第五章钢的热处理及表面处理技术PPT课件
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钢的热处理——加热和冷却的组织变化课件
淬火工艺与应用
总结词
淬火是一种通过快速冷却来提高金属硬度和耐磨性的 热处理工艺。
详细描述
淬火是将加热到奥氏体化温度的金属迅速冷却至室温的 过程。淬火的目的是使金属保持其奥氏体状态，从而提 高其硬度和耐磨性。淬火过程中，金属内部的原子或分 子的运动速度非常快，导致原子之间的平均距离变小， 从而使金属的晶格结构变得更加紧密和稳定。淬火工艺 广泛应用于各种工具钢、结构钢、不锈钢等金属材料。 通过选择不同的淬火介质和冷却方式，可以获得不同硬 度和组织结构的金属材料。
加热到一定温度并保温一段时间，以消除内应力并稳定组织。
不锈钢的热处理案例
总结词
不锈钢是一种具有优良耐腐蚀性能的钢材，其组织稳 定性较高。通过适当的热处理，可以进一步提高不锈 钢的性能。
详细描述
不锈钢在加热时，奥氏体晶粒会逐渐长大并发生相变。 为了获得最佳的耐腐蚀性能和组织稳定性，通常采用固 溶处理，即将钢材加热到奥氏体状态并保温一段时间， 使碳化物充分溶解到奥氏体中，然后快速冷却，使碳化 物来不及析出。此外，为了提高不锈钢的硬度、耐磨性 和韧性，可以采用时效处理，即将钢材加热到一定温度 并保温一段时间，使金属间化合物得以析出并均匀分布。
总结词
退火是热处理的一种基本工艺，主要用于消除金属材 料的内应力、降低硬度并改善切削加工性能。
详细描述
退火是将金属加热到适当温度，保持一段时间，然后缓 慢冷却的过程。其主要目的是改变金属的晶格结构，使 其变得更加均匀和稳定。退火可以细化金属的晶粒，提 高其塑性和韧性，从而改善金属的机械性能。在退火过 程中，金属内部的原子或分子的运动速度会增加，导致 原子之间的平均距离变大，从而使金属的晶格结构变得 更加稳定。退火工艺广泛应用于各种金属材料，如钢铁、 铝合金、铜合金等。
第五章 钢的热处理
等温退火
加热温度：Ac1以上10-20度，或Ac3以上30-50度 组织：P 目的： ①与完全退火、球化退火相同 ②更均匀的组织和硬度 ③显著缩短生产周期 应用范围：高碳钢，合金工具钢，高合金钢。
球化退火（不完全退火）
加热温度：Ac1以上20-40度 应用范围：过共析钢，共析钢 组织：球状P（F+球状FeC3） 目的： ①使FeC3球化→HRC↓，韧性↑→切削性↑ ②为淬火作准备
钢加热到930℃±10℃、保温8小时、冷却后测得的晶 粒度 表示钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向 本质细晶粒钢
本质粗晶粒钢
本质细晶粒钢M和本质粗晶粒钢K晶粒长大示意图
图5-5
第二节 钢的冷却转变
一、过冷奥氏体 二、在冷却转变时，相变温度对转变速度的 影响 三、过冷奥氏体等温转变曲线 四、过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性 能 五、过冷奥氏体连续冷却转变曲线
三、过冷奥氏体等温转变曲线
温 度 ℃ 700 600 550 500 400 300 200 100
2 3 4 5 6
Ar
Ms
1
10 10 10
10
10 10
时间（s）
图5-8
共析碳钢过冷A等温曲线的建立
图5-9
四、过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性能
珠光体转变 贝氏体转变
马氏体的组织与形态
一、奥氏体化前的组织
我们只考虑比较简单的情况即奥氏体化前的 组织为平衡组织的情况。 对于亚共析钢 → F+P 共析钢 → P 过共析钢 → Fe3CⅡ+P
二、奥氏体的形成温度与Fe- Fe3C状态图的关系
对于加热：非平衡条件下的相变温度高于平衡条 件下的相变温度； 对于冷却：非平衡条件下的相变温度低于平衡条件 下的相变温度。 这个温差叫滞后度。加热转变 → 过热度， 冷却转变 → 过冷度，且加热与冷却速度越大，温 度提高与下降的幅度就越大，导致热度与过冷度越 大。此外，过热度与过冷度的增大会导致相变驱动 力的增大，从而使相变容易发生。
第5章 模具钢料的热处理-模具表面处理技术
第二节模具表面处理工艺概述模具是现代工业之母。
随着社会经济的发展，特别是汽车、家电工业、航空航天、食品医疗等产业的迅猛发展，对模具工业提出了更高的要求。
如何提高模具的质量、使用寿命和降低生产成本，成为各模具厂及注塑厂当前迫切需要解决的问题。
模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。
这些表面性能指：耐磨损性能、耐腐蚀性能、摩擦系数、疲劳性能等。
这些性能的改善，单纯依赖基体材料的改进和提高是非常有限的，也是不经济的，而通过表面处理技术，往往可以收到事半功倍的效果；模具的表面处理技术，是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。
从表面处理的方式上，又可分为：化学方法、物理方法、物理化学方法和机械方法。
