热处理的方式详解.ppt

TE-PWenyun Ju第第 页页1上海大学机自学院 因此热处理的应用日益广泛，几乎因此热处理的应用日益广泛，几乎80%80%的机械零件都要热处理，至于工具（刀具、的机械零件都要热处理，至于工具（刀具、量具、模具）和轴承则量具、模具）和轴承则100%100%都要进行热处理都要进行热处理,以延长零件的使用寿命以延长零件的使用寿命。一、热处理的基本概念一、热处理的基本概念 1.目的目的改善组织和性能改善组织和性能2.机理机理固态相变固态相变（纯金属的同素异构转变、（纯金属的同素异构转变、合金的晶体结构改变）及合金的晶体结构改变）及原子扩散原子扩散？钢烧红后放入水中急冷会变硬，紫铜却不会？钢烧红后放入水中急冷会变硬，紫铜却不会TE-PWenyun Ju第第 页页2上海大学机自学院4.分类分类3.工艺过程工艺过程加热加热+保温保温+冷却冷却加热加热保温保温冷却冷却普通热处理（整体热处理）普通热处理（整体热处理）表面热处理表面热处理化学热处理化学热处理形变热处理形变热处理TE-PWenyun Ju第第 页页3上海大学机自学院5.过热和过冷过热和过冷过热过热-加热时加热时高于高于平衡转变温度才发生相变平衡转变温度才发生相变过冷过冷-冷却时冷却时低于低于平衡转变温度才发生相变平衡转变温度才发生相变*加热转变温度加热转变温度：Ac1、Ac3、AccmAc1Ac3Accm*平衡转变温度平衡转变温度：A1、A3、Acm AcmA3A1*冷却转变温度：冷却转变温度：Ar1、Ar3、Arcm Ar3Ar1Arcm极缓慢加热、冷却时的相变温度线钢加热到A1以上时P向A转变TE-PWenyun Ju第第 页页4上海大学机自学院二、钢加热时的组织转变二、钢加热时的组织转变（属于平衡转变属于平衡转变）奥氏体化奥氏体化+奥氏体长大奥氏体长大1.奥氏体的形成过程（奥氏体的形成过程（=形核+长大）TE-PWenyun Ju第第 页页5上海大学机自学院*完全完全A化（加热至化（加热至Ac3或或 Accm 以上温度）以上温度）F、P、Fe3C A*部分部分A化（仅加热至化（仅加热至Ac1以上温度）以上温度）P A部分部分A化化部分部分A化化完全完全A化化Ac3线线Accm线线Ac1线线根据加热温度的不同，奥氏体化可分为：根据加热温度的不同，奥氏体化可分为：2.奥氏体的长大过程奥氏体的长大过程 奥氏体形成后，如果继续加热或保温，在伴随残余渗奥氏体形成后，如果继续加热或保温，在伴随残余渗碳体溶解和奥氏体均匀化的同时碳体溶解和奥氏体均匀化的同时，奥氏体晶粒将开始长大。奥氏体晶粒将开始长大。奥氏体晶粒的长大是大晶粒吞并小晶粒的过程，其结果是奥氏体晶粒的长大是大晶粒吞并小晶粒的过程，其结果是使晶界面积减小，从而降低了表面能，因此它是一个自发使晶界面积减小，从而降低了表面能，因此它是一个自发的过程。的过程。780 时时A形成不到形成不到10S，碳化，碳化物溶解几百秒，物溶解几百秒，A均匀化均匀化104STE-PWenyun Ju第第 页页6上海大学机自学院奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度起始晶粒度起始晶粒度-刚刚完成奥氏体转变（晶界刚刚刚完成奥氏体转变（晶界刚 刚接触）时的刚接触）时的A晶粒大小。晶粒大小。实际晶粒度实际晶粒度-在具体的热处理或热加工温度在具体的热处理或热加工温度 下实际获得的下实际获得的A晶粒大小。晶粒大小。本质晶粒度本质晶粒度-将钢加热到将钢加热到9301093010，保温保温3 3 h h，冷却后在放大冷却后在放大100100倍的倍的 显微镜下所测定的显微镜下所测定的A晶粒大小。晶粒大小。*本质晶粒度反映了钢在一定条件下奥氏体晶粒本质晶粒度反映了钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。其长大的倾向性。其与起始晶粒度和实际晶粒度与起始晶粒度和实际晶粒度是完全不同的概念。是完全不同的概念。