1、Chapter 8 熱處理（Heat Treatment),8-1 概述,熱處理的定義：金屬或合金在固態(tài)下,用加熱、保溫和冷卻的方法改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，獲得所需性能的操作，稱為熱處理。 目的 改變金屬的工藝性能，使之易于加工。 提高零件和工具的使用性能 例：鋼： 在正火狀態(tài)： 在調(diào)質(zhì)狀態(tài)： 船機(jī)、汽車等動(dòng)力機(jī)械，以上的零件要進(jìn)行熱處理。,能進(jìn)行熱處理的前提 固態(tài)下能夠發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的金屬，才能進(jìn)行熱處理。 鋼和鑄鐵具備這個(gè)條件。 熱處理的工藝過(guò)程 熱處理三步曲：“加熱、保溫、冷卻”。,- 鋼在加熱的組織轉(zhuǎn)變,一、目的 加熱至臨界點(diǎn)以上： 使鋼的組織化，獲得A，稱為A化。 加熱至臨界點(diǎn)以下： 沒(méi)有

2、組織轉(zhuǎn)變，消除應(yīng)力等。 二、A的形成 當(dāng)加熱到臨界點(diǎn)以上時(shí)，發(fā)生重新結(jié)晶（包括原子的擴(kuò)散和晶格的改組）。,（一）基本過(guò)程 Ac1 1 共析鋼 P（FFe3C） P A （ F Fe3C） A C：0.0218% 6.69% 0.77% 晶格：體心立方 復(fù)雜斜方 面心立方 A化的過(guò)程；包括C的擴(kuò)散和鐵的晶格改組。由四個(gè)過(guò)程組成： （1）A的形核：形核的部位是：F與Fe3C的交界處。 （2）A的長(zhǎng)大 （3）剩余Fe3C的溶解 （4）A的均勻化,2 非共析鋼 非共析鋼的A化要分兩步完成： （1） 加熱到Ac1完成P的A化。 （2）加熱到Accm（Ac3）完成F（或Fe3C二次）的A化。 （二）影響A

3、轉(zhuǎn)變的因素 1 加熱溫度 2 加熱速度 3 鋼中的C： C高，F(xiàn)e3C多，相界面多，A的核心多，轉(zhuǎn)變速度快。 4 合金元素：不改變A的過(guò)程，但影響A形成的速度，影響C的擴(kuò)散速度。 （1）Co 、Ni等，提高C在A中的擴(kuò)散速度； （2）Cr、Mo、V等，形成難溶解的碳化物，降低C 的擴(kuò)散能力，降低A化速度；,（3）Si、Mn、Al等，影響不大。 5 原始組織 原始P的Fe3C有兩種形態(tài)：片狀和粒狀。其中片狀的P中相界面多，A化速度快。 三、晶粒的大小 成分及冶練方法： P72 14粗、58細(xì)、910級(jí)為超細(xì)（新標(biāo)準(zhǔn)）。 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼（含V、Ti的鋼）和本質(zhì)粗晶粒鋼（用硅鐵和錳鐵脫氧的鋼）。 加熱

4、溫度及保溫時(shí)間,四、常見(jiàn)的加熱缺陷 氧化 ； 脫碳； 加熱不足； 過(guò)熱； 過(guò)燒。 五、加熱時(shí)間：加熱至所需溫度需的時(shí)間；各部分溫度均勻一致并完成組織轉(zhuǎn)變所需時(shí)間。,- 鋼在冷卻時(shí)組織變化,一、曲線（過(guò)冷A等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線） 把某種鋼在各種溫度下的等溫轉(zhuǎn)變結(jié)果繪成一個(gè)圖，其形狀如字母“”，故稱為曲線。 共析鋼的曲線如圖所示。,“”曲線的分析： 組織轉(zhuǎn)變 ，即“鼻子”以上部分，過(guò)冷發(fā)生轉(zhuǎn)變，稱為轉(zhuǎn)變區(qū)，也稱高溫轉(zhuǎn)變區(qū)。 （） 組織特點(diǎn)：片狀片狀的機(jī)械混合物。轉(zhuǎn)變區(qū)是典型的擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變。 共析鋼在1之間，形成粗片狀的P組織。片間距，。,在之間（過(guò)冷度增大），形成細(xì)片狀的組織，稱為（索氏體）。片間距：，

