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第五章 钢的热处理7.8节

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《金属材料与热处理(第七版)》第五章钢的热处理课件

《金属材料与热处理(第七版)》第五章钢的热处理课件
强化零件表面常用的热处理方法有表面热处理和化学 热处理两种。
一、表面热处理
钢的表面热处理是指仅对钢件表面进行热处理，以改 变表面层组织，满足使用性能要求的热处理工艺。
表面淬火是表面热处理中最常用的方法，是强化材料 表面的重要手段。
目前，表面淬火的方法很多，如火焰加热表面淬火、 感应加热表面淬火、电接触加热表面淬火、激光加热表面 淬火等。生产中最常用的方法主要是火焰加热表面淬火和 感应加热表面淬火。
(5)钢的淬火缺陷
2. 回火 回火是将淬火后的钢重新加热到Ac1点以下的某一温度，
保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
(1)回火时的组织转变
钢(45钢)的回火组织 a)回火马氏体 b)回火屈氏体 c)回火索氏体
40钢的力学性能与回火温度的关系
(2)回火的分类及应用
§5-4 钢的表面热处理与化学热处理
化学热处理的过程示意图
2. 钢的渗碳 钢的渗碳是将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使
碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺。 根据渗碳介质的工作状态，渗碳方法可分为固体渗
碳、盐浴渗碳和气体渗碳三种，应用最广泛的是气体渗 碳。
气体渗碳是将工件置于气体渗碳剂中进行渗碳的工 艺。
气体渗碳示意图
一般零件渗碳后，其表面含碳量控制在0.85%~1.05%， 含碳量从表面到心部逐渐减少，心部仍保持原来的含碳量。 图示为低碳钢渗碳后缓冷的渗碳层显微组织，图中渗碳层 的组织由表面向中心依次为过共析组织、共析组织、亚共 析组织(过渡层)，中心仍为原来的亚共析组织。
钢在加热和冷却时的临界点
2. 奥氏体的形成
共析钢中奥氏体形成过程示意图 a)形核 b)长大 c)残余Fe3C溶解 d)均匀化
如果在形成奥氏体后继续升温或延长保温时间，

钢的热处理.doc

钢的热处理.doc

第五章钢的热处理教学目的：掌握钢的热处理原理及常用热处理工艺；熟悉钢的淬透性及其对零件机械性能的影响；了解常用热处理设备的特点。

本章重点：1、奥氏体的形成2、过冷奥氏体的转变3、C曲线的建立与应用4、钢的退火、正火、淬火、回火、表面淬火、化学热处理5、钢的淬透性本章难点：1、奥氏体的形成2、过冷奥氏体的转变参考文献: 1、戴起勋，金属材料学，化学工业出版社，20052、史美堂，金属材料及热处理，上海科学技术出版社，20013、史美堂，金属材料及热处理习题集与实验指导书，上海科学技术出版社，1997专业词汇:austenite; spheroidizing annealing; inherent grain size; retained austenite;quenching; hardenability; quenching medium; continuous coolingtransformation curve; upper bainite; lower bainite; sorbite; practicalgrain size; diffusion transformation; diffusion annealing; ledeburite;subercritical quenching; normalizing; complete annealing; Widmanstattenstructure; cryogenic treatment; isothermal quenching; isothermalannealing; secondary hardening; broken quenching; marquenching;tempering; tempered martensite; tempering embrittlement; temperedsorbite; tempered troostite; troostite; martensite starting point; granularpearlite; nitriding; tempering resistance; induction heat surface hardening;flame surface hardening; glow discharge nitriding; carbonitriding;概论热处理工艺是提高材料性能的最简单的途径一、热处理的概念通过对材料进行加热、保温、冷却的操作方法，使钢的组织结构发生变化，以获得所需性能的一种工艺。

第五章 钢的热处理

第五章 钢的热处理

等温退火
加热温度：Ac1以上10-20度，或Ac3以上30-50度 组织：P 目的： ①与完全退火、球化退火相同 ②更均匀的组织和硬度 ③显著缩短生产周期 应用范围：高碳钢，合金工具钢，高合金钢。
球化退火（不完全退火）