912 以上TE-PWenyun Ju第第 页页7上海大学机自学院标准晶粒度标准晶粒度58级级的为本质细晶粒钢的为本质细晶粒钢标准晶粒度标准晶粒度14级级的为本质粗晶粒钢的为本质粗晶粒钢ReviewTE-PWenyun Ju第第 页页8上海大学机自学院本质粗晶粒钢：奥氏体本质粗晶粒钢：奥氏体随温度的升高迅速长大随温度的升高迅速长大的钢。如经锰硅脱氧的的钢。如经锰硅脱氧的钢、沸腾钢等钢、沸腾钢等本质细晶粒钢：本质细晶粒钢：奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大倾向小，加热到倾向小，加热到较高温度才显著较高温度才显著长大的钢。如经长大的钢。如经铝脱氧的钢、镇铝脱氧的钢、镇静钢等静钢等TE-PWenyun Ju第第 页页9上海大学机自学院 热处理热处理生产中应严格控制加热温度生产中应严格控制加热温度，不能过热。不能过热。常采用常采用快速加热快速加热和和短时间保温短时间保温的方法来的方法来细化晶粒细化晶粒。因为适当提高加热速度有利于增大过热度，使因为适当提高加热速度有利于增大过热度，使A晶晶粒细化，则冷却后的组织也越细，材料的强度、塑粒细化，则冷却后的组织也越细，材料的强度、塑性、韧性越好；适当的保温时间有利于性、韧性越好；适当的保温时间有利于A均匀化，均匀化，但保温时间过长将使晶粒过份长大，形成粗晶。但保温时间过长将使晶粒过份长大，形成粗晶。影响影响奥氏体晶粒度的因素奥氏体晶粒度的因素 热处理时的加热温度、加热速度、保温时间以热处理时的加热温度、加热速度、保温时间以及钢中的碳元素、合金元素的含量都会影响及钢中的碳元素、合金元素的含量都会影响A的长的长大程度，从而影响实际晶粒度。大程度，从而影响实际晶粒度。加热温度越高、加热速度越慢、保温时间越长，加热温度越高、加热速度越慢、保温时间越长，实际晶粒度越粗。实际晶粒度越粗。TE-PWenyun Ju第第 页页10上海大学机自学院三三、钢在钢在非平衡非平衡冷却时的组织转变冷却时的组织转变过冷奥氏体过冷奥氏体珠光体珠光体贝氏体贝氏体马氏体马氏体过冷奥氏体过冷奥氏体-在在A1温度以下，未发生转变的、温度以下，未发生转变的、处于不稳定状态的奥氏体处于不稳定状态的奥氏体。贝氏体贝氏体-含碳略微过饱和的铁素体与弥散分布含碳略微过饱和的铁素体与弥散分布 的微细渗碳体的混合物，代号的微细渗碳体的混合物，代号B。马氏体马氏体-碳在碳在-Fe中的过饱和固溶体，代号中的过饱和固溶体，代号M。平衡冷却时组织F、P、Fe3CTE-PWenyun Ju第第 页页11上海大学机自学院1、钢的等温冷却转变曲线（、钢的等温冷却转变曲线（TTT曲线或曲线或C曲线曲线）550 600 650 MsMf转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线-100 PST珠光体转变珠光体转变B 贝氏体转变贝氏体转变马氏体转变马氏体转变温度温度时间时间A 共共 析析 钢钢 的的TTT 曲曲 线线230-50 TE-PWenyun Ju第第 页页12上海大学机自学院转变产物的组织与性能转变产物的组织与性能1.珠光体型珠光体型(P)转变转变(A1550):A1650:P;525HRC;片间距为片间距为0.60.7m(500)。650600:细片状细片状P-索氏体索氏体(S);片间距为片间距为0.20.4m(1000);2536HRC。600550:极细片状极细片状P-屈氏体屈氏体(T);片间距为片间距为0.2m(电镜电镜);3540HRC。层片间距越小（即从层片间距越小（即从PS T），），材材料的强度、硬度、塑性、韧性越高。料的强度、硬度、塑性、韧性越高。TE-PWenyun Ju第第 页页13上海大学机自学院 珠珠 光光 体体 形形 貌貌 像像光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌TE-PWenyun Ju第第 页页14上海大学机自学院光镜形貌电镜形貌 索索 氏氏 体体 形形 貌貌 像像TE-PWenyun Ju第第 页页15上海大学机自学院 屈屈 氏氏 体体 形形 貌貌 像像电镜形貌光镜形貌TE-PWenyun Ju第第 页页16上海大学机自学院2）过冷奥氏体在）过冷奥氏体在550 Ms之间发生的转变之间发生的转变贝氏体转变贝氏体转变1）贝氏体）贝氏体B-含碳略微过饱和的铁素体与弥含碳略微过饱和的铁素体与弥 散分布的微细渗碳体的混合物。