表面淬火工艺原理4-2

钢的热处理钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。

热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。

其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。

第一节钢的热处理原理热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下）1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质；2、表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等；3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

热处理的三阶段：加热、保温、冷却一、钢在加热时的转变加热的目的：使钢奥氏体化（一）奥氏体（ A）的形成奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。

在铁素体和渗碳体的相界面上形成。

有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。

1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。

2、残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。

（F比Fe 3 C先消失）3、奥氏体成分的均匀化残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。

（二）奥氏体晶粒的长大奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。

分为 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。

淬火工艺规程一、淬火前得准备1、检查工件表面,不允许有碰伤、裂纹、锈斑、油垢及其她脏物存在,油垢可用碱煮洗,锈斑可用喷砂或冷酸清洗。

2、准备淬火所用得工具，检查设备就是否完好。

3、检查控温仪表指示就是否正确。

4、工件形状复杂得，其中有不需要淬硬得孔眼、尖角或厚度变化大得地方，为了防止变形与淬裂得危险均应采用堵塞或缠绕石棉得方法,使工件各部分加热及冷却温度均匀。

5、要求工件表面不允许有氧化脱碳现象，要用硼砂酒精溶液涂覆。

二、淬火规范1、加热温度（1）亚共析钢淬火加热温度为Ac3+30～５0℃，一般在空气炉中加热比在盐浴中加热高10~3０℃，采用油、硝盐淬火介质时,淬火加热温度应比水淬提高20℃左右。

（2）共析钢、过共析钢淬火加热温度为Ac1＋30~50℃,一般合金钢淬火加热温度为Ａc１或Ａc3+30～５0℃.（3）高速钢、高铬钢及不锈钢应根据要求合金碳化物溶入奥氏体得程度选择。

过热敏感性强及脱碳敏感性强得钢，不易取上限温度.（4）低碳马氏体钢淬透性较低，应提高淬火温度以增大淬硬性；中碳钢及中碳合金钢应适当提高淬火温度来减少淬火后片状马氏体得相对量，以提高钢得韧性；高碳钢采用低温淬火或快速加热可限制奥氏体固溶碳量，而增加淬火后板条马氏体得含量,减少淬火钢得脆性.另外，提高淬火温度还会增加淬火后得残余奥氏体量。

2、加热方法（1）模具：室温进炉或300—４00℃进炉,并在５50—6０0℃时等温一段时间。

（2）弹簧或原材料（调质处理）,可在淬火温度时进炉.3、保温时间加热与保温时间由零件入炉到达指定工艺温度所需升温时间(ι1)，透热时间（ι２）及组织转变所需时间（ι3)组成。

