金属热处理及材料改性

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1、第六章第六章 金属热处理及材料改性金属热处理及材料改性 热处理热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.l为简明表示热处理为简明表示热处理的基本工艺过程，的基本工艺过程，通常用温度通常用温度时间时间坐标绘出坐标绘出热处理工热处理工艺曲线艺曲线。 根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下：热处理工艺分类如下：其他热处理其他热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回

2、火回火真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理激光热处理激光热处理控制气氛热处理控制气氛热处理表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰加热、电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳、氮化、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 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；另一种是以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化奥氏体化。 钢坯加热钢坯加热l

3、一、一、奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程l（一）基本过程（一）基本过程l奥氏体化也是形核和长大奥氏体化也是形核和长大的过程，的过程，分为四步。现以分为四步。现以共析钢为例说明：共析钢为例说明： 第一步第一步 奥氏体晶核形成：奥氏体晶核形成：首先在首先在 与与Fe3C相界形核。相界形核。 第二步第二步 奥氏体晶核长大：奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩散向晶核通过碳原子的扩散向 和和Fe3C方向长大。方向长大。 第三步第三步 残余残余Fe3C溶解溶解: 铁素体的成分铁素体的成分、结构更接近于结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继随保温时间延长继

4、续溶解直至消失。续溶解直至消失。 第四步第四步 奥氏体成分均匀奥氏体成分均匀化：化：Fe3C溶解后，其所溶解后，其所在部位碳含量仍很高，在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。体成分趋于均匀。温度，温度，共析钢奥氏体化共析钢奥氏体化曲线（曲线（875退火）退火）共析钢奥氏体化过程共析钢奥氏体化过程 （二）影响珠光体向奥氏体转变的因素（二）影响珠光体向奥氏体转变的因素 1 1、温度、温度 T原子扩散能力原子扩散能力，A中中C的浓度梯度的浓度梯度，A形成速形成速度度 2、C含量含量 亚共析钢亚共析钢C ，F和和Fe3C界面总量界面总量，有利于加速，有利于加速A形

5、成形成 3、P粗细粗细 P组织组织，A形成速度形成速度，层片状较粒状，层片状较粒状P截面截面易形易形成成A二、二、奥氏体晶粒长大及其影响因素奥氏体晶粒长大及其影响因素 1、奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大 奥氏体化刚结束时的奥氏体化刚结束时的晶粒度称晶粒度称起始晶粒度起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。此时晶粒细小均匀。 随加热温度升高或保随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大，晶粒将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。 温来判断。温来判断。 晶粒度为晶粒度为1-4

6、 级的是级的是本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢, 5-8 级的是级的是本质细晶粒钢本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。晶粒长大倾向小。 l在给定温度下奥氏体的在给定温度下奥氏体的晶粒度称晶粒度称实际晶粒度。实际晶粒度。l加热时奥氏体晶粒的长加热时奥氏体晶粒的长大倾向称大倾向称本质晶粒度本质晶粒度。l通常将钢加热到通常将钢加热到940 10奥氏体化后，设法奥氏体化后，设法把奥氏体晶粒保留到室把奥氏体晶粒保留到室 2、影响奥氏体晶粒长大的因素、影响奥氏体晶粒长大的因素 加热温度和保温时间加热温度和保温时间: 加热温加热温度高度高、保温时间长保温时间长, 晶粒粗大

7、晶粒粗大. 加热速度加热速度: 加热速度越快加热速度越快,过热过热度越大度越大, 形核率越高形核率越高, 晶粒越细晶粒越细.l合金元素：合金元素：l阻碍奥氏体晶粒长大的元素阻碍奥氏体晶粒长大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等等碳化物和氮碳化物和氮化物形成元素。化物形成元素。析出颗粒析出颗粒对黄铜晶对黄铜晶界的钉扎界的钉扎Nb/%奥氏体晶粒尺寸奥氏体晶粒尺寸/mNb、Ti对对奥氏体晶粒的影响奥氏体晶粒的影响 促进奥氏体晶粒长大的元素：促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 原始组织原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体

8、晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均常温力学性能，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。匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。箱式可控气氛多用炉箱式可控气氛多用炉真空热处理炉真空热处理炉第二节第二节 过冷奥氏体转变产物的组织过冷奥氏体转变产物的组织形态与性能形态与性能 冷却是热处理更重要的工序。冷却是热处理更重要的工序。 处于临界点处于临界点A1以下的奥氏体称以下的奥氏体称过冷奥氏体过冷奥氏体。过冷奥过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随

9、过冷度不随过冷度不同，过冷奥氏体将发生同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变马氏体转变三种类型转变。三种类型转变。 现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明： 一、珠光体的组织形态及性能一、珠光体的组织形态及性能 过冷奥氏体在过冷奥氏体在 A1到到 550间将转间将转变为珠光体类型组织变为珠光体类型组织，它是，它是铁素铁素体与渗碳体片层相间的机械混合体与渗碳体片层相间的机械混合珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体物物，根据片，根据片层厚薄不同层厚薄不同,又细分为又细分为珠珠光体光体、索氏索氏体体和和托氏体托氏体. 珠光体：珠光体： 形成温度为形成温度为A1

10、-650，片层较厚，片层较厚，500倍光镜下可辨倍光镜下可辨，用符号，用符号P表示表示. 索氏体索氏体 形成温度为形成温度为650-600,片层较薄，片层较薄，800-1000倍光镜下倍光镜下可辨，用符号可辨，用符号S 表示。表示。 托氏体托氏体 形成温度为形成温度为600-550，片层极薄，电镜下可辨，用，片层极薄，电镜下可辨，用符号符号T 表示。表示。 二二、贝氏体的组织形态及贝氏体的组织形态及性能性能 过冷奥氏体在过冷奥氏体在550- 230 (Ms)间将转变为间将转变为贝氏体类型组织，贝氏贝氏体类型组织，贝氏体用符号体用符号B表示。表示。 根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，贝氏体