散分布的微细渗碳体的混合物。3）根据转变温度的不同，）根据转变温度的不同，B分为上分为上B和下和下B。上贝氏体上贝氏体（在（在550350 的转变产物），其形态的转变产物），其形态 为羽毛状，即铁素体呈板条束状，渗碳体弥散分布为羽毛状，即铁素体呈板条束状，渗碳体弥散分布 于板条的边界上，强度低、脆性大，无实用价值。于板条的边界上，强度低、脆性大，无实用价值。下贝氏体下贝氏体（在（在350 Ms 的转变产物），其形态为的转变产物），其形态为 针叶状，即铁素体呈针叶片状，渗碳体弥散分布于针叶状，即铁素体呈针叶片状，渗碳体弥散分布于 叶片内，强度、硬度较高，韧性也好，实用价值大。叶片内，强度、硬度较高，韧性也好，实用价值大。550350:B上上;4045HRC;350230:B下下;5060HRC;TE-PWenyun Ju第第 页页17上海大学机自学院2）马氏体转变是过冷奥氏体）马氏体转变是过冷奥氏体急冷急冷至至Ms Mf 间间 发生的转变，即发生的转变，即M只能是淬火处理的产物。只能是淬火处理的产物。马氏体转变马氏体转变1）马氏体）马氏体M-碳在碳在-Fe中的中的过饱和过饱和固溶体固溶体3）共析钢的）共析钢的Mf在在-50左右，所以一般在室温左右，所以一般在室温 环境下的环境下的 M转变不彻底，仍有少量转变不彻底，仍有少量 A会残存会残存 下来，称为下来，称为残余残余A。且且Ms 和和 Mf 随含碳量随含碳量 的增加而降低，故残余的增加而降低，故残余 A 的量也就随含碳量的量也就随含碳量 的增加而增多。的增加而增多。转变特点转变特点:转变温度转变温度(230-50)在一个温度范围内在一个温度范围内连续冷却完成连续冷却完成;转变速度极快转变速度极快,即即瞬间形核与长大瞬间形核与长大;无扩散转变无扩散转变(Fe、C原子均不扩散原子均不扩散),M与原与原A的成分相同的成分相同,造成晶格畸变。造成晶格畸变。转变不完全性转变不完全性,QM=f(T)TE-PWenyun Ju第第 页页18上海大学机自学院4）根据含碳量不同，）根据含碳量不同，M分为板条分为板条M和片状和片状M。板条板条M：即低碳即低碳M，碳的过饱和度较小，晶格的畸变碳的过饱和度较小，晶格的畸变 不大，故硬度不很高，塑性、韧性较好。不大，故硬度不很高，塑性、韧性较好。片状片状M：即高碳即高碳M，碳的过饱和度大，晶格畸变大，碳的过饱和度大，晶格畸变大，硬度很高；但内应力大，易造成显微裂纹，硬度很高；但内应力大，易造成显微裂纹，塑性、韧性极差。塑性、韧性极差。高碳钢极易淬硬高碳钢极易淬硬，机械设备中需要高硬度、高耐，机械设备中需要高硬度、高耐磨的零件都选用高碳钢。但淬火后脆性大，易开裂，磨的零件都选用高碳钢。但淬火后脆性大，易开裂，必必须再回火才能投入使用。须再回火才能投入使用。低碳钢是淬不硬的钢低碳钢是淬不硬的钢，机械设备中需要高硬度、，机械设备中需要高硬度、高耐磨的零件不会选用低碳钢。高耐磨的零件不会选用低碳钢。低碳板条状马氏体低碳板条状马氏体高碳片状马氏体高碳片状马氏体回火马氏体回火马氏体TE-PWenyun Ju第第 页页19上海大学机自学院AFAPAFe3CAP亚共析钢亚共析钢C曲线曲线共析钢共析钢C曲线曲线过共析钢过共析钢C曲线曲线 亚共析钢、过共析钢的亚共析钢、过共析钢的TTT曲线与共析钢的基本相曲线与共析钢的基本相似，但两者在奥氏体向珠光体转变之前都有先析相（铁似，但两者在奥氏体向珠光体转变之前都有先析相（铁素体或二次渗碳体）出现，且曲线中鼻尖及素体或二次渗碳体）出现，且曲线中鼻尖及Ms、Mf 的的位置不同位置不同。（课本。（课本P49）亚共析钢：碳量增加亚共析钢：碳量增加C曲线右移曲线右移过共析钢：碳量增加过共析钢：碳量增加C曲线左移曲线左移所有的钢，碳量增加，所有的钢，碳量增加，MsMs、MfMf下下降降影响影响 TTT 曲线形状曲线形状 与位置的因素与位置的因素TE-PWenyun Ju第第 页页20上海大学机自学院2.