加热温度：Ac1以上20-40度 应用范围：过共析钢，共析钢 组织：球状P（F+球状FeC3） 目的： ①使FeC3球化→HRC↓，韧性↑→切削性↑ ②为淬火作准备
钢加热到930℃±10℃、保温8小时、冷却后测得的晶 粒度 表示钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向 本质细晶粒钢
本质粗晶粒钢
本质细晶粒钢M和本质粗晶粒钢K晶粒长大示意图
图5-5
第二节 钢的冷却转变
一、过冷奥氏体 二、在冷却转变时，相变温度对转变速度的 影响 三、过冷奥氏体等温转变曲线 四、过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性 能 五、过冷奥氏体连续冷却转变曲线
三、过冷奥氏体等温转变曲线
温 度 ℃ 700 600 550 500 400 300 200 100
2 3 4 5 6
Ar
Ms
1
10 10 10
10
10 10
时间（s）
图5-8
共析碳钢过冷A等温曲线的建立
图5-9
四、过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性能
珠光体转变 贝氏体转变
马氏体的组织与形态
一、奥氏体化前的组织
我们只考虑比较简单的情况即奥氏体化前的 组织为平衡组织的情况。 对于亚共析钢 → F+P 共析钢 → P 过共析钢 → Fe3CⅡ+P
二、奥氏体的形成温度与Fe- Fe3C状态图的关系
对于加热：非平衡条件下的相变温度高于平衡条 件下的相变温度； 对于冷却：非平衡条件下的相变温度低于平衡条件 下的相变温度。 这个温差叫滞后度。加热转变 → 过热度， 冷却转变 → 过冷度，且加热与冷却速度越大，温 度提高与下降的幅度就越大，导致热度与过冷度越 大。此外，过热度与过冷度的增大会导致相变驱动 力的增大，从而使相变容易发生。

《钢的热处理》PPT课件

《钢的热处理》PPT课件
度高、保温时间长, 晶粒粗大.
⑵加热速度: 加热速度越快,过热 度越大, 形核率越高, 晶粒越细.
⑶合金元素：
Nb/%
Nb、Ti对奥氏体晶粒的影响
阻碍奥氏体晶粒长大的元素:
Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、
Mo、Cr、Al等碳化物和氮 化物形成元素。
析出颗粒 对黄铜晶 界的钉扎
ppt课件
16
促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 ⑷ 原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的
由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册
中的数据是以30-50℃/h 的速度加热或冷却时测得的.
ppt课件
8
第二节 钢在加热时的转变
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在
A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加 热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
一、奥氏体的形成过程
ppt课件
10
℃
第四步 奥氏体成分均匀 共析钢奥氏体化曲线（875℃退火）
化：Fe3C溶解后，其所 温 度
在部位碳含量仍很高， ，
通过长时间保温使奥氏
体成分趋于均匀。
ppt课件
11
共析钢奥氏体化过程
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本 相同。但由于先共析 或 二次Fe3C的存在，要获得 全部奥氏体组织，必须相 应加热到Ac3或Accm以上.
常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均 匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。
真空热处理炉
箱式可控气氛多用炉
ppt课件
17
第三节 钢在冷却时的转变
冷却是热处理更重要的工序。 一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程

钢的热处理78节课件

钢的热处理78节课件
在真空环境下进行热处 理，适用于要求高纯净 度或要求无氧化、脱碳
的工件。
盐浴炉
利用熔融的盐作为热介 质，适用于小型工件的
大批量生产。
加热设备
01
02
03
04
电热元件
如电热棒、电热圈等，用于提 供热源。
燃气加热
利用燃气燃烧产生热量，适用 于大型热处理炉。
红外加热
利用红外辐射进行加热，具有 快速、高效的特点。
体转变等。相变过程中Fra bibliotek钢的性能会发生显著变化，如硬度和韧性等。通
03
过控制相变过程，可以获得所需性能的钢材。
03
钢的热处理工艺
退火工艺
总结词
退火是热处理工艺中的一种，通过加热和缓慢冷却的方式，使金属内部的原子 或分子的排列更加有序，从而达到软化金属、提高塑性和韧性的目的。
详细描述
退火工艺通常将金属加热到一定温度，然后保持一段时间，使原子或分子的热 运动能量增加，从而实现原子或分子的重新排列。退火工艺可以消除金属内部 的应力，提高其塑性和韧性，使其更适合加工和成形。
对热处理设备进行定期维护保养，确保设 备正常运行，及时发现并排除潜在的安全 隐患。
环保措施
减少废弃物排放
优化热处理工艺，减少废弃物排放量 ，对产生的废弃物进行分类处理，避 免对环境造成污染。
节能减排
采用先进的热处理技术和设备，提高 能源利用效率，降低能耗和排放量， 符合节能减排的环保要求。
回收利用
提高材料耐腐蚀性
通过热处理改变材料的表面组织结构，提高其耐腐蚀性，延长使用 寿命。
热处理的历史与发展
古代热处理
近代热处理
早在古代，人们就已经开始使用热处 理技术来改善金属材料的性能。例如 ，在中国商代时期，人们已经开始使 用高温退火工艺来软化青铜器。