11、贝氏体又分为又分为上贝氏体上贝氏体(B上上)和和下贝氏体下贝氏体(B下下).上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体 上贝氏体上贝氏体 形成温度为形成温度为550-350。 在光镜下呈在光镜下呈羽毛状羽毛状. 在电镜下为在电镜下为不连续不连续棒状的渗碳体分布棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁晶内平行生长的铁素体条之间。素体条之间。光镜下光镜下电镜下电镜下 下贝氏体下贝氏体 形成温度为形成温度为350-Ms。 在光镜下呈在光镜下呈竹叶状竹叶状。光镜下光镜下电镜下电镜下l在电镜下为细片状碳在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长内，并与铁素体针

12、长轴方向呈轴方向呈55-60角。角。 上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。 下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。强化组织之一。 上贝氏体上贝氏体贝氏体组织的透射电镜形貌贝氏体组织的透射电镜形貌下贝氏体下贝氏体 三、马氏体类型组三、马氏体类型组织形态与性能织形态与性能 马氏体的形态分马氏体的形态分板板条条和和针状针状两类。两类。 板条马氏体板条马氏体 立体形态为细长的立体形态为细长的扁棒状扁棒状 在光镜下

13、板条马氏在光镜下板条马氏体为一束束的细条体为一束束的细条组织。组织。光镜下光镜下电镜下电镜下 每束内条与条之间尺每束内条与条之间尺寸大致相同并呈平行寸大致相同并呈平行排列，一个奥氏体晶排列，一个奥氏体晶粒内可形成几个取向粒内可形成几个取向不同的马氏体束。不同的马氏体束。 在电镜下，板条内的在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度亚结构主要是高密度的位错，的位错， =1012/cm2,又称又称位错马氏体位错马氏体。SEMTEM 针状马氏体针状马氏体 立体形态为双凸透镜形的立体形态为双凸透镜形的片状。片状。显微组织为显微组织为针状针状。 在电镜下，亚结构主要是在电镜下，亚结构主要是孪晶孪晶，又称，又称

14、孪晶马氏体孪晶马氏体。电镜下电镜下电镜下电镜下光镜下光镜下 马氏体的形态主要马氏体的形态主要取决于其含碳量取决于其含碳量 C%小于小于0.2%时，时，组组织几乎全部是织几乎全部是板条马板条马氏体氏体。 C%大于大于1.0%C时时几几乎全部是乎全部是针状马氏体针状马氏体. C%在在0.21.0%之间之间为为板条与针状的混合板条与针状的混合组织组织。马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C45钢正常淬火组织钢正常淬火组织 先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿过晶界和孪晶界。过晶界和孪晶界。后形成的马氏体片不

15、能穿过先形后形成的马氏体片不能穿过先形成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小.l原始奥氏体晶粒原始奥氏体晶粒细，转变后的马细，转变后的马氏体片也细。氏体片也细。l当最大马氏体片当最大马氏体片细到光镜下无法细到光镜下无法分辨时，该马氏分辨时，该马氏体称体称隐晶马氏体隐晶马氏体. 马氏体的性能马氏体的性能 高硬度高硬度是马氏体性是马氏体性能的主要特点。能的主要特点。 马氏体的硬度主要马氏体的硬度主要取决于其含碳量。取决于其含碳量。 含碳量增加，其硬含碳量增加，其硬度增加。度增加。l当含碳量大于当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。时，其硬度趋于平

16、缓。l合金元素对马氏体硬度的影响不大。合金元素对马氏体硬度的影响不大。马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C% 马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。 马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针针状马氏体脆性大，状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性板条马氏体具有较好的塑性和韧性.针状马氏体针状马氏体板条马氏体板条马氏体马氏体的透射电镜形貌马氏体的透射电镜形貌过冷奥氏体转变产

17、物（共析钢）过冷奥氏体转变产物（共析钢） 转变转变类型类型转变转变产物产物形成温形成温度，度， 转变转变机制机制显微组织特征显微组织特征HRC获得获得工艺工艺珠珠光光体体PA1650扩扩散散型型粗片状，粗片状，F、Fe3C相间分布相间分布5-20退火退火S650600细片状，细片状，F、Fe3C相间分布相间分布20-30正火正火T600550极细片状，极细片状，F、Fe3C相间分布相间分布30-40等温等温处理处理贝贝氏氏体体B上上550350半扩半扩散型散型羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F条之间条之间40-50等温等温处理处理B下下350MS竹叶状，细片状竹叶状

18、，细片状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F针上针上50-60等温等温淬火淬火马马氏氏体体M针针MSMf无扩无扩散型散型针状针状60-65淬火淬火M*板条板条MSMf板条状板条状50淬火淬火 过冷奥氏体的转变方式有过冷奥氏体的转变方式有等温转变等温转变和和连续冷却转变连续冷却转变两种。两种。 两种冷却方式两种冷却方式示意图示意图1等温冷却等温冷却2连续冷却连续冷却第二节第二节 过冷奥氏体转变曲线图过冷奥氏体转变曲线图 过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转变图变图是是表示奥氏体急表示奥氏体急速冷却到临界点速冷却到临界点A1 以以下在各不同温度下的下在各不同温度下的保温过程中转变量与保温过程中转变量

