第五章鋼的熱處理§5-1熱處理的原理與分類熱處理是對(duì)固態(tài)的金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理工藝過程可用以溫度—時(shí)間為坐標(biāo)的曲線圖表示。熱處理工藝曲線第五章鋼的熱處理§5-1熱處理的原理與分類1《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件2§5-2鋼在加熱與冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1.鋼在加熱和冷卻時(shí)的相變溫度鋼在加熱和冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)§5-2鋼在加熱與冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)32.奧氏體的形成共析鋼中奧氏體形成過程示意圖a)形核b)長(zhǎng)大c)殘余Fe3C溶解d)均勻化2.奧氏體的形成共析鋼中奧氏體形成過程示意圖4如果在形成奧氏體后繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，會(huì)使奧氏體晶粒逐漸長(zhǎng)大。晶粒的長(zhǎng)大是依靠較大晶粒吞并較小晶粒和晶界遷移的方式進(jìn)行的。如果在形成奧氏體后繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，會(huì)5二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中，鋼的熱處理工藝有兩種。二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中，鋼的熱處理工藝有兩種。61.奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變曲線圖1.奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變曲線圖7(1)珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)———高溫等溫轉(zhuǎn)變(1)珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)———高溫等溫轉(zhuǎn)變8《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件9(2)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)———中溫等溫轉(zhuǎn)變(2)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)———中溫等溫轉(zhuǎn)變10《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件11(3)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)———低溫連續(xù)轉(zhuǎn)變(3)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)———低溫連續(xù)轉(zhuǎn)變122.奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變用等溫轉(zhuǎn)變曲線分析奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變2.奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變用等溫轉(zhuǎn)變曲線分析奧氏體的連續(xù)冷卻13§5-3熱處理的基本方法一、退火與正火1.退火退火是將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻(一般隨爐冷卻)的熱處理工藝。§5-3熱處理的基本方法一、退火與正火14《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件152.正火正火是將鋼加熱到Ac3或Accm以上30~50℃，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，在空氣中冷卻的工藝方法。2.正火16退火和正火的加熱溫度范圍及熱處理工藝曲線a)加熱溫度范圍b)熱處理工藝曲線1—完全退火2—球化退火3—去應(yīng)力退火4—正火退火和正火的加熱溫度范圍及熱處理工藝曲線17二、淬火與回火1.淬火將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上的適當(dāng)溫度，經(jīng)保溫后快速冷卻(冷卻速度大于v臨)，以獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。鋼的淬火溫度范圍二、淬火與回火鋼的淬火溫度范圍18(1)淬火加熱溫度的選擇(1)淬火加熱溫度的選擇19(2)淬火介質(zhì)的選擇(2)淬火介質(zhì)的選擇20(3)常用的淬火方法(3)常用的淬火方法21《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件22(4)鋼的淬透性與淬硬性淬透性是在規(guī)定條件下，鋼在淬火冷卻時(shí)獲得馬氏體組織深度的能力。淬硬性指鋼在理想的淬火條件下，獲得馬氏體后所能達(dá)到的最高硬度。(4)鋼的淬透性與淬硬性23(5)鋼的淬火缺陷(5)鋼的淬火缺陷24《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件252.回火回火是將淬火后的鋼重新加熱到Ac1點(diǎn)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。(1)回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變2.