(完整版)钢的表面热处理
钢的热处理及表面处理技术
• M体转变特点：
• ①无扩散型转变 • ②降温形成:连续冷却完成 • ③瞬时性 • ④转变的不完全性
Fe-1.8CF，e-1冷.8至C，-10冷0℃至-60℃
M形成时体积↑，造成很大 内应力。
• 冷处理：P42
1)无扩散 Fe 和 C 原子都不进展扩散，M是C过饱 和的体心立方的F体，固溶强化显著。
↓ • 总结：A体晶粒越粗大，那么晶界越少，
形核几率越小，那么A体越稳定，C曲线 右移。淬透性越好
• 三、钢的淬透性
• 〔三〕淬透性的测 定
四、钢的回火〔P127〕
1．概念(Conception)
将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度， 保温后冷却下来的一种热处理工艺。
2.目的(purpose) 〔1〕稳定工件组织、性能和尺寸 〔2〕减小或消除剩余应力，防止工件的 变形和开裂 〔3〕降低工件的强度、硬度，提高其塑 性和韧性，以满足不同工件的性能要求
C %↑→ M 硬度↑， 片状M 硬度高，塑韧性差。板条M 强度高，塑韧性较好
二、共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变
共
析
碳
钢
连
续
冷
却
水淬
无
M+AR
B
体
转变终止线
P 退火
T
S 正火
T+ 油淬 M
亚共析钢连续冷却转变 过共析钢连续冷却转变
炉冷→ F + P 空冷→ F(少量) + S 油冷→ T + M+AR 水冷→ M +AR
(三〕淬透性的测定
〔一〕钢的淬透性与淬硬性的概念
• 淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是 钢材本身固有的属性，主要取决于M体的临界冷 却速度
钢的表面热处理
第八章钢的表面热处理知识要点：表面热处理的目的、分类；常用的表面热处理工艺（感应加热表面淬火和渗碳）；了解表面热处理的典型零件。
一、表面热处理的目的1．提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度。
→保证高精度2．使零件心部具有足够高的塑性和韧性。
→防止脆性断裂。
“表硬心韧”二、表面热处理的分类及工艺特点主要有两大类：表面淬火和化学热处理。
（一）表面淬火1．工艺：将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。
工艺特点：（1）不改变工件表面化学成分，只改变表面组织和性能；（2）表面与心部的成分一致，组织不同。
2．所用材料一般多用中碳钢、中碳合金钢，也有用工具钢、球墨铸铁等。
典型零件:如用40、45钢制作的机床齿轮齿面的强化、主轴轴颈处的硬化等。
3．常用表面淬火方法主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火。
（1）感应加热表面淬火原理：通以一定频率交变电流的感应线圈，产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流（涡流），利用工件的电阻而将工件加热；由于感应电流的集肤效应，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层。
感应线圈→交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→表层加热，快冷→淬硬层。
工件淬硬层的深度与频率有关：A. 0.2～2mm，高频感应加热（100—500KHz），适用于中小型齿轮、轴等零件；B．2～10mm，中频感应加热（0.5—10KHz），大中型齿轮、轴；C．〉10—15mm，工频感应加热（50Hz），用于大型轴、轧辊等零件。
特点：淬火质量好，表层组织细密、硬度高、脆性小、疲劳强度高；生产频率高、便于自动化，但设备较贵，不适于单件和小批量生产。
应用：主要零件类型是轴类、齿轮类、工模具，最常见的有：齿轮，如机床和精密机械上的中、小模数传动齿轮，蒸汽机车、内燃机车、冶金、矿山机械等上的大模数齿轮。
第6章 钢的热处理
保温
普通热处理
退火、正火、淬火、回火。
表面淬火
表面热处理
时间
化学热处理
预备热处理、最终热处理 毛坯成型 → 预备热处理 → 机械加工（粗加工）→ 最终热处理 → 精加工
