金屬材料與熱處理第六章-鋼的熱處理課件

1、第六章鋼的熱處理 主編第六章鋼的熱處理 主編第六章鋼的熱處理鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)范圍內(nèi)采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻,以改變其組織,從而獲得所需性能的一種工藝方法。熱處理是機(jī)械零件及工具制造過程中的必要工序,在機(jī)械制造業(yè)中占有十分重要的地位。它可第六章鋼的熱處理鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)范圍內(nèi)采用適當(dāng)?shù)囊猿浞职l(fā)揮鋼材的潛力,提高工件的性能和使用壽命,減輕工件重量,節(jié)約材料,降低成本。根據(jù)熱處理的目的、加熱和冷卻方式的不同,熱處理的分類見表6-1。以充分發(fā)揮鋼材的潛力,提高工件的性能和使用壽命,減輕工件重金屬材料與熱處理第六章-鋼的熱處理課件熱處理方法很多,但任何一種熱處理工藝都是由加熱、

2、保溫和冷卻三個(gè)階段組成的,通?？稍跍囟?時(shí)間坐標(biāo)圖中用圖形表示,稱為熱處理工藝曲線,如圖6-1所示。因此,要了解各種熱處理方法對鋼的性能的改變情況,必須先了解鋼的組織在加熱、保溫和冷卻過程中的變化規(guī)律。熱處理方法很多,但任何一種熱處理工藝都是由加熱、保溫和第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變在Fe-Fe3C相圖中,PSK線、GS線、ES線上的相變點(diǎn)分別用A1點(diǎn)、A3點(diǎn)、Acm點(diǎn)表示,A1、A3、Acm都是平衡相變點(diǎn)。實(shí)際上,鋼在熱處理時(shí)并不是在平衡相變點(diǎn)進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變的。加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變是在平衡相變第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變在Fe-Fe3C相圖中,PSK點(diǎn)以上進(jìn)行的,冷卻時(shí)是在平衡相變點(diǎn)以下進(jìn)行的,而且,

3、加熱或冷卻時(shí)的速度越快,其組織轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度與平衡相變點(diǎn)之間的差距越大。一般,加熱時(shí)的相變點(diǎn)用Ac1、Ac3、Accm表示;冷卻時(shí)的相變點(diǎn)用Ar1、Ar3、Arcm表示,如圖6-2所示。加熱時(shí)獲得奧氏體的組織轉(zhuǎn)變稱為奧氏體化。點(diǎn)以上進(jìn)行的,冷卻時(shí)是在平衡相變點(diǎn)以下進(jìn)行的,而且,加熱或一、奧氏體的形成由圖6-2可知,將鋼加熱到Ac1溫度時(shí)會發(fā)生珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變;亞共析鋼加熱到Ac3溫度時(shí),一、奧氏體的形成圖6-2加熱、冷卻時(shí)鋼的相變點(diǎn)圖6-2加熱、冷卻時(shí)鋼的相變點(diǎn)1.奧氏體晶核的形成與長大奧氏體的晶核是在鐵素體和滲碳體的相界面處形成的。圖6-3共析碳鋼奧氏體化過程示意圖a)界面形核b)晶核長大

4、c)殘余滲碳體溶解d)奧氏體均勻化1.奧氏體晶核的形成與長大圖6-3共析碳鋼奧氏體化過程示意2.殘余滲碳體的溶解由于滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)及碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與奧氏體相差很大,所以滲碳體向奧氏體中的溶解必然落后于鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變,即在鐵素體全部消失后,仍有部分滲碳體尚未溶解,稱為殘余滲碳體,如圖6-3c所示。3.奧氏體均勻化當(dāng)殘余滲碳體完全溶解后,奧氏體中碳原子的分布仍然 2.殘余滲碳體的溶解3.奧氏體均勻化是不均勻的,原滲碳體區(qū)域碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,原鐵素體區(qū)域碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。二、奧氏體晶粒大小及影響因素1.奧氏體晶粒度奧氏體的晶粒大小將直接影響鋼在熱處理以后的組織和性能,也是評定熱處理加熱質(zhì)量的重要參

