第四章 钢的热处理及表面强化技术讲解
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第4章 钢的热处理及表面 强化技术
概
1、热处理的定义:
述
钢的热处理是将钢在固态下以适当的方式进行加热、保温和 冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。 保温 温 临界温度 度
热 加
冷 却
时间
2.热处理的主要目的:改变钢的性能。
3.热处理的应用范围:整个制造业。 4.按目的、加热条件和特点不同热处理分为 普 通 热处理 热处理 退火;正火; 淬火;回火; 表面淬火 感应加 热淬火 火焰加 热淬火 化 学 热处理 渗碳; 渗氮; 碳氮共渗;
Leabharlann Baidu
二、 奥氏体冷却时的组织转变
1、钢在热处理时的冷却方式
在热处理生产中，常用的冷却方式：等温冷却和连续冷却。 等温冷却转变 使加热到奥氏体化的钢以较快的冷却速度冷到A1 以下某温度保温，在等温下发生组织转变。 连续冷却转变 使加热到奥氏体化的钢连续降温进行组织转变
二、 奥氏体冷却时的组织转变
2．过冷奥氏体等温转变图 3．奥氏体冷却转变的产物
（1）珠光体类组织。
（3）马氏体组织。
（2）贝氏体组织。
4、奥氏体冷却转变的的（过程）组织和性能
• • • • • • • • • 1、珠光体型转变—高温转变（A1~ 550 ℃） A1 ~ 650 ℃ 片层珠光体 < 25HRC 650℃~ 600℃ 细片状珠光体（索氏体 S）25HRC~30HRC 600℃~ 550 ℃ 极细片状珠光体（托氏体 T）35HRC~40HRC 2.贝氏体型 ( B ) 转变 —中温转变( 550 ℃ ～MS ) 根据组织形态和转变温度不同，贝氏体一般可分为上贝氏体和下贝氏 体两种 550 ~ 350 ℃ 羽毛状上贝氏体（B上） 40 ~50HRC 350 ~ Ms 黑色针叶状下贝氏体（B下） 45 ~55HRC 与B上比较， B下具有良好的综合力学性能，在生产中常用等温淬火 来获得B下组织 3、马氏体型 ( M ) 转变 (Ms ～ Mf) 当奥氏体快速过冷至马氏体点（Ms）以下时则发生马氏体转变。与 前两种转变不同，马氏体转变是在一定温度范围内（Ms ～ Mf之间） 连续冷却时完成的
钢热处理时的组织转变
一、 钢加热时奥氏体的形成
1．奥氏体的形成过程
奥氏体晶核的形成 共析钢：P→A A1（PSK）线以上 亚共析钢：P+F→A+F→A A3（GS）线以上 过共析钢：P+ Fe3CII →A+ Fe3CII →A Acm（ES）线以上
2．奥氏体晶粒大小的控制
钢奥氏体化的加热温度愈高、保温时 间愈长，得到的奥氏体晶粒愈粗大，冷却 后钢的强度、塑性和韧性愈差，且易引起 淬火裂纹。因此，生产中常需合理控制钢 的加热温度和保温时间，以获得细晶奥氏 体组织。
钢的最终热处理（一）—— 淬火与回火
表 面 热处理
钢加热时的组织转变
钢的预备热处理——退火与正火
钢的最终热处理（一）——淬火与回火 钢的最终热处理（二）——表面热处理 钢的表面强化技术
本 章 要 点
钢的热处理是指将钢在固态下进行 加热、保温和冷却，以获得所需的组织 和性能的工艺方法。通过适当的热处理， 能显著提高钢的力学性能，以满足零件 的使用要求和延长零件的使用寿命；能 改善钢的加工工艺性能（如切削加工性 能、冲压性能等），以提高生产率和加 工质量；还能消除钢在加工（如铸造、 焊接、切削、冷变形等）过程中产生的 残余内应力，以稳定零件的形状和尺寸。
2）球化退火
定义：将钢加热到Ac1以上20~30 º C，保温后随 炉缓冷至600 º C，出炉空冷，使钢中碳化 物呈球状的工艺方法。 组织：球状珠光体（渗碳体呈球形的细小颗粒，弥散 分布在铁素体基体中） 目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性 能。 适用范围：主要用于过共析钢、合金工具钢。
3）去应力退火 定义：将钢加热到Ac1以下（一般约为500— 600 º C），保温后随炉缓冷至200--300 º C 出炉空冷，又称低温退火。 目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力 。 （没有发生组织变化） 适用范围：用于所有的钢。
1 钢的退火 分类
1．完全退火
2．球化退火 3．去应力退火