回火26鋼(45鋼)的回火組織a)回火馬氏體b)回火屈氏體c)回火索氏體鋼(45鋼)的回火組織2740鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系40鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系28(2)回火的分類及應(yīng)用(2)回火的分類及應(yīng)用29§5-4鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理強(qiáng)化零件表面常用的熱處理方法有表面熱處理和化學(xué)熱處理兩種。一、表面熱處理鋼的表面熱處理是指僅對(duì)鋼件表面進(jìn)行熱處理，以改變表面層組織，滿足使用性能要求的熱處理工藝。表面淬火是表面熱處理中最常用的方法，是強(qiáng)化材料表面的重要手段。目前，表面淬火的方法很多，如火焰加熱表面淬火、感應(yīng)加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、激光加熱表面淬火等。生產(chǎn)中最常用的方法主要是火焰加熱表面淬火和感應(yīng)加熱表面淬火。§5-4鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理強(qiáng)化零301.火焰加熱表面淬火應(yīng)用氧—乙炔(或其他可燃?xì)怏w)火焰對(duì)零件表面進(jìn)行快速加熱并隨后快速冷卻的工藝稱為火焰加熱表面淬火。2.感應(yīng)加熱表面淬火利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)使工件表面受到局部加熱，并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝稱為感應(yīng)加熱表面淬火。1.火焰加熱表面淬火31二、化學(xué)熱處理將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入其表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝稱為化學(xué)熱處理。1.化學(xué)熱處理的過程(1)分解(2)吸收(3)擴(kuò)散化學(xué)熱處理的過程示意圖二、化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理的過程示意圖322.鋼的滲碳鋼的滲碳是將鋼件置于滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。根據(jù)滲碳介質(zhì)的工作狀態(tài)，滲碳方法可分為固體滲碳、鹽浴滲碳和氣體滲碳三種，應(yīng)用最廣泛的是氣體滲碳。氣體滲碳是將工件置于氣體滲碳劑中進(jìn)行滲碳的工藝。氣體滲碳示意圖2.鋼的滲碳?xì)怏w滲碳示意圖33一般零件滲碳后，其表面含碳量控制在0.85%~1.05%，含碳量從表面到心部逐漸減少，心部仍保持原來的含碳量。圖示為低碳鋼滲碳后緩冷的滲碳層顯微組織，圖中滲碳層的組織由表面向中心依次為過共析組織、共析組織、亞共析組織(過渡層)，中心仍為原來的亞共析組織。低碳鋼滲碳后緩冷的滲碳層顯微組織一般零件滲碳后，其表面含碳量控制在0.85%343.鋼的滲氮在一定溫度下，使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝稱為滲氮。(1)滲氮的特點(diǎn)1)滲氮層具有很高的硬度和耐磨性，鋼件滲氮后表層中形成穩(wěn)定的金屬氮化物，具有極高的硬度，所以滲氮后不用淬火就可達(dá)到高硬度，而且具有較高的紅硬性。2)滲氮層具有滲碳層所沒有的耐腐蝕性，可防止水、蒸氣、堿性溶液的腐蝕。3)滲氮比滲碳溫度低(一般約570℃)，所以工件變形小。3.鋼的滲氮35(2)滲氮的方法1)氣體滲氮工件在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮稱為氣體滲氮。它是將工件放入密閉的爐內(nèi)，加熱到500~600℃，通入氨氣(NH3)，利用氨氣分解出活性氮原子進(jìn)行滲氮的方法。滲氮層的顯微組織a)滲氮層及維氏硬度測(cè)試壓痕b)滲氮層中致密的針狀氮化物(白色)(2)滲氮的方法滲氮層的顯微組織362)離子滲氮在低于一個(gè)大氣壓的滲氮?dú)夥罩校霉ぜ?陰極)和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電現(xiàn)象進(jìn)行滲氮的工藝稱為離子滲氮。2)離子滲氮374.碳氮共滲在一定溫度下，將碳、氮原子同時(shí)滲入工件表層奧氏體中，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝稱為碳氮共滲。碳氮共滲與滲碳相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)。它不僅加熱溫度低，零件變形小，生產(chǎn)周期短，而且滲層具有較高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。4.碳氮共滲38§5-5零件的熱處理分析一、熱處理的技術(shù)條件工件熱處理后的組織、應(yīng)當(dāng)達(dá)到的力學(xué)性能、精度和工藝性能等要求，統(tǒng)稱為熱處理的技術(shù)條件。熱處理的技術(shù)條件是根據(jù)零件工作特性提出的。一般零件均以硬度作為熱處理的技術(shù)條件，對(duì)滲碳零件應(yīng)標(biāo)注滲碳層深度，對(duì)某些性能要求較高的零件還需標(biāo)注力學(xué)性能指標(biāo)或金相組織要求?！?-5零件的熱處理分析一、熱處理的技術(shù)條件39二、熱處理的工序位置1.預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理包括退火、正火、調(diào)質(zhì)處理等。退火、正火的工序位置通常安排在毛坯生產(chǎn)之后、切削加工之前，以消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力，均勻組織，改善切削加工性能，并為以后的熱處理做好組織準(zhǔn)備。對(duì)于精密零件，為了消除切削加工的殘余應(yīng)力，在半精加工以后還要安排去應(yīng)力退火。