19、与转变时间的关系曲线转变时间的关系曲线.又称又称C 曲线、曲线、S 曲线曲线或或TTT曲线。曲线。一、过冷奥氏体的等温转变图一、过冷奥氏体的等温转变图(Time-Temperature-Transformation diagram) 1、C曲线的建立曲线的建立 以共析钢为例：以共析钢为例： 取一批小试样取一批小试样并进行奥氏体化并进行奥氏体化. 将试样分组淬将试样分组淬入低于入低于A1 点的不点的不同温度的盐浴中同温度的盐浴中,隔一定时间取一隔一定时间取一试样淬入水中。试样淬入水中。 测定每个试样的转变测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量，确定各温度下转变量与转变时间的关系。量与转变时间的

20、关系。 将各温度下转变开始将各温度下转变开始时间及终了时间标在温时间及终了时间标在温度度时间坐标中，并分时间坐标中，并分别连线。别连线。 转变开始点的连线称转变开始点的连线称转转变开始线变开始线。转变终了点。转变终了点的连线称的连线称转变终了线转变终了线。2、过冷奥氏体转变产物的形成过程、过冷奥氏体转变产物的形成过程（1） 珠光体的形成过程珠光体的形成过程在在C曲线曲线“鼻尖鼻尖”上部为上部为P相变区，相变区，P形成伴随形成伴随两个过程两个过程同时进同时进行行碳和铁原子的扩散碳和铁原子的扩散生成高碳生成高碳Fe3C和低碳和低碳F晶格重构晶格重构由面心立方由面心立方A转变为体心立方转变为体心立方

21、F和复杂晶格和复杂晶格Fe3C（2） 贝氏体的形成过程贝氏体的形成过程C曲线曲线下部区域为下部区域为B相变区相变区。B相变时相变时只发生碳原子扩散，铁原只发生碳原子扩散，铁原子不扩散子不扩散，过冷，过冷A贫碳区、孕育贫碳区、孕育F晶核、晶核、F含含C，C从从F向向A扩扩散形成散形成Fe3C。（3）马氏体的形成过程）马氏体的形成过程M相变是非扩散性的相变是非扩散性的，因冷速过冷度极大，碳原子无扩散能力，因冷速过冷度极大，碳原子无扩散能力，故故A将直接转变成一种含碳过饱和的将直接转变成一种含碳过饱和的固溶体固溶体M 3、影响、影响C 曲线的因素曲线的因素 成分的影响成分的影响 含碳量的影响含碳量的

22、影响：共析钢的过冷奥氏体最稳定，：共析钢的过冷奥氏体最稳定，C曲曲线最靠右。线最靠右。Ms 与与Mf 点随含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。 与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢C曲线的上部各曲线的上部各多一条先共析相的析出线。多一条先共析相的析出线。 CrCr对对C C曲线的影响曲线的影响 合金元素的合金元素的影响影响 除除Co 外外, 凡溶入凡溶入奥氏体的合金元奥氏体的合金元素都使素都使C 曲线右曲线右移。移。l除除Co和和Al 外外,所有合金元所有合金元素都使素都使Ms 与与Mf 点下降。点下降。推杆式电阻炉推杆式电阻炉 奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的

23、影响 奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使氏体的稳定性，使C 曲线右移。曲线右移。 使用使用C 曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响. 二、过冷奥氏体连续转变曲线图二、过冷奥氏体连续转变曲线图 也称也称CCT图图，可用，可用金相金相、膨胀膨胀和和磁性法磁性法测得测得 用膨胀法测定：用膨胀法测定：将一组试将一组试样经奥氏体化后用不同冷速样经奥氏体化后用不同冷速连续冷却，用高速膨胀仪测连续冷却，用高速膨胀

24、仪测出转变开始和终了的温度、出转变开始和终了的温度、时间，并记录最终所得组织时间，并记录最终所得组织及硬度。将及硬度。将同性质转变开始同性质转变开始点与终了点连成曲线，点与终了点连成曲线，便成便成CCT图。图。Vk为临界冷速为临界冷速VkVk共析钢的共析钢的CCT曲线曲线第四节第四节 钢的退火与正火钢的退火与正火 机械零件的一般加工工艺为：机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）毛坯（铸、锻）预预 备热处理备热处理机加工机加工最终热处理。最终热处理。l退火与正火主要用于退火与正火主要用于预备热处理，预备热处理，只有当只有当工件性能要求不高时工件性能要求不高时才作为最终热处理。才作为最终热处理。

25、 一、退火一、退火 将钢加热至适当温将钢加热至适当温度保温，然后缓慢度保温，然后缓慢冷却冷却 (炉冷炉冷) 的热处的热处理工艺叫做理工艺叫做退火退火。 1、退火目的、退火目的l调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HB。l 消除内应力，防止加工中变形。消除内应力，防止加工中变形。l 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。细化晶粒，为最终热处理作组织准备。 真空退火炉真空退火炉 2、退火工艺、退火工艺 退火的种类很多，常用的有退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、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。球化退火、扩

26、散退火、去应力退火、再结晶退火。 完全退火完全退火l将工件加热到将工件加热到Ac3+3050保保温后缓冷的退温后缓冷的退火工艺，主要火工艺，主要用于亚共析钢用于亚共析钢 . 等温退火等温退火 亚共析钢加热到亚共析钢加热到Ac3+3050, 共析共析、过共析钢加热过共析钢加热到到Ac1+3050，保温后快冷到，保温后快冷到Ar1以下的某一温度以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短下停留，待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，更适合于孕育期长的合金钢工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢. 高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较 球