ι1+ι2由设备功率、加热介质及工件尺寸、装炉数量等因素决定,ι3则与钢材得成分、组织及热处理技术要求有关。

普通碳钢及低合金钢在透热后保温5~15miｎ即可满足组织转变得要求，合金结构钢透热后应保温1５～25min。

高合金工具钢、不锈钢等为了溶解原始组织中得碳化物，应在不使奥氏体晶粒过于粗化得前提下，适当提高奥氏体化温度,以缩短保温时间。

表面淬火定义表面淬火是一种金属材料处理技术，旨在提高金属材料的硬度和耐磨性。

在表面淬火过程中，金属材料的表面被快速加热到高温，然后迅速冷却，使其细化晶粒并形成马氏体组织，从而获得优异的机械性能。

表面淬火是一种常用的金属材料处理方法，广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天等领域。

通过表面淬火处理，可以显著提高金属材料的硬度和耐磨性，增加其使用寿命和耐久性。

同时，表面淬火还可以改善金属材料的表面质量，提高其抗腐蚀性能，增强其抗拉强度和抗压强度。

表面淬火的基本原理是利用金属材料的相变规律。

当金属材料被加热到一定温度时，其晶体结构会发生变化，从而产生新的组织结构。

在表面淬火过程中，金属材料的表面被加热到临界温度以上，使其达到奥氏体相区，然后迅速冷却，使其迅速转变为马氏体组织。

马氏体组织具有高硬度和优异的耐磨性，可以显著提高金属材料的机械性能。

表面淬火可以采用多种方法进行，常见的方法包括火焰淬火、电火花淬火、激光淬火等。

不同的淬火方法适用于不同的金属材料和工件形状。

火焰淬火是一种较常用的表面淬火方法，它通过将金属材料的表面加热到高温并迅速冷却，使其形成马氏体组织。

电火花淬火利用电火花放电的高温和高能量特性，将金属材料的表面加热到临界温度以上，并通过迅速冷却形成马氏体组织。

激光淬火则利用激光的高能量和高密度特性，将金属材料的表面加热到临界温度以上，并通过迅速冷却形成马氏体组织。

表面淬火不仅可以提高金属材料的硬度和耐磨性，还可以改善其表面质量。

在表面淬火过程中，金属材料的表面会发生相变，原有的晶粒会细化并形成马氏体组织。

这种细化的晶粒结构可以显著提高金属材料的表面质量，使其更加光滑、均匀，减少表面缺陷和气孔的产生。

同时，表面淬火还可以提高金属材料的抗腐蚀性能，使其更加耐腐蚀和耐磨损。

表面淬火是一种有效的金属材料处理方法，可以显著提高金属材料的硬度和耐磨性，改善其表面质量，增强其机械性能和抗腐蚀性能。

在工业生产中，表面淬火被广泛应用于各个领域，为产品的质量和性能提供了有力支撑。

二、钢的热处理金属材料在固体范围内进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，获得所需性能的一种方法称热处理。

热处理的种类很多，根据其目的、加热和冷却方法的不同，可以分为：普通热处理、表面热处理及其他热处理方法。

普通热处理有退火、正火、淬火、回火；表面热处理有表面淬火（感应加热、火焰加热等）、化学热处理（渗碳、渗氮等）；其他热处理有真空热处理、变形热处理和激光热处理等。

热处理方法虽然很多，但都是由加热、保温和冷却三个阶段组成的，通常用热处理工艺曲线表示。

图１-34 热处理工艺曲线示意图一、钢的普通热处理根据加热及冷却的方法不同，获得金属材料的组织及性能也不同。

普通热处理可分为退火、正火、淬火和回火四种。

普通热处理是钢制零件制造过程中非常重要的工序。

退火1．退火工艺及其目的退火是将工件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺，实际生产中常采取随炉冷却的方式。

退火的主要目的：①降低硬度，改善钢的成形和切削加工性能；②均匀钢的化学成分和组织；③消除内应力。

2．常用退火工艺方法根据处理的目的和要求的不同，钢的退火可分为完全退火、球化退火和去应力退火等。

表1-4 为主要退火工艺方法及其应用。

表1-4 常用退火方法的工艺、目的与应用名称工艺目的应用完全退火将钢加热至Ac 3 以上30～50℃，保温一定时间，炉冷至室温（或炉冷至600℃以下，出炉空冷）细化晶粒，消除过热组织，降低硬度和改善切削加工性能主要用于亚共析钢的铸、锻件，有时也用于焊接结构球化退火将钢加热至Ac 1 以上20～40℃，保温一定时间，炉冷至室温，或快速冷至略低于Ar 1 温度，保温后出炉空冷，使钢中碳化物球状化的退火工艺使钢中的渗碳体球状化，以降低钢的硬度，改善切削加工性，并为以后的热处理做好组织准备。

若钢的原始组织中有严重的渗碳体网，则在球化退火前应进行正火消除，以保证球化退火效果主要用于共析钢和过共析钢均匀化退火（扩散退火）将钢加热到略低于固相线温度（Ac 3 或Ac cm 以上150~300℃），长时间保温（10~15h），随炉冷却。