5、。 在之間（過(guò)冷度更大），形成極細(xì)片狀的組織，稱為（屈氏體）。片間距，。 ，即“鼻子”以下部分，過(guò)冷發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，用B表示，稱為貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，也稱中溫轉(zhuǎn)變區(qū)。 是過(guò)飽和的與碳化物（注意不一定是：3）的兩相混合物。 由于轉(zhuǎn)變溫度較低，鐵原子已失去擴(kuò)散能力，碳原子也只能作短程的擴(kuò)散。,在內(nèi)，形成上（上），呈羽毛狀，F(xiàn)條較寬，滲碳體在F片間析出，故機(jī)械性能差（、脆性大），使用價(jià)值不大。 在內(nèi)，形成下（下），呈針狀或竹葉狀，具有較高的強(qiáng)度和韌性，硬度（）和耐磨性也好，是一種理想的組織，具有很高的使用價(jià)值。 f，過(guò)冷發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，稱為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，也稱低溫轉(zhuǎn)變區(qū)。這種轉(zhuǎn)變是典型的非擴(kuò)散型相變。 是在

6、中的過(guò)飽和固溶體，或者說(shuō)是含過(guò)飽和的。,轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)： 是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)（）完成的，的轉(zhuǎn)變量與溫度有關(guān)； 不能全部轉(zhuǎn)變成，總有一部分未轉(zhuǎn)變而殘留在鋼中，稱為殘余（用或表示）。 小結(jié)：,小結(jié)：,二、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線與等溫轉(zhuǎn)變曲線的關(guān)系 連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變曲線與曲線很相似（但不相同 ，如共析鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線中沒(méi)有轉(zhuǎn)變區(qū)）。 5相當(dāng)于爐冷，轉(zhuǎn)變成。 4相當(dāng)于空冷，A轉(zhuǎn)變成。 2相當(dāng)于油冷，最后的組織是。 1相當(dāng)于水冷，最后的組織是 3相當(dāng)于等溫冷卻，發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。,- 鋼的退火和正火,一、退火（Annealing） 定義 將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上或以下，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻的一種操作，稱為。 實(shí)質(zhì)：

7、使A 發(fā)生P轉(zhuǎn)變 種類 目的 （）降低硬度，改善切削加工性能。 （）提高塑性，便于冷加工。 （）消除組織缺陷，改善性能。 （）消除應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸、防止變形。 （）脫氫，防止白點(diǎn)。大型鍛件。 （）作為預(yù)先熱處理。,二、完全退火 將亞共析鋼零件加熱到以上，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻 的一種操作。（普通退火） 目的是細(xì)化晶粒、消除過(guò)熱、降低硬度，便于機(jī)械加工。 注意：適用于亞共析鋼。周期長(zhǎng)，十幾小時(shí)。 三、等溫退火 將零件加熱到或以上，保溫后迅速轉(zhuǎn)入低于（） 的恒溫爐中長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后出爐空冷，這種工藝稱等溫退火。,四、球化退火 將共析鋼和過(guò)析鋼加熱到，然后緩慢冷卻的操作方法。 經(jīng)過(guò)處理后，碳化物呈球形

8、分布。 目的：降低硬度，改善切削加工性，為淬火作組織準(zhǔn)備。 五、再結(jié)晶退火 六、低溫退火：加熱以下，保溫后緩冷。 目的：消除應(yīng)力，提高零件尺寸的穩(wěn)定性。 七、正火(Normalizing) 將鋼加熱到上臨界點(diǎn)（ 或 ）以上，保溫后，在空氣中冷卻的一種操作。,與退火的區(qū)別：冷速大，得到組織。過(guò)共析鋼：加熱溫度不同，以上。由于冷速大，滲碳體不會(huì)以網(wǎng)狀形式析出。 目的：細(xì)化組織及消除鍛件、鑄件的過(guò)熱組織缺陷。 低碳鋼：提高硬度，改善切削加工性。 中碳鋼：可代替直經(jīng)mm的軸類零件（、鋼）的調(diào)質(zhì)處理工藝。 高碳鋼：消除網(wǎng)狀滲碳體。 獲得，好的綜合機(jī)械性能。,- 鋼的淬火與回火（Quenching and

