度將鋼冷卻下來時(shí), ,過冷過冷A A將將不發(fā)生不發(fā)生P P和和B B轉(zhuǎn)變，鋼冷卻后的轉(zhuǎn)變，鋼冷卻后的組織為組織為M M。這一冷卻速度。這一冷卻速度vk k稱為稱為鋼的鋼的臨界冷卻速度臨界冷卻速度（Critical Cooling Rate）。MPBvk鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念 2. 2.過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線又稱又稱CCTCCT曲線：曲線： C：Continuous(連續(xù)連

31、續(xù)) C：Cooling(冷卻冷卻) T：Transformation(轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變) 共析鋼共析鋼CCTCCT曲線分析：曲線分析： CCTCCT曲線中只有曲線中只有P P和和M M轉(zhuǎn)變，沒有轉(zhuǎn)變，沒有B B轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 CCTCCT曲線中除曲線中除APAP轉(zhuǎn)變開始和終轉(zhuǎn)變開始和終了線外，還有一條中止線。了線外，還有一條中止線。 中止線的意義：中止線的意義：當(dāng)冷卻曲線碰到中止線時(shí)當(dāng)冷卻曲線碰到中止線時(shí),AP,AP轉(zhuǎn)變終止，隨后，未轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變終止，隨后，未轉(zhuǎn)變的A A在冷在冷至至M Ms s點(diǎn)以下將轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)以下將轉(zhuǎn)變?yōu)镸 M。共析鋼過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線共析鋼過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線鋼的熱處理鋼的熱處

32、理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念共析鋼共析鋼CCTCCT曲線分析曲線分析（續(xù)）（續(xù)）： vk稱為稱為CCTCCT曲線的臨界冷卻速度，曲線的臨界冷卻速度， 它是獲得全部它是獲得全部M M組織組織( (實(shí)際上還實(shí)際上還 含有少量的含有少量的A A ) )的最小冷卻速度。的最小冷卻速度。 冷卻速度大于冷卻速度大于vk時(shí)，轉(zhuǎn)變得到時(shí)，轉(zhuǎn)變得到M M； 冷卻速度小于冷卻速度小于vk 時(shí)，轉(zhuǎn)變得到時(shí)，轉(zhuǎn)變得到P P； 冷卻速度大于冷卻速度大于vk 而小于而小于vk時(shí)，轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn) 變得到變得到P PM M。 臨界冷卻速度越小，奧氏體越穩(wěn)臨界冷卻速度越小，奧氏體越穩(wěn) 定，越容易獲得定，越容易獲得M M

33、組織。這對(duì)淬火組織。這對(duì)淬火 工藝操作具有十分重要的意義。工藝操作具有十分重要的意義。共析鋼過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線共析鋼過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線PMSTB上上B下下鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念普通熱處理普通熱處理( (整體熱處理整體熱處理) )退火退火表面淬火表面淬火熱處理工藝熱處理工藝化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理表面熱處理表面熱處理其他熱處理其他熱處理控制氣氛熱處理控制氣氛熱處理真空熱處理真空熱處理形變熱處理形變熱處理六、熱處理的類型六、熱處理的類型1.1

34、.按加熱、冷卻方式及鋼的組織、性能不同分類按加熱、冷卻方式及鋼的組織、性能不同分類正火正火淬火淬火回火回火感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火電接觸加熱表面淬火電接觸加熱表面淬火滲碳滲碳滲氮（氮化）滲氮（氮化）碳氮共滲碳氮共滲鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念2.2.按熱處理在工件生產(chǎn)過程中的位置和作用不同分類按熱處理在工件生產(chǎn)過程中的位置和作用不同分類預(yù)備熱處理：預(yù)備熱處理：為隨后的加工或熱處理作準(zhǔn)備為隨后的加工或熱處理作準(zhǔn)備熱處理工藝熱處理工藝最終熱處理：最終熱處理：賦予工件所需的力學(xué)性能賦予工件所需的力學(xué)性能毛坯毛坯（鍛件）（鍛件）預(yù)

