金屬材料熱處理第一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五4、去應力退火第三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五二、

正火1.定義：加熱到Ac3或Accm以上30～50℃，保溫適當時間，在靜止的空氣中冷卻，獲得含有P的均勻組織。γ+ααγγ+Fe3Cα+Fe3C第四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五2、目的：正火所達到的效果與材料的成分及組織狀態(tài)有關(guān)。（1）低C鋼正火后，可得到較細的片狀P，硬度較退火略高，利于切削加工，由于所得F晶粒較細，鋼的韌性較好，板、管、帶及型材等大多采用正火處理，以保證良好的力學性能的配合。第五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五（2）●中C鋼普通零件正火后組織細化，得到一定的力學性能，要求不高時，可代替調(diào)質(zhì)處理作為最后熱處理或為感應加熱表淬前的預備處理●還可以消除魏氏組織，低合金結(jié)構(gòu)鋼（wt＜0.4%，如40Cr）可用正火代替完全退火作為切削加工前的準備，可縮短生產(chǎn)周期，降低費用。第六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五3）★過共析鋼（工具鋼、軸承鋼）和滲C工件可用正火消除網(wǎng)狀C化物。以便在球化退火中獲得均勻的球狀C化物。在用正火代替滲碳件的第一次淬火時，還能減少工件變形。4）大型鍛件常采用正火作為最終熱處理，可避免淬火時較大的開裂傾向（但不能充分發(fā)揮材料潛力）。正火后需高溫回火（T=700℃），以消除應力，得到良好的力學性能。第七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五（5）鑄鋼件正火，細化鑄態(tài)組織（即細化鑄件中粗大晶粒，消除由于截面尺寸不同在結(jié)晶過程中產(chǎn)生的顯微組織的不均勻性，如等軸晶-柱狀晶-粗晶）。改善切削加工性能由于鑄件一般形狀較復雜，偏析嚴重，韌性較差?！嘣谡鹬袘捎幂^為緩慢的加熱，以免熱應力造成變形開裂，加熱T也較鍛件高。第八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五退火和正火的加熱溫度正火完全退火球化退火去應力退火成分溫度擴散退火第九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五組織：正火冷速快，P組織比退火態(tài)的片層間距小，領域也小性能：亞共析鋼中：P越多，強度，硬度越高，韌性↓，塑脆轉(zhuǎn)化T↑。Wc＜0.2%時，退正火機械性能相近。C%↑，正火硬度、強度比退火高，塑性低。三、退火、正火后的組織與性能第十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五鋼的最重要的強化手段：淬火將鋼加熱到Ac1或Ac3以上30～50℃，保溫一段時間使鋼奧氏體化后，以大于臨界冷速冷卻獲得馬氏體的熱處理工藝目的：主要目的是：(工具鋼)↑硬度、強度、耐磨性。（結(jié)構(gòu)鋼）與不同T的回火相配合，獲得不同的強韌、塑的配合，滿足不同的性能要求。臨界冷速第二節(jié)鋼的淬火第十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五奧氏體奧氏體晶界馬氏體板條馬氏體板條馬氏體轉(zhuǎn)變——無擴散型轉(zhuǎn)變，切變第十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五板條M第十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五一、淬火加熱溫度l亞共析鋼和共析鋼:AC3+30～50℃？淬火后組織:均勻細小Ml過共析鋼:AC1+30～50℃？淬火后組織：均勻細小M+粒狀滲碳體第十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五二、淬火冷卻介質(zhì)保證工件冷速V＞臨界淬火冷速VC。

工件尺寸一定時，冷速越快：1.獲得較大的淬硬深度。2.容易引起變形開裂。第十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五水作為淬火介質(zhì)（1）650～550℃:冷速＜200℃/s；M轉(zhuǎn)變區(qū)(300～200℃），冷速：高達770℃/s優(yōu)點：冷卻能力強，清潔、安全、價格低，不需清洗?！嘣诳赡芮闆r下應廣泛使用。缺點：M轉(zhuǎn)變區(qū)冷速大，易開裂適用：形狀簡單，尺寸不大的碳鋼件。