奥氏体中含合金元素的影响奥氏体中含合金元素的影响:除除Co、Al(2.5%)外外,所有合金所有合金元元 素溶入奥氏体中素溶入奥氏体中,会引起会引起:向右移向右移向向下下移移MsA1A1Ms含含Cr合金钢合金钢TE-PWenyun Ju第第 页页21上海大学机自学院3.加热温度和保温时间的影响加热温度和保温时间的影响:加热温度越高加热温度越高,保温时间越长保温时间越长,碳化物溶解充分碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀奥氏体成分均匀,提高了过冷奥氏体的稳定性提高了过冷奥氏体的稳定性,从而从而 使使 TTT曲线向右移。曲线向右移。TE-PWenyun Ju第第 页页22上海大学机自学院2、钢的连续冷却转变曲线（钢的连续冷却转变曲线（CCT曲线曲线）在热处理生产中，奥氏体的转变大多是在连续冷却在热处理生产中，奥氏体的转变大多是在连续冷却条件下进行的，所以条件下进行的，所以CCT曲线对制定热处理工艺更加具曲线对制定热处理工艺更加具有重要的指导意义。有重要的指导意义。当采用不同的冷当采用不同的冷却速度却速度V1、V2、V3和和 V4 连续冷却时，连续冷却时，可从图中分析出所可从图中分析出所获得的组织和性能。获得的组织和性能。V临临-获得获得M的临界冷却温度的临界冷却温度M临界线，共析钢138 /SP+少量M，碰到K线不再变P 共共 析析 钢钢 的的CCT 曲曲 线线V4V3V2V1V临临K线TE-PWenyun Ju第第 页页23上海大学机自学院3、TTT曲线与曲线与CCT曲线的差别及应用价值曲线的差别及应用价值差别差别：所有碳钢的：所有碳钢的TTT曲线上都有曲线上都有 B 转变区，转变区，而对而对CCT曲线而言，只有亚共析钢有曲线而言，只有亚共析钢有B 转变区，转变区，共析钢和过共析钢均无共析钢和过共析钢均无 B 转变区。转变区。也即当采用也即当采用等温冷却等温冷却方式进行热处理时，只要方式进行热处理时，只要温度适当，任何碳钢都可获得韧性较好的温度适当，任何碳钢都可获得韧性较好的 B；而而当采用当采用连续冷却连续冷却方式时，只有亚共析钢能获得方式时，只有亚共析钢能获得 B，且不是单一相的且不是单一相的B，而是与，而是与F、P（或（或S、T）等等许多组织混杂在一起的许多组织混杂在一起的B。TE-PWenyun Ju第第 页页24上海大学机自学院应用价值：应用价值：热处理生产中，我们根据热处理生产中，我们根据TTT曲线曲线 可准确分析出各种钢材在不同温度下的等温转可准确分析出各种钢材在不同温度下的等温转 变产物，从而变产物，从而推断出推断出材料热处理后的性能变化。材料热处理后的性能变化。同样，也可根据同样，也可根据CCT曲线曲线准确分析准确分析不同速度的不同速度的 连续冷却方式下材料的转变产物和性能。连续冷却方式下材料的转变产物和性能。反过来，也可以根据所需要的材料性能来确定反过来，也可以根据所需要的材料性能来确定 等温转变的温度或连续冷却的方式。等温转变的温度或连续冷却的方式。同时，由于同一钢种的同时，由于同一钢种的TTT曲线与曲线与CCT曲线曲线并没有本质的差别，因此，在缺少并没有本质的差别，因此，在缺少CCT曲线的情曲线的情况下，往往就况下，往往就依据依据TTT曲线粗略地估计曲线粗略地估计连续冷却连续冷却时的转变产物与性能。时的转变产物与性能。TE-PWenyun Ju第第 页页25上海大学机自学院四、常用的热处理工艺四、常用的热处理工艺1、退火退火（加热（加热保温保温随炉缓冷随炉缓冷）完全退火完全退火种类种类 适用对象适用对象 加热温度加热温度 目的目的中高碳的亚共中高碳的亚共析钢和共析钢析钢和共析钢AC3以上以上20203030软化材料软化材料有利切削有利切削消除应力消除应力球化退火球化退火过共析钢过共析钢AC1以上以上20203030去应力退火去应力退火铸、锻、焊件铸、锻、焊件500 650消除残余消除残余内应力内应力再结晶退火再结晶退火发生冷变形硬发生冷变形硬化的钢件化的钢件650 700恢复材料恢复材料塑性塑性实现平衡相变实现平衡相变等温退火等温退火获球状获球状P P有利切削有利切削淬火前准备淬火前准备奥氏体稳定的奥氏体稳定的合金钢合金钢AC1 或或AC3以上以上30305050TE-PWenyun Ju第第 页页26上海大学机自学院SHANGHAI UNIVERSITY注意注意：除等温退火外的几种退火均采用连续冷却（随炉除等温退火外的几种退火均采用连续冷却（随炉 冷却）方式，占用炉子时间长；而等温退火是冷却）方式，占用炉子时间长；而等温退火是将将 奥氏体化后的钢快冷至珠光体形成温度区等温保奥氏体化后的钢快冷至珠光体形成温度区等温保 温，待完成珠光体转变后，即出炉空冷至室温。