哈工大热处理原理与工艺大作业-汽车活塞热处理
金属学与热处理(哈工大版)第三版 钢在加热和冷却时的转变
一、概述1、热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却到室温的一种热加工工艺（1）目的：细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使组织和性能更加均匀（2）预备热处理：热加工后为随后冷拔、冷冲压和切削加工或最终热处理作好组织准备的热处理（3）热处理原理：钢的加热转变、P转变、M转变、B转变和回火转变2、钢的临界温度：A1、A3、A cm（过冷度和过热度）（1）A c1：加热时P向A转变的开始温度A r1：冷却时A向P转变的开始温度（2）A c3：加热时先共析F全部融入A的终了温度A r3：冷却时A开始析出先共析F的温度（3）A ccm：加热时Fe3C II全部溶入A的终了温度A rcm：冷却时A开始析出Fe3C II温度二、珠光体转变1、P转变：过冷A在临界温度A1以下比较高的温度范围内进行转变（1）实质：单相A分解为F和Fe3C两个新相的机械混合物的相变过程（2）扩散型相变：碳的重新分布和铁的晶格改组2、组织形态和机械性能（1）片状珠光体：由片层相间的F和Fe3C片组成P的片间距（S0）：相邻两片F或Fe3C之间的距离→P形成时的过冷度（越大、越小）一般片状珠光体：在光学显微镜下能明显分辨出F和Fe3C层片状组织形态S（细片状P）：只能在高倍光学显微镜下才能分辨出F和Fe3C层片状组织形态T（极细P）：只能在电子显微镜下才能分辨出F和Fe3C层片状组织形态机械性能：片间距和P团的直径片间距和直径越小，强度和硬度越高；片间距减小能提高塑性（2）粒状珠光体：F基体上分布着粒状Fe3C的组织球化退火或淬火后经过中、高温回火得到机械性能：Fe3C颗粒的大小、形态和分布Fe3C颗粒越细（相界面越多），强度和硬度越高碳化物接近等轴状、分布越均匀，韧性越好**成分相同，粒状P比片状P硬度稍低，但塑性较好；硬度相同，粒状P比片状P具有良好的拉伸性能；粒状P具有较好的切削加工性能、冷成型性能及淬火工艺性能3、珠光体形成过程：（1）片状P：形核（A晶界或相界面），长大（受碳的扩散控制）晶格重构是由Fe原子自扩散完成（2）粒状P：淬火组织回火、过冷A直接分解；冷却速度的大小和等温温度的高低三、马氏体转变1、M转变：钢从A状态快速冷却，抑制其扩散性分解，在低于Ms点下发生的转变（1）实质：低温转变，非扩散性相变（Fe的晶格改组通过切边方式完成）（2）M：碳在α-Fe中的过饱和固溶体，具有很高的硬度和强度2、M的组织形态（1）板条M（位错M）：由许多成群、相互平行排列的板条所组成空间形态：扁条状，小角晶界相间低、中碳钢、M时效钢、不锈钢亚结构：高密度位错位错胞：位错分布不均相互缠结，形成胞状亚结构（2）片状M（针状M）：大量显微裂纹（增加高碳钢脆性）空间形态：双凸透镜状，光学显微镜下呈针状或竹叶状最大尺寸：取决于原始A晶粒大小→隐晶M（光学显微镜无法分辨）亚结构：孪晶（孪晶M）细微孪晶区（3）影响M形态的因素：M的形成温度（A的化学成分，即碳和合金元素的含量）板条M：200℃以上；片状M：200℃以下碳浓度越高，板条M越少，片状M越多：降低Ms的合金元素促进片状M形成Ms以上不太高温度进行塑性变形，增加板条M的数量3、M的晶体结构：正方度（轴比c/a，表示碳的过饱和程度，取决于M的质量分数）4、M的性能：（1）M的硬度和强度：硬度取决于M的含碳质量分数；合金元素影响强度固溶强化、相变强化、时效强化、晶界强化（原始A晶粒大小及板条M束大小）（2）M的塑性和韧性：取决于含碳质量分数、组织形态和内部的亚结构片状M 硬而脆；板条M 具有较高的强度、硬度以及相当高的塑性、韧性（3）M 的物理性质：铁磁性，高的矫顽力，高电阻率等5、M 转变的特点：（1）热力学特点：)(e S V G G G G ∆+∆+∆=∆，相变驱动力与表面能和弹性应能之和（2）晶体学特点：无扩散性，切变性，共格性，严格的位向关系和惯习面（3）动力学特点：M 的降温转变，A 的稳定化（热稳定化和机械稳定化（两种））（4）M 转变的可逆性：A 可以在冷却时转变为M ，M 重新加热又能形成A四、贝氏体转变1、B 转变（中温转变）：介于珠P 和M 转变之间的一种转变既具有P 转变又具有M 转变的某些特征2、B 的组织形态：（1）上B ：成束分布、平行排列的F 和夹于其间的断续的条状Fe 3C 的混合物羽毛状，亚结构是位错（2）下B ：由含碳过饱和的片状F 和其内部沉淀的碳化物组成的机械混合物空间形态呈双凸透镜状，光学显微镜下呈黑色针状或竹叶状，亚结构是位错（3）粒状B ：形成于上B 转变区上限温度范围内，无论如何冷却都可有粒状B 的形成 分解为F 和碳化物形成P ；发生M 转变；富碳的A 全部保留亚结构是位错（密度不大）3、B 的机械性能：取决于B 的组织形态（1）上B ：强度和硬度较低，冲击韧性较低（2）下B ：良好的综合力学性能（等温淬火工艺得到）（3）粒状B ：良好的强韧性（复相强化作用）4、B 转变的特点：（1）B 转变的热力学特点：)(e S V G G G G ∆+∆+∆=∆（2）B 转变的晶体学特点：F 通过切变结构形成；一定的位向关系和惯习面（3）B 转变的动力学特点：F 的形成和碳化物的析出5、魏氏组织：从A 晶界上生长出来的F 或Fe 3C 近乎平行，呈羽毛状或三角形，其间存在着P 的组织，这种组织称为魏氏组织（1）形成：魏氏组织中的F 按B 切变共格机理形成，相当于无碳B （易出现在过热钢中）（2）影响：常伴随A 晶粒粗大，使钢的机械性能尤其是塑性、韧性显著降低（3）消除方法：细化晶粒的正火、退火以及锻造等，严重可采用二次正火五、钢在加热中的转变1、奥氏体化过程：钢加热获得A 的转变过程（1）热力学条件：)(e S V G G G G ∆+∆+∆=∆→A 的自由能低于P 的自由能（2）A 形成过程：形核、长大、剩余Fe 3C 溶解和A 均匀化形核：优先在F 和Fe 3C 的相界面上形成（浓度起伏、结构起伏、能量起伏） 长大：形核后便开始长大，F 向A 转变速度远大于Fe 