150 2500 f 2 2 x x
（b）比功率的选择：
f 最佳
600 2 x
比功率是指感应加热时工件单位表面积上所吸收的 电功率。比功率选择主要决定于频率和要求硬化层 深度 设备比功率 ：设备输出功率与零件同时被加热的面 积比
P P A
P P工 P A
实验表明：
●在工件直径一定的情况下，随着硬化层深度 的增厚，表面残余压应力先增大，达到一定 值后，继续增加硬化层厚度，表面残余压应 力反而减少。 ●残余应力与沿硬化层深度的硬度分布有关。 过渡区硬度降落愈陡，表面压应力虽较大， 但紧靠过渡区的张应力峰值也最大；过渡区 硬度降得愈平缓，过渡区愈宽，张应力峰值 内移且减少，表面的残余压应力也减少。 ●残余应力的分布和钢中的含碳量有关。含碳 量愈高，残余压应力愈大
§4-3：表面淬火方法
一、感应加热表面淬火
工件在交变磁场作用下产生了较高的感
应电势并在表面形成涡流，利用感应电流
在零件表面产生的热效应而使零件加热称 为感应加热；将感应加热后的零件快速冷 却的淬火工艺称为感应加热淬火。
根据设备输出频率高低，感应加热的种类如下表所示：
加热方法 工频 中频 高频、超音频 超高频脉冲
流条；冷却装置等
▲感应圈形状与结构
感应圈的几何形状主要根据工件硬化部位 的几何形状、尺寸及选择的加热方式来确定。 设计时应注意以下几种效应：
▲临近效应：（采用旋转加热方法）
▲环状效应：（有利于圆柱体外表面）
▲尖角效应：（调节线圈与零件间的间隙或改 进感应圈的结构来改善）
▲感应圈尺寸的确定
感应圈管壁厚度应略大于高频电流穿透厚度。
67 / f (mm) 4、感应加热时的驱流和屏蔽