第十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五鹽水、堿水溶液（水中添加5～10%的鹽、堿）在高溫區(qū)（650～550℃）的冷卻能力約為水的10倍缺點：①低溫冷速仍很大。②對工件有腐蝕作用，淬火后必須清洗。③堿水對皮膚有刺激作用，且易于老化變質(zhì)∴堿水使用受到一定的限制。適用范圍：用于形狀簡單，尺寸較大的碳素結(jié)構(gòu)鋼件淬火，還可對大截面的碳素工具鋼，低合金鋼工件用鹽-油雙介質(zhì)淬火。第十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五3）油(主要用礦物油)特點：①低溫冷速低，。②油高溫冷卻能力很小，只有水的1/3～1/6。)“C”鼻尖處冷速較低。截面較大的C鋼及低合金鋼不易淬硬，∴主要用于形狀復雜的中小型合金鋼（A穩(wěn)定性大，“C”曲線靠右→淬透性大）或尺寸小的碳鋼。第二十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五

650~550℃300~200℃20℃靜水180℃/s770℃/s20℃循環(huán)水360℃/s770℃/s10號機油60℃/s27℃/s第二十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五3.淬火應力與控制淬火應力形成原因（1）熱應力：零件不同部位冷卻不均衡引起。（2）組織應力：零件不同部位M轉(zhuǎn)變不同時引起。時間特性瞬時應力—熱處理過程中形成的內(nèi)應力殘余應力—熱處理后零件內(nèi)存在的應力變形開裂第二十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第二十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第二十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五減小變形的措施1、合理選材，正確設計結(jié)構(gòu)2、正確鍛造和進行預備熱處理

3、采用合理的熱處理工藝

第二十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第二十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第二十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五1、直接淬火（directquenching）適用：無尖銳棱角，和截面形狀無突變的形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件。不適用：處理高碳鋼件和形狀復雜的工件。例：手用鋸條T10T12油淬（1418）第二十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五2、雙液淬火法特點：既保證了較高淬透層深，又可減少應力，防止開裂。水-油、鹽水-油、油-空氣等適用范圍：淬透性較差的大尺寸工件缺點：不易操作∴多用碳素工具鋼和大截面合金工具鋼，要求淬透較深的零件淬火。第二十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五3、M分級淬火優(yōu)點：減少了淬火應力（組織應力）適用范圍：變形要求嚴格的工件。一般分級淬火時零件能淬透的零件直徑要比油淬、水淬小，∴對大截面碳鋼、低合金零件不適宜采用分級淬火。第三十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五4、貝氏體等溫淬火等溫溫度：依C曲線及性能要求（T低，B下多且硬度高）適用：合金鋼，Wc＞0.6%的碳鋼。400-260

℃第三十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第三十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五四、淬火常見缺陷1、淬火裂紋及變形多種原因引起:工藝、結(jié)構(gòu)、材料等。2、氧化、脫C3、過熱、過燒4、軟點與硬度不足加熱溫度不勻、存在氧化皮和表面氣泡等材料淬透性低、淬火冷速太小等。

第三十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)鋼的表面淬火零件使用性能要求：高的表面硬度（HRC50～58）、強度和疲勞強度，較好的心部塑性和韌性。采用熱處理工藝：表面淬火

加熱感應圈進水出水淬火噴水套進水進水電流密度加熱淬火層軋輥第三十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五快速靈活的感應加熱表面淬火第三十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五一、感應加熱基本原理感應線圈通交流電→交變磁場→表面感應電勢瞬時：感生渦流：Z：渦流回路電抗，R：電阻，XL：感抗∵Z很小，∴（渦流）能達到很大。進水出水淬火噴水套進水電流密度第三十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五渦流熱效應Q總=Q+Q′，將零件表層加熱，（Q′磁滯熱效應，比渦流熱效應小的多）表面效應（集膚效應）