5、數(shù)。是不均勻的,原滲碳體區(qū)域碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,原鐵素體區(qū)域碳的質(zhì)量圖6-4鋼的標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級圖圖6-4鋼的標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級圖圖6-5奧氏體晶粒長大傾向示意圖1粗晶粒鋼2細(xì)晶粒鋼圖6-5奧氏體晶粒長大傾向示意圖2.影響奧氏體晶粒大小的因素(1)加熱溫度和保溫時(shí)間加熱溫度越高,保溫時(shí)間越長,奧氏體晶粒越粗大。(2)加熱速度在連續(xù)升溫加熱時(shí),奧氏體化過程是在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)完成的。(3)鋼的組織和成分鋼的原始組織越細(xì)小,相界面的數(shù)量越多,奧氏體形核率增加,有利于細(xì)化奧氏體晶粒。隨奧氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,奧氏體晶粒的長大傾向也增加。2.影響奧氏體晶粒大小的因素(1)加熱溫度和保溫時(shí)間加熱溫第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)

6、的組織轉(zhuǎn)變冷卻過程是鋼熱處理的關(guān)鍵,它對控制鋼在冷卻后的組織和性能有決定性意義。實(shí)踐表明,同一種鋼在相同的加熱條件下獲得奧氏體組織,但以不同的冷卻條件冷卻后,鋼的力學(xué)性能有明顯的差異,見表6-2。第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變冷卻過程是鋼熱處理的關(guān)鍵,它對表6-245鋼加熱到840,以不同方法冷卻后的力學(xué)性能表6-245鋼加熱到840,以不同方法冷卻后的力學(xué)性能圖6-6奧氏體的冷卻曲線1等溫轉(zhuǎn)變2連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖6-6奧氏體的冷卻曲線一、過冷奧氏體及其轉(zhuǎn)變方式奧氏體在Ar1溫度以下處于不穩(wěn)定狀態(tài),必然要發(fā)生相變。1.等溫轉(zhuǎn)變鋼經(jīng)奧氏體化后,快速冷卻到相變點(diǎn)以下某一溫度區(qū)間內(nèi)等溫保持時(shí),過冷奧氏體所發(fā)

7、生的相變稱為等溫轉(zhuǎn)變。一、過冷奧氏體及其轉(zhuǎn)變方式1.等溫轉(zhuǎn)變2.連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變鋼經(jīng)奧氏體化后,以不同冷卻速度連續(xù)冷卻時(shí),過冷奧氏體所發(fā)生的相變稱為連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。二、共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變1.等溫轉(zhuǎn)變圖過冷奧氏體在不同過冷度下的等溫過程中,轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時(shí)間及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物量(轉(zhuǎn)變開始及終止)的關(guān)系曲線,2.連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變二、共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變1.等溫轉(zhuǎn)變圖圖6-7共析碳鋼等溫轉(zhuǎn)變圖圖6-7共析碳鋼等溫轉(zhuǎn)變圖金屬材料與熱處理第六章-鋼的熱處理課件珠光體型轉(zhuǎn)變也稱高溫轉(zhuǎn)變,其過程既要進(jìn)行晶格的改組又要進(jìn)行鐵、碳原子的擴(kuò)散,是一個(gè)固態(tài)下形核和長大的過程。圖6-10珠光體顯微組織2.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)

8、變產(chǎn)物的組織與性能珠光體型轉(zhuǎn)變也稱高溫轉(zhuǎn)變,其過程既要進(jìn)行晶格的改組又要進(jìn)行圖6-11索氏體顯微組織圖6-11索氏體顯微組織圖6-12托氏體顯微組織圖6-12托氏體顯微組織金屬材料與熱處理第六章-鋼的熱處理課件表6-3共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能表6-3共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能圖6-15等溫轉(zhuǎn)變圖在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用3.等溫轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用由于連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖測定較困難,所以生產(chǎn)中常用等溫轉(zhuǎn)變圖來分析連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的結(jié)果。圖6-15等溫轉(zhuǎn)變圖在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用3.等溫轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用三、馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過冷到Ms點(diǎn)以下時(shí)即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變,其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體,用符號M表示。三

