第三章鋼的熱處理

概述鋼在加熱時的組織轉變鋼在冷卻時的轉變鋼的常用熱處理方法鋼的表面熱處理典型零件熱處理分析熱處理新工藝簡介第三章鋼的熱處理

概述1重點內容：1，鋼的常用熱處理方法（鋼的退火、正火、淬火、淬透性與淬硬性、回火）2，鋼的表面熱處理（表面淬火、鋼的化學熱處理）難點內容：鋼在加熱時和冷卻時的組織轉變重點內容：2

第一節概述1.熱處理的定義:熱處理是將固態金屬或合金采用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織結構與性能的工藝。任何一種處理工藝都是由加熱、保溫、和冷卻三個階段所組成。見下圖熱處理工藝曲線：時間溫度臨界溫度線

熱加保溫冷卻第一節概述1.熱處理的32.熱處理的主要目的:改變鋼的力學性能，滿足零件的使用要求和延長壽命，改善鋼的加工性能，提高加工質量減少刀具磨損。3.熱處理的應用范圍:整個制造業。4.熱處理的分類熱處理方法

常用熱處理方法

表面熱處理方法退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學熱處理感應淬火火焰淬火滲碳滲氮;2.熱處理的主要目的:改變鋼的力學性能，滿足零件的使用要求和4

第二節鋼在加熱時的組織轉變轉變溫度（了解）奧氏體的形成（了解）奧氏體晶粒度及對力學性能的影響（掌握）第二節鋼在加熱時的組織轉變轉變溫度（了解）5一.轉變溫度一.轉變溫度6二、奧氏體的形成FFe3C未溶Fe3CA殘余Fe3CAAAA（奧氏體）

晶核形成A

長大殘余Fe3C溶解A均勻化二、奧氏體的形成FFe3C未溶Fe3CA殘余Fe3CAAAA7三.奧氏體晶粒度及對

力學性能的影響

1，奧氏體晶粒越細，冷卻后的組織也越細，不僅強度、硬度高、而且塑性、韌性也好，即熱處理后鋼的力學性能提高。2，粗大的奧氏體晶粒在淬火時容易引起工件產生較大的變形甚至開裂。。三.奧氏體晶粒度及對

力學性能的影響18

第三節鋼在冷卻時的組織轉變鋼在熱處理時的冷卻方式（了解）過冷奧氏體的等溫冷卻轉變（了解）過冷奧氏體的連續冷卻轉變（了解）第三節鋼在冷卻時的組織轉變鋼在熱處理時的冷卻方式（9一.鋼在熱處理時的冷卻方式見課本P36-37頁

熱加保溫時間溫度臨界點溫度連續冷卻等溫冷卻一.鋼在熱處理時的冷卻方式見課本P36-37頁熱保溫時10

第四節鋼的常用熱處理方法毛坯生產預備熱處理機械加工最終熱處理機械精加工預備熱處理:退火;正火最終熱處理:淬火;回火一般零件生產的工藝路線:第四節鋼的常用熱處理方法預備熱處理:退火;11一.鋼的退火一)定義:

把零件加溫到適當溫度（臨界溫度以上

30～50℃）,保溫一段時間,然后隨爐冷卻的熱處理工藝。退火后的組織一般為珠光體組織。二)目的:1，降低硬度；提高塑性；改善切削加工性和壓力加工性能。2，細化晶粒，均勻鋼的內部組織及成分，改善鋼的性能或為以后的熱處理作好組織準備。3，消除鋼的殘余內應力，以防止變形和開裂。一.鋼的退火一)定義:把零件加溫到適當溫度（臨二)目的:112三)種類退火完全退火等溫退火球化退火均勻化退火去應力退火三)種類退火完全退火等溫退火球化退火均勻化退火去應力退火13

共析鋼球化退火組織(化染)700

共析鋼球化退火組織(化染)14T10鋼球化退火組織(化染)500

T10鋼球化退火組織(化染)15二.鋼的正火一)定義:

把零件加溫到臨界溫度以上

30～50℃,奧氏體后保溫一段時間,然后在空氣中冷卻的熱處理工藝。二)目的:

