钢的热处理ppt课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的频率，与材料的淬透性无关。
其它表面淬火方法
1.火焰加热表面淬火
淬硬深度：2～6mm。 特点：方便，成本低，但效果
差
2.激光加热表面淬火
特点： 淬硬深度：0.3～0.5mm。 特点：不需要冷却液，可对深
孔，盲空，沟槽进行淬火。
3.太阳能加热表面淬火
同激光，但受自然条件限制
钢的化学热处理
为什么亚共析钢要进行完全淬火
完全淬火—— 得到完全马 氏体。
不完全淬 火——马氏体 组织中有铁 素体出现。
为什么过共析钢只能进行不完全
淬火
完全淬火：马氏体 含碳量过高，易开 裂和形成大量残余 奥氏体；
不完全淬火：有细 小弥散渗碳体残余， 奥氏体含碳量低， 因而淬火时不易开 裂，且残余渗碳体 量少。
适用材料：低碳钢。 常用工艺：
气体渗碳 固体渗碳 特点：温度高，周期长， 渗碳后必须进行淬火。
渗碳件的淬火
直接淬火
优点：工艺简单， 降低成本
缺点：工件晶粒 粗大，易开裂。
一次淬火
优点：晶粒细化， 不易开裂
缺点：增加成本。
钢的气体氮化
原理：以氨气分解产生活性氮原子，渗入钢
表面后形成高硬度的弥散分布的氮化物。 优点：由于渗氮温度只有550～570℃，且渗后
目的：满足工件不 同部位的性能要求。
冷处理
目的：消除残余 奥氏体。
工艺：先进行普 通淬火，然后将 工件淬入低温溶 液中
常用冷处理液
冰水； 干冰+酒精； 液氮。
钢的淬透性
基本概念
淬透性：钢获得马 氏体的能力。
淬硬性：钢的硬化 能力
淬透层深度：从淬 火件表面至半马氏 体区的距离
时间/s 图2-68 T10钢过冷A等温转变曲线
过冷奥氏体的连续冷却转变曲线
特点：
测定困难； 使用不便。
800
C 曲线
A1
700
CCT 曲线
600
V1 V2
500
400
V3
温度/ ℃
300
200
V5 VK V4
0
Ms（230℃）
（20℃） Mf（-50℃）
-100 0 0.1 1 10 102 103 104 105 106 时间/s
图2-70 共析钢的等温转变曲线和连续冷却转变曲线的比较及转变组织
临界冷却速度
临界冷却速度的 大小也反映了钢 获得马氏体的能 力。
合金元素能使钢 的C曲线右移，
从而降低钢的Vk。
钢的热处理工艺
退火：随炉冷却，得到平衡 组织
正火：空冷，减少先析出相。 淬火：水（或油）冷，得到M 回火：淬火后再次加热，调
气体碳氮共渗：以渗碳为主的碳 氮共渗。
特点：与渗碳相比，温度降低，周 期缩短，
发动机渗碳齿轮的热处理标注
技术要求
1.齿部渗碳深度0.85mm～1.1mm 2.表面硬度HRC>60，心部硬
度HRC=31～40
图4-45 发动机渗碳齿轮的热处理标注
汽车头调整螺钉的标注
1X45°
1X45°
A
技术要求 1、调质后270HBS～300HBS 2、A表面高频淬火，回火后
件变形严重，成本极高。
钢的正火
特点：完全A化 目的：
低碳钢：提高 硬度；代替退 火
过共析钢：消 除网状二次渗 碳体
淬火加热温度
亚共析钢
加热温度：Ac3+30～ 50℃
目的：防止F残留造成 工件硬度和强度降低。
过共析钢
加热温度：Ac1+30～ 50℃
目的：防止A含碳过高 造成工件开裂和出现 大量残余奥氏体。
贝氏体组织形态：
上贝氏体； 下贝氏体。
残余奥氏体的产生
