金属热处理原理与工艺课件第一章金属热处理3

2. 正火
正火是将金属制件加热到高于或低于这种金属 的临界温度，经保温一定时间，随后在空气中冷 却，以获得更细组织的一种热处理工艺。 正火的作用与退火相似，与退火不同之处是：
a. 正火是在空气中冷却，冷却速度快，所获 得的组织更细。 b. 正火后的强度、硬度较退火后的稍高，而 塑性、韧性则稍低。 c. 不占用设备；生产率高。
1.4.5高碳钢
特点： 具有高硬度和高耐磨性，焊接性能差。
热处理： 1.预先热处理采用球化退火； 2.采用不完全（加热到两相区得到奥氏体加 未溶碳化物）淬火加低温回火的热处理工艺。
（1）低温回火：回火温度为150～250℃。低温回火能消 除一定的内应力，适当地降低钢的脆性，提高韧性，同时工 件仍保持高硬度、高耐磨性，应用于各种量具和刃具。 （2）中温回火：回火温度为350～500℃。中温回火可大 大减小钢的内应力，提高了弹性、韧性，但硬度有所降低， 应用于弹簧和热锻模等。 （3）高温回火：回火温度为500～650℃。高温回火可以 消除内应力，硬度有显著的下降，可获得具有强度、塑性、 韧性等综合机械性能，应用于齿轮、连杆、曲轴等。
1.4.3低碳钢
特点： 塑性好、韧性好、硬度强度低（软刚）、耐 磨性差。 热处理： 通常情况下将其进行渗碳，然后淬：
1.提高心部强度（加入Mn、Cr、Ni等） 2.提高淬透性 3.细化奥氏体晶粒（加入Ti、Mo、W等）
1.4.4中碳钢
特点： 热加工及切削性能良好，强度硬度比低碳钢 高，韧性塑性低于低碳钢，焊接性能较差。 热处理： 通常采用完全（加热到单相奥氏体区得到单 相均匀奥氏体）淬火加中温或高温回火的热 处理工艺。
2、S和P的影响（热脆、冷脆）
合金元素在钢中的作用
合金元素在钢中的存在形式 两种形式存在：一是溶解于碳钢原有的相中（固溶 体），另一种是形成某些碳钢中所没有的新相（化合 物） 按与碳亲合力的大小，可将合金元素分为弱碳化物形 成元素、强碳化物形成元素与非碳化物形成元素三大 类 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B； 弱碳化物形成元素：Mn； 强碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、 Nb、Zr。
合金元素对钢的热处理的影响
合金元素对加热转变的影响 （1）大多数合金元素（ 除镍、钴以外）都减缓钢 的奥氏体化过程 ； （2）几乎所有的合金元素（除锰以外）都能阻止奥 氏体晶粒的长大，细化晶粒。 合金元素对冷却转变的影响 （1）大多数合金元素（除钴以外），都能提高过冷 奥氏体的稳定性，使C曲线位置右移，临界冷却速度 减小，从而提高钢的淬透性。
合金元素对钢的热处理的影响
（2）除钴、铝外，多数合金元素溶入奥氏体后， 使马氏体转变温度Ms和Mf点下降 ；
合金元素对淬火钢回火转变的影响
（1）对淬火钢回火稳定性的影响；
（2）在回火过程中有二次硬化作用；
（3）影响第二类回火脆性 。
碳钢分类
按钢中含碳量多少分： 低碳钢 Wc < 0.25% 中碳钢 Wc = 0.25%—0.6% 高碳钢 Wc > 0.6%
按冶金质量分类 按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为： 普通钢（S%≤0.055%，P%≤0.045%） 优质钢（S%、P%≤0.040%） 高级优质钢（S%≤0.030%，P%≤0.035%） 按冶炼时脱氧程度，可将钢分为： 沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全） 和半镇静钢三类。
按用途分类 按钢的用途可分为：结构钢、工具钢和特殊性 能钢 结构钢又分为：工程构件用钢和机器零件用 工具钢分为：刃具钢、量具钢、模具钢 特殊性能钢分为：不锈钢、耐热钢等
3. 淬火
淬火是将金属制件加热到这种金属的临 界温度以上30～50℃，经保温一定时间，
随后在水或油中快速冷却，以获得高硬度
组织的一种热处理工艺。 淬火的目的：提高金属材料的强度和硬 度，增加耐磨性，并在回火后获得高强度 和一定韧性相配合的性能。
4. 回火
回火是把淬火后的金属制件重新加热到某一 温度，保温一段时间，然后置于空气或油中冷 却的热处理工艺。 回火的目的：为了消除淬火时因冷却过快而 产生的内应力，降低金属材料的淬性，使它具 有一定的韧性。 根据加热温度的不同，回火可分为低温回火、 中温回火和高温回火。
二、化学热处理
化学热处理是将金属和合金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。 常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等。
1.4典型钢种及用途
1.4.1钢的分类
按化学成分分类 可分为碳素钢和合金钢 碳素钢按含碳量多少可分为 低碳钢、中碳钢和高碳钢 合金钢按合金元素的含量又可分为 低合金钢 、中合金钢和高合金钢 合金钢按合金元素的种类可分为 锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等
500～650
高弹性、韧性
良好的综合力 学性能
弹簧、钢丝绳 等
连杆、齿轮及 轴类
35～50
20～30
表面热处理和化学热处理
一、表面淬火 表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺。 目的：为了获得高硬度的表面层和有利的残余应力 分布，提高工件的硬度和耐磨性。 表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、 电接触加热、激光加热等。
1.3金属热处理分类
什么是热处理？
有三个基本参数： 加热、保温、冷却。 热处理质量就是通过控制这三个工艺参数来保证的。
分类
4把火：退火、正火、淬火、回火。 普通热处理： 表面热处理： 表面淬火及化学热处理。
普通（整体）热处理
退火 正火 淬火 回火 固溶时效 感应加热表面淬火
热 处 理
表面热处理
表面淬火
按金相组织分类 按退火态的金相组织可分为：亚共析钢、共析 钢、过共析钢三种。
按正火态的金相组织可分为：珠光体钢、贝氏 体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。
1.4.2合金元素在钢中的作用

钢中常存杂质元素
常见的常存元素有硅、锰、硫、磷四种。 主要来源？ 炼铁、炼钢过程中，由于矿石和焦炭含杂质以 及脱氧等原因而带入，对钢的性能有一定的影响。 1、Si和Mn的影响（少含量是有益的）
5. 调质处理
淬火后再经高温回火的热处理工艺，称为调质处理。一 般要求具有较高综合机械性能的重要结构零件，都要经过调 质处理。
回火方法 低温回火
加热温度 （℃） 150～250
力学性能 特点 高硬度、耐磨 性
应用范围 刃具、量具、 冷冲模等
硬度 （HRC） 58～65
中温回火
高温回火
350～500
火焰加热表面淬火 激光加热表面淬火等 渗碳
表面化学热处理
渗氮
碳氮共渗
渗金属等
常用热处理方法的工艺曲线示意图
1. 退火
退火是将金属制件加热到高于或低于这种金属 的临界温度，经保温一定时间，随后在炉中或埋 入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平 衡状态组织的一种热处理工艺。 退火的目的： a. 降低硬度，以利于切削加工； b. 细化晶粒，改善组织，提高机械性能； c. 消除内应力，为下一道热处理作好准备； 一、退火 d. 提高金属材料的塑性、韧性，便于进行冷 冲压或冷拉拔加工。 退火的缺点：占用设备；生产率低。