渦流強度隨高頻電磁場強度由零件表面向內(nèi)層逐漸減小而相應減小的規(guī)律，稱為表面效應。交流電頻率越高，渦流層越淺—集膚效應。第三十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五C鋼：感應加熱透入深度（近似公式）：

f為電源頻率（HZ）第三十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五●感應加熱的頻率選擇及應用第三十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五2、特點：（1）加熱速度快、時間短，表面淬火可得極細的馬氏體。（2）工件表面存在殘余壓應力，可提高疲勞強度疲勞強度顯著↑→使用壽命↑如：40Cr鋼，φ20mm光滑試樣，σ-1值：調(diào)質(zhì)：450~480，調(diào)質(zhì)+表淬：630Mpa，40MnB鋼制造汽車半軸，調(diào)質(zhì)改調(diào)質(zhì)+表淬，壽命↑20倍σ-1Nσ第四十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五（3）工件不易氧化、脫碳，變形小。（4）易于自動化，生產(chǎn)率高。（5）設備昂貴（6）不適合形狀復雜的工件。第四十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五3、適用鋼：中碳鋼4、預先熱處理及工件加工工序設置預先熱處理：調(diào)質(zhì)加工工序設置（各熱處理工序目的？）下料→鍛造→正火或退火→機加工（粗）→調(diào)質(zhì)→機加工（細）→感應淬火→低回→磨削第四十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五二、火焰加熱表面淬火操作:高溫火焰加熱工件表面，隨后水冷淬火。特點:（1）方法簡單、不需貴重設備。（2）工件大小不受限制（3）加熱溫度不易控制，淬火質(zhì)量不夠穩(wěn)定。

火焰加熱表面淬火示意圖工件噴水管燒嘴淬硬層噴水管、燒嘴移動方向第四十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)鋼的回火回火：淬火鋼件加熱至AC1以下某溫度保溫一定時間，而后冷卻的熱處理工藝。一、回火目的（1）減小或消除淬火應力，防零件變形和開裂。（2）穩(wěn)定組織，防止組織轉(zhuǎn)變引起的零件形狀、尺寸和性能變化。（3）獲得所需力學性能。

淬火回火第四十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五二、回火時組織轉(zhuǎn)變及力學性能變化1、回火時組織轉(zhuǎn)變以碳鋼為例：（1）馬氏體開始分解（100～200℃）：碳原子以ε-碳化物形式從馬氏體中逐漸析出。（2）殘余奧氏體分解（200～300℃）：殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體或下貝氏體。（3）滲碳體形成（250～400℃）：ε-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闃O細小的滲碳體。（4）鐵素體的回復和再結(jié)晶，碳化物顆粒聚集長大（400℃以上）

第四十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五碳化物的析出；殘余奧氏體的分解；鐵素體的回復和再結(jié)晶。0.04mm馬氏體0.08mm回火馬氏體回火時組織變化第四十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五2、回火時力學性能變化隨回火溫度升高l

硬度下降；塑性、韌性上升。l屈服強度先升后降，

最高值在200℃左右出現(xiàn)；l彈性極限先升后降，最高值在350℃左右出現(xiàn)；

第四十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五3、回火工藝根據(jù)回火溫度分（1）低溫回火（150～250℃）回火組織：回火馬氏體：碳過飽和度降低了的馬氏體+析出碳化物力學性能：殘余應力消除，高硬度、高強度，較低的塑性和韌性回火馬氏體第四十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五主要適用高碳鋼制造的各類工模具、機械零件（如軸承）

如銼刀T12160-180℃∽64HRC滲C及CN共滲淬火后的零件低合金超高強度鋼30CrMnSiNi2A250-300℃第四十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五（2）中溫回火（350～500℃）回火組織：回火托氏體：鐵素體+極細粒狀滲碳體力學性能：較高的屈服強度,高的彈性極限，較好的塑性和韌性?；鼗鹜惺象w1000X適用：wc=0.6～0.9%的碳素彈簧鋼(T取下限)和wc=0.45～0.75%的合金彈簧鋼(T取上限)都適合中溫回火第五十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五（3）高溫回火（500～650℃）回火組織：回火索氏體：鐵素體+細粒狀滲碳體力學性能：高的塑性、韌性，較低的屈服強度和硬度。