5 状态图中三条重要线及加热和冷却速度对线的位置的影响
A3 A1 0 0.77 2.11 4.3 6.69
硬度650HB，塑性和韧性差
原因：碳过饱和程度大，晶格畸变大，
淬火内应力大，存在显微裂纹，
容易导致脆性断裂的出现，微 细孪晶存在破坏了滑移系使脆 性增大，塑性和韧性差。
孪晶M
M的硬度主要取决于含碳量
M 转变是在 Ms ～ Mf 进行。
残余A量随含碳量的增多而增多，即C↑ → A残↑
（三）影响C曲线的因素
1 碳的影响
亚共析钢和过共析钢C曲线上部
多出一条先共析相析出线。
A过转变前，亚共析钢析出F，过共析钢析出Fe3C 剩下的Ａ过达到共析成分，再发生Ｐ类型转变。
共析钢C曲线最靠右，所以：共析钢A过最稳定。
亚共析钢随含碳量↑， C曲线向右移， A过稳定性↑。
过共析钢随含碳量↑， C曲线向左移， A过稳定性↓。
A+F F+P
A + Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ
2 冷却介质的选择
保证有足够的冷却速度V冷＞Vk；
V冷↑→ 热应力和组织应力↑ 650 ℃～ 400℃： V冷要快
650℃ 550℃ 400℃
vk
常用淬火介质：水、盐水、矿物油
水：在650℃～400℃冷速很大，对A稳定性较小的碳钢非常有利。 但300 ℃～200 ℃冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 盐水：由于NaCl晶体在工件表面析出和爆破，破坏包围在工件表面的 蒸 汽膜，使冷速加快，而且可以破坏加热产生的氧化皮，使其 剥落。盐水淬火容易得到高硬度和光洁表面。但300 ℃～200 ℃ 冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 适用于形状简单、硬度要求高、表面要求光洁、变形要求不严格 的碳钢零件，如：螺钉、销钉、垫圈等。 矿物油：冷却能力弱：650℃～550℃，18℃水的冷却强度为1， 则50℃
钢铁材料的热处理介绍
(1)高温回火
将淬火后的钢件加热到500～650ºC，经过保温以后冷却,主要用于要求高强度、高韧性的重要结构零件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮和连杆等
使钢件获得较好的综合力学性能，即较高的强度和韧性及足够的硬度，消除钢件因淬火而产生的内应力
5．调质
将淬火后的钢件进行高温(500～600ºC)回火多用于重要的结构零件，如轴类、齿轮、连杆等调质一般是在粗加工之后进行的
7．化学热处理
将钢件放到含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些原子渗入到钢件的表层，从而达到改变钢件表层的化学成分，使钢件表层具有某种特殊的性能
化
学
热
处
理
(1)钢渗的碳
将碳原子渗入钢件表层
常用于耐磨并受冲击的零件，如:轮、齿轮、轴、活塞销等
使表面具有高的硬度(HRC60～65)和耐磨性，而中心仍保持高的韧性
细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在O．8％以下的锻件或铸钢件
(2)球化退火
将钢件加热到临界温度以上20～30ºC，经过保温以后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷
降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工具钢
①改善组织结构和切削加工性能
②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理
③消除内应力
3．淬火
将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却
①使钢件获得较高的硬度和耐磨性
②使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等
钢材热处理的四种方法
钢材热处理的四种方法钢材热处理是指通过加热、保温和冷却等一系列工艺，改变钢材的组织和性能，以达到一定的技术要求。
在工程实践中，钢材热处理是非常重要的一环，可以有效提高钢材的硬度、强度、韧性和耐磨性等性能。