温，待完成珠光体转变后，即出炉空冷至室温。所以同样能达到软化材料、消除应力等目的，但所以同样能达到软化材料、消除应力等目的，但 时间可缩短一半，经济性好，且组织也较均匀。时间可缩短一半，经济性好，且组织也较均匀。等温退火等温退火完全退火完全退火TE-PWenyun Ju第第 页页27上海大学机自学院共析钢转变示意图TE-PWenyun Ju第第 页页28上海大学机自学院2、正火正火（加热（加热保温保温空气中冷却空气中冷却）加热温度加热温度亚共析钢：亚共析钢：Ac3 以上以上 30305050共析、过共析钢：共析、过共析钢：Accm 以上以上 30305050组织转变：加热时完全组织转变：加热时完全A化，冷却时化，冷却时S或或T转变转变目的：目的：改善切削加工性能（低碳钢增硬度、防粘刀，改善切削加工性能（低碳钢增硬度、防粘刀，中高碳钢降硬度，使切削省力，刀具磨损小）中高碳钢降硬度，使切削省力，刀具磨损小）细化铸、锻、焊件的粗晶组织，改善性能细化铸、锻、焊件的粗晶组织，改善性能消除网状的二次渗碳体消除网状的二次渗碳体 退火和正火退火和正火通常作为零件加工前的通常作为零件加工前的预备热处理预备热处理，对，对一些不太重要的零件可用正火作为一些不太重要的零件可用正火作为最终热处理最终热处理TE-PWenyun Ju第第 页页29上海大学机自学院 各种退火和正火的加热温度见下图：各种退火和正火的加热温度见下图：AccmAc3Ac1球化退火球化退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火650500700正火正火完全退火完全退火TE-PWenyun Ju第第 页页30上海大学机自学院 各种退火和正火的工艺曲线见下图：各种退火和正火的工艺曲线见下图：正火正火Ac3Ac1完全退火完全退火球化退火球化退火去应力退火去应力退火再结晶退火再结晶退火时间温度等温退火等温退火珠光体转变区TE-PWenyun Ju第第 页页31上海大学机自学院3、淬火淬火（加热（加热保温保温急冷急冷）加热温度加热温度亚共析钢：亚共析钢：Ac3 以上以上 30305050共析、过共析钢：共析、过共析钢：Ac1 以上以上 30305050目的：提高材料硬度和耐磨性（获得目的：提高材料硬度和耐磨性（获得M）淬火介质：淬火介质：最常用的淬火介质是最常用的淬火介质是水水和和油油。B 或或 M 转变转变*水水或或盐水溶液盐水溶液是经济且冷却能力较强的淬火介质。是经济且冷却能力较强的淬火介质。*淬火用油主要是机油、变压器油、柴油等淬火用油主要是机油、变压器油、柴油等矿物油矿物油。*熔融状态的盐也常用作淬火介质，称作熔融状态的盐也常用作淬火介质，称作盐浴盐浴。*近年来出现聚乙烯醇水溶液、三乙醇铵水溶液、近年来出现聚乙烯醇水溶液、三乙醇铵水溶液、高浓度硝盐水溶液等淬火介质。高浓度硝盐水溶液等淬火介质。TE-PWenyun Ju第第 页页32上海大学机自学院淬火方式：淬火方式：单液淬火单液淬火加热加热A化后的钢件放入化后的钢件放入水水或或油油中连续冷却中连续冷却 至室温的方法。至室温的方法。（水淬应力大，工件易变形、开裂；油淬冷却速度慢，碳钢（水淬应力大，工件易变形、开裂；油淬冷却速度慢，碳钢油淬无法全部获得油淬无法全部获得M）双液淬火双液淬火加热加热A化后的钢件先放入水中冷却至接近化后的钢件先放入水中冷却至接近 Ms后后再放入油中冷却至室温。再放入油中冷却至室温。（在（在油中缓慢实现油中缓慢实现M转变，淬火应力小，可防止工件变形和开转变，淬火应力小，可防止工件变形和开 裂。但水中停留的时间较难把握。