1、中職機(jī)械鋼材熱處理2教學(xué)ppt課件中職機(jī)械鋼材熱處理2教學(xué)ppt課件【學(xué)習(xí)目標(biāo)】本單元主要介紹鋼材熱處理的定義、分類(lèi)、原理及其各種工藝的應(yīng)用范圍，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，第一，要了解鋼材熱處理的定義和分類(lèi)，以便為學(xué)習(xí)后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)；第二，要了解鋼材熱處理的原理(如鋼的加熱與冷卻過(guò)程等內(nèi)容)，了解鋼材熱處理的本質(zhì)是通過(guò)不同的加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度等方式進(jìn)行組合，最終獲得所需的組織與性能；第三，初步了解各種熱處理工藝在零件生產(chǎn)中的應(yīng)用，為以后零件制定熱處理工藝建立感性經(jīng)驗(yàn)，如了解彈簧零件的熱處理工藝、軸與齒輪類(lèi)零件的熱處理工藝等，這樣學(xué)習(xí)可以做到觸類(lèi)旁通，提高學(xué)習(xí)效率。第六單元鋼材熱處理【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

2、本單元主要介紹鋼材熱處理的定義、分類(lèi)、原理及其圖6-1熱處理工藝曲線(xiàn)示意圖綜合知識(shí)模塊一熱處理概念 熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)金屬材料或工件進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理工藝方法較多，但其過(guò)程都是由加熱、保溫、冷卻三個(gè)階段組成。熱處理工藝可用加熱與冷卻曲線(xiàn)來(lái)表示，如圖6-1所示。第六單元鋼材熱處理圖6-1熱處理工藝曲線(xiàn)示意圖綜合知識(shí)模塊一熱處理概念 能力知識(shí)點(diǎn)一相變點(diǎn)金屬材料在加熱或冷卻過(guò)程中，發(fā)生相變的溫度稱(chēng)為相變點(diǎn)或臨界點(diǎn)。鐵碳合金相圖中的臨界點(diǎn)是在極其緩慢的加熱或冷卻條件下測(cè)得的，而實(shí)際生產(chǎn)中的加熱和冷卻并不是極其緩慢的，所以，實(shí)際發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度與鐵碳合

3、金相圖中所示的理論臨界點(diǎn)A1、A3、Acm之間有一定的偏離，如圖6-2所示。圖6-2實(shí)際加熱(冷卻)時(shí)，F(xiàn)e-Fe3C相圖上各相變點(diǎn)的位置第六單元鋼材熱處理能力知識(shí)點(diǎn)一相變點(diǎn)圖6-2實(shí)際加熱(冷卻)時(shí)，F(xiàn)e-能力知識(shí)點(diǎn)二奧氏體的形成 研究證明，奧氏體的形成是通過(guò)形核和核長(zhǎng)大過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變可以分為四個(gè)階段：(1) 奧氏體形核(2) 奧氏體長(zhǎng)大(3) 殘余滲碳體溶解(4) 奧氏體成分均勻化奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，其化學(xué)成分處于不均勻狀態(tài)，在原來(lái)鐵素體之處碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，在原來(lái)滲碳體之處碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。圖63為共析鋼奧氏體形核及其長(zhǎng)大過(guò)程示意圖。圖6-3共析鋼奧氏體形核及其長(zhǎng)大過(guò)程

4、示意圖a)奧氏體形核b)奧氏體晶核長(zhǎng)大c)殘余滲碳體溶解d)奧氏體成分均勻化第六單元鋼材熱處理能力知識(shí)點(diǎn)二奧氏體的形成 研究證明，奧氏體的形成是能力知識(shí)點(diǎn)三奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制措施 鋼材中奧氏體晶粒的大小直接影響到冷卻后的組織和性能。奧氏體晶粒細(xì)小，則其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶粒也較細(xì)小，其力學(xué)性能也較好；反之，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶粒則粗大，其性能則較差。1.合理選擇加熱溫度和保溫時(shí)間2.選用含有合金元素的鋼第六單元鋼材熱處理能力知識(shí)點(diǎn)三奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制措施 鋼材中奧氏表6-1w(C)=0.45%的非合金鋼加熱到840，以不同方法冷卻后的力學(xué)性能綜合知識(shí)模塊三鋼材在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 實(shí)踐證明，同一化學(xué)成分