下面将介绍钢材热处理的四种常见方法。
首先，淬火是一种常见的钢材热处理方法。
淬火是指将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却到室温或低温，使其组织发生相变，从而获得高硬度和高强度。
淬火是通过快速冷却来固溶过饱和的碳元素，形成马氏体组织，从而提高钢材的硬度。
淬火后的钢材具有较高的表面硬度和内部强度，适用于制作刀具、弹簧等工件。
其次，回火是钢材热处理的另一种重要方法。
回火是指将淬火后的钢材加热至较低的温度，保温一定时间后再冷却，目的是消除淬火产生的残余应力和改善硬度。
回火可以使钢材获得适当的硬度和韧性，提高其耐磨性和抗断裂性能，适用于制作各种机械零件和工具。
另外，正火是一种钢材热处理方法，也称为退火。
正火是将钢材加热至适当温度，保温一定时间后缓慢冷却，目的是使钢材内部组织发生均匀的晶粒再结晶和析出碳化物，从而获得较好的韧性和塑性。
正火后的钢材具有较低的硬度和较高的韧性，适用于制作焊接零件和需要较高韧性的零件。
最后，固溶处理是一种钢材热处理方法，主要用于不锈钢和高温合金等特殊钢材。
固溶处理是将钢材加热至固溶温度，然后保温一定时间后迅速冷却，目的是溶解钢材中的合金元素和固溶相，从而提高钢材的塑性和加工性能。
固溶处理后的钢材具有较好的塑性和韧性，适用于制作航空发动机零件和化工设备等高温高压工件。
综上所述，钢材热处理的四种方法分别是淬火、回火、正火和固溶处理。
每种方法都有其适用的钢材和工件类型，通过合理选择和控制热处理工艺参数，可以使钢材获得理想的组织和性能，满足不同工程要求。
在实际生产中，需要根据具体情况选择合适的热处理方法，以确保钢材具有良好的性能和可靠的使用寿命。
钢的表面热处理
钢的表面热处理
钢的表面热处理是一种常见的工艺，用于改变钢材表面的性质以满足特定的功能要求。
常见的钢表面热处理包括渗碳、淬火、淬灭火、调质等。
1. 渗碳：钢材表面经过高温处理，与碳源（如固体碳或气体）接触，使碳原子渗透到钢材表面，形成高碳含量的渗碳层。
渗碳层可以提高钢材的表面硬度和耐磨性。
2. 淬火：将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却。
这种快速冷却可以使钢材表面形成马氏体组织，提高钢材的硬度和强度。
淬火还可以改善钢材的耐磨性和韧性。
3. 淬灭火：将淬火后的钢材立即放入温和的液体中（如水或油）进行冷却。
淬灭火可以减缓淬火速度，从而减少残余应力和减少变形。
4. 调质：淬火后的钢材经过再加热，然后放置在适当的温度下保持一段时间，使钢材内部的残留应力得到释放和分散，从而提高钢材的韧性和强度。
钢的表面热处理可以根据具体要求选择不同工艺，以满足钢材的特定性能要求，如硬度、耐磨性、韧性等。
表面热处理
定义： 将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质
中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成 分、组织和性能的一种热处理工艺。
化学热处理的基本过程: 渗剂分解出活性原子 →工件表面吸收活性原子 → 活性原子从工件表层向内部的扩散
7.3.2、表面化学热处理
一、什么是化学热处理？
钢件和铸铁件
采用低电压、大电流，通 过压紧在工件表面的滚轮与工 件形成回路，靠接触电阻热实 现快速加热，滚轮移去后即进 行自激冷淬火。
淬硬层达0.15-0.35mm， 硬度均匀，且变形小，目前主 要用于导轨的强化。
7.3.2 化学热处理
一、化学热处理原理 二、钢的渗碳 三、钢的渗氮 四、钢的碳氮和氮碳共渗
化学热处理
1）、气体渗碳 ➢ 按热源分为电加热炉和煤气加热炉。 井式气体渗碳炉
1）、气体渗碳
方法：滴注式渗碳
介质：苯、醇、煤油等液体
工艺：将工件装在密封的渗碳炉中，加热到900～950℃(常用
930℃)，向炉内滴入煤油、苯、 甲醇、丙酮等有机液体，在高 煤油
风扇电机
温下分解成CO、CO2、H2及 CH4等气体组成的渗碳气氛。
（3）二次淬火 目的：
• 第一次淬火TH > Ac3，细化心部组织↑其性能 • 第二次淬火TH > Ac1，细化表层组织↑其性能 •故可获得表面具有高硬度、耐磨性和疲劳强度，
心部具有良好的强韧性和塑性。
