金屬熱處理知識-文檔資料

1、1 金屬材料與金屬熱處理金屬材料與金屬熱處理2 熱處理熱處理是指通過對工件的加熱、保溫和冷卻，使是指通過對工件的加熱、保溫和冷卻，使金屬或合金的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而獲得預(yù)期的性金屬或合金的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而獲得預(yù)期的性能能( (如機械性能、加工性能、物理性能和化學(xué)性能等如機械性能、加工性能、物理性能和化學(xué)性能等) )的操作工藝稱為熱處理。的操作工藝稱為熱處理。 工件熱處理的目的是通過熱處理這一重要手段，工件熱處理的目的是通過熱處理這一重要手段，來來改變改變( (或改善或改善) )工件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要工件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要的性能并提高工件的使用壽命。的性能并提高工件的

2、使用壽命。 熱處理工藝一般包括熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻加熱、保溫、冷卻三個過三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。相銜接，不可間斷。加熱加熱是熱處理的重要工序之是熱處理的重要工序之一。一。31 1 金屬熱處理工藝基本知識金屬熱處理工藝基本知識熱處理過程中四個重要因素?zé)崽幚磉^程中四個重要因素: : 在熱處理時，因工件的大小不同，形狀不在熱處理時，因工件的大小不同，形狀不同，材料的化學(xué)成分不同，所以在具體熱處理同，材料的化學(xué)成分不同，所以在具體熱處理過程中，要用不同的加熱速度、最高的加熱溫過程中，要用不同的加熱速度、最

3、高的加熱溫度、保溫時間和冷卻速度。通常度、保溫時間和冷卻速度。通常把加熱速度、把加熱速度、最高加熱溫度、保溫時間和冷卻速度稱為工件最高加熱溫度、保溫時間和冷卻速度稱為工件熱處理的四個要素，也稱工藝參數(shù)熱處理的四個要素，也稱工藝參數(shù)。正確地確。正確地確定和保證實施好工藝，就能獲得預(yù)期的效果，定和保證實施好工藝，就能獲得預(yù)期的效果，并將得到滿意的性能。并將得到滿意的性能。 從數(shù)學(xué)的觀點看，熱處理的質(zhì)量是溫度和從數(shù)學(xué)的觀點看，熱處理的質(zhì)量是溫度和時間的函數(shù)，所以工件的熱處理工藝規(guī)范可用時間的函數(shù)，所以工件的熱處理工藝規(guī)范可用時間一溫度為坐標(biāo)表示出來，任何工件的熱處時間一溫度為坐標(biāo)表示出來，任何工件的

4、熱處理，都應(yīng)包括：理，都應(yīng)包括：41 1 金屬熱處理工藝基本知識金屬熱處理工藝基本知識圖圖1 1 熱處理規(guī)范示意圖熱處理規(guī)范示意圖（a a）簡單的熱處理規(guī)范）簡單的熱處理規(guī)范 （b)b)復(fù)雜的熱處理規(guī)范復(fù)雜的熱處理規(guī)范都應(yīng)包括都應(yīng)包括 四個重要因素四個重要因素: :(1)(1)加熱速度加熱速度V V； (2)(2)最高加熱溫度最高加熱溫度T;T; (3) (3)保溫時間保溫時間h; (4)h; (4)冷卻速度冷卻速度V Vt t. . 52 2 鋼的組織鋼的組織六種組織（相）六種組織（相）(1)鐵素體鐵素體(ferrite，縮寫：，縮寫：FN) 即即-Fe和以它為基礎(chǔ)的和以它為基礎(chǔ)的固溶體固溶

5、體，具有體心立方點陣。，具有體心立方點陣。純鐵在純鐵在912以下為具有體心立方晶格（注以下為具有體心立方晶格（注1）的）的-Fe。碳溶于。碳溶于-Fe中中的間隙固溶體稱為鐵素體，以符號的間隙固溶體稱為鐵素體，以符號F表示。由于表示。由于-Fe是體心立方晶格結(jié)構(gòu)，是體心立方晶格結(jié)構(gòu)，它的晶格間隙很小，因而溶碳能力極差，在它的晶格間隙很小，因而溶碳能力極差，在727時溶碳量最大，可達(dá)時溶碳量最大，可達(dá)0.0218,隨著溫度的下降溶碳量逐漸減小，在隨著溫度的下降溶碳量逐漸減小，在600時溶碳量約為時溶碳量約為0.0057，在室溫時溶碳量幾乎等于零。因此其性能幾乎和純鐵相同，其數(shù)值如下：在室溫時溶碳量