35、備熱處理預(yù)備熱處理（退火、正火）（退火、正火）機(jī)加工機(jī)加工（車削）（車削）最終熱處理最終熱處理（淬火、回火）（淬火、回火）精加工精加工（磨削）（磨削） 零件的典型加工工藝路線：零件的典型加工工藝路線：鋼的熱處理鋼的熱處理1 1 熱處理的基本概念熱處理的基本概念第二節(jié)鋼的退火與正火第二節(jié)鋼的退火與正火一、退火一、退火（Annealing）1.1.退火的定義退火的定義退火是將鋼加熱至臨界點(diǎn)退火是將鋼加熱至臨界點(diǎn)A Ac1c1以上或以下溫度，保溫后緩慢冷卻下來以上或以下溫度，保溫后緩慢冷卻下來以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。2.2.退火的目的退火的目的調(diào)整硬度

36、以便切削加工調(diào)整硬度以便切削加工適于機(jī)加工的硬度：適于機(jī)加工的硬度：HB170HB170230230。消除殘余內(nèi)應(yīng)力消除殘余內(nèi)應(yīng)力防止工件淬火時(shí)變形或開裂。防止工件淬火時(shí)變形或開裂。細(xì)化晶粒，改善組織細(xì)化晶粒，改善組織為最終熱處理（淬火和回火）作組織準(zhǔn)備為最終熱處理（淬火和回火）作組織準(zhǔn)備獲得粒（球）狀珠光體。獲得粒（球）狀珠光體。通常是隨爐冷卻通常是隨爐冷卻鋼的熱處理鋼的熱處理 2 2 鋼的退火與正火鋼的退火與正火3.3.退火的種類退火的種類 a a、完全退火：、完全退火： 完全退火是將鋼加熱到完全奧氏體（完全退火是將鋼加熱到完全奧氏體（Ac3Ac3以上以上3030 C C5050 C C

37、），隨之緩），隨之緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的工藝方法。慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的工藝方法。 應(yīng)用：中碳鋼及低、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛件、鑄件、熱軋型材等。應(yīng)用：中碳鋼及低、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛件、鑄件、熱軋型材等。 b b、球化退火：、球化退火： 球化退火是將鋼加熱到球化退火是將鋼加熱到AC1AC1以上以上3030 C C5050 C C ，保溫一定得時(shí)間，以不，保溫一定得時(shí)間，以不大于大于5050 C C /H/H得冷卻速度隨爐冷卻，使鋼終碳化物呈球狀得工藝方法。得冷卻速度隨爐冷卻，使鋼終碳化物呈球狀得工藝方法。 應(yīng)用：適用于共析鋼及過共析鋼。如碳素工具鋼，合金工具鋼、軸承應(yīng)用：適用

38、于共析鋼及過共析鋼。如碳素工具鋼，合金工具鋼、軸承鋼等。鋼等。 c c、去應(yīng)力退火：、去應(yīng)力退火： 去應(yīng)力退火是將鋼加熱到略低于去應(yīng)力退火是將鋼加熱到略低于A1A1得溫度，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻得溫度，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻得工藝方法。得工藝方法。 應(yīng)用：消除塑性變形、焊接、切削加工、鑄造等形成的殘余內(nèi)應(yīng)力。應(yīng)用：消除塑性變形、焊接、切削加工、鑄造等形成的殘余內(nèi)應(yīng)力。鋼的熱處理鋼的熱處理 2 2 鋼的退火與正火鋼的退火與正火二、正火二、正火（Normalizing）1.1.正火的定義正火的定義正火是將鋼加熱至正火是將鋼加熱至A Ac3c3或或A Accmccm+ 30+ 30 C C5050