用于形状复杂件防开裂）裂。但水中停留的时间较难把握。用于形状复杂件防开裂）分级淬火分级淬火加热加热A化后的钢件先放在略高于化后的钢件先放在略高于Ms点的点的 恒温盐浴或碱浴中保温一段时间（使内恒温盐浴或碱浴中保温一段时间（使内 外均温），取出后在空气中冷至室温。外均温），取出后在空气中冷至室温。碳钢碳钢合金钢合金钢TE-PWenyun Ju第第 页页33上海大学机自学院 （分级淬火可有效减少热应力和组织应力，减低工件变形和开裂（分级淬火可有效减少热应力和组织应力，减低工件变形和开裂 倾向。但盐浴或碱浴的冷却能力较小，故此方法只适用于截面倾向。但盐浴或碱浴的冷却能力较小，故此方法只适用于截面 尺寸小的工件，如薄壁零件的淬火）尺寸小的工件，如薄壁零件的淬火）等温淬火等温淬火加热加热A化后的钢件先放在略高于化后的钢件先放在略高于Ms点的点的 恒温盐浴或碱浴中保温较长时间（实现恒温盐浴或碱浴中保温较长时间（实现 下下B转变），取出后在空气中冷至室温。转变），取出后在空气中冷至室温。（大大降低淬火应力，防止工件变形和开裂。通常用于形状复（大大降低淬火应力，防止工件变形和开裂。通常用于形状复 杂、精度要求较高，且需有较高强韧性的弹簧、螺栓、工具杂、精度要求较高，且需有较高强韧性的弹簧、螺栓、工具 和模具等的淬火）和模具等的淬火）冷处理冷处理将淬火钢继续冷却到将淬火钢继续冷却到 -70 -80，使残余，使残余A 全部全部转变为转变为M，再经低温回火，可提高硬度、再经低温回火，可提高硬度、耐磨性、稳定尺寸，适用于一些高精度的工耐磨性、稳定尺寸，适用于一些高精度的工 件，如精密量具、精密丝杠、精密轴承等。件，如精密量具、精密丝杠、精密轴承等。TE-PWenyun Ju第第 页页34上海大学机自学院等温淬火等温淬火分级淬火分级淬火双液淬火双液淬火单液淬火单液淬火TE-PWenyun Ju第第 页页35上海大学机自学院淬硬性和淬透性：淬硬性和淬透性：淬硬性淬硬性淬火后淬火后M所能达到的硬度。所能达到的硬度。与与M的含碳量有关，碳量越高淬硬性越大的含碳量有关，碳量越高淬硬性越大淬透性淬透性淬火后工件表层所获得淬火后工件表层所获得M的厚度（深度）。的厚度（深度）。淬淬透透层层的的深深度度一一般般规规定定为为由由表表面面至至半半马马氏氏体体区区（50%马马氏氏体体和和50%分分解解产产物物）的的深深度度。如如果果工工件件的的中中心心在在淬淬火火后后获获得得了了50%以以上上的的马马氏氏体体，则则可可被被认认为为已淬透。已淬透。淬淬透透性性取取决决于于过过冷冷A的的稳稳定定性性，即即C曲曲线线的的鼻鼻尖尖位位置置和和淬淬火火临临界界冷冷却却速速度度V临临，V临临越越小小，过过冷冷A越越稳稳定定，钢的淬透性越好钢的淬透性越好TE-PWenyun Ju第第 页页36上海大学机自学院 淬透性的测定与表示淬透性的测定与表示 a.末端淬火法末端淬火法（端淬法）：（端淬法）：将将2525100mm100mm的标准试样加的标准试样加 热至奥氏体化后对末端喷水冷却（如图所示）。沿试样热至奥氏体化后对末端喷水冷却（如图所示）。沿试样 长度方向上按规定间隔取点，测出各点硬度，绘出硬度长度方向上按规定间隔取点，测出各点硬度，绘出硬度 分布曲线（淬透性曲线）。分布曲线（淬透性曲线）。钢钢的淬透性用的淬透性用J J（HRC/dHRC/d）表示。表示。J J 表示末端淬透性，表示末端淬透性，d d 表示至末端的距离，表示至末端的距离，HRCHRC 为该处测为该处测得的硬度得的硬度值值。例如例如 J J 35/(1035/(1015)15)表示距末端表示距末端101015mm15mm处处的的 硬度硬度值值HRCHRC为为3535。TE-PWenyun Ju第第 页页37上海大学机自学院b.临界淬透直径临界淬透直径：钢的淬透性还可用钢在某种冷却介质钢的淬透性还可用钢在某种冷却介质 中中冷却后，心部能冷却后，心部能完全完全淬透淬透的最大直径，即临界直径的最大直径，即临界直径 D D0 0表示。表示。显然，冷却介质的冷却能力越大，钢的临界淬透显然，冷却介质的冷却能力越大，钢的临界淬透 直径就越大。