3C 溶解速度剩余Fe 3C 溶解：趋于共析成分A 均匀化：均匀的单相A（3）A 形成速度：P 向A 转变开始、结束，剩余Fe 3C 溶解完毕，A 均匀化完成 孕育期：共析钢加热到A c1以上某一温度等温，A 并不是立即出现，而是需要保温一段时间才开始形成A 形核、长大阶段所需时间较短，剩余Fe 3C 溶解所需时间较长，A 均匀化更长（4）影响A 形成速度的因素：加热温度，原始组织，化学成分加热温度：加快扩散；增加自由能差原始组织：原始组织越细小，相界面积越大，A 形成越快化学成分影响：碳的质量分数，合金元素（扩散速度、临界温度、不均匀分布）2、A 的晶粒大小及其影响因素（1）A 的晶粒度：起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度起始晶粒度：A 转变刚刚完成，其晶粒边界刚刚相互接触时的A 晶粒大小（N/G ） 实际晶粒度：钢在某一具体的热处理或热加工条件下获得的A 的实际晶粒大小 本质晶粒度：根据标准试验方法，在（930±10）℃保温3~8 h 后测得的A 晶粒大小 本质晶粒度表示钢在一定条件下A 晶粒长大的倾向性（本质粗晶粒钢、本质细晶粒钢），与炼钢的脱氧方法和钢的化学成分有关（2）影响A 晶粒长大的因素：升温或保温过程中A 晶粒长大的倾向加热温度和保温时间，加热速度，质量分数，合金元素影响3、过冷A（临界温度A1以下处于不稳定状态的A称为过冷A）等温转变：C曲线（1）过冷A等温转变曲线建立：膨胀法，磁性法，金相硬度法（2）过冷A等温转变曲线分析：A1以上是A稳定区；Ms至M f为M转变区（3）影响A等温转变曲线因素：含碳质量分数，合金元素，A状态，4、过冷A连续冷却转变：CCT图（1）过冷A连续冷却转变曲线建立：膨胀法，金相法，热分析法（2）过冷A连续冷却转变曲线分析：只有P和M转变区，没有B转变区共析钢和过共析钢没有B转变区（A的碳浓度高使B的孕育期长，连续冷却时来不及进行B转变便冷却至低温），亚共析钢由B转变区上临界冷却速度（临界淬火速度）：过冷A连续冷却过程中不发生分解，全部冷至Ms点以下发生M转变的最小冷却速度，v c，P+残余A下临界冷却速度：过冷A全部得到P的最大冷却速度，P+M**过冷A等温转变曲线和连续冷却转变曲线比较：①连续冷却转变过程中过冷A的转变温度低于相应的等温转变时的温度，且孕育期长②等温转变产物为单一的组织；连续冷却转变是在一定的温度范围内进行。
哈工大金属学与热处理复习资料
★课程考试大纲要求考试内容1）金属学理论a:金属与合金的晶体结构及晶体缺陷b:纯金属的结晶理论c:二元合金相图及二元合金的结晶d:铁碳合金及Fe-Fe 3C 相图e:三元合金相图f:金属的塑性变形理论及冷变形金属加热时的组织性能变化（前六章，去掉6.7节 超塑性）2）热处理原理及工艺a:钢的加热相变理论b:钢的冷却相变理论c:回火转变理论d:合金的时效及调幅分解e:钢的普通热处理工艺及钢的淬透性（后三章）题型结构a:基本知识与基本概念题 （约30分）b:理论分析论述题（约60分）c:实际应用题（约30分）d:计算与作图题（约30分）试题形式a:选择题b:判断题c:简答与计算d: 综合题等★样题一、 选择题（在每小题的五个备选答案中，选出一个或一个以上正确的答案，将其标号填入括号内。
正确的答案没有选全或选错的，该题无分。
）1. 与固溶体相比，金属化合物的性能特点是( )。
①熔点高、硬度低； ② 硬度高、塑性高；③ 熔点高、硬度高；④熔点高、塑性低； ⑤ 硬度低、塑性高2．若体心立方晶胞的晶格常数为a, 则其八面体间隙 ( )。
① 是不对称的； ② 是对称的； ③ 位于面心和棱边中点；④ 位于体心和棱边中点； ⑤ 半径为a 432－ 3．奥氏体是( )。
① 碳在γ- Fe 中的间隙固溶体; ② 碳在α- Fe 中的间隙固溶体;③ 碳在α- Fe 中的有限固溶体; ④ 碳在γ- Fe 中的置换固溶体；⑤碳在α- Fe 中的有序固溶体4．渗碳体是一种 ( )。
① 间隙相；② 金属化合物； ③正常价化合物； ④电子化合物；⑤ 间隙化合物5．六方晶系的[100]晶向指数，若改用四坐标轴的密勒指数标定，可表示为 ( )。
① []0112；② []0211； ③ []0121；④ []1102；⑤ []01106．晶面(110)和(111)所在的晶带，其晶带轴的指数为( )。
① []101；② []011；③ []101；④ []110；⑤ []0117．在室温平衡状态下，碳钢的含碳量超过0.9%后，随着含碳量增加，其 ( )。
哈工大热处理原理与工艺大作业-汽车连杆热处理
3.机械加工及热处理工艺
下料→锻造（模锻） →预备热处理 （完全退火）→粗加工→最终热处理 （淬火+高温回火）→喷丸+精加工
3.1 机械加工
1）两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨； 2）小头孔：钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗； 3）大头孔：扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨。
3.1 热处理工艺-完全退火
• •
高强度和抗疲劳性能 足够的刚度与韧性
2.1 常用材料分类
1. 碳素调质钢和合金调质钢是连杆用钢的传统钢种。 由于最终的力学性能是通过调质处理控制的，因 此调质钢连杆的性能稳定，综合力学性能好。 2. 非调质钢是在中碳钢的基础上添加钒、钛、铌等 微合金元素，通过控制轧制或控制锻造过程的冷 却速度，使其在基体组织中弥散析出碳、氮的化 合物使其得到强化。 3. 粉末烧结锻造工艺通过锻造提高粉坯的强度，二 是通过添加合金元素，使粉末锻造连杆具有足够 的淬透性，保证热处理后零件的质量。 4. 钛合金制造发动机连杆主要考虑的是轻量化，金 属钛的密度仅为钢铁材料的58％，因此用钛合金 制造汽车发动机连杆，可大幅度地降低连杆的质 量。
40-90min
油淬
3.2 热处理工艺-淬火+高温回火
加热方式
保温温度
保温时间
冷却方式
高温回火
100℃/h200℃/h