27、化退火球化退火 球化退火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。l它是将工件加热到它是将工件加热到Ac1+ 30-50 保温后保温后缓冷，或者加热后冷缓冷，或者加热后冷却到略低于却到略低于 Ar1 的温的温度下保温，使珠光体度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出中的渗碳体球化后出炉空冷。主要用于共炉空冷。主要用于共析、过共析钢。析、过共析钢。 球化退火的组织为铁素体基球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称组织，称球状珠光体球状珠光体, 用用P球球表示。表示。球状珠光体球状珠光体l对于有网状二次渗碳体的对于有网状二次渗碳体的

28、过共析钢，球化退火前应过共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状先进行正火，以消除网状. 二、正火二、正火 正火是将正火是将亚共析钢亚共析钢加热到加热到Ac3+30 50，共析钢共析钢加热加热到到Ac1+3050，过共析钢过共析钢 加热到加热到Accm+30 50保温保温 后后空冷空冷的工艺。的工艺。 正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。 1、正火后的组织：、正火后的组织： 0.6%C时，组织为时，组织为F+S； 0.6%C时，组织为时，组织为S 。 正火温度正火温度 2、正火的目的、正火的目的 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。，目的与退火的相同。 对于

29、过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。化退火作组织准备。 普通件最终热处普通件最终热处理。理。l要改善切削性能，要改善切削性能，低碳钢用正火，中低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火高碳钢用球化退火.热处理与硬度关系热处理与硬度关系合适切削加工硬度合适切削加工硬度第五节第五节 钢的淬火钢的淬火 淬火淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速速 度冷却，使奥氏体转变度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺为马氏体的热处理工艺.l淬火是应用最广的热处淬火是应用最广的热处理

30、工艺之一。理工艺之一。l淬火目的是为获得马氏淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能体组织，提高钢的性能.真空淬火炉真空淬火炉一、一、钢的淬火工艺钢的淬火工艺 1、碳钢、碳钢 亚共析钢亚共析钢 淬火温度为淬火温度为Ac3+30-50。亚共析钢淬火组织：亚共析钢淬火组织： 0.5%C时为时为M； 0.5%C时为时为M+A。过高。过高T，则，则M粗大，过低粗大，过低T，组织中出现，组织中出现F，硬度不足，强度不高，硬度不足，强度不高 共析钢共析钢淬火温度为淬火温度为Ac1+30-50；淬火组织为；淬火组织为M+A。 过共析钢过共析钢淬火温度淬火温度: Ac1+30-50.温度高于温度高于Accm，

31、则奥氏体晶粒粗大、含碳量高，淬火后马氏体，则奥氏体晶粒粗大、含碳量高，淬火后马氏体晶粒粗大、晶粒粗大、A量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变形开裂量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。倾向增加。淬火组织淬火组织: M+Fe3C颗粒颗粒+A。(预备组织为预备组织为P球球) 2、合金钢、合金钢 由于多数合金元素由于多数合金元素(Mn、P除外除外)对奥氏体晶粒长大对奥氏体晶粒长大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。 亚共析钢淬火温度为亚共析钢淬火温度为Ac3+ 50100。 共析钢、过共析钢淬火温度为共析钢、过共析钢淬火温度为Ac1+50

32、100。 钢坯加热钢坯加热二、淬火介质二、淬火介质 理想的冷却曲线应只在理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小理想淬火曲线示意图理想淬火曲线示意图MsMf 内应力的目的。但目前内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火还没有找到理想的淬火介质。介质。l常用淬火介质是水和油常用淬火介质是水和油.l水的冷却能力强，但低水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。于形状简单的碳钢件。 油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太油在低温区冷却能力较理想

33、，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。 熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。 聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.三、淬火方法三、淬火方法 采用不同的淬火方法采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。可弥补介质的不足。 1、单液淬火法、单液淬火法 加热工件在一种介质加热工件在一种介质中连续冷却到室温的中连续冷却到室温的淬火方法。淬火方法。 操作简单，易实现自操作简单，易实现

34、自动化。动化。各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图1单液淬火法单液淬火法2双液淬火法双液淬火法3分级淬火法分级淬火法4等温淬火法等温淬火法 2、双液淬火法、双液淬火法 工件先在一种冷却能力工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过强的介质中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。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，缺点优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状是不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。复杂的碳钢件及大型合金钢件。 3、分级淬火法、分级淬火法 在在Ms附近的盐浴或碱

35、浴中淬火，待内外温度均匀后附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。再取出缓冷。l可减少内应力，用于小尺可减少内应力，用于小尺寸工件。寸工件。盐浴炉盐浴炉 4、等温淬火法、等温淬火法 将工件在稍高于将工件在稍高于 Ms 的盐浴的盐浴或碱浴中保温足够长时间，或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬从而获得下贝氏体组织的淬火方法。火方法。 经等温淬火零件具有良好的经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小综合力学性能，淬火应力小. 适用于形状复杂及要求较高适用于形状复杂及要求较高的小型件。的小型件。（一）淬透性的概念（一）淬透性的概念M量和硬度随量和硬度随深度的变化深度的变

36、化 淬透性淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。l淬硬层深度淬硬层深度是指由是指由工件表面到半马氏工件表面到半马氏体区体区(50%M + 50%P)的深度。的深度。l淬硬性淬硬性是指钢淬火是指钢淬火后所能达到的最高后所能达到的最高硬度，即硬化能力硬度，即硬化能力.四四 、钢的淬透性和淬硬性钢的淬透性和淬硬性（二）（二）淬透性与淬硬层深度的关系淬透性与淬硬层深度的关系 同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能

37、力强，淬硬层深。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。 淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同它只用于不同材材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。层深度来确定的。 （三）影响淬透性的因素（三）影响淬透性的因素 钢的淬透性取决于临界冷钢的淬透性取决于临界冷却速度却速度Vk， Vk越小，淬越小，淬透性越高。透性越高。 Vk取决于取决于C曲线的位置，曲线的位置，C 曲线越靠右，曲线越靠右，Vk越小。越小。l因而凡是影响因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素曲线的因素都是影响淬透性的因素