調(diào)質(zhì)處理工序一般安排在粗加工之后、精加工或半精加工之前，目的是獲得良好的綜合力學(xué)性能，為以后的熱處理做好組織準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)處理一般不安排在粗加工之前，以免表面調(diào)質(zhì)層在粗加工時(shí)大部分被切削，失去調(diào)質(zhì)處理的作用，這一點(diǎn)對(duì)于淬透性差的碳素鋼零件尤為重要。二、熱處理的工序位置402.最終熱處理最終熱處理包括淬火、回火及表面熱處理等。零件經(jīng)這類熱處理后，獲得所需的使用性能，因其硬度較高，除磨削外，不宜再進(jìn)行其他形式的切削加工，故其工序位置一般安排在半精加工之后。有些零件性能要求不高，對(duì)其毛坯進(jìn)行退火、正火或調(diào)質(zhì)處理即可滿足使用要求，這時(shí)退火、正火或調(diào)質(zhì)處理也可作為最終熱處理。2.最終熱處理41三、典型零件或工具的熱處理分析1.銼刀銼刀的加工工藝路線為:備料→鍛造→正火、球化退火→機(jī)械粗加工→銼身局部淬火、回火→機(jī)械精加工三、典型零件或工具的熱處理分析1.銼刀銼刀的加工工藝路線為422.汽車變速齒輪加工工藝路線為:備料→鍛造→正火→機(jī)械加工→滲碳→淬火、低溫回火→噴丸→校正花鍵孔→磨齒2.汽車變速齒輪加工工藝路線為:433.汽車傳動(dòng)齒輪軸加工工藝路線為:備料→鍛造→正火→機(jī)械粗加工→調(diào)質(zhì)處理→機(jī)械半精加工→花鍵齒廓和齒輪齒廓部分表面淬火、回火→精磨3.汽車傳動(dòng)齒輪軸44第五章鋼的熱處理§5-1熱處理的原理與分類熱處理是對(duì)固態(tài)的金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理工藝過程可用以溫度—時(shí)間為坐標(biāo)的曲線圖表示。熱處理工藝曲線第五章鋼的熱處理§5-1熱處理的原理與分類45《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件46§5-2鋼在加熱與冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1.鋼在加熱和冷卻時(shí)的相變溫度鋼在加熱和冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)§5-2鋼在加熱與冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)472.奧氏體的形成共析鋼中奧氏體形成過程示意圖a)形核b)長(zhǎng)大c)殘余Fe3C溶解d)均勻化2.奧氏體的形成共析鋼中奧氏體形成過程示意圖48如果在形成奧氏體后繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，會(huì)使奧氏體晶粒逐漸長(zhǎng)大。晶粒的長(zhǎng)大是依靠較大晶粒吞并較小晶粒和晶界遷移的方式進(jìn)行的。如果在形成奧氏體后繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，會(huì)49二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中，鋼的熱處理工藝有兩種。二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中，鋼的熱處理工藝有兩種。501.奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變曲線圖1.奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變曲線圖51(1)珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)———高溫等溫轉(zhuǎn)變(1)珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)———高溫等溫轉(zhuǎn)變52《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件53(2)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)———中溫等溫轉(zhuǎn)變(2)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)———中溫等溫轉(zhuǎn)變54《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件55(3)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)———低溫連續(xù)轉(zhuǎn)變(3)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)———低溫連續(xù)轉(zhuǎn)變562.奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變用等溫轉(zhuǎn)變曲線分析奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變2.奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變用等溫轉(zhuǎn)變曲線分析奧氏體的連續(xù)冷卻57§5-3熱處理的基本方法一、退火與正火1.退火退火是將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻(一般隨爐冷卻)的熱處理工藝?！?-3熱處理的基本方法一、退火與正火58《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件592.正火正火是將鋼加熱到Ac3或Accm以上30~50℃，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，在空氣中冷卻的工藝方法。2.正火60退火和正火的加熱溫度范圍及熱處理工藝曲線a)加熱溫度范圍b)熱處理工藝曲線1—完全退火2—球化退火3—去應(yīng)力退火4—正火退火和正火的加熱溫度范圍及熱處理工藝曲線61二、淬火與回火1.淬火將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上的適當(dāng)溫度，經(jīng)保溫后快速冷卻(冷卻速度大于v臨)，以獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。