页数：122页文件大小：3.65 MB来源： 金属材料及热处理ppt课件
本课件为《金属材料及热处理》的钢的普通热处理与表面热处理部分，按退火、正火、淬火、回火的工艺顺序展开，依次讲解钢的退火与正火的工艺特点及组织。配合图示说明各类热处理工艺参数、组织转变与典型零件工艺路线分析。
钢的普通热处理与表面热处理
第五章钢的热处理本节重点： 掌握不同碳含量铁碳合金的组织结构特点及性能； 熟练掌握铁碳相图并会运用相律分析相图
零件加工中的热处理工序位置
毛坯生产预备热处理机械加工最终热处理机械精加工预备热处理:退火;正火；调质最终热处理:淬火;回火；表面热处理
钢的退火
退火的种类
退火重结晶退火低温退火完全退火扩散退火球化退火再结晶退火去应力退火普通退火等温退火普通球化退火等温球化退火3退火种类
完全退火
完全退火定义：将钢加热Ac3以上30-50ºC,完全奥氏体后，保温一定时间随之缓慢冷却到600ºC以下，出炉空冷。
组织：细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体）目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利第二节钢的普通热处理工艺各种退火与正火的工艺曲线
球化退火
球化退火定义：将钢加热到Ac1以上20-30ºC，保温后随炉缓冷至600ºC，出炉空冷，使钢中碳化物呈球状的工艺方法。
组织：球状珠光体（渗碳体呈球形的细小颗粒弥
球化退火的目的与适用范围
目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。
适用范围：主要用于过共析钢、合金工具钢。
球状珠光体
均匀化退火
均匀化退火（扩散退火）定义：将钢加热到Ac3以上150-300ºC，长时间保温后随炉缓冷。
目的：使钢中的化学成分和组织均匀化适用范围：主要用
去应力退火
去应力退火定义：将钢加热到Ac1以下（一般约为500—600ºC），保温后随炉缓冷至200--300ºC出炉空冷，又称低温退火。
目的：消除铸件、锻
再结晶退火
再结晶退火---中间退火 定义：把经过冷变形处理的钢加热到再结晶温度以上150～250℃，保温后缓慢冷却的退火工艺方法。
目的：使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力。
应用：去除冷变形钢引起的加工硬化。
第二节钢的普通热处理工艺再结晶退火
退火工艺视频
视频：退火工艺
钢的正火
对低、中碳钢
正火工艺视频
视频：正火工艺
钢的淬火 淬火
三、钢的淬火 淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间后，快速冷却的热处理工艺。
目的：为了获得马氏体（或贝氏体）组织，提高钢的硬度、强度和耐磨性，并保持足够的韧性
碳钢的淬火温度选择
1、碳钢 ⑴亚共析钢 淬火温度为Ac3+30-50℃。
预备热处理组织为退火或正火组织。
(一)淬火温度碳钢的淬火加热温度范围
亚共析钢淬火组织
0.5%C时为M 0.5%C时为M+A’。
65MnV钢(0.65%C)淬火组织45钢(含0.45%C)正常淬火组织
共析钢 淬火温度
⑵共析钢 淬火温度为Ac1+30-50℃；淬火组织为M+A’。
碳钢的淬火加热温度范围
过共析钢 淬火温度
碳钢淬火温度与组织总结
合金钢由于多数合金元素
淬火介质 理想的冷却曲线应只
二）淬火介质 理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。
但目前还没有找到理想的淬火介质。
常用淬火介质是水和油. 水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。
淬火介质的冷却特性比较
油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。
熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。
聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.
