碳鋼的熱處理.ppt

1、第五章 碳鋼的熱處理 Heat Treatment of Carbon Steel,前言,一、熱處理的概念 通過對材料進(jìn)行加熱、保溫、冷卻的操作 方法使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性 能的一種工藝。,普通熱處理：退火、正火、淬火、回火 熱處理 表面淬火：火焰加熱、 感應(yīng)加熱、電接觸加熱、 表面熱處理 激光加熱、等離子體加熱 化學(xué)熱處理：滲碳、氮化、 滲V、滲B、滲Nb,二、熱處理的分類,三、熱處理在機械零件制造工藝中的位置,坯料 鍛造熱處理粗加工半精加工 熱處理精加工熱處理（拋光） 成品,熱處理：稱為改善材料切削加工性能熱處理 最佳切削硬度：HB170-230,（1）低碳鋼 含有大量柔軟的

2、鐵素體；切削加工性能較差， 易產(chǎn)生“粘刀”現(xiàn)象，影響加工面的表面質(zhì)量 （粗 糙度）， 刀具壽命也受到影響，故加工前應(yīng)進(jìn)行 正火熱處理，以提高硬度，以改善加工性能。 （2）高碳鋼 含有較多的網(wǎng)狀滲碳體，難以切削，應(yīng)退火處 理，再加工。,（3）冷加工硬化的坯料，應(yīng)進(jìn)行再結(jié)晶退火， 以降低硬度，改善切削加工性能。 熱處理：改善零件機械性能熱處理。 正火，淬火回火，化學(xué)熱處理 熱處理：消除加工殘余應(yīng)力熱處理。 去應(yīng)力退火、時效,四、熱處理在機械制造業(yè)中的應(yīng)用 汽車制造業(yè)：7080的零件需進(jìn)行 熱處理 機床創(chuàng)造業(yè)：6070的零件需進(jìn)行 熱處理 各種工具、軸承等：100的零件需進(jìn)行 熱處理,五、熱處理的主

3、要工藝參數(shù) 1、加熱速度 2、加熱溫度 3、保溫時間 4、冷卻速度,第一節(jié)鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變,一、奧氏體的形成,大多數(shù)熱處理工藝的加熱溫度都高于鋼 的臨界點（A1 或 A3），使鋼具有奧氏體組 織，然后以一定的冷卻速度冷卻，以獲得所 需的組織和性能。,鐵碳合金緩慢加熱時奧氏體的形成可以 從Fe-Fe3C相圖中反映出來，珠光體向奧氏體 的轉(zhuǎn)變屬于擴散型相變。以共析鋼為例，珠 光體組織在A1（727）以下，組織保持不變 （相中碳的溶解度及Fe3C的形狀稍有變化）； 當(dāng)加熱到A1點以上時，珠光體全部轉(zhuǎn) 變?yōu)閵W 氏體。,奧氏體的形成過程可以分為四個步驟： 奧氏體晶核的形成 奧氏體晶粒長大 殘余滲碳體

4、溶解 奧氏體成分均勻化,對于亞共析鋼（過共析鋼），當(dāng)緩慢 加熱到A1以上時，除珠光體全部轉(zhuǎn)化為奧 氏體外，還有少量先共析鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W 氏體 （ 過共析鋼二次滲碳體溶解 ）,隨著 溫度升高，先共析鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn) 變，當(dāng)溫度高于A3時，組織為單相奧氏體。,二、奧氏體形成的熱力學(xué)條件,鋼加熱時組織轉(zhuǎn)變的動力是奧氏體與舊相之 間的體積自由能之差Fv，而相變進(jìn)行的條件是 系統(tǒng)總的自由能降低。根據(jù)相變理論，奧氏體形 成晶核時，系統(tǒng)總自由能變化F為：,F=-Fv +Fs +Fe 式中：Fs形成奧氏體時所增加的表面能 Fe形成奧氏體時所增加的應(yīng)變能,由于奧氏體是在高溫下形成的，其相變應(yīng) 變能Fe很小，

5、可以忽略，故上式可寫為： F= -Fv +Fs,顯然，只有當(dāng)Fv能克服因奧氏體形成 所增加的表面能Fs時，珠光體才能自發(fā)地 形成奧氏體，因此奧氏體的形成必須有一定 的過熱度T。,體積自由能,溫度,Fp,FA,A1,T1,Fv,奧氏體形成的熱力學(xué)條件,三、影響珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的因素,1、溫度的影響 提高溫度，原子的擴散能力增大。特別 是碳原子在奧氏體中的擴散能力增大，奧氏 體的形成速率加快。,2、含碳量的影響 鋼中含碳量增加，鐵素體與滲碳體的相 界面總量增多，有利于加速奧氏體形成。,3、合金元素的影響 鋼中加入合金元素，可影響奧氏體的 形成：強碳化物元素（減緩C的擴散，減 緩A的形成）； 非碳

6、化物形成元素加速A 形成。,4、鋼組織中珠光體越細(xì)，奧氏體形成速度越 快（相界面積大）。,5、加熱速度越快，奧氏體形成溫度升高，形 成速度越快。,四、奧氏體晶粒度及其影響因素,1、奧氏體晶粒度的概念,a、起始晶粒度：指珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)閵W 氏體時的晶粒度。,b、實際晶粒度：指鋼在具體的熱處理或熱加 工條件下實際獲得的奧氏體 晶粒度。,c、本質(zhì)晶粒度：不是指具體的晶粒大小，只 表示鋼的奧氏體晶粒長大的 傾向性（易長大，還是不易 長大）。,一般將鋼的奧氏體晶粒長大傾向分為兩類：,如圖：,2,1,930,加熱溫度 ,4級,晶粒度級別,Ac1,曲線1：隨加熱溫度的升高，奧氏體晶粒一直長大，逐 漸粗化

7、。,曲線2：一定溫度下（Ac1）加熱，奧氏體晶粒長大緩 慢，保持細(xì)小晶粒，超過一定溫度（930后）， 奧氏體晶粒急劇長大，突然粗化。,凡是符合曲線1的鋼本質(zhì)粗晶粒鋼,凡是符合曲線2的鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼,一般鋼的奧氏體晶粒度分為8級， 1級最粗，8級最細(xì)。 晶粒度1-4級的鋼，稱為本質(zhì)粗晶粒鋼晶粒度5-8級的鋼，稱為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。 鎮(zhèn)靜鋼為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，沸騰鋼為本質(zhì)粗晶粒鋼。,需經(jīng)熱處理強化的零件一般都 采用本質(zhì)細(xì)晶粒鋼-鎮(zhèn)靜鋼制作。,2、影響奧氏體晶粒度的因素,高溫下，奧氏體晶粒長大，晶界總面積減 少，系統(tǒng)自由能降低，是自發(fā)過程。,a、奧氏體轉(zhuǎn)化溫度越高，晶粒越容易長大； 保溫時間越長，晶粒越容易

