第五章鋼的熱處理

金屬工藝學(xué)第五章鋼的熱處理

鋼的退火與正火鋼的淬火鋼的回火鋼的表面熱處理鋼的化學(xué)熱處理簡介概述1、熱處理的定義:鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需組織和性能的工藝過程。時(shí)間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能。3.熱處理的應(yīng)用范圍:整個(gè)制造業(yè)。4.按目的、加熱條件和特點(diǎn)不同熱處理分為熱處理普通熱處理表面熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;在機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過熱處理。在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。模具、滾動(dòng)軸承100%需經(jīng)過熱處理?？傊?，重要零件都需適當(dāng)熱處理后才能使用。

一、鋼的退火將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻

(爐冷)的熱處理工藝叫做退火。真空退火爐

熱處理視頻教程鋼的退火.avi

退火目的⑴降低硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。⑵

消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。⑶細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。

1、退火：將鋼加熱到適當(dāng)溫度（臨界溫度以上30～50℃

），保溫一定時(shí)間，然后在爐中緩慢地冷卻的熱處理工藝。2、目的——為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備

1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；

2）細(xì)化晶粒，消除組織缺陷；

3）消除內(nèi)應(yīng)力。3、分類退火完全退火等溫退火球化退火均勻化退火去應(yīng)力退火根據(jù)鋼的成分和處理目的的不同，可分為1）完全退火定義：將鋼加熱Ac3以上30~50oC,完全奧氏體后，保溫一定時(shí)間隨之緩慢冷卻到600oC以下，出爐空冷。組織：細(xì)小而均勻的平衡組織（鐵素體+珠光體）目的：細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，以利于切削加工。適用范圍：亞共析鋼型材。2）球化退火定義：將鋼加熱到Ac1以上20~30oC，保溫后隨爐緩冷至600oC，出爐空冷，使鋼中碳化物呈球狀的工藝方法。組織：球狀珠光體（滲碳體呈球形的細(xì)小顆粒，彌散分布在鐵素體基體中）目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。適用范圍：主要用于過共析鋼、合金工具鋼。3）均勻化退火（擴(kuò)散退火）定義：將鋼加熱到Ac3以上150~300oC，長時(shí)間保溫后隨爐緩冷。目的：使鋼中的化學(xué)成分和組織均勻化適用范圍：主要用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件、鍛坯。4）去應(yīng)力退火定義：將鋼加熱到Ac1以下（一般約為500—600oC），保溫后隨爐緩冷至200--300oC出爐空冷，又稱低溫退火。目的：消除鑄件、鍛件和焊接件的內(nèi)應(yīng)力。（沒有發(fā)生組織變化）適用范圍：用于所有的鋼。5）再結(jié)晶退火主要用于經(jīng)冷變形的鋼

正火是將工件加熱到一定時(shí)間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。

1、正火的目的

⑴與退火有類似的功能：細(xì)化晶粒、改善硬度、消除內(nèi)應(yīng)力；二、鋼的正火正火比退火冷卻速度大。2、注：要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火(優(yōu)選正火，因?yàn)槠淞W(xué)性能好、操作簡單、周期短)。

⑵對(duì)于低碳鋼和低低合金鋼退火后，硬度一般都在160HBS以下，正火可以提高硬度，改善切削加工性；正火熱處理視頻教程鋼的正火.avi

淬火是將鋼加熱到一定溫度，保溫后快速冷卻的熱處理工藝。

淬火是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。真空淬火爐三、鋼的淬火1、淬火介質(zhì)常用淬火介質(zhì)是水和油.水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫冷卻能力太大，只用于形狀簡單的碳鋼件。油在低溫冷卻能力較理想，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。鋼的淬火.wmv

提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。與回火配合，提高鋼的綜合力學(xué)性能。2、淬火目的

3、鋼的淬硬性

鋼的淬硬性是指鋼經(jīng)淬火后能達(dá)到的最高硬度。主要取決于鋼中的碳含量，碳含量越高，獲得的硬度越高，淬硬性越好。

淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度來表示。

4、鋼的淬透性

淬透性主要取決于鋼的化學(xué)成分和淬火冷卻方式。淬透性與淬硬層深度的關(guān)系

淬透性越好，淬硬層越深。同一材料的淬硬層深度與工件尺寸、冷卻介質(zhì)有關(guān)。工件尺寸小、介質(zhì)冷卻能力強(qiáng)，淬硬層深。思考油冷工件與水冷工件誰的淬透性好？討論加工零件時(shí)，材料太硬怎么辦?