在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化膜沉积。
◆提高模具的表面的硬度、耐磨性、摩擦性、脱模性、隔热性、耐腐蚀性；◆提高表面的高温抗氧化性；◆提高型腔表面抗擦伤能力、脱模能力、抗咬合等特殊性能；减少冷却液的使用；◆提高模具质量，数倍、几十倍地提高模具使用寿命。
减少停机时间；◆大幅度降低生产成本与采购成本，提高生产效率和充分发挥模具材料的潜能。
◆减少润滑剂的使用；◆涂层磨损后，还退掉涂层后，再抛光模具表面，可重新涂层。
在模具上使用的表面技术方法多达几十种，从表面处理的方式上，主要可以归纳为物理表面处理法、化学表面处理法和表面覆层处理法。
模具表面强化处理工艺主要有气体氮化法、离子氮化法、点火花表面强化法、渗硼、TD法、CVD化学气相淀积、PVD物理气相沉积、PACVD离子加强化学气相沉积、CVA铝化化学气相沉积、激光表面强化法、离子注入法、等离子喷涂法等等。
下面综述模具表面处理中常用的表面处理技术：一、物理表面处理法：表面淬火是表面热处理中最常用方法，是强化材料表面的重要手段，分高频加热表面淬火、火焰加热表面淬火、激光表面淬火。
钢的热处理及金属的表面处理PPT共57页
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话1、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
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钢的热处理和表面处理(共30张PPT)
渗碳气氛 木炭+碳酸钠
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
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ppt课件
• 碳素工具钢、渗碳钢、轴承钢、高速工具钢、铸铁、硬质合 金等材料均可进行气相沉积。
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19
（2）物理气相沉积（PVD）
• 通过蒸发或辉光放电、弧光放电、溅射等物理方法提供原 子、离子，使之在工件表面沉积形成薄膜的工艺。
• 方法：蒸镀、溅射沉积、磁控溅射、离子束沉积等。
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20
• 渗氮前零件须经调质处理，获得回火索氏体组织，以提高 心部的性能。渗氮后不需再热处理。
• 渗氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交变载荷 以及要求耐热、耐蚀、耐磨的零件的重要零件。
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15
（3）碳氮共渗技术
• 两种方法：一种是以渗碳为主碳氮共渗，另一种是以渗氮为 主的软氮化。
1）以渗碳为主的碳氮共渗 • 目的：提高工件表面的硬度和耐磨性。 • 碳氮共渗后要进行淬火、低温回火。共渗层表面组织为回火
马氏体、粒状碳氮化合物。渗层深度0.3～0.8 mm。
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16
碳氮共渗用钢：低碳或中碳钢、低合金钢及合金钢。
• 特点：具有温度低、时间短、变形小、硬度高、耐磨性好 、生产率高等优点。用于机床和汽车上的各种齿轮、蜗轮 、蜗杆和轴类等零件。
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17
（4）渗铝、渗铬、渗硼化学热处理
热处理工艺的应用
热处理技术条件是指对零件采用的热处理方法以及所应达到的
性能要求的技术性的文件。具体应根据零件性能要求，在零件 图样上标出，内容包括最终热处理方法（如调质、淬火、回火、 渗碳等）以及应达到的力学性能判据等，作为热处理生产及检 验时的依据。力学性能通常只标出硬度值，且有一定误差范围， 如弹簧淬火回火硬度45～50HRC。
• 不仅改变了钢表面的组织，而且表面层的化学成分也发生 了变化，因而能更有效地改变零件表层的性能。
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19
（2）物理气相沉积（PVD）
• 通过蒸发或辉光放电、弧光放电、溅射等物理方法提供原 子、离子，使之在工件表面沉积形成薄膜的工艺。
• 方法：蒸镀、溅射沉积、磁控溅射、离子束沉积等。
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20
• 渗氮前零件须经调质处理，获得回火索氏体组织，以提高 心部的性能。渗氮后不需再热处理。
• 渗氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交变载荷 以及要求耐热、耐蚀、耐磨的零件的重要零件。
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15
（3）碳氮共渗技术