9、、馬氏體轉(zhuǎn)變圖6-18碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對馬氏體硬度的影響圖6-18碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對馬氏體硬度的影響(1)馬氏體轉(zhuǎn)變是無擴(kuò)散型相變馬氏體轉(zhuǎn)變是在過冷度極大的條件下進(jìn)行的,由于轉(zhuǎn)變溫度較低,所以奧氏體中的鐵、碳原子都不能進(jìn)行擴(kuò)散,只能進(jìn)行晶格的改組,形成碳在-Fe中的過飽和固溶體。(2)馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快馬氏體形成時(shí)一般不需要孕育期,通常看不到馬氏體的長大過程,馬氏體數(shù)量的增加是依靠不斷形成新的馬氏體來完成的。(3)馬氏體轉(zhuǎn)變有一定的溫度范圍馬氏體是在MsMf點(diǎn)之間形(1)馬氏體轉(zhuǎn)變是無擴(kuò)散型相變馬氏體轉(zhuǎn)變是在過冷度極大的條成的,只有在MsMf點(diǎn)之間連續(xù)冷卻時(shí),才能使馬氏體的數(shù)量不斷增多。(4)馬氏體轉(zhuǎn)

10、變具有不完全性由于形成馬氏體時(shí)伴隨著體積膨脹,對未轉(zhuǎn)變的過冷奧氏體產(chǎn)生多向壓應(yīng)力,造成少量奧氏體不能轉(zhuǎn)變而被保留下來,稱為殘留奧氏體,用符號A表示。成的,只有在MsMf點(diǎn)之間連續(xù)冷卻時(shí),才能使馬氏體的數(shù)量不在機(jī)械零件或工具、模具等工件的制造過程中,一般要經(jīng)過各種冷、熱加工,而且在各工序之間往往要穿插各種熱處理工序。在實(shí)際生產(chǎn)中常把熱處理分為預(yù)備熱處理和最終熱處理兩類。為了消除前道工序造成的某些缺陷,或?yàn)殡S后的切削加工及最終熱處理作準(zhǔn)備的熱處理稱為預(yù)備熱處理;為了使工件滿足使用條件下的性能要求而進(jìn)行的熱處理稱為最終熱處理。退火與正火工藝常用作預(yù)備熱處理。 第三節(jié)退火與正火 在機(jī)械零件或工具、模具

11、等工件的制造過程中,一般要經(jīng)過各種冷一、退火退火是指將鋼加熱到適當(dāng)溫度,保持一定時(shí)間,然后緩慢冷卻的熱處理工藝。1.完全退火完全退火是指將鋼完全奧氏體化,隨后緩慢冷卻,獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。 一、退火1.完全退火完全退火是指將鋼完全奧氏體化,隨后緩慢2.球化退火為使鋼中碳化物球化而進(jìn)行的退火工藝稱為球化退火。圖6-19球狀珠光體顯微組織2.球化退火圖6-19球狀珠光體顯微組織3.等溫退火等溫退火是指將鋼加熱到Ac3點(diǎn)以上3050(亞共析鋼)或Ac1點(diǎn)以上2030(共析鋼和過共析鋼),保持一定時(shí)間后以較快速度冷卻到珠光體溫度區(qū)間內(nèi)的某一溫度,經(jīng)等溫保持使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織,然后出

12、爐空冷的退火工藝,如圖6-20所示。3.等溫退火圖6-20高速鋼等溫退火與普通退火比較圖6-20高速鋼等溫退火與普通退火比較4.均勻化退火均勻化退火是指將合金鋼的鑄錠或鑄件加熱到Ac3點(diǎn)以上150200,保持1015h后隨爐冷卻的退火工藝。5.去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是指為去除由于塑性變形加工、焊接等造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火工藝。4.均勻化退火5.去應(yīng)力退火二、正火將鋼加熱到Ac3或Accm點(diǎn)以上3050,保持一定時(shí)間后在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝,稱為正火。二、正火表6-445鋼退火、正火狀態(tài)的力學(xué)性能比較1.改善低碳鋼的切削加工性能低碳鋼退火后組織中鐵素體數(shù)量較多,硬度偏低