39、C C，保溫后空冷以獲得近于，保溫后空冷以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。 與退火相比，正火冷卻速度快，得到較細(xì)的與退火相比，正火冷卻速度快，得到較細(xì)的P P，強(qiáng)度和硬度也較高。，強(qiáng)度和硬度也較高。2.2.正火的目的正火的目的正火的目的與退火基本相同。正火的目的與退火基本相同。3.3.正火的應(yīng)用正火的應(yīng)用消除網(wǎng)狀二次滲碳體。消除網(wǎng)狀二次滲碳體。作為要求不高的零件的最終熱處理。作為要求不高的零件的最終熱處理。作為低、中碳結(jié)構(gòu)鋼的預(yù)備熱處理，改善切削加工性能。作為低、中碳結(jié)構(gòu)鋼的預(yù)備熱處理，改善切削加工性能。鋼的熱處理鋼的熱處理 2 2 鋼的退火與正火鋼的退火與正火三、

40、退火和正火的選用三、退火和正火的選用wC%0.25%0.25%的低碳鋼宜采用正火代替退火作為預(yù)備熱處理。的低碳鋼宜采用正火代替退火作為預(yù)備熱處理。0.25%0.25%wC%0.50%0.50%的中碳鋼，可采用退火或正火作為預(yù)備熱處理。的中碳鋼，可采用退火或正火作為預(yù)備熱處理。0.50%0.50%wC%0.75%0.75%的中、高碳鋼，采用完全退火。的中、高碳鋼，采用完全退火。wC%0.75%0.75%的高碳鋼，首先用正火消除網(wǎng)狀的高碳鋼，首先用正火消除網(wǎng)狀FeFe3 3C C，再進(jìn)行球化退火。，再進(jìn)行球化退火。 退火和正火通常屬于預(yù)備熱處理。退火和正火通常屬于預(yù)備熱處理。鋼的熱處理鋼的熱處理

41、2 2 鋼的退火與正火鋼的退火與正火常用退火及正火的加熱范圍常用退火及正火的加熱范圍AFAAFe3CPFe3CFPP鋼的熱處理鋼的熱處理 2 2 鋼的退火與正火鋼的退火與正火第節(jié)鋼的淬火與回火第節(jié)鋼的淬火與回火 淬火和回火通常屬于最終熱處理。淬火和回火通常屬于最終熱處理。一、淬火一、淬火（Quenching）1.1.淬火的定義淬火的定義淬火是將鋼加熱至淬火是將鋼加熱至A Ac3c3或或A Ac1c1以上一定溫度，保溫后以大于臨界冷卻速以上一定溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度度vk k冷卻下來，以獲得馬氏體的熱處理工藝。冷卻下來，以獲得馬氏體的熱處理工藝。2.2.淬火的目的淬火的目的獲得馬氏體（有

42、時(shí)也可以是下貝氏體），提高鋼的硬度和耐磨性。獲得馬氏體（有時(shí)也可以是下貝氏體），提高鋼的硬度和耐磨性。淬火是鋼的最重要的熱處理工藝。淬火是鋼的最重要的熱處理工藝。鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火 3. 3.淬火工藝淬火工藝a a、淬火加熱溫度：、淬火加熱溫度：亞共析鋼的淬火加熱：亞共析鋼的淬火加熱：Ac3Ac3以上以上3030 C C5050 C C過共析鋼的淬火加熱：過共析鋼的淬火加熱：Ac1Ac1以上以上3030 C C5050 C Cb b、淬火冷卻介質(zhì)：油、水、鹽水、淬火冷卻介質(zhì)：油、水、鹽水、堿水等。堿水等。 4 4、淬火方法：、淬火方法： 單液淬火法：碳鋼一

43、般用水作單液淬火法：碳鋼一般用水作冷卻介質(zhì)；合金鋼用油作冷卻冷卻介質(zhì)；合金鋼用油作冷卻介質(zhì)。介質(zhì)。 雙介質(zhì)淬火：如，先水后油；雙介質(zhì)淬火：如，先水后油；先水后空氣。先水后空氣。 馬氏體分液淬火；馬氏體分液淬火； 貝氏體等溫淬火。貝氏體等溫淬火。wC / %碳鋼的淬火溫度范圍碳鋼的淬火溫度范圍溫度溫度 / CAc1FAAFe3CPFe3CFPPAc3AccmA鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火5.5.鋼的淬透性鋼的淬透性l 淬透性淬透性（Hardenability）的概念的概念 鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)獲得淬透層深度的能力。鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)獲