8、長大。,b、奧氏體含碳量越高，晶粒長大的傾向 越大。,c、在鋼中加入合金元素 絕大多數(shù)合金元素都阻礙奧氏體晶粒長 大，而錳、磷則會加速奧氏體晶粒長大。,第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,通過加熱使鋼轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體組織后， 僅完成了熱處理的加熱準(zhǔn)備工作，將高溫奧氏 體以不同的冷卻速度冷卻，獲得所需的組織與 性能，才是熱處理的最終目的。,高溫奧氏體組織是穩(wěn)定的，如冷卻到 A1 以下，奧氏體就處于不穩(wěn)定狀態(tài)（過冷態(tài)），稱為過冷奧氏體。,不同的過冷度，奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程不同： 轉(zhuǎn)變開始與轉(zhuǎn)變終了的時間不同 轉(zhuǎn)變后產(chǎn)物的組織與性能不同,一、珠光體型轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變（A1550）,1、轉(zhuǎn)變過程及特點,過冷奧氏

9、體在A1550溫度范圍內(nèi)，將 分解為珠光體類組織。,當(dāng)奧氏體被過冷至A1以下溫度時，在奧氏體晶界 處（含碳量高）優(yōu)先產(chǎn)生滲碳體的核心，然后依靠奧 氏體不斷供應(yīng)碳原子（隨著冷卻，奧氏體溶解碳的能 力下降，碳從奧氏體內(nèi)向晶界擴散），滲碳體沿一定 方向逐漸長大，而隨著滲碳體的長大，又使其周圍的 奧氏體碳濃度下降，這就促使貧碳的奧氏體局部區(qū)域 轉(zhuǎn)變成鐵素體（即滲碳體兩側(cè)出現(xiàn)鐵素體晶核），在 滲碳體長大的同時，鐵素體也不斷長大，而隨著鐵素 體的長大，必然將多余的碳排擠出去，這就有利于形 成新的滲碳體晶核。最終形成了相互交替的層片狀滲 碳體和鐵素體珠光體。,珠光體,轉(zhuǎn)變特點： 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w是擴散

10、型相變。,2、分類,在高溫轉(zhuǎn)變區(qū)形成的珠光體類組織，雖 然都是滲碳體與鐵素體的混合物，但由于過 冷度大小不同，其片層距差別很大：,A1650, 形成的組織層間距較大，在400-500倍 的金相顯微鏡下即可分辨，稱為珠光體P。,650600，形成的組織分散度較大，層間距 較小，在800-1000倍的金相顯微鏡下才能分辨， 稱為索氏體S。,600550，形成的組織，層間距很小，只有 在電子顯微鏡下放大幾千倍才能分辨，稱為屈 氏體或托氏體T。,索氏體,屈氏體,二、貝氏體型轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變（550Ms）,1、轉(zhuǎn)變過程及特點,過冷奧氏體在550Ms（共析鋼的Ms約230） 溫度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類組織。,

11、由于過冷度增大，鐵原子的擴散很困難， 碳原子的擴散能力也顯著減弱，擴散不充分， 形成滲碳體所需的時間增長。,過冷奧氏體在這一溫度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 仍是鐵素體和滲碳體的混合物，但它與珠光體 有本質(zhì)的區(qū)別：貝氏體轉(zhuǎn)變由于冷卻速度快， 滲碳體已不能呈片狀析出。碳的擴散速度受到 很大限制，部分碳來不及析出，固溶在鐵素體 中形成過飽和的鐵素體。,上貝氏體 (Upper Bainite),下貝氏體(Lower Bainite),因此，貝氏體型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是: 過飽和的鐵素體與滲碳體的混合物。,轉(zhuǎn)變特點： 過冷奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變是一種 半擴散型相變。,2、分類,貝氏體組織形態(tài)比較復(fù)雜，根據(jù)其中鐵素體 與滲碳體的

12、分布形態(tài)的不同，分為上貝氏體 B上 和下貝氏體B下。,上貝氏體B上：是過冷奧氏體在550350范圍 內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，其中過飽和鐵素體形成密集而相 互平行的羽毛狀扁片，一排一排地由晶界伸向晶 內(nèi)，滲碳體呈短桿狀斷斷續(xù)續(xù)地分布在鐵素體扁 片之間。,上貝氏體由于轉(zhuǎn)變溫度較高，滲碳體長得較大,上貝氏體的組織形態(tài)決定了其強度較低， 塑性、韌性較差。,下貝氏體B下：是過冷奧氏體在350Ms范圍 內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。,其中過飽和的鐵素體呈針片狀，比較散亂地 成角度分布，而極細(xì)小的滲碳體質(zhì)點呈彌散狀分 布在過飽和鐵素體內(nèi)。在金相顯微鏡下下貝氏體 呈竹葉狀特征。,下貝氏體由于轉(zhuǎn)變溫度較低，滲碳體來不 及長大，而呈質(zhì)點狀

13、,下貝氏體組織具有較高的強度、硬 度，良好的塑性、韌性，即具有良好的 綜合機械性能。,生產(chǎn)上常用等溫淬火法來獲得下貝氏體組織。,三、馬氏體型轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變（MsMz）,1、轉(zhuǎn)變過程,當(dāng)過冷度很大，奧氏體被快速冷卻至Ms時， 由于碳原子已無法擴散，上述珠光體或貝氏體 等擴散型相變已不可能進(jìn)行，奧氏體只能進(jìn)行 非擴散型的晶格轉(zhuǎn)變。碳原子來不及擴散，被 完全固溶于鐵素體內(nèi)，形成過飽和的鐵素體， 這種過飽和的鐵素體就是馬氏體M。,所以： 馬氏體的含碳量與相應(yīng)的奧氏體含碳量相同,室溫下鐵素體的含碳量僅為0.0008%,而馬 氏體的含碳量與奧氏體相同，故馬氏體的過飽 和程度很大，此時過飽和的鐵素體的某些棱邊