25cr2ni4mov淬火工艺25Cr2Ni4MoV淬火工艺淬火工艺简介•淬火是金属材料热处理的一种重要工艺方法。

•25Cr2Ni4MoV是一种常用于制造高强度、高韧性的钢材。

•淬火工艺可以使钢材获得良好的力学性能和组织结构。

工艺原理•淬火工艺通过快速冷却将钢材中的奥氏体转变为马氏体，从而提高钢材的硬度和强度。

•25Cr2Ni4MoV钢材的主要组织相为铁素体和奥氏体。

•淬火过程中，钢材中的全部奥氏体转变为马氏体，同时形成细小的碳化物颗粒。

淬火工艺步骤1.加热–将25Cr2Ni4MoV钢材加热至适当温度，一般为摄氏度。

–加热时间根据钢材的厚度和尺寸而定，一般为1-2小时。

2.保温–在适当温度下保持一段时间，使钢材内部均匀加热。

–保温时间一般为30分钟至1小时。

3.冷却–快速将钢材置于冷却介质中，如水、油或盐水溶液。

–冷却速度决定了淬火效果的好坏，一般要求快速冷却。

4.回火–对淬火后的钢材进行回火处理，以消除残余应力并提高韧性。

–回火温度一般为摄氏度，时间根据需要而定。

淬火工艺的优点•可以显著提高25Cr2Ni4MoV钢材的硬度和强度。

•能够改善钢材的耐磨性和耐蚀性。

•可以调节钢材的组织结构和机械性能，使其适应不同的工作环境。

淬火工艺的注意事项•加热温度、保温时间和冷却速度需要根据具体材料和要求进行合理选择。

•淬火过程中，应保证钢材的均匀加热和冷却，避免出现过热或过冷区域。

•回火温度和时间的选择应根据需要平衡硬度和韧性的关系。

总结•25Cr2Ni4MoV淬火工艺是一种有效的钢材热处理方法。

•正确的淬火工艺可以使钢材获得良好的力学性能和组织结构。

•在实际应用中，根据具体需求选择合适的加热温度、保温时间和冷却介质，仔细控制回火温度和时间，可以获得理想的淬火效果。

淬火工艺的应用领域•25Cr2Ni4MoV钢材广泛应用于航空航天、汽车制造、电力设备等领域。

•淬火工艺可以提高钢材的耐磨性和耐腐蚀性，适用于制造工具、轴承等耐久性要求高的零部件。

热处理工艺规范一、淬火、回火工艺规范1．淬火、回火准备工作：1）检查设备，仪表是否正常；2）正确选择夹具；3）检查零件表面是否有碰伤、裂纹、锈斑等缺陷；4）确认零件要求的淬火部位硬度、变形等的技术要求，核对零件的形状、材料的加工状态是否与图样及工艺文件相符合；5）表面不允许氧化、脱碳的零件，当在空气炉加热时，应采取防氧化脱碳剂装箱保护或采用真空炉加热；6）易开裂的部位如尖角靠边的孔，应采取预防措施，如塞石棉、耐火泥等。

2．常见材料淬火、回火工艺规范1）加热温度表1 常用材料的常规淬火、回火规范注：Cr12Mo1V1 即 D2（美国）、1.2379（德国）、SLD（日立）、SKD11（日本）、K110（奥地利）；9CrWMn 即 O1（美国）、1.2510（德国）、K460（奥地利）；4Cr5MoSiV1 即 H13（美国）、1.2344（德国）、8407/8402（一胜百）、W302（奥地利）；7Cr7Mo3V2Si 即 LD1；HS-1是高级火焰淬火，多用模具钢；除45号钢或特别说明均采用回火两次的工艺。

2）淬火保温时间t =8～10 min+kαDk——装炉系数（1～1.5）；α——保温系数（见表2）；D——零件有效厚度。

表2 淬火保温系数3）回火保温时间①工件有效厚度d<=50mm，保温2小时；②工件有效厚度d>50mm，按照保温时间t=d/25（小时）计算；③每次回火后空冷至室温，再进行下次回火。

4）去应力（入炉时效）①高合金钢550~650℃，热透后，保温时间>3小时；3．淬火和回火设备1）淬火设备——真空淬火炉、中温箱式炉、高温箱式炉。

2）回火设备——真空回火炉、中温箱式炉。

3）冷却设备——水槽、油槽、风箱。

4．操作方法1）零件应均匀摆放于炉内有效加热区，在箱式炉中一般为单层排列加热，工件间适当间隙。

小件可适当堆放，但要酌情增加保温时间。

2）细长零件加热要考虑装炉方法，以减少工件变形，如垂直吊挂，侧立放平支稳等。

低合金钢：
淬火温度也应根据其临界点(Ac1及Ac3)来 选定，但考虑到合金元素的作用，为了加 速奥氏体化， 过共析低合金钢：Ac1+(50~110 °C) , 亚共析低合金钢：Ac3+(30~100 °C); 高速钢、高铬钢及不锈钢应根据合金碳化 物溶入奥氏体的程度选定。一般高速钢的 淬火加热温度比其Ac1高出30°C以上。
第八章 淬火及淬火工艺
主要内容
1. 淬火加热 2. 淬火介质 3. 钢的淬透性 4. 淬火工艺 5. 表面淬火 6. 淬火缺陷
前

言1
淬火是热处理工艺中最重要的工艺。 从广义上说，淬火是将合金在高温下所 具有的状态以过冷、过饱和状态固定至室 温，或使基体转变成晶体结构与高温状态 不同的亚稳状态的热处理形式。
常用的盐浴成分及其正常使用温度见表8. 5。
8. 1. 3. 3固体介质


流态床加热采用固体粒子(石墨、石英砂或刚玉等)作为加 热介质。当通人一定流速的气流时，粒子就会呈悬浮状像 流体一样地运动，在粒子堆表面呈沸腾状态，内部粒子则 呈快速湍流运动，这种称为粒子被流态化。通过电加热使 流动粒子很快被加热到所需温度，靠它们来加热工件。 使用这种加热介质的炉子名称曾很多，如流动粒子炉、流 化床、流态床或沸腾层炉等，目前国家标准中称之为流态 床。采用这种加热介质的优点很多:①升温快(20多分钟可 升至850°C )，炉温较均匀且易控制;②使用温度范围广 泛(高、中、低温均可);③工件处理后表面无氧化脱碳;④ 启动方便，节省电能等。但它还存在一些缺点，如工作电 压较高(60~80V)，有粉尘逸出，炉子生产能力较小等，均 待进一步改进。