消除應力;調整硬度;細化晶粒;均勻成分;為最終熱處理作好組織準備。也可做最終熱處理。二.鋼的正火一)定義:把零件加溫到臨界溫度以上二)目的:16二.鋼的正火三)正火與退火的區別:正火冷卻速度快，得到的珠光體晶粒較細，強度和硬度均較高；操作方便，生產周期短，成本較低。四)退火與正火的選擇可從以下三個方面考慮:1，從切削加工性考慮2，從使用性能上考慮3，從經濟上考慮二.鋼的正火三)正火與退火的區別:正火冷卻速度快，四)退火與17五)應用范圍:

1.預備熱處理:調整低、中碳鋼的硬度;消除過共析鋼（Wc-0.77-2.11%）中的Fe3CⅡ（二次滲碳體）。

2.最終熱處理:用于力學性能要求不高的普通零件。五)應用范圍:18三.鋼的淬火一)定義:

把零件加溫到臨界溫度以上

30～50℃,保溫一段時間,然

后快速冷卻(一般用水冷)。二)目的:為了獲得馬氏體或貝氏體組織,強化金屬，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。三.鋼的淬火一)定義:把零件加溫到臨界溫度以上二)目的:19三.鋼的淬火三)淬火冷卻介質:1，生產中常用的冷卻介質有水、水溶液、油、熔鹽、熔堿等。碳素鋼工件一般采用水淬，合金鋼零件多采用油作淬火介質。2，掌握4種冷卻介質的優點和缺點見書本P40三.鋼的淬火三)淬火冷卻介質:1，生產中常用的冷20四)常用的淬火方法單液淬火（應用最廣泛）雙液淬火分級淬火等溫淬火時間溫度MsA1四)常用的淬火方法單液淬火雙液淬火分級淬火等溫淬火時間溫度21五)鋼的淬透性1.定義:是指鋼在淬火時所能得到的淬硬層深度的能力，淬透性越好，

淬硬層越厚。鋼的淬透性好壞對機械性能影響很大，但并非

所有機械零件都必須完全淬透。2.影響鋼的淬透性的因素:主要是臨界淬火冷卻速度VK的大小,

VK越大,鋼的淬透性越小。五)鋼的淬透性1.定義:是指鋼在淬火時所能得到的淬2.影響22六)鋼的淬硬性1.定義:是指鋼在淬火后所能達到的最高硬度。2.影響鋼的淬硬性的因素:主要取決于鋼中的含碳量。含碳量越高，獲得

的硬度越高。淬透性好的鋼，它的

淬硬性不一定高。（高碳工具鋼與低碳合

金鋼相比，前者淬硬性高但淬透性低，后者淬硬性低

但淬透性高）3.淬火后及時回火消除應力六)鋼的淬硬性1.定義:是指鋼在淬火后所能達到的最2.影響23例如：淬硬性與淬透性之間的關系:淬透性淬硬性鋼種小低碳素結構鋼(20)小高碳素工具鋼(T12A)大低低碳合金結構鋼(20Cr2Ni4A)大高高碳高合金工具鋼(W18Cr4V)例如：淬硬性與淬透性之間的關系:淬透性淬硬性鋼24

淬透性的大小對鋼的熱處理后的力學性能的影響未淬透鋼淬透鋼淬透性的大小對鋼的熱處理后的力學性能的影響未淬透鋼淬透鋼25四.鋼的回火一)定義:

把淬火后的零件重新加溫到

727攝氏度以下某個溫度,保溫一段時間,然后空冷卻到窒溫

的熱處理工藝。二)目的:

1，消除淬火應力,防止變形和

開裂降。2，調整工件硬度、強度、塑性和

韌性，達到使用性能要求。3，穩定組織與尺寸，保證精度。4，改善和提高加工性能。

四.鋼的回火一)定義:把淬火后的零件重新加溫到二26回火組織與性能：●隨回火溫度升高，顆粒漸粗，硬度漸低。因此組織粒度可調，材料性能可調。●與片狀組織相比，粒狀組織在相同強度時韌性更好，具有更好的綜合力學性能。