38、.即即除除Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。淬透性提高。 （四）（四）淬透性的测定及其表示方法淬透性的测定及其表示方法 1、淬透性的测定常用、淬透性的测定常用末端淬火法末端淬火法示，示，J 表示末端表示末端淬透性，淬透性，d 表示表示半马氏体区到水半马氏体区到水冷端的距离，冷端的距离，HRC 为半马氏为半马氏体区的硬度。体区的硬度。 2、淬透性的表示方法、淬透性的表示方法 用淬透性曲线表示用淬透性曲线表示dHRCJ即用即用 表表五、钢的淬火变形和开裂五

39、、钢的淬火变形和开裂（1）热应力和相变应力热应力和相变应力 热应力热应力工件在加热和冷却时，各部位存在温差，导致膨工件在加热和冷却时，各部位存在温差，导致膨胀和冷缩不同所引起的应力胀和冷缩不同所引起的应力 相变应力相变应力相变前后比容不同，温差不同相变不同时，则相变前后比容不同，温差不同相变不同时，则引起应力引起应力（2）变形的基本规律变形的基本规律 P100 表表6-4（3）减少变形的措施减少变形的措施 合理选择钢材与正确设计零件合理选择钢材与正确设计零件 正确锻造和预备热处理正确锻造和预备热处理 采用合理的热处理工艺采用合理的热处理工艺第六节第六节 钢的回火钢的回火 回火回火是指将淬火钢加

40、热是指将淬火钢加热到到A1以下的某温度保温以下的某温度保温后冷却的工艺。后冷却的工艺。 一、回火的目的一、回火的目的 1、减少或消除淬火内、减少或消除淬火内应力应力, 防止变形或开裂防止变形或开裂.l2、获得所需要的力学性能、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。性大，回火可调整硬度、韧性。螺杆表面的螺杆表面的淬火裂纹淬火裂纹 3、稳定尺寸、稳定尺寸。淬火淬火M和和A都是非平衡组织，有自发都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使向平衡组织转变的倾向。回火可使M与与A转变为平衡转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。或接近平衡

41、的组织，防止使用时变形。 4、对于某些高淬透性的钢对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用，空冷即可淬火，如采用 回火软化既能回火软化既能降低硬度降低硬度，又，又能能缩短软化周期缩短软化周期。l未经淬火的钢回火无意义，未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。过程中易变形或开裂。钢经钢经淬火后应立即进行回火。淬火后应立即进行回火。二、回火时组织转变二、回火时组织转变 1、马氏体的分解、马氏体的分解 100回火时，钢回火时，钢的组织无变化。的组织无变化。 100-200加热时，加热时，马氏体将发生分解马氏体将发生分解,从马氏体中析出从马氏体中析

42、出 -碳化物碳化物( - FeXC)，使马氏体过饱和度降低。使马氏体过饱和度降低。析出的析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称回火马氏体回火马氏体，用，用M回回表示。表示。透射电镜下的回火马氏体形貌透射电镜下的回火马氏体形貌回火马氏体回火马氏体 在光镜下在光镜下M回回为黑色，为黑色，A为白色。为白色。 0.2%C 时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近的时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近的偏聚。偏聚。 2、残余奥氏体分解残余奥氏体分解l200-300时时, 由于由于马氏体分解，奥氏马氏体分解，奥氏体所受的压力下降体所受的压力下降, Ms

43、上升，上升，A 分解分解为为 - 碳化物碳化物和和过饱和铁素体过饱和铁素体，即，即M回回。 衡成分衡成分, 内应力大量消除，内应力大量消除，M回回转变为在保持马氏体转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C组织，称回组织，称回火托氏体，用火托氏体，用T回回表示。表示。l发生于发生于250-400，此时，此时， -碳化物溶碳化物溶解于解于F中，并从铁中，并从铁素体中析出素体中析出Fe3C。l到到350, 马氏体含马氏体含碳量降到铁素体平碳量降到铁素体平回火托氏体回火托氏体l3、 -碳化物转变为碳化物转变为Fe3C回火索氏体回火索氏体 4、Fe3C聚集长

44、大和铁素体多边形化聚集长大和铁素体多边形化l400以上以上, Fe3C开开始聚集长大。始聚集长大。l450 以上铁素体以上铁素体发生多边形化，由发生多边形化，由针片状变为多边形针片状变为多边形.l这种在多边形铁素这种在多边形铁素体基体上分布着颗体基体上分布着颗粒状粒状Fe3C的组织称回火索氏体，用的组织称回火索氏体，用S回回表示。表示。 三、回火脆性三、回火脆性 淬火钢的韧性并淬火钢的韧性并不总是随温度升不总是随温度升高而提高。高而提高。 在某些温度范围在某些温度范围内回火时，会出内回火时，会出现冲击韧性下降现冲击韧性下降的现象，称的现象，称回火回火脆性脆性。 1、第一类回火脆性、第一类回火脆

45、性 又称又称不可逆回火脆性不可逆回火脆性。是指淬火钢在是指淬火钢在250-350回火回火时出现的脆性时出现的脆性。l这种回火脆性是不可这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度逆的，只要在此温度范围内回火就会出现范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效脆性，目前尚无有效消除办法。消除办法。l回火时应避开这一温回火时应避开这一温度范围。度范围。 2、第二类回火脆性、第二类回火脆性 又称又称可逆回火脆性可逆回火脆性。是指是指淬火钢在淬火钢在500-650范围内范围内回火后缓冷时出现的脆性回火后缓冷时出现的脆性. 回火后快冷不出现，是可回火后快冷不出现，是可逆的。逆的。 防止办法：防止办法： 回火后快冷。回火