原因如下：
(1)奥氏体中溶人碳量的增加使MS点降低，淬火后所得的 残余奥氏体量将增多，结果使淬火钢的硬度下降; (2)奥氏体的晶粒粗化，淬火后得到粗大马氏体，使钢的脆 性大为增加; (3)空气介质加热时钢的脱碳氧化严重，降低淬火钢的表面 质量;

第四节淬火教学重点与难点1．重点淬火、回火2．难点淬透性和淬硬性教学方法与手段1．利用挂图等教具。

2．举生活中应用淬火与回火的现象，分析原理与应用，触类旁通。

教学组织1.复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容♦钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。

♦临界冷却速度是指获得马氏体的最低冷却速度。

♦马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。

马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。

马氏体中由于溶入过多的碳原子，从而使α-Fe晶格发生畸变，增加其塑性变形抗力，故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。

一、淬火(一)淬火的目的淬火的目的主要是使钢件得到马氏体(和贝氏体)组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。

(二)淬火工艺1．淬火加热温度的确定亚共析钢淬火加热温度为Ac以上30℃～50℃。

3以上30℃～50℃。

共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac12．淬火介质常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、硝盐浴和空气等。

3．淬火方法(1)单液淬火。

♦将已奥氏体化的钢件在一种淬火介质中冷却的方法。

例如，低碳钢和中碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火等。

单液淬火方法主要应用于形状简单的钢件。

(2)双液淬火。

♦将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质中，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的方法，称为双液淬火。

例如，先在水中冷却后在油中冷却的双液淬火。

双液淬火主要适用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大尺寸的合金钢工件。

(3)马氏体分级淬火♦工件加热奥氏体化浸入温度稍高于或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中，保持适当时间，在工件整体达到冷却介质温度后取出空冷以获得马氏体组织的淬火方法，称为马氏体分级淬火。

马氏体分级淬火能够减小工件中的热应力，并缓和相变过程中产生的组织应力，减少淬火变形。

退火、正火、淬火、回火工艺金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。

其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。

钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。

另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。

早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。

白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。

公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。

中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。

随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。

三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。

这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。

中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。

但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。

1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。

7
第11章 钢的表面淬火
加热速度与奥氏体转变温度范围
在快速加热条件下非平衡相图
8
第11章 钢的表面淬火
二、表面淬火的组织与性能

1、表面淬火的金相组织 其金相组织与钢种，淬火前的原始组织及淬火 加热时沿截面温度分布有关。
9
第11章 钢的表面淬火
10
第11章 钢的表面淬火
调质状态的45钢， 回火索氏体，会造 成回火组织的不均 匀，在C区温度低于 Ac1，但高于原调质 温度，因此发生进 一步回火，表面淬 火导致这一区域硬 度下降。
23
第11章 钢的表面淬火




导磁率μ和电阻率ρ随温度而变， ρ随温升而增大， 极值为10－4Ωcm， μ在A2点突变。 在20℃时， 20 20 f mm 冷态电流透入深度 800 500 f mm 在800℃时， 热态透入深度 感应加热时，由于表层高温区导磁率下降，涡流 移向内侧，使电流密度发生变化。
19
第11章 钢的表面淬火
感应电动势： 涡流：
d e d
R ~~ 电阻 X L ~~ 感抗
e e If 2 2 I R XL
热量：
2 f
Q 0.24I Rt( J )
20
第11章 钢的表面淬火
2)、集肤效应
电流沿截面的分布是不均匀的，电流主要沿工件表面 通过，交变电流的频率越高，这种不均匀性越严重， 电流的密度集中于表面越多，这种现象称为集肤效应 通入交变电流之导体截面上电流密度的 分布可由电磁场微分方程解得：
37
第11章 钢的表面淬火
38
第11章 钢的表面淬火
3、火焰淬火工艺： 1）同时加热淬火； 2）旋架淬火法； 3）摆动淬火法； 4）推进淬火法 5）旋转连续淬火法 6）周边连续淬火法