14、 被撐長，形成了體心正方晶格。,由于碳原子過飽和造成的晶格畸變嚴(yán)重， 故馬氏體具有很高的硬度，而塑性、韌性較低。,馬氏體的高硬度決定了它是鋼中的重要強 化組織，也是淬火鋼的基本組織，凡是要求高 硬度、高耐磨性的零件，都需要經(jīng)過淬火獲得 馬氏體組織。,硬度HRC,含碳量%,合金元素含量,合金元素,碳,馬氏體的硬度主要與含碳量有關(guān)，與其他合金元素 關(guān)系不大。因為合金元素在馬氏體晶格中，不是處于間 隙位置，而是置換了某些鐵原子的位置，它對馬氏體晶 格歪扭和畸變的作用遠(yuǎn)不及碳的作用大。,2、分類,馬氏體按組織形態(tài)分為：,a、板條狀馬氏體 每一馬氏體的晶體呈細(xì)長的薄板條晶 片平行成束地分布，在金相顯微鏡

15、下呈板 條狀。,板條狀馬氏體,b、針狀馬氏體 每一馬氏體晶體呈中間厚、兩端薄的透 鏡式晶片，在金相顯微鏡下呈針片狀或竹葉 狀。 板條狀馬氏體主要存在于低碳鋼的淬火組織中 針狀馬氏體主要存在于中、高碳鋼的淬火組織中,片針狀馬氏體,3、轉(zhuǎn)變特點,a、馬氏體轉(zhuǎn)變是非擴散型相變 由于過冷度很大，原子來不及擴散。馬氏 體的晶粒度完全取決于原來奧氏體的晶粒度。,b、馬氏體轉(zhuǎn)變是變溫轉(zhuǎn)變,馬氏體轉(zhuǎn)變是從轉(zhuǎn)變開始點Ms到轉(zhuǎn)變 終了點Mz 的一個溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，在某 一溫度下，只能形成一定數(shù)量的馬氏體，保 溫時間的延長并不增加馬氏體的數(shù)量，要使 馬氏體的數(shù)量增加，只能繼續(xù)降溫。Ms、Mz 與含碳量有關(guān)，而與冷

16、卻速度無關(guān)。,含碳量%,T,Ms,Mz,c、馬氏體轉(zhuǎn)變的不完全性 由于馬氏體的轉(zhuǎn)變終了溫度Mz一般在零下幾十度， 所以室溫下進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變不可能獲得完全的馬氏體 組織，必有一定量的奧氏體組織沒有轉(zhuǎn)變這部分 奧氏體組織稱為殘余奧氏體A，即馬氏體轉(zhuǎn)變不完全。,殘余奧氏體的存在會顯著降低零件的強度、 硬度以及耐磨性，此外殘余奧氏體是一種不穩(wěn) 定組織，會逐漸分解，引起零件尺寸變化，這 對精密零件是不允許的。 為了減少殘余奧氏體的含量，可將淬火零件 繼續(xù)冷卻到零下幾十度冷處理，使殘余奧氏 體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。,殘余奧氏體,d、奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，體積增大 奧氏體比容 珠光體比容 馬氏體比容 比容：單位重量的

17、體積值 這個特點，使馬氏體內(nèi)部存在較大的 內(nèi)應(yīng)力，易導(dǎo)致零件淬火變形、開裂。,第三節(jié)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線圖,在過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變過程中，冷卻速度 （過冷度）對轉(zhuǎn)變有很大影響。由于冷卻速 度較高，因此這種相變就不再符合Fe-Fe3C 相圖所反映的規(guī)律。,為了弄清澳實體在冷卻過程中組織變化的 全過程，找出轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時間與奧氏體轉(zhuǎn) 變過程及其產(chǎn)物之間的相互關(guān)系和轉(zhuǎn)變規(guī)律， 通常采用兩種方法：,一是在不同過冷度下等溫測定奧氏體的轉(zhuǎn)變 過程，繪出過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖,二是在不同冷卻速度的連續(xù)冷卻過程中測定 奧氏體的轉(zhuǎn)變過程，繪出過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲 線圖,一、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖（TTT圖）,過

18、冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖是分析過冷奧 氏體的轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物之間關(guān) 系的曲線圖，即TTT圖（Temperature, Time, Transformation），又稱C曲線。,1、TTT圖的建立（以共析鋼為例）,等溫轉(zhuǎn)變曲線圖是用實驗方法建立的。 選取一組共析鋼試樣加熱到稍高于A1溫 度，使其全部轉(zhuǎn)變成均勻的奧氏體，然后分 別快速投入不同溫度的等溫槽中，保持不同 的時間，并觀察共析鋼奧氏體在不同溫度下 組織的變化。把轉(zhuǎn)變開始與終了的時間記錄 下來，然后描繪在以溫度為縱坐標(biāo)，一時間 為橫坐標(biāo)的圖面上，把開始點與終了點分別 連接起來，即可得到共析鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變 曲線。,2、TTT圖分析

19、,在共析鋼的TTT 曲線中，高于臨界點A1的 區(qū)域為穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體區(qū)；左邊曲線為過冷 奧氏體開始轉(zhuǎn)變曲線，右邊曲線為過冷奧氏體 轉(zhuǎn)變終了線；開始線與縱坐標(biāo)表之間的區(qū)域為 過冷奧氏體區(qū)。終了線以右區(qū)域為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)， 兩曲線之間為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變區(qū)（即過冷奧 氏體與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物共存區(qū)）。,從縱坐標(biāo)到轉(zhuǎn)變開始點的距離（轉(zhuǎn)變開始前 的準(zhǔn)備時間），叫做“孕育期”，其長短表示某一 溫度下過冷奧氏體的穩(wěn)定程度，如550部位孕育 期最短（共析鋼約1秒左右）；而在700左右， 孕育期大于1000 秒，故時間坐標(biāo)采用對數(shù)坐標(biāo)。 不同鋼種具有不同形狀的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn) 變曲線。,時間s,溫度,Ms,A1,550,轉(zhuǎn)變起

20、始線,轉(zhuǎn)變終了線,共析鋼的TTT曲線,3、影響TTT圖的因素,a、含碳量的影響,亞共析鋼的C曲線隨含碳量的增加而右移， 即過冷奧氏體的穩(wěn)定性提高；過共析鋼的C曲 線隨含碳量的增加而左移，即過冷奧氏體的穩(wěn) 定性降低；因此在碳鋼中，以共析鋼的過冷奧 氏體最為穩(wěn)定，C曲線處于最右端。,亞共析鋼C曲線拐點上部區(qū)域多一條先共 析鐵素體轉(zhuǎn)變曲線；過共析鋼C曲線拐點上部 區(qū)域多一條先共析滲碳體轉(zhuǎn)變曲線。,b、合金元素的影響 除鈷元素以外，其他所有合金元素溶入奧氏 體后，都增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線 右移。,非碳化物形成元素（Ni, Si, Cu等）不改變 C曲線的形狀；而碳化物形成元素（Cr, W,