500-550℃
1-1.5h
油冷
3.2 热处理工艺-淬火+高温回火
淬火组织
残余奥氏体+隐晶马氏体+ 碳化物 HRC=52
回火组织
粒状回火索氏体 HRC=37-45
4 质量检查
1.外部形貌检查 检查工件表面有无腐蚀或氧化皮。不得有裂纹及碰伤，表 面不得有锈蚀。 2. 工件变形检查 根据图样技术要求检查工件的挠曲变形，尺寸及几何形状 的变化。 3. 显微组织检查 按技术要求及标准进行检查淬硬层的显微组织：残留奥氏 体数目，有无反常组织，心部组织是否粗大及铁素体是否 超出技术要求等。 4. 硬度检查 在退火后，淬火后，回火后都进行相应硬度的测定，以保 证工件最终热处理后硬度达到要求。 5. 力学性能指标测定 在最终精加工完成后，对连杆的各个力学性能指标进行测 定。
汽车发动机活塞销的选材与热处理工艺课程设计
1汽车发动机活塞销的零件图如下连杆图1汽车发动机活塞销零件尺寸图2服役条件与性能分析活塞销（英文名称：Piston Pin）,是装在活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，把活塞承受的气体作用力传给连杆。
为了减轻重量，活塞销一般用优质合金钢制造，并作成空心。
塞销的结构形状很简单，基本上是一个厚壁空心圆柱。
其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。
圆柱形孔加工容易，但活塞销的质量较大；两段截锥形孔的活塞销质量较小，且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大，所以接近于等强度梁，但锥孔加工较难。
本次设计选用内孔为原形的活塞销。
服役条件：（1）高温条件下承受周期性强烈冲击和弯曲、剪切作用（2）销表面承受较大的摩擦磨损。
失效形式：由于承受周期性的应力，使其发生疲劳断裂和表面严重磨损。
性能要求：（1）活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，且由于活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差。
为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量。
在一般情况下，活塞销的刚度尤为重要，如果活塞销发生弯曲变形，可能使活塞销座损坏；（2）具有足够的冲击韧性；（3）具有较高的疲劳强度。
3技术要求活塞销技术要求：①活塞销全部表面渗碳，渗碳层深度为0.8〜1 . 2mm渗碳层至心部组织应均匀过渡，不得有骤然转变。
②表面硬度58〜64 HRC,同一个活塞销上的硬度差应V 3 HRG③活塞销心部硬度为24〜40 HRC。
④活塞销渗碳层的显微组织应为细针马氏体，允许有少量均匀分布的细小粒状碳化物，不得有针状和连续网状分布的游离碳化物存在。
心部的针状应是低碳马氏体及铁素体。
表活塞销内、外圆渗碳技术要求活塞销的材料一般为低碳钢或低碳合金钢，如20、15Cr、20Cr或2OCrMnTi等。
外表面渗碳淬硬，再经精磨和抛光等精加工。
这样既提高了表面硬度和耐磨性，乂保证有较高的强度和冲击韧性。
哈工大热处理原理与工艺大作业.
木工圆锯片的热处理工艺摘要：本文从木工圆锯片的服役条件、失效形式、性能要求、材料选择、整体加工工序、质量检测、缺陷分析与对策几个方面进行了详细的介绍与分析。
设计出了等温淬火的热处理工艺，与传统淬火获得马氏体和残余奥氏体相比，它获得的下贝氏体组织具有较高的硬度和韧性、良好的弹性与塑形的配合及抗回火稳定性，从而提高了圆锯片的使用性能和使用寿命。
关键性：圆锯片；热处理工艺；等温淬火；下贝氏体Abstract: The service conditions, patterns of losing effect, performance requirement, materials-choosing, whole processing craft, possible defect and remedies and quality inspection of circular saw web has been introduced and analyzed. The heat treatment has been designed to not only make the work piece have more toughness, but also improve the performance and operation life.Key words: circular saw web; heat treatment; isothermal quenching; low bainite1.概述1.1圆锯片的定义圆锯片是用于切割固体材料的薄片圆形刀具的统称，由基体和刀头两部分组成，被广泛应用于石材，木材，金属材料及其合金的切割。
圆锯片的实物图和零件图如图1和图2所示。
图1 圆锯片实物图图2 圆锯片零件图1.2圆锯片的分类①按材质不同可以分为：用于石材切割的金刚石锯片；用于金属材料切割的高速钢锯片（即HSS锯片，不镶嵌硬质合金刀头）；用于实木、家具、人造板、铝合金、铝型材、散热器、塑料、塑钢等切割的硬质合金锯片；钨钢锯片；镶齿合金锯片等。
哈工大 热处理 内部资料
覆盖率：覆盖教材的90%，样题非常有参考价值看学校网页招生大纲6.7节不考，大纲没有要求题型结构：基础知识与概念、理论分析论述、实际应用、计算与作图考题形式：选择（多选，选错或不全都不得分）、判断、简答与计算、综合重要知识点：两个方面第一，金属学与热处理讲的就是金属材料成型的工艺原理，第一问题就是工艺原理、工艺过程。