44、得淬透層深度的能力。簡單地講，淬透性就是鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。簡單地講，淬透性就是鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。100750255002510075503040706050距表面距離距表面距離 /mm2468馬氏體量馬氏體量 /100非馬氏體量非馬氏體量 /100硬度硬度 / HRC馬氏體或非馬氏體量馬氏體或非馬氏體量硬度硬度淬火工件截面上馬氏體量與硬度的關(guān)系淬火工件截面上馬氏體量與硬度的關(guān)系（wC=0.8%）淬透性的量度：淬透性的量度：淬透性的大小用規(guī)定條件淬透性的大小用規(guī)定條件下鋼淬火后獲得的淬硬層的下鋼淬火后獲得的淬硬層的深度表示。深度表示。淬硬層深度：淬硬層深度：由工件表面由工件表面到

45、半馬氏體區(qū)域的深度。到半馬氏體區(qū)域的深度。鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火l 影響淬透性的因素影響淬透性的因素淬透性的高低取決于鋼的過冷奧氏體的穩(wěn)定性。淬透性的高低取決于鋼的過冷奧氏體的穩(wěn)定性。過冷奧氏體的穩(wěn)定性越高，淬透性越好，反之，淬透性越差。過冷奧氏體的穩(wěn)定性越高，淬透性越好，反之，淬透性越差。 什么因素影響過冷奧氏體的穩(wěn)定性？什么因素影響過冷奧氏體的穩(wěn)定性？ C C曲線的位置。曲線的位置。 C C曲線右移，淬火臨界冷卻速度減小，淬透性提高。曲線右移，淬火臨界冷卻速度減小，淬透性提高。 凡是使鋼的凡是使鋼的C C曲線向右移的因素，均提高鋼的淬透性。曲線向右移的因素

46、，均提高鋼的淬透性。最主要因素：最主要因素：化學(xué)成分化學(xué)成分 除除CoCo外，所有溶入奧氏體中的合金元素均提高淬透性。外，所有溶入奧氏體中的合金元素均提高淬透性。 含碳量愈接近共析成分的碳鋼，其含碳量愈接近共析成分的碳鋼，其C C曲線愈靠右，淬透性越高。曲線愈靠右，淬透性越高。鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火 淬透性與淬硬性淬透性與淬硬性（Hardening Capacity）的區(qū)別：的區(qū)別： 淬透性表示鋼淬火后獲得淬透層深度的能力，取決于鋼本身。淬透性表示鋼淬火后獲得淬透層深度的能力，取決于鋼本身。 淬硬性表示鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，取決于鋼的含碳量。淬硬性表示鋼

47、淬火后所能達(dá)到的最高硬度，取決于鋼的含碳量。鋼種鋼種牌牌 號(hào)號(hào)含碳量含碳量/%淬透性淬透性淬硬性淬硬性碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 200.2小小低低碳素工具鋼碳素工具鋼 T121.2小小高高合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 20Cr2Ni40.2大大低低合金工具鋼合金工具鋼W18Cr4V0.8大大高高幾種典型鋼種淬透性與淬硬性的比較幾種典型鋼種淬透性與淬硬性的比較鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火l 淬透性的測定及其表示方法淬透性的測定及其表示方法 （1 1）末端淬火試驗(yàn)）末端淬火試驗(yàn)（End-quench Hardenability test）法法 通過端淬試驗(yàn)測定淬透性，淬透性的數(shù)值為

