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热处理金属材料热处理碳钢的问题:1.强度较低,不能承受高载荷;改善钢性能的途径：合金化3.热硬性差,只能在200ºC以下工作2.淬透性差,不能做大件和复杂件4.不能满足某些特殊性能要求热处理热处理一般机械零件的加工路线是：毛坯（铸、锻）预备热处理机加工最终热处理分类：普通热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理：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、渗金属热处理热处理热处理亚共析钢：Ac3+30~50ºC,组织：F+P共析钢：Ac1+30~50ºC,组织：P过共析钢：Ac1+30~50ºC,组织：P球4.1退火与正火4.1.1退火(annealing)随炉冷却热处理退火的目的：1.降低硬度以便于切削加工2.消除残余内应力以防止钢件在淬火和使用时发生变形和开裂3.细化晶粒，改善组织，提高力学性能4.为最终热处理做准备热处理2.等温退火可使工件在炉内的停留时间大大缩短。1.完全退火适于亚共析钢和铸件、锻件及焊接件，使钢软化以便于切削加工，并可消除内应力。热处理3.球化退火适于共析钢和过共析钢，获得球状珠光体，以降硬度，改善切削加工性能，减小淬火的变形和开裂。热处理5.去应力退火适于：铸件、锻件、焊接件、冷拉伸件、切削加工件目的：消除残余应力，以提高尺寸稳定性，防止在切削加工中和使用过程中的变形和裂纹倾向4.扩散退火适于：合金钢大型铸、锻件目的：消除晶内偏析6.再结晶退火用于处理冷轧、冷拉、冷挤压等发生加工硬化的钢材热处理亚共析钢：F+S共析钢：S过共析钢：S+Fe3C粒状4.1.2正火(normalizing)：空中冷却热处理目的：获得马氏体和贝氏体组织，提高硬度和耐磨性（工具、模具、量具、滚动轴承）4.2钢的淬火（最重要，最广泛）(quenching)定义；是将钢件加热到Ac1或Ac3以上保温一定时间后，快速冷却（通常大于临界冷却速度Vc），以得到马氏体（下贝氏体）组织的热处理工艺热处理热处理热处理热处理亚共析钢：M共析钢、过共析钢：M+Fe3C粒状合金钢：M+MxCy粒状4.2.1淬火加热温度和加热时间原则：得到均匀细小的奥氏体晶粒热处理4.2.2淬火冷却介质在C曲线鼻尖出处冷却速度足够快，其余各处不必太快水：碳素钢盐水：形状简单、变形要求不严、截面较大的碳钢零件油：合金钢热处理4.2.3淬火冷却方法单介质淬火法双介质淬火法马氏体分级淬火法贝氏体等温淬火法冷处理局部淬火热处理4.3钢的淬透性(hardenability)淬硬层深度：工件表面到半马氏体区（50%M+50%T)的深度4.3.1钢的淬透性淬透性：是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。淬硬性：是指钢在淬火后所能达到的最高硬度热处理影响临界冷却速度的因素有：1）钢的含碳量2）合金元素：除Co、Al外的元素都提高淬透性3）钢中未溶物质淬透性是钢材本身所固有的属性淬透性主要受临界冷却速度影响，临界冷却速度越小，钢的淬透性越大。热处理4.3.2淬透性的测试方法临界直径法：45钢Dο（水）=16mm45钢Dο（油）=8mmdHRCJ343J5.1044J顶端淬火法：用于测定碳素结构钢和低、中合金结构钢的淬透性表示：如：45钢40Cr钢40Cr钢Dο（水）=36mm40Cr钢Dο（油）=20mm热处理热处理4.3.3淬透性与选材的关系1）连杆、螺栓、锻模、锤杆——高淬透性（并要求全部淬透）2）弹簧——高淬透性3）机床主轴、汽车半轴、齿轮——低淬透性（淬透层深度＝1/2~1/3D）4）工具类工件——高淬透性5）焊接件、表面淬火件——低淬透性热处理4.4淬火钢的回火(tempering)4.4.1回火的目的：目的：1）降低脆性，减少或消除内应力，防止工件变形和开裂2）提高塑性和韧性3）稳定组织，从而稳定工件尺寸4）代替软化退火组织1.