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第六章钢的热处理热处理的概念将钢加热至一定温度(T)，保温一定时间(t)，然后以一定的速度(V冷)冷却，以获得指定的组织，从而得到一定的性能。碳钢的临界温度平衡临界温度：A1、A3、Acm加热时的临界温度：Ac1、Ac3、Accm冷却时的临界温度：Ar1、Ar3、Arcm奥氏体的形成奥氏体的形成分为三个阶段：第一阶段：奥氏体的形核和长大；第二阶段：残余渗碳体的溶解；第三阶段：奥氏体成分的均匀化。奥氏体晶粒的长大奥氏体的晶粒度：起始晶粒度实际晶粒度本质晶粒度影响奥氏体晶粒长大的因素：加热温度；加热速度；保温时间。奥氏体的冷却方式等温冷却：方法：将奥氏体化后的钢淬入高温盐浴中保温。奥氏体在恒温下发生转变，转变组织均匀。连续冷却：将工件直接淬入室温下的淬火介质中。奥氏体在冷却过程中发生组织转变，转变组织不均匀。钢在等温冷却时的组织转变等温冷却转变曲线(TTT曲线或C曲线)过冷奥氏体转变产物珠光体：扩散转变贝氏体：半扩散性转变马氏体：非扩散性转变珠光体转变珠光体转变的特点：高温转变扩散性转变：孕育期转变量与时间有关。马氏体转变马氏体转变的特点：低温转变；非扩散性转变固定的转变温度（Ms、Mf）转变量只决定于过冷度，与时间无关转变不完全，出现残余奥氏体。马氏体的形态：低碳马氏体：板条状高碳马氏体：针状马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构：体心正方a=bC正方度C/a：马氏体的含碳量越高，则其正方度越大，马氏体的硬度越高。马氏体的硬度决定于其含碳量；马氏体的转变量决定于冷却速度（过冷度）贝氏体转变贝氏体转变的特点：中温转变；半扩散性转变。贝氏体组织形态：上贝氏体；下贝氏体。残余奥氏体的产生产生原因：已转变的马氏体对尚未转变的奥氏体形成很大压应力；其Mf温度低于室温。危害：使钢的强度和硬度降低。消除方法：回火和深冷处理影响C曲线的因素碳的影响：较弱形状亚共析钢的C曲线随含碳量的增加向右移；过共析钢的C曲线随含碳量的增加向左移。合金元素：主要因素除Co外均使C曲线右移。加热温度和保温时间的影响加热温度越高，保温时间越长，奥氏体越稳定，C曲线右移。亚共析钢和过共析钢的C曲线800700600500400300200100-100温度/℃461001时间/s10M0fMs21031046065555147HRCAPcmAA1AAFA+F454327ec3ec362510图2-68T10钢过冷A等温转变曲线0110101010234-1000100200300400500600700800202528333742475058MfMsAPAFA+FA1A3A时间/sHRC温度/℃图2-6745钢过冷A等温转变曲线过冷奥氏体的连续冷却转变曲线特点：测定困难；使用不便。K10图2-70共析钢的等温转变曲线和连续冷却转变曲线的比较及转变组织温度/℃4000.1010200300-100V5V80070050060010时间/s10231041056104V（20℃）（-50℃）Mf（230℃）sMCCT曲线3VV2C曲线1A1V临界冷却速度临界冷却速度的大小也反映了钢获得马氏体的能力。合金元素能使钢的C曲线右移，从而降低钢的Vk。钢的热处理工艺退火：随炉冷却，得到平衡组织正火：空冷，减少先析出相。淬火：水（或油）冷，得到M回火：淬火后再次加热，调整性能，得到回火组织。钢的退火与正火1.完全退火特点：完全A化目的：通过重结晶细化晶粒，消除应力用途：亚共析钢铸件、锻件缺点：周期很长，成本高。2.等温退火目的及用途：同完全退火特点：周期短，成本低球化退火适用：高碳钢目的：降低硬度，改善切削加工性能。加热温度：Ac1+30～50℃特点：周期长，成本高。去应力退火目的：消除应力适用：铸、锻、焊件。特点：温度低，既不发生组织转变，也不能改变晶粒大小。再结晶退火和扩散退火再结晶退火适用：冷加工工件目的：消除加工硬化，降低硬度加热温度：T再+10～200℃扩散退火目的：消除偏析加热温度：接近固相线缺点：温度高，周期长，工件变形严重，成本极高。钢的正火特点：完全A化目的：低碳钢：提高硬度；代替退火过共析钢：消除网状二次渗碳体淬火加热温度亚共析钢加热温度：Ac3+30～50℃目的：防止F残留造成工件硬度和强度降低。过共析钢加热温度：Ac1+30～50℃目的：防止A含碳过高造成工件开裂和出现大量残余奥氏体。为什么亚共析钢要进行完全淬火完全淬火——得到完全马氏体。不完全淬火——马氏体组织中有铁素体出现。