6、幾乎等于零。因此其性能幾乎和純鐵相同，其數(shù)值如下： 抗拉強度抗拉強度 180280MN/平方米平方米 、延伸率、延伸率 30-50 、硬度、硬度 HB 5080 由此可見，由此可見，鐵素體的強度、硬度不高，但具有良好的塑性與韌性。鐵素體的強度、硬度不高，但具有良好的塑性與韌性。 （2）滲碳體（）滲碳體（cementite）鐵碳合金鐵碳合金按亞穩(wěn)定平衡系統(tǒng)凝固和冷卻轉(zhuǎn)變按亞穩(wěn)定平衡系統(tǒng)凝固和冷卻轉(zhuǎn)變時析出的時析出的Fe3C型碳化物。型碳化物。 滲碳體是碳鋼中主要的強化相，它的形狀與分布滲碳體是碳鋼中主要的強化相，它的形狀與分布對鋼的性能有很大的影響。同時對鋼的性能有很大的影響。同時 Fe3C 又

7、是一種介（亞）穩(wěn)定相，在一定條又是一種介（亞）穩(wěn)定相，在一定條件下會發(fā)生分解。件下會發(fā)生分解。 62 2 鋼的組織鋼的組織它的含碳量為它的含碳量為6.69；熔點為；熔點為1227左右；不發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變；但有磁性左右；不發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變；但有磁性轉(zhuǎn)變，它在轉(zhuǎn)變，它在230以下具有弱鐵磁性，而在以下具有弱鐵磁性，而在230以上則失去鐵磁性；以上則失去鐵磁性；其硬度其硬度很高（相當(dāng)于很高（相當(dāng)于HB800），而塑性和沖擊韌性幾乎等于零，脆性極大。），而塑性和沖擊韌性幾乎等于零，脆性極大。 (3)奧氏體奧氏體：是碳溶解在：是碳溶解在Fe（面心立方晶格）中的間隙固溶體，常用符（面心立方晶格）中的間隙固

8、溶體，常用符號號A表示。它仍保持表示。它仍保持Fe的面心立方晶格。其溶碳能力較大，在的面心立方晶格。其溶碳能力較大，在727時溶時溶碳為碳為c 0.77,1148時可溶碳時可溶碳2.11。奧氏體是在大于。奧氏體是在大于727高溫下才高溫下才能穩(wěn)定存在的組織。能穩(wěn)定存在的組織。奧氏體塑性好，是絕大多數(shù)鋼種在高溫下進(jìn)行壓力加工奧氏體塑性好，是絕大多數(shù)鋼種在高溫下進(jìn)行壓力加工時所要求的組織。奧氏體是沒有磁性的。時所要求的組織。奧氏體是沒有磁性的。 （4） 馬氏體（馬氏體（M）是碳溶于）是碳溶于-Fe（體心立方晶格體心立方晶格）的過飽和的固溶體，是）的過飽和的固溶體，是奧氏體通過無擴(kuò)散型相變轉(zhuǎn)變成的亞

9、穩(wěn)定相。其比容大于奧氏體、珠光體等奧氏體通過無擴(kuò)散型相變轉(zhuǎn)變成的亞穩(wěn)定相。其比容大于奧氏體、珠光體等組織，這是產(chǎn)生淬火應(yīng)力，導(dǎo)致變形開裂的主要原因。組織，這是產(chǎn)生淬火應(yīng)力，導(dǎo)致變形開裂的主要原因。 馬氏體最初是在鋼（中、馬氏體最初是在鋼（中、高碳鋼高碳鋼）中發(fā)現(xiàn)的：將鋼加熱到一定溫度（形成奧）中發(fā)現(xiàn)的：將鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火淬火），得到的能使鋼變硬、增強的一種淬火組織。），得到的能使鋼變硬、增強的一種淬火組織。 72 2 鋼的組織鋼的組織(5)珠光體是珠光體是u體體/氏體是碳溶解在氏體是碳溶解在Fe中的間隙中的間隙u體體/生共析轉(zhuǎn)變所形成的生共析

10、轉(zhuǎn)變所形成的u體體/u體體/析體。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間析體。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間,強韌性較好強韌性較好.其抗拉其抗拉強度為強度為750 900MPa,180 280HBS,伸長率為伸長率為20 25%,沖擊功為沖擊功為24 32J.力力學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間學(xué)性能介于鐵素體與滲碳體之間,強度較高強度較高,硬度適中硬度適中,塑性和韌性較好塑性和韌性較好b=770MPa,180HBS,=20%35%,AKU=2432J). （6）索氏體）索氏體 （sorbite ）鋼經(jīng)正火或等溫轉(zhuǎn)變所得到的鋼經(jīng)正火或等溫轉(zhuǎn)變所得到的鐵素體鐵素體與滲碳體的機械混合物。與滲碳體的機械

