机械制造基础第四章金属材料的改性剖析

（3）钢的淬透性
在规定条件下，决定钢材淬硬层深度和硬 度分布的特性称为淬透性
一般规定，钢的表面至内部马氏体组织占 50％处的距离称为淬硬层深度
淬硬层越深，淬透性就越好。如果淬硬层 深度达到心部，则表明该工件全部淬透。
钢的淬透性主要取决于钢的临界冷却速度。临界 冷却速度越小，钢的淬透性也就越好
2）淬火冷却介质
水的冷却能力很强，而加入5％～10％ NaCl的盐水，其冷却能力更强。因而主要 用于淬透性较小的碳钢零件。
淬火油几乎都是矿物油。所以不宜用于碳钢， 通常只用作合金钢的淬火介质
盐的冷却能力最强，为减少工模具淬火时的 变形，工业上常用熔融盐浴或碱浴作为冷却 介质来进行分级淬火或等温淬火
热处理的基本原理
奥氏体晶粒的控制方法： 1）控制加热温度：相变点以上30－50摄氏
度，不超过100摄氏度。 2）合理的保温时间：为了相变的需要和穿透
加热的需要。 3）快速加热、短时间保温。
总之，钢在加热时通过合理控制工艺 参数，可以得到细小的奥氏体组织。
（一） 退火和正火
退火与正火主要用于各种铸件、锻件、热 轧型材及焊接构件，由于处理时冷却速度 较慢，故对钢的强化作用较小，在许多情 况下不能满足使用要求。除少数性能要求 不高的零件外，一般不作为获得最终使用 性能的热处理，而主要用于改善其工艺性 能，故称为预备热处理
合金元素是影响淬透性的主要因素。除Co和大于 2.5％的Al以外，大多数合金元素可降低临界冷却 速度，因而使钢的淬透性显著提高
在实际生产中，工件淬火后的淬硬层深度除取决 于淬透性外，还与零件尺寸及冷却介质有关。冷 却速度快的，淬透性就提高，冷却速度慢的，淬 透性就降低。例如45钢在水中冷却和在油中冷却， 其淬透性就不同，在水中冷却时，可淬透11一20 毫米，在油中冷却时，可淬透3.5—9.5毫米。
机械制造基础 第四章金属材料的改性
主讲：仝勖峰 西安电子科技大学
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本章内容
热处理的基本概念和基本原理； 钢热处理的分类和应用范围； 钢表面热处理的原理及应用。
金属材料的改性处理
改善金属材料的性能，主要可以通过如下几种途径： 合金化 即加入合金元素，调整材料的化学成分。可显著
提高钢的强度、硬度和韧性，并使其具有耐蚀、耐热等特 殊性能 热处理 即金属材料通过不同的加热、保温和冷却的方式， 使其内部的组织结构发生变化，以达到改善加工工艺性能 和强化力学性能的目的 细晶强化 即通过增加过冷度和变质处理细化晶粒，使金 属材料的强度、硬度和塑、韧性都得到提高。 冷变形强化 即对金属材料进行冷塑性变形，改变其组织、 结构，使强度、硬度提高，而塑性、韧性下降 本节主要介绍钢的热处理、钢的表面强化处理等有关内容
热处理的基本原理
热处理的基本原理
奥氏体化的晶粒大小与加热温度和保 温时间有很大关系，在相变温度以上，加 热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒 就会长得越大。
热处理的基本原理
钢的奥氏体化晶粒大小对冷却后组织晶粒的 大小有直接影响关系，如图所示。钢奥氏体化晶 粒细小，冷却后的组织晶粒就小，反之，奥氏体 化晶粒粗大，冷却后组织的晶粒也粗大。当然， 晶粒越细小，力学性能越好。
2.正火
正火是将工件加热至一定温度，保温后出 炉空冷的热处理工艺
正火与退火的主要区别是正火的冷却速度 稍快，所得组织比退火细，硬度和强度有 所提高
正火主要应用于以下几方面：
①对于力学性能要求不高的零件，正火可 作为最终热处理
②低碳钢退火后硬度偏低，切削加工后表 面粗糙度高。正火后可获得合适的硬度， 改善切削性能
钢的热处理可分为整体热处理和表面热处 理两大类
整体热处理包括退火、正火、淬火、回火
表面热处理包括表面淬火和化学热处理
热处理的基本原理
热处理的过程就是钢的奥氏体化过程，即通 过铁、碳原子扩散而实现相变的过程，相变过程 是通过形核核长大两个过程完成的，由于珠光体 中的铁素体和渗碳体相界面很多，可以形成许多 奥氏体晶核，因此，钢的奥氏体化过程是个晶粒 细化的过程，也是一个消除内应力和不均匀组织 的过程。
目的是提高钢的硬度和耐磨性 淬火是强化钢件最重要的热处理方法
1.钢的淬火工艺
（1）淬火温度的选择 碳钢的淬火温度可利用Fe-Fe3C相图来选择(见图
5-20所示)。 为了防止奥氏体晶粒粗化，一般淬 火温度不宜太高，只允许超出临界点30～50℃ 如果淬火温度过高，则将获得粗大马氏体组织， 同时引起钢件较严重的变形。如果淬火温度过低， 则在淬火组织中将出现铁素体，造成钢的硬度不 足，强度不高
③对于大型零件或形状复杂的零件，当淬 火有开裂的危险时，可用正火代替淬火、 回火处理。
退火与正火的区别：
对于低碳钢和低碳合金钢，一定要选用正 火。
对于中碳钢，退火与正火均可，优先选用 正火。
（二） 淬火
淬火是将钢件加热至某一温度，保温后以 适当速度（大于临界冷却速度，即奥氏体 转变为马氏体的最小冷却速度）冷却，获 得马氏体（碳在α-Fe中形成的过饱和间隙 固溶体）和（或）下贝氏体（马氏体＋极 细碳化物）组织的热处理工艺
退火与正火的目的有以下几点：
①消除残余内应力，防止工件变形、开裂 ②改善组织，细化晶粒 ③调整硬度，改善切削性能 ④为最终热处理（淬火、回火）作好组织
上的准备
1.退火
退火是将钢加热至适当温度，保温一定时 间，然后缓慢冷却的热处理工艺
根据目的和要求的不同，工业上常用的退 火工艺有：
➢完全退火 ➢等温退火 ➢球化退火 ➢去应力退火 ➢均匀化退火
一、钢的整体热处理
钢的热处理(heat treatment)，是将钢在固态下 进行加热、保温和冷却，改变其内部组织，从而 获得所需要性能的一种金属加工工艺
通过热处理，能有效地改善钢的组织，提高其力 学性能并延长使用寿命，是钢铁材料重要的强化 手段
机械工业中的钢铁制品，几乎都要进行不同的热 处理才能保证其性能和使用要求。所有的量具、 模具、刃具和轴承，70%～80%的汽车零件和 拖拉机零件，60%～70%的机床零件，都必须 进行各种专门的热处理，才能合理的加工和使用