• 两种方法：一种是以渗碳为主碳氮共渗，另一种是以渗氮为 主的软氮化。
1）以渗碳为主的碳氮共渗 • 目的：提高工件表面的硬度和耐磨性。 • 碳氮共渗后要进行淬火、低温回火。共渗层表面组织为回火
马氏体、粒状碳氮化合物。渗层深度0.3～0.8 mm。
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16
碳氮共渗用钢：低碳或中碳钢、低合金钢及合金钢。
• 特点：具有温度低、时间短、变形小、硬度高、耐磨性好 、生产率高等优点。用于机床和汽车上的各种齿轮、蜗轮 、蜗杆和轴类等零件。
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17
（4）渗铝、渗铬、渗硼化学热处理
热处理工艺的应用
热处理技术条件是指对零件采用的热处理方法以及所应达到的
性能要求的技术性的文件。具体应根据零件性能要求，在零件 图样上标出，内容包括最终热处理方法（如调质、淬火、回火、 渗碳等）以及应达到的力学性能判据等，作为热处理生产及检 验时的依据。力学性能通常只标出硬度值，且有一定误差范围， 如弹簧淬火回火硬度45～50HRC。
• 不仅改变了钢表面的组织，而且表面层的化学成分也发生 了变化，因而能更有效地改变零件表层的性能。
钢的热处理及工艺课件(PPT44张)
1、奥氏体的形成过程
一、钢的临界温度 在缓慢加热和冷却 时，其固态转变 的临界温度是由 相图决定。 二、加热时组织转 变 是从室温组织转变 为A组织的过程， 故也称为奥氏体 化（A化）。 P （详述） A化一般包括四个连 续转变过程： F
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E
A AC3 A3 Ar3 Acm Arcm
ACcm
S
Ar1
(Hull–Mehl mechanism for pearlite initiation)
Formation of a binodule. Note that the formation of a in γ 2 (b) can catalyze the formation of u in both γ 1 and γ 2 (c). Light micrograph of a series of uninodules (A) and binodules (B) in a partially transformed eutectoid steel. Note that pearlite initiation is almost exclusively at the grain boundaries. In addition, complete coverage of the boundaries has led to site saturation. The approximate positions of the grain boundaries are delineated by the heavy lines. (Computer enhanced image, from an original in Mehl )
钢在冷却时的组织转变返回
钢经加热获得A组织，其最终性能是由随后的冷却所得到的组织来决定，因 此控制A在冷却时的转变过程是获得所需性能的关键。深入研究A在冷却时的 转变规律则需掌握A冷却方式、过冷A等温转变曲线、过冷A连续冷却转变曲 线等内容。(补充等温转变曲线的建立）
钢的热处理表面热处理【共48张PPT】
2)目的: 获得具有表硬里韧性能的零件。
3)用钢:
低碳钢和低碳合金钢。
4)方法: 固体、气体、液体渗碳。
程晓宇
固体渗碳法示意图
—程晓宇
气体渗碳法示意图
程晓宇
5)工艺: 加热温度为900～950℃; 渗碳时间一般为3～9小时;
二) 性质:是一种不改变钢表层分,但改变 表层组织的局部热处理工艺。
工程材料与热加工基础—程晓宇
五)表面淬火用钢:
选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。
六)表面淬火加工的方法: 感应加热( 高、中、工频 )、火 焰加热、电接触加热法等。
第三章钢的热处理表面热处理
工程材料与热加工基础程晓宇
一) 定义:指将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却，使工件表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持未淬火状态组织的热处理工艺
三) 工艺特征:通过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马氏体组织,而心部仍保持不变。四) 工艺要求:淬火前—工件应正火或调质 淬火后—应低温回火 目的
M回+Fe3C+A残
低碳钢
9)常用的钢种: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。
工程材料与热加工基础—程晓宇
2.钢的渗氮 ( Nitridation of steel )