应用： 仅适用于本质粗晶粒钢和使用性能要求很高
的工件。这种方法工艺较复杂，因加热次数多， 工件易氧化、脱碳和变形，成本高等缺点，故目 前该工艺已很少采用。
改变钢的表层化学成份→化学热处理
7.3.1表面淬火
一、感应加热表面淬火
钢材热处理的方法
钢材热处理的方法
钢材热处理的方法：
①正火处理将钢材加热至Ac3点以上五十至八十摄氏度保温一段时间后出炉空冷；
②退火处理分为完全退火球化退火等前者加热至Ac3以上四十至六十摄氏度后者Accm；
③淬火处理先将钢材快速加热至Ac1或Ac3以上三十至五十摄氏度保温后迅速冷却；
④淬火介质有水油盐浴等根据材料尺寸形状选择合适冷却速度防止变形开裂产生；
⑤回火处理淬火后紧接着进行将钢材加热到临界点以下某一温度保温后冷却下来；
⑥回火温度越高硬度越低塑性韧性越好可根据实际需求调整至最佳力学性能状态；
⑦调质处理即淬火加高温回火组合工艺广泛应用于制造重要机械零件如齿轮曲轴；
⑧时效处理用于提高马氏体不锈钢沉淀硬化型不锈钢强度硬度处理后需保温冷却；
⑨扩散退火针对铸锭锻件消除枝晶偏析促进合金元素均匀分布改善铸造结构缺陷；
⑩化学热处理包括渗碳氮化碳氮共渗等向钢材表面渗入碳氮原子提高耐磨耐蚀性能；
⑪渗碳处理后需淬火回火使表面形成高硬度马氏体心部保持较高韧性的组织状态；
⑫在整个热处理过程中需严格控制加热速度保温时间冷却方式确保获得预期效果。
钢材各种热处理工艺流程
钢材各种热处理工艺流程
1.退火
-目的：降低钢材硬度，改善切削加工性能，消除内应力，细化晶粒，改善机械性能。
-步骤：将钢材加热到预定的温度（一般是低于临界温度Ac1或Ac3），然后在炉内保温一段时间，使内部组织均匀化，最后缓慢冷却，一般为空冷或炉冷。
2.正火
-目的：细化晶粒，改善组织，提高机械性能，为后续加工或进一步热处理作准备。
-步骤：将钢材加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温使组织完全奥氏体化，然后出炉在空气中冷却，得到珠光体组织。
3.淬火
-目的：大幅提高钢材的硬度和强度。
-步骤：将钢材加热到超过临界温度（如Ac3），保持足够时间使组织全部转变为奥氏体，随后迅速放入淬火介质中（如油、水或盐浴等）冷却，使奥氏体快速转变为马氏体或贝氏体组织。
4.回火
-目的：调整钢材的硬度和韧性，降低脆性，稳定组织，提高机械性能。
-步骤：淬火后的钢材再次加热到低于临界温度的某一温度区间，保温后缓慢冷却，使过高的硬度降低，提高韧性。
5.调质处理
-目的：综合提高钢材的强度和韧性。
-步骤：先进行淬火处理，然后进行回火处理，通过两次热处理的组合优化钢材的综合机械性能。
6.表面硬化处理
-包括火焰淬火、感应淬火、渗碳、氮化、氰化、碳氮共渗等方法，目的是只硬化钢材表面而不改变心部组织，以达到表面高硬度和心部高韧性的要求。
7.固溶处理
-主要用于合金材料，如铝合金、镁合金、不锈钢等，目的是将合金元素充分溶解到基体中，形成均匀的固溶体，然后通过时效处理强化材料。
钢的热处理和表面处理(共30张PPT)
气电氛极:：氨工气件、气-氮阴气极氛和容氢:器氨气-阳混极气合气、氮气和氢气混合气
渗碳材料 ０、１－０、２５％C 碳钢或低合金钢
压力：133-1333Pa 影响因素：温度、时间、合金元素、原始组织。
功率 ３０－４００kW
1大气压=101300Pa
电压：—500V ４、相变特点：扩散型相变
将加钢热铁 温零度件浸93入0 几℃待±镀1种金0 ℃属元盐溶素液中渗并入接负零电极件，加表一定层直，流电以压使改零件变表面其形表成一面层所化需金学属的成镀分层。、组织和性能
工艺。 １、上B 550-350 ℃
无扩散、切变共格和表面浮凸、变温形成、高速长大、转变不完全性。
分类 渗碳 第四节 钢的退火与正火
2.固体渗碳
设备 箱式电阻炉
渗碳气氛 木炭+碳酸钠
加热温度 930 ℃±10 ℃
加热时间 3-7h
渗层深度
表面碳浓度: 0.85-1.05%
渗后不能直接淬火
适合小件和单件
3真空渗碳 比气体渗碳节约时间2/3. 4.渗碳后热处理 预冷直接淬火
缓冷一次淬火
缓冷二次淬火
二.钢的渗氮
目的:提高硬度\耐磨性\疲劳性能\抗咬合性 渗氮用钢38CrMoAl 渗氮方法:气体\离子
四、过冷奥氏体转变曲线
１、过冷奥氏体等温转变曲线
A建立 金相法 热分析法 膨胀法 B分析 C影响 碳、合金元素、加热温度、保温时间