回火索氏體500X第五十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五適用：①主要用于中碳碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼制造的各種機械結(jié)構(gòu)零部件★結(jié)構(gòu)鋼淬火+高溫回火，以獲得綜合機械性能為目的，稱為調(diào)質(zhì)處理，如發(fā)動機曲軸、連桿、螺栓，機床主軸等要求綜合機械性能零件。40Cr第五十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第五十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五4、回火脆性低溫回火脆性：250～350℃回火時韌性降低。預防方法：回避在該溫度回火高溫回火脆性：500～650℃回火時韌性降低。預防方法：回火后快冷。鋼的韌性與回火溫度的關(guān)系第五十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五小結(jié)：各種熱處理組織比較奧氏體緩冷

快冷（淬火）重新加熱較快冷球化退火馬氏體回火馬氏體加熱回火珠光體貝氏體第五十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)

鋼的淬透性

一、淬透性定義及影響因素淬透性：鋼中奧氏體在冷卻時形成馬氏體而不形成其他組織的能力,它主要與鋼的過冷A

的穩(wěn)定性與臨界淬火冷卻速度有關(guān)淬透性影響因素：（1）奧氏體中含碳量（2）奧氏體中合金元素的種類和含量（3）未溶碳化物和奧氏體晶粒大小TBtA1PMA第五十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五通常用用標準試樣在一定條件下淬火能夠淬硬的深度H或全部淬透的最大直徑D表示。測定結(jié)構(gòu)鋼的淬透深度規(guī)定以體積分數(shù)為50%淬火M的硬度作為基準。二、淬透性的表示方法第五十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五三、淬透性與淬硬性的區(qū)別

淬透性是鋼的一種屬性。主要和鋼的過冷奧氏體的穩(wěn)定性有關(guān)。淬透性有時用淬硬層深度來表示

淬硬性是指鋼淬火后獲得M的最高硬度，淬硬性主要與鋼中的碳含量（A中的C含量）有關(guān)（如圖）。固溶于A中C含量越多，淬火后鋼的硬度就越高。合金元素的含量對淬硬性沒有顯著的影響，但對鋼的淬透性影響較大。？？：淬火后硬度高的鋼淬透性好第五十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第五十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五二、淬透性的測定實際以淬硬層深度表征淬透性φ25冷卻水10012.5φ12.5試樣噴水管第六十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五淬透性測試試驗結(jié)果樣品臺試樣噴水試樣上磨出一個平面測出從底部到頂部的洛氏硬度值繪制出這樣一張圖到試樣底端的距離洛氏硬度第六十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五鋼的淬透性以來表示，如，表示距水冷端5mm處，試樣的硬度值為HRC42。第六十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第六十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五三、淬透性意義與選材

l

重要零件選高淬透性材料，保證表面和心部性能一致。

l

選材時注意零件的尺寸效應。冷卻速度淬硬層V心部第六十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第六節(jié)固溶熱處理與時效強化固溶熱處理：加熱合金到高溫單相區(qū)，使合金元素充分溶入基體相而后快速冷卻，以獲得過飽和固溶體的工藝。時效強化：固溶處理的合金于室溫或略高于室溫保溫，通過過飽和的溶質(zhì)原子形成偏聚區(qū)和析出形成第二相微粒而導致的強度和硬度升高。第六十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五時效工藝分為：人工時效：時效溫度高、時間短，硬度低。自然時效：時效溫度低、時間長，硬度低。Al-Cu合金的時效屈服強度Mpa時效時間小時第六十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五第七節(jié)鋼的化學熱處理化學熱處理：通過活性元素原子的吸收和擴散改變鋼的表層化學成分而改變鋼的表層組織與性能的熱處理工藝。常用：（1）提高硬度：滲碳、滲氮、滲硼等（2）提高抗高溫氧化性：滲鋁、滲鉻等（3）提高抗腐蝕性：滲硅、滲氮等第六十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五化學熱處理三個過程：（1）活性原子產(chǎn)生（2）活性原子被鋼表面吸收（3）活性原子由鋼表面向心部擴散滲劑分解釋放活性原子活性原子在工件表面吸附活性原子由表面向心部擴散含活性原子的滲劑鋼鋼第六十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五一、鋼的滲C（carburizing）1、滲C的目的、分類及應用定義—鋼件滲C介質(zhì)