13、,切削加工時(shí)有“粘刀”現(xiàn)象,加工后工件表面粗糙度數(shù)值較大。2.消除網(wǎng)狀二次滲碳體表6-445鋼退火、正火狀態(tài)的力學(xué)性能比較1.改善低碳鋼的正火加熱時(shí)可以使網(wǎng)狀二次滲碳體充分溶入奧氏體中,在空氣中冷卻時(shí),由于過冷度較大,二次滲碳體來不及析出,因而消除了網(wǎng)狀二次滲碳體,為球化退火作好了組織準(zhǔn)備。3.作為重要零件的預(yù)備熱處理正火可以消除由于熱加工造成的組織缺陷,細(xì)化晶粒,改善切削加工性能,減小工件在淬火時(shí)的變形與開裂傾向,所以正火常作為重要工件的預(yù)備熱處理。正火加熱時(shí)可以使網(wǎng)狀二次滲碳體充分溶入奧氏體中,在空氣中冷4.作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理正火組織的力學(xué)性能較高,能滿足普通結(jié)構(gòu)零件的使用性能要

14、求。圖6-21各種退火與正火工藝示意圖a)加熱溫度范圍b)熱處理工藝曲線4.作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理圖6-21各種退火與正火工第四節(jié)淬火淬火是指將鋼加熱到Ac3或Ac1點(diǎn)以上某一溫度,保持一定時(shí)間,然后以適當(dāng)速度冷卻獲得馬氏體和(或)貝氏體組織的熱處理工藝。淬火的目的是為了得到馬氏體(或貝氏體)組織,提高鋼的強(qiáng)度、硬度及耐磨性,再經(jīng)適當(dāng)回火后使工件獲得良好使用性能,更好地發(fā)揮鋼材的潛力。因此,重要的結(jié)構(gòu)零件及各種工具等都要進(jìn)行淬火處理。第四節(jié)淬火淬火是指將鋼加熱到Ac3或Ac1點(diǎn)以上某一一、淬火工藝 圖6-22碳鋼的淬火加熱溫度范圍一、淬火工藝 圖6-22碳鋼的淬火加熱溫度范圍1.淬火加熱

15、溫度的選擇不同的鋼其淬火加熱溫度也不同。2.加熱時(shí)間的選擇通常工件淬火加熱時(shí),其升溫與保溫所需時(shí)間的總和稱為加熱時(shí)間。1.淬火加熱溫度的選擇2.加熱時(shí)間的選擇3.淬火介質(zhì)為保證奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變以獲得全部馬氏體組織,淬火冷卻速度應(yīng)大于臨界冷卻速度vK,但冷卻速度過大可導(dǎo)致淬火內(nèi)應(yīng)力增大,容易引起工件的變形與開裂。3.淬火介質(zhì)金屬材料與熱處理第六章-鋼的熱處理課件4.淬火方法根據(jù)工件的化學(xué)成分、形狀與尺寸、技術(shù)要求等,結(jié)合各種淬火介質(zhì)的特性,應(yīng)選擇簡便而經(jīng)濟(jì)的淬火方法。(1)單介質(zhì)淬火將已奧氏體化的工件在單一淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻的淬火方法,稱為單介質(zhì)淬火,如圖6-24冷卻曲線所示。(2)雙介質(zhì)淬火

16、將已奧氏體化的工件先浸入一種冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)中冷卻,當(dāng)溫度降到稍高于Ms點(diǎn)溫度時(shí),立即將工件轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)中繼續(xù)冷卻,使其發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)4.淬火方法(1)單介質(zhì)淬火將已奧氏體化的工件在單一淬火介變的淬火方法,稱為雙介質(zhì)淬火,如圖6-24冷卻曲線所示。(3)馬氏體分級淬火將已奧氏體化的工件浸入溫度在Ms點(diǎn)附近的鹽浴或堿浴中,保持適當(dāng)時(shí)間,在工件內(nèi)外溫差消除后取出空冷以獲得馬氏體組織的淬火方法,稱為馬氏體分級淬火,如圖6-24冷卻曲線所示。(4)貝氏體等溫淬火將已奧氏體化的工件快速冷卻到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間等溫保持,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火方法,稱為貝氏體等溫淬火,如圖6-2