5、的鋼材，加熱到奧氏體狀態(tài)后，若采用不同的冷卻方法和冷卻速度進(jìn)行冷卻，將得到形態(tài)不同的各種組織，從而獲得不同的性能，見(jiàn)表6-1。第六單元鋼材熱處理表6-1w(C)=0.45%的非合金鋼加熱到840，以不圖6-4等溫冷卻曲線(xiàn)和連續(xù)冷卻曲線(xiàn)鋼材在冷卻時(shí)，可以采取兩種冷卻轉(zhuǎn)變方式：等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變，如圖6-4所示。第六單元鋼材熱處理圖6-4等溫冷卻曲線(xiàn)和連續(xù)冷卻曲線(xiàn)鋼材在冷卻時(shí)，可以采表6-2共析鋼過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能 等溫轉(zhuǎn)變是指工件奧氏體化后，冷卻到臨界點(diǎn)以下的某一溫度區(qū)間內(nèi)等溫保持時(shí)，過(guò)冷奧氏體發(fā)生的相變。表6-2是共析鋼過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能。第六單

6、元鋼材熱處理表6-2共析鋼過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能 圖6-5各種退火、正火加熱溫度范圍示意圖綜合知識(shí)模塊四退火與正火 退火與正火是鋼材常用的兩種基本熱處理工藝方法，主要用來(lái)熱處理鋼制毛坯件，為以后切削加工和最終熱處理做組織準(zhǔn)備。能力知識(shí)點(diǎn)一退火 各種退火工藝與正火工藝的加熱溫度范圍如圖6-5所示。部分退火工藝曲線(xiàn)與正火工藝曲線(xiàn)如圖6-6所示。第六單元鋼材熱處理圖6-5各種退火、正火加熱溫度范圍示意圖綜合知識(shí)模塊四退圖6-6部分退火、正火工藝曲線(xiàn)示意圖第六單元鋼材熱處理圖6-6部分退火、正火工藝曲線(xiàn)示意圖第六單元鋼材熱處理圖6-7球狀珠光體顯微組織1.完全退火2.球化退火 球化退

7、火是使工件中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火，所得到的室溫組織為鐵素體基體上均勻分布著球狀(粒狀)滲碳體，即球狀珠光體組織，如圖6-7所示。3.去應(yīng)力退火第六單元鋼材熱處理圖6-7球狀珠光體顯微組織1.完全退火2.球化退火第六單能力知識(shí)點(diǎn)二正火 正火是指工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。在生產(chǎn)中正火主要應(yīng)用于如下場(chǎng)合：1)改善切削性能。2)消除網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作組織準(zhǔn)備。3)用于普通結(jié)構(gòu)零件或某些大型非合金鋼工件的最終熱處理，以代替調(diào)質(zhì)處理，如鐵道車(chē)輛的車(chē)軸。4)用于淬火返修件，消除應(yīng)力，細(xì)化組織，防止重新淬火時(shí)產(chǎn)生變形與開(kāi)裂。第六單元鋼材熱處理能力知識(shí)點(diǎn)二正火 正火是指工件加熱奧氏體

8、化后在圖6-8非合金鋼淬火加熱的溫度范圍綜合知識(shí)模塊五淬火 淬火是指工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或(和)貝氏體組織的熱處理工藝。淬火時(shí)的臨界冷卻速度是指鋼材獲得馬氏體的最低冷卻速度。能力知識(shí)點(diǎn)一淬 火 工 藝一、淬火的目的 淬火的目的主要是使鋼件得到馬氏體(或貝氏體)組織，提高鋼件的硬度和強(qiáng)度，與回火工藝合理配合，獲得需要的力學(xué)性能。二、淬火工藝1.淬火加熱溫度 不同的鋼種其淬火加熱溫度不同。非合金鋼的淬火加熱溫度可由Fe-Fe3C相圖確定，如圖6-8所示。第六單元鋼材熱處理圖6-8非合金鋼淬火加熱的溫度范圍綜合知識(shí)模塊五淬火2.淬火介質(zhì)3.淬火方法 下面據(jù)介紹常用的淬火方法。(

9、1)單液淬火它是將已奧氏體化的鋼件在一種淬火介質(zhì)中冷卻的方法，如圖6-9中的圖線(xiàn)所示。(2)雙液淬火它是將工件加熱奧氏體化后先浸入冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中，在組織即將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)立即轉(zhuǎn)入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻的方法，稱(chēng)為雙液淬火(圖6-9中的圖線(xiàn))。(3)馬氏體分級(jí)淬火工件加熱奧氏體化后浸入溫度稍高于或稍低于Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴中，保持適當(dāng)時(shí)間，在工件整體達(dá)到冷卻介質(zhì)溫度后取出空冷以獲得馬氏體組織的淬火方法，稱(chēng)為馬氏體分級(jí)淬火，如圖6-9中的圖線(xiàn)所示。(4)貝氏體等溫淬火工件加熱奧氏體化后快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火，如圖6-9中的圖線(xiàn)所示。4.冷處理第六單元鋼材熱

