CH103钢的热处理工艺(表面热处理与其他工艺).
10钢的热处理工艺
形变热处理
高温形变热处理是把钢加热至奥氏体化，保温一段时间，在该温度下进行塑性变形，随后淬火处理，获得马氏体组织。
高温形变热处理的应用？？碳钢、低合金结构钢及机械加工量不大的锻件或轧材。
根据性能要求，高温形变热处理在淬火后，还需要进行回火。高温形变热处理的塑性变形是在奥氏体再结晶温度以上的范围内进行的，因而强化程度（一般在10％～30％之间）不如低温形变热处理大。
1.过热
2.过烧
3.氧化
4.脱碳
由于加热温度过高或时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷
淬火加热温度太高造成奥氏体晶界出现局部熔化或发生氧化的现象
淬火加热时工件与周围的氧等发生的化学反应
淬火加热时，钢中的碳与空气中的氧等发生反应生成含碳气体逸出
第三节 其他类型热处理
钢的表面热处理
化学热处理
形变热处理
（2）渗碳后的组织 常用于渗碳的钢为低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3等。渗碳后缓冷组织自表面至心部依次为：过共析组织（珠光体+碳化物）、共析组织（珠光体）、亚共析组织（珠光体+铁素体）的过渡区，直至心部的原始组织。
（3）渗碳后的热处理 渗碳后的热处理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法。
从经济性原则考虑，正火的生产周期短，操作简单，工艺成本低，在满足使用和工艺性能的前提下，应尽可能用正火代替退火。
第二节 钢的淬火与回火
一、淬火 将钢加热到Ac1或Ac3以上，保温一定时间，然后快速（大于临界冷却速度）冷却以获得马氏体（下贝氏体）组织的热处理工艺称为淬火。
1.淬火应力
与渗碳相比，渗氮温度低且渗氮后不再进行热处理，所以工件变形小。 为了提高渗碳工件的心部强韧性，需要在渗氮前对工件进行调质处理。
钢的热处理原理和工艺
A1—Ac1—Ar1
Acm —Accm —Arcm
钢在加热和冷却时的临界温度
2.奥氏体的形成（以共析钢为例）
(1)奥氏体晶核的形成； (2)奥氏体晶核的长大；
（基本过程）
(3)残余渗碳体的溶解；
(4)奥氏体成分的均匀化。
共析钢中奥氏体形成过程示意图
a)形核；b)长大；c)残余渗碳体溶解；d)奥氏体均匀化
铁素体+渗碳体
组织特征：
铁素体 ——长成针片状，互不平行，有一定角度，形成分枝； 渗碳体 ——呈粒状或细小短条状分布在铁素体片内。
a）形成温度范围
350℃ ~ Ms
b）组织——下贝氏体（B下）
形态呈黑色针叶状
C）性能
硬度可达45 ~ 55HRC 具有较高的强度及
下贝氏体组织 630 ×
良好的塑性和韧性。
奥
4秒
氏
体
6秒
形
成
示
8秒
意
图
15秒
对于亚共析钢、过共析钢的奥氏体ห้องสมุดไป่ตู้过程： 1.亚共析钢：
F+P→F+A→A 2.过共析钢：
Fe3C + P → Fe3C + A → A
3.奥氏体晶粒的长大 晶粒的长大主要是依靠较大晶粒吞并较小
晶粒和晶界迁移的方式进行的。
晶粒的吞并与长大过程 为了防止晶粒长的粗大，严格控制加热温度和保温时间。
一、表面淬火 1.定义
是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部仍 保持未淬火前状态的一种局部淬火方法。 2.方法（快速加热）
火焰加热、感应加热、电接触加热、激光加热等 表面淬火方法。 目前生产上最常用是：
常用钢热处理工艺
常用钢热处理工艺热处理是一种通过改变金属结构来改善其力学性能的方法。
常用钢热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面淬火等。
下面对这几种常用钢热处理工艺进行详细介绍。
1. 退火退火是指将钢加热到一定温度，然后缓慢冷却。
退火工艺分为完全退火和等温退火两种。
完全退火是将钢材加热至超过临界温度，然后慢慢降温。
等温退火是将钢材加热至超过临界温度，然后在等温时间内，使钢材的温度均匀，从而使钢材的组织变得均匀，于是提高了钢材的韧性。
2. 正火正火是将钢加热到一定温度，然后快速冷却。
正火一般分为低温正火，中温正火和高温正火三种。
低温正火使钢材的硬度提高，但是韧性降低。
高温正火使钢材的韧性提高，但是硬度降低。
中温正火平衡了钢材的硬度和韧性。
3. 淬火淬火是指将钢加热到超过临界温度，然后快速冷却。
淬火一般分为油淬、水淬和气淬三种。
油淬适用于要求较低的钢材，水淬适用于要求较高的钢材，气淬适用于要求最高的钢材。
