1、鋼的熱處理及金屬的表面處理第1頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三教學(xué)目的與要求： 1.了解熱處理的基本原理。 2.掌握常用熱處理的主要工藝過程、作用與應(yīng)用。 3.了解機(jī)械零件常用的表面防護(hù)方法。第2頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三教學(xué)內(nèi)容： 1.鋼的熱處理的基本原理。 2.鋼的常規(guī)熱處理的種類，工藝過程，作用及應(yīng)用。 3.鋼的表面熱處理的種類，工藝過程，作用及應(yīng)用。 4.鋼的熱處理工藝選用。 5.金屬的表面防護(hù)處理。重點(diǎn)： 鋼的常用熱處理，作用及應(yīng)用。難點(diǎn)： 鋼的熱處理的基本原理。第3頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三本

2、章主要閱讀文獻(xiàn)： 1、周鳳云主編. 工程材料及應(yīng)用. 武漢：華中科技 大學(xué)出版社，2002。 2、于永泗主編.機(jī)械工程材料. 大連：大連理工大學(xué) 出版社，2003。 3、盧秉恒主編. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ). 北京：機(jī)械工 業(yè)出版社，1999 。第4頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三1. 熱處理及其主要參數(shù)熱處理就是在固態(tài)下，將金屬以一定的加熱速度加熱到預(yù)定的溫度，保溫一定的時(shí)間，再以預(yù)定的冷卻速度進(jìn)行冷卻的綜合工藝方法 。加熱溫度（T）、保時(shí)溫間（t）、冷卻速度(V冷)是熱處理過程中的三個(gè)主要工藝參數(shù)。改變工藝參數(shù)就可以得到不同的性能，其原因是不同工藝參數(shù)下的熱處理得到不同

3、的組織，從而獲得不同的性能。 熱處理工藝曲線示意圖 第5頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三熱處理工藝曲線示意圖第6頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三2. 熱處理的主要作用 改變工件的內(nèi)部組織； 改變工件的性能，便于切削加工，或者滿足工件使用性能 的要求； 改變工件表層的成分、組織、性能； 熱處理可以消除鑄造、鍛造、焊接等加工工藝過程中所造 成的多種缺陷。第7頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三3. 熱處理的分類第8頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三4. 表面處理表面處理是指通過化學(xué)或電化學(xué)的方法使金屬

4、表面或表層生成新的物質(zhì)，這些物質(zhì)具有不同于工件基體的性能，從而提高工件表層的耐腐蝕性、硬度，或者起到裝飾作用。表面處理工藝方法有很多，除了以上介紹的表面熱處理工藝方法以外，還有噴丸處理、高密度太陽能表面處理、離子注入表面處理、發(fā)黑處理、發(fā)藍(lán)處理等。第9頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 （一）相變溫度第一節(jié) 鋼的熱處理基本原理第10頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三（二）奧氏體的形成和晶粒長大 1、 奧氏體的形成(1) A晶核的形成； (2) A晶粒的長大；(3) 殘余Fe3C溶解； (4) A均勻化階段。共析鋼的奧氏體形

5、成過程 第11頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三2、影響A晶粒大小的因素圖3-4 加熱溫度對晶粒度的影響 為得到好的機(jī)械性能，就要控制A晶粒的大小。（1）材質(zhì)方面（2）工藝因素方面加熱溫度：如過高，A晶粒長大，一般剛好超過相變溫度。保溫時(shí)間：時(shí)間長，A晶粒長大。第12頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 鋼的熱處理冷卻有兩種方式：等溫冷卻與連續(xù)冷卻。第13頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三(一)等溫冷卻組織轉(zhuǎn)變（以共析鋼為例）第14頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三1. 高溫組

6、織轉(zhuǎn)變2. 中溫組織轉(zhuǎn)變3. 低溫組織轉(zhuǎn)變第15頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三珠光體3800倍索氏體8000倍屈氏體8000倍珠光體型組織第16頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三電子顯微照片 5000 倍光學(xué)顯微照片 500 倍上貝氏體形態(tài)光學(xué)顯微照片 500倍 下貝氏體形態(tài)電子顯微照片 12000倍 第17頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三板條馬氏體片狀馬氏體 第18頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三馬氏體形態(tài)與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系第19頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三（

7、二）共析鋼的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變第20頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三一、退火概念： 將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后隨爐冷或?qū)⒐ぜ袢胧业壤鋮s能力弱的介質(zhì)中緩慢冷卻到600以下，再空冷至室溫的熱處理工藝稱為退火。退火工藝方法： 完全退火 不完全退火 擴(kuò)散退火 再結(jié)晶退火 去應(yīng)力退火第二節(jié) 鋼的普通熱處理第21頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三1. 完全退火（亞共析鋼）完全退火 是將鋼件加熱至Ac3以上2030，經(jīng)過完全奧氏體化后進(jìn)行緩慢冷卻，以獲得近于平衡組織的熱處理工藝，。作用和目的 細(xì)化晶粒 均勻組織 消除內(nèi)應(yīng)力 降低硬度 改善鋼的切