产生原因：
已转变的马氏体对尚未转变的奥氏体形成很大压应力； 其Mf温度低于室温。
危害：使钢的强度和硬度降低。 消除方法：回火和深冷处理
影响C曲线的因素
碳的影响：较弱
形状 亚共析钢的C曲线随含碳量的
增加向右移；过共析钢的C曲 线随含碳量的增加向左移。
不用淬火，故工件的变形极小。
缺点：渗氮层很薄（0.6 ～ 0.7mm)，脆 性大，且氮化周期很长。
离子氮化
原理：用电场加速氨 气的分解，和活性氮 原子的渗入。
优点：温度低，效率 高（周期只有气体氮 化的1/2～1/5）。
缺点：设备昂贵。
碳氮复合共渗
气体软氮化：以氮化为主的碳氮 共渗。
特点：与气体氮化相比，温度降低， 周期缩短，渗层脆性降低，但硬度 也降低。
目的：通过改变工件表层的成分来改善其表面 性能
基本过程
分解：渗剂的分解释放出活性原子； 吸收：活性原子被工件表面吸收 扩散：活性原子向工件内部扩散
常见化学热处理工艺：
渗碳 氮化 碳氮共渗 渗金属：
渗碳
目的：提高工件表面的含 碳量，从而提高其淬硬性。
用途：心部需要高韧性， 而表层需要高硬度的工件。
珠光体：扩散转变 贝氏体：半扩散性转变 马氏体：非扩散性转变
珠光体转变
珠光体转变的特点：
高温转变 扩散性转变：
孕育期 转变量与时间有关。
马氏体转变
马氏体转变的特点：
低温转变； 非扩散性转变
固定的转变温度（Ms、 Mf）
转变量只决定于过冷度， 与时间无关
转变不完全，出现残余 奥氏体。
中温回火(350～500℃)：
适用：弹簧钢 组织：回火屈氏体
高温回火(500～650℃)：
适用：中碳钢。 组织：回火索氏体
钢的表面淬火
用途：表面需要高硬度，而心部需要足 够的塑韧性的零件。如轴、齿轮、凸轮 等。
工艺：用快速加热使工件表层迅速奥氏 体化，在热量尚未传至心部时即淬火冷 却，从而使工件表层得到马氏体，但不 改变心部组织。
淬透性的表示：用 规定条件下的淬透 层深度的大小。
淬透性的测定
末端淬 火法：
3 淬透性曲线 硬度测试点
60
末端淬火试样 50
硬度 HRC
40
30
20
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16
0 10 20 30 40 50 60 70 mm
冷却速度及冷却介质
冷却速度：大于
Vk
淬火介质：
水（5%盐） 油（机油+柴油） 专用淬火液
理想淬火工艺
淬火方法
1.单液淬火
优点：工艺简单， 操作方便。
缺点：淬火应力大， 工件易变形。
适用：形状简单的 中、低碳钢工件。
双液淬火
优点：大大减小 工件的淬火应力 和变形开裂倾向。
缺点：操作难度 较高。
水
距水冷端距离
(a)试样尺寸及泠却方法
(b)淬透性曲线的测定
图2-84 用末端淬火法测定钢的淬透性
淬透性曲线的用途
钢的回火
概念：将淬火 钢重新加热至 A1温度以下 某一温度保温 一定时间后， 取出空冷。
淬火钢的回火 转变
常见回火工艺
低温回火(150～250℃)：
适用：高碳钢 组织：回火马氏体
47 50
100 Mf
58
0
-100 0
1
10
102
3
10
4
10
时间/s 图2-67 45钢过冷A等温转变曲线
800 Acm
A
700 A1 A Fe3c
A+Fe 3c 27
43 600
45
500
46
47
400
51
55
300
60
200 Ms
62
100
