08 第五章 普通表面热处理1.pptx

第1页：5.3钢的普通热处理

5.3钢的普通热处理：本页为图示内容，标明本节讲退火、正火、淬火与回火四类工艺。

第2页：热处理的分类

热处理的分类：热处理分类热处理普通热处理表面热处理退火、正火淬火、回火表面淬火化学热处理感应加热表面淬火火焰加热表面淬火渗碳、渗氮碳氮共渗等

第3页：预备热处理与最终热处理

预备热处理与最终热处理

• 普通热处理分类
• 预备热处理：退火、正火
• 最终热处理：淬火＋回火
• 预备热处理的目的：
• (1)获得细小均匀的组织、消除内应力
• (2)调整硬度，便于机加工(HB170-250)
• (3)为最终热处理做好组织准备
• 最终热处理的目的：
• 使零件获得所需要的性能——强化

第4页：机械零件加工工艺路线

机械零件加工工艺路线：机械零件的加工工艺路线锻造铸造毛坯预备热处理最终热处理机械粗加工机械精加工装配、检验成品

第5页：退火

退火

• 一、退火
• 退火:将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却(一般为随炉冷却)的热处理工艺。
• 分为：完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火等。

第6页：退火工艺曲线图

退火工艺曲线图：本页为图示内容，标出加热温度、保温时间与随炉冷却的温度轨迹。

第7页：完全退火

完全退火

• 1．完全退火
• 加热温度：Ac3以上20-30 ℃，获得“完全的奥氏体组织”；缓慢冷却，发生珠光体转变。
• 组织：P+F或P
• 目的：
• ①细化，均匀化组织，得到接近平衡状态的组织，以提高钢件的塑性和韧性
• ②中碳以上碳钢—调整硬度→切削性↑
• ③消除内应力
• 应用范围：亚共析钢、共析钢的铸件、锻轧件、焊件，不适用于过共析钢。（原因：二次渗碳体会网状析出，性能恶化。见教材P105）

第8页：等温退火

等温退火

• 2、等温退火
• 将工件加热到Ac3或Ac1以上保温，然后快速冷却到珠光体转变区等温，使奥氏体转变为珠光体，然后缓慢冷却的热处理工艺
• 目的：与完全退火相同温度时间临界温度

第9页：等温退火与完全退火对比

等温退火与完全退火对比

• 2、等温退火
• 特点：转变组织容易控制，容易获得预期的组织;大件、合金钢制件可缩短退火时间。温度t/℃时间?/h普通退火4h3h40℃/h等温退火空冷空冷开炉门870~880℃500℃炉冷150℃/h720~740℃

第10页：球化退火

球化退火

• 3．球化退火（不完全退火）
• 加热温度：Ac1以上20-40 ℃，长时间保温，使二次渗碳体球化。组织：F基体上分布着球状Cem
• 球化退火组织

第11页：球化退火的应用

球化退火的应用

• 3．球化退火（不完全退火）
• 应用范围：过共析钢、共析钢零件机加工前或淬火以前（如工具钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢）
• 目的：①使Cem球化→HRC↓，韧性↑→切削性↑②为淬火作准备
• 球化退火前应正火，使共析钢的网状二次渗碳体破碎。

第12页：网状渗碳体

网状渗碳体：本页为图示内容，显示沿晶界连续分布的白色渗碳体网络。

第13页：网状渗碳体（续）

网状渗碳体（续）：本页为图示内容，显示正火处理后网状渗碳体被破碎的情形。

第14页：扩散退火

扩散退火

• 4．扩散退火（均匀化退火）
• 为减少钢锭、铸件、锻件的化学成分、组织的不均匀性，将其加热到略低于固相线温度，长时间保温、缓慢冷却的热处理工艺。
• 加热温度：1050-1150℃；时间：10-20h,
• 组织：P+F或P
• 目的：消除偏析，使化学成份均匀
• 后果：粗大晶粒（应采用完全退火消除）

第15页：去应力退火

去应力退火

• 5．去应力退火
• 去应力退火又称低温退火。它是将钢件加热到500-650℃左右（Ac1温度以下），保温一段时间，使工件发生回复，然后缓慢冷却到室温，从而消除工件残余应力的工艺方法
• 目的：消除铸件、锻件和焊接件以及冷变形等加工中所造成的内应力，防止零件的变形或开裂。

第16页：去应力退火工艺

去应力退火工艺：本页为图示内容，标出加热温度区间与缓慢冷却的过程。

第17页：正火

正火

• 二、正火（空冷）
• 正火：将工件加热到Ac3或Accm+30-50℃，奥氏体化后，在流动的空气中冷却。
• 组织：S、S+F、S+Fe3CⅡ（S-索氏体，细珠光体）
• 正火也称为常化处理ECFPSKGAc3AccmAc1A