第五章 钢的热处理及表面处理技术

第五章 钢的热处理及表面处理技术

2020/2/13
2
第一节 概述
改善钢材性能的主要办法: • 1.合金化 • 2.钢的热处理
热处理分类： 退火
普通热处理 正火 淬火
表面热处理
表面淬火
火焰加热 感应加热
化学热处理
渗C 渗N C、N共渗
回火
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3
例：T8 ,在780℃保温，一个水冷62HRC,另一个炉 冷200HB≈15HRC。水冷马氏体，炉冷珠光体。
上贝氏体： 550 ～ 350℃，呈羽毛状
下贝氏体： 350 ℃～Ｍｓ点，呈针状
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上贝氏体的形成过程
上贝氏体中的Fe3C分布于铁素体条之间，分割了基体 的连续性，易脆断，故上贝氏体的强度和韧性较低
45钢，B上+B下，×400 光学显微照片 1300×电子显微照片 5000×
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贝氏体转变
T8钢，B下，黑色针状 光学显微照片 ×400
F 针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒 电子显微照片 12000×
•
下贝氏体形成温度较低，铁素体针细小、
无方向性，且碳化物分布均匀，弥散度大，故
下贝氏体有良好的强度和韧性配合，是一种有
应用价值的组织
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珠光体
P
A1～650
＜25HRC
150～ 450
＜ 5 00×
索氏体
S
650～600
25～ 35HRC
80～150 ＞1000×
托氏体
T
600～550
35～ 40HRC
30～80 ＞2000×
•珠光体的片层间距越小，强度、硬度越高，塑性、 韧性越好。

5章钢的热处理要点课件

5章钢的热处理要点课件
• (1) 珠光体转变
• 由A面心立方转变为体心立方的F和Fe3C，
转变前后各项晶格类型、成分不同，转变 过程中必然有晶格的改组和铁、碳原子的 扩散。因此，过冷奥氏体向珠光体的转变 属于扩散型相变，是在固态下形核与长大 的过程。
• 1）珠光体的形态及其形成
• 在A1线以下，在奥氏体晶界形成Fe3C晶
• 由于转变温度很低，转变过程中只有
γ-Fe向α-Fe晶格的改组,铁、碳原子不能 扩散,全部固溶在α-Fe晶格中。这种在αFe中的过饱和固溶体组织称为马氏体，用 符号“Ｍ”表示，属于单相的亚稳组织。
• 1、马氏体的晶体结构
• 过饱和的碳原子强制地分布在晶胞的
某一轴的间隙处，使其晶格常数增大，其 它两轴晶格常数减小。
• 4、亚共析钢和过共析钢过冷奥氏体的等温
转变
• (1) C曲线的形状与位置 • 位置：与共析钢C曲线比较，亚共析钢随含
碳量增加右移。过共析钢共析钢随含碳量 增加左移。
• 形状：亚共析钢在冷却过程中，首先析出F，
然后的过程与共析钢相同。
• 过共析钢首先析出Fe3CⅡ，其它与共析
钢相同。
• (2) 先析相得量与形态
合组织。
• ｖ4相当于淬火(水冷)。它与Ｃ曲线不
相交，直接冷却到Ms线以下，转变为马氏 体＋少量残余奥氏体。
• 图中ｖC与Ｃ曲线的“鼻尖”相切，称
为临界冷却速度。
• 三、马氏体转变 • 高温奥氏体获得极大过冷时(淬火)，
将转变为马氏体类型组织。
• 冷却速度大于该材料的马氏体临界冷
却速度，并过冷到Ms以下，就开始发生马 氏体转变。
• 体层片间，固其塑性、 • 韧性较差，强度也比 • 较低。一般无使用价 • 值。