46、后快冷。l 加入合金元素加入合金元素W (约约1%)、 Mo(约约0.5%)。该法更该法更适用于大截面的零部件。适用于大截面的零部件。 四、回火种类四、回火种类 根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。 淬火加高温回火的热处理称作淬火加高温回火的热处理称作调质处理调质处理，简称，简称调调质质.广泛用于各种结构件如轴广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具为要求较高精密件、量具等预备热处理。等预备热处理。 适用于各种高碳适用于各种高碳钢、渗碳件及表钢、渗碳件及表面淬火件。面淬火件。 应用应用获得良好的综合力学

47、性能获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧时，具有良好的塑性和韧性性。 提高提高 e及及 s，同时使工件具有同时使工件具有一定韧性一定韧性 。在保留高硬度、在保留高硬度、高耐磨性的同时高耐磨性的同时，降低内应力，降低内应力。 回火目的回火目的S回回 T回回 M回回 回火组织回火组织500-650350-500150-250 回火温度回火温度 高温回火高温回火 中温回火中温回火 低温回火低温回火 适用于适用于弹簧热处理弹簧热处理第七节第七节 钢的表面处理和化学热处理钢的表面处理和化学热处理一、钢的表面热处理一、钢的表面热处理 表面热处理表面热处理是

48、指在不改变钢或零件表面的化学成分是指在不改变钢或零件表面的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化及心部组织情况下，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。后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。感应加热感应加热感应加热感应加热表面淬火表面淬火示意图示意图 1、表面淬火常用加热方法表面淬火常用加热方法 感应加热感应加热: 利用交变电利用交变电流在工件表面感应巨大涡流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热流，使工件表面迅速加热的方法。的方法。 感应加热分为：感应加热分为： 高频感应加热高频感应加热 频率为频率为250-300KHz，淬硬层深度淬硬层深度0.5

49、-2mm传动轴连续淬传动轴连续淬火感应器火感应器感应加热表面淬火齿轮的截面图感应加热表面淬火齿轮的截面图 中频感应加热中频感应加热 频 率 为频 率 为 2 5 0 0 -8000Hz，淬硬层，淬硬层深度深度2-10mm。各种感应器各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴 工频感应加热工频感应加热频率为频率为50Hz,淬硬淬硬层深度层深度10-15 mm各种感应器各种感应器感应穿透加热感应穿透加热 2、 火焰加热火焰加热: 利用乙炔火焰利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。直接加热工件表面的方法。成成本低，但质量不易控制。本低，但质量不易控制。 3、 激光热处理

50、激光热处理: 利用高能量利用高能量密度的激光对工件表面进行加密度的激光对工件表面进行加热的方法。热的方法。效率高，质量好。效率高，质量好。火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图激光表面热处理激光表面热处理火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理 它是将零件放在一定的活性介质中加热和保温，使它是将零件放在一定的活性介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入零件表层，从而介质中的活性原子渗入零件表层，从而改变表层的改变表层的化学成份、组织和性能化学成份、组织和性能的工艺方法。的工艺方法。 根据渗入元素不同，化学热处理分为根据渗入元素不同，化学热处理分为渗碳、碳氮共渗

51、碳、碳氮共渗、渗渗、渗S、B、金属、金属等等 1、钢在奥氏体状态的化学热处理、钢在奥氏体状态的化学热处理 （1）渗碳）渗碳 是向钢的表面渗入碳原子过程，渗碳使工件表面是向钢的表面渗入碳原子过程，渗碳使工件表面C，具有高硬度和耐磨性，心部塑性、韧性，具有高硬度和耐磨性，心部塑性、韧性气体渗气体渗C法法固体渗固体渗C法法液体渗液体渗C法法（高温氰化）（高温氰化）900-950 气体渗剂气体渗剂煤油煤油甲醇甲醇+丙酮丙酮900-950 固体渗剂固体渗剂碳粒碳粒+ +碳酸碳酸（BaCO3，Na2CO3)木炭粉木炭粉NaCl+KCl+Na2CO3化学反应中有氰盐化学反应中有氰盐氰化盐浴炉氰化盐浴炉 （2

52、）碳氮共渗）碳氮共渗 向钢的表面同时渗入碳、氮的过程，也称向钢的表面同时渗入碳、氮的过程，也称氰化氰化。早期是在含有。早期是在含有氰盐的盐浴中进行，表面硬度高，渗层较深，硬度变化平缓，氰盐的盐浴中进行，表面硬度高，渗层较深，硬度变化平缓，具有良好的耐磨性和较小的表面脆性。具有良好的耐磨性和较小的表面脆性。常用常用中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗T 700-880渗剂渗剂煤油煤油+氨气氨气煤气煤气+氨气氨气甲醇甲醇+丙烷丙烷+氨氨三乙醇胺或三乙醇胺三乙醇胺或三乙醇胺+20%尿素尿素T 渗层的碳量渗层的碳量 N 渗层厚度渗层厚度优点：优点：加热加热 变形下降变形下降 生产周期短，渗层耐磨性生产周期

53、短，渗层耐磨性 疲劳强度疲劳强度 抗压强度抗压强度 兼有一定的抗蚀能力兼有一定的抗蚀能力 低温气体碳氮共渗低温气体碳氮共渗（气体软氮化）（气体软氮化） T570 处理时间短处理时间短 渗剂：尿素渗剂：尿素 具有一定韧性，不易发生剥落现象具有一定韧性，不易发生剥落现象（3）渗硼）渗硼将工件置入渗将工件置入渗B介质中，加热至介质中，加热至800-1000，保温，保温1-6h，渗，渗B介质分解活性介质分解活性B原子渗入表面层，形成原子渗入表面层，形成Fe2B和和FeB，也有单一，也有单一的的Fe2B渗层。渗层。渗剂：渗剂：57-58%B4C，40%Al2O3，2-3%NH4Cl具有较高的耐磨性和良好