第18页：正火工艺示意

正火工艺示意：本页为图示内容，标出奥氏体化温度与空冷路径在相图上的位置。

第19页：正火与退火的组织对比

正火与退火的组织对比：本页为图示内容，显示正火得到的索氏体片层更细且组织更致密。

第20页：45钢退火与正火性能对比表

原表列标题与数值粘连，表中按常规数值范围还原列序，硬度值为近似值，建议对照原图复核。

第21页：正火的应用

正火的应用

• 正火应用：
• （1）普通结构钢零件可用正火作最终热处理
• a.细化A晶粒，组织均匀化；减少亚共析钢中F%,增加P%，细化组织，强度，韧性，硬度↑
• （2）预先热处理
• a.消除魏氏组织，带状组织；细化组织→为淬火、调质作准备(调质前)
• b.使过共析钢中Fe3CII↓→使其不形成连续网状，为球化作准备（球化退火前）
• （3）低碳钢改善切削加工性能（提高硬度）

第22页：淬火

淬火

• 三、淬火
• 将钢加热到相变温度以上，保温，快速冷却，以获得马氏体（M+A’）。
• 1．淬火温度的确定
• 淬火温度过高→A粗大→M粗大→力学性能↓
• 淬火温度过高→A粗大→M粗大→淬火应力↑→变形，开裂↑

第23页：淬火加热温度的选择

淬火加热温度Ac3+30---50℃亚共析钢Ac1+30----50℃共析钢Ac1+30---50 ℃过共析钢保留一定的Cem→HRC↑，耐磨性↑A中C%↓→M中C%↓→M脆性↓→变形开裂↓A中C%↓→M过饱和度↓→残余A↓

第24页：淬火温度的三个思考题

淬火温度的三个思考题

淬火加热温度思考：1.为什么亚共析钢不在两相区加热？2.为什么过共析钢必须在两相区加热？3.如果T淬火＞Accm会有什么后果？

第25页：加热时间的确定

加热时间的确定

• 2．加热时间
• 升温、保温两个阶段；根据工件大小，加热设备情况确定。（查手册、根据经验公式确定）
• t=αD
• 式中：α—加热系数(min/mm) D—工件有效厚度（mm）温度时间临界温度升温时间保温时间

第26页：理想淬火冷却曲线

理想淬火冷却曲线

• 3．淬火介质
• 理想淬火曲线
• 650 ℃以上，慢冷，减小热应力
• 650-400 ℃，快冷，避免过冷奥氏体分解为珠光体类组织
• 400 ℃以下，慢冷，减轻相变应力650 ℃400 ℃

第27页：水作为淬火介质

水作为淬火介质

• 3．淬火介质
• 常用的淬火冷却介质：水、油。
• 水：650-550℃范围内冷却能力强，300-200℃范围内冷却能力也强。
• 淬火零件易变形开裂；适用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。
• 在水中加入盐、碱，其冷却能力比清水更强。650 ℃400 ℃

第28页：油作为淬火介质

油作为淬火介质

• 3．淬火介质
• 油：300-200℃冷却能力较弱，淬火零件不易变形开裂，但在650-550℃冷却范围内能力也较弱。650 ℃400 ℃
• 适用于：形状复杂的合金钢工件的淬火；小截面形状复杂的碳钢工件的淬火。

第29页：古籍中的淬火记载

古籍中的淬火记载

• 中国古代对淬火的认识
• 《北齐书·列传第四十一》记载，东魏、北齐间(534~577)的綦母怀文在“宿铁刀”淬火时：
• “浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”。
• 浴以五牲之溺——盐水
• 淬以五牲之脂——油

第30页：盐浴与碱浴淬火介质

盐浴与碱浴淬火介质

• 3．淬火介质
• 为减少零件的变形，可用盐浴（熔融的盐、碱）为淬火介质。（80%KOH+20%NaOH）
• 特点：沸点高，冷却能力介于水、油之间；
• 常用于等温淬火、分级淬火。处理形状复杂、尺寸小、变形要求严格的工具等。
• （注：熔点高的盐，也可作加热用。）

第31页：淬火方法的选择依据

淬火方法的选择依据

• 4．淬火方法
• 淬火方法的选择依据：
• 获得马氏体、减少内应力、减少零件的变形和开裂；
• 常用的淬火方法有：单介质淬火；双介质淬火；等温淬火；分级淬火。