1铸造成型（典型件发动机缸体），冶炼—浇铸得到铸件—热处理（均匀化退火—成分均匀化，去应力退火—消除应力），后续机械加工不改变组织结构2.锻造成型（锻造承载力比较复杂的件），铸造得到铸锭—锻造成型（冷变形、热变形），冷变形，典型拉拔，冲压，冷轧制，再结晶温度一下进行，形变强化，中间退火（再结晶退火），钢丝绳，冶炼铸造，反复拉拔加中间退火，最后拉拔再去应力退火；热变形，再结晶温度以上，热加工，典型，火车的车轮，冶炼—铸造—锻造—预备热处理（正火或退火，目的为后续的机械加工调整硬度，软了就正火提高，硬了就退火降低，过共析钢二次网状碳化物，先正火在球化退火，得到粒状珠光体组织）—机械加工—最终热处理（淬火回火（钢铁材料）或固溶时效（有色金属），奥氏体化温度，加热到两相区不能超过奥氏体单相区，两相区加热得到位错马氏体）—精加工装配细晶强化的工艺方法：1铸造工艺，控制过冷度、变质处理、机械振动搅拌超声波（外部能量），2锻造工艺，3热处理工艺强化理论：概念、强化机理、强化规律、工艺方法、生产实践的意义1固溶强化：概念：通过形成固溶体来产生晶格畸变（点缺陷），使金属的强度硬度提高的现象。
机理：形成的间隙式的或置换式的固溶体均使得晶体结构产生畸变（点缺陷），点缺陷和位错产生交互作用阻碍位错运动引起变形抗力增加。
强化规律：随着固溶度的增大而增大。
工艺方法：熔炼时加入合金元素—合金化。
意义：固溶强化是金属强化的最基本方式，常作为合金的基体相2第二相质点强化（第一相为上述固溶体），基体相中引入金属化合物（正常价化合物、电子化合物、间隙相与间隙化合物），强度进一步升高。
哈工大热处理原理与工艺大作业螺旋弹簧热处理.
4.加工工序和热处理工艺
热成型典型实例—60Si2MnA
1）成形弹簧钢材 钢材检查--切削料--加热钢棒，热卷弹簧--整形--淬火--热整形--回火 --断面磨削--喷丸处理--探伤--喷漆--检验--包装
4.加工工序和热处理工艺
2）化学成分 元素 含量 C 0.58 Si 1.77 Mn 0.79 Cr 0.15 P 0.015 S 0.005
4.加工工序和热处理工艺
2）化学成分
3）热处理工艺
4.加工工序和热处理工艺
a.完全退火
T：830~840℃（Ac3+20~30） 升温速度：100~200℃/h 保温时间：τ=8.5+Q/4(Q为装炉量) 冷却速度：100℃/h，随炉缓冷至 600℃，后空冷 组织：先共析F+P
4.加工工序和热处理工艺
3）加热和冷却时的临界点和热加工温度 材料 60Si2M n Ac1 755 Ac3 810 Ar 1 70 0 Ar3 Ms 卷簧加热温度 淬火温度 900-950 880 回火温度 370-430
770 260
4.加工工序和热处理工艺
4）两种弹簧热卷成形和淬火工艺 分开进行，即二次加热淬 火法。 优点：弹簧淬火质量稳定 缺点：操作繁杂，能耗多，生产 周期长等。且无保护气体 加热时钢材表面脱碳严 重，显著降低弹簧的疲劳 寿命。
4.加工工序和热处理工艺
热卷温度的确定
晶粒尺寸与温度的关系
4.加工工序和热处理工艺
3）两种热处理（淬火+回火）工艺
a.常规热处理
定义：弹簧热卷成形和淬火工艺 分开进行，即二次加热淬 火法。 优点：弹簧淬火质量稳定 缺点：操作繁杂，能耗多，生产 周期长等。且无保护气体 加热时钢材表面脱碳严 重，显著降低弹簧的疲劳 寿命。
哈工大热处理原理与工艺大作业-千分尺热处理
1.测微螺杆
热处理工艺（热处理时工件采用吊装或插盆加热）： 在盐浴炉中进行，650—700℃预热7分钟，再加热到850— 860℃，保温7分钟，淬入200—220℃硝盐溶液中进行分级淬火 1min，再空冷至室温后，在190—210℃盐浴中回火2小时，最后在 160—180℃的盐浴中2小时进行稳定化处理。
2.校对量柱
热处理工艺曲线如下：
1000 900 800 700 600
保温
校对量柱热处理工艺曲线 中间部退火 校直
温度（℃）
预热 油淬 深冷处理 回火8h
500 400 300 200 100 0 -100 -200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
时间（h）
四、加工工序及热处理工艺
机械式千分尺
电子千分尺
一、零件用途与基本分类
按用途分类：
游标读数外径千分尺： 用于普通的外径测量 小头外径千分尺： 适用于测量钟表精密零件 壁厚千分尺： 适用于测量管材壁厚的外径千分尺 板厚千分尺： 适用于测量板材厚度的外径千分尺 带测微表头千分尺： 它主要用于尺寸比较测量，误差较大，慎用 翻字式读数外径千分尺： 在微分筒上开有小窗口，显示0.1mm读数 薄片式千分尺： 测沟槽直径测量，每次能够减少5%的测量误差 盘式千分尺： 测正齿和斜齿齿轮的跨齿长度 v毡千分尺： 奇数丝锥，铰刀外径尺寸测量 花键千分尺（花式千分尺）： 齿轮槽径测量 卡尺型内径千分尺： 小直径、窄槽宽度测量 螺纹千分尺： 螺纹有效直径测量
哈工大热处理原理与工艺大作业-稀土化学热处理
多过少都会改变其性能。
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谢谢大家
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2、利用MHV2000 显微维氏硬度计测试渗碳件显微硬度分布 （间隔0. 2 mm 测1个点, 载荷为1. 96 N , 加载时间为10 s）
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3、利用MMS-20型摩擦磨损试验机上测试渗层表面的耐磨性 对磨副材料为GCr15 钢, 试验力选择 200 N, 时间30 min, 转速200 r/ 图7 min, 摩擦磨损试验前后用分析天平对试件进行称量, 计算磨损失重
金属的高温抗氧化能力。
• 稀土元素与碳的作用：易形成稀土碳化物。 • 稀土元素与硫的作用：形成稳定的硫化物，具有脱硫的
净化作用，减少夹杂物，抑制材料中硫的有害作用。
• 稀土元素与氢的作用：稀土在室温下能吸氢，加热到 250~300℃时作用剧烈。形成氢化物，降低氢致脆的危 害。
6
1.4 稀土在钢中的存在形式
(4) 内扩散：界面反应后的欲渗原子由金属表面向纵深迁移；
(5) 体相反应：欲渗原子与金属中存在的原子之间的反应。
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2.3 稀土化学热处理的分类
氮 碳 碳 +氮
钨/钼
稀土
等离 子+氮
硼+铝 硼