9、 Tempering）,一、淬火 （一）定義 將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后，在冷卻介質(zhì)中快速冷卻獲得M的一種操作， 是一種強(qiáng)化工藝。最重要的強(qiáng)化方法。 實(shí)質(zhì)：使急冷發(fā)生轉(zhuǎn)變，獲得少量的殘余的組織。 （二）目的：獲得。但硬度高，脆性大，不能直接使用，必須與回火配合使用。,淬火低溫回火，提高硬度和耐磨性； 淬火中溫回火，提高彈性； 淬火高溫回火（調(diào)質(zhì)處理），強(qiáng)韌性（好的綜合機(jī)械性能 ） （三）工藝過(guò)程 加熱： 目的：獲得。 溫度：亞共析鋼： ，完全化。（） 共析鋼、過(guò)共析鋼： ，非完全化。 2 保溫時(shí)間：保溫時(shí)間由試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定。,3 冷卻（工藝的關(guān)鍵） （1）理想的冷卻介質(zhì)： （2）常用的冷卻介

10、質(zhì)： A 水； B 鹽水； C 油。 選用原則:在保證淬硬的前提下,盡量選用較為緩和的冷卻介質(zhì),以減小變形和開(kāi)裂. (4)常用的淬火方式： A 單液淬火 ； B 雙液淬火； C 分級(jí)淬火； D 等溫淬火,（5）冷處理：將經(jīng)過(guò)常規(guī)淬火后的零件，再深冷至室溫以下的操作。 目的：減少殘余A 的含量，提高硬度和尺寸穩(wěn)定性。實(shí)質(zhì)：零下淬火。 應(yīng)用：精密偶件和貴重的工模具等。 （四）淬透性（HARDENABILITY 鋼接收淬火的能力，稱為淬透性。它是鋼的一種固有屬性，是指鋼在淬火時(shí)能夠獲得M的能力。,衡量指標(biāo)：淬透性的大小是在一定條件下，鋼淬火時(shí)能獲得的淬硬層的深度來(lái)表示。 淬硬層的深度：表面（M）到半

11、M層（50M50S或T）的深度。 應(yīng)用：（1）選材：（2）制定熱處理工藝： 確定冷卻方法、冷卻介質(zhì)等。 （五） 淬火缺陷： （1）淬火變形：只能減小，不能消除。 （2）淬火裂紋：淬火應(yīng)力b的結(jié)果，C高，產(chǎn)生裂紋的傾向大。 （3）硬度低（又稱沒(méi)淬上火）； （4）軟點(diǎn),二、 回火（TEMPERING） 1定義：淬火后的鋼，在臨界點(diǎn)以下加熱，保溫一定時(shí)間后，在空氣中冷卻的操作。稱為回火。 實(shí)質(zhì)：組織由不穩(wěn)定穩(wěn)定組織。 2特點(diǎn) （1）加熱溫度 ：臨界溫度以下。 （2）回火是在淬火后進(jìn)行。即：它從屬于淬火操作。 3 目的： （1）消除淬火應(yīng)力和脆性；（2）提高韌性；（3）穩(wěn)定組織：M是不穩(wěn)定的組織；（4

12、）調(diào)整性能，得到所需的性能。,4 種類 （1）低溫回火（150250）： M轉(zhuǎn)變成回火M，用“M”表示。組織是：M碳化物（Fe2.4C）,M的過(guò)飽和度降低。特點(diǎn)：消除了應(yīng)力，保留高硬度（HRC5864），硬度并不降低，但內(nèi)應(yīng)力和脆性下降，耐磨性好。C作短程的擴(kuò)散。 應(yīng)用：工具、模具、柴油機(jī)的精密偶件等。,（2）中溫回火（350500）： M轉(zhuǎn)變成回火T，用“T”表示。組織是：F的基體上彌散分布著微小粒狀（或片狀）的碳化物。F基體基本恢復(fù)，但尚未再結(jié)晶。 特點(diǎn)：彈性及韌性好，硬度HRC3545。應(yīng)用：彈簧。 （3）高溫回火（500650）： M轉(zhuǎn)變成回火S，用“S”表示。 組織是：F的基體上彌散