鋼的淬火溫度范圍二、淬火與回火鋼的淬火溫度范圍62(1)淬火加熱溫度的選擇(1)淬火加熱溫度的選擇63(2)淬火介質(zhì)的選擇(2)淬火介質(zhì)的選擇64(3)常用的淬火方法(3)常用的淬火方法65《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件66(4)鋼的淬透性與淬硬性淬透性是在規(guī)定條件下，鋼在淬火冷卻時(shí)獲得馬氏體組織深度的能力。淬硬性指鋼在理想的淬火條件下，獲得馬氏體后所能達(dá)到的最高硬度。(4)鋼的淬透性與淬硬性67(5)鋼的淬火缺陷(5)鋼的淬火缺陷68《金屬材料與熱處理(第七版)》第五章鋼的熱處理課件692.回火回火是將淬火后的鋼重新加熱到Ac1點(diǎn)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。(1)回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變2.回火70鋼(45鋼)的回火組織a)回火馬氏體b)回火屈氏體c)回火索氏體鋼(45鋼)的回火組織7140鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系40鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系72(2)回火的分類及應(yīng)用(2)回火的分類及應(yīng)用73§5-4鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理強(qiáng)化零件表面常用的熱處理方法有表面熱處理和化學(xué)熱處理兩種。一、表面熱處理鋼的表面熱處理是指僅對(duì)鋼件表面進(jìn)行熱處理，以改變表面層組織，滿足使用性能要求的熱處理工藝。表面淬火是表面熱處理中最常用的方法，是強(qiáng)化材料表面的重要手段。目前，表面淬火的方法很多，如火焰加熱表面淬火、感應(yīng)加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、激光加熱表面淬火等。生產(chǎn)中最常用的方法主要是火焰加熱表面淬火和感應(yīng)加熱表面淬火。§5-4鋼的表面熱處理與化學(xué)熱處理強(qiáng)化零741.火焰加熱表面淬火應(yīng)用氧—乙炔(或其他可燃?xì)怏w)火焰對(duì)零件表面進(jìn)行快速加熱并隨后快速冷卻的工藝稱為火焰加熱表面淬火。2.感應(yīng)加熱表面淬火利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)使工件表面受到局部加熱，并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝稱為感應(yīng)加熱表面淬火。1.火焰加熱表面淬火75二、化學(xué)熱處理將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入其表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝稱為化學(xué)熱處理。1.化學(xué)熱處理的過程(1)分解(2)吸收(3)擴(kuò)散化學(xué)熱處理的過程示意圖二、化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理的過程示意圖762.鋼的滲碳鋼的滲碳是將鋼件置于滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。根據(jù)滲碳介質(zhì)的工作狀態(tài)，滲碳方法可分為固體滲碳、鹽浴滲碳和氣體滲碳三種，應(yīng)用最廣泛的是氣體滲碳。氣體滲碳是將工件置于氣體滲碳劑中進(jìn)行滲碳的工藝。氣體滲碳示意圖2.鋼的滲碳?xì)怏w滲碳示意圖77一般零件滲碳后，其表面含碳量控制在0.85%~1.05%，含碳量從表面到心部逐漸減少，心部仍保持原來的含碳量。圖示為低碳鋼滲碳后緩冷的滲碳層顯微組織，圖中滲碳層的組織由表面向中心依次為過共析組織、共析組織、亞共析組織(過渡層)，中心仍為原來的亞共析組織。低碳鋼滲碳后緩冷的滲碳層顯微組織一般零件滲碳后，其表面含碳量控制在0.85%783.鋼的滲氮在一定溫度下，使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝稱為滲氮。(1)滲氮的特點(diǎn)1)滲氮層具有很高的硬度和耐磨性，鋼件滲氮后表層中形成穩(wěn)定的金屬氮化物，具有極高的硬度，所以滲氮后不用淬火就可達(dá)到高硬度，而且具有較高的紅硬性。2)滲氮層具有滲碳層所沒有的耐腐蝕性，可防止水、蒸氣、堿性溶液的腐蝕。3)滲氮比滲碳溫度低(一般約570℃)，所以工件變形小。3.鋼的滲氮79(2)滲氮的方法1)氣體滲氮工件在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮稱為氣體滲氮。它是將工件放入密閉的爐內(nèi)，加熱到500~600℃，通入氨氣(NH3)，利用氨氣分解出活性氮原子進(jìn)行滲氮的方法。滲氮層的顯微組織a)滲氮層及維氏硬度測(cè)試壓痕b)滲氮層中致密的針狀氮化物(白色)(2)滲氮的方法滲氮層的顯微組織802)離子滲氮在低于一個(gè)大氣壓的滲氮?dú)夥罩?，利用工?陰極)和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電現(xiàn)象進(jìn)行滲氮的工藝稱為離子滲氮。2)離子滲氮814.碳氮共滲在一定溫度下，將碳、氮原子同時(shí)滲入工件表層奧氏體中，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝稱為碳氮共滲。碳氮共滲與滲碳相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)。它不僅加熱溫度低，零件變形小，生產(chǎn)周期短，而且滲層具有較高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。4.碳氮共滲82§5-5零件的熱處理分析一、熱處理的技術(shù)條件工件熱處理后的組織、應(yīng)當(dāng)達(dá)到的力學(xué)性能、精度和工藝性能等要求，統(tǒng)