但在同一冷却介质中钢的临界淬透直径直径就越大。但在同一冷却介质中钢的临界淬透直径 越大，则表示其淬透性越好。越大，则表示其淬透性越好。淬透性的应用淬透性的应用 淬火时，工件表面和心部的冷却速度是不同的，表淬火时，工件表面和心部的冷却速度是不同的，表面的冷却速度最大，愈到中心冷却速度愈小。淬透性低面的冷却速度最大，愈到中心冷却速度愈小。淬透性低的钢，当其截面尺寸较大时心部就淬不透，因此表层与的钢，当其截面尺寸较大时心部就淬不透，因此表层与心部组织不同，性能也差异较大。因此心部组织不同，性能也差异较大。因此设计和制造零件设计和制造零件时时，在选材和制定热处理工艺时必须充分考虑淬透性的在选材和制定热处理工艺时必须充分考虑淬透性的作用。作用。TE-PWenyun Ju第第 页页38上海大学机自学院TE-PWenyun Ju第第 页页39上海大学机自学院 a.a.对于截面尺寸较大、形状较复杂的重要零件以对于截面尺寸较大、形状较复杂的重要零件以 及要求力学性能均匀的零件，应选用高淬透性及要求力学性能均匀的零件，应选用高淬透性 的钢制造。的钢制造。b.b.对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件，可对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件，可 选用低淬透性的钢制造选用低淬透性的钢制造。c.受交变应力和振动的弹簧，应选用淬透性高的受交变应力和振动的弹簧，应选用淬透性高的 钢材，以免工作时产生塑性变形而失效。钢材，以免工作时产生塑性变形而失效。d.焊接件不宜选用淬透性高的钢材，否则容易在焊接件不宜选用淬透性高的钢材，否则容易在 焊缝热影响区内出现淬火组织，造成焊件变形焊缝热影响区内出现淬火组织，造成焊件变形 和裂纹和裂纹。TE-PWenyun Ju第第 页页40上海大学机自学院4、回火回火（淬火件重新加热（淬火件重新加热保温保温空冷空冷）目的目的：消除淬火应力，减小材料脆性，稳定组织和：消除淬火应力，减小材料脆性，稳定组织和 工件尺寸。工件尺寸。回火后的性能变化回火后的性能变化：随回火温度升高，强度、硬随回火温度升高，强度、硬度下降，塑性、韧性上升。如图度下降，塑性、韧性上升。如图为硬度与回火温度的关系。为硬度与回火温度的关系。*200200以下回火以下回火,钢的硬度基本不降低钢的硬度基本不降低,高碳钢的硬度甚至略有升高高碳钢的硬度甚至略有升高*200200300300回火回火,高碳钢的硬度再次升高碳钢的硬度再次升 高高,中、低碳钢硬度缓慢降低中、低碳钢硬度缓慢降低*300300以上回火，钢的硬度呈直线下降以上回火，钢的硬度呈直线下降TE-PWenyun Ju第第 页页41上海大学机自学院回火的种类回火的种类：低温低温回火回火种类种类 加热温度加热温度 组织组织 性能及用途性能及用途 较高硬度较高硬度和和耐磨性耐磨性，用于，用于刀具、工具、量具、模具等刀具、工具、量具、模具等150 250回火回火M中温中温回火回火350 500回火回火T较高弹性较高弹性、适中的硬度和、适中的硬度和一定的韧性。用于弹簧等一定的韧性。用于弹簧等各种弹性元件及扳手、手各种弹性元件及扳手、手锤等工具。锤等工具。高温高温回火回火500 700回火回火S强、硬、塑、韧等强、硬、塑、韧等综合力学综合力学性能优良性能优良。用于轴、齿轮等用于轴、齿轮等重要的受力和传动零件。重要的受力和传动零件。TE-PWenyun Ju第第 页页42上海大学机自学院5、表面热处理表面热处理和和化学热处理化学热处理表面热处理表面热处理（表面淬火表面淬火、表面非晶化或重熔微冷表面非晶化或重熔微冷）火焰加热火焰加热表面淬火表面淬火（单件小批或大件）（单件小批或大件）感应加热感应加热表面淬火表面淬火激光加热激光加热表面淬火表面淬火（大批量生产）（大批量生产）（复杂形状工件）（复杂形状工件）*表面淬火适用于中、高碳量的钢，低碳淬不硬；表面淬火适用于中、高碳量的钢，低碳淬不硬；*感应加热时，电流频率越高，淬硬层深度越小；感应加热时，电流频率越高，淬硬层深度越小；*表面淬火后需进行低温回火，以减少淬火应力，表面淬火后需进行低温回火，以减少淬火应力，降低材料脆性。