⑵ 等温退火 亚共析钢加热到Ac 亚共析钢加热到 3+30~50℃, 共析、过共析钢加热到 ℃ 共析、 Ac1+30~50℃，保温后快冷到 1以下的某一温度下停留，待 ℃ 保温后快冷到Ar 以下的某一温度下停留， 相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间。 相变完成后出炉空冷。等较
⑶ 球化退火 球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。 球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。 是将钢中渗碳体球状化的退火工艺 将工件加热到Ac 将工件加热到 1+ 30-50℃ ℃ 保温后缓冷， 保温后缓冷，或者加热后 快冷到略低于 Ar1 的温度 下保温，使珠光体中的渗 下保温， 碳体球化后出炉空冷。 碳体球化后出炉空冷。主 要用于共析、过共析钢。 要用于共析、过共析钢。
2、双液淬火法 、 工件先在一种冷却能力强的 介质中冷，却躲过鼻尖后， 介质中冷，却躲过鼻尖后， 再在另一种冷却能力较弱的 介质中发生马氏体转变的方 法。如水淬油冷，油淬空冷. 如水淬油冷，油淬空冷 优点是冷却理想， 优点是冷却理想，缺点是不 易掌握。用于形状复杂的碳 易掌握。用于形状复杂的碳 钢件及大型合金钢件。 钢件及大型合金钢件。
3、分级淬火法 、 附近的盐浴或碱浴中淬火， 在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出 附近的盐浴或碱浴中淬火 缓冷。 缓冷。 可减少内应力， 可减少内应力，用于小尺寸工 件。
盐浴炉
4、等温淬火法 、 将工件在稍高于 Ms 的盐浴或碱 浴中保温足够长时间， 浴中保温足够长时间，从而获得 下贝氏体组织的淬火方法。 下贝氏体组织的淬火方法。 经等温淬火零件具有良好的综合 力学性能，淬火应力小 力学性能，淬火应力小. 适用于形状复杂及要求较高的小 型件。 型件。
真空退火炉

2．化学镀镍磷
化学镀是指在无外加电流条件下，利用化学方法在金属表面沉积其他金 属或合金的工艺方法。化学镀镍磷合金可提高工件表面的硬度、抗粘着性、 减摩性，从而提高其耐磨性。
2 气相沉积TiN和TiC
气相沉积是指在一定成分的气体中加热至一定温 度，通过化学或物理作用在钢件表面沉积其他金属或 金属化合物的工艺方法。在钢件表面沉积TiN、TiC等 超硬金属化合物，能大大提高其表面的硬度、耐磨性、 耐蚀性和高温抗氧化性。
表 面 热处理
钢加热时的组织转变
钢的预备热处理——退火与正火
钢的最终热处理（一）——淬火与回火 钢的最终热处理（二）——表面热处理 钢的表面强化技术
本 章 要 点
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 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 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 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、 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。
淬火加热后组织 钢种
亚共析钢 Wc≤0.5%
亚共析钢 Wc＞0.5%
淬火温度(℃) Ac3+30～50
Ac3+30～50 Ac1+30～50 Ac1+30～50
残
最终组织 M
M + A残 M + A残 M+Fe3C+A
共析钢 过共析钢
单液淬火 将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。 优点：操作简单，容易实现自动化 缺点：易产生淬火缺陷， 水中淬火易产生变形和 裂纹，油中淬火易产生硬度不足或硬度不均匀等 现象。 应用：碳钢一般用水作冷却介质，合金钢可用油 作冷却介质。