2019-2020年人教统编xiugai第五章钢的热处理课件

2019-2020年人教统编xiugai第五章钢的热处理课件

⑵ 消除内应力，防止加工中变形。
⑶ 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。
2、退火工艺 退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、
球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。 ⑴ 完全退火
将工件加热到 Ac3+30~50℃ 保 温后缓冷的退 火工艺，主要 用于亚共析钢 .
⑵ 等温退火 亚共析钢加热到Ac3+30~50℃, 共析、过共析钢加热
热到Ac1+30~50℃，过共析 钢加热到 Accm+30~ 50℃保 温后空冷的工艺。
正火比退火冷却速度大。
1、正火后的组织：
● <0.6%C时，组织为F少+S; ● 0.6%C时，组织为S 。 正火温度
正 火
2、正火的目的 ⑴ 对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同.
淬火是应用最广的热处 理工艺之一。
淬火目的是为获得马氏 体组织，提高钢的性能.
或B下
真空淬火炉
一、淬火温度 1、碳钢 ⑴ 亚共析钢
淬火温度为 Ac3+30~50℃。
预备热处理组织为 退火或正火组织。
亚共析钢淬火组织： 0.5%C时为M 0.5%C时为M+A’。
1．碳钢淬火温度的决定
亚共析钢 共析钢
过共析钢
Ac3+30---50 ℃
Ac1+30----50 ℃ Ac1+30---50 ℃ A、 保留一定的Cem→HRC↑，耐磨性↑ B、 A中C%↓→M中C%↓→M脆性↓ A中C%↓→M过饱和度↓→残余A↓ C、 防止A粗大
淬火温度过高→A粗大→M粗大→力学性能↓， 淬火温度过高→A粗大→M粗大→淬火应力↑→变形，开裂↑
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氮化扩散层
二、钢的渗碳 是指向钢的表面渗入碳原子的过程。 是指向钢的表面渗入碳原子的过程。 1、渗碳目的 、 提高工件表面硬度、 提高工件表面硬度、 耐磨性及疲劳强度， 耐磨性及疲劳强度， 同时保持心部良好 的韧性。 的韧性。 2、渗碳用钢 、 为含0.1-0.25%C的低碳钢。碳高则心部韧性降低。 的低碳钢。碳高则心部韧性降低。 为含 的低碳钢
与表面淬火相比， 与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组 织，还改变其化学成分。 还改变其化学成分。 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、 渗碳 化、多元共渗、渗其他元素等。 多元共渗、渗其他元素等
火 感 应 器 传 动 轴 连 续 淬
感应加热表面淬火齿轮的截面图
② 中频感应加热 频 率 为 25008000Hz， 淬硬层 ， 深度2-10mm。 。 深度
各种感应器 中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴
③ 工频感应加热 频率为50Hz,淬硬 淬硬 频率为 层深度10-15 mm 层深度
感应穿透加热
气体渗碳 法示意图
⑵ 固体渗碳法
将工件埋入渗剂中， 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳 渗剂为木炭。 渗剂为木炭。 优点：操作简单； 优点：操作简单； 缺点：渗速慢，劳动条件差。 缺点：渗速慢，劳动条件差。
⑶ 真空渗碳法
将工件放入真空渗碳炉中， 将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后 通入渗碳气体加热渗碳。 通入渗碳气体加热渗碳。 优点: 表面质量好, 渗碳速度快。 优点 表面质量好 渗碳速度快。
轴 的 感 应 加 热 表 面 淬 火
机床导轨
表面淬火齿轮
1、预备热处理 、 ⑴工艺： 工艺： 对于结构钢为调质或正火。 对于结构钢为调质或正火。 调质或正火 前者性能高， 前者性能高，用于要求高的 重要件，后者用于要求不高 重要件， 的普通件。 的普通件。 ⑵目的: 目的 ①为表面淬火作组织准备； 为表面淬火作组织准备； 获得最终心部组织。 ② 获得最终心部组织。
经 渗 碳 的 机 车 从 动 齿 轮