1）完全退火 定义：将钢加热Ac3以上30~50º C,完全奥氏体后， 保温一定时间随之缓慢冷却到600º C以下 ，出炉空冷。 组织：细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体） 目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利 于切削加工。 适用范围：亚共析钢型材。
2 钢的正火
1、概念：将钢件加热到Ac3或Accm线以上30～ 50 º C ，保温适当的时间后，在空气中冷却。 2、正火与退火的区别： 正火与退火的目的基本相同，但正火的冷却速度比 退火稍快，正火后得到的珠光体组织比较细，强度、 硬度比退火钢高。
3、目的及应用： 1）对力学性能要求不高的结构、零件，可用正火 最为最终热处理，以提高其强度、硬度和韧性。 2）对低、中碳钢（S+F ），可用正火作为预备热 处理，可提高硬度和强度，改善切削加工性； 3）对高碳钢（S ），正火可抑制渗碳体网的形成， 可为球化退火作准备 。 正火比退火生产周期短，成本低，操作方便， 故在可能的条件下应优先采用正火。但在零件形状 较复杂时，由于正火的冷却速度较快，又引起开裂 的危险，则采用退火为宜。
3、预备热处理在零件制造中的应用
图4-12 碳钢正火与退火后的大致硬度 机械制造最常用的钢件毛坯是轧材、锻件和铸件。 当采用轧材毛坯时，因轧钢厂已对其进行适当的热处理， 故可直接切削加工而不再进行预备热处理；当以锻钢件 或铸钢件做毛坯时，应先退火或正火然后再行切削加工。 选用退火或正火时，不仅应考虑消除铸件或锻件的热加 工缺陷，还需考虑改善钢的切削加工性能。
• •
三、C曲线的应用
（1）分析奥氏体的等温冷 却转变 （2）估计奥氏体的连续冷 却转变
钢的预备热处理——退火与 正火
一、钢的退火
1、退火：将钢加热到适当温度（临界温度以 上30～50℃ ），保温一定时间，然 后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。 2、目的——为最终热处理作好组织准备
1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能； 2）细化晶粒，消除组织缺陷； 3）消除内应力 。
概
1、热处理的定义:
述
钢的热处理是将钢在固态下以适当的方式进行加热、保温和 冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。 保温 温 临界温度 度
热 加
冷 却
时间
2.热处理的主要目的:改变钢的性能。
3.热处理的应用范围:整个制造业。 4.按目的、加热条件和特点不同热处理分为 普 通 热处理 热处理 退火;正火; 淬火;回火; 表面淬火 感应加 热淬火 火焰加 热淬火 化 学 热处理 渗碳; 渗氮; 碳氮共渗;
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二、 奥氏体冷却时的组织转变
1、钢在热处理时的冷却方式
在热处理生产中，常用的冷却方式：等温冷却和连续冷却。 等温冷却转变 使加热到奥氏体化的钢以较快的冷却速度冷到A1 以下某温度保温，在等温下发生组织转变。 连续冷却转变 使加热到奥氏体化的钢连续降温进行组织转变
二、 奥氏体冷却时的组织转变
2．过冷奥氏体等温转变图 3．奥氏体冷却转变的产物
（1）珠光体类组织。
（3）马氏体组织。
（2）贝氏体组织。
4、奥氏体冷却转变的的（过程）组织和性能
• • • • • • • • • 1、珠光体型转变—高温转变（A1~ 550 ℃） A1 ~ 650 ℃ 片层珠光体 < 25HRC 650℃~ 600℃ 细片状珠光体（索氏体 S）25HRC~30HRC 600℃~ 550 ℃ 极细片状珠光体（托氏体 T）35HRC~40HRC 2.贝氏体型 ( B ) 转变 —中温转变( 550 ℃ ～MS ) 根据组织形态和转变温度不同，贝氏体一般可分为上贝氏体和下贝氏 体两种 550 ~ 350 ℃ 羽毛状上贝氏体（B上） 40 ~50HRC 350 ~ Ms 黑色针叶状下贝氏体（B下） 45 ~55HRC 与B上比较， B下具有良好的综合力学性能，在生产中常用等温淬火 来获得B下组织 3、马氏体型 ( M ) 转变 (Ms ～ Mf) 当奥氏体快速过冷至马氏体点（Ms）以下时则发生马氏体转变。与 前两种转变不同，马氏体转变是在一定温度范围内（Ms ～ Mf之间） 连续冷却时完成的
钢热处理时的组织转变