10、處理2.淬火介質(zhì)第六單元鋼材熱處理圖6-9常用淬火方法示意圖單液淬火雙液淬火馬氏體分級(jí)淬火貝氏體等溫淬火第六單元鋼材熱處理圖6-9常用淬火方法示意圖單液淬火雙液淬火能力知識(shí)點(diǎn)二鋼的淬透性與淬硬性 鋼的淬透性是評(píng)定鋼淬火質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)于選擇鋼材，編制熱處理工藝具有重要意義。在規(guī)定條件下以鋼試樣淬硬深度和硬度分布特征來(lái)反映鋼材的特性，稱(chēng)為淬透性。換句話(huà)說(shuō)，淬透性是鋼材的一種屬性，是鋼材淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。第六單元鋼材熱處理能力知識(shí)點(diǎn)二鋼的淬透性與淬硬性 鋼的淬透性是評(píng)定鋼能力知識(shí)點(diǎn)三淬 火 缺 陷 工件在淬火加熱和冷卻過(guò)程中，由于加熱溫度高，冷卻速度快，很容易產(chǎn)生某些缺陷。一、過(guò)熱與

11、過(guò)燒 工件加熱溫度偏高，使晶粒過(guò)度長(zhǎng)大，導(dǎo)致工件力學(xué)性能顯著降低的現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)熱。鋼件過(guò)熱后，形成的粗大奧氏體晶?？梢酝ㄟ^(guò)正火和退火來(lái)消除。二、氧化與脫碳 工件加熱時(shí)，介質(zhì)中的氧、二氧化碳、水蒸氣等與之反應(yīng)生成氧化物的過(guò)程稱(chēng)為氧化。三、硬度不足和軟點(diǎn) 鋼件淬火后較大區(qū)域內(nèi)硬度達(dá)不到技術(shù)要求，稱(chēng)為硬度不足。加熱溫度過(guò)低或保溫時(shí)間過(guò)短；淬火介質(zhì)冷卻能力不夠；鋼件表面氧化脫碳等，均容易使鋼件淬火后達(dá)不到要求的硬度值。四、變形和開(kāi)裂 變形是淬火時(shí)鋼件產(chǎn)生形狀或尺寸偏差的現(xiàn)象。開(kāi)裂是淬火時(shí)鋼件表層或內(nèi)部產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。第六單元鋼材熱處理能力知識(shí)點(diǎn)三淬 火 缺 陷 工件在淬火加熱綜合知識(shí)模塊六回火 回火是指

12、工件淬硬后，加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然 后冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鹨话惆才旁诖慊鹬筮M(jìn)行，通常也是零件進(jìn)行熱處理的最后一道工序。能力知識(shí)點(diǎn)一鋼材在回火時(shí)組織和性能的變化 淬火鋼材中的馬氏體與殘余奧氏體都是不穩(wěn)定組織，它們有自發(fā)向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，如馬氏體中過(guò)飽和的碳要析出、殘余奧氏體要分解等。1.回火第一階段(200)馬氏體分2.回火第二階段(200300)殘余奧氏體分解3.回火第三階段(250400)碳化物轉(zhuǎn)變4.回火第四階段(400)碳化物的聚集長(zhǎng)大與鐵素體的再結(jié)晶第六單元鋼材熱處理綜合知識(shí)模塊六回火 回火是指工件淬硬后圖6-1040鋼回火后其力學(xué)性能與溫度關(guān)系 由

13、圖6-10可以看出，淬火鋼材隨回火溫度的升高，強(qiáng)度、硬度降低而塑性與韌性提高。第六單元鋼材熱處理圖6-1040鋼回火后其力學(xué)性能與溫度關(guān)系 由圖6-能力知識(shí)點(diǎn)二回火方法及其應(yīng)用 回火是最終熱處理，根據(jù)鋼材在回火過(guò)程中的溫度范圍，可將回火分為三種：低溫回火、中溫回火和高溫回火。1.低溫回火2.中溫回火3.高溫回火第六單元鋼材熱處理能力知識(shí)點(diǎn)二回火方法及其應(yīng)用 回火是最終熱處綜合知識(shí)模塊七表面熱處理與化學(xué)熱處理 在生產(chǎn)中有些零件如齒輪、花鍵軸、活塞銷(xiāo)等，要求表面具有高硬度和耐磨性，心部具備一定的強(qiáng)度和足夠的韌性。能力知識(shí)點(diǎn)一表面熱處理 表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對(duì)其表面進(jìn)行熱處理的