淬火方法 采用不同
单液淬火法视频
视频：单液淬火法
双液淬火法 工件先在一种冷却
2、双液淬火法 工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。
如水淬油冷，油淬空冷. 优点是冷却理想，缺点是不易掌握。
用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。
双液淬火法视频
视频：双液淬火法
分级淬火法
3、分级淬火法 在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。
盐浴炉
分级淬火法视频
视频：分级淬火法
等温淬火法 将工件在稍高于
4、等温淬火法 将工件在稍高于Ms的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。
经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小. 适用于形状复杂及要求较高的小型件。
等温淬火法视频
视频：等温淬火法
钢的淬透性
网带式淬火炉 淬透性是钢的主要热处理性能。
是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。
（四）钢的淬透性
影响淬透性
淬透性对力学性能的影响
淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响淬透钢第二节钢的普通热处理工艺未淬透钢
淬硬性与淬透性
之间的关系:淬透性淬硬性钢种小低碳素结构钢( 20 )小高碳素工具钢( T10A )大低低碳合金结构钢( 18Cr2Ni4WA )大高高碳高合金工具钢( Cr12MoV )
淬硬性与淬透性（续）
淬硬性与淬透性之间的区别: 淬透性与实际工件有效淬硬深度的区别同一钢种对不同截面的工件在同样奥氏体化条件下淬火，其淬透性是相同的，但是其有效淬硬深度却因工件的形状、尺寸和冷却介质的不同而异。
淬透性是钢本身所固有的的属性，对以一种钢，它是确定的，可用于不同钢种之间的比较。
实际工件的有效淬硬深度，除了取决于钢的淬透性，还与工件的形状、尺寸及采用的冷却介质等外界因素有关。
两个不同的概念淬硬性是指钢淬火后能达到的最高硬度，主要取决于马氏体的含碳量，淬透性好的钢其淬硬性不一定高。
淬火缺陷与防止措施
过热和过烧 钢在淬火加热时
2、过热和过烧 钢在淬火加热时，由于加热温度过高或高温下停留时间过长而发生奥氏体晶粒显著粗化的现象，称为过热。
加热温度达到固相线附近，使晶界氧化并部分熔化的现象称为过烧。
工件过热后，晶粒粗大，不仅降低钢的力学性能（尤其是韧性），也容易引起变形和开裂。
过热可以用正火处理予以纠正，而过烧后的工件只能报废。 为了防止工件的过热和过烧，必须严格控制加热温度和保温时间。
变形与开裂 淬火内应力是造成
钢的回火一
四、钢的回火一、定义：将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺。
二、目的：消除淬火应力，降低脆性；稳定工件尺寸；调整淬火零件的力学性能。
回火的种类按回火温度的不同
三、回火的种类按回火温度的不同，回火可分以下三种：高温回火低温回火：中温回火回火的种类150ºC-250ºC350ºC-500ºC500ºC-650ºC
低温回火
中温回火
高温回火
回火脆性淬火钢的韧性并不总
四）回火脆性淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高。
在某些温度范围内回火时，会出
第二类回火脆性 又称可逆
钢的回火视频
视频：钢的回火
工艺的核心
使零件具有“表硬里韧”的力学性能。
机床导轨表面淬火齿轮第三节钢的表面热处理和化学热处理
表面淬火
表面淬火（续）
感应加热表面淬火
工艺要求表面淬火前,必须对零
感应淬火的基本原理
分类及应用第三节钢的表面热处理和化学热处理
齿轮感应淬火的操作第三节钢的表面热处理和
视频：齿轮感应淬火的操作第三节钢的表面热处理和化学热处理
齿轮高频淬火的过程第三节钢的表面热处理和
视频：齿轮高频淬火的过程第三节钢的表面热处理和化学热处理
火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火（续）