8、削加工性 第22頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三2. 不完全退火（球化退火）（共析鋼和過共析鋼）不完全退火 是將鋼加熱至Ac1+（2040）之間，經(jīng)過保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。 作用和目的 使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化（退火前正火將網(wǎng)狀滲碳體破碎），以降低硬度，改善切削加工性能；并為以后的淬火作組織準(zhǔn)備。 第23頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三3. 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火（又稱均勻化退火） 是將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。作用和目的 消除鑄錠或鑄

9、件在凝固過程中產(chǎn)生的成分偏析，使成分和組織均勻化。第24頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三4. 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 是把冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶粒而消除加工硬化的熱處理工藝。 作用和目的 就是要消除加工硬化，降低強(qiáng)度和硬度，使鋼的機(jī)械性能恢復(fù)到冷變形前的狀態(tài)。 第25頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三5. 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 為消除鑄造、鍛造、焊接和機(jī)加工、冷變形等冷熱加工在工件中造成的殘留內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)行的低溫退火，稱為去應(yīng)力退火。 作用和目的 減少和消除工件在鑄造、鍛造、焊接、切削、熱處

10、理等加工過程中產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件的尺寸，防止工件的變形。 第26頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三第27頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三二、正火正火 鋼材或鋼件加熱到Ac3(對于亞共析鋼)和Accm(對于過共析鋼)以上30 50 , 保溫適當(dāng)時(shí)間后, 在自由流動(dòng)的空氣中均勻冷卻的熱處理稱為正火。正火后的組織 亞共析鋼為F+S 共析鋼為S 過共析鋼為S+Fe3CII 第28頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三正火的目的： 正火的目的是使鋼的組織正?；?，亦稱?；幚恚话阌糜谝韵路矫妫?. 改善鋼的切削加工性能；2.

11、消除工件的熱加工缺陷；3. 消除過共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體，便于球化退火；4. 代替調(diào)質(zhì)處理作為最終熱處理，提高加工效率。第29頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三三、淬火 淬火就是把鋼件加熱到Ac3或Ac1以上溫度，經(jīng)過保溫后速冷卻至室溫的熱處理工藝。1. 淬火的目的 （兩種方法）等溫淬火：目的是獲得下貝氏體普通淬火：目的是獲得馬氏體第30頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三2. 淬火工藝淬火質(zhì)量取決于淬火的三個(gè)要素： 加熱溫度 保溫時(shí)間 冷卻速度第31頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三1）加熱溫度第32頁，共55頁，2022年，

12、5月20日，22點(diǎn)56分，星期三2）保溫時(shí)間 保溫的目的是使工件燒透，組織轉(zhuǎn)變充分。保溫時(shí)間主要根據(jù)鋼的成分特點(diǎn)、加熱介質(zhì)和零件尺寸來確定。 3）冷卻速度為了獲得馬氏體組織，工件在淬火冷卻介質(zhì)中的冷卻必須有足夠快的冷卻速度。實(shí)際冷卻速度V必須大于該鋼的臨界淬火冷卻速度VC。 第33頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三3. 常用的淬火方法第34頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三4. 鋼的淬硬性與淬透性1）鋼的淬硬性定義： 是指鋼能夠淬硬的程度，也就是鋼淬火后得到的馬氏體的硬度的高低。它是指鋼在正常淬火 條件下可能達(dá)到的最高硬度。實(shí)際意義： 當(dāng)要求硬度

13、高、耐磨性好時(shí)，應(yīng)選用含碳量高的鋼。 影響因素： C%=0.8%以下，含C量增加，淬硬性提高； C%0.8%以后，沒有明顯提高。 例：T10 40Cr 20CrMnTi 第35頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三2）鋼的淬透性 定義： 是指鋼在一定淬火條件下淬火獲得馬氏體層深度的多少，以鋼在一定淬火條件下得到馬氏體深度來表示，深度越大，淬透性越好。 實(shí)際意義： 淬透性是合理選用鋼材及制定熱處理工藝的重要依據(jù)之一。 影響因素： 鋼的淬透性主要與合金元素及其含量有關(guān)，合金元素（除鈷、鋁外）使“C”曲線右移，減小臨界淬火冷卻速度，提高鋼的淬透性。例：20CrMnTi 40Cr

14、T10 第36頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三5. 鋼的主要淬火缺陷1）硬度過低或硬度過高2) 脆性過大3）過熱與過燒4）變形與開裂第37頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三四、回火 回火是把淬火后的工件重新加熱到A1以下某一溫度，經(jīng)保溫后空冷至室溫的熱處理工藝。 1、回火的目的 消除內(nèi)應(yīng)力 ； 穩(wěn)定工件組織 ； 調(diào)整組織、性能 。第38頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三2、回火的種類 低溫回火（150250）回火組織： 亞共析鋼低溫回火后組織為回火馬氏體(回火M)。 過共析鋼低溫回火后組織為回火馬氏體碳化物殘余 奧氏體。