一、 钢加热时奥氏体的形成
1．奥氏体的形成过程
奥氏体晶核的形成 共析钢：P→A A1（PSK）线以上 亚共析钢：P+F→A+F→A A3（GS）线以上 过共析钢：P+ Fe3CII →A+ Fe3CII →A Acm（ES）线以上
2．奥氏体晶粒大小的控制
钢奥氏体化的加热温度愈高、保温时 间愈长，得到的奥氏体晶粒愈粗大，冷却 后钢的强度、塑性和韧性愈差，且易引起 淬火裂纹。因此，生产中常需合理控制钢 的加热温度和保温时间，以获得细晶奥氏 体组织。
钢的最终热处理（一）—— 淬火与回火
表 面 热处理
钢加热时的组织转变
钢的预备热处理——退火与正火
钢的最终热处理（一）——淬火与回火 钢的最终热处理（二）——表面热处理 钢的表面强化技术
本 章 要 点
钢的热处理是指将钢在固态下进行 加热、保温和冷却，以获得所需的组织 和性能的工艺方法。通过适当的热处理， 能显著提高钢的力学性能，以满足零件 的使用要求和延长零件的使用寿命；能 改善钢的加工工艺性能（如切削加工性 能、冲压性能等），以提高生产率和加 工质量；还能消除钢在加工（如铸造、 焊接、切削、冷变形等）过程中产生的 残余内应力，以稳定零件的形状和尺寸。
2）球化退火
定义：将钢加热到Ac1以上20~30 º C，保温后随 炉缓冷至600 º C，出炉空冷，使钢中碳化 物呈球状的工艺方法。 组织：球状珠光体（渗碳体呈球形的细小颗粒，弥散 分布在铁素体基体中） 目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性 能。 适用范围：主要用于过共析钢、合金工具钢。
3）去应力退火 定义：将钢加热到Ac1以下（一般约为500— 600 º C），保温后随炉缓冷至200--300 º C 出炉空冷，又称低温退火。 目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力 。 （没有发生组织变化） 适用范围：用于所有的钢。
1 钢的退火 分类
1．完全退火
2．球化退火 3．去应力退火
1）完全退火 定义：将钢加热Ac3以上30~50º C,完全奥氏体后， 保温一定时间随之缓慢冷却到600º C以下 ，出炉空冷。 组织：细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体） 目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利 于切削加工。 适用范围：亚共析钢型材。
2 钢的正火
1、概念：将钢件加热到Ac3或Accm线以上30～ 50 º C ，保温适当的时间后，在空气中冷却。 2、正火与退火的区别： 正火与退火的目的基本相同，但正火的冷却速度比 退火稍快，正火后得到的珠光体组织比较细，强度、 硬度比退火钢高。
3、目的及应用： 1）对力学性能要求不高的结构、零件，可用正火 最为最终热处理，以提高其强度、硬度和韧性。 2）对低、中碳钢（S+F ），可用正火作为预备热 处理，可提高硬度和强度，改善切削加工性； 3）对高碳钢（S ），正火可抑制渗碳体网的形成， 可为球化退火作准备 。 正火比退火生产周期短，成本低，操作方便， 故在可能的条件下应优先采用正火。但在零件形状 较复杂时，由于正火的冷却速度较快，又引起开裂 的危险，则采用退火为宜。
3、预备热处理在零件制造中的应用
图4-12 碳钢正火与退火后的大致硬度 机械制造最常用的钢件毛坯是轧材、锻件和铸件。 当采用轧材毛坯时，因轧钢厂已对其进行适当的热处理， 故可直接切削加工而不再进行预备热处理；当以锻钢件 或铸钢件做毛坯时，应先退火或正火然后再行切削加工。 选用退火或正火时，不仅应考虑消除铸件或锻件的热加 工缺陷，还需考虑改善钢的切削加工性能。
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三、C曲线的应用
（1）分析奥氏体的等温冷 却转变 （2）估计奥氏体的连续冷 却转变
钢的预备热处理——退火与 正火
一、钢的退火
1、退火：将钢加热到适当温度（临界温度以 上30～50℃ ），保温一定时间，然 后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。 2、目的——为最终热处理作好组织准备
1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能； 2）细化晶粒，消除组织缺陷； 3）消除内应力 。