２、过冷奥氏体连续冷却转变曲线
第四节 钢的退火与正火
一、退火 （炉冷）
１、完全退火
２、球化退火
３、等温退火
４、均匀化退火
５、去应力退火
二、正火
AC3＋３０－５０℃ 空冷
钢的表面热处理
二、耐热钢
抗氧化钢 热强钢
三、耐热钢
铸铁
概述：
铸铁是含碳量大于2.11％的铁碳合金。 根据铸铁中石墨形态的不同，铸铁又可分为 1、灰口铸铁 石墨以片状存在于铸铁中； 2、可锻铸铁 石墨以团絮状存在于铸铁中； 3、球墨铸铁 石墨以球状存在于铸铁中； 4、蠕墨铸铁 石墨以蠕虫状存在于铸铁中；
合金钢
合金钢定义：
合金钢就是在碳钢的基础上，改善钢的性能， 在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的 钢。
合金元素在钢中的主要作用
一、强化铁素体 二、形成合金碳化物
细化晶粒 提高钢的淬透性 提高钢的回火稳定性
合金钢的分类和牌号
一、合金钢的分类： 合金钢的分类常用下面的两种分类。 提用途分类：合金结构钢； 合金工具钢； 特殊性能钢。 按合金元素总含量分类： 低合金钢：＜5% 中合金钢：5%10% 高合金钢：＞10%
一、灰口铸铁的牌号及用途
灰口铸铁的牌号由“灰铁”汉语拼音字母字头“HT” 及后面的一组数字组成，数字表示最低抗拉强度。
如：HT200： 用于制造承受较大负荷的零件，如机床的床身、立柱、
汽车缸体、缸盖、轮毂、联轴器等。
二、灰口铸铁的热处理
去应力退火 表面淬火 消除铸件白口，降低硬度的退火
可锻铸铁、球墨铸铁的牌号及用途 可锻铸铁的牌号及用途 可锻铸铁俗称为玛铁、马钢。
可锻铸铁牌号由三个字母及两组数字组成。前两个字母 “KT”
是“可铁”两字的汉语拼音的第一个字母，第三个字母代 表可锻铸铁的类别。后面两组数字分别代表最低抗拉强度 和伸长率的数值。
例如：KTH300－06： 表示黑心可锻铸铁，其最低抗拉强度为300MPA，最低伸
钢的表面热处理ppt课件
感应加热外表淬火原理
• 感应线圈中通以交流电时，即在 其内部和周围产生一与电流一样 频率的交变磁场。假设把工件置 于磁场中，那么在工件内部产生 感应电流，并由于电阻的作用而 被加热。由于交流电的集肤效应， 接近工件外表的电流密度大，而 中心几乎为零。工件外表温度快 速升高到相变点以上，而心部温 度仍在相变点以下。感应加热后， 采用水、乳化液或聚乙烯醇水溶 液放射淬火，淬火后进展180200℃低温回火，以降低淬火应 力，并坚持高硬度和高耐磨性。
化学热处置是将钢件置于一定温度 的活性介质中保温，使一种或几种 元素渗入它的外表，改动其化学成 分和组织，到达改良外表性能，满 足技术要求的热处置过程。
让我们首先学习 一下外表热处置 吧。。。。。。
外表淬火
• 按照实现方式，外表淬火可分为：
•
表淬火
•
感应加热外表淬火
电流频率与淬硬深度的关系
• 在淬火温度形状下， 电流透入的深度与感 应电流的频率有关， 如下式所示：
• •
感应加热外表淬火分类
名称 高频感应加热 中频感应加热 工频感应加热
频率（HZ） 100~1000K 500~10000
50
淬硬深度 （mm)
适用零件
0.2~2 2~8 10~15 以上
中小型，如小模数 齿轮，直径较小的
圆柱型零件
中大型，如直径较 大的轴，大中等模
数的齿轮
大型零件，如直径 大于300mm 的轧
辊及轴类零件
感应加热外表淬火运用范围
• 普通用于中碳钢和中碳低合金钢,如45、 40Cr、40MnB钢等。用于齿轮、轴类零 件的外表硬化，提高耐磨性。
• 为零件心部的性能，感应加热淬火的预 备热处置常采用正火或调质。
钢的表面热处理方式
热处理是一种改善钢的机械性能的工艺方法，钢的五种表面热处理包括：淬火、退火、正火、回火、调质。
下面就浅谈下五种表面热处理的简介及其目的。
1、淬火Quenched钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。
通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。
也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
2、退火Annealing退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。