17、4冷卻曲線所示。變的淬火方法,稱為雙介質(zhì)淬火,如圖6-24冷卻曲線所示。(5.冷處理冷處理是指工件淬火冷卻到室溫后,繼續(xù)在低于室溫的介質(zhì)中冷卻的工藝方法。圖6-25工件淬透層與淬火冷卻速度的關(guān)系5.冷處理圖6-25工件淬透層與淬火冷卻速度的關(guān)系二、鋼的淬透性與淬硬性淬透性是評定鋼淬火質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù),它對于鋼材的選用及熱處理工藝的制定具有重要意義。二、鋼的淬透性與淬硬性氧化是指工件在加熱時(shí),加熱介質(zhì)中的氧、二氧化碳和水等與工件表層的鐵原子發(fā)生反應(yīng)形成氧化物的過程。2.過熱與過燒工件在熱處理加熱時(shí),由于加熱溫度偏高而使奧氏體晶粒粗化,造成力學(xué)性能顯著下降的現(xiàn)象稱為過熱。三、淬火缺陷1.氧化與脫

18、碳氧化是指工件在加熱時(shí),加熱介質(zhì)中的氧、二氧化碳和水等與工件變形是指工件在淬火后出現(xiàn)形狀或尺寸改變的現(xiàn)象。4.硬度不足工件在淬火后硬度未達(dá)到技術(shù)要求,稱為硬度不足。3.變形與開裂變形是指工件在淬火后出現(xiàn)形狀或尺寸改變的現(xiàn)象。4.硬度不足第五節(jié)回 火回火是指工件淬硬后,再加熱到Ac1點(diǎn)以下某一溫度,保持一定時(shí)間,然后冷卻到室溫的熱處理工藝。回火是緊接淬火的一道熱處理工序,其目的是獲得工件所需組織,以改善性能;消除殘留奧氏體,穩(wěn)定工件尺寸;消除淬火內(nèi)應(yīng)力,防止工件變形與開裂。第五節(jié)回 火回火是指工件淬硬后,再加熱到Ac1點(diǎn)以下淬火鋼中的馬氏體和殘留奧氏體都是不穩(wěn)定組織,它們在回火過程中都會向穩(wěn)定的

19、鐵素體和滲碳體兩相組織轉(zhuǎn)變,其回火過程一般可分為以下四個(gè)階段:1.馬氏體分解淬火鋼在100以下回火時(shí),其組織和性能基本保持不變。一、淬火鋼在回火時(shí)組織和性能的變化淬火鋼中的馬氏體和殘留奧氏體都是不穩(wěn)定組織,它們在回火過程 當(dāng)回火溫度在200300范圍內(nèi)時(shí),殘留奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變。3.碳化物的轉(zhuǎn)變 回火溫度在250400范圍內(nèi)時(shí),由于原子的活動能力增強(qiáng),碳原子繼續(xù)從過飽和的固溶體中析出,同時(shí),所析出的細(xì)小碳化物也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小顆粒狀滲碳體。2.殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變 當(dāng)回火溫度在200300范圍內(nèi)時(shí),殘留奧當(dāng)回火溫度在400以上時(shí),滲碳體顆粒將聚集長大。圖6-2640鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系4.滲碳體的

20、聚集長大與鐵素體再結(jié)晶 當(dāng)回火溫度在400以上時(shí),滲碳體顆粒將聚集長大。圖6-2二、回火方法及其應(yīng)用1.低溫回火 低溫回火的溫度范圍是250以下,所得組織為回火馬氏體。2.中溫回火 中溫回火的溫度范圍是350500,所得組織為回火托氏體。二、回火方法及其應(yīng)用1.低溫回火2.中溫回火3.高溫回火高溫回火的溫度范圍是500650,所得組織為回火索氏體。表6-545鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和正火后的性能比較3.高溫回火表6-545鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和正火后的性能比較實(shí)際生產(chǎn)中有許多零件,如齒輪、凸輪、曲軸等是在彎曲、扭轉(zhuǎn)等循環(huán)載荷、沖擊載荷以及摩擦條件下工作的。這時(shí)零件表面所承受的應(yīng)力比心部要高,而且表面還要不斷被磨損,因此