21、 V, Mo, Ti等）使C曲線的形狀也發(fā)生改變。,C、加熱溫度、保溫時間的影響 隨著加熱溫度的提高或保溫時間的延長， 奧氏體的成分更加均勻，晶粒隨之長大，晶界 相對減少，未溶質(zhì)點（碳化物、氮化物等）也 顯著減少，這些因素都使奧氏體轉(zhuǎn)變時形核困 難，提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移。,V1,V2,V3,Vk,V4,時間,溫度,4、C曲線的應(yīng)用,實際生產(chǎn)中，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變大多數(shù)是 在連續(xù)冷卻過程中進(jìn)行的，但仍可以利用C曲 線估計過冷奧氏體轉(zhuǎn)變情況。 如圖：V1V2V3Vk V4分別表示不同冷 卻速度的冷卻曲線。,V1相當(dāng)于爐冷，冷卻速度約為10/min， V1與C曲線相交于710-650

22、范圍內(nèi)，過冷奧氏 體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為100%珠光體，HRC=12 V2相當(dāng)于空冷，冷卻速度約為10/S， V2與C曲線相割于650-600范圍內(nèi)，過冷奧氏 體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為索氏體組織，HRC=26,V3相當(dāng)于油冷，冷卻速度約為150/S， V3只與C曲線的轉(zhuǎn)變起始線相交，表明一部分過 冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榍象w，而剩余部分過冷奧氏體 隨后冷卻到Ms以下，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而獲得屈 氏體與馬氏體混合組織，其HRC=45-55,V4相當(dāng)于水冷，冷卻速度600/S， 它與C曲線不相交，而直接與Ms相交，過冷奧 氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（還有小部分殘余奧氏體）， HRC=60-64,Vk與C曲線相切，稱為臨界冷卻速度。 它表示

23、過冷奧氏體不轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類產(chǎn)物，而 直接轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織的最小冷卻速度。 Vk 取決于C曲線的位置，C曲線右移，Vk降 低，容易獲得馬氏體組織，即易淬火。,Ps,Pz,K,時間,溫度,二、過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線圖（CCT圖） 實際生產(chǎn)中，大多數(shù)轉(zhuǎn)變是在連續(xù)冷卻過程中進(jìn)行的， 定量研究需要測定CCT圖。 （Continuous Cooling Transformation） 方法：金相法，膨脹法，磁性法等。 如圖：Ps線表示過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的起始線 Pz 線表示過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的終了線 K線表示過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w終止線,第四節(jié) 鋼的退火與正火,一、退火和正火的目的 1、改善鋼件的

24、硬度，以便于進(jìn)行切削加工 （最佳切削硬度范圍HB170-230）。 2、消除殘余應(yīng)力，防止零件變形、開裂。 3、細(xì)化晶粒，改善組織以提高零件的機械性能。 4、為最終熱處理（淬火、回火）做好組織上的 準(zhǔn)備。,二、退火和正火工藝及應(yīng)用 1、退火 包括：完全退火，等溫退火，球化退火，擴散 退火，去應(yīng)力退火。,a、完全退火（重結(jié)晶退火，退火） 應(yīng)用：亞共析碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件、熱 軋型材、焊接結(jié)構(gòu) 目的：細(xì)化晶粒，改善組織，消除殘余應(yīng)力，降低 硬度，提高塑性，便于切削加工。 工藝：將亞共析鋼加熱到Ac3+30-50，保溫一定 時間后，隨爐緩慢冷卻（或埋入沙或石灰中） 到500以下，空冷。,b、等溫

25、退火 等溫退火的目的與完全退火相同。由于完 全退火所需要的時間很長，尤其對于某些奧氏 體比較穩(wěn)定的合金鋼，往往需要數(shù)十小時甚至 數(shù)天的時間，采用等溫退火可明顯縮短退火時 間。,等溫退火： 對應(yīng)于鋼的C曲線上珠光體形成溫度進(jìn)行奧 氏體的等溫轉(zhuǎn)變處理，而在其前后可以快速冷卻。,工藝：加熱過程與完全退火相同，Ac3+30-50， 保溫一定時間后，開爐門較快速冷卻到稍 低于A1的某一溫度（550-700），在該溫 度下保溫到奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，然 后空冷。,優(yōu)點：（）縮短了退火時間 （）可以較好地控制組織與硬度 （通過選擇保溫溫度） （）工件氧化、脫碳傾向較小,c、球化退火（不完全退火） 應(yīng)用：過

26、共析碳鋼和合金鋼的刀具、模具、 量具、軸承等零件。 目的：降低硬度，改善切削加工性，為最終 淬火作準(zhǔn)備。,過共析組織為珠光體和網(wǎng)狀的二次滲碳體。 由于網(wǎng)狀二次滲碳體的存在，增加了鋼的硬度 和脆性，不僅給切削加工帶來困難，而且會引 起淬火時工件產(chǎn)生變形和開裂。,球化退火工藝： 將過共析鋼加熱到Ac1+30-50，保溫后，緩 慢冷卻。,由于加熱到Ac1+30-50，此時未溶的 滲碳體小質(zhì)點可作為冷卻時滲碳體析出的 核心，使?jié)B碳體發(fā)生球化，變成球狀或粒 狀滲碳體長大，故稱為球化退火。,由于加熱溫度在Ac1+30-50，鋼組織沒有全部 奧氏體化，故稱為不完全退火。,經(jīng)過球化退火的過共析鋼，可獲得鐵 素

27、體與球狀滲碳體的混合組織，叫做“球化 體”，HB163。 有的鋼種一次球化退火難以達(dá)到球化目 的，可采用循環(huán)退火法（或稱周期退火法） 進(jìn)行球化。,Ac1,T,T,Ac1,球化退火,循環(huán)退火,s,d、去應(yīng)力退火 去應(yīng)力退火又叫消除內(nèi)應(yīng)力退火，低溫退火。 目的：主要用于消除鑄件、鍛件及焊接件、 熱軋件的內(nèi)應(yīng)力。否則，會引起鋼件 在一定時間后產(chǎn)生變形，降低耐蝕性。,去應(yīng)力退火工藝： 將鋼件隨爐緩慢加熱（100-150/小時）， 到500-600（A1），經(jīng)過一段時間保溫后，隨 爐緩慢冷卻（冷速50-100/小時）到300-200以 下出爐。,e、擴散退火 目的：是利用高溫下原子具有較強的擴散 能力，