11、混合物。索氏體組索氏體組織屬于織屬于珠光體珠光體類型的組織，但其組織比珠光體組織細(xì)。類型的組織，但其組織比珠光體組織細(xì)。索氏體具有良好的綜索氏體具有良好的綜合機械性能。合機械性能?；鼗鹚魇象w中的碳化物分散度很大，呈球狀。故回火索氏體比回火索氏體中的碳化物分散度很大，呈球狀。故回火索氏體比索氏體具有更好的機械性能。這就是為什么多數(shù)結(jié)構(gòu)零件要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理索氏體具有更好的機械性能。這就是為什么多數(shù)結(jié)構(gòu)零件要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理（淬火（淬火+高溫回火）的原因。高溫回火）的原因。 索氏體的定義及組織特征。索氏體，是在光學(xué)金相顯微鏡下放大索氏體的定義及組織特征。索氏體，是在光學(xué)金相顯微鏡下放大600倍倍以上才能分

12、辨片層的細(xì)珠光體以上才能分辨片層的細(xì)珠光體(GB/T7232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn))。其實質(zhì)是一種珠光體，是鋼。其實質(zhì)是一種珠光體，是鋼的高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，是片層的鐵素體與滲碳體的雙相混合組織，其層片間距較的高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，是片層的鐵素體與滲碳體的雙相混合組織，其層片間距較?。ㄐ。?080nm），碳在鐵素體中已無過飽和度，是一種平衡組織。），碳在鐵素體中已無過飽和度，是一種平衡組織。8四把火：退火、正火、淬火、回火四把火：退火、正火、淬火、回火1） 鋼的退火與正火鋼的退火與正火3 3 鋼的熱處理基本工藝及應(yīng)用鋼的熱處理基本工藝及應(yīng)用 退火與正火的目的退火與正火的目的 調(diào)整硬度以便進(jìn)行切削加工調(diào)整硬度以便進(jìn)行切削加

13、工 消除殘余應(yīng)力消除殘余應(yīng)力 細(xì)化晶粒，改善組織細(xì)化晶粒，改善組織 為最終熱處理做好組織上的準(zhǔn)備為最終熱處理做好組織上的準(zhǔn)備9退火：退火：將鋼加熱、保溫，然后緩慢冷卻的熱處理將鋼加熱、保溫，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。工藝。 退火工藝可分為完全退火、等溫退火、球化退火、退火工藝可分為完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火等，如圖所示。去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火等，如圖所示。圖圖3 3 箱式爐箱式爐圖圖2 2 各種退火及正火的加熱范圍各種退火及正火的加熱范圍10 完全退火完全退火 將亞共析鋼加熱到將亞共析鋼加熱到A Ac c3 3+30+305050，保溫后緩冷，保溫后緩冷的退火工藝稱為

14、完全退火。的退火工藝稱為完全退火。目的：降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。目的：降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。 等溫退火等溫退火 將亞共析鋼加熱到將亞共析鋼加熱到A Ac c3 3 +30 +305050、過共析、過共析鋼加熱到鋼加熱到A Ac c1 1+30+305050，保溫后快冷到保溫后快冷到ArAr1 1以下以下某一溫度保溫某一溫度保溫，然后出，然后出爐空冷。如圖是高速鋼爐空冷。如圖是高速鋼等溫退火與普通退火的等溫退火與普通退火的比較比較圖圖3 3高速鋼等溫退火與普通退火的比較高速鋼等溫退火與普通退火的比較11 球化退火球化退火將共析鋼或過共析鋼加熱到將共析鋼或過共析鋼加熱到 A Ac c1 1 +20

15、+203030，保溫，保溫適當(dāng)時間后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為球化退火。適當(dāng)時間后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為球化退火。 目的：目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球狀降低硬度，改善切削加工性能；形成球狀珠光體，為后面的淬火作組織準(zhǔn)備。珠光體，為后面的淬火作組織準(zhǔn)備。 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 將工件加熱到略低于固相線溫度，保溫后緩慢冷將工件加熱到略低于固相線溫度，保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為擴(kuò)散退火。卻的熱處理工藝稱為擴(kuò)散退火。 目的：目的：消除成份偏析。消除成份偏析。 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 將工件加熱到將工件加熱到 A Ac1c1以下某一溫度，保溫后隨爐冷卻以下某一溫度，保溫后隨爐冷卻的熱處理工藝稱