21、,這種零件的表面必須得到強(qiáng)化。表面淬火與化學(xué)熱處理即可滿足要求。第六節(jié)表面淬火與化學(xué)熱處理 實(shí)際生產(chǎn)中有許多零件,如齒輪、凸輪、曲軸等是在彎曲、扭轉(zhuǎn)等一、表面淬火表面淬火是指僅對工件表層進(jìn)行淬火的工藝,是一種不改變鋼的表層化學(xué)成分,只改變表層組織與性能的局部熱處理方法。一、表面淬火圖6-27感應(yīng)加熱表面淬火示意圖1工件2進(jìn)水口3感應(yīng)器4淬硬層1.感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火是指利用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生感應(yīng)電流,使工件表面、局部或整體加熱并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝 圖6-27感應(yīng)加熱表面淬火示意圖1.感應(yīng)加熱表面淬火表6-6感應(yīng)加熱表面淬火的應(yīng)用2.火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是一種以高溫火焰

22、為熱源對工件表層進(jìn)行快速加熱,隨即快速冷卻的淬火工藝 表6-6感應(yīng)加熱表面淬火的應(yīng)用2.火焰加熱表面淬火圖6-28火焰加熱表面淬火示意圖1工件2淬硬層3噴水管4火焰噴嘴圖6-28火焰加熱表面淬火示意圖二、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,以改變工件表層的化學(xué)成分和組織,達(dá)到所要求的性能,這種熱處理工藝稱為化學(xué)熱處理。二、化學(xué)熱處理圖6-29氣體滲碳示意圖1爐體2工件3滲碳罐4電阻絲5砂封6爐蓋7廢氣火焰8風(fēng)扇電動機(jī)1.滲碳圖6-29氣體滲碳示意圖1.滲碳圖6-30低碳鋼滲碳并緩冷后的組織圖6-30低碳鋼滲碳并緩冷后的組織2.滲氮滲氮是指在一定溫度下(一般

23、在Ac1點(diǎn)以下)使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。3.碳氮共滲在奧氏體狀態(tài)下同時(shí)將碳、氮原子滲入工件表層,并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝,稱為碳氮共滲。2.滲氮3.碳氮共滲第七節(jié)熱處理新工藝簡介*一、形變熱處理 形變熱處理是將塑性變形與熱處理有機(jī)結(jié)合在一起的新工藝方法。第七節(jié)熱處理新工藝簡介*一、形變熱處理真空熱處理是指將工件置于有一定真空度的加熱爐內(nèi)進(jìn)行的熱處理。三、可控氣氛熱處理工件在爐氣成分可以控制的加熱爐內(nèi)進(jìn)行的熱處理稱為可控氣氛熱處理。二、真空熱處理真空熱處理是指將工件置于有一定真空度的加熱爐內(nèi)進(jìn)行的熱處理四、激光熱處理激光熱處理是利用激光束的高能量快速加熱工件表面,然后依靠工

24、件自身的導(dǎo)熱性冷卻而使其淬火強(qiáng)化的熱處理工藝方法。四、激光熱處理激光熱處理是利用激光束的高能量快速加熱工件表五、電子束表面淬火電子束表面淬火是利用電子槍發(fā)射的電子束轟擊工件表面快速加熱,然后依靠工件自身的導(dǎo)熱性冷卻而使其淬火強(qiáng)化的熱處理工藝方法。五、電子束表面淬火第八節(jié)熱處理工藝的應(yīng)用熱處理是改善機(jī)械零件和工具使用性能的主要方法之一。在機(jī)械制造過程中,大多數(shù)零件和工具都要進(jìn)行熱處理。另外,在零件設(shè)計(jì)、選材及制定加工工藝路線時(shí),也要考慮熱處理問題。因此,合理選材、正確運(yùn)用熱處理方法、妥善安排工藝路線對機(jī)械制造工程人員是非常重要的。第八節(jié)熱處理工藝的應(yīng)用熱處理是改善機(jī)械零件和工具使用性能一、零件和