28、來減輕或消除鋼中化學(xué)成分 不均勻現(xiàn)象。由于加熱溫度高，晶 粒也會因此長大，所以擴散退火后， 往往要經(jīng)過一次完全退火來細(xì)化晶 粒。,擴散退火工藝： 把鋼加熱到高于Ac3或Accm 的溫度 (約1050-1250)，保溫較長時間（約10- 20小時），然后緩冷。 擴散退火主要用于合金鋼，尤其是高 合金鋼的鋼錠及鑄件。,三、正火工藝及應(yīng)用,1、定義 所謂正火是指把鋼加熱到Ac3（亞共析 碳鋼）或Accm（過共析碳鋼）以上30-50， 保溫一定時間，隨后在空氣中冷卻。,2、目的 對于亞共析鋼，正火的目的與退火相同，主要是 細(xì)化晶粒，由于正火冷卻速度較快，得到的珠光體組 織較細(xì)，且與退火相比，鐵素體數(shù)量

29、較少（冷速快， 鐵素體析出少），故碳鋼正火處理后強度、硬度均高 于退火處理。 對于過共析鋼，正火用于消除網(wǎng)狀滲碳體。由于 冷速較快，析出的二次滲碳體較?。ɡ渌倏?，滲碳體 來不及長大），且不易形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)。,3、正火工藝的主要應(yīng)用范圍： a、用于普通零件作為最終熱處理 b、用于中、低碳結(jié)構(gòu)鋼，作為預(yù)先熱處理，便 于切削加工 c、用于過共析鋼，可抑制或消除網(wǎng)狀二次滲碳 體的形成，以便在進(jìn)一步的球化退火中獲得 良好的球化體，為淬火做好組織上的準(zhǔn)備。,正火比退火生產(chǎn)周期短，耗能低，操作簡 便，故一般盡可能用正火代替退火，常用中低 碳鋼的鋼材都以正火狀態(tài)交貨。,第五節(jié) 鋼的淬火 將鋼加熱到Ac3（亞共

30、析鋼）或Ac1（過 共析鋼）以上30-50，經(jīng)保溫后，快速冷卻 獲得馬氏體的熱處理操作稱為淬火。,一、淬火的目的 1、提高鋼的硬度及耐磨性（如工具、軸承等要求 高耐磨性的零件） 2、獲得良好的綜合機械性能（中碳鋼經(jīng)淬火+高溫 回火可獲得強、韌兼?zhèn)浣M織；各種彈簧都要求 強度高、彈性好，一般用高碳鋼制作，經(jīng)淬火+ 中溫回火后，彈性大大提高） 3、獲得特殊物理、化學(xué)性能（許多不銹鋼、耐熱 鋼零件，淬火后可使耐腐蝕、耐熱性能提高）。,二、淬火溫度的確定 1、亞共析鋼 合適的淬火溫度為：Ac3+30-50 淬火組織為：馬氏體 溫度太低（低于Ac3）則淬火后組織中出現(xiàn) 鐵素體，導(dǎo)致硬度、耐磨性下降 溫度太

31、高，則獲得粗大的馬氏體組織，鋼的 性能惡化，同時引起鋼件嚴(yán)重變形。,2、過共析鋼 合適的淬火溫度為：Ac1+30-50 淬火組織為：馬氏體+粒狀二次滲碳體 由于滲碳體的硬度高與馬氏體，所以當(dāng)二次滲 碳體以粒狀彌散分布于馬氏體基體之上時，可 以提高組織的硬度和耐磨性彌散強化,馬氏體球狀滲碳體,淬火加熱溫度過高，不僅會得到粗大的馬氏 體組織，還會引起零件嚴(yán)重的變形甚至開裂，而 且由于二次滲碳體隨著加熱溫度的升高會大量溶 入奧氏體中，使得Ms、Mz 降低，從而增加了組 織中殘余奧氏體的含量，影響淬火硬度和耐磨性。 淬火溫度過低，Ac1則得不到馬氏體組織。,對于合金鋼，由于奧氏體晶粒長大傾向受 到合金

32、碳化物等的抑制，故可適當(dāng)提高淬火溫 度。 （TC曲線右移）,三、加熱、保溫時間的確定原則：既要保證工件表面和心部都達(dá)到指定的加 熱溫度，又要保證組織轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行和化 學(xué)成分?jǐn)U散均勻，同時不能使A 晶粒長大。 適當(dāng)?shù)谋貢r間，對于保證鋼的淬火質(zhì)量， 提高勞動生產(chǎn)率很重要。,四、淬火冷卻介質(zhì),淬火時，通過快速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R 氏體，這一過程體積膨脹，內(nèi)應(yīng)力很大，所以要 使零件在不淬裂、變形小的前提下淬成馬氏體， 并不是一件容易的事。,根據(jù)C曲線，淬火時，要求在650-400范圍 內(nèi)快速冷卻，以避過C曲線拐點部位，使奧氏體 不發(fā)生高溫、中溫組織轉(zhuǎn)變；而冷卻到300以下、 Ms附近時，則希望冷速

33、慢一些，以免產(chǎn)生太大的 內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致零件變形、開裂。,最常用的淬火冷卻介質(zhì)是水、油、硝鹽浴或堿浴。,水：高溫區(qū)冷卻速度很大，但低溫區(qū)冷卻速度 也大，能淬硬，但易淬裂。 油：高溫區(qū)冷速較低，低溫區(qū)冷速較合適，淬 不裂，但可能淬不硬且價格高、易燃。 堿?。焊邷貐^(qū)冷速比水弱，比油強，低溫區(qū)比 油弱。 鹽?。焊邷貐^(qū)冷速比水弱，比油略弱，低溫區(qū) 比油弱。,五、常用淬火方法 由于實際冷卻介質(zhì)不能滿足淬火要求， 所以必須從淬火方法上加以彌補。,1、 單液淬火法（普通淬火法） 將加熱后的鋼件放入一種淬火冷卻介質(zhì)中 冷卻。 單液淬火法操作簡單，易實現(xiàn)自動化操作， 但存在明顯缺點：水淬易變形、開裂；油淬硬 度不足，