16、為去應(yīng)力退火。的熱處理工藝稱為去應(yīng)力退火。 目的：目的：消除鑄、鍛、焊的內(nèi)應(yīng)力。消除鑄、鍛、焊的內(nèi)應(yīng)力。12 正火正火是將鋼加熱到是將鋼加熱到 Ac3或或 Accm以上以上30305050，保，保溫后空氣中冷卻的熱處理工藝。溫后空氣中冷卻的熱處理工藝。正火具有以下幾方面的應(yīng)用：正火具有以下幾方面的應(yīng)用： 含碳量含碳量0.25%經(jīng)正火后硬度提高，改善了切削經(jīng)正火后硬度提高，改善了切削加工性能。加工性能。 消除過共析鋼中的二次滲碳體。消除過共析鋼中的二次滲碳體。 作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理。作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理。13 正火正火的冷卻速度稍快于退火，由的冷卻速度稍快于退火，由C曲線可知，二

17、曲線可知，二者的組織是不一樣的。正火后的組織比退火細(xì)，如圖者的組織是不一樣的。正火后的組織比退火細(xì)，如圖所示。所示。圖圖3 3 正火與退火后組織的比較正火與退火后組織的比較14 2） 鋼的淬火鋼的淬火 淬火淬火是將鋼加熱到臨界點以上，保溫后以大于是將鋼加熱到臨界點以上，保溫后以大于Vk的速度冷卻的熱處理工藝。的速度冷卻的熱處理工藝。 目的：目的：為了獲得馬氏體，提高鋼的力學(xué)性能。為了獲得馬氏體，提高鋼的力學(xué)性能。淬火溫度淬火溫度 選擇淬火溫度的原則是選擇淬火溫度的原則是獲得均勻細(xì)小的奧氏體。獲得均勻細(xì)小的奧氏體。如圖所示，一般淬火溫度如圖所示，一般淬火溫度在臨界點以上。在臨界點以上。圖圖4 4

18、 碳鋼的淬火溫度范圍碳鋼的淬火溫度范圍15 對對亞共析鋼亞共析鋼，淬火溫度為，淬火溫度為Ac3+3050，淬火，淬火組織為馬氏體，如圖所示。組織為馬氏體，如圖所示。 亞溫淬火：亞溫淬火：加熱溫度在加熱溫度在Ac1 Ac3之間，淬火組織之間，淬火組織為馬氏體加鐵素體，如圖所示。亞溫淬火也是一種強為馬氏體加鐵素體，如圖所示。亞溫淬火也是一種強韌化處理方法。韌化處理方法。圖圖6 6 馬氏體加鐵素體馬氏體加鐵素體圖圖5 5 馬氏體馬氏體16圖圖7 7 對對共析鋼和過共析鋼共析鋼和過共析鋼 淬火溫度為淬火溫度為Ac1+3050， 組織為細(xì)馬氏體加顆粒狀組織為細(xì)馬氏體加顆粒狀 滲碳體和少量殘余奧氏體，滲碳

19、體和少量殘余奧氏體， 如圖所示。如圖所示。對對合金鋼合金鋼，一般淬火溫度為臨界點以上，一般淬火溫度為臨界點以上5050100100。提高淬火溫度有利于合金元素在奧氏體中充分溶解和提高淬火溫度有利于合金元素在奧氏體中充分溶解和均勻化。均勻化。173) 3) 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)為了保證得到馬氏體為了保證得到馬氏體組織，淬火速度必須大組織，淬火速度必須大于臨界冷卻速度于臨界冷卻速度Vk，但，但往往會引起工件變形和往往會引起工件變形和開裂。開裂。 要想既得到馬氏體又要想既得到馬氏體又避免變形和開裂，理想避免變形和開裂，理想的淬火冷卻曲線如圖所的淬火冷卻曲線如圖所示。示。 最常用的淬火介質(zhì)是水和油。最常用

20、的淬火介質(zhì)是水和油。圖圖8 8 理想的淬火冷卻曲線理想的淬火冷卻曲線18 水是經(jīng)濟(jì)且冷卻能力水是經(jīng)濟(jì)且冷卻能力較強的淬火介質(zhì)。如表較強的淬火介質(zhì)。如表所示：所示： 油主要用于合金鋼油主要用于合金鋼或小尺寸碳鋼工件的或小尺寸碳鋼工件的淬火。淬火。 熔融狀態(tài)的鹽也常用作淬火介質(zhì)，稱作鹽浴。這熔融狀態(tài)的鹽也常用作淬火介質(zhì)，稱作鹽浴。這類介質(zhì)只適用于形狀復(fù)雜和變形要求嚴(yán)格的小件的分類介質(zhì)只適用于形狀復(fù)雜和變形要求嚴(yán)格的小件的分級淬火和等溫淬火。級淬火和等溫淬火。 近年來出現(xiàn)聚乙烯醇水溶液、三乙醇銨水溶液、近年來出現(xiàn)聚乙烯醇水溶液、三乙醇銨水溶液、高濃度硝鹽水溶液等淬火介質(zhì)。高濃度硝鹽水溶液等淬火介質(zhì)。