48、通過端淬試驗(yàn)測定淬透性，淬透性的數(shù)值為 。 （2 2）臨界淬透直徑）臨界淬透直徑（Critical Quench Diameter）法法 用鋼在某種淬火介質(zhì)中能夠完全淬透的最大直徑用鋼在某種淬火介質(zhì)中能夠完全淬透的最大直徑D D0 0表示。表示。d dHRCHRCJ J末端淬火試驗(yàn)法測定鋼的淬透性末端淬火試驗(yàn)法測定鋼的淬透性標(biāo)準(zhǔn)試樣，末端噴水標(biāo)準(zhǔn)試樣，末端噴水測試硬度測試硬度淬透性曲線淬透性曲線鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火二、回火二、回火（Tempering）1.1.回火的定義回火的定義回火是將淬火鋼加熱到回火是將淬火鋼加熱到A Ac1c1以下某一溫度，保溫后再冷卻

49、到室溫的一以下某一溫度，保溫后再冷卻到室溫的一種熱處理工藝。種熱處理工藝。2.2.回火的目的回火的目的降低或消除殘余內(nèi)應(yīng)力降低或消除殘余內(nèi)應(yīng)力防止工件變形或開裂。防止工件變形或開裂。減少或消除殘余奧氏體減少或消除殘余奧氏體穩(wěn)定組織，穩(wěn)定工件的尺寸。穩(wěn)定組織，穩(wěn)定工件的尺寸。消除淬火鋼的脆性消除淬火鋼的脆性調(diào)整工件的組織和性能，滿足工件的使用要求。調(diào)整工件的組織和性能，滿足工件的使用要求。 鋼淬火后應(yīng)及時(shí)回火。鋼淬火后應(yīng)及時(shí)回火。鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火3.3.回火工藝回火工藝l 低溫回火低溫回火（Low Tempering）目的：目的：降低淬火應(yīng)力，改善工件韌性

50、，獲得高硬度和高耐磨性。降低淬火應(yīng)力，改善工件韌性，獲得高硬度和高耐磨性。溫度：溫度：150 C250 C 。組織：組織：M M回回。性能：性能：硬度：硬度：HRC5864。 高的硬度和高的耐磨性高的硬度和高的耐磨性。應(yīng)用：應(yīng)用：工具、模具、軸承、滲碳工件、表面淬火工件等。工具、模具、軸承、滲碳工件、表面淬火工件等。鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火l 中溫回火中溫回火（Medium Tempering）目的：目的：提高工件韌性，獲得高的彈性極限和屈服強(qiáng)度。提高工件韌性，獲得高的彈性極限和屈服強(qiáng)度。溫度：溫度：350 C500 C 。組織：組織：T T回回。性能：性能：硬

51、度：硬度：HRC3545。 高的彈性，高的屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，足夠的韌性。高的彈性，高的屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，足夠的韌性。應(yīng)用：應(yīng)用：各種彈簧。各種彈簧。鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火l 高溫回火高溫回火（High Tempering）目的：目的：獲得高的韌性，足夠的強(qiáng)度和硬度。獲得高的韌性，足夠的強(qiáng)度和硬度。溫度：溫度：500 C600 C 。組織：組織：S S回回。性能：性能：硬度：硬度：HRC2535。 良好的綜合力學(xué)性能。良好的綜合力學(xué)性能。應(yīng)用：應(yīng)用：軸、齒輪、連桿等。軸、齒輪、連桿等。調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理（Thermal Refining） ：淬火加高溫回火稱為調(diào)質(zhì)

52、處理，簡稱調(diào)質(zhì)。鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，具有淬火加高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理，簡稱調(diào)質(zhì)。鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，具有良好的綜合性能，應(yīng)用廣泛。良好的綜合性能，應(yīng)用廣泛。鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火4.4.回火脆性回火脆性（Temper Brittleness）淬火鋼在某些溫度回火時(shí)，其沖擊淬火鋼在某些溫度回火時(shí)，其沖擊韌性顯著下降的現(xiàn)象稱為韌性顯著下降的現(xiàn)象稱為回火脆性回火脆性。l 第一類回火脆性第一類回火脆性出現(xiàn)的溫度范圍：出現(xiàn)的溫度范圍：250 C350 C。特點(diǎn)：特點(diǎn)：淬火鋼一旦在這一溫度范圍淬火鋼一旦在這一溫度范圍回火，就極可能產(chǎn)生這類回火脆性，回火，就極可能產(chǎn)生這類回火脆性，且