13、分布著細(xì)粒狀的滲碳體。F基體已經(jīng)再結(jié)晶（等軸晶粒）。M的痕跡消失。應(yīng)用：軸類零件（曲軸，連桿，螺栓等）,特點(diǎn)：綜合機(jī)械性能好（高韌性，高強(qiáng)度，高疲勞強(qiáng)度，中等硬度HRC2535）。 通常將淬火后進(jìn)行高溫回火的操作稱為調(diào)質(zhì)處理。 5 回火脆性：在某一段溫度回火時(shí)，韌性大大降低，這種現(xiàn)象稱為回火脆性。 （1）低溫回火脆性：溫度范圍：250350，不可逆，無(wú)法消除，應(yīng)避開(kāi)這個(gè)溫度范圍。 （2）高溫回火脆性：溫度范圍：450650，可逆回火脆性，可消除，常見(jiàn)于合金鋼。,85表面熱處理（CASE HARDENING,一、問(wèn)題的提出 二、表面淬火： 適用范圍：中碳鋼（40、45、40Cr等） 1火焰表面淬

14、火（flame hardening) 2感應(yīng)加熱表面淬火（induction hardening) 3電接觸加熱表面淬火 三、表面化學(xué)熱處理 定義：將零件在一定的加熱介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入零件表面層的一種熱處理工藝。,目的：通過(guò)改變表面層的化學(xué)成分和顯微組織，來(lái)提高表面的性能（機(jī)械和理化性能），實(shí)際上使同一零件由兩種成分的材料制成。 與表面淬火的區(qū)別：既有組織轉(zhuǎn)變，又有成分改變，而后者只有組織轉(zhuǎn)變。 過(guò)程：由三個(gè)過(guò)程組成：介質(zhì)的分解、活性原子的吸收、活性原子在零件中的擴(kuò)散。 （一）滲碳（carburizing),把低碳鋼的零件放在可以提供活性C原子的物質(zhì)中加熱，使其表面變成高

15、碳鋼，再通過(guò)淬火，得到表面的高硬度和高耐磨性，而零件的心部仍然保持高韌性。 應(yīng)用： 受沖擊載荷的摩擦零件；如齒輪、活塞銷等。 滲碳鋼的含碳量：C低于02，否則韌性下降。 優(yōu)缺點(diǎn)： 性能好，（外強(qiáng)內(nèi)韌） 周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，成本高。,（二）滲N（Nitriding） 1滲N：把N原子滲入鋼件表面的過(guò)程，叫滲N。 2 離子N化：應(yīng)用：齒輪、槍炮管、活塞銷、缸套（本校工藝所有專利設(shè)備）。 （三）CN共滲 CN共滲，分為兩種：高溫CN共滲：830850，12小時(shí)。 低溫CN共滲（軟N化）：570，以滲N為主。,1.熱處理是鋼在 下，通過(guò)加熱，保溫和冷卻來(lái)變其內(nèi)部組織達(dá)到改變性能的操作。A.液態(tài) B.固

16、態(tài) C.過(guò)冷態(tài) D.經(jīng)預(yù)處理后 2.影響熱處理工藝的主要因素是 。 A.加熱 B.加熱速度 C.加熱溫度和保溫時(shí)間 D.零件的形狀 3.普通熱處理包括 。 A.退火 B.正火 C.表面淬火 D.滲碳 E.淬火F.回火 4.退火是把鋼加熱到一定溫度、保溫后 冷卻的操作。 A.緩慢 B.較快 C.快速 D.急速 5. 退火是把鋼加熱到一定溫度、保溫后 冷卻的操作。 A.隨爐或埋灰 B.空氣 C.油冷 D.水冷,6.完全退火使用于 。 A.工業(yè)純鐵 B.亞共析鋼 C.共析鋼 D.過(guò)共析鋼 7.完全退火是把亞共析鋼加熱到 ，保溫后緩冷的操作。 A.A1 B.Ac1 C. Ac3 8. 完全退火是把亞共