●回火是工件獲得所需性能的最后一道熱處理工序。

●按回火溫度可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。

●淬火+高溫回火稱為調質處理，目的是為了得到強度、塑性和韌性都較好為以后的熱處理作組織上的準備。

常用回火的方法、特點即應用見書本P42表3-2回火組織與性能：27回火組織回火組織28第三章_鋼的熱處理課件29

回火索氏體組織金相圖回火索氏體組織金相圖30

回火屈氏體組織金相圖回火屈氏體組織金相圖31

回火馬氏體組織金相圖回火馬氏體組織金相圖32

第五節鋼的表面熱處理化學熱處理表面淬火工藝的核心:使零件具有“表硬里韌”的力學性能。（表面具有高硬度和耐磨性，而心部需要足夠的塑性和韌性，為了適應沖擊荷載及表面摩擦條件）表面熱處理的定義：通過對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的金屬熱處理工藝。第五節鋼的表面熱處理化學熱處理工藝的核心:使零件33一.表面淬火一)定義:是一種不改變鋼表層化學成分,但改變表層組織的局部熱處理工藝。二)目的:使工件表面具有高硬度、耐磨性而心部具有足夠的強度和韌性。一.表面淬火一)定義:是一種不改變鋼表層化學成二)目的:34三)表面淬火的方法:1，感應淬火、2，火焰淬火三)表面淬火的方法:35二.化學熱處理

一)定義:將工件置于適當的活性介質中加熱、保溫、冷卻,使介質中一種或幾種元素原子滲入工件表層,以改變工件表層的化學成分、組織和性能的熱處理

工藝。二.化學熱處理

一)定義:將工件置于適當的活性介質36二)化學熱處理的基本過程（了解內容）:2.吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶解。3.擴散:

活性原子由零件表面向內部擴散,形成一定的擴散層。1.分解:

化學介質在高溫下釋放出待滲的活性原子。

2COCO2+〔C〕二)化學熱處理的基本過程（了解內容）:2.吸收:活性原子37三)化學熱處理進行的條件（了解內容）:1.滲入元素的原子必須是活性原子,而且具有較大的擴散能力。2.零件本身具有吸收滲入原子的能力,

即對滲入原子有一定的溶解度或能與之化合,形成化合物。四)化學熱處理的種類:滲碳;滲氮;碳氮共滲等。三)化學熱處理進行的條件（了解內容）:1.滲入元素的原子381.鋼的滲碳1)定義:把低碳鋼工件放在滲碳介質中，加熱

到一定溫度，保溫足夠長的時間，使表面層碳濃度升高的一種熱處理工藝。即向鋼的表面滲入碳原子的過程。2)目的:獲得具有表硬里韌性能的零件。3)用鋼:低碳鋼和低碳合金鋼。4)方法:固體、氣體（應用最廣）、液體滲碳。工件滲碳后，必須淬火和低溫回火。1.鋼的滲碳1)定義:把低碳鋼工件放在滲碳介質中，加2)目的39

固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥40

氣體滲碳法示意圖氣體滲碳法示意圖41第三章_鋼的熱處理課件4220鋼滲碳緩冷組織(化染)580

表層珠光體+網狀滲碳體;中層珠光體;內層鐵素體+珠光體20鋼滲碳緩冷組織(化染)435)滲碳后的熱處理工藝時間溫度930℃850℃方案1方案2滲碳淬火加熱5)滲碳后的熱處理工藝時間溫度930℃850℃方案1方案2446)滲碳后的熱處理工藝6)滲碳后的熱處理工藝4520CrMnTi鋼滲碳層組織(化染)320

滲碳體(白色塊狀)+高碳M(蘭色針狀)+殘余A(棕黃色)20CrMnTi鋼滲碳層組織(化染)462.鋼的滲氮1)定義:在一定溫度下于一定介質中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。即向鋼的表面滲入氮原子的過程。2)目的:獲得具有表硬里韌及抗腐蝕性能的零件。3)用鋼:中碳合金鋼。4)方法:氣體滲氮（應用最廣）。2.鋼的滲氮1)定義:在一定溫度下于一定介質中使氮2)目的:4738CrMoAl氣體滲氮層組織(化染)650

黃色區:ε(Fe2-3N)+γ’(Fe4N);紅色區:γ’(Fe4N);藍綠色區:含氮索氏體+脈狀氮化物;綠黃色區:索氏體基體。38CrMoAl氣體滲氮層組織(