目的是降低硬度，改善切削加工性；降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
准确的说，退火是一种对材料的热处理工艺，包括金属材料、非金属材料。
而且新材料的退火目的也与传统金属退火存在异同。
退火工艺目的包括：(1) 降低硬度，改善切削加工性.(2)降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；(3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
(4)均匀材料组织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备。
在生产中，退火工艺应用很广泛。
根据工件要求退火的目的不同，退火的工艺规范有多种，常用的有完全退火、球化退火、和去应力退火等。
3、正火Normalizing正火是—种改善钢材韧性的热处理。
将钢构件加热到Ac3温度以上30〜50℃后，保温一段时间出炉空冷。
主要特点是冷却速度快于退火而低于淬火，正火时可在稍快的冷却中使钢材的结晶晶粒细化，不但可得到满意的强度，而且可以明显提高韧性(AKV值），降低构件的开裂倾向。
(完整版)10讲钢的表面热处理与化学热处理
《机械制造技术基础》教案教学内容：钢的表面热处理与化学热处理教学方式：结合实际，由浅如深讲解教学目的：1．掌握钢的表面热处理的目的和方法；2．掌握钢的化学热处理方法及其应用；3．了解钢的热处理的新技术。
重点、难点：钢的表面热处理方法与目的钢的化学热处理方法及应用教学过程：6.5 钢的表面热处理与化学热处理一些在弯曲、扭转、冲击载荷、磨擦条件区工作的齿轮等机器零件，它们要求具有表面硬、耐磨，而心部韧，能抗冲击的特性，仅从选材方面去考虑是很难达到此要求的。
如用高碳钢，虽然硬度高，但心部韧性不足，若用低碳钢，虽然心部韧性好，但表面硬度低，不耐磨，所以工业上广泛采用表面热处理来满足上述要求。
6.5.1 钢的表面淬火仅对工件表层进行淬火的工艺，称为表面淬火。
它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。
表面淬火一般适用于中碳钢（W C=0.4～0.5%）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如T8、9Mn2V、GCr15等）。
以及球墨铸铁等。
目前应用最多的是感应加热和火焰加热表面淬火。
1、感应加热表面淬火它是工件中引入一定频率的感应电流（涡流），使工件表面层快速加热到淬火温度后立即喷水冷却的方法。
（1）工作原理如图6-14所示，在一个线圈中通过一定频率的交流电时，在它周围便产生交变磁场。
若把工件放入线圈中，工件中就会产生与线圈频率相同而方向相反的感应电流。
这种感应电流在工件中的分布是不均匀的，主要集中在表面层，愈靠近表面，电流密度愈大；频率愈高，电流集中的表面层愈薄。
这种现象称为“集肤效应”，它是感应电流能使工件表面层加热的基本依据。
（2）感应加热的分类根据电流频率的不同，感应加热可分为：高频感应加热（50～300kHz），适用于中小型零件，如小模数齿轮；中频感应加热（2.5～10kHz），适用于大中型零件，如直径较大的轴和大中型模数的齿轮；工频感应加热（50Hz），适用于大型零件，如直径大于300mm的轧辊及轴类零件等。
3.5 钢的表面热处理
3.7钢的表面热处理许多机器零件，如齿轮、凸轮、曲轴等是在弯曲、扭转载荷下工作，同时受到强烈的摩擦、磨损和冲击。
这时应力沿工件断面的分布是不均匀的，越靠近表面应力越大，越靠近心部应力越小。
这种工件只需要一定厚度的表层得到强化，表层硬而耐磨，心部仍可保留高韧性状态。
要同时满足这些要求，仅仅依靠选材是比较困难的，用普通的热处理也无法实现。
这时可通过表面热处理的手段来满足工件的使用要求。
仅对钢的表面快速加热、冷却，把表层淬成马氏体，心部组织不变的热处理工艺称为表面热处理。
按照加热方式，较常用的表面热处理方法有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和电接触加热表面淬火等。