17、析鋼加熱到全部呈 狀態(tài)。 A.F B. F+A C. A D. A+Fe3C 9.不完全退火是把過(guò)共析鋼加熱到全部呈 狀態(tài)。 A.鐵素體 B.鐵素體+奧氏體 C.奧氏體 D.奧氏體+滲碳體 10.不完全退火適用于 。 A.工業(yè)純鐵 B.亞共析鋼 C.共析鋼 D.過(guò)共析鋼,11.不完全退火實(shí)質(zhì)上是把過(guò)共析鋼加熱到 狀態(tài)。 A.F B. A C. P+ Fe3C D. A+Fe3C 12.球化退火適用于 。 A.工業(yè)純鐵 B.亞共析鋼 C.共析鋼 D.過(guò)共析鋼 13.球化退火的目的是為了 。 A.提高硬度 B.消除網(wǎng)狀Fe3C C.提高塑性 D.消除應(yīng)力 14.再結(jié)晶退火適用于 。A.淬火鋼 B.

18、經(jīng)冷變形 C.經(jīng)熱加工的鋼 D.碳鋼,15.ZG35的鑄造齒輪需采用 處理。 A. 完全退火 B.球化退火 C.再結(jié)晶退火 D.低溫退火 16.經(jīng)冷軋后的10鋼鋼板應(yīng)進(jìn)行 處理。 A.完全退火 B.低溫退火 C.再結(jié)晶退火 D.球化退火 17.碳素工具鋼T13鋼坯欲加工成銼刀等應(yīng)先進(jìn)行 處理。 A. 低溫退火 B. 完全退火 C.再結(jié)晶退火 D.球化退火 18.鍛造過(guò)熱的50鋼坯件零進(jìn)行 處理。 A. 低溫退火 B. 完全退火 C.不完全退火 D. 再結(jié)晶退火,19.碳鋼正火處理后將獲得 組織。 A.F B.P C.S D.T 20.碳鋼正火處理后可獲得 組織。 A.鐵素體 B.珠光體 C.索

19、氏體 D.屈氏體 21.索氏體是鐵素體與滲碳體層片較細(xì)的 。 A.混合物 B.機(jī)械混合物 C.化合物 D.固體 22.低碳鋼正火處理是為了 目的。A降低塑性/提高硬度 B. 提高塑性/降低硬度 C.降低硬度/便于切削D. 提高硬度/便于切削,23.中碳鋼大直經(jīng)或形狀復(fù)雜的零件用正火處理代替 處理。 A.退火 B.調(diào)質(zhì) C.淬火 D.淬火+低溫回火 24.40Cr鋼曲軸鍛造毛坯進(jìn)行正火處理是為了 。A.代替退火處理 B.代替調(diào)質(zhì)處理 C.降低硬度便于加工 D.改善組織 25.把鋼加熱使之全部為奧氏體，保溫后快速冷卻至珠光體轉(zhuǎn)變溫度，等溫停留一段時(shí)間使奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w后再空冷只至室溫，這種操

20、作稱為 。 A.完全退火 B.球化退火 C.等溫退火 D.正火,26等溫火的目的稱為 。A.準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 B.降低硬度 C.零件截面性能一致 D.消除應(yīng)力 27.把鋼加熱、保溫后在爐或熱灰中緩慢冷卻的一種操作稱為 。 A.正火 B.回火 C.退火 D.調(diào)質(zhì) 28.把鋼加熱到臨界點(diǎn)前或后某一溫度，保溫一定時(shí)間后緩冷，而獲得近似穩(wěn)定狀態(tài)的組織這種工藝過(guò)程稱為 。 A.退火 B.正火 C.回火 D.淬火 29.鋼經(jīng)退火處理后，可使其硬度 ，塑性 。 A.降低/提高 B.提高/降低 C. 降低/降低 D. 提高/提高,30.完全退火的目的之一是 。 A.降低硬度 B.提高韌性 C.減少塑性 D.降低脆性 31.在船上，用噴