1)定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。
2)目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能 的零件。
工程材料与热加工基础—
越王勾践剑
春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。 长厘米， 剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。
工程材料与热加工基础程晓宇
渗碳与渗氮的工艺特点
工程材料与热加工基础—
3)用钢:
低碳钢和低碳合金钢。
4)方法: 固体、气体、液体渗碳。
程晓宇
固体渗碳法示意图
—程晓宇
气体渗碳法示意图
程晓宇
5)工艺: 加热温度为900～950℃; 渗碳时间一般为3～9小时;
二) 性质:是一种不改变钢表层分,但改变 表层组织的局部热处理工艺。
工程材料与热加工基础—程晓宇
五)表面淬火用钢:
选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。
六)表面淬火加工的方法: 感应加热( 高、中、工频 )、火 焰加热、电接触加热法等。
第三章钢的热处理表面热处理
工程材料与热加工基础程晓宇
一) 定义:指将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却，使工件表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持未淬火状态组织的热处理工艺
三) 工艺特征:通过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马氏体组织,而心部仍保持不变。四) 工艺要求:淬火前—工件应正火或调质 淬火后—应低温回火 目的
M回+Fe3C+A残
低碳钢
9)常用的钢种: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。
工程材料与热加工基础—程晓宇
2.钢的渗氮 ( Nitridation of steel )
1)定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。
2)目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能 的零件。
工程材料与热加工基础—
越王勾践剑
春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。 长厘米， 剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。
工程材料与热加工基础程晓宇
渗碳与渗氮的工艺特点
工程材料与热加工基础—
钢的热处理及表面处理
1、珠光体组织形态及性能
（2）珠光体的转变过程
图1-12 珠光体转变过程示意图
典型的扩散相变： 1）碳原子和铁原子迁移； 2）晶格重构。
1、珠光体组织形态及性能
（3）珠光体的性能
共析钢在不同冷却速度下所得层片间距、组织形态与性能关系
冷却速度 ℃/min
≈1 ≈60 ≈600
层片间距 μm
≈0.6-0.7 ≈0.35-0.5 ≈0.25-0.3
P（F+Fe3C）
A
1）奥氏体晶核的形成； A晶核通常在珠光体中F和Fe3C相 界处产生；2）奥氏体晶核长大；3）残余渗碳体的溶解； 4）奥氏体的均匀化
二、钢在加热时的组织转变
1、奥氏体的形成
➢ 亚共析钢——加热 到Ac3以上；
➢ 过共析钢——理论 上应加热到Accm 以上，但实际上低 于Accm。因为加 热到Accm以上， 渗碳体会全部溶解， 奥氏体晶粒也会迅 速长大，组织粗化， 图1-8加热和冷却时相图上临界点位置 脆性增加。
F（过饱和）+ ε碳化物 光学金相形貌为竹叶状
3、贝氏体组织形态和性能
➢ 1）550~350℃——上贝氏体B上——羽毛状 ➢ —— 40~45HRC——脆性较大——基本上无实用
2、马氏体的组织形态和性能
（2）马氏体的组织形态
图1-15 针状马氏体组织
2、马氏体的组织形态和性能 （3）马氏体的性能 ➢ 主要特点：高硬度高强度——马氏体强化的
主要原因是过饱和碳原子引起的晶格畸变， 即固溶强化。
➢ 板条状马氏体塑性韧性较好；高碳片状马氏 体的塑性韧性都较差。
➢ 在保证足够的强度和硬度的情况下，尽可能 获得较多的板条状马氏体。
3、贝氏体组织形态和性能
钢的表面热处理ppt课件
• 原理 • 分类 • 运用 • 特点
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。
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。
055钢的热处理55
第五节 钢的表面热处理
一、钢的表面淬火 二、钢的化学热处理
一、钢的表面淬火（1）
表面淬火概念及应用 ➢ 快速加热使钢的表面奥氏体化后淬火冷却，
获得表层硬而耐磨的M组织，心部仍保持 原来的组织。 ➢ 应用：中碳钢和中碳低合金钢
表面淬火特点