21、表表1 1 194 4） 淬火方法淬火方法常用淬火方法如圖所示。常用淬火方法如圖所示。圖圖9 9 各種各種淬火方法示意圖淬火方法示意圖 單液淬火法單液淬火法 將加熱的工件放入一將加熱的工件放入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫的操作方法，如至室溫的操作方法，如水淬、油淬等。水淬、油淬等。 將加熱的工件放入一種冷卻能力較強的介質(zhì)中冷卻，將加熱的工件放入一種冷卻能力較強的介質(zhì)中冷卻，然后轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)冷卻的淬火方法。然后轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)冷卻的淬火方法。如水淬油冷或油淬空冷。雙液淬火主要用于形狀復(fù)雜如水淬油冷或油淬空冷。雙液淬火主要用于形狀復(fù)雜的高碳鋼工件及大

22、型合金鋼工件。的高碳鋼工件及大型合金鋼工件。 雙液淬火法雙液淬火法20 分級淬火法分級淬火法 將加熱的工件在將加熱的工件在Ms點附近的鹽浴或堿浴中淬火，點附近的鹽浴或堿浴中淬火，然后取出緩冷的淬火方法。其特點是顯著減少淬火然后取出緩冷的淬火方法。其特點是顯著減少淬火變形與開裂，是用于截面尺寸較小淬透性較高的鋼變形與開裂，是用于截面尺寸較小淬透性較高的鋼件。件。 等溫淬火等溫淬火 將加熱工件在稍高于將加熱工件在稍高于Ms點附近溫度的鹽浴或堿點附近溫度的鹽浴或堿浴中冷卻并保溫足夠時間而獲得下貝氏體組織的淬浴中冷卻并保溫足夠時間而獲得下貝氏體組織的淬火方法。其特點是工件具有良好的綜合力學(xué)性能，火方法

23、。其特點是工件具有良好的綜合力學(xué)性能，一般不必回火。多用于形狀復(fù)雜和要求較高的小件。一般不必回火。多用于形狀復(fù)雜和要求較高的小件。215) 5) 鋼的淬透性鋼的淬透性 淬透性淬透性 淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。一般規(guī)定由工件表面到半馬氏體區(qū)的深度作為淬硬一般規(guī)定由工件表面到半馬氏體區(qū)的深度作為淬硬層深度。層深度。 淬透性對鋼力淬透性對鋼力學(xué)性能的影響學(xué)性能的影響: :鋼的淬透性直接鋼的淬透性直接影響其熱處理后影響其熱處理后的力學(xué)性能。的力學(xué)性能。圖圖1010 淬透性高的鋼，淬透性高的鋼，其力學(xué)性能沿截其力學(xué)性能沿截面均勻分布面均勻分布22

24、 淬透性低的鋼，其截面心部的力學(xué)性能低淬透性低的鋼，其截面心部的力學(xué)性能低 淬透性的測定及其表示方法淬透性的測定及其表示方法 測定鋼的淬透測定鋼的淬透性最常用的方法是性最常用的方法是末端淬火法末端淬火法。將將25100mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣經(jīng)奧氏的標(biāo)準(zhǔn)試樣經(jīng)奧氏體化后，對末端進(jìn)體化后，對末端進(jìn)行噴水冷卻。如圖行噴水冷卻。如圖所示。所示。圖圖11 11 末端淬火法末端淬火法23 按規(guī)定方法測定硬度值，作出淬透性曲線；按規(guī)定方法測定硬度值，作出淬透性曲線； 利用鋼的半馬氏體區(qū)硬度與鋼的含碳量關(guān)系圖，和利用鋼的半馬氏體區(qū)硬度與鋼的含碳量關(guān)系圖，和淬透性淬透性 曲線圖可找出其淬透性的大小。曲線圖可找出其淬透性

25、的大小。 淬透性的表示方法淬透性的表示方法淬透性值可用淬透性值可用 表示。其中表示。其中J表示末端淬透表示末端淬透性，性，d表示至水冷端的距離，表示至水冷端的距離，HRC為該處測得的硬度為該處測得的硬度值。值。dHRCJ 鋼的淬透性還可用鋼在某種冷卻介質(zhì)中完全淬透鋼的淬透性還可用鋼在某種冷卻介質(zhì)中完全淬透的最大直徑，即臨界直徑的最大直徑，即臨界直徑D D0 0表示。表示。24 淬透性的應(yīng)用淬透性的應(yīng)用: 對于截面尺寸較大和形狀較復(fù)雜的重要零件以及對于截面尺寸較大和形狀較復(fù)雜的重要零件以及要求機械性能均勻的零件，應(yīng)選用高淬透性的鋼制造。要求機械性能均勻的零件，應(yīng)選用高淬透性的鋼制造。 對于承受彎