多元
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2.4 稀土在化学热处理的作用及其机制
l、 催渗作用
①稀土能使渗剂活化，促进渗剂的分解。
②当稀土元素吸附在钢件表面时，可夺取钢表面氧化膜中的氧，破
，从而提高耐磨性。
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2.5 稀土化学热处理的优势
1、显著增加渗层厚度，元素渗入速度 2、具有更加优良的组织和性能 3、可实现低温化学热处理（如低温稀土渗碳、低温 稀土多元共渗等），改变金属的热处理工艺。
哈工大热处理原理与工艺大作业冷作模具热处理课件
通过不同的热处理工艺，可以获得不 同性能要求的金属材料，以满足不同 领域的应用需求。
热处理原理概述
热处理原理包括加热、保温和冷却三个阶段，通过控制加热速度、保温时间和冷却 速率等工艺参数，实现对金属材料组织和性能的调控。
热处理原理的核心是相变动力学，即金属材料在加热和冷却过程中发生的相变过程 及其对材料组织和性能的影响。
热处理对冷作模具耐腐蚀性的影响
总结词
耐腐蚀性是冷作模具的重要性能之一，热处理对其具有一定的影响。
详细描述
不同的热处理工艺对冷作模具的耐腐蚀性有不同的影响。例如，淬火处理可能会提高模具的耐腐蚀性，而回火处 理则可能会降低其耐腐蚀性。因此，在选择热处理工艺时，需要考虑其对模具耐腐蚀性的影响。此外，还可以通 过表面涂层、渗氮等表面处理技术进一步提高冷作模具的耐腐蚀性。
热处理原理的应用范围广泛，包括钢铁、有色金属、合金等材料的热处理工艺和组 织性能调控。
PART 02
冷作模具热处理工艺
冷作模具热处理工艺流程
01
02
03
04
预处理
包括清洗、去油、去锈等，以 确保模具表面的清洁和无杂质。
加热
将模具加热到所需的热处理温 度，以实现所需的相变和合金
元素分布。
保温
保持模具在所需的温度下一段 时间，以促进合金元素的均匀
分布和相变的完成。
冷却
将模具冷却到室温或所需的温 度，以获得所需的机械性能和
显微组织。
冷作模具热处理设备
电阻炉
用于加热和保温阶段， 通过电阻加热方式实现
温度控制。
真空炉
在真空环境下进行热处 理，适用于要求高纯净
哈工大热处理原理与工艺大作业冷作模具热处理课件
硬度检查的要求是：冲裁类冷冲模具在离刃口5mm以内硬度必须 达到设计要求，不得有软点；冷镦、冷挤、拉伸及压变类模具，主 要受力工作面硬度必须达到设计要求；凸凹模零件淬火后应100％进 行硬度检查；毛坯退火后碳素工具钢1 80—207HB，低合金工具钢 207—241HB，中高合金工具钢217～255HB；碳素工具钢尾部固定 部分应控制在30一40HRC，其余部分淬硬必须达到设计要求；火焰 表面淬火的大型模具，工作面硬度不低于规定上限，一般不允许有 回火带及低硬区。
解决方法：
（1）淬火完成后可进行一次球化退火，可使碳化物分布均匀。 （2）采用喷丸等表面强化工艺，使线切割后的模具表面拉应力 状态变为压应力，可抑制表面裂纹的产生，降低其脆性。 （3）通过计算机模拟其热处理过程，计算出在热处理过程中其 理论变形量，从而在实际处理前预留出一定的体积，使处理后的 体积与需要的体积更加接近。
Cr12MoV合金钢
•
下料
锻造
球化退火
平磨 淬火+回火 机械加工
线切割加工
组装
1．1锻造工艺：
加热速度 温度 锻造方法：
为了完全消除组织中的带状碳化物和粗大、不均匀碳化物组织，一般应采用变向锻造法(包括十字墩拔 法和二向墩拔法)而且要严格按照正确的锻造操作规程进行。墩拔的次数应视碳化物不均匀的级别和对锻件 碳化物不均匀级别的要求而定。操作过程中应严格执行“二轻一重”的锻造方法，在保证击碎碳化物的同时 防比裂纹产生。
➢Cr12MoV合金钢的简单介绍 ➢加工工序 ➢预处理 ➢热处理 ➢后处理
Cr12MoV合金钢
Cr12MoV合金钢
• 1、化学成分
• 2、性能特点 具有高的耐磨性、淬透性、微变形、高热稳定性、高 抗弯强度。 导热性和塑性低,锻造性能差
哈工大热处理原理与工艺大作业-精密轴承零件热处理
精密轴承是指旋转精度、外形尺寸精度高和表面粗糙度较小的轴承，
在我国的标准中是指p4级和高于P4级轴承。按照ISO的分级标准分
为:P0,P6,P5,P4,P2.等级依次增高,其中P0为普通精度, 其他等级都是 精密级别。（当然,不同分级标准,不同类型的轴承,他们的分级方法有
钢球
5、10、16级
中小型套圈
P2级 P4级
粗磨后：140~180℃，4~12h 细磨后：120~160℃，3~24h
大型钢球
20级
120~160℃，3~5h
大型、特大型套圈
P0~P6级
120~160℃，3~4h
轴承零件成品硬度要求
谢 谢
基于普通球化退火时间长、生产 效率低的缺点提出的等温温度的 高低对退火后的硬度影响很大， 温度越低则硬度越高
退火缺陷及其对策
检查项目 脱碳层 缺陷名称 脱碳层超过规定深度 补救方法 改其他型号或报废
显微组织
欠热
点状珠光体加部分 细片状珠光体 过热 粒状珠光体加部分 粗片状珠光体 粗大颗粒碳化物 网状碳化物超过规定级别
备注 ， 滚子直径≤28mm
钢球
5、10、 16级 P2级、P4级
150~180℃，3~4h
钢球直径<48.76mm
Байду номын сангаас
中小型套圈
160~200℃，3~4h
附加回火（稳定化处理）
目的：附加回火的作用是消除磨削应力，迚一步稳定组织，以便于提高零件的尺寸稳
定性。
参数：
零件名称 中小型滚子 轴承零件精度等级 Ⅰ级、Ⅱ级 回火温度和时间 120~160℃，12h 120~160℃，3~4h 120~160℃，12h
哈工大热处理原理与工艺大作业-车刀热处理工艺解读
学 院： 材料学院 班 级： 1019101 小组成员： 梁泽仁、封伟民、赵含宇 郭治佳、王韬
常见车刀
目录 1
车刀用途与服役条件
5
加工工序
2失效形式及性能要求源自6热处理工艺3
基本分类
7
质量检查事项和方法
4
零件材料的选用
8
热处理缺陷及解决方法
车刀用途简介
车刀是用于车削加工的、具有一个切削部分的刀具， 可用于各种车床上，加工外圆、内孔、端面、螺纹、车槽等。