53、無法消除。且無法消除。解決辦法：解決辦法：避免將淬火鋼在該溫度避免將淬火鋼在該溫度范圍內(nèi)回火。范圍內(nèi)回火。第一類回火脆性又稱為低溫回火脆第一類回火脆性又稱為低溫回火脆性、不可逆回火脆性。性、不可逆回火脆性。鋼的沖擊韌性與回火溫度的關(guān)系鋼的沖擊韌性與回火溫度的關(guān)系鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火l 第二類回火脆性第二類回火脆性出現(xiàn)的溫度范圍：出現(xiàn)的溫度范圍：500500650650 C C。特點(diǎn)：特點(diǎn)：淬火鋼在這一溫度范圍內(nèi)淬火鋼在這一溫度范圍內(nèi)回火后，如果緩冷則會(huì)出現(xiàn)回火脆回火后，如果緩冷則會(huì)出現(xiàn)回火脆性，如果快冷則不產(chǎn)生回火脆性。性，如果快冷則不產(chǎn)生回火脆性。解決辦法

54、：解決辦法：產(chǎn)生第二類回火脆性產(chǎn)生第二類回火脆性的鋼可重新回火后進(jìn)行快速冷卻。的鋼可重新回火后進(jìn)行快速冷卻。第二類回火脆性又稱為高溫回火第二類回火脆性又稱為高溫回火脆性、可逆回火脆性。脆性、可逆回火脆性。鋼的沖擊韌性與回火溫度的關(guān)系鋼的沖擊韌性與回火溫度的關(guān)系鋼的熱處理鋼的熱處理3 3 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火第四節(jié)鋼的表面熱處理第四節(jié)鋼的表面熱處理很多零件要求表面和心部具有不同很多零件要求表面和心部具有不同的性能。的性能。齒輪。齒輪。受力分析：受力分析： 嚙合的齒表面受到很大的接觸應(yīng)力和磨擦力，只有表面具有很嚙合的齒表面受到很大的接觸應(yīng)力和磨擦力，只有表面具有很高的硬度，才能滿足要求。高

55、的硬度，才能滿足要求。 嚙合的齒表面受到交變應(yīng)力，只有表面具有很高的接觸疲勞強(qiáng)嚙合的齒表面受到交變應(yīng)力，只有表面具有很高的接觸疲勞強(qiáng)度，才能滿足要求。度，才能滿足要求。 嚙合的齒受到彎曲應(yīng)力和時(shí)有的沖擊載荷，只有齒心部具有高嚙合的齒受到彎曲應(yīng)力和時(shí)有的沖擊載荷，只有齒心部具有高的韌性和足夠的強(qiáng)度，才能保證不斷齒，滿足要求。的韌性和足夠的強(qiáng)度，才能保證不斷齒，滿足要求。鋼的熱處理鋼的熱處理4 4 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理一、鋼的表面淬火一、鋼的表面淬火（Surface Quenching of Steels）1.1.表面淬火的定義表面淬火的定義表面淬火是在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織的情況下

56、，利用快速表面淬火是在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織的情況下，利用快速加熱將表面層奧氏體化后進(jìn)行淬火，以強(qiáng)化工件表面的熱處理工藝。加熱將表面層奧氏體化后進(jìn)行淬火，以強(qiáng)化工件表面的熱處理工藝。2.2.表面淬火用材料及表面淬火后的組織表面淬火用材料及表面淬火后的組織l 表面淬火用材料表面淬火用材料 典型材料：典型材料：中碳鋼和中碳合金鋼。中碳鋼和中碳合金鋼。45,40Cr45,40Cr等等l 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理 典型工藝：典型工藝：調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理。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。l 表面淬火后的組織表面淬火后的組織 預(yù)備熱處理為調(diào)質(zhì)：預(yù)備熱處理為調(diào)質(zhì)：表面表

