机械基础03-3.3金属材料的热处理

第三节金属材料的热处理
一、概论：
1.热处理：热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。

2.热处理的目的：①提高零件的使用性能；②充分发挥钢材的潜力；③延长零件的使用寿面；④改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的磨损。

3.钢的热处理方法：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。

4.热处理使钢性能发生变化的原因：由于铁有同素异转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织与结构变化。

二、退火：
1.概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。

2.退火的主要目的是：①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；②细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织上的准备；③消除钢中的残余内应力，以防止变形帮开裂。

3.退火的方法：①完全退火的应用：中碳钢及低、中碳合金结构钢的锻件、铸件、热轧型材等。

②球化退火的应用：适用于共析钢及过共析钢。

如碳素工具钢，合金工具钢、轴承钢等。

③去应力退火的应用：消除塑性变形、焊接、切削加工、铸造等形成的残余内应力。

三、正火
1.概念：将钢加热到一定温度，保温适当的时间，在空气中冷却的工艺方法。

2.应用：①善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；②正火可细化晶粒；③消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力学性能，并为球化退火作组织准备；④代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。

四、淬火
1.概念：将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或下马贝氏组织的热处理工艺称为淬火；
2.目的：主要获得马氏体，提高钢的强度和硬度。

3.钢的淬氏性和淬硬性
4.淬火缺陷：①氧化与脱碳②过热和过烧③变形与开裂④硬度不足
五、回火
1.概念：将钢淬火后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。

2.回火目的：①消除内应力；②获得所需要的力学性能；③稳定组织和尺寸。

3.淬火钢在回火时性能的变化趋势是：随着回火温度的升高，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。

4.回火的分类及应用：
①低温回火（T1=1500C~2500C）：性能：具有高硬度，高耐磨性和一定的韧性；应用：刀具、量具、冷冲压模具等。

②中温回火（T1=3500C~5000C）：应用：刀具、量具、冷冲压模具等；性能：具有高的弹性极限、屈服点；应用：弹性零件。

③高温回火（T1=500C~6500C）：性能：综合力学性能；应用：受力结构体。

调质：生产中常把淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质。

六、表面热处理：
1.概述：在机械设备中，有许多零件（如齿轮、活塞销、曲轴等）是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。

这类零件表面必须具有高硬度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。

这类零件要进行表面热处理
2.常用的表面热处理方法有：表面淬火及化学热处理。

3.表面淬火：对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。

①火焰加热表面淬火②感应加热表面淬火
4.化学热处理：①分解②吸收③扩散
5.钢的渗碳：渗碳件必须用低碳钢或低碳合金钢制造。

渗碳件进行热处理，常用淬火后低温回火。

例1 为改善20钢的切削加工性能，通常采用处理；
A.完全退火
B.球化退火
C.正火
D. 去应力退火
【思路分析】钢太硬和太软都不具有良好的切削加工性能。

钢太硬对刀具的要求就高，太软切削时铁屑会粘刀，不易断屑，热量不易散失且增大刀具磨损。

故一般低碳钢用正火，高碳钢用球化退火来改善切削性能。

本题答案： C
例2 用40Cr钢制造蜗杆轴最终热处理为。

A．淬火+低温回火 B．淬火+中温回火 C. 淬火+高温回火 D．再结晶退火【思路分析】中碳钢制造轴为获取良好的综合力学性能，一般采用调质（淬火+高温回火）处理；弹簧钢为获取较高的弹性极限，一般采用淬火+中温回火；对于工具钢为获得较高的硬度和耐磨性，一般采用淬火+低温回火；低碳钢或低碳合金钢为获得较高的表面硬度，一般采用渗碳+淬火+低温回火。