25、工具的失效形式及選材的一般原則 1.零件或工具的失效形式失效是指零件或工具在使用過程中,由于尺寸、形狀或材料的組織與性能發(fā)生變化而失去原設(shè)計(jì)的效能。一、零件和工具的失效形式及選材的一般原則 1.零件或工具的表6-7幾種常用零件或工具的工作條件、失效形式及要求的力學(xué)性能表6-7幾種常用零件或工具的工作條件、失效形式及要求的力學(xué)性能表6-7幾種常用零件或工具的工作條件、失效形式及要求的力學(xué)2.選用材料的一般原則金屬材料的選用應(yīng)考慮材料的使用性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性的要求,只有同時(shí)滿足這三個(gè)方面的要求,才能使材料發(fā)揮最佳的社會效益。2.選用材料的一般原則設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)零件或工具時(shí),首先應(yīng)根據(jù)零件或工具

26、的工作條件及環(huán)境,提出使用性能要求,選擇材料,確定熱處理方法和相關(guān)的技術(shù)條件,并在零件或工具的圖樣上標(biāo)出熱處理方法的名稱和應(yīng)達(dá)到的力學(xué)性能指標(biāo)。二、熱處理的技術(shù)條件設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)零件或工具時(shí),首先應(yīng)根據(jù)零件或工具的工作條件圖6-31熱處理工藝代號圖6-31熱處理工藝代號表6-8熱處理工藝分類及代號表6-8熱處理工藝分類及代號表6-9加熱介質(zhì)及代號表6-10退火工藝及代號表6-11淬火介質(zhì)和冷卻方法及代號表6-9加熱介質(zhì)及代號表6-10退火工藝及代號表6-11表6-12滲碳、碳氮共滲后冷卻方法及代號1.材料:45鋼2.熱處理技術(shù)條件:5154,230250HBS;尾5213,4248HRC圖6-

27、32熱處理技術(shù)條件標(biāo)注表6-12滲碳、碳氮共滲后冷卻方法及代號1.材料:45鋼三、熱處理的工序位置熱處理是機(jī)械制造過程中的重要工序,正確使用熱處理方法,合理安排熱處理工序在零件或工具加工工藝路線中的位置,對于改善鋼的切削加工性能,保證零件或工具的質(zhì)量,滿足使用性能的要求,具有重要意義。三、熱處理的工序位置1.齒輪車床變速箱的傳動齒輪是傳遞轉(zhuǎn)矩和調(diào)節(jié)速度的重要零件,工作中承受一定程度的彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷及周期性沖擊力的作用,齒表面承受一定程度的磨損,運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn),速度中等。2.軸普通車床變速箱的主軸,如圖6-33所示。1.齒輪2.軸圖6-33普通車床主軸圖6-33普通車床主軸沖制硅鋼片的凹模是用來加工

28、厚度為0.30mm硅鋼片的模具,形狀復(fù)雜,工作時(shí)承受一定沖擊載荷作用,要求高強(qiáng)度、高硬度、一定的韌性及較小的淬火變形。四、熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計(jì)的零件在滿足使用要求的條件下,實(shí)施制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性,即加工零件的難易程度。3.模具沖制硅鋼片的凹模是用來加工厚度為0.30mm硅鋼片的模具,圖6-34熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性圖6-34熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性第九節(jié)碳鋼的熱處理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆照w熱處理的基本操作方法;了解碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及冷卻速度對碳鋼熱處理后性能的影響;了解回火溫度對淬火鋼性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料第九節(jié)碳鋼的熱處理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?shí)驗(yàn)設(shè)備及材料三、