零件材料的选用
4、 高速钢衍变 钴高速钢：W2Mo9Cr4VCo8等。 超硬高速钢：W6Mo5Cr4V2Co8，W10Mo4CrV3Al等。 硬质合金钢：含有WC，TiC，TaC等。
加工工序
下料
预备热处理
机械粗加工
淬火
成品
机械精加工
回火
热处理工艺 热处理工艺及技术要求 这里以常见的车刀用料W18Cr4V为实验材料进 行介绍。 W18Cr4V的铸态组织包括呈骨骼状的、碳化物 片状与马氏体或屈氏体相间排列的莱氏体，以及黑色组 织(δ偏析)和白色组织(马氏体和残余奥氏体)。高速钢的 铸态组织和化学成分尤其不均匀，而且热处理也不能改 变，因而必须进行压力加工，将粗大的共晶碳化物打碎， 并使其均匀分布，然后再用以制造各种刀具及模具。 W18Cr4V的热处理工艺如下图所示。 I.
质量检查事项和方法 高速钢刀具最终热处理检测
检测项目 淬火前检测 检测方法 检测有无形变超差、裂纹和碰伤等
淬火现场检测
回火后检测 硬度检测 弯曲检查
校正仪器仪表，淬火晶粒度和淬火后硬度检测
用肉眼或放大镜观察表面有无裂缝、烧伤等 洛氏硬度最好控制在65-67HRC 较直并进行去应力
汽车发动机热处理工艺
浅析现代汽油发动机基本零件的选材及热处理工艺学号：2010080060028 姓名：叶培莲摘要：发动机是将自然界某种能量直接转换为机械能并拖动某些机械进行工作的机器。
将热能转换为机械能的发动机，称为热力发动机（简称热机）。
其中的热能是由燃料燃烧所产生的。
内燃机是热力发动机的一种，其特点是液体和气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再转变为机器能。
另一种热机是外燃机，如蒸汽机、汽轮机等，其特点是燃料在机器外部燃烧以加热水，产生高温、高压的水蒸气，输送至机器内部，将所含的热能转换为机械能。
发动机是汽车的动力装置。
在现代汽车上广泛应用的发动机是往复活塞式汽油和柴油内燃机，它一般是由曲柄连杆机构、配气机构、供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统（仅用于汽油内燃机）和起动系统组成。
一、气缸体的选材及热处理工艺现代汽车发动机机体组成主要由气缸体、气缸盖、气缸盖衬垫以及油底壳组成。
机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零件的装配基体。
随着现在社会对环境越来越重视，对汽车尾气的排放标准提出了更高要求。
为了满足这种要求，各主机厂加大了对发动机的研发力度，现在大多数厂家都采用了多气门电喷发动机。
缸体是发动机的重要部件之一，随着汽车发动机技术的发展，对发动机缸体的尺寸精度和力学性能要求越来越高，因此对缸体铸件产品质量提出了更高的要求。
燃料喷射到气缸内，在气缸内压缩燃烧（柴油机）或者点燃（汽油机），燃烧后有很大压力，这个压力可以推动活塞运动，活塞运动给发动机提供动力来源。
所以气缸工作表面经常与高温、高压的燃气相接触，且活塞在其中作高速往复运动，所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。
为了满足以上条件，常常采用优质合金铸铁作为气缸体的材料，气缸的内壁按2级精度并经过珩磨加工，使其工作表面的表面粗糙度、形状和尺寸精度都达到比较高的要求。
为了提高气缸表面的耐磨性，钢铁的材料一般是用优质灰铸铁，有时在灰铸铁中加入少量合金元素如镍、钼、铬、磷等。
活塞环热处理工艺
活塞环热处理工艺活塞环热处理工艺随着现代发动机向高转速、高负荷、低排放方向发展，在对活塞环的材料提出越来越高要求的同时，对表面处理也提出了更高的要求，活塞环材料的时效、调质、气体氮化、离子氮化及渗陶处理工艺应用越来越广。
活塞环是发动机的核心零部件之一，其在发动机中的主要作用在于密封、传热、控油润滑和支承，因此，活塞环材料应具有适合的强度、硬度、弹性和抗疲惫性能，优良的耐磨性、耐热和耐蚀性能。
随着现代发动机向高转速、高负荷、低排放方向发展，在对活塞环的材料提出越来越高要求的同时，对表面处理也提出了更高的要求，越来越多的热处理新技术已经或者正在被应用于活塞环的热处理，如离子氮化，表面渗陶、纳米技术等。
我公司活塞环的热处理从对普通合金铸铁活塞环的时效往应力、球墨铸铁活塞环的调质，多元合金铸铁活塞环的调质发展到钢环的气体氮化、铸铁环的离子氮化及活塞环表面浸渗陶瓷复合处理。
本文主要就这些活塞环的热处理工艺作扼要介绍。
时效往应力处理活塞环属于薄壁件，除铸造内应力外，在金加工过程中还存在加工应力。
而活塞环产品一般对挠曲度要求不大于0.06mm，如不经过期效处理，这一指标靠加工控制是很难达到的，有时即使大大降低加工切屑速度也无法满足要求。
而假如使用时效处理，在不降低生产效率的基础上还能消除加工过程中产生的环体挠曲变形，确保环体挠曲度符合技术要求。
固然如此，因活塞环环体较薄，在时效过程中，活塞环开口部位会由于整个环体应力开释而出现收缩现象，如收缩过大，则会造成成品环漏光等缺陷。
在生产过程中，我们通过大量的对比试验，针对不同材料的环体采用不同的时效工艺，既消除了活塞环的挠曲题目，又避免了活塞环的漏光缺陷，确保了产品的质量。
本公司采用的时效工艺为：500℃ 580℃×1.5 2.5h。
退火、调质处理1、退火处理为确保活塞环铸造毛坯的内在质量，球铁环和多元合金铸铁环多采用单体双片铸造工艺进行生产。
毛坯铸态组织硬度较高，割片加工难度较大，需对铸态毛坯进行退火处理。
【精品】活塞杆的热处理工艺设计课程设计
辽宁工业大学工艺课程设计（论文）题目：2Cr13活塞杆的热处理工艺设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：材料科学与工程学院教研室：材料科学与工程教研室目录1.活塞杆热处理概述.............................. 错误!未指定书签。
2.2Cr13活塞杆热处理工艺设计..................... 错误!未指定书签。
2.1活塞杆的服役条件、失效形式及性能要求....... 错误!未指定书签。