57、面M M回回，心部，心部S S回回。 預(yù)備熱處理為正火：預(yù)備熱處理為正火：表面表面M M回回，心部，心部F FS S。鋼的熱處理鋼的熱處理4 4 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理3.3.感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火l 感應(yīng)加熱表面淬火的基本原理感應(yīng)加熱表面淬火的基本原理集膚效應(yīng)：集膚效應(yīng)：當(dāng)感應(yīng)線圈中的交變電流在工件表面當(dāng)感應(yīng)線圈中的交變電流在工件表面感生出感應(yīng)電流時(shí)，該感應(yīng)電流絕大部感生出感應(yīng)電流時(shí)，該感應(yīng)電流絕大部分分布在工件表面，而工件內(nèi)部幾乎沒分分布在工件表面，而工件內(nèi)部幾乎沒有電流通過，這種現(xiàn)象稱為有電流通過，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)。感應(yīng)加熱表面淬火原理：感應(yīng)加熱表面淬火原理：

58、基于集膚效應(yīng)，工件表面被迅速加熱基于集膚效應(yīng)，工件表面被迅速加熱到奧氏體化溫度（幾秒鐘即升至到奧氏體化溫度（幾秒鐘即升至80080010001000 C C），而工件內(nèi)部幾乎未被加熱，），而工件內(nèi)部幾乎未被加熱，隨后噴水冷卻，實(shí)現(xiàn)表面淬火。隨后噴水冷卻，實(shí)現(xiàn)表面淬火。感應(yīng)加熱表面淬火示意圖感應(yīng)加熱表面淬火示意圖鋼的熱處理鋼的熱處理4 4 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理感應(yīng)電流透入工件表面層的深度：感應(yīng)電流透入工件表面層的深度：取決于交變電流的頻率。取決于交變電流的頻率。 ：感應(yīng)電流的透入深度（：感應(yīng)電流的透入深度（mmmm）；）； ：工件的電阻率（：工件的電阻率（ mmmm2 2/m/m）；）；

59、 ：工件的磁導(dǎo)率（：工件的磁導(dǎo)率（H/mH/m）；）； f f：交變電流的頻率（：交變電流的頻率（HzHz）。）。f503鋼的熱處理鋼的熱處理4 4 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理l 感應(yīng)加熱表面淬火的種類感應(yīng)加熱表面淬火的種類（1 1）高頻感應(yīng)加熱）高頻感應(yīng)加熱 電流頻率：電流頻率：250250300kHz300kHz。 淬硬層深度：淬硬層深度：0.50.52.0mm2.0mm。 應(yīng)用：應(yīng)用：中、小模數(shù)齒輪及中、小尺寸的軸件。中、小模數(shù)齒輪及中、小尺寸的軸件。（2 2）中頻感應(yīng)加熱）中頻感應(yīng)加熱 電流頻率：電流頻率：250025008000kHz8000kHz。 淬硬層深度：淬硬層深度：2 2

60、10mm10mm。 應(yīng)用：應(yīng)用：較大尺寸的軸和大、中模數(shù)齒輪。較大尺寸的軸和大、中模數(shù)齒輪。（3 3）工頻感應(yīng)加熱）工頻感應(yīng)加熱 電流頻率：電流頻率：50Hz50Hz。 淬硬層深度：淬硬層深度：101015mm15mm。 應(yīng)用：應(yīng)用：要求淬硬層很深的工件。要求淬硬層很深的工件。鋼的熱處理鋼的熱處理4 4 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理二、鋼的化學(xué)熱處理二、鋼的化學(xué)熱處理（Chemical Heat Treatment of Steels）1.1.化學(xué)熱處理的定義化學(xué)熱處理的定義化學(xué)熱處理是將鋼工件放在一定的活性介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)化學(xué)熱處理是將鋼工件放在一定的活性介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的