0
65
Mf
-100 0
1
10
102
3
10
4
10
5
10
HRC45～50，深度1mm～2mm
图4-46 汽车头调整螺钉的标注
热 处 理 零 件 结 构 工 艺 性
不正确 孔
不正确
>1.11d
正确
不正确
正确
正确
不正确
不正确
正确
正确
工作面
不正确
不正确
正确
不正确
正确
不正确 非工作面 正确
正确(相拼)结构
图4-5 零件结构设计改进示意图
不正确 正确(相拼)结构
适用：小批量
分级淬火
优点：操作简单。 可有效防止应力 和开裂。
缺点：需要盐浴 炉
适用：小工件大 批量。
等温淬火
目的：得到B下 优缺点：同分
级淬火，也需 要盐浴炉。 适用：需要高 强韧性的小工 件。
局部淬火
操作方法：
小工件：整体加热， 局部淬入水中
大型工件：局部加 热，并喷水冷却 （工频淬火）
特点：周期长， 成本高。
去应力退火
目的：消除应力 适用：铸、锻、焊件。 特点：温度低，既不发生组织转
变，也不能改变晶粒大小。
再结晶退火和扩散退火
再结晶退火
适用：冷加工工件 目的：消除加工硬化，降低
硬除偏析 加热温度：接近固相线 缺点：温度高，周期长，工
整性能，得到回火组织。
钢的退火与正火
1.完全退火 特点：完全A化 目的：通过重结晶细化晶粒，
消除应力 用途：亚共析钢铸件、锻件 缺点：周期很长，成本高。 2.等温退火 目的及用途：同完全退火 特点：周期短，成本低
球化退火
适用：高碳钢
目的：降低硬度， 改善切削加工性 能。
加热温度： Ac1+30～50℃
钢的热处理ppt课件
热处理的概念
将钢加热至一 定温度(T)，保 温一定时间(t)， 然后以一定的
速度(V冷)冷却，
以获得指定的 组织，从而得 到一定的性能。
奥氏体晶粒的长大
奥氏体的晶粒度：
起始晶粒度 实际晶粒度 本质晶粒度
影响奥氏体晶粒长大 的因素：
加热温度； 加热速度； 保温时间。
马氏体的形态：
低碳马氏体：板条状 高碳马氏体：针状
马氏体的晶体结构
马氏体的晶体结构：
体心正方a=b<C 正方度C/a：马氏体
的含碳量越高，则 其正方度越大，马 氏体的硬度越高。
马氏体的硬度决定 于其含碳量；
马氏体的转变量决 定于冷却速度（过 冷度）
贝氏体转变
贝氏体转变的特点：
中温转变； 半扩散性转变。
适用：中碳钢，先调质，在进行表面淬 火
感应加热表面淬火
集肤效应： 常用频率：
高频感应加热：200～300kHz； 淬硬深度0.5～2mm。适用于小、 薄零件
中频： 2.5～8kHz；淬硬深度 2 ～10mm。用于一般工件
工频：50Hz；淬硬深度10～ 20mm。用于大型零件。
适用材料：中碳钢，如45、40Cr等。 特点：淬硬层深度决定于感应电流
奥氏体的冷却方式
等温冷却：
方法：将奥氏体化后的 钢淬入高温盐浴中保温。
奥氏体在恒温下发生转 变，转变组织均匀。
连续冷却：
将工件直接淬入室温下 的淬火介质中。
奥氏体在冷却过程中发 生组织转变，转变组织 不均匀。
钢在等温冷却时的组织转变
等温冷却转变曲线
(TTT曲线或C曲线)
过冷奥氏体转变产物
合金元素：主要因素
除Co外均使C曲线右移。
加热温度和保温时间的影响
加热温度越高，保温时间越 长，奥氏体越稳定，C曲线右 移。
亚共析钢和过共析钢的C曲线
温度/℃
AP
HRC 温度/℃
AP
HRC
800 A3 A 700 A1 A F 600