26、曲和扭轉(zhuǎn)的軸類、齒輪類零件，可選對于承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的軸類、齒輪類零件，可選用低淬透性的鋼制造。用低淬透性的鋼制造。 在設(shè)計和制造零件時，必須考慮鋼的熱處理尺寸在設(shè)計和制造零件時，必須考慮鋼的熱處理尺寸效應(yīng)。效應(yīng)。6) 6) 鋼的回火鋼的回火 回火的目的回火的目的 降低脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力降低脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力 獲得工藝所要求的力學(xué)性能獲得工藝所要求的力學(xué)性能 穩(wěn)定工件尺寸穩(wěn)定工件尺寸 對某些高淬透性的合金鋼，可降低硬度，以利加工對某些高淬透性的合金鋼，可降低硬度，以利加工25 淬火鋼在回火時的轉(zhuǎn)變淬火鋼在回火時的轉(zhuǎn)變 回火時的組織轉(zhuǎn)變回火時的組織轉(zhuǎn)變淬火鋼組織發(fā)生以下四階段的變化：淬火鋼

27、組織發(fā)生以下四階段的變化： 馬氏體分解：主要發(fā)生在馬氏體分解：主要發(fā)生在100200， 馬氏體中的碳馬氏體中的碳以以碳化物（碳化物（Fex）的形式析）的形式析出，析出的碳化物以極小片狀出，析出的碳化物以極小片狀分布在馬氏體基體上，這種組分布在馬氏體基體上，這種組織稱為回火馬氏體，用織稱為回火馬氏體，用“M回回”表示。如圖所示。表示。如圖所示。圖圖12 12 回火馬氏體回火馬氏體26圖圖1414 殘余奧氏體分解殘余奧氏體分解 主要發(fā)生在主要發(fā)生在200300，殘余奧，殘余奧氏體分解氏體分解 為為碳化物和過飽和碳化物和過飽和，但組織仍是回火馬，但組織仍是回火馬氏體。氏體。 碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟镛D(zhuǎn)變?yōu)?/p>

28、Fe3 主要發(fā)生主要發(fā)生在在250400，此時回火馬氏體轉(zhuǎn)，此時回火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀滲碳體的組織，體上分布著細(xì)粒狀滲碳體的組織，稱為回火屈氏體，用稱為回火屈氏體，用“T回回”表示。表示。圖圖1313 滲碳體的聚集長大及滲碳體的聚集長大及相再結(jié)晶相再結(jié)晶 主要發(fā)生在主要發(fā)生在400以上以上,此時此時 形成顆形成顆粒狀滲碳體，鐵素體由針片狀轉(zhuǎn)變粒狀滲碳體，鐵素體由針片狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅?，這種組為多邊形，這種組 織稱為回火索氏織稱為回火索氏體，用體，用“S回回”表示。如圖所示表示。如圖所示。27 回火過程中的性能變化回火過程中的性能變化

29、 總的規(guī)律是：隨回火溫度升高，強度、硬度下降，總的規(guī)律是：隨回火溫度升高，強度、硬度下降，塑性、韌性上升。如圖為硬度與回火溫度的關(guān)系。塑性、韌性上升。如圖為硬度與回火溫度的關(guān)系。 回火溫度在回火溫度在200200以下以下, ,鋼的硬度不降低鋼的硬度不降低, ,對高碳鋼，對高碳鋼，甚至略有升高。甚至略有升高。 回火溫度在回火溫度在200200300,300,高碳高碳鋼的硬度再次升高鋼的硬度再次升高, ,中、低碳鋼中、低碳鋼硬度緩慢降低。硬度緩慢降低。 回火溫度回火溫度300300以上，鋼的硬以上，鋼的硬度呈直線下降。度呈直線下降。 注意：回火屈氏體、回火索氏注意：回火屈氏體、回火索氏體和球狀珠光