2、火焰加热表面淬火的特点:*设备简单,操作方便,成本低。
*淬火质量不稳定。
*适于单件、小批量及大型零件的生产。
第三节钢的表面热处理和化学热处理
火焰加热表面淬火第三节钢的表面热处理和化
视频：火焰加热表面淬火第三节钢的表面热处理和化学热处理
化学热处理
化学热处理进行的条件
钢的渗碳
气体渗碳法 将工件放入密封炉内
⑴气体渗碳法 将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。
渗剂为气体(煤气、液化气等)或有机液体(煤油、甲醇等)。
第三节钢的表面热处理和化学热处理
固体渗碳法 将工件埋入渗剂中
⑵固体渗碳法 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。
渗剂为木炭。
优点：操作简单；零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱第三节钢的表面热处理和化学热处理
真空渗碳法 将工件放入
⑶真空渗碳法 将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳。
优点:表面质量好,渗碳速度快。
真空渗碳炉第三节钢的表面热处理和化学热处理
渗碳工艺参数
渗碳后的热处理工艺时间温度
7、渗碳后的热处理工艺时间温度930℃850℃方案1方案2渗碳淬火加热第三节钢的表面热处理和化学热处理
预冷淬火法
此时组织
为： 表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量) 心部：M回+F（淬透时）渗碳淬火后的表层组织M+F第三节钢的表面热处理和化学热处理
热处理后的组织
气体渗碳炉的构造第三节钢的表面热处理和化
视频：气体渗碳炉的构造第三节钢的表面热处理和化学热处理
化学热处理的基本过程第三节钢的表面热处理
视频：化学热处理的基本过程第三节钢的表面热处理和化学热处理
渗碳操作第三节钢的表面热处理和化学热处理
视频：渗碳操作第三节钢的表面热处理和化学热处理
钢的渗氮
渗氮工艺参数
5、工艺：加热温度500～600℃;保温时间0.3～0.5mm/20～50h。
6、热处理特点：渗氮前需调质处理;渗氮后不需热处理。
7、渗氮处理后的组织表层：Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN。
心部：S回。8、常用的钢种：35 CrMo、18CrNiW、38 CrMoAlA (氮化王牌钢)等。第三节钢的表面热处理和化学热处理
渗碳与渗氮的工艺特点比较
渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否需要热处理处理时间( h )处理温度( ℃ )名称需要3～9900～950渗碳不需要20～50500～600渗氮第三节钢的表面热处理和化学热处理
钢的渗氮处理第三节钢的表面热处理和化学热
视频：钢的渗氮处理第三节钢的表面热处理和化学热处理
钢的碳氮共渗
碳氮共渗工艺
工艺:合金结构钢HRC53～60中温气体碳氮共渗800～8601～8以渗碳为主0.5～0.8mm淬火+低温回火合金工具钢HRC54～63低温气体碳氮共渗500～6001～6以渗氮为主0.1～0.4mm不需要材料性能名称温度(℃)时间(h)作用渗层热处理第三节钢的表面热处理和化学热处理
热处理新技术
可控气氛热处理真空热处理形变热处理化学热处理电子束表面淬火激光热处理热处理新技术第四节热处理新技术简介
真空热处理真空热处理是
保护气氛热处理第四节热处理新技术简介视频
视频：保护气氛热处理第四节热处理新技术简介
离子渗扩热处理离子渗扩热处理是利
三、离子渗扩热处理离子渗扩热处理是利用阴极(工件)和阳极间的辉光放电产生的等离子体轰击工件，使工件表层的成分、组织及性能发生变化的热处理工艺。
离子渗碳的硬度、疲劳强度、耐磨性等力学性能比传统渗碳方法都高，而且渗碳速度快，特别是对狭小缝隙和小孔能进行均匀的渗碳，渗碳层表面碳浓度和渗层深度容易控制，工件不易产生氧化；表面洁净，耗电省和无污染。
根据同样的原理，离子轰击热处理还可以进行离子碳氮共渗、离子硫氮共渗、离子渗金属等，所以在国内外具有很大的发展前缝纫机用氮化件经氮化的机车曲轴第四节热处理新技术简介