2.1.1服役条件、失效形式............................. 错误!未指定书签。
2.1.2性能要求....................................... 错误!未指定书签。
2.2活塞杆材料的选择 .......................... 错误!未指定书签。
2.32Cr13钢的C曲线 ............................ 错误!未指定书签。
2.42Cr13活塞杆的热处理工艺设计 ............... 错误!未指定书签。
2.4.12Cr13的工艺流程................................ 错误!未指定书签。
2.4.22Cr13的热处理工艺设计.......................... 错误!未指定书签。
2.52Cr13活塞杆的热处理工艺理论基础、原则...... 错误!未指定书签。
2.5.12Cr13退火工艺理论基础、原则.................... 错误!未指定书签。
2.5.22Cr13高频淬火工艺原理.......................... 错误!未指定书签。
2.5.32Cr13回火工艺理论基础、原则.................... 错误!未指定书签。
2.6选择设备、仪表和工夹具 .................... 错误!未指定书签。
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以下，即可达到要求。
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2、球铁环切片后的调质处理： 正常情况下，球铁环的铸态组织都不均匀，需要经过调质处理后才能使用，铸 态和调质后的状态性能差别很大，如图： 双片球铁经过切片，在粗磨双端后就可以进行调质处理，即进行淬火加高温回 火处理，是将球铁毛坯加热到AC温度以上加热，使基体内的铁素体和珠光体 完全奥氏体化，淬火时转变成马氏体，再经过高温回火转变成回火索氏体，回 火索氏体具有较高的韧性、强度和硬度，综合机械性能优良。
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加工工艺
1. 以活塞销孔为中心的加工表面。 这两组加工表面之间有一定的位置要求。 环岸对活塞轴心的径向跳动最大允差为 0.1 ,环槽底对活塞裙部轴心的最大允差 为0.15 ,环槽侧面对活塞裙部轴心线垂直 度不超过25∶0.07,跳动不超过0.25 。 活 塞销孔圆柱度为0.00125 ,两销孔同轴度 误差在最大实体状态时为零，销孔轴心 线对裙部轴心线垂直度为100∶0.035
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在汽车活塞环中，以球铁活塞环为例，讲一下汽车活塞环的热处理工 艺。
球墨铸铁是由球状石墨和铁的基体组成。 双片球铁环毛坯的退火和正火：双片球铁环铸造毛坯的基体组织以珠光体和
铁素体为主，还有少量的渗碳体（自由渗碳体）。这样就必须通过退火和正 火来消除多余的渗碳体，同时双片球铁环毛坯铸态硬度高，在双片切片加工 时刀具磨损快，也需要通过退火和正火来降低硬度，便于加工。
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双片球铁环毛坯金相组织中的碳化物控制在5%以下，铁素体含量在30%以 下，用低温软化退火来代替高温石墨化退火或者正火工艺。目的是使珠光 体部分分解成铁素体，降低硬度，便于切片加工，低温软化退火工艺如下 图： 低温软化退火温度低、时间短，毛坯和工装基本无氧化脱碳，不需要防氧 化脱碳保护，电耗和退火成本大幅度下降，生产效率也很高，是值得推广 的。
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在发动机工作时，活塞环
槽与活塞、活塞销座孔与活塞销、活塞裙与缸壁分别都构 成了摩擦副
失效形式有：磨损 、偏磨、 机械损伤和烧融
1汽车工作的时候活塞环槽和活 塞，活塞、销座孔和活塞销，活 塞裙与缸壁都分别构成了摩擦副， 所以很容易产生磨损 2当活塞中心线与气缸中心线不 重合的时候活塞会出现偏向磨损， 简称偏磨。 3烧融一般发生在活塞顶部和第 一第二环槽处，一般以顶面的融 洞、穿孔和头部圆周槽状缺口为 主要形式
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退火和正火的具体工艺是在共析转变临界温度AC点以上的高温石墨化处理， 一般处理的温度为930度到950度，铸态基体中的铁素体和珠光体都变成了奥
氏体，而碳化物分解成奥氏体和石墨。
冷却时可以出炉空冷即为正火处理，或者随炉冷却即为退火处理，经过这两 把火处理以后毛坯基体组织分解为铁素体和少量珠光体，碳化物要求达到3%
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缺陷1：渗层碳浓度过高
方法：控制炉气氛碳势合适
缺陷2：表面有粗块状或连续网状碳化物
方法：改进扩散工艺，在900到920度之间进行扩 散减少过多的碳化物，在860到880度之间进行长 时间加热消除碳化物网 缺陷3：淬火后渗层中残余奥氏体级别过高
方法：采取深冷处理消除过多的奥氏体
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活塞检验主要是裙部直径、活塞环槽高度和活塞销座孔尺 寸的测量
裙部直径：一种方法是用千分尺测量活塞裙部规定的测量 位置。将在此位置测得的数据与气缸磨损最大部位的测量 值相减，并用所得差值与配缸间隙值相比较，即可确定该 活塞可否使用。 第二种采用测量配缸间隙的方法来确定 活塞可否使用。 活塞环槽的测量：安装气环的环槽，用标准气环装入其内， 用塞尺测量其侧隙，即可确定其是否符合要求
常见的失效形式有活塞顶面裂纹 活 塞环槽过度磨损 活塞销座裂纹 销孔 咬合 环岸和裙部脆断等。