为什么过共析钢只能进行不完全淬火完全淬火：马氏体含碳量过高，易开裂和形成大量残余奥氏体；不完全淬火：有细小弥散渗碳体残余，奥氏体含碳量低，因而淬火时不易开裂，且残余渗碳体量少。冷却速度及冷却介质冷却速度：大于Vk淬火介质：水（5%盐）油（机油+柴油）专用淬火液理想淬火工艺淬火方法1.单液淬火优点：工艺简单，操作方便。缺点：淬火应力大，工件易变形。适用：形状简单的中、低碳钢工件。双液淬火优点：大大减小工件的淬火应力和变形开裂倾向。缺点：操作难度较高。适用：小批量分级淬火优点：操作简单。可有效防止应力和开裂。缺点：需要盐浴炉适用：小工件大批量。等温淬火目的：得到B下优缺点：同分级淬火，也需要盐浴炉。适用：需要高强韧性的小工件。局部淬火操作方法：小工件：整体加热，局部淬入水中大型工件：局部加热，并喷水冷却（工频淬火）目的：满足工件不同部位的性能要求。冷处理目的：消除残余奥氏体。工艺：先进行普通淬火，然后将工件淬入低温溶液中常用冷处理液冰水；干冰+酒精；液氮。钢的淬透性基本概念淬透性：钢获得马氏体的能力。淬硬性：钢的硬化能力淬透层深度：从淬火件表面至半马氏体区的距离淬透性的表示：用规定条件下的淬透层深度的大小。淬透性的测定末端淬火法：203040506041681216202428323640441616161616161616016(b)淬透性曲线的测定(a)试样尺寸及泠却方法淬透性曲线硬度测试点末端淬火试样图2-84用末端淬火法测定钢的淬透性距水冷端距离硬度HRC水1020304050607016mm3淬透性曲线的用途钢的回火概念：将淬火钢重新加热至A1温度以下某一温度保温一定时间后，取出空冷。淬火钢的回火转变常见回火工艺低温回火(150～250℃)：适用：高碳钢组织：回火马氏体中温回火(350～500℃)：适用：弹簧钢组织：回火屈氏体高温回火(500～650℃)：适用：中碳钢。组织：回火索氏体钢的表面淬火用途：表面需要高硬度，而心部需要足够的塑韧性的零件。如轴、齿轮、凸轮等。工艺：用快速加热使工件表层迅速奥氏体化，在热量尚未传至心部时即淬火冷却，从而使工件表层得到马氏体，但不改变心部组织。适用：中碳钢，先调质，在进行表面淬火感应加热表面淬火集肤效应：常用频率：高频感应加热：200～300kHz；淬硬深度0.5～2mm。适用于小、薄零件中频：2.5～8kHz；淬硬深度2～10mm。用于一般工件工频：50Hz；淬硬深度10～20mm。用于大型零件。适用材料：中碳钢，如45、40Cr等。特点：淬硬层深度决定于感应电流的频率，与材料的淬透性无关。其它表面淬火方法1.火焰加热表面淬火淬硬深度：2～6mm。特点：方便，成本低，但效果差2.激光加热表面淬火特点：淬硬深度：0.3～0.5mm。特点：不需要冷却液，可对深孔，盲空，沟槽进行淬火。3.太阳能加热表面淬火同激光，但受自然条件限制钢的化学热处理目的：通过改变工件表层的成分来改善其表面性能基本过程分解：渗剂的分解释放出活性原子；吸收：活性原子被工件表面吸收扩散：活性原子向工件内部扩散常见化学热处理工艺：渗碳氮化碳氮共渗渗金属：渗碳目的：提高工件表面的含碳量，从而提高其淬硬性。用途：心部需要高韧性，而表层需要高硬度的工件。适用材料：低碳钢。常用工艺：气体渗碳固体渗碳特点：温度高，周期长，渗碳后必须进行淬火。渗碳件的淬火直接淬火优点：工艺简单，降低成本缺点：工件晶粒粗大，易开裂。一次淬火优点：晶粒细化，不易开裂缺点：增加成本。钢的气体氮化原理：以氨气分解产生活性氮原子，渗入钢表面后形成高硬度的弥散分布的氮化物。优点：由于渗氮温度只有550～570℃，且渗后不用淬火，故工件的变形极小。缺点：渗氮层很薄（0.6～0.7mm)，脆性大，且氮化周期很长。离子氮化原理：用电场加速氨气的分解，和活性氮原子的渗入。优点：温度低，效率高（周期只有气体氮化的1/2～1/5）。缺点：设备昂贵。碳氮复合共渗气体软氮化：以氮化为主的碳氮共渗。特点：与气体氮化相比，温度降低，周期缩短，渗层脆性降低，但硬度也降低。气体碳氮共渗：以渗碳为主的碳氮共渗。特点：与渗碳相比，温度降低，周期缩短，发动机渗碳齿轮的热处理标注技术要求2.表面硬度HRC60，心部硬1.齿部渗碳深度0.85mm～1.1mm度HRC=31～40图4-45发动机渗碳齿轮的热处理标注汽车头调整螺钉的标注1X45°1X45°A技术要求1、调质后270HBS～300HBS2、A表面高频淬火，回火后HRC45～50，深度1mm～2mm图4-46汽车头调整螺钉的标注热处理零件结构工艺性不正确正确(相拼)结构图4-5零件结构设计改进示意图非工作面正确正确(相拼)结构不正确不正确正确不正确工作面不正确不正确不正确正确正确正确孔不正确正确正确不正确正确不正确1.11d