a. 加热速度快 (几秒——几十秒) b. 加热时实际晶粒细小，淬火得到极细马氏 体，硬度↑，脆性↓ c. 残余压应力↑提高寿命 d. 不易氧化、脱碳、变形小 e. 工艺易控制，设备成本高
碳为主的化学热处理工艺。
中温气体碳氮共渗 低温气体碳氮共渗（气体软氮化）
扩充知识：
真空蒸镀氮化钛 保护气氛和真空热处理
钢的气体渗碳
图5-29 气体渗碳炉
钢的固体渗碳
泥封
盖
渗碳箱
试棒
零件 渗碳剂
图5-30 钢的固体渗碳炉
二、钢的化学热处理 （2）
钢的渗氮（气体氮化） 在一定温度(一般在AC1以下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处
理工艺 目的：
提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度 钢的碳氮共渗 在一定温度下同时将碳、氮原子渗入工件表层的奥氏体中,并以渗
一、钢的表面淬火（2） 表面淬火方法
1. 感应加热表面淬火 （１） 2. 火焰加热表面淬火 3. 接触电阻加热表面淬火
4. 电解液加热表面淬火
5. 激光加热表面淬火
（２）
感应加热表面淬火
感
应
加
热
表
面
淬Hale Waihona Puke 火示意集肤效应示意图
图
图5-28 感应加热表面淬火示意图
火焰加热表面淬火
激光表面处理示例
船用阻尼套激光强化
电接触加热表面淬火
一、钢的表面淬火 二、钢的化学热处理
一、钢的表面淬火（1）
表面淬火概念及应用 ➢ 快速加热使钢的表面奥氏体化后淬火冷却，
获得表层硬而耐磨的M组织，心部仍保持 原来的组织。 ➢ 应用：中碳钢和中碳低合金钢
表面淬火特点
a. 加热速度快 (几秒——几十秒) b. 加热时实际晶粒细小，淬火得到极细马氏 体，硬度↑，脆性↓ c. 残余压应力↑提高寿命 d. 不易氧化、脱碳、变形小 e. 工艺易控制，设备成本高
碳为主的化学热处理工艺。
中温气体碳氮共渗 低温气体碳氮共渗（气体软氮化）
扩充知识：
真空蒸镀氮化钛 保护气氛和真空热处理
钢的气体渗碳
图5-29 气体渗碳炉
钢的固体渗碳
泥封
盖
渗碳箱
试棒
零件 渗碳剂
图5-30 钢的固体渗碳炉
二、钢的化学热处理 （2）
钢的渗氮（气体氮化） 在一定温度(一般在AC1以下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处
理工艺 目的：
提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度 钢的碳氮共渗 在一定温度下同时将碳、氮原子渗入工件表层的奥氏体中,并以渗
一、钢的表面淬火（2） 表面淬火方法
1. 感应加热表面淬火 （１） 2. 火焰加热表面淬火 3. 接触电阻加热表面淬火
4. 电解液加热表面淬火
5. 激光加热表面淬火
（２）
感应加热表面淬火
感
应
加
热
表
面
淬Hale Waihona Puke 火示意集肤效应示意图
图
图5-28 感应加热表面淬火示意图
火焰加热表面淬火
激光表面处理示例
船用阻尼套激光强化
电接触加热表面淬火
钢的热处理工艺PPT培训课件
钢的热处理工艺培训课件
目录
• 钢的热处理工艺简介 • 钢的热处理工艺原理 • 钢的热处理工艺流程 • 钢的热处理工艺应用 • 钢的热处理工艺发展趋势 • 钢的热处理工艺安全与防护
01
钢的热处理工艺简介
热处理工艺的定义
热处理工艺
通过对金属材料进行加热、保温和冷 却，改变其内部组织结构，以达到改 善材料性能的一种工艺方法。
保持工作场所整洁
保持工作场所整洁，避免杂物 堆放，确保通道畅通，防止人
员跌倒或绊倒。
热处理工艺的劳动保护措施
佩戴防护用品 定期检查身体 合理安排工作时间 提供安全培训
在进行热处理操作时，应佩戴合适的防护用品，如手套、防护 眼镜、口罩等，以防止烫伤、烟尘和有害气体对人体的伤害。
长期从事热处理工作的人员应定期进行身体检查，确保身体健 康。
防腐与装饰用钢
在建筑行业中，钢材需要进行防腐和装饰处理， 热处理工艺可以提高其耐腐蚀性和美观度。
05
钢的热处理工艺发展趋 势
新型热处理工艺的发展
真空热处理
真空环境下进行热处理，能够减少氧化和脱碳， 提高表面质量。
激光热处理
利用高能激光束对材料表面进行快速加热和冷却， 实现高精度、高效率的热处理。
去除钢材表面的污垢、锈 迹和其他杂质，确保热处 理前的表面质量。
矫直
通过机械或火焰矫直方法， 消除钢材的弯曲和扭曲， 保证热处理过程的均匀性。
切割和备料
根据热处理需求，将钢材 切割成适当的大小和形状， 确保热处理操作的有效进 行。
热处理工艺流程
加热
将钢材加热到预定的温度，通常 使用燃气、电或盐浴等加热方式。
远程监控
03
通过网络技术对热处理设备进行远程监控和管理，方便对设备
目录
• 钢的热处理工艺简介 • 钢的热处理工艺原理 • 钢的热处理工艺流程 • 钢的热处理工艺应用 • 钢的热处理工艺发展趋势 • 钢的热处理工艺安全与防护
01
钢的热处理工艺简介
热处理工艺的定义
热处理工艺
通过对金属材料进行加热、保温和冷 却，改变其内部组织结构，以达到改 善材料性能的一种工艺方法。
保持工作场所整洁