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内燃机活塞在高温高压高负荷条件下工作，对活塞的要求 相对较高，因此主要谈谈内燃机活塞的分类。
1. 按使用的燃料来分，可分为汽油机活塞、柴油机活塞、天燃气活塞。 2. 按制造活塞的材料来分，可分为铸铁活塞、钢活塞、铝合金活塞及 组合活塞。 3. 按制造活塞毛坯的工艺来分，可分为重力铸造活塞、挤压铸造活塞、 锻造活塞。 4. 按活塞的工作状况来分，可分为非增压活塞和增压活塞两大类。 5. 按活塞的用途来分，可分为轿车活塞、卡车活塞、摩托车活塞、船 用活塞、坦克活塞、拖拉机活塞、剪草机活塞等。
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工序 9.粗镗、半精镗活塞销孔 27.52 选用金刚镗床加工，硬质合金刀具。 工序10.精车裙部椭圆 101.6 活塞套车机加工，高速钢车刀。 工序11.去毛刺 工序12.精镗活塞销孔 以销孔为角向定位， 选用金刚镗床加工,高速钢车刀。 工序13.中间检验 工序14.切卡环槽 30.5 C2-115车床,高速钢车刀。 工序15.销孔座内侧倒角 80226专用车床，成型车刀。 工序16.滚挤活塞销孔 ZA125 立式钻床，脉冲滚压器。 工序17.去毛刺 工序18.清洗吹净活塞 DTX40-J-G通过式清洗机。 工序19.终检活塞 工序20.装配前裙部分组尺寸复检
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材料要求
(1).要有足够的刚度和强 度，传力可靠； (2).导热性好，耐高压、 耐高温、耐磨损； (3).质量小，重量轻，尽 可能减小往复惯性力 (4).热膨胀系数小。
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铝合金活塞
铝合金的突出优点是密度小，可大大减少活塞的质量及往复运动的惯性力，因此铝合金活塞常常应用于中、小缸径 的中、高速内燃机上，尤其以汽车发动机中居多。 铸铁活塞 铸钢活塞 铸钢的机械强度高，耐热性、耐蚀性以及耐磨性均优于铝合金和铸铁，具有高的弹性模量，优良而稳定的高温性能 和比较低的线膨胀系数等优点，但缺点是密度大、加工麻烦、成本高，对缸套的磨损严重。 镶体活塞 为解决铝活塞的硬度随着温度升高而大幅度下降的问题，采取在活塞的环槽处镶一导热系数较小且热膨胀系数与活 塞基体合金相近的材料制成的环槽圈，这样既强化了环槽，又对活塞热量外流起了限制作用。 陶瓷活塞 陶瓷是用于汽车发动机上的新材料，具有质量轻、耐磨、绝热性好、高温强度大等优点。活塞陶瓷化的主要优点有： 可实现部分或全绝热，从而取消冷却系统并且回收废气能量以降低油耗； 降低高强化柴油机活塞的温度，特别是环槽的温度； ③ 改善排放。全陶瓷活塞目前还无成功的应用实例，但组合式陶瓷活塞已在特种发动机上得到了一定的应用。 铝基复合材料活塞 以轻金属为基体的复合材料除了具有基体金属的性能外，还具有更突出的优点，主要表现在复合材料重量轻、动载 荷小、耐磨性好，与基体合金相比其高温强度和抗热疲劳性能明显提高，并具有较低的线膨胀系数。
活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变 的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条 件最恶劣的关键零部件之一。活塞的功用 是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆 驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组 成部分。
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活塞工作条件：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的 条件下工作。
活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受 热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高 达600～700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很 大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高 达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活 塞在气缸内以很高的地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。 活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产 生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。
2.以活塞中心线为中心的加工表面
3.工艺规程设计
3.1 确定毛坯的制造形式 3.2定位基准的选择 3.3 制订工艺路线 3.4 加工工序的最后确定
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最后加工工序
工序 1.钻活塞销孔 以外圆表面和内顶及内表面为粗基准，选用Z148组合机床,刀具为高速钢麻花钻。 工序 2.铣两侧销座凹坑 以外圆表面内表面为定位基准，选用80618专用铣床，成型铣刀。 工序 3.车止口 以外圆、顶面定位，活塞专用机床，硬质合金刀具。 工序 4.铣回油槽 止口定位，ZF014活塞专用机床，高速钢圆盘铣刀具。 工序 5.粗精车外圆﹑顶面﹑环槽﹑环岸并倒角 止口定位，六轴自动车床，成型车刀。 工序 6.中间检验 工序 7.扩活塞销孔 26.8 自定心夹紧，销座角向定位基面,Z149组合机床，高速钢扩孔钻。 工序 8.钻销座油孔 5 选用4023台钻，高速钢钻头。