54、的耐热性，渗具有较高的耐磨性和良好的耐热性，渗B后可调质处理。后可调质处理。 2、钢在铁素体状态下的化学热处理、钢在铁素体状态下的化学热处理 在在TAc1,无基本相变前提下，将一种或多种元素渗入无基本相变前提下，将一种或多种元素渗入钢件表层，钢件表层，改变表面成分、组织与结构，达到耐磨改变表面成分、组织与结构，达到耐磨、减磨、抗疲劳、耐腐蚀、减磨、抗疲劳、耐腐蚀。 （1）渗）渗N 渗渗N是在是在TA1下使活性下使活性N原子渗入工件表面的化学热原子渗入工件表面的化学热处理处理 渗剂：渗剂：氨气，氨气， 2NH33H2+2N T: 550-570,保温时间保温时间20-50h，渗层，渗层0.6-0

55、.7mm，变，变形很小形很小 （2）离子）离子N化化 在低于一个大气压的渗在低于一个大气压的渗N气氛中利用工件（阴极）和气氛中利用工件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电进行渗阳极之间产生的辉光放电进行渗N的工艺。的工艺。常在真空常在真空炉内进行炉内进行 T：550， 时间时间10-12h，渗层，渗层0.3mm，HRC 61 （3）渗）渗S 钢铁表面形成钢铁表面形成FeS薄膜，可达到降低摩擦系数，抗咬薄膜，可达到降低摩擦系数，抗咬合性合性 低温电解渗低温电解渗S T：150-250，渗剂：硫氰酸盐（，渗剂：硫氰酸盐（KCNS、NaCNS） 硫硫N共渗共渗 T：520-600，渗剂：无氰熔盐中，渗剂

56、：无氰熔盐中第八节第八节 热处理技术条件及工序位置热处理技术条件及工序位置一、热处理技术条件的标准一、热处理技术条件的标准 热处理零件在图样上热处理零件在图样上硬度（技术条件）硬度（技术条件） 渗渗C C标准渗标准渗C C层深度、渗层深度、渗C C部位、淬火和回火后硬度部位、淬火和回火后硬度 表面淬火零件表面淬火零件淬硬部位、淬硬层深度和硬度淬硬部位、淬硬层深度和硬度 硬度标准硬度标准：HBHB为为30-4030-40个单位，个单位，HRCHRC为为5 5个左右（范个左右（范围）围） 热处理技术条件热处理技术条件：工艺名称，如调质、淬火、回火、：工艺名称，如调质、淬火、回火、高频感应加热高频感

57、应加热二、热处理工序位置的安排二、热处理工序位置的安排预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理 1、预备热处理、预备热处理 作用作用：消除前一工序所造成的某些缺陷（内应力、：消除前一工序所造成的某些缺陷（内应力、晶粒粗大、组织不匀），为后续工序准备条件晶粒粗大、组织不匀），为后续工序准备条件 位置位置：安排在毛坯生成之后，切削加工之前，或粗：安排在毛坯生成之后，切削加工之前，或粗加工之后，精加工之前加工之后，精加工之前 退火、正火的工序位置退火、正火的工序位置 为消除毛坯的内应力、细化晶粒、均匀组织、改善为消除毛坯的内应力、细化晶粒、均匀组织、改善切削加工性能和为最终热处理作准备切削加工性能和

58、为最终热处理作准备安排在毛坯安排在毛坯生成之前生成之前 调质的工序位置调质的工序位置粗加工之后、半精加工之前粗加工之后、半精加工之前 目的是提高零件的综合力学性能，为后续表面淬火目的是提高零件的综合力学性能，为后续表面淬火作组织准备作组织准备 下料下料锻造锻造正火（退火）正火（退火）精加工（留等量）精加工（留等量）调质调质半精加工半精加工 2、最终热处理、最终热处理安排在磨削之前、半精加工之后安排在磨削之前、半精加工之后 淬火的工序位置淬火的工序位置a、整体淬火零件加工路线、整体淬火零件加工路线 下料下料锻造锻造退火（或正火）退火（或正火）粗、半精加工（留磨粗、半精加工（留磨量）量）淬火淬火回

59、火（低中温）回火（低中温）磨削磨削b、表面淬火零件（经预先调质）加工路线、表面淬火零件（经预先调质）加工路线 渗渗C淬火的工序位置淬火的工序位置 下料下料锻造锻造正火正火粗、半精加工（留磨量、局部不粗、半精加工（留磨量、局部不渗渗C处留防渗余量）处留防渗余量）渗渗C淬火淬火低温回火低温回火磨削磨削切去防渗切去防渗C余量余量淬火淬火低温回低温回火火磨削磨削 渗渗N的工序位置的工序位置尽量靠后尽量靠后 由于由于T 变形变形 氮化层硬而薄，渗氮化层硬而薄，渗N后不进行磨削加工后不进行磨削加工，个别的精磨和超精磨，个别的精磨和超精磨下料下料锻造锻造退火退火粗加工粗加工调质调质半精加工半精加工去应去应力