14、工藝。其中表面淬火是最常用的表面熱處理。一、感應(yīng)加熱表面淬火 利用感應(yīng)電流通過(guò)工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面、局部或整體加熱并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝稱(chēng)為感應(yīng)加熱淬火。1.感應(yīng)加熱基本原理 依靠感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)，可以使鋼件表層在幾秒鐘內(nèi)快速加熱到淬火溫度，然后迅速?lài)娝鋮s，就可以淬硬鋼件表層，這就是感應(yīng)加熱表面淬火的基本原理，如圖6-11所示。第六單元鋼材熱處理綜合知識(shí)模塊七表面熱處理與化學(xué)熱處理 在生圖6-11感應(yīng)加熱表面淬火示意圖1工件2加熱感應(yīng)器(接高頻電源)3淬火噴水套4電流集中層5加熱淬火層第六單元鋼材熱處理圖6-11感應(yīng)加熱表面淬火示意圖1工件2加熱感應(yīng)器表6-3感應(yīng)加熱表面淬火

15、的應(yīng)用2.感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn) 根據(jù)電流頻率不同，感應(yīng)加熱表面淬火分為三類(lèi)：高頻感應(yīng)加熱表面淬火、中頻感應(yīng)加熱表面淬火和工頻感應(yīng)加熱表面淬火。表6-3為感應(yīng)加熱表面淬火的應(yīng)用。第六單元鋼材熱處理表6-3感應(yīng)加熱表面淬火的應(yīng)用2.感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)圖6-12火焰加熱表面淬火示意圖1燒嘴2噴水管3加熱層4淬硬層5工件二、火焰加熱表面淬火 火焰加熱表面淬火是利用乙炔-氧或其他可燃?xì)馊紵幕鹧鎸?duì)工件表層進(jìn)行加熱，隨之快速冷卻的淬火工藝，如圖6-12所示。第六單元鋼材熱處理圖6-12火焰加熱表面淬火示意圖1燒嘴2噴水管3圖6-13氣體滲碳示意圖1滲碳劑2風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)3廢氣火焰4爐蓋5砂封6電阻絲7耐

16、熱罐8工件9爐體能力知識(shí)點(diǎn)二化學(xué)熱處理 化學(xué)熱處理是將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入到它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。一、滲碳 根據(jù)滲碳時(shí)介質(zhì)的物理狀態(tài)不同，滲碳可分為氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳，其中氣體滲碳應(yīng)用最廣泛。它是將工件放入密封的加熱爐中(如井式氣體滲碳爐)，通入氣體滲碳劑進(jìn)行滲碳的，如圖6-13所示。第六單元鋼材熱處理圖6-13氣體滲碳示意圖1滲碳劑2風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)3二、滲氮 在一定溫度下于一定介質(zhì)中，使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝稱(chēng)為滲氮。滲氮的目的是為了提高工件表層的硬度、耐磨性、熱硬性、耐蝕性和疲勞強(qiáng)度。三、碳氮共滲 在奧氏體

17、狀態(tài)下同時(shí)將碳、氮原子滲入工件表層，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝稱(chēng)為碳氮共滲。根據(jù)共滲溫度不同，碳氮共滲可分為低溫(520580) 碳氮共滲、中溫(760880) 碳氮共滲和高溫(900950)碳氮共滲。碳氮共滲的目的主要是提高工件表層的硬度和耐磨性。第六單元鋼材熱處理二、滲氮 在一定溫度下于一定介質(zhì)中，使氮原子滲入工件綜合知識(shí)模塊八熱處理新技術(shù)簡(jiǎn)介能力知識(shí)點(diǎn)一形變熱處理 形變熱處理是將塑性變形和熱處理結(jié)合，以提高工件力學(xué)性能的復(fù)合工藝。工件經(jīng)形變熱處理后，可以獲得形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化綜合效果。這種工藝既可提高鋼的強(qiáng)度，改善其塑性和韌性，又可節(jié)能，因此，在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。能力知識(shí)點(diǎn)二真空熱處理 在低于一個(gè)大氣壓(10-110-3Pa)的環(huán)境中加熱的熱處理工藝，稱(chēng)為真空熱處理。真空熱處理的特點(diǎn)為：1)真空加熱緩慢而且均勻，故熱處理變形小。2)提高工件表面力學(xué)性能，延長(zhǎng)工件使用壽命。3)節(jié)省能源，減少污染，勞動(dòng)條件好。4)真空熱處理設(shè)備造價(jià)較高，目前它多用于工具、模具及精密零件的熱處理。第六單元鋼材熱處理綜合知識(shí)模塊八熱處理新技術(shù)簡(jiǎn)介能力知識(shí)點(diǎn)一形變熱處理能