本题答案： C 例3 用GCr15SiMn钢做滚动轴承的最终热处理为。

A. 淬火＋中温回火
B.淬火＋低温回火
C. 淬火＋高温回火
D. 正火
【思路分析】滚动轴承的内外圈和滚动体都采用滚动轴承钢来制造，其性能要求是高硬度和高耐磨性，其热处理为淬火+低温回火。

不同钢种用途不一样，根据用途选择热处理。

本题答案： B
【能力检测】
一、填空题：
1.热处理就是对固态金属进行、和，以获得所需要的与性能的工艺。

2.常用的退火方法有、和等。

3.根据回火温度的不同，回火可分为、和三类。

4.调质处理是指加的热处理工艺。

5.在回火加热过程中，钢的性能发生变化。

变化规律是：随着加热温度的升高，钢的、硬度下降，而、韧性提高。

6.常用的表面热处理方法有和两种。

7.淬硬性是指钢在理想条件下淬火后所能达到的最高硬度。

淬硬性主要取决于。

8.表面热处理主要有和两种。

9.渗碳后的工件需经的热处理。

10为改善Ｔ12钢的切削加工性能，宜采用的热处理方法是。

11．淬硬性和淬透性是具有不同含义的两个概念。

钢的淬透性与钢的有密切的关系；钢的淬硬性主要取决于钢的。

12．表面渗碳后，工件经 + ，表面具有，而心部具有较高的。

13．化学热处理由、和三个基本过程组成。

二、判断题：
1.45钢正火的力学性能比调质要好。

（）
2.调质处理的主要目的是提高钢的综合力学性能。

（）
3．25钢用退火和正火进行热处理，退火得到的硬度比正火高。

（）
4．常规热处理与化学热处理的原理相同。

（）
5．表面淬火是一种预备热处理。

（）
6．淬火后的钢，回火温度越高，其强度和硬度也越低。

（）
7．T10不可选作渗碳零件用钢。

（）
8．零件渗氮后不需淬火，其表面就具有高的硬度和耐磨性。

（）
9．各种牌号的碳素工具钢经淬火后的硬度相差不大。

（）
10.冷却速度越快，物质所产生的内应力越大。

（）
11.合金钢淬透性比碳钢好。

（）
12.55Si2Mn为提高弹性极限需要进行渗碳处理。

（）
三、选择题：
1.钢的回火处理是在。

A .退火后进行
B .正火后进行
C .淬火后进行 D.不一定
2.钢在一定条件下淬火后，获得淬硬层深度的能力称为。

A.淬硬性
B.淬透性
C.耐磨性
D.回火稳定性
3.一般说，钢回火后的性能只与有关。

A.冷却速度
B.加热温度
C.含碳量
D.杂质含量
4.为改善T12A钢的切削加工性能，通常采用处理；
A.完全退火
B.球化退火
C.正火
D. 去应力退火
5.应用60Si2Mn制造弹簧的最终热处理为。

A．淬火+低温回火 B．淬火+中温回火 C．淬火+高温回火 D．去应力退火
6.应用20CrMnTi制造高速变速齿轮最终热处理为。

A.淬火+低温回火
B.淬火+中温回火
C.淬火+高温回火
D.渗碳+淬火+低温回火
7.用CrWMn制造长铰刀、拉刀，其最终热处理是。

A．淬火+低温回火 B．淬火+中温回火 C．淬火+高温回火 D．正火
8.用60Si2Mn制成弹簧后应进行。

A.淬火
B.淬火十中温回火
C. 淬火十高温回火
D.不需要淬火
9.20钢制成的凸轮，其热处理工艺为。

A．淬火+低温回火 B.渗碳+低温回火 C．渗碳+淬火+低温回火 D. 调质处理
10.为细化组织，提高机械性能，改善切削加工性，常对低碳钢制进行处理。

A.完全退火
B.正火
C.去应力退火
D.再结晶退火
11.下列关于去应力退火说法错误的是。

A．去应力退火过程中会发生组织上的变化；
B．去应力退火的目的是消除内应力；
C．内应力会使零件在加工及使用过程中发生变形；
D．去应力退火加热温度不能过高。

12．调质处理就是的热处理。

A.淬火+低温回火
B.淬火+中温回火
C.淬火+高温回火
D.渗碳+淬火+低温回火
13.钢回火的性能一般只与有关。

A.冷却速度
B.加热温度
C.含碳量
D.钢的淬火组织
14．用65Mn钢做弹簧，淬火后应进行。

A.高温回火
B.中温回火
C.低温回火
D.都不对
15．能够消除过共析钢中的网状渗碳体。

A.完全退火
B.球化退火
C.去应力退火
D.正火
16．淬硬性好的钢。

A .具有高的合金元素含量
B .具有高的含碳量
C .具有低的含碳量 D.具有好的淬透性
17．钢的淬透性与下列有关。

A .碳含量
B .冷却介质
C .合金元素 D.淬火方式
18．钢的热硬性是钢在高温下保持的能力。

A.高强度
B.高硬度和高耐磨性
C.高抗氧化性
D.抗变形能力。