29、熱處理工藝進(jìn)行熱處理實(shí)驗(yàn)時(shí),最重要的是確定加熱溫度、保持時(shí)間及冷卻方式,正確選擇熱處理工藝規(guī)范,是保證熱處理質(zhì)量的關(guān)鍵。1.加熱溫度的選擇(1)退火加熱溫度亞共析鋼為Ac3點(diǎn)以上3050;共析鋼和過共三、熱處理工藝1.加熱溫度的選擇(1)退火加熱溫度亞共析鋼析鋼為Ac1點(diǎn)以上2030。(2)正火加熱溫度亞共析鋼為Ac3點(diǎn)以上3050;過共析鋼為Accm點(diǎn)以上3050。(3)淬火加熱溫度亞共析鋼為Ac3點(diǎn)以上3050;共析鋼和過共析鋼為Ac1點(diǎn)以上3050。(4)回火加熱溫度淬火后工件的最終組織和性能主要取決于回火溫度,生產(chǎn)上一般根據(jù)零件的使用要求來選擇合適的回火溫度。析鋼為Ac1點(diǎn)以上2030

30、。(2)正火加熱溫度亞共析鋼各種常用鋼的相變點(diǎn)見附錄C。2.保持時(shí)間的選擇碳鋼熱處理時(shí)的保持時(shí)間可根據(jù)試樣的有效厚度按1min/mm計(jì)算。3.冷卻方式退火采用隨爐冷卻;正火采用空氣冷卻;淬火采用水冷和油冷;各種常用鋼的相變點(diǎn)見附錄C。2.保持時(shí)間的選擇3.冷卻方式回火一般采用空氣冷卻。四、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.什么是熱處理?熱處理的作用是什么?熱處理如何分類?2.如何確定熱處理加熱溫度,才能改變鋼的組織?回火一般采用空氣冷卻。四、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)六、實(shí)驗(yàn)3.共析碳鋼在熱處理加熱時(shí)是如何進(jìn)行奧氏體化的?4.什么是過冷奧氏體?過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有哪些?其性能如何?5.

31、共析碳鋼加熱奧氏體化后爐冷、空冷、油冷、水冷各得到什么組織和性能?6.什么是臨界冷卻速度?影響臨界冷卻速度的因素有哪些?7.什么是馬氏體?馬氏體的性能特點(diǎn)是什么?馬氏體轉(zhuǎn)變的特3.共析碳鋼在熱處理加熱時(shí)是如何進(jìn)行奧氏體化的?4.什么是過點(diǎn)有哪些?8.退火處理的目的是什么?生產(chǎn)上常用的退火方法有哪幾種?說明其應(yīng)用范圍。9.什么是正火?正火的應(yīng)用范圍有哪幾方面?10.什么是淬火?淬火的目的是什么?11.淬火的加熱溫度如何選擇?為什么?12.常用的淬火方法有哪幾種?其特點(diǎn)是什么?試用等溫轉(zhuǎn)變點(diǎn)有哪些?8.退火處理的目的是什么?生產(chǎn)上常用的退火方法有哪圖表示。13.什么是淬透性與淬硬性?兩者有何區(qū)別?

32、影響因素各有哪些?14.常見的淬火缺陷有哪些?如何防止?15.什么是回火?回火的目的是什么?16.常用的回火方法有哪幾種?各種回火方法回火后的組織與性能如何?用途是什么?圖表示。13.什么是淬透性與淬硬性?兩者有何區(qū)別?影響因素各17.什么是調(diào)質(zhì)處理?調(diào)質(zhì)處理與正火處理相比,在組織和性能上有什么區(qū)別?18.什么樣的零件需要進(jìn)行表面淬火處理?常用表面淬火方法有哪幾種?19.什么是化學(xué)熱處理?化學(xué)熱處理有哪幾種?20.滲碳處理的目的是什么?什么樣的零件需要進(jìn)行滲碳處理?17.什么是調(diào)質(zhì)處理?調(diào)質(zhì)處理與正火處理相比,在組織和性能21.滲氮處理的目的是什么?與滲碳相比有什么特點(diǎn)?22.零件或工具常見的失效形式有哪些?23.選用材料的一般原則是什么?24.熱處理的技術(shù)條件如何標(biāo)注?25.舉例說明熱處理工序位置如何安排?26.熱處理工藝性對零件結(jié)構(gòu)有哪些要求?21.滲氮處理的目的是什么?與滲碳相比有什么特點(diǎn)?22.零件練習(xí)題1.現(xiàn)有三個(gè)尺寸相同、退火狀態(tài)的45鋼