保持工作场所整洁，避免杂物 堆放，确保通道畅通，防止人
员跌倒或绊倒。
热处理工艺的劳动保护措施
佩戴防护用品 定期检查身体 合理安排工作时间 提供安全培训
在进行热处理操作时，应佩戴合适的防护用品，如手套、防护 眼镜、口罩等，以防止烫伤、烟尘和有害气体对人体的伤害。
长期从事热处理工作的人员应定期进行身体检查，确保身体健 康。
防腐与装饰用钢
在建筑行业中，钢材需要进行防腐和装饰处理， 热处理工艺可以提高其耐腐蚀性和美观度。
05
钢的热处理工艺发展趋 势
新型热处理工艺的发展
真空热处理
真空环境下进行热处理，能够减少氧化和脱碳， 提高表面质量。
激光热处理
利用高能激光束对材料表面进行快速加热和冷却， 实现高精度、高效率的热处理。
去除钢材表面的污垢、锈 迹和其他杂质，确保热处 理前的表面质量。
矫直
通过机械或火焰矫直方法， 消除钢材的弯曲和扭曲， 保证热处理过程的均匀性。
切割和备料
根据热处理需求，将钢材 切割成适当的大小和形状， 确保热处理操作的有效进 行。
热处理工艺流程
加热
将钢材加热到预定的温度，通常 使用燃气、电或盐浴等加热方式。
远程监控
03
通过网络技术对热处理设备进行远程监控和管理，方便对设备
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马氏体 (Ｍ)：C在α－Fe中的过饱和固溶体。
转变特点 马氏体的组织类型 马氏体性能
27.09.2020
23
• 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。
1.奥氏体的晶粒度
1）起始晶粒度
2）实际晶粒度
3）本质晶粒度
2.影响奥氏体晶粒度的因素 (1)加热温度和保温时间↑ → 晶粒尺寸↑ (2) C% ↑ → 晶粒尺寸↑ 合 金碳化物↑→ 晶粒尺寸↓
27.09.2020
9
1.奥氏体晶粒度: 1)起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶
粒大小。
2)实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒 的大小。
27.09.2020
2
第一节 概述
改善钢材性能的主要办法: • 1.合金化 • 2.钢的热处理
热处理分类： 退火
普通热处理 正火 淬火
表面热处理
表面淬火
火焰加热 感应加热
化学热处理
渗C 渗N C、N共渗
回火
27.09.2020
3
例：T8 ,在780℃保温，一个水冷62HRC,另一个炉 冷200HB≈15HRC。水冷马氏体，炉冷珠光体。
• 冷处理：P42
27.09.2020
24
1)无扩散 Fe 和 C 原子都不进行扩散，M是C过饱 和的体心立方的F体，固溶强化显著。
27.09.2020
25
2)降温形成 M 的形成速度很快，只有温度↓ 才发生转变
27.09.2020
26
0 Mf
-100 27.09.02020
M
1
10
10 2 10 3 10 4 10 5 时 15
4.过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 1）珠光体转变
扩散型转变：铁、碳原子扩散、晶格重组 高温转变：A1～550℃
珠光体：A1～650℃
转
变
索氏体： 650～600℃
产
物
27.09.2020 托氏体： 600～550℃
27.09.2020
钢的相图
6
Ac3 Ar3
27.09.2020
Accm Arcm
Ac1
Ar1
7
二、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）
1.奥氏体形核
2.奥氏体长大 3.残余渗碳体的溶解 4.2奥7.09.氏2020 体成分的均匀化
亚共析钢奥氏体化过程 过共析钢奥氏体化过程
8
三、奥氏体晶粒的长大及影响因素
16
27.09.2020
17
P 型组织 —— F + 层片状 Fe3C
层片间距：P > S > T
珠光体 P ，3800×
索氏体 S 8000×
27.09.2020
托氏体 18
T
8000×
• 表1 过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能
组织名称
表示符 号
形成温度范 围/℃
硬度
片间距 能分辨片层 /nm 的放大倍数
27.09.2020
工程材料CAI
13
27.09.2020
14
T/ ℃ 800
A A1 700
600
过 A→ T
500 冷
Hale Waihona Puke 400 AP 5~25HRC
S T
25~35HRC 35~40HRC
B上
40~50HRC
300 Ms
200
A→ B下
B 下 50~60HRC
100
A→ M
M+AR
60~65HRC
上贝氏体： 550 ～ 350℃，呈羽毛状
下贝氏体： 350 ℃～Ｍｓ点，呈针状
27.09.2020
20
上贝氏体的形成过程
上贝氏体中的Fe3C分布于铁素体条之间，分割了基体 的连续性，易脆断，故上贝氏体的强度和韧性较低
45钢，B上+B下，×400 光学显微照片 1300×电子显微照片 5000×