淬火后钢材的硬度很高，但是韧性降低，此时需要回火来消除内部应力，提高钢材的韧性。
4. 回火回火是将淬火后的钢在一定温度下加热一段时间，然后由于自然冷却所形成的工艺。
回火分为低温回火和高温回火两种。
低温回火提高了钢材的韧性，但是硬度降低。
高温回火提高了钢材的韧性，但是硬度降低。
5. 表面淬火表面淬火是一种特殊的热处理工艺，用于提高钢材的表面硬度和耐磨性。
表面淬火和淬火不同的是，只在钢材表面进行加热和快速冷却。
这种技术对钢材表面的耐磨性提高很大，但是对钢材硬度的提高不大。
总之，钢材热处理是提高钢材力学性能的重要方法，常用的钢热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面淬火等。
选择适当的热处理工艺可以使钢材达到最佳的机械性能。
钢的普通热处理工艺主要有
钢的普通热处理工艺主要有钢的普通热处理工艺是指对钢材进行加热和冷却的一系列工艺，以改变其组织和性能。
主要包括退火、正火、淬火、回火等几种工艺。
一、退火退火是将钢材加热到一定温度，然后缓慢冷却，使其组织达到均匀化和软化的目的。
退火分为完全退火和球化退火两种。
完全退火：将钢材加热到临界温度以上50～100℃，保温时间根据钢种和厚度不同而有所差异，然后缓慢冷却至室温。
该工艺可使钢材组织达到均匀化，提高塑性和韧性。
球化退火：将钢材加热到临界温度以上20～30℃，保温时间根据钢种和厚度不同而有所差异，然后缓慢冷却至室温。
该工艺可使球形碳化物分布均匀，提高韧性和抗拉强度。
二、正火正火是将钢材加热到一定温度，在空气中自然冷却或用水或油冷却，使其组织达到均匀化和硬化的目的。
正火分为低温正火和高温正火两种。
低温正火：将钢材加热到临界温度以上30～50℃，保温时间根据钢种和厚度不同而有所差异，然后在空气中自然冷却。
该工艺可使钢材组织达到均匀化，提高硬度、强度和耐磨性。
高温正火：将钢材加热到临界温度以上100～200℃，保温时间根据钢种和厚度不同而有所差异，然后在空气中自然冷却。
该工艺可使钢材组织达到均匀化，提高韧性和抗拉强度。
三、淬火淬火是将钢材加热到一定温度，在水或油中急速冷却，使其组织达到均匀化和硬化的目的。
淬火分为水淬和油淬两种。
水淬：将钢材加热到临界温度以上30～50℃，保温时间根据钢种和厚度不同而有所差异，然后在水中急速冷却。
该工艺可使钢材硬度、强度和耐磨性大幅提高，但韧性降低。
油淬：将钢材加热到临界温度以上50～80℃，保温时间根据钢种和厚度不同而有所差异，然后在油中急速冷却。
该工艺可使钢材硬度、强度和耐磨性提高，但韧性相对水淬有所提高。
四、回火回火是将淬火后的钢材加热到一定温度，在空气中自然冷却，使其组织达到均匀化和调质的目的。
回火分为低温回火和高温回火两种。
低温回火：将淬火后的钢材加热到200～300℃，保温时间根据钢种和厚度不同而有所差异，然后在空气中自然冷却。
轴承钢热处理工艺流程
轴承钢热处理工艺流程
轴承钢热处理工艺流程主要包括预先热处理和最终热处理两个步骤。
预先热处理包括正火和球化退火。
正火是通过将工件加热至适宜的温度后在空气中冷却，以细化材料晶粒，均匀化组织，消除应力，降低硬度，改善切削加工性能。
球化退火则是通过将工件加热至略低于Ac1点温度，保温一段时间后缓慢冷却，使钢的碳化物球化，降低硬度，改善切削性能。
最终热处理则是根据不同的使用要求，选择不同的热处理方式。
常用的热处理方式有淬火、回火、表面淬火等。
淬火是将工件加热至Ac3或Ac1点以上某一温度，保持一定时间后快速冷却，使钢的奥氏体转变为马氏体，提高硬度和耐磨性。
回火则是将淬火后的工件加热至某一温度，保温一段时间后缓慢冷却，以消除内应力，稳定组织，提高韧性。
表面淬火则是通过将工件表面快速加热至淬火温度，然后迅速冷却，使工件表面硬化，而内部保持韧性。
在轴承钢的热处理过程中，应注意控制加热温度、保温时间、冷却速度等工艺参数，以保证工件的性能和精度。
同时，为避免氧化和脱碳等表面缺陷，通常在加热过程中进行保护处理。
钢的热处理
钢的热处理热处理是将固态金属或合金采用适当的方式加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
热处理工艺它能提高零件的使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命，此外，热处理还可改善工件的工艺性能﹑提高加工质量﹑减小刀具磨损。
钢的热处理方法可分为：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。