第32页：常用淬火方法

常用淬火方法：本页为图示内容，对比单介质、双介质、分级与等温淬火的轨迹。

第33页：淬火操作

淬火操作：本页为图示内容，展示工件从加热炉取出后浸入淬火介质冷却的过程。

第34页：钢的淬透性

钢的淬透性

• 四、钢的淬透性
• 1．淬透性；钢淬火时得到M组织的能力，取决于VK（上临界冷却速度）。A1MsMf温度时间VkA1MsMf温度时间Vk

第35页：淬透性与淬透层深

淬透性与淬透层深

• 四、钢的淬透性
• 淬透性通常用在一定条件下，工件淬火时的淬透层深来表示
• 在相同淬火条件下，淬透层深越大，则钢的淬透性越好。
• 淬透层深：从试样表面到半马氏体区的距离。（马氏体和非马氏体组织各占一半的）

第36页：淬透层深示意

淬透层深示意：本页为图示内容，在试样横截面上标出马氏体区到半马氏体区的范围。

第37页：淬透性与截面性能

淬透性与截面性能：本页为图示内容，显示淬透与未淬透试样从表面到心部的硬度分布。

第38页：淬硬性

淬硬性

• 四、钢的淬透性
• 2．淬硬性：淬硬性指的是钢在淬火后能达到的最高硬度。取决于M中C%，
• M中C%↑→淬硬性↑

第39页：影响淬透性的因素

影响淬透性的因素

• 3．影响淬透性的因素
• 钢的淬透性由其临界冷却速度VK决定。
• 碳的质量分数亚共析钢C%↑→淬透性↑，过共析钢C%↑→淬透性↓
• 奥氏体化温度T↑→淬透性↑
• 合金元素
• 除Co、Al以外，合金元素溶入奥氏体，使C曲线右移，↑淬透性；（合金钢淬透性优于碳钢）
• 未溶第二相↓淬透性

第40页：按服役条件确定淬透性

按服役条件确定淬透性

• 4．淬透性的应用
• （1）根据服役条件，确定对钢淬透性的要求——选材的依据
• 拉压或剪切载荷；整个断面性能一致，淬透。
• 弯扭载荷轴类零件；表层受力大，心部小，淬透轴半径的1/2~1/3即可。

第41页：淬透性与热处理工艺

淬透性与热处理工艺

• 4．淬透性的应用
• （2）热处理工艺制定的依据
• 形状复杂、精密零件时（精密模具），选淬透性高的钢。以减少淬火时的变形开裂。
• 表面淬火件、焊接件，淬透性低好。

第42页：尺寸效应

尺寸效应

• 4．淬透性的应用
• （3）尺寸效应
• 工件尺寸增大，热处理强化效果降低的现象，称为尺寸效应。
• 零件设计过程中，引用强度数据时，注意取得数据时的试样尺寸。

第43页：回火的目的

回火的目的

• 五、回火
• 1．回火目的
• a.消除淬火应力，降低脆性
• b.稳定工件尺寸，由于M，残余A不稳定
• c.获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。

第44页：回火的类型

回火的类型

• 2.回火的类型
• （1）低温回火（150~250℃）
• （2）中温回火（350~500℃）
• （3）高温回火（500~650℃）

第45页：低温回火

低温回火

• 2.回火的类型
• （1）低温回火（150~250℃）
• 组织：回火M（M’）[过饱和a-Fe+碳化物]
• 目的：保持高硬度（58~64HRC）、高耐磨，降低脆性及残余应力。
• 应用：用于工模具钢，滚动轴承钢、表面淬火及渗碳淬火件。（如刀具、冷作模具、量具）

第46页：中温回火

中温回火

• 2.回火的类型
• （2）中温回火（350~500℃）
• 组织：回火屈氏体（回火T，T’）[保留马氏体针形F+细粒状Fe3C]
• 目的：硬度下降（35~45HRC），韧性、弹性极限和屈服强度↑
• 应用：弹簧等弹性元件

第47页：高温回火

高温回火

• 2.回火的类型
• （3）高温回火（500~650℃）
• 组织：回火索氏体（S’）[多边形F+粒状Fe3C]
• 强度、硬度（25~35HRC）、塑性、韧性、良好综合机械性能，性能优于正火得到的组织。
• 应用：中碳钢、受力复杂的重要零件采用。（如齿轮、主轴、高强度螺栓等）
• 淬火+高温回火——调质

第48页：回火组织

回火组织：本页为图示内容，对比回火马氏体、回火屈氏体与回火索氏体的形貌。

第49页：回火后的组织

回火后的组织：本页为图示内容，列出不同回火温度区间对应的回火组织名称。

第50页：回火温度与性能变化

回火温度与性能变化：本页为图示内容，显示硬度与强度随回火温度升高而下降的趋势。

第51页：回火脆性

回火脆性

在250～400℃和450～650℃两个区间回火，出现冲击韧性明显下降的脆化现象。

回火脆性注意：回火温度在250～400℃和450～650℃会出现回火脆性；

第52页：普通热处理小结

普通热处理小结

• 小结
• 退火及其应用
• 正火及其应用
• 淬火方法、淬透性概念
• 回火的目的、分类、所得组织及其应用