离子氮化第四节热处理新技术简介视频
视频：离子氮化第四节热处理新技术简介
形变热处理形变热处理是将形变
四、形变热处理形变热处理是将形变强化与相变强化综合起来的一种复合强韧化处理方法。
从广义上来说，凡是将零件的成形工序与组织改善有效结合起来的工艺都叫形变热处理。
形变热处理的强化机理是：奥氏体形变使位错密度升高，由于动态回复形成稳定的亚结构，淬火后获得细小的马氏体，板条马氏体数量增加，板条内位错密度升高，使马氏体强化。
此外，奥氏第四节热处理新技术简介
形变热处理第四节热处理新技术简介视频
视频：形变热处理第四节热处理新技术简介
热处理的技术条件热处理工艺代号
一、热处理的技术条件热处理工艺代号5×××附加分类工艺代号加热方法工艺名称工艺类型热处理基础分类工艺代号第四节热处理新技术简介
零件加工中的热处理工序位置
毛坯生产预备热处理机械加工最终热处理机械精加工预备热处理:退火;正火；调质最终热处理:淬火;回火；表面热处理二、热处理工序位置的确定第四节热处理新技术简介
典型零件的热处理分析该轴选用
三、典型零件的热处理分析该轴选用45钢的锻件毛坯，热处理技术条件如下：整体调质后硬度为220～250HBS；内锥孔和外锥体硬度为45～48HRC；花键齿廓部分硬度为48～53HRC。
生产过程中，主轴的加工工艺路线为：备料→锻造→正火→机械粗加工→调质→机械半精加工→锥孔及外锥体的局部淬火、回火→粗磨（外圆、锥孔、外锥体）→铣花键、花键淬火、回火→精磨（外圆、锥孔、外锥体）第四节热处理新技术简介
齿轮该齿轮选用
2、齿轮该齿轮选用20CrMnTi的锻件毛坯，热处理技术条件如下：齿面渗碳层深度：0.8～1.3mm齿面硬度为58～62HRC心部硬度为33～48HRC生产过程中，齿轮加工工艺路线如下：备料→锻造→正火→机械加工→渗碳→淬火、低温回火→喷丸→校正花键孔→磨齿第四节热处理新技术简介
退火的目的
常用的退火工艺及
2.常用的退火工艺及应用（1）完全退火（2）球化退火（3）去应力退火（4）再结晶退火（5）扩散退火
正火将钢加热到
Ac3(或Accm)以上30～50℃，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。
由于正火将钢加热到完全奥氏体化状态，使钢中原始组织的缺陷基本消除，然后再控制以适当的冷却速度，所以正火得到以索氏体为主的组织。
正火与退火两者的目的基本相同，但正火的冷却速度比退火稍快，故正火钢组织比较细，它的强度、硬度比退火钢高。
正火工艺
1.正火工艺的应用（1）低碳钢（2）中碳结构钢（3）过共析钢2.退火与正火的选择（1）切削加工性（2）使用性能（3）经济性
第五节钢的淬火
1.钢的淬火工艺及种类钢的淬火就是将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和(或)下贝氏体组织的热处理工艺。
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体(或下贝氏体)型转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，获得所需的力学性能。
淬火加热温度在具体选择钢
1)淬火加热温度在具体选择钢的淬火加热温度时，除了遵循一般原则外，还应考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。
碳钢的淬火加热温度范围
淬火介质生产中实际使用的淬火介质
2)淬火介质生产中实际使用的淬火介质可分为两大类:一类是工件在冷却过程中会发生物态变化的介质;另一类是不发生物态变化的介质。
其冷却特性的不同，直接影响了工件的冷却速度。
钢在理想淬火介质中冷却速度示意图
●蒸气膜阶段
中AB段）●沸腾阶段（中BC段）●对流阶段（中CD段）冷却过程的三个阶段
常用的淬火介质常用的淬火介质有水
盐水和碱水、油、熔盐和熔碱等。
●水●盐水和碱水:●油:●熔盐和熔碱:●新型淬火介质:主要有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。
淬火冷却