3、渗碳方法 、 ⑴ 气体渗碳法 将工件放入密封炉内， 将工件放入密封炉内， 在高温渗碳气氛中渗碳。 在高温渗碳气氛中渗碳。 渗剂为气体 (煤气、液 煤气、 煤气 化气等)或有机液体 煤 化气等 或有机液体(煤 或有机液体 油、甲醇等)。 甲醇等 。 优点: 质量好, 效率高； 优点 质量好 效率高； 缺点: 渗层成分与深度不易控制。 缺点 渗层成分与深度不易控制。
第五章 钢的热处理
第七节 钢的表面淬火
表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情 况下， 况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以 强化零件表面的热处理方法。 强化零件表面的热处理方法。
感
火焰加热
应 加 热
表面淬火目的： 表面淬火目的： 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限 心部在保持一定的强度、硬度的条件下， ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有 足够的塑性和韧性 塑性和韧性。 表硬里韧。 足够的塑性和韧性。即表硬里韧。 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。 承受弯曲
渗 碳 回 火 炉
可控气氛渗碳炉
一、化学热处理的基本过程 1、介质 渗剂 的分解 分解 介质(渗剂 的分解: 渗剂)的分解 的同时释放出活性原子。 的同时释放出活性原子。 如：渗碳 CH4→2H2+[C] 氮化 2NH3→3H2+2[N] 2、工件表面的吸收 活性原 工件表面的吸收: 子向固溶体溶解或与钢中某 些元素形成化合物。 些元素形成化合物。 3、原子向内部扩散。 、原子向内部扩散。
索氏体 回火索氏体
2、表面淬火后的回火 、 采用低温回火，温度不高于 采用低温回火，温度不高于200℃。 ℃ 回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。 回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。 降低内应力 高硬度 3、表面淬火+低温回火后的组织 、表面淬火 低温回火 低温回火后的组织 表层组织为M回；心部组织为S回(调质 或F+S(正火 。 表层组织为 心部组织为 调质)或 正火)。 调质 正火
火焰加热表面淬火
激光表面热处理
Hale Waihona Puke 火焰加热表面淬火示意图激 光 表 面 热 处 理
第八节 钢的化学热处理
化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温， 化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使 是将工件置于特定介质中加热保温 介质中活性原子 渗入工件表层从 而改变工件表层 化学成分和组织, 化学成分和组织 进而改变其性能 的热处理工艺。 热处理工艺。
真空渗碳炉
4、渗碳温度：为900-950℃。 、渗碳温度： ℃ 渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）： 渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）： 一般为0.5-2mm。 。 一般为 渗碳层表面含碳量： 渗碳层表面含碳量： 以0.85-1. 05为最好。 为最好。 渗碳缓冷后组织： 渗碳缓冷后组织： 表层为P+网状 表层为 网状 Fe3CⅡ; 心部为 心部为F+P; 中间为过渡区。 中间为过渡区。
感应加热表面淬火
感应淬火机床
5、表面淬火常用加热方法 ⑴ 感应加热: 利用交变电 感应加热 流在工件表面感应巨大涡 流，使工件表面迅速加热 的方法。 的方法。
感应加热 表面淬火 示意图
高 频 感 应 加 热 表 面 淬 火
感应加热分为： 感应加热分为： ① 高频感应加热 频 率 为 200-300KHz ， 淬硬层深度0.5-2mm 淬硬层深度
各种感应器
感应加热表面淬火的特点
1、加热速度快 2、晶粒细 3、残余应力 4、速度快、时间短不氧化；变形小 5、生产率高
火焰加热: ⑵ 火焰加热 利用乙炔火焰直 接加热工件表面的方法。 接加热工件表面的方法。成本 低，但质量不易控制。 但质量不易控制。 激光热处理: ⑶ 激光热处理 利用高能量密 度的激光对工件表面进行加热 的方法。效率高，质量好。 的方法。效率高，质量好。