500
400 Ms
300
200
A+F 20 25 28
33 37 42
其它表面淬火方法
1.火焰加热表面淬火
淬硬深度：2～6mm。 特点：方便，成本低，但效果
差
2.激光加热表面淬火
特点： 淬硬深度：0.3～0.5mm。 特点：不需要冷却液，可对深
孔，盲空，沟槽进行淬火。
3.太阳能加热表面淬火
同激光，但受自然条件限制
钢的化学热处理
为什么亚共析钢要进行完全淬火
完全淬火—— 得到完全马 氏体。
不完全淬 火——马氏体 组织中有铁 素体出现。
为什么过共析钢只能进行不完全
淬火
完全淬火：马氏体 含碳量过高，易开 裂和形成大量残余 奥氏体；
不完全淬火：有细 小弥散渗碳体残余， 奥氏体含碳量低， 因而淬火时不易开 裂，且残余渗碳体 量少。
适用材料：低碳钢。 常用工艺：
气体渗碳 固体渗碳 特点：温度高，周期长， 渗碳后必须进行淬火。
渗碳件的淬火
直接淬火
优点：工艺简单， 降低成本
缺点：工件晶粒 粗大，易开裂。
一次淬火
优点：晶粒细化， 不易开裂
缺点：增加成本。
钢的气体氮化
原理：以氨气分解产生活性氮原子，渗入钢
表面后形成高硬度的弥散分布的氮化物。 优点：由于渗氮温度只有550～570℃，且渗后
目的：满足工件不 同部位的性能要求。
冷处理
目的：消除残余 奥氏体。
工艺：先进行普 通淬火，然后将 工件淬入低温溶 液中
常用冷处理液
冰水； 干冰+酒精； 液氮。
钢的淬透性
基本概念
淬透性：钢获得马 氏体的能力。
淬硬性：钢的硬化 能力
淬透层深度：从淬 火件表面至半马氏 体区的距离
时间/s 图2-68 T10钢过冷A等温转变曲线
过冷奥氏体的连续冷却转变曲线
特点：
测定困难； 使用不便。
800
C 曲线
A1
700
CCT 曲线
600
V1 V2
500
400
V3
温度/ ℃
300
200
V5 VK V4
0
Ms（230℃）
（20℃） Mf（-50℃）
-100 0 0.1 1 10 102 103 104 105 106 时间/s
图2-70 共析钢的等温转变曲线和连续冷却转变曲线的比较及转变组织
临界冷却速度
临界冷却速度的 大小也反映了钢 获得马氏体的能 力。
合金元素能使钢 的C曲线右移，
从而降低钢的Vk。
钢的热处理工艺
退火：随炉冷却，得到平衡 组织
正火：空冷，减少先析出相。 淬火：水（或油）冷，得到M 回火：淬火后再次加热，调
气体碳氮共渗：以渗碳为主的碳 氮共渗。
特点：与渗碳相比，温度降低，周 期缩短，
发动机渗碳齿轮的热处理标注
技术要求
1.齿部渗碳深度0.85mm～1.1mm 2.表面硬度HRC>60，心部硬
度HRC=31～40
图4-45 发动机渗碳齿轮的热处理标注
汽车头调整螺钉的标注
1X45°
1X45°
A
技术要求 1、调质后270HBS～300HBS 2、A表面高频淬火，回火后
件变形严重，成本极高。
钢的正火
特点：完全A化 目的：
低碳钢：提高 硬度；代替退 火
过共析钢：消 除网状二次渗 碳体
淬火加热温度
亚共析钢
加热温度：Ac3+30～ 50℃
目的：防止F残留造成 工件硬度和强度降低。
过共析钢
加热温度：Ac1+30～ 50℃
目的：防止A含碳过高 造成工件开裂和出现 大量残余奥氏体。
贝氏体组织形态：
上贝氏体； 下贝氏体。
残余奥氏体的产生
产生原因：
已转变的马氏体对尚未转变的奥氏体形成很大压应力； 其Mf温度低于室温。