第5章练习题1. 单项选择1-1 重要的轴类零件的毛坯通常应选择（）。

①铸件②锻件③棒料④管材1-2 普通机床床身的毛坯多采用（）。

①铸件②锻件③焊接件④冲压件1-3 基准重合原则是指使用被加工表面的（）基准作为精基准。

②设计②工序③测量④装配1-4 箱体类零件常采用（）作为统一精基准。

①一面一孔②一面两孔③两面一孔④两面两孔1-5 经济加工精度是在（）条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。

①最不利②最佳状态③最小成本④正常加工1-6 铜合金7 级精度外圆表面加工通常采用（）的加工路线。

①粗车②粗车-半精车③粗车-半精车-精车④粗车-半精车-精磨1-7 淬火钢7级精度外圆表面常采用的加工路线是（）。

①粗车—半精车—精车②粗车—半精车—精车—金刚石车③粗车—半精车—粗磨④粗车—半精车—粗磨—精磨1-8 铸铁箱体上φ120H7孔常采用的加工路线是（）。

①粗镗—半精镗—精镗②粗镗—半精镗—铰③粗镗—半精镗—粗磨④粗镗—半精镗—粗磨—精磨1-9 为改善材料切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火等），通常安排在（）进行。

①切削加工之前②磨削加工之前③切削加工之后④粗加工后、精加工前1-10 工序余量公差等于( )。

①上道工序尺寸公差与本道工序尺寸公差之和②上道工序尺寸公差与本道工序尺寸公差之差③上道工序尺寸公差与本道工序尺寸公差之和的二分之一④上道工序尺寸公差与本道工序尺寸公差之差的二分之一1-11 直线尺寸链采用极值算法时，其封闭环的下偏差等于（）。

①增环的上偏差之和减去减环的上偏差之和②增环的上偏差之和减去减环的下偏差之和③增环的下偏差之和减去减环的上偏差之和④增环的下偏差之和减去减环的下偏差之和1-12 直线尺寸链采用概率算法时，若各组成环均接近正态分布，则封闭环的公差等于（）。

①各组成环中公差最大值②各组成环中公差的最小值③各组成环公差之和④各组成环公差平方和的平方根1-13 用近似概率算法计算封闭环公差时，k值常取为（）。

60钢等温淬火工艺
一、工艺流程
1. 材料准备：准备60钢毛坯，确保表面无明显缺陷和污染。

2. 热处理前处理：将毛坯进行粗加工，去除表面氧化皮和锈蚀层。

3. 加热：将毛坯放入电炉中进行加热，升温速率为50℃/h，加热温度为860℃±10℃。

4. 等温保持：在860℃±10℃的温度下等温保持1小时。

5. 冷却：将毛坯从电炉中取出，进行油冷或水冷。

二、工艺参数
1. 加热温度：860℃±10℃
2. 等温时间：1小时
3. 冷却介质：油冷或水冷
4. 升温速率：50℃/h
三、设备及工具
1. 电炉
2. 冷却介质（油或水）
3. 温度计
4. 手套、护目镜等安全防护用品
四、注意事项
1. 操作人员必须经过专业培训，并严格遵守操作规程。