3)淬火冷却方法①单液淬火:②双介质淬火:③马氏体分级淬火:④下贝氏体等温淬火:⑤延迟淬火冷却:⑥局部淬火:⑦深冷处理:常用淬火方法冷却曲线示意图
钢的淬硬性和淬透性淬
2.钢的淬硬性和淬透性淬硬性和淬透性是表示钢接受淬火能力的两项性能指标。
它们是选材、用材的重要依据，也是热处理技师必须了解的材料的重要性能。
①淬硬性②淬透性
第七节钢的回火
1.淬火钢在回火时的组织和性能转变回火就是钢淬硬后，再加热到低于Ac1以下的某一温度，保温一定的时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
回火的目的是:合理调整力学性能，使工件满足使用要求;稳定组织，使工件在使用过程中不发生组织转变，从而保证工件的形状、尺寸不变;降低或消除内应力，以减少工件的变形并防止开裂。
回火时的组织转变淬火钢回火
1)回火时的组织转变淬火钢回火时的组织转变大致包括以下几个过程:①碳原子的偏聚和聚集:②马氏体的分解:③残余奥氏体的转变:④碳化物的析出、转化和长大:⑤铁素体的回复与再结晶:
回火转变过程的综合作用
总之，淬火钢的回火转变是由以上五个过程综合作用的结果，难以用明确的温度范围将它们截然分开，它们有时互相交错，有时同时进行。
回火后的力学性能淬火钢回火
2)回火后的力学性能淬火钢回火时力学性能总的变化趋势是：随着回火温度的上升，硬度、强度降低，塑性、韧性升高。
回火温度对硬度的影响
①回火对淬火钢硬度的影响不同碳含量的碳钢回火温度与硬度的关系
回火温度对力学性能的影响
②回火对钢的强度、塑性和韧性的影响碳钢的力学性能与回火温度的关系
回火的分类及回火工艺的制定
2.回火的分类及回火工艺的制定（1）回火的分类①低温回火:②中温回火:③高温回火:（2）回火工艺的制定制定回火工艺的主要参数有:回火温度、回火时间、回火后的冷却速度。
感应加热表面淬火原理
第八节钢的表面淬火二、感应加热表面淬火(1)基本原理感应加热示意图
特点及其在热处理中
2)特点及其在热处理中的应用①感应加热能够在一定范围内控制加热层深度。
②加热速度快，生产效率高。
③工件的热处理质量高而稳定。
④热效率高。⑤易实现局部加热和连续加热。⑥便于实现机械化和自动化。
感应加热表面淬火后的组织及性能
工艺感应加热表面淬火的工艺
火焰加热表面淬火
2.火焰加热表面淬火(1)基本原理和特点(2)方法①固定法；②旋转法；③前进法；④联合法。
火焰表面淬火方法示意图1—火焰喷嘴;2—喷水装置;3—加热层;4—淬硬层
第九节钢的化学热处理
1.化学热处理的基本原理(1)化学热处理的概念(2)化学热处理的基本过程2.渗碳(1)渗碳概述(2)气体渗碳(3)渗碳后的热处理及其性能①渗碳后的热处理:②渗碳淬火后的组织:一类是从表面到心部组织依次为马氏体+残余奥氏体→马氏体→心部组织;另一类是马氏体+残余奥氏体+碳化物→马氏体+残余奥氏体→马氏体→心部组织。
气体渗碳工艺过程通常可划分为升温
排气、渗碳(包括强渗和扩散)、降温冷却三个阶段，如所示。
井式炉滴注式气体渗碳工艺过程
渗氮工艺要点
3.渗氮(1)渗氮概述(2)气体渗氮原理(3)渗氮前的热处理(4)气体渗氮工艺气体渗氮的工艺曲线见。
4.碳氮共渗及氮碳共渗(1)碳氮共渗(2)氮碳共渗5.其他化学热处理简介(1)渗硼(2)其他多元共渗(3)渗铝
渗氮概述
1）渗氮概述（2）气体渗氮原理（3）渗氮前的热处理（4）气体渗氮工艺气体渗氮的工艺曲线见。
4.碳氮共渗及氮碳共渗（1）碳氮共渗（2）氮碳共渗5.其他化学热处理简介（1）渗硼（2）其他多元共渗（3）渗铝气体渗氮工艺曲线3.渗氮
思考题
4-1铁碳合金的基本组织有哪几种?分别说明它们的性能特征。
4-2Fe-Fe3C相图中各特性点、特性线有何意义?4-3试述e-Fe3C相图的运用。
4-4什么叫热处理?热处理的目的是什么?4-5通常热处理工艺分为哪几个阶段?4-6何为奥氏体化?其经历了哪几个阶段?4-7奥氏体晶粒大小对钢热处理后的性能有什么影响?如何才能获得细小、均匀的奥氏体晶粒?4-8过冷奥氏体在不同温度下等温时其最终产物分别是什么?它们的组织形态和性能如何?4-9过冷奥氏体等温转变与连续转变有何区别?4-10简述马氏体型转变的特点。
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