34、只適用于形狀簡單的工件。,2、 雙液淬火法（水淬油冷法） 對于形狀復(fù)雜的高碳鋼零件，為了防止淬 火后產(chǎn)生過大的變形或開裂，可在水中淬火至 Ms附近，然后立即放入油中（或空氣）繼續(xù)冷 卻，故雙液淬火法又稱水淬油冷法。用這種方 法既能淬硬，又能防止淬裂。 缺點：對操作技術(shù)要求較高。適用于高碳 鋼形狀復(fù)雜的零件。,3、分級淬火法 不管是單液淬火法，還是雙液淬火法，都 存在零件表面與心部溫差較大，易產(chǎn)生較大的 熱應(yīng)力導(dǎo)致零件變形、開裂的問題，分級淬火 法能很好地解決這個問題。,所謂分級淬火法就是：先將加熱好的零件淬 入溫度稍高于 Ms 的鹽浴或堿浴中，保持一定時 間，使零件表面與心部的溫度均勻并與熱浴

35、一致， 然后取出空冷，在熱浴中停留的時間以不發(fā)生奧 氏體中溫轉(zhuǎn)變?yōu)橐恕?缺點：冷卻能力較低，只適用于小尺寸零件。,4、等溫淬火法 將加熱好的零件淬入溫度稍高于 Ms 的鹽 浴或堿浴中，保溫足夠的時間，使奧氏體等溫 轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織，然后空冷至室溫。 等溫淬火法可獲得強、韌兼?zhèn)涞慕M織，且 零件的內(nèi)應(yīng)力可減低到最小程度，不易變形。缺點： 生產(chǎn)周期長，僅適用于形狀復(fù)雜的小零件。,5、局部淬火法 有些零件只需要局部硬度高、耐磨性好， 因此可進(jìn)行局部淬火，以避免其它部位產(chǎn)生 變形或開裂。局部淬火法包括：局部加熱淬火法 局部冷卻淬火法,6、 冷處理 高碳鋼、合金鋼的Mz都在零下幾十度， 為了減少殘余奧氏

36、體的數(shù)量，可在淬火后進(jìn) 行冷處理，即加熱零件淬火至室溫后，再放 入低溫槽中繼續(xù)冷卻，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)?馬氏體。 冷處理介質(zhì)：干冰（-80）、 液化乙烯（-107）、液氮（-192） 冷處理的目的：穩(wěn)定尺寸，提高硬度。,第六節(jié) 鋼的淬透性 一、什么叫淬透性 鋼在淬火過程中，沿工件截面各處的實 際冷卻速度是不同的，表層的實際冷卻速度 總大于內(nèi)部，而中心部的冷卻速度最低。,如果表層的冷卻速度大于臨界冷卻速度Vk， 而心部的冷卻速度低于臨界冷卻速度，則表層獲 得馬氏體表層與心部之間依次為馬氏體、屈氏體、 索氏體、珠光體，也即鋼僅被淬火到一定深度。 如果心部的冷卻速度也大于臨界冷卻速度Vk， 則沿工件

37、截面均獲得馬氏體組織，即鋼被淬透。,屈氏體馬氏體,所謂鋼的淬透性是指: 鋼在淬火冷卻時，獲得淬透層深度的能力 （獲得馬氏體層厚度的能力）。,如何定義淬透層深度： 從表層馬氏體到半馬氏體（50%馬氏體） 處的深度。 獲得馬氏體層的厚度越大，即淬透層深度 越大，鋼的淬透性越好。,注意： 鋼的淬透性與淬硬性是兩個不同的概念。 淬硬性是指鋼在淬火后所能獲得的最大硬度 值。它主要取決于含碳量，含碳量越高，淬 硬性越大，但淬硬性的鋼淬透性不一定好， 鋼的淬透性受很多因素的影響。,HRC,b,0.2,Ak,HRC,b,0.2,Ak,淬透件,未淬透件,二、淬透性對鋼機械性能的影響 1、對機械性能的影響 將淬透

38、性不同的兩種鋼制成直徑相同的軸,進(jìn)行淬 火+高溫回火熱處理（調(diào)質(zhì)），其中一件完全淬透，另 一件未淬透，兩者的機械性能比較見圖：,s/b,(RM-RQ)，HRC,2、淬火不完全程度與屈強比的關(guān)系 如圖，（RM-RQ） 表示淬火不完全程度，HRC RM表示淬火最高硬度（100%馬氏體硬度），HRC RQ表示淬火的實際硬度，HRC (RM-RQ)越大，表示淬火不完全程度越大 可見，(RM-RQ)越大，s/b越小，對材料強度的利 用率越低（零件在工作中不允許出現(xiàn)塑性變形）。,-1,100%馬氏體,20%馬氏體,3、淬火鋼中馬氏體含量對回火后鋼的疲勞極限的影響 淬火后馬氏體含量越高，回火后鋼的疲勞極限越

39、高綜上：零件截面尺寸越大，淬透性對機械性能的影響越大。,三、影響鋼淬透性的因素 影響鋼淬透性的決定因素是臨界冷卻速 度Vk， Vk越小，淬透性越大。 臨界冷卻速度與C曲線的位置有關(guān)，C曲 線越右， Vk越小。,1、含碳量的影響 亞共析鋼， C%C曲線右移Vk淬透性 過共析鋼， C%C曲線左移Vk 淬透性 碳鋼中以共析鋼的淬透性最好。 2、合金元素的影響 除Co以外，其它合金元素都使C曲線右移， Vk，淬透性提高，故合金鋼的淬透性大大高于 碳鋼。,3、奧氏體化溫度的影響 提高溫度或延長保溫時間，可使 C曲線 右移，Vk，淬透性提高，但作用有限，因 為奧氏體晶粒會長大。,四、淬透性的測定方法,最常

40、用的是末端淬火法（端淬法）測定鋼 的淬透性。將25100mm 的標(biāo)準(zhǔn)試樣加熱 后對末端進(jìn)行噴水冷卻（水壓恒定），試樣末 端相當(dāng)于淬火零件的表面，距末端的距離越遠(yuǎn)， 冷卻速度越低，相當(dāng)于淬火零件的內(nèi)部。,端淬試樣冷卻后，沿其長度方向磨出一狹條 平面，每隔一定距離測量硬度值，可以繪出淬透 性曲線，對應(yīng)于半馬氏體的硬度點至末端的距離 d，就是淬透層深度，d越大，鋼的淬透性越好。 45：d=3.3mm； 40Cr： d=10.5mm,表示方法： J */d J末端淬透性 d至水冷端（末端）的距離，mm *此處的實測硬度值， HRC J45/10-15表示距末端10-15mm處，淬火硬度 為45HRC。