热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段所组成的，因此，热处理工艺过程可用在温度一时间坐标系中的曲线图表示，如下图所示，这种曲线称为热处理工艺曲线。
退火与正火一、退火将钢加热到适当温度，保持一定时间，然後缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。
退火的主要目的是：（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利於切削加工及冷变形加工。
（2）细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以後的热处理作准备。
（3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。
常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。
（1）完全退火完全退火是将钢加热到完全奥氏体化（AC3以上30～50℃），随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺方法。
在完全退火加热过程中，钢的组织全部转变为奥氏体，在冷却过程中，奥氏体变为细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体），从而达到降低钢的硬度、细化晶粒、充分消除内应力的目的。
完全退火主要用於中碳钢及低、中碳合金结构钢的铸件、锻件、热轧型材等，有时也用於焊接结构件，过共析钢不宜采用完全退火，因过共析钢完全退火需加热到AC CM以上，在缓慢冷却时，钢中将析出网状渗碳体，使钢的力学性能变坏。
（2）球化退火是将钢加热到AC1以上20～30℃，保温一定时间，以不大於50℃/H的冷却速度随炉冷却下来，使钢中碳化物呈球状的工艺方法。
球化退火适用於共析钢及过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。
这些钢在锻造加工後进行球化退火，一方面有利於切削加工，同时为最後的淬火处理作好组织准备。
钢的热处理工艺
钢的热处理工艺钢的热处理工艺，是指通过加热、保温和冷却等工艺步骤，改变钢材的结构和性能。
热处理工艺可以使钢材具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性，提高其使用性能。
常见的钢的热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。
退火是钢材的一种常见热处理工艺。
通过加热钢材至适当温度后，进行保温一段时间，然后缓慢冷却至室温。
退火可以消除钢材的内应力，改善钢材的塑性和韧性，减少脆性，同时提高钢的延展性和可加工性。
正火是指将钢材加热至高于临界温度后，进行保温一段时间，然后将钢材风冷或水冷至室温。
正火可以提高钢材的强度和硬度，改善其耐磨性能。
正火过程中的冷却速度较缓慢，使得钢材晶粒长大，同时降低了内应力。
淬火是将加热至临界温度的钢材迅速冷却，使其组织转变为马氏体。
马氏体是一种具有高强度和硬度的组织。
淬火工艺中的冷却速度非常快，可以制造出高强度的硬质钢。
回火是将淬火后的钢材加热至一定温度，并保持一定时间后，再进行冷却。
回火工艺可以降低淬火后钢材的脆性，提高其韧性，增加塑性和抗热应力能力。
回火也可用于调整钢材的硬度和强度。
除了上述常见的热处理工艺外，还有调质、表面硬化、固溶处理等多种热处理方法可用于钢材加工。
总之，钢的热处理工艺通过改变钢材的结构和性能，使其具备更好的力学性能和耐磨性能。
热处理工艺的选择需要根据钢材的成分、用途和要求来确定，以确保最佳的性能结果。
钢材在现代工业中被广泛应用，其性能可以通过热处理工艺得到显著提升。
这些热处理工艺能够改变钢材的组织结构，并调整其力学性能和物理性能。
一种常见的钢材热处理工艺是退火。
退火是将钢材加热至高温，然后经过保温一段时间，最后缓慢冷却至室温。
退火过程中，钢材的晶粒会得到细化，内应力被消除，从而提高了材料的塑性和韧性。
退火也可以减少脆性，并改善加工性能和可塑性。
另一种常见的热处理工艺是正火。
正火是将钢材加热至高于临界温度，然后经过保温一段时间，最后通过风冷或水冷来快速冷却。
正火可以增加钢材的强度和硬度，改善其耐磨性能。
钢的热处理工艺
正火工艺较简单、经济，主要应用于以下方面：