危害：使钢的强度和硬度降低。 消除方法：回火和深冷处理
影响C曲线的因素
碳的影响：较弱
形状 亚共析钢的C曲线随含碳量的
增加向右移；过共析钢的C曲 线随含碳量的增加向左移。
不用淬火，故工件的变形极小。
缺点：渗氮层很薄（0.6 ～ 0.7mm)，脆 性大，且氮化周期很长。
离子氮化
原理：用电场加速氨 气的分解，和活性氮 原子的渗入。
优点：温度低，效率 高（周期只有气体氮 化的1/2～1/5）。
缺点：设备昂贵。
碳氮复合共渗
气体软氮化：以氮化为主的碳氮 共渗。
特点：与气体氮化相比，温度降低， 周期缩短，渗层脆性降低，但硬度 也降低。
目的：通过改变工件表层的成分来改善其表面 性能
基本过程
分解：渗剂的分解释放出活性原子； 吸收：活性原子被工件表面吸收 扩散：活性原子向工件内部扩散
常见化学热处理工艺：
渗碳 氮化 碳氮共渗 渗金属：
渗碳
目的：提高工件表面的含 碳量，从而提高其淬硬性。
用途：心部需要高韧性， 而表层需要高硬度的工件。
珠光体：扩散转变 贝氏体：半扩散性转变 马氏体：非扩散性转变
珠光体转变
珠光体转变的特点：
高温转变 扩散性转变：
孕育期 转变量与时间有关。
马氏体转变
马氏体转变的特点：
低温转变； 非扩散性转变
固定的转变温度（Ms、 Mf）
转变量只决定于过冷度， 与时间无关
转变不完全，出现残余 奥氏体。
中温回火(350～500℃)：
适用：弹簧钢 组织：回火屈氏体
高温回火(500～650℃)：
适用：中碳钢。 组织：回火索氏体
钢的表面淬火
用途：表面需要高硬度，而心部需要足 够的塑韧性的零件。如轴、齿轮、凸轮 等。
工艺：用快速加热使工件表层迅速奥氏 体化，在热量尚未传至心部时即淬火冷 却，从而使工件表层得到马氏体，但不 改变心部组织。
淬透性的表示：用 规定条件下的淬透 层深度的大小。
淬透性的测定
末端淬 火法：
3 淬透性曲线 硬度测试点
60
末端淬火试样 50
硬度 HRC
40
30
20
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16
0 10 20 30 40 50 60 70 mm
冷却速度及冷却介质
冷却速度：大于
Vk
淬火介质：
水（5%盐） 油（机油+柴油） 专用淬火液
理想淬火工艺
淬火方法
1.单液淬火
优点：工艺简单， 操作方便。
缺点：淬火应力大， 工件易变形。
适用：形状简单的 中、低碳钢工件。
双液淬火
优点：大大减小 工件的淬火应力 和变形开裂倾向。
缺点：操作难度 较高。
水
距水冷端距离
(a)试样尺寸及泠却方法
(b)淬透性曲线的测定
图2-84 用末端淬火法测定钢的淬透性
淬透性曲线的用途
钢的回火
概念：将淬火 钢重新加热至 A1温度以下 某一温度保温 一定时间后， 取出空冷。
淬火钢的回火 转变
常见回火工艺
低温回火(150～250℃)：
适用：高碳钢 组织：回火马氏体
47 50
100 Mf
58
0
-100 0
1
10
102
3
10
4
10
时间/s 图2-67 45钢过冷A等温转变曲线
800 Acm
A
700 A1 A Fe3c
A+Fe 3c 27
43 600
45
500
46
47
400
51
55
300
60
200 Ms
62
100
0
65
Mf
-100 0
1
10
102
3
10
4
10
5
10