41、 J42-45/10 表示距末端10mm處，淬火硬度為 42-45HRC。,五、機械零件設(shè)計中對鋼淬透性的考慮（選材）1、重要零件，要求表面與心部機械性能一致， 應(yīng)選用淬透性好的鋼材。2、對心部機械性能要求不高的零件，可選用 淬透性低的鋼材（便宜）。3、焊接件，不能采用淬透性高的鋼材。防止 焊縫出現(xiàn)淬火組織脆、裂紋。,4、小尺寸試樣的性能數(shù)據(jù)，不能用于大尺寸工 件的強度計算。 5、淬透性低的大尺寸零件，淬火應(yīng)安排在切削 加工之后進(jìn)行。 6、碳鋼的淬透性很低，設(shè)計大尺寸零件時，應(yīng) 采用正火工藝代替調(diào)質(zhì)處理，以防止淬不透。 二者的性能相差不大，但成本相差很大,第七節(jié) 鋼的回火,一、回火的概念 將淬

42、火鋼件重新加熱到A1以下某一溫 度，經(jīng)保溫，冷卻到室溫的操作，稱為回火。,二、回火的目的 淬火后鋼的組織為馬氏體、殘余奧氏體、 過共析鋼還有少量滲碳體，而馬氏體組織硬 度高，脆性大，組織不穩(wěn)定，且淬火后鋼件 存在較大的內(nèi)應(yīng)力，易導(dǎo)致鋼件變形、開裂， 故淬火后應(yīng)及時進(jìn)行回火。 通過回火，馬氏體、殘余奧氏體可轉(zhuǎn)變 為比較穩(wěn)定的組織，內(nèi)應(yīng)力也被消除，組織 脆性降低，零件尺寸穩(wěn)定。,三、淬火鋼回火時組織與性能的變化,（一）馬氏體的分解,從室溫到200左右范圍內(nèi)回火時，馬氏體 中一部分過飽和的碳以及細(xì)小的-碳化物 （FexC或Fe2.4C）形式析出，并分布在馬氏體基 體上，使馬氏體中的含碳 量下降，體心

43、正方的 正方度c/a 減?。催^飽和程度降低），使馬氏 體的脆性下降，硬度稍降。,此時組織為： 過飽和程度稍低的馬氏體和極細(xì)小的 -碳化物組成的混合組織，稱為“回火馬氏 體組織”，M回。 -碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C轉(zhuǎn)變 的過渡相。,（二）殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變,約在 200-300，馬氏體繼續(xù)分解的同時， 殘余奧氏體也發(fā)生轉(zhuǎn)變，變成了下貝氏體組織。 此時主要組織仍是回火馬氏體，但由于加熱溫 度較高，馬氏體的過飽和程度進(jìn)一步降低，組 織的硬度降低，塑性提高。由于殘余奧氏體轉(zhuǎn) 變?yōu)橛捕容^高的下貝氏體，因此鋼的硬度下降 不大。 此時組織為 “回火馬氏體+下貝氏體”。,（三）滲碳體形成和鐵素體恢復(fù)

44、,約在300-400之間，固溶體中過飽和 的碳逐漸析出，-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的較小 的Fe3C顆粒，固溶體中的含碳量幾乎達(dá)到 平衡成分，故馬氏體變成鐵素體（c/a1）， 體心正方晶格變成體心立方晶格。 此時組織為： “鐵素體與彌散在其中的細(xì)粒狀滲碳體的混合 物”, 稱為 “回火屈氏體”，T回。,（四）滲碳體的聚集長大和鐵素體的再結(jié)晶,約在400-650 之間，滲碳體不斷聚集長 大，內(nèi)應(yīng)力與晶格歪扭完全消除，組織是由鐵 素體和球化的滲碳體所組成的混合物，稱為“回 火索氏體”，S回。 此時，碳固溶強化作用消失，強度取決于 Fe3C質(zhì)點的尺寸和彌散度?；鼗饻囟仍礁?，滲 碳體質(zhì)點越大，彌散度越低，強度越

45、低。,回火索氏體組織具有良好的綜合機 械性能，即強、韌兼?zhèn)洹?回火組織較正火組織具有較高的強度、韌性。,若繼續(xù)升溫到650以上，滲碳體繼續(xù)粗化， 組織變?yōu)閺姸雀偷那驙钪楣怏w組織，綜合機 械性能下降，一般不用。,四、回火的分類 低溫回火：150-250 組織為M回 硬度：HRC58-64 中溫回火：350-500 組織為T回 硬度：HRC35-45 高溫回火：500-650 組織為S回 硬度：HRC23-35 淬火+低溫回火工具、量具、軸承等，提高硬度、耐 磨性 淬火+中溫回火各種彈簧，提高s/b 淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)，軸、齒輪、交變載荷零件，綜 合機械性能,注： 在250-350范圍內(nèi)回火很少

46、使用，因為在此 溫度范圍內(nèi)，從馬氏體中析出的碳化物呈細(xì)片 狀，從而引起鋼的脆性，稱為低溫回火脆性。 當(dāng)溫度超過350，碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀的 Fe3C，鋼的韌性恢復(fù)。,其它回火： 某些高合金鋼在640-680進(jìn)行回火軟化。 某些精密零件（如量具），為了保持淬火 后的高硬度，又要保持尺寸穩(wěn)定性，僅在 100-150進(jìn)行長時間回火（10-50h）， 稱為“尺寸穩(wěn)定處理”或 “時效處理”。,第八節(jié) 鋼的表面淬火,承受交變載荷、沖擊載荷的零件，表面比心 部承受較高的應(yīng)力，且表面由于受到磨損、腐蝕 等，故零件表面失效較快，需進(jìn)行表面強化，使 零件表面具有較高的強度、硬度、耐磨性、疲勞 極限、耐腐蝕性；而心

47、部仍保持足夠的塑性、韌 性，防止脆斷，即具有“外硬內(nèi)韌”組織。,一、表面淬火的概念,表面淬火是通過對鋼件表面快速加熱與立 即冷卻相結(jié)合，在零件表面獲得淬火馬氏體層 的熱處理方法。,快速加熱使鋼表面很快達(dá)到淬火溫度，迅 速冷卻使熱量不能傳遞到零件中心，這樣零件 表面被淬成馬氏體組織，而心部仍為未淬火組 織，從而獲得“外硬內(nèi)韌”組織。,二、表面淬火用鋼 表面淬火用鋼的含碳量以 0.40%-0.50% 為宜(中碳鋼), 因為含碳量太高,盡管表面淬硬 性增大, 但心部塑性降低; 而含碳量太低,盡管 心部塑、韌性提高, 但表層淬火硬度不足。 （這也是物理熱處理的局限性：簡單但作用有限）,三、表面淬火的分