30、體與過冷奧氏體直體和球狀珠光體與過冷奧氏體直接分解得到的屈氏體、索氏體和珠光體的力學(xué)性能有接分解得到的屈氏體、索氏體和珠光體的力學(xué)性能有 顯著區(qū)別。顯著區(qū)別。圖圖15 15 28 回火的種類回火的種類 中溫回火（中溫回火（350350500500）組織為回火索氏體，具有較高彈性和一定韌性，主要組織為回火索氏體，具有較高彈性和一定韌性，主要 用于彈簧的處理。用于彈簧的處理。 高溫回火（高溫回火（500500650650）組織為回火索氏體，具有良好的綜合機械性能。組織為回火索氏體，具有良好的綜合機械性能。習(xí)慣習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處

31、理，簡稱簡稱“調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)”。調(diào)質(zhì)廣泛用于處理重要的結(jié)構(gòu)零件，。調(diào)質(zhì)廣泛用于處理重要的結(jié)構(gòu)零件，如軸、齒輪等。如軸、齒輪等。 低溫回火（低溫回火（150150250250）組織為回火馬氏體，能降低組織為回火馬氏體，能降低內(nèi)應(yīng)力和脆性，并保持高硬內(nèi)應(yīng)力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。用于工具、模度和耐磨性。用于工具、模具、軸承、滲碳件及經(jīng)表面淬火的工件。具、軸承、滲碳件及經(jīng)表面淬火的工件。圖圖16 16 29 淬火鋼出現(xiàn)沖擊韌性顯淬火鋼出現(xiàn)沖擊韌性顯著下降的現(xiàn)象稱為著下降的現(xiàn)象稱為“回火回火脆性脆性”，如圖如圖 回火脆性回火脆性 在在250250350350回火時出現(xiàn)的脆性稱為低溫回火脆回火時出現(xiàn)的脆

32、性稱為低溫回火脆性。一般不在此溫度范圍內(nèi)進(jìn)行回火。性。一般不在此溫度范圍內(nèi)進(jìn)行回火。 高溫回火脆性高溫回火脆性 在在500500650650回火時出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性?；鼗饡r出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性。主要發(fā)生在含主要發(fā)生在含CrCr、NiNi、MnMn等合金元素的結(jié)構(gòu)鋼中。等合金元素的結(jié)構(gòu)鋼中。 快冷可防止高溫脆性，在鋼中加入（約快冷可防止高溫脆性，在鋼中加入（約1%1%）o o（約（約0.5%0.5%）等合金元素可有效抑制這類脆性的產(chǎn)生。）等合金元素可有效抑制這類脆性的產(chǎn)生。圖圖17 17 30 淬火回火的工藝缺陷淬火回火的工藝缺陷 硬度不足硬度不足 是由淬火加熱溫度低、表面脫碳、冷

33、速不夠、鋼是由淬火加熱溫度低、表面脫碳、冷速不夠、鋼材淬透性低等原因造成的?？刹捎孟鄳?yīng)措施加以防材淬透性低等原因造成的?？刹捎孟鄳?yīng)措施加以防治。治。 硬度不均勻硬度不均勻 是由原始組織粗大且不均勻、冷卻不均勻等原因是由原始組織粗大且不均勻、冷卻不均勻等原因造成的?？赏ㄟ^正火后重新淬火來消除。造成的?？赏ㄟ^正火后重新淬火來消除。 過熱和過燒過熱和過燒過熱組織可通過重新淬火來消除；工件一旦過燒則過熱組織可通過重新淬火來消除；工件一旦過燒則只能報廢。只能報廢。317) 7) 鋼的表面淬火鋼的表面淬火 利用快速加熱將表面層奧氏體化后進(jìn)行淬火，以利用快速加熱將表面層奧氏體化后進(jìn)行淬火，以強強 化零件表面

34、的熱處理方法?；慵砻娴臒崽幚矸椒?。 表面淬火用材料含碳量為表面淬火用材料含碳量為0.40.40.5%0.5%的中碳鋼及鑄的中碳鋼及鑄鐵。鐵。 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理為表面淬火作準(zhǔn)備，以獲預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理為表面淬火作準(zhǔn)備，以獲得最終的心部組織。方法有調(diào)質(zhì)和正火等。得最終的心部組織。方法有調(diào)質(zhì)和正火等。 表面淬火后的組織表層組織為回火馬氏體，表面淬火后的組織表層組織為回火馬氏體，心部心部組織為回火索氏體組織為回火索氏體( (調(diào)質(zhì)）或鐵素體加索氏體（正調(diào)質(zhì)）或鐵素體加索氏體（正火）?；穑?。32 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火 感應(yīng)加熱的基本原理感應(yīng)加熱的基本原理 感應(yīng)加熱表面淬火的裝置如圖。