降低材料脆性。TE-PWenyun Ju第第 页页43上海大学机自学院TE-PWenyun Ju第第 页页44上海大学机自学院化学热处理化学热处理（表面渗碳、氮、硼、铝、铬等）（表面渗碳、氮、硼、铝、铬等）渗碳渗碳（+淬火淬火+低温回火）低温回火）在在富碳富碳介质中将低碳介质中将低碳 的工件加热至的工件加热至900 950的奥氏体状态下，获得高碳的奥氏体状态下，获得高碳 的表层，并经淬火和低温回火后，形成具有高硬度、的表层，并经淬火和低温回火后，形成具有高硬度、高耐磨性及高疲劳强度的碳化物表层，而心部仍保持高耐磨性及高疲劳强度的碳化物表层，而心部仍保持 足够的塑性和韧性。足够的塑性和韧性。（主要用于低碳钢、低碳合金钢耐磨件的热处理）（主要用于低碳钢、低碳合金钢耐磨件的热处理）渗氮渗氮在在富氮富氮介质中，将含有介质中，将含有Cr、Mo、Al等元素的等元素的 合金钢工件加热至合金钢工件加热至550 570的铁素体状态，经适当的铁素体状态，经适当 保温后获得高硬度、高耐磨性及抗疲劳、抗蚀性好的保温后获得高硬度、高耐磨性及抗疲劳、抗蚀性好的 合金氮化物表层。合金氮化物表层。（与渗碳比：不需淬火和回火，变形小，但需专用钢）（与渗碳比：不需淬火和回火，变形小，但需专用钢）气体渗氮 一般以提高金属的耐磨性为主要目的，因此需要获得高的表面硬度。它适用于38CrMoAl等渗氮钢。渗氮后工件表面硬度可达HV8501200。渗氮温度低，工件畸变小，可用于精度要求高、又有耐磨要求的零件，如镗床镗杆和主轴、磨床主轴、气缸套筒等。但由于渗氮层较薄，不适于承受重载的耐磨零件。离子渗氮 又称辉光渗氮，是利用辉光放电原理进行的。离子渗氮的特点是：可适当缩短渗氮周期；渗氮层脆性小；可节约能源和氨的消耗量；对不需要渗氮的部分可屏蔽起来，实现局部渗氮；离子轰击有净化表面作用，能去除工件表面钝化膜，可使不锈钢、耐热钢工件直接渗氮。渗层厚度和组织可以控制。离子渗氮发展迅速，已用于机床丝杆、齿轮、模具等工件。TE-PWenyun Ju第第 页页45上海大学机自学院碳氮共渗碳氮共渗（+淬火淬火+低温回火）低温回火）在在820 880 温度下，同时向工件表层渗入碳、氮并以渗碳为主温度下，同时向工件表层渗入碳、氮并以渗碳为主 的化学热处理方法。（的化学热处理方法。（中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗）（与渗碳比：效率高、表面硬度高，变形小，但渗层薄。（与渗碳比：效率高、表面硬度高，变形小，但渗层薄。主要用于形状复杂、精度要求高且表面耐磨层不需太厚主要用于形状复杂、精度要求高且表面耐磨层不需太厚 的低、中碳钢和低、中碳合金钢工件）的低、中碳钢和低、中碳合金钢工件）氮碳共渗氮碳共渗（又称软氮化）（又称软氮化）在在500 570的温的温度度 下，同时向工件表层渗入碳、氮并以渗氮为主的化下，同时向工件表层渗入碳、氮并以渗氮为主的化学学 热处理方法。（热处理方法。（低温气体碳氮共渗低温气体碳氮共渗）（软氮化后的渗层硬度不很高，但脆性小、变形小，（软氮化后的渗层硬度不很高，但脆性小、变形小，且且 不受钢种限制。如高速钢刀具、模具经软氮化后不受钢种限制。如高速钢刀具、模具经软氮化后寿命寿命 大大提高）大大提高）高钢的耐磨性和抗咬合性 提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度 TE-PWenyun Ju第第 页页46上海大学机自学院 此外，向工件表面此外，向工件表面渗铬渗铬、渗硼渗硼等不但能获得等不但能获得高硬度，还能提高抗氧化性和耐腐蚀性。高硬度，还能提高抗氧化性和耐腐蚀性。渗硫渗硫能能减低表面摩擦系数，提高抗咬合性能。减低表面摩擦系数，提高抗咬合性能。总之，化学热处理的应用越来越广泛。但随总之，化学热处理的应用越来越广泛。但随之而来的环境保护问题也越来越引起人们的关注。之而来的环境保护问题也越来越引起人们的关注。6、形变热处理形变热处理 将形变强化与淬火相结合将形变强化与淬火相结合7、其他热处理其他热处理 磨削淬火（曲轴）磨削淬火（曲轴）