2. 加热过程中应注意控制加热速率，避免过快或过慢。

3. 等温时间应严格按照要求进行，避免过长或过短。

4. 冷却介质的选择应根据具体情况进行，避免产生过大的残余应力。

五、工艺原理
60钢是一种高强度低合金结构钢，经过等温淬火处理后可以得到较高的强度和韧性。

等温淬火工艺是将毛坯加热至一定温度后，在该温度下等温保持一定时间，然后进行快速冷却。

这种工艺可以使钢材中的奥氏体转变为马氏体，并在晶界形成细小的碳化物沉淀，从而提高钢材的强度和硬度。

同时，由于等温保持时间较长，可以有效减少残余应力和变形。

热处理原理及工艺
9- 38
（三）渗碳体形成和铁素体恢复
约在300-400℃之间，α固溶体中过饱和 的碳逐渐析出，ε-碳化物转变为稳定的较小 的Fe3C颗粒，α固溶体中的含碳量几乎达到 平衡成分，故马氏体变成铁素体（c/a≈1）， 体心正方晶格变成体心立方晶格。
此时组织为： “铁素体与弥散在其中的细粒状渗碳体的混合 物”, 称为 “回火托氏体”，T回。
热处理原理及工艺
d 等温淬火法
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5、局部淬火法 有些零件只需要局部硬度高、耐磨性好， 因此可进行局部淬火，以避免其它部位产生 变形或开裂。
局部淬火法包括：①局部加热淬火法
②局部冷却淬火法 喷射淬火——向工件喷射急速水流的淬火方法。
热处理原理及工艺
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6、 冷处理
——将淬火至室温的工件继续冷却到零下温度的处理(实际上 是淬火过程的继续)称为冷处理。 高碳钢、合金钢的Mf都在零下几十度， 为了减少残余奥氏体的数量，可在淬火后进 行冷处理，即加热零件淬火至室温后，再放 入低温槽中继续冷却，使残余奥氏体转变为 马氏体。 冷处理介质：干冰（-80℃）、 液化乙烯（-107℃）、液氮（-192℃） 冷处理的目的：稳定尺寸，提高硬度。
热处理原理及工艺
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4.淬火工艺
1 淬火加热温度 ⑴ 亚共析钢 淬火温度：Ac3+30~50℃。 T过低——有F，↓HRC
T过高——氧化脱碳，晶粒 粗大，淬火应力大
热处理原理及工艺
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（2）共析、过共析钢 淬火温度：Ac1+30~50℃。 T过低——得不到M
T过高——晶粒粗大，残 余A量↑，HRC↓
此时组织为： 过饱和程度稍低的马氏体和极细小的ε-碳化物组成 的混合组织，称为“回火马氏体组织”，M回。 ε-碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C转变的过渡相。

2.感应加热表面淬火
（1）定义 感应加热表面淬火是采用一定方法使工件表面产生一定频率的感应电流，将工件表面迅速加热然后快速冷却的一种热处理工艺操作。 （2）基本原理： δ= 。 式中:δ——感应电流透 入深度，mm; f——电流频率，HZ 。 “电磁感应”: 把工件放入由空心铜管绕成的感应器线圈中，感应器中通入一定频率的交流电以产生交变磁场，于是工件内就会产生频率相同、方向相反的感生电流。 “集肤效应”:这种感生电流在工件中的分布是不均匀的，主要集中在表面层。愈靠近表面、电流密度愈大;频率愈高，电流集中的表面层愈薄，这种现象称为集肤效应。
5.渗碳经热处理及相应组织
图4.45 渗碳后常用的热处理工艺曲线
渗碳淬火组织
渗碳淬火后的表层组织 基体组织M回火+F 经渗碳的机车从动齿轮
01
表层：
02
回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体
03
心部：
04
铁素体+回火马氏体（或铁素体+珠光体）
渗碳+淬火+低温回火后组织
渗碳件的加工工艺路线：
下料 → 锻造 → 正火 → 机械加工 → 渗碳 → 淬火+低温回火 →精加工 → 成品。
4.4.1 表面强化概述 ( Introduction of surface reinforcing )
可见，表面强化是表面工程的核心内容，是决定强化表层的成分、组织、结构与性能的关键技术。 按表面强化的工艺特点可分为如下6类： ①表面冶金强化（它包括堆焊、热喷涂、激光重熔等）； ②表面形变（机械）强化（它包括喷丸、滚压、挤压等）； ③表面热处理强化（它包括表面淬火、化学热处理等）； ④表面薄膜强化（它包括电镀、电刷镀、气相沉积、化学镀等）； ⑤表面非金属化处理（它包括喷塑、粘涂、涂装等）； ⑥高能束（密度）表面强化（它包括电子束、离子束、激光束等）。 其中以表面淬火和化学热处理等应用最为普遍。 表面强化的性能要求 ---- “表硬内韧”。