钢在回火时的组织转变过程：4.4.2回火组织转变及性能变化渗碳体聚集长大马氏体的分解---残余奥氏体分解--渗碳体的形成--热处理2.回火后的组织和性能3）回火索氏体（500~650℃）2）回火托氏体（350~450℃）1）回火马氏体（250℃以下）热处理**4.4.3回火工艺及应用2）中温回火(350~500℃)—T回，35~45HRC特点：内应力基本消除，具有极高的弹性极限和良好的韧性。用于：各种弹簧零件及热锻模具的处理。1）低温回火(150~250℃)—M回，55~64HRC特点：降低钢中残余应力和脆性，而保持高强度、硬度和耐磨性用于：工具、量具、滚动轴承、渗碳工件以及表面淬火工件等。3）高温回火(500~650℃)—S回，25~35HRC淬火+高温回火——调质处理特点：具有较高综合机械性能用于：中碳成分结构钢制造的各种重要的结构零件，特别是在交变载荷下工作的连杆、螺栓以及轴类等，还可作为某些精密零件（如精密量具、模具）的预先热处理热处理热处理快冷可避免对大件可加Mo、W、Nb4.4.4回火脆性1.第一类回火脆性（低温回火脆性）：250~350ºC回火时出现，无法消除，所以避开。2.第二类回火脆性（高温回火脆性）：500~650ºC回火时出现，主要发生在含Cr、Si、Ni、Mn等合金元素的结构钢中，当在此温度内长时间保温或缓冷时出现热处理表面：M回表面淬火+低温回火后的组织：S回心部：F+S表面淬火是通过快速加热使钢件表面达到临界温度以上，不等热量传到工件内层就迅速予以冷却，只使表面被淬硬为马氏体，而内层仍为塑、韧性良好的组织。4.5钢的表面淬火用于承受弯曲、扭转、摩擦或冲击的零件。材料：含碳量0.40%~0.50%预先热处理：正火或调质热处理4.5.1感应加热表面淬火热处理1.基本原理δ=，800~1000ºC1）高频感应加热：100~500KHz，δ=0.5~2.0mm中小模数的齿轮及中小尺寸的轴2）中频感应加热：500~10000Hz，δ=2~10mm较大尺寸的轴和大中模数的齿轮3）工频感应加热：50Hz，δ=10~15mm直径300以上的轧辊、火车车轮f5002.感应加热表面淬火+低温回火热处理热处理热处理4.5.2火焰加热表面淬火利用乙炔火焰将工件表面快速加热到淬火温度，然后立即用水喷射冷却，此法适于单件或小批量零件的表面淬火。热处理4.7.1.钢的渗碳4.7钢的化学热处理是利用物理、化学反应来改变工件表面的成分与组织，从而使工件表面获得与心部不同的力学或物理、化学性能的工艺方法渗碳材料：低碳钢和低碳低合金钢（20，20CrMnTi）方法：气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳工艺：渗碳+淬火+低温回火目的：表面具有高硬度和高的耐磨性，而心部仍保持良好的塑、韧性(如汽车、拖拉机上的变速齿轮）热处理气体渗碳热处理渗碳后淬火+低温回火：表层为：马氏体+碳化物心部为：珠光体+铁素体用于：表面要求耐磨，并承受较大冲击载荷的零件不需渗碳的部位：可镀铜或留加工余量4.7.2渗氮方法：使用氨气形成颗粒细小、分布均匀、硬度很高并且十分稳定的各种氮化物，如AlN、CrN、MoN、TiN、VN等，适于：有35CrMo、18CrNiW和38CrMoAlA等。而碳钢由于渗氮后不形成特殊氮化物，固不用作氮化用钢特点：氮化后表面硬度高（HV100~1200)；氮化温度低，且不需要后续热处理，变形小；耐蚀性高；氮化层薄，周期长，成本高。