钢的加热速度对奥氏体化及冷却过程中相变的影响？表面淬火后钢的组织1.表面淬火的金相组织钢经表面淬火后的金相组织与钢的化学成分、淬火前的原始组织及淬火加热时沿截面温度分布有关。
因快速加热时奥氏体是在一个温度区间形成的，其界限相当于沿截面温度曲线的奥氏体开始形成温度Ac1s。
钢的表面淬火组织通常采用实际样品纵截和奥氏体形成终了温度Ac1f面金相观察进行分析。
（1）对于退火状态的共析钢，表面淬火后金相组织分为三个区域，自表面至心部组织分别为马氏体区（M）（包括残余奥氏体），马氏体加珠光体区（M+P），珠光体区（P）。
（分析，实际用金相显微镜观察的组织变化？）图3-92 共析钢表面淬火沿截面温度分布及淬火后金相组织1. 表面淬火的金相组织（2）若表面淬火前原始组织为正火45钢，假设只要加热温度高于临界点，凡是奥氏体区域均能淬成马氏体（实际可能还有残余奥氏体、贝氏体等），则自表面至心部组织为：表面马氏体区（M ）， 马氏体+铁素体（M+F ）（温度区间在Ac 3～Ac 1f 之间），马氏体+铁 素体+珠光体区（M+F+P ）（温度在Ac 1f ～Ac 1s 之间），珠光体+铁素 体（P+F ）（加热温度小于Ac 1s ，也即样品心部未奥氏体化组织）。
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2013年“教学质量月优秀教案评选”参评教案
教学过程教学内容附记
一、组织教学
（2分钟）1、点名，稳定学生情绪。
2、分成四个学习小组。
二、复习提问
（7分钟）常用的回火方法有哪几种？并分别指出其获得的组织、性能及适用范围。
参考答案：
1、低温回火（150℃~250℃）：回火马氏体，具有较高的硬度、耐磨性和
一定韧性，主要用于刀具、冷作模具、轴承零件及其它要求硬而耐磨的
零件等。
2、中温回火（350℃~500℃）：回火屈氏体，具有高的弹性极限、屈服强
度和适当的韧性，主要用于弹性零件及热作模具等。
3、高温回火（500℃~650℃）：回火索氏体，具有良好的综合力学性能，
强度、硬度、塑性和韧性具有良好的配合，广泛应用于连杆、曲轴、齿
轮等承受交变载荷或冲击载荷的重要零件等。
巩固旧知
识，承接新
知识，加强
知识的连贯
性。
三、任务提出
（6分钟）
右图为活塞销的实物图。
活塞销通常在冲击载荷、交变
载荷和强烈摩擦条件下工作，活塞
销选用20钢制造。
试根据其化学
成分和使用性能要求，选择正确的
热处理方法。
鼓励学生结
合生活实
际，积极思
考，踊跃回
答。
四、任务分析
（5分钟）
活塞销在工作时，同时受到冲击载荷、交变载荷和表面摩擦作用，
因此要求工件心部具有足够的塑性、韧性和一定的强度，表面具有高硬
度和高耐磨性，即所谓的“外硬内韧”。
前面所学的常规热处理方法无法
满足上述性能，需要采用一种新的热处理方法——表面热处理。
提问：常规
的热处理方
法有哪些？
教学过程教学内容附记
五、相关知识（40分钟）
表面热处理是一种对工件表面进行硬化的热处理方法，根据硬化机
制不同，表面热处理可分为表面淬火和化学热处理两大类。
（一）表面淬火
1、定义：对工件表层进行淬火的工艺。
2、适用范围：中碳钢和中碳合金钢。
3、分类：
（1）火焰加热表面淬火
特点：用氧—乙炔火焰对零件表
面进行加热，随之快速冷却的工艺。
加热温度及淬硬层不易控
制，质量不稳定。
应用：适用于单件或小批量生产。
（2）感应加热表面淬火
特点：利用感应电流通过工件所
产生的热效应，使工件表
面局部加热，然后快速冷却的工艺。
加热速度快，淬硬层深度易于控制，淬火质量高。
应用：适用于大批量生产。
（二）化学热处理
1、定义：将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元
素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
化学热处理不仅改变了钢的组织，而且其表层的化学成分也发生
了改变，因而更能有效地改善零件表层的组织。
2、化学热处理的过程：
化学热处理是通过以下三个基本过程来完成：
（1）分解介质在一定温度下发生化学分解，产生活性原子。
（2）吸收活性原子被工件表面吸收。
（3）扩散渗入工件表层的活性原子，由表层向中心扩散。
提问：为什
么低碳钢不
能进行表面
淬火？
提示学生注
意：热处理
工艺中，只
有化学热处
理不仅改变
了组织，还
改变了化学
成分。