35、感應(yīng)加熱表面淬火的裝置如圖。 交變磁場使工件內(nèi)部感生出巨交變磁場使工件內(nèi)部感生出巨大的渦流大的渦流。 感應(yīng)電流在工件表層密度最大，感應(yīng)電流在工件表層密度最大，而心部密度為零，這種現(xiàn)象稱為而心部密度為零，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)。 電流透入的深度與感應(yīng)電流的電流透入的深度與感應(yīng)電流的頻率有關(guān)頻率有關(guān)。 電流頻率越高，感應(yīng)電流透入電流頻率越高，感應(yīng)電流透入深度越淺深度越淺。圖圖1818感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火的裝置的裝置33 高頻感應(yīng)加熱高頻感應(yīng)加熱 電流頻率范圍電流頻率范圍250250300kHz300kHz，淬硬層深度為，淬硬層深度為0.50.52.0mm2.0mm，適用于中小模數(shù)

36、的齒輪及中小尺寸的軸類零件。，適用于中小模數(shù)的齒輪及中小尺寸的軸類零件。 中頻感應(yīng)加熱中頻感應(yīng)加熱 電流頻率范圍電流頻率范圍25002500800kHz800kHz，淬硬層深度，淬硬層深度2 210mm10mm，適用于較大的軸和大中模數(shù)齒輪。適用于較大的軸和大中模數(shù)齒輪。 工頻感應(yīng)加熱工頻感應(yīng)加熱 電流頻率電流頻率50Hz50Hz，淬硬層深度可達(dá)，淬硬層深度可達(dá)101015mm15mm，適用，適用 于較大直徑零件的穿透加熱及大直徑零件如軋輥、火于較大直徑零件的穿透加熱及大直徑零件如軋輥、火車車輪的表面淬火。車車輪的表面淬火。 感應(yīng)加熱表面淬火后的回火感應(yīng)加熱表面淬火后的回火 一般只進(jìn)行低溫回火

37、，回火溫度一般不高于一般只進(jìn)行低溫回火，回火溫度一般不高于200200。 感應(yīng)加熱的分類感應(yīng)加熱的分類34 加熱溫度高。加熱溫度高。 感應(yīng)加熱表面淬火后工感應(yīng)加熱表面淬火后工件表層硬度高，脆性較低。件表層硬度高，脆性較低。 工件表面質(zhì)量好。工件表面質(zhì)量好。 生產(chǎn)效率高。生產(chǎn)效率高。 感應(yīng)加熱表面淬火的特點感應(yīng)加熱表面淬火的特點 特點及應(yīng)用：特點及應(yīng)用： 設(shè)備簡單、成本低、設(shè)備簡單、成本低、靈活性大，但淬火質(zhì)量較靈活性大，但淬火質(zhì)量較難控制。主要用于單件小難控制。主要用于單件小批量生產(chǎn)件及大型零件的批量生產(chǎn)件及大型零件的表面淬火。表面淬火。圖圖20 20 圖圖19 19 火焰加熱表面淬火火焰加熱

38、表面淬火35 電接觸加熱的原理如圖。電接觸加熱的原理如圖。 電接觸加熱表面淬火電接觸加熱表面淬火 特點及應(yīng)用：特點及應(yīng)用： 工件變形小，工藝簡單，不需回火，但硬化層工件變形小，工藝簡單，不需回火，但硬化層薄。形狀復(fù)雜的工件不宜采用。薄。形狀復(fù)雜的工件不宜采用。圖圖21 21 364 鋁合金熱處理的特點鋁合金熱處理的特點 與鋼比較具有如下特點與鋼比較具有如下特點1 1 、強化形式不同強化形式不同 鋼淬火屬于非擴(kuò)散型的，組織不鋼淬火屬于非擴(kuò)散型的，組織不擴(kuò)散，而形成高強度、低塑性的過飽和固溶體擴(kuò)散，而形成高強度、低塑性的過飽和固溶體馬馬氏體。氏體。 而鋁合金是擴(kuò)散強化而鋁合金是擴(kuò)散強化淬火淬火+ +時效，時效，淬火時，因淬火時，因固溶體固溶體分解被阻止，而得到分解被阻止，而得到形成低強度、高塑性的形成低強度、高塑性的過飽和固溶體。時效時內(nèi)部組織擴(kuò)散而形成許多強過飽和固溶體。時效時內(nèi)部組織擴(kuò)散而形成許多強化相微粒，彌散于固溶體化相微粒，彌散于固溶體基體上，使合金強化，稱基體上，使合金強化，稱為彌散強化。為彌散強化。 374 鋁合金熱處理的特點鋁合金熱處理的特點2 2 、淬火后的鋁合金，時效時有孕育期，在淬火后的鋁合金，時效時有孕育期，在孕育孕育期內(nèi)強度變化很小。自