15、目的： 降低淬火應(yīng)力，提高工件韌性，保證淬火后的高硬度(一般為58 HRC64 HRC)和高耐磨性。應(yīng)用： 用于處理各種高碳鋼工具、模具、滾動(dòng)軸承以及滲碳和表面淬火的零件。第39頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三 中溫回火（350500）回火組織： 回火屈氏體，是極細(xì)小的鐵素體與球狀滲碳體的混合物 。目的： 是提高彈性和韌性，并保持一定的硬度(一般為35 HRC45 HRC) 。應(yīng)用： 用于各種彈簧、鍛模、壓鑄模等工件的熱處理。第40頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三 高溫回火（500650） 回火組織： 回火索氏體，是較細(xì)小的鐵素體與球狀滲碳體

16、的混合物。目的： 使具有一定強(qiáng)度和硬度，又有較高的沖擊韌性，也就是具有良好的綜合機(jī)械性能。應(yīng)用： 用于受力大而復(fù)雜的零件，如傳動(dòng)軸、連桿、曲軸、齒輪等 。淬火后高溫回火這一綜合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理 。第41頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三3、回火工藝參數(shù)回火溫度和回火時(shí)間4、鋼在回火時(shí)主要缺陷硬度過低硬度過高、脆性過大第42頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三一、鋼的表面淬火1、表面淬火 表面淬火是利用快速加熱的方法，使鋼件表層迅速奧氏體化，當(dāng)熱量尚未傳至心部時(shí)，將其迅速冷卻。 2、種類 感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、激光加熱表面淬火、電

17、接觸加熱表面淬火等 第三節(jié) 鋼的表面熱處理第43頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三3、應(yīng)用材料、組織性能 表面淬火一般用于中碳鋼和中碳低合金鋼,如45、40Cr、40MnB鋼等。 調(diào)質(zhì)處理+表面淬火+低溫回火，表層得到回火馬氏體，硬而耐磨；心部為回火索氏體，強(qiáng)而韌。 用于齒輪、軸類等零件的表面硬化，提高耐磨性。第44頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三4、感應(yīng)加熱表面淬火 （1）原理過程感應(yīng)加熱表面淬火示意圖感應(yīng)加熱表面淬火第45頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三 （2）種類 高頻淬火； 中頻淬火； 工頻淬火 （3）特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

18、：a、高質(zhì)高效；缺點(diǎn)：b、投入較大； c、專用感應(yīng)加熱圈，中間形狀和零件形狀相似； d、靈活性差； e、零件尺寸較大、數(shù)量較小的不適合。 （4）應(yīng)用 較大批量，零件數(shù)量較多，形狀規(guī)則簡單中小尺寸件）。 第46頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三二、化學(xué)熱處理1、化學(xué)熱處理 化學(xué)熱處理是將工件放入一定的化學(xué)介質(zhì)中，經(jīng)過加熱保溫，使介質(zhì)中分解產(chǎn)生一種或幾種元素的活性原子被工件表面吸收，并向表層一定深度擴(kuò)散，從而改變其表層化學(xué)成分、組織和性能的一種熱處理工藝方法。 2、種類 滲碳、滲氮（氮化）、碳氮共滲（氰化）、滲硼、滲金屬（如滲鋁、滲鉻） 等。第47頁，共55頁，2022年，

19、5月20日，22點(diǎn)56分，星期三3、常用方法（1）滲碳 滲碳是把工件置于滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使活性碳原子產(chǎn)生并滲入工件表層的化學(xué)熱處理方法。1）設(shè)備與過程井式氣體滲碳電阻爐結(jié)構(gòu)示意圖1-風(fēng)扇 2-廢氣出口 3-爐蓋 4-砂封 5-電阻元件 6-耐熱罐 7-工件 8-爐體 9-滲劑入口 第48頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三2）適用材料、組織性能滲碳用鋼一般為低碳鋼。表面滲碳 整體淬火+回火表層為高碳回火馬氏體，硬而耐磨；內(nèi)部為低碳回火馬氏體，較好的強(qiáng)韌性。3）特點(diǎn)（與表面淬火相比） 優(yōu)點(diǎn)：更硬更耐磨； 缺點(diǎn)：效率低、費(fèi)用高，并且易變形。4）應(yīng)用 一般應(yīng)用于受力較大、表面摩擦較大的低碳鋼件。 如齒輪、軸類、鏈條、套筒等。 第49頁，共55頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)56分，星期三（2）滲氮（氮化）滲氮：向工件表面滲入活性氮原子，在工件表層獲得一定深度的富氮硬化層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲氮（氮化）。1）設(shè)備過程 2）適用材料、組織性能氮化用鋼通常是含有Al、Cr、Mo等元素的合金鋼。氮化用鋼 調(diào)制處理 表面滲氮表層：氮化物質(zhì)，HRC70以上，硬度更高，耐磨性更好， 耐熱，耐腐蝕，抗疲勞性都好。內(nèi)部：中碳合金回火索氏體，具有更高的強(qiáng)度，