第四章钢的热处理及表面强化技术

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1、概概 述述1 1、热处理的定义、热处理的定义: :钢的热处理是将钢在固态下以适当的方式进行钢的热处理是将钢在固态下以适当的方式进行加热加热、保温保温和和冷却冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。，以获得所需组织和性能的工艺过程。时间温度临界温度临界温度 热热加加保温保温冷冷 却却2.热处理的主要目的热处理的主要目的: :改变钢的性能。改变钢的性能。3.热处理的热处理的应用范围应用范围: :整个制造业。整个制造业。4.按目的、加热条件和特点不同按目的、加热条件和特点不同热处理热处理分为分为热处理热处理普普 通通热处理热处理表表 面面热处理热处理退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面

2、淬火 化化 学学 热处理热处理感应加感应加热淬火热淬火火焰加火焰加热淬火热淬火渗碳渗碳; 渗氮渗氮;碳氮共渗碳氮共渗;钢加热时的组织转变钢加热时的组织转变 钢的表面强化技术钢的表面强化技术 钢的最终热处理（一）钢的最终热处理（一）淬火与回火淬火与回火 钢的最终热处理（二）钢的最终热处理（二）表面热处理表面热处理 钢的预备热处理钢的预备热处理退火与正火退火与正火 钢的热处理是指将钢在固态下进行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，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，以满足零件能

3、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、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。残余内应力，以稳定零件的形状和尺寸。 1奥氏体的形成过程 奥氏体晶核的形成奥氏体晶核的形成 共析钢：共析钢：PA A1（PSK）线以上）线以上亚共析钢：亚共析钢：P+FA+FA A3（GS）线

4、以上）线以上过共析钢：过共析钢：P+ Fe3CII A+ Fe3CII A Acm（ES）线以上）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，以获得细晶奥氏的加热温度和保温时间，以获得细晶奥氏体组织。体组织。 1、钢在热处理时的冷却方式、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：在热处理生产中，常用

5、的冷却方式：等温冷却等温冷却和和连续冷却连续冷却。等温冷却转变等温冷却转变 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。以下某温度保温，在等温下发生组织转变。连续冷却转变连续冷却转变 使加热到奥氏体化的钢连续降温进行组织转变使加热到奥氏体化的钢连续降温进行组织转变2过冷奥氏体等温转变图过冷奥氏体等温转变图 3奥氏体冷却转变的产物奥氏体冷却转变的产物4、奥氏体冷却转变的、奥氏体冷却转变的的（过程）组织和性能的（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 25HRC650 60

6、0 细片状珠光体（索氏体 S）25HRC30HRC 600 550 极细片状珠光体（托氏体 T）35HRC40HRC2.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 50HRC350 Ms 黑色针叶状下贝氏体（B下）下） 45 55HRC与B上上比较， B下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

7、 Mf之间）连续冷却时完成的（1）分析奥氏体的等温冷）分析奥氏体的等温冷却转变却转变 （2）估计奥氏体的连续冷）估计奥氏体的连续冷却转变却转变 1、退火：将钢加热到适当温度（临界温度以临界温度以 上上3050 ），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 。1）完全退火定义：将钢加热Ac3以上3050C,完全奥氏体后， 保温一定时间随之缓慢冷却到600C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

8、。适用范围：亚共析钢型材。2）球化退火定义：将钢加热到Ac1以上2030 C，保温后随 炉缓冷至600 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 C），保温后随炉缓冷至200-300 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、概念：、概念：将钢件加热到将钢件加热到Ac3或或Accm线以上线以上305

9、0 C ，保温适当的时间后，在，保温适当的时间后，在空气空气中冷却。中冷却。2、正火与退火的区别：、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、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。硬度比退火钢高。 3 3、目的及应用：、目的及应用：1 1）对力学性能要求不高的结构、零件，可用正火）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。最为最终热处理，以提高其强度、硬度和韧性。2 2）对低、中碳钢（）对低、中碳钢（S+F ），可用正火

10、作为预备热），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；处理，可提高硬度和强度，改善切削加工性；3 3）对高碳钢（）对高碳钢（S ），正火可抑制渗碳体网的形成，），正火可抑制渗碳体网的形成， 可为球化退火作准备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，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。开裂的危险，则采用退火为宜。图图4-12 碳钢正火与退火后的大致硬度碳钢

11、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。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，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。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。工缺陷，还需考虑改善钢的切削加工性能。概念概念 将钢件加热