48、類 根據(jù)加熱方式的不同，表面淬火可分為： 感應(yīng)加熱表面淬火 火焰加熱表面淬火 電接觸加熱表面淬火 激光加熱表面淬火 等離子體加熱表面淬火 工業(yè)上使用最多的是 ,四、感應(yīng)加熱表面淬火 通過使零件表面產(chǎn)生一定頻率的感 應(yīng)電流，將零件表面迅速加熱到淬火溫 度，然后迅速噴水冷卻的一種表面淬火 方法。,1、 感應(yīng)加熱的原理 零件放在感應(yīng)器（空心銅管繞成）中，感應(yīng) 器中通以中頻或高頻交流電（500-300000Hz） 以產(chǎn)生交變磁場，于是零件表面就有感應(yīng)產(chǎn)生同 頻率的感應(yīng)電流。 這種感應(yīng)電流在零件表層電流密度很大，離 開表層則很快衰減，零件內(nèi)部感應(yīng)電流幾乎為零 集膚效應(yīng)，且頻率越高，電流集中層越淺。,由于

49、零件本身存在電阻，因此集中于表層 的電流，可使零件表層迅速被加熱，在幾秒鐘 內(nèi)升溫到 800-1000，而心部溫度接近室溫， 經(jīng)迅速噴水淬火冷卻，使零件表層淬硬，心部 仍保持較好的塑性、韌性。,2、感應(yīng)加熱頻率的選用 感應(yīng)電流集中層的厚度取決于電流頻 率，頻率越高，集中層越薄，即淬透層越 薄，因此可通過控制電流頻率來控制淬硬 層深度，非常方便。 高頻加熱： 100-500KHz，常用200-300KHz 中頻加熱： 500-10000Hz, 常用2500-8000Hz 工頻加熱： 50Hz,3、感應(yīng)加熱表面淬火的特點 優(yōu)點： 加熱速度極大，使珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的轉(zhuǎn)變溫 度升高，轉(zhuǎn)變時間極短（不

50、需保溫），轉(zhuǎn)變速度 極快。 淬火后，可使零件表層獲得極細(xì)的“隱晶馬氏體” 組織，零件表層具有比普通淬火稍高的硬度（高 2-3HRC），較低的脆性，較高的疲勞強度。 零件不易氧化、脫碳，且變形小。 零件淬硬層深度易于控制，操作易實現(xiàn)自動化，生 產(chǎn)率高。,缺點： 設(shè)備投資大，只適用于外形簡單的零件， 形狀復(fù)雜的零件，感應(yīng)器不易制造。,4、表面淬火的預(yù)熱處理 為了保證淬火質(zhì)量，改善零件心部機械性能， 表面淬火前，可進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)預(yù)熱處理。 對心部機械性能要求不高的零件，可進(jìn)行正 火預(yù)熱處理；對心部機械性能要求高的零件，可 進(jìn)行調(diào)質(zhì)預(yù)熱處理。,五、火焰加熱表面淬火,用氧-乙炔、氧-煤氣混合氣體燃燒產(chǎn)生

51、的火 焰，噴射在零件表面，使之快速升溫，當(dāng)溫度達(dá) 到淬火溫度時，迅速噴水冷卻，從而獲得表面淬 硬層的淬火方法。 火焰加熱表面淬火的淬硬層一般為26mm， 若要獲得更深的淬硬層，則會引起零件表面過熱， 且易淬裂。,優(yōu)點：簡單，不需特殊設(shè)備，操作靈活，尤適合 局部表面淬火。 缺點：生產(chǎn)效率低，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定，表面易過 熱。,六、等離子體加熱表面淬火 等離子體：氣體放電過程中所形成的有關(guān) 離子的集合體。 等離子體加熱表面淬火，能耗低，效率高， 設(shè)備便宜，是激光加熱表面淬火的替代技術(shù)。,前述熱處理，都屬于物理熱處理，簡單而有 效，這是這種古老技術(shù)目前仍廣泛使用的原因。 由于沒有改變材料的化學(xué)成分，因此

52、其作用 是有限的。 例如：表面淬火中碳鋼。,第九節(jié) 鋼的化學(xué)熱處理,表面淬火，鋼材的合適含C量為0.40.5%。 由于表層性能與心部性能矛盾“外硬內(nèi)韌”， 只能選用中碳鋼來制作，雖然既照顧了“外硬”， 又兼顧了“內(nèi)韌”，但“外硬”與“內(nèi)韌”的水平都 不高。,要解決這一問題，可以采用化學(xué)熱處理的 方法。 化學(xué)熱處理與物理熱處理最大的區(qū)別是前 者改變了鋼的化學(xué)成分。,一、化學(xué)熱處理及分類,1、化學(xué)熱處理,將零件置于一定介質(zhì)中加熱、保溫，使介 質(zhì)中的活性原子滲入零件表層，以改變表層的 化學(xué)成分和組織，從而使零件表層具有所需的 特殊性能。,2、分類 按滲入元素的不同，化學(xué)熱處理分為： 滲碳、氮化、碳氮

53、共滲、滲金屬（釩、鈮）。,3、化學(xué)熱處理進(jìn)行的必要條件,a、材料本身對欲滲的活性原子具有一定的溶解 度，或具有與活性原子形成化合物的能力。 b、滲入的原子必須具有化學(xué)活性和較大的擴散 能力。,4、化學(xué)熱處理的基本過程 a、將鋼材和介質(zhì)加熱到高溫，以提高對活性 原子的溶解度，提高活性原子擴散能力； 同時介質(zhì)在高溫下分解，產(chǎn)生活性原子。 b、活性原子被鋼吸收，并由表及里擴散，在 表層（擴散層）形成固溶體或化合物,二、鋼的滲碳,1、滲碳：是向鋼表層滲入碳原子的過程。,2、滲碳目的： 提高鋼表層的含碳量，經(jīng)熱處理后， 使表層具有高硬度，高耐磨性，而心部 仍保持一定的強度，較高的塑、韌性。,3、滲碳鋼材： 采用低碳鋼，低碳合金鋼 （零件心部塑、韌性很好） 如：15、20、20Cr、20CrMnTi,4、滲碳工藝的分類 按所用滲碳介質(zhì)的不同，分為：氣體滲 碳、固體滲碳、液體滲碳、等離子體滲碳。,5、氣體滲碳,a、原理： 900950 CH4 C+2H2 2CO C+CO2 CO+H2 C+H2O 活性C溶入高溫奧氏體（面心立方）， 然后向內(nèi)部擴散。,b、影響滲碳過程的因素, 加熱溫度 加熱溫度越