27.09.2020
珠光体
P
A1～650
＜25HRC
150～ 450
＜ 5 00×
索氏体
S
650～600
25～ 35HRC
80～150 ＞1000×
托氏体
T
600～550
35～ 40HRC
30～80 ＞2000×
•珠光体的片层间距越小，强度、硬度越高，塑性、 韧性越好。
同一成分的钢，组织为片状珠光体时强度、硬度比粒状珠
光体的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，
常用球化退火来得到粒状珠光体组织，降低钢的硬度。
27.09.2020
19
2）贝氏体转变
• 中温转变：550 ℃～Ｍｓ点 • 转变特点：半扩散型，铁原子不扩散，碳原子
有一定的扩散能力 • 转变产物：贝氏体，即Fe3C分布在含过饱和碳
的铁素体上的两相混合物
• 冷却方式 • 一、共析钢过冷奥氏体等温冷却转变 • 二、过冷奥氏体的连续冷却转变
27.09.2020
12
一、共析钢过冷奥氏体等温冷却转变
过冷A体：
在临界温度（727℃）以下，230℃以上存在的A体
1.过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）的建立
2.过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）的分析 3.碳钢C曲线对比 4.过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能
21
贝氏体转变
T8钢，B下，黑色针状 光学显微照片 ×400
F 针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒 电子显微照片 12000×
•
下贝氏体形成温度较低，铁素体针细小、
无方向性，且碳化物分布均匀，弥散度大，故
下贝氏体有良好的强度和韧性配合，是一种有
应用价值的组织
27.09.2020
22
3）马氏体转变
27.09.2020
4
第二节 钢在加热时的组织转变
• 一、转变温度 • 二、奥氏体的形成过程（以共析钢为例） • 三、奥氏体晶粒的长大及影响因素 • 四、加热时常见的缺陷
27.09.2020
5
一、转变温度 滞后现象
原：A1、A3、Acm 加热：Ac1、Ac3、Accm 冷却：Ar1、Ar3、Arcm
3)本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃以下, 随温度升高,晶粒长大的程度。
27.09.2020
10
四、加热时常见的缺陷
• 过热：晶粒粗大，可以消除(完全退火或等温退 火或正火)
• 过烧：晶界局部熔化，无法消除
• 氧化 • 脱碳
盐浴炉 可控气氛保护
真空热处理
27.09.2020
11
第三节 钢在冷却时的组织转变
第五章 钢的热处理及表面处理技术
第一节 概述 第二节 钢在加热时的组织转变 第三节 钢在冷却时的组织转变 第四、五、六节 钢的热处理 第七、八节 钢的表面热处理 概念辨析 课堂讨论: 作业：P162 2、3、4、5、6、7
本章重点
27.09.2020
1
本章重点：
1.钢在加热和冷却时的组织转变 2.C曲线及CCT曲线 3.各种热处理工艺和应用
转变特点 马氏体的组织类型 马氏体性能
27.09.2020
23
• 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。
1.奥氏体的晶粒度
1）起始晶粒度
2）实际晶粒度
3）本质晶粒度
2.影响奥氏体晶粒度的因素 (1)加热温度和保温时间↑ → 晶粒尺寸↑ (2) C% ↑ → 晶粒尺寸↑ 合 金碳化物↑→ 晶粒尺寸↓
27.09.2020
9
1.奥氏体晶粒度: 1)起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶
粒大小。
2)实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒 的大小。
27.09.2020
2
第一节 概述
改善钢材性能的主要办法: • 1.合金化 • 2.钢的热处理
热处理分类： 退火
普通热处理 正火 淬火
表面热处理
表面淬火
火焰加热 感应加热
化学热处理
渗C 渗N C、N共渗
回火
27.09.2020
3
例：T8 ,在780℃保温，一个水冷62HRC,另一个炉 冷200HB≈15HRC。水冷马氏体，炉冷珠光体。
• 冷处理：P42
27.09.2020
24
1)无扩散 Fe 和 C 原子都不进行扩散，M是C过饱 和的体心立方的F体，固溶强化显著。
27.09.2020
25
2)降温形成 M 的形成速度很快，只有温度↓ 才发生转变
27.09.2020
26
0 Mf
-100 27.09.02020
M
1
10
10 2 10 3 10 4 10 5 时 15
4.过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 1）珠光体转变
扩散型转变：铁、碳原子扩散、晶格重组 高温转变：A1～550℃
珠光体：A1～650℃