HRC45～50，深度1mm～2mm
图4-46 汽车头调整螺钉的标注
热 处 理 零 件 结 构 工 艺 性
不正确 孔
不正确
>1.11d
正确
不正确
正确
正确
不正确
不正确
正确
正确
工作面
不正确
不正确
正确
不正确
正确
不正确 非工作面 正确
正确(相拼)结构
图4-5 零件结构设计改进示意图
不正确 正确(相拼)结构
适用：小批量
分级淬火
优点：操作简单。 可有效防止应力 和开裂。
缺点：需要盐浴 炉
适用：小工件大 批量。
等温淬火
目的：得到B下 优缺点：同分
级淬火，也需 要盐浴炉。 适用：需要高 强韧性的小工 件。
局部淬火
操作方法：
小工件：整体加热， 局部淬入水中
大型工件：局部加 热，并喷水冷却 （工频淬火）
特点：周期长， 成本高。
去应力退火
目的：消除应力 适用：铸、锻、焊件。 特点：温度低，既不发生组织转
变，也不能改变晶粒大小。
再结晶退火和扩散退火
再结晶退火
适用：冷加工工件 目的：消除加工硬化，降低
硬除偏析 加热温度：接近固相线 缺点：温度高，周期长，工
整性能，得到回火组织。
钢的退火与正火
1.完全退火 特点：完全A化 目的：通过重结晶细化晶粒，
消除应力 用途：亚共析钢铸件、锻件 缺点：周期很长，成本高。 2.等温退火 目的及用途：同完全退火 特点：周期短，成本低
球化退火
适用：高碳钢
目的：降低硬度， 改善切削加工性 能。
加热温度： Ac1+30～50℃
钢的热处理ppt课件
热处理的概念
将钢加热至一 定温度(T)，保 温一定时间(t)， 然后以一定的
速度(V冷)冷却，
以获得指定的 组织，从而得 到一定的性能。
奥氏体晶粒的长大
奥氏体的晶粒度：
起始晶粒度 实际晶粒度 本质晶粒度
影响奥氏体晶粒长大 的因素：
加热温度； 加热速度； 保温时间。
马氏体的形态：
低碳马氏体：板条状 高碳马氏体：针状
马氏体的晶体结构
马氏体的晶体结构：
体心正方a=b<C 正方度C/a：马氏体
的含碳量越高，则 其正方度越大，马 氏体的硬度越高。
马氏体的硬度决定 于其含碳量；
马氏体的转变量决 定于冷却速度（过 冷度）
贝氏体转变
贝氏体转变的特点：
中温转变； 半扩散性转变。
适用：中碳钢，先调质，在进行表面淬 火
感应加热表面淬火
集肤效应： 常用频率：
高频感应加热：200～300kHz； 淬硬深度0.5～2mm。适用于小、 薄零件
中频： 2.5～8kHz；淬硬深度 2 ～10mm。用于一般工件
工频：50Hz；淬硬深度10～ 20mm。用于大型零件。
适用材料：中碳钢，如45、40Cr等。 特点：淬硬层深度决定于感应电流
奥氏体的冷却方式
等温冷却：
方法：将奥氏体化后的 钢淬入高温盐浴中保温。
奥氏体在恒温下发生转 变，转变组织均匀。
连续冷却：
将工件直接淬入室温下 的淬火介质中。
奥氏体在冷却过程中发 生组织转变，转变组织 不均匀。
钢在等温冷却时的组织转变
等温冷却转变曲线
(TTT曲线或C曲线)
过冷奥氏体转变产物
合金元素：主要因素
除Co外均使C曲线右移。
加热温度和保温时间的影响
加热温度越高，保温时间越 长，奥氏体越稳定，C曲线右 移。
亚共析钢和过共析钢的C曲线
温度/℃
AP
HRC 温度/℃
AP
HRC
800 A3 A 700 A1 A F 600
500
400 Ms
300
200
A+F 20 25 28
33 37 42