（1）改善低碳钢的切削加工性能 碳量〈0.25％的低碳钢及低合金钢，退火后硬度过低，正火处理 可提高硬度，改善切削加工性能。 （2）消除中碳钢热加工缺陷 中碳结构钢铸、锻、轧及焊件，热加工后易出现魏氏组织、晶粒 粗大等过热缺陷和带状组织，正火可消除，达到细化晶粒、均匀组织、 消除内应力的目的。 （3）消除过共析钢网状碳化物
Ar1以下20℃左右进行较长时间的等温处理。
球化退火的关键在于使奥氏体中保留大量未溶的碳化物质点，
并造成奥氏体中碳浓度分布的不均匀性。如果加热温度过高或保温
时间过长，则使大部分碳化物溶解，并形成均匀的奥氏体，在随后冷却时球 化核心减少，使球化不完全。
渗碳体颗粒大小取决于冷却速度或等温温度，冷却速度快或等温温 度低，珠光体在较低温度下形成，碳化物聚集作用小，容易形成片状碳化物， 从而使硬度偏高。
表面脱碳会降低工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度。脱碳进行的速 度取决于化学反应速度和碳原子的扩散速度。加热温度越高，加热时间 越长，脱碳层越深。
为了防止工件氧化与脱碳，可采用盐浴加热、保护气氛加热、真空 加热或装箱加热等方法，还可以采用在工件表面热涂硼酸等方法，有效 防止或减少工件表面的氧化或脱碳。
３．淬火冷却
过共析钢淬火加热温度为Ac1以上30－50℃ 。（不完全淬火）
淬火前要球化退火，组织为粒状珠光体。加热后组织为细小奥氏体及未溶 粒状碳化物，淬火后得隐晶马氏体加细小粒状渗碳体，这种组织具有高硬 度、高强度、高耐磨性，且有较好的韧性。如淬火温度高于Accm，则渗 碳体全部溶入A中，含碳量增高，MS点降低，淬火后残余A量增多，降低 硬度和耐磨性，同时A晶粒粗大，冷却后得粗片状M，使钢的韧性降低。 低合金钢由于合金元素的加入，A化温度通常高于碳钢，一般为Ac1 或Ac3以上50－100℃ ；高合金工具钢含有较多的强碳化物形成元素，则 可采用更高的加热温度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
金属材料热处理工艺
6、感应加热表面淬火的材料和应用 （1）中碳钢和中碳合金钢。主要用于中碳钢和中碳合金
结构钢制造的齿轮和轴类零件，它们经正火或调质（预先热
处理）后再表面淬火，心部具有良好的综合力学性能，而表 面具有较高的硬度和耐磨性。
（2）工、模具钢。用高碳钢制造的、承受较小冲击或交
变载荷的工具和量具，也可采用表面淬火。 （3）球墨铸铁
•
•
•
集肤效应示意 图
感应加热表面淬火示意图
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺 3、感应加热表面淬火的分类 （1）高频感应加热表面淬火：频率为250-300KHz，淬硬 层深度0.5-2mm。 （2）中频感应加热表面淬火：频率为2500-8000Hz，淬 硬层深度2-10mm。 （3）工频感应加热表面淬火：频率为50Hz,淬硬层深度 10-15 mm。
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
2.激光加热表面淬火（链接） 其工艺方法是将激光器产生的高 功率密度 （103~105W/cm2）的激光 束照射到工件表面上，使工件表面 被快速加热到临界温度以上，然后 移开激光束，利用工件自身的传导 将热量从工件表面传向心部而达到 自冷淬火。 淬硬深度0.3～0. 5mm；形状复 杂、盲孔等均可。
金属材料热处理工艺
10.3 其他类型热处理
10.3.1 钢的形变热处理 • 形变热处理： • 形变热处理的作用： • 形变热处理分类：高温形变热处理 低温形变热处理
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
一. 高温形变热处理 1.高温形变热处理：AC3以上变形＋淬火 2.高温形变热处理的应用： 3.影响高温形变热处理强化的因素 （1）形变温度 （2）形变量 4.高温形变热处理工艺：如图10—13
火焰加热
感 应 加 热
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
一.感应加热表面淬火
1、感应加热表面淬火(链接) 利用在交变电磁场中工件表面产 生的高密度的感生电流，将工件表面 快速加热到淬火温度，并淬火冷却获 得马氏体的一种热处理工艺。
集肤效应示意图
感应加热表面淬火示意图
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺 2、感应加热原理
感应加热表面淬火举例：钢轨的热处理、形变热处理板