加工完成后使用時(shí)，硬度不夠了怎么辦?家里用的鐵錘加工好之后，用它砸東西，錘頭上總是有坑出現(xiàn)，怎么辦?3.冬天生爐子用的爐鉤，為什么形狀總是在變?四、鋼的回火1、定義：將淬火后鋼件再加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間后，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。2、目的：消除淬火應(yīng)力，降低脆性；穩(wěn)定工件尺寸；調(diào)整淬火零件的力學(xué)性能。

3、回火的種類按回火溫度的不同，回火可分以下三種：低溫回火：150oC~250oC中溫回火：350oC~500oC高溫回火：500oC~650oC回火種類廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、螺栓、連桿等熱處理。適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件，合金刃具，量具，滾動(dòng)軸承。

應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，具有良好的塑性和韌性。

提高強(qiáng)度，同時(shí)使工件具有一定韌性。在保留高硬度、高耐磨性的同時(shí)，降低內(nèi)應(yīng)力?；鼗鹉康?/p>

適用于彈簧板簧熱處理回火溫度150-250℃250-500℃500-650℃低溫回火中溫回火高溫回火

淬火加高溫回火的綜合熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理，簡稱調(diào)質(zhì)。根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類。

表面淬火化學(xué)熱處理工藝的核心:使零件具有“表硬里韌”的力學(xué)性能。五、鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理一、表面淬火1、定義：是一種不改變鋼表層化學(xué)成分，但改變表層組織，且信步組織不發(fā)生變化的局部熱處理工藝。2、工藝特征：通過快速加熱至淬火溫度，使鋼的表層奧氏體化，然后急冷以大于Vc的速度冷卻，使表層形成馬氏體組織，而心部仍保持不變。3、表面淬火應(yīng)用:

選用中碳或中碳低合金鋼。40、45、40Cr、40MnB等。4、表面淬火加工的方法:

感應(yīng)加熱(高、中、工頻)、火焰加熱、電接觸加熱法等。（一）感應(yīng)加熱表面淬火1、感應(yīng)加熱的基本原理感應(yīng)加熱表面淬火示意圖集膚效應(yīng)示意圖2、工藝要求*表面淬火前,必須對(duì)零件進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理,以保證零件有良好的基體。*表面淬火后,必須對(duì)零件進(jìn)行低溫回火處理,以降低淬火應(yīng)力和脆性。3、生產(chǎn)特點(diǎn):

淬火件的質(zhì)量好;工件變形小;不易氧化及脫碳;淬火層容易控制;生產(chǎn)率高。設(shè)備投資大,不適于復(fù)雜形狀零件和小批量生產(chǎn)。2、火焰加熱表面淬火的特點(diǎn):*設(shè)備簡單,操作方便,成本低。*淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。*適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。二、化學(xué)熱處理

1、定義：將零件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中,通過加熱、保溫，使介質(zhì)中一種或幾種元素原子滲入工件表層，以改變鋼表層的化學(xué)成分和組織的熱處理工藝。2、化學(xué)熱處理的基本過程:吸收:活性原子被零件表面吸收和溶解。擴(kuò)散:活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散,形成一定的擴(kuò)散層。分解:化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。

2COCO2+〔C〕3、化學(xué)熱處理進(jìn)行的條件:1）滲入元素的原子必須是活性原子,而且具有較大的擴(kuò)散能力。2）零件本身具有吸收滲入原子的能力,

即對(duì)滲入原子有一定的溶解度或能與之化合,

形成化合物。4、化學(xué)熱處理的種類:

滲碳;滲氮;碳氮共滲;滲硼;滲鋁;滲硫;滲硅;滲鉻等。（一）鋼的滲碳(Carburizeofsteel)1、定義:

向鋼的表面滲入碳原子的過程。2、目的:

獲得具有表硬里韌性能的零件。3、用鋼:低碳鋼和低碳合金鋼。4、方法:

固體、氣體、液體滲碳。

固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱

氣體滲碳法示意圖二、鋼的滲氮1、定義:向鋼的表面滲入氮原子的過程。2、目的:獲得具有表硬里韌及抗蝕性能的零件。3、用鋼:中碳合金鋼。4、方法:氣體滲氮。5、工藝：加熱溫度500～600℃;

保溫時(shí)間0.3～0.5mm/20～50h。6、熱處理特點(diǎn)：滲氮前需調(diào)質(zhì)處理;

滲氮后不需熱處理。7、滲氮處理后的組織

表層：Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、

MoN、TiN、VN。

心部：S回。8、常用的鋼種：35CrMo、18CrNiW、

38CrMoAlA(氮化王牌鋼)等。

滲碳與滲氮的工藝特點(diǎn)處理后是否需要熱處理處理時(shí)間(h)處理溫度(℃)名稱需要3～9900～950滲碳不需要20～50500～600滲氮（三）鋼的碳氮共滲---氰化處理1)定義:向鋼的表面同時(shí)滲入碳和氮原子的過程。2)目的:獲得具有表硬里韌性能的零件。3)方法:固體碳氮共滲氣體碳氮共滲液體碳氮共滲高溫中溫低溫4)工藝:合金結(jié)構(gòu)鋼HRC53～60中溫氣體碳氮共滲800～8601～8