加熱和保溫，表面含C量和一定C濃度梯度

應用最廣泛的一種化學熱處理工藝。第六十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五目的：高的表面硬度（HRC58~63），耐磨性高的接觸σ-１，彎曲σ-1

高的沖擊韌性等。第七十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五應用：適用于承受磨損，交變接觸應力或彎曲應力和沖擊載荷的機器零件如：軸，活塞銷、齒輪、凸輪軸既表面要求高硬度，心部要求足夠強度和韌性。汽車、拖拉機、起重、坦克等設備中零件80%以上第七十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五分類依滲C劑聚集狀態(tài)滲C方法可分為：

固體滲C、液體滲C、氣體滲C（和特殊滲C）。第七十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五+-加熱爐密封箱工件固體滲碳劑固體滲碳示意圖泥封固體滲C在滲CT加熱滲C（930℃，3～5h）滲劑：固體碳粒：木炭（70~90%）+催滲劑：碳酸鈉、BaCO3單件、小批量第七十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五

液體滲C鹽浴特點：加熱速度快，加熱均勻

缺點：多數(shù)鹽浴有毒，鹽?。篘aCN，KCN，（氯化物，劇毒），用于小批量生產(chǎn)。第七十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五

氣體滲C滲C氣體可用碳氫化合物有機液體，如：煤油、丙酮等直接滴入爐內(nèi)汽化而得。優(yōu)點：生產(chǎn)率高，可機械化、自動化生產(chǎn)、滲C層濃度可控制，滲C質(zhì)量高。第七十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五滲C用鋼含C量：0.15~0.25%，若心部要求強度較高，含C可為0.30%。低碳鋼：要求不高時可用。如：20鋼低碳合金鋼：截面較大、形狀復雜、表面耐磨性、疲勞強度、心部機械性能要求高的零件如20CrMnTi，18Cr2Ni4W第七十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五2、滲碳工藝參數(shù)滲碳溫度：900～950℃滲層厚度：1～2毫米滲碳時間：7小時左右典型滴注劑①甲醇-煤油滴注劑：國內(nèi)許多廠家采用。②甲醇-乙酸乙脂③甲醇-丙酮氣體滲碳示意圖第七十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五示例：滴注式氣體滲C工藝如20鋼，齒輪，要求滲層厚度為0.3mm工藝：930℃，煤油20D/min，3h。爐冷，后淬火第七十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五

3、滲碳后熱處理及組織（1）滲碳后熱處理：淬火+低溫回火（2）滲碳后組織：滲層含碳量：0.85～1%左右；滲層組織：回火馬氏體+少量碳化物心部組織：回火馬氏體性能：表HRC：58～63心HRC40以下

第七十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五4、滲碳工序安排下料→鍛造→正火→機加工（粗）→滲碳

淬火→低溫回火→磨削第八十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五低C鋼滲C與中C鋼表淬比較。①性能上：中C鋼表淬HRC低（HRC50～58），心部沖擊韌性，耐磨性也較低。低C鋼滲C(HRC58～63)②滲C層易獲沿零件輪廓均勻分布，表淬層分布不易控制，小模數(shù)齒輪常有淬透可能。但滲碳工藝復雜，變形較大，成本較高。第八十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期五二、滲氮1、目的與用鋼目的：保持工件心部良好綜合