簧、中频调质、表面淬火、齿轮表面淬火
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
二. 其它表面淬火
1.火焰加热表面淬火(链接)：其工艺方法是利用可燃气体(如 氧-乙炔)的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，通过控制火焰喷嘴的移动速度可获得不同厚 度的淬硬层。此法适于单件或小批量零件的表面淬火。(链接) • 常用材料为中碳钢和中碳合金钢，如35、45、40Cr、65Mn等； 还可用于灰铸铁、合金铸铁等铸铁件。 • 淬硬深度一般为 2～6mm。主要适用于单件或小批量生产的大型 零件和需要局部淬火的工具及零件等。 • 缺点是加热不均，易造成工件表面过热，淬火质量不稳定。
各种感应器
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
感应加热表面淬火分类
名称 频率 （HZ） 100~1000K 淬硬深度 （mm) 0.2~2 适用零轮，直 径较小的圆柱型零件 中大型，如直径较大的轴， 大中等模数的齿轮
500~10000
2~8
工频感应 加热
• • 原理：电磁感应、 “集肤效应”和热传 导。 ①较高频率的交变磁场使工件内部感生 出巨大的涡流.涡流是指工件在交变电磁场 中，感生电流在工件表面形成封闭回路。 ② 感应电流在工件内的分布是不均匀的， 在工件表层电流密度最大，而心部密度为零， 这种现象称为集肤效应。频率越高，“集肤 效应”越显著。 ③ 电流透入的深度与感应电流的频率有 关。电流频率越高，感应电流透入深度越浅。 ④涡流在被加热工件中的分布由表面向 心部呈指数规律衰减。 电流透入深度δ： δ热 = 500· f-1/2 δ冷 = 20· f-1/2
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
二. 低温形变热处理 1.低温形变热处理：AC1以下变形＋淬火 2.低温形变热处理的应用： 3.低温形变热处理强化的原因： 4.低温形变热处理工艺：如图10—14
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
10.3.2 钢的表面淬火
表面淬火是通过快速加热使钢件表面达到临界温度（ Ac1或Ac3） 以上，不等热量传到工件内层就迅速予以冷却，只使表面获得马氏 体，而内层仍为塑韧性良好的调质态组织的热处理工艺。 表面淬火的目的是使工件表面获得高的硬度、强度和耐磨性，心 部具有一定的强度、足够的塑性和韧性。 根据加热方法的不同，表面淬火可分为感应加热淬火、火焰加 热淬火、激光加热淬火、电子束加热表面淬火、电解液加热淬火、 电接触加热淬火等工艺。
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
5、感应加热表面淬火的特点 （1）组织：中碳钢表面淬火后由表面往里面为：隐晶 M→M＋F＋T→F＋P或S’ 。 （2）加热速度快，生产效率高,适于大批量生产，易实现 自动化。淬火温度高于一般淬火温度。 （3）残余应力分布为表层为压应力，心部为拉应力。可 显著提高疲劳强度（一般小尺寸零件可提高2~3倍，大尺寸零 件可提高20%～30%）和降低缺口敏感性。 （4）淬火后马氏体晶粒细化，表面硬度高(表层硬度比普 通淬火高2～3HRC，且脆性较小)，强度高，耐磨性高；冲击 韧性随淬硬层增加而降低，冲击韧性与淬硬层深、心部组织 有关。 （5）加热速度快，保温时间短或无，一般不产生氧化和 脱碳，工件变形小。淬硬层深度易于控制。 （6）易于实现机械化与自动化。感应加热淬火后，为了 减小淬火应力和降低脆性，需进行170～200℃低温回火。 （7）设备费用高，零件形状复杂时感应器制造困难，不 适于单件生产。
50
10~15 以上
大型零件，如直径大于 300mm 的轧辊及轴类零件
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
4、感应加热表面淬火的工艺 感应加热表面淬火(链接)的工艺方 法是将钢件放入由紫铜管制作的与零 件外形相似的感应圈内，随后将感应 圈内通入一定频率的交变电流，这样 在感应圈内外产生相同频率的交变磁 场，同时在零件表面产生频率相同的 感生电流，该电流在工件表面形成封 闭回路。由此产生的热效应将零件表 快速加热到淬火温度，随即喷水冷却， 使工件表面获得马氏体组织。 （1）加热温度：比普通淬火高30～ 200℃ （2）冷却：喷射冷却法 （3）回火：炉中低温回火或自回火