60、退火力退火粗磨粗磨渗渗N精磨和超精磨精磨和超精磨 三、热处理工艺应用举例三、热处理工艺应用举例 P108 例：连杆螺栓例：连杆螺栓 材料材料：40Cr钢钢 热处理条件热处理条件：263-322HBS 组织组织：回火索氏体，不许有块状铁素体：回火索氏体，不许有块状铁素体 工艺路线工艺路线：下料：下料锻造锻造退火（或正火）退火（或正火）粗加工粗加工调质调质精加工精加工第九节第九节 高聚物的改性高聚物的改性一、化学改性一、化学改性又称结构改性又称结构改性 1、共聚改性、共聚改性 指由指由2种或种或2种以上的单体通过共聚反应而制得共聚物种以上的单体通过共聚反应而制得共聚物 它和由同样单体通过均聚反应制

61、得的均聚物相比，由它和由同样单体通过均聚反应制得的均聚物相比，由于分子链的结构发生变化，引入新的结构单元，从而于分子链的结构发生变化，引入新的结构单元，从而改变了高聚物的性能改变了高聚物的性能 2、交联改性、交联改性 指使高聚物线型或支链型分子间，彼此交联起来形成指使高聚物线型或支链型分子间，彼此交联起来形成空间网状结构空间网状结构一、物理改性一、物理改性 1、掺杂改性、掺杂改性共混改性共混改性 指在高聚物中掺入低分子化合物或不同种类的高聚物指在高聚物中掺入低分子化合物或不同种类的高聚物，可以改善其性能，可以改善其性能 2、填充、增强改性、填充、增强改性 指为了满足各种应用领域对性能的要求，常

62、需要加入指为了满足各种应用领域对性能的要求，常需要加入各种填充材料，以弥补树脂本身性能的不足，从而改各种填充材料，以弥补树脂本身性能的不足，从而改善高聚物的性能善高聚物的性能填充改性填充改性 增强改性增强改性指在高聚物中填充各种增强材料，以提高指在高聚物中填充各种增强材料，以提高机械强度，改善力学性能。机械强度，改善力学性能。3、复合改性、复合改性 高聚物可以和各种材料，如金属、木材、水泥、高聚物可以和各种材料，如金属、木材、水泥、橡胶以及各种纤维等复合。这种以热塑性或热固橡胶以及各种纤维等复合。这种以热塑性或热固性塑性为基体材料，与其它材料复合，从而改善性塑性为基体材料，与其它材料复合，从而

63、改善其性能的方法。其性能的方法。第十节第十节 材料的复合强化材料的复合强化 复合材料复合材料两种以上宏观材料组成的新材料两种以上宏观材料组成的新材料 性能改善性能改善：强度、刚度、耐腐蚀性、耐磨性、密度、强度、刚度、耐腐蚀性、耐磨性、密度、疲劳寿命、高温力学性能、绝热性与隔音性疲劳寿命、高温力学性能、绝热性与隔音性 颗粒增强颗粒增强承受主要载荷是基体承受主要载荷是基体 纤维增强纤维增强承受主要载荷是纤维承受主要载荷是纤维第十节第十节 表面处理新技术表面处理新技术 近年来，金属材料表面处理新技术得到了迅速发展近年来，金属材料表面处理新技术得到了迅速发展，开发出许多新的工艺方法，这里只介绍主要的几

64、，开发出许多新的工艺方法，这里只介绍主要的几种。种。 全方位离子注入与沉积设备全方位离子注入与沉积设备一、热喷涂技术一、热喷涂技术 将热喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，用高压气将热喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为流使其雾化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为热喷涂热喷涂。l利用热喷涂技术可改善材利用热喷涂技术可改善材料的耐磨性、耐蚀性、耐料的耐磨性、耐蚀性、耐热性及绝缘性等。热性及绝缘性等。l广泛用于包括航空航天、广泛用于包括航空航天、原子能、电子等尖端技术原子能、电子等尖端技术在内的几乎所有领域。在内的几乎所有领域。等离子热喷涂等离子热喷涂二

65、、气相沉积技术二、气相沉积技术 气相沉积技术气相沉积技术是指将含有沉积元素的气相物质，通是指将含有沉积元素的气相物质，通过物理或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的一过物理或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技术。种新型镀膜技术。l根据沉积过程的原理根据沉积过程的原理不同，气相沉积技术不同，气相沉积技术可分为可分为物理气相沉积物理气相沉积(PVD) 和和化学气相沉化学气相沉积积(CVD)两大类。两大类。 1、物理气相沉积（、物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积是指在真空条件下，物理气相沉积是指在真空条件下，用物理的方法，用物理的方法， 使材料汽化成原子、分使材料汽化成原子、分子或电离

66、成离子，并通子或电离成离子，并通过气相过程，在材料表过气相过程，在材料表面沉积一层薄膜的技术。面沉积一层薄膜的技术。l物理沉积技术主要包括物理沉积技术主要包括真空蒸镀、溅射镀、离真空蒸镀、溅射镀、离子镀子镀三种基本方法。三种基本方法。磁控溅射镀膜设备磁控溅射镀膜设备 物理气相沉积具有适用的基体材料和膜层材料广泛物理气相沉积具有适用的基体材料和膜层材料广泛；工艺简单、省材料、无污染；获得的膜层膜基附；工艺简单、省材料、无污染；获得的膜层膜基附着力强、膜层厚度均匀、致密、针孔少等优点。着力强、膜层厚度均匀、致密、针孔少等优点。 广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等离子镀产品离子镀产品领域制备耐磨、领域制备耐磨、耐蚀、耐热、导耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、电、绝缘、光学、磁性、压电、滑磁性、压电、滑润、超导等薄膜。润、超导等薄膜。 2、化学气相沉积、化学气相沉积(CVD) 化学气相沉积是指在一定温度下，混合气体与基体化学气相沉积是指在一定温度下，混合气体与基体CVD设备设备表面相互作用而在基表面相互作用而在基体表面形成金属或化体表面形成金属