转
变
索氏体： 650～600℃
产
物
27.09.2020 托氏体： 600～550℃
27.09.2020
钢的相图
6
Ac3 Ar3
27.09.2020
Accm Arcm
Ac1
Ar1
7
二、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）
1.奥氏体形核
2.奥氏体长大 3.残余渗碳体的溶解 4.2奥7.09.氏2020 体成分的均匀化
亚共析钢奥氏体化过程 过共析钢奥氏体化过程
8
三、奥氏体晶粒的长大及影响因素
16
27.09.2020
17
P 型组织 —— F + 层片状 Fe3C
层片间距：P > S > T
珠光体 P ，3800×
索氏体 S 8000×
27.09.2020
托氏体 18
T
8000×
• 表1 过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能
组织名称
表示符 号
形成温度范 围/℃
硬度
片间距 能分辨片层 /nm 的放大倍数
27.09.2020
工程材料CAI
13
27.09.2020
14
T/ ℃ 800
A A1 700
600
过 A→ T
500 冷
Hale Waihona Puke 400 AP 5~25HRC
S T
25~35HRC 35~40HRC
B上
40~50HRC
300 Ms
200
A→ B下
B 下 50~60HRC
100
A→ M
M+AR
60~65HRC
上贝氏体： 550 ～ 350℃，呈羽毛状
下贝氏体： 350 ℃～Ｍｓ点，呈针状
27.09.2020
20
上贝氏体的形成过程
上贝氏体中的Fe3C分布于铁素体条之间，分割了基体 的连续性，易脆断，故上贝氏体的强度和韧性较低
45钢，B上+B下，×400 光学显微照片 1300×电子显微照片 5000×
27.09.2020
珠光体
P
A1～650
＜25HRC
150～ 450
＜ 5 00×
索氏体
S
650～600
25～ 35HRC
80～150 ＞1000×
托氏体
T
600～550
35～ 40HRC
30～80 ＞2000×
•珠光体的片层间距越小，强度、硬度越高，塑性、 韧性越好。
同一成分的钢，组织为片状珠光体时强度、硬度比粒状珠
光体的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，
常用球化退火来得到粒状珠光体组织，降低钢的硬度。
27.09.2020
19
2）贝氏体转变
• 中温转变：550 ℃～Ｍｓ点 • 转变特点：半扩散型，铁原子不扩散，碳原子
有一定的扩散能力 • 转变产物：贝氏体，即Fe3C分布在含过饱和碳
的铁素体上的两相混合物
• 冷却方式 • 一、共析钢过冷奥氏体等温冷却转变 • 二、过冷奥氏体的连续冷却转变
27.09.2020
12
一、共析钢过冷奥氏体等温冷却转变
过冷A体：
在临界温度（727℃）以下，230℃以上存在的A体
1.过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）的建立
2.过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）的分析 3.碳钢C曲线对比 4.过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能
21
贝氏体转变
T8钢，B下，黑色针状 光学显微照片 ×400
F 针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒 电子显微照片 12000×
•
下贝氏体形成温度较低，铁素体针细小、
无方向性，且碳化物分布均匀，弥散度大，故
下贝氏体有良好的强度和韧性配合，是一种有
应用价值的组织
27.09.2020
22
3）马氏体转变
27.09.2020
4
第二节 钢在加热时的组织转变
• 一、转变温度 • 二、奥氏体的形成过程（以共析钢为例） • 三、奥氏体晶粒的长大及影响因素 • 四、加热时常见的缺陷
27.09.2020
5
一、转变温度 滞后现象
原：A1、A3、Acm 加热：Ac1、Ac3、Accm 冷却：Ar1、Ar3、Arcm
3)本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃以下, 随温度升高,晶粒长大的程度。
27.09.2020
10
四、加热时常见的缺陷
• 过热：晶粒粗大，可以消除(完全退火或等温退 火或正火)
• 过烧：晶界局部熔化，无法消除
• 氧化 • 脱碳
盐浴炉 可控气氛保护
真空热处理
27.09.2020
11
第三节 钢在冷却时的组织转变
第五章 钢的热处理及表面处理技术
第一节 概述 第二节 钢在加热时的组织转变 第三节 钢在冷却时的组织转变 第四、五、六节 钢的热处理 第七、八节 钢的表面热处理 概念辨析 课堂讨论: 作业：P162 2、3、4、5、6、7
本章重点
27.09.2020
1
本章重点：
1.钢在加热和冷却时的组织转变 2.C曲线及CCT曲线 3.各种热处理工艺和应用