1—3　钢的热处理（课件）-《金属加工与实训》同步教学（劳动版）

第1章 金属材料及热处理基础 §1—3　钢的热处理 1．了解金属材料热处理的概念、目的、原理、分类及应用。 2．理解退火、正火、淬火、回火、调质、时效处理的目的、方法及应用。 3．了解钢的表面热处理和化学热处理的一般方法。 4．了解典型零件的热处理工艺过程。 5．了解热处理的新技术和新工艺。 空冷和水冷 一、金属材料热处理概述 1．热处理的定义 热处理——采用适当的方式对固态金属材料进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与力学性能的工艺。热处理工艺过程可用以 “温度—时间”为坐标的曲线图来表示。 热处理工艺曲线 热处理工艺曲线 2．热处理的分类、目的和原理 热处理的分类 目的： ● 充分发挥材料的性能潜力 ● 提高和改善其使用性能和工艺性能 ● 能够延长零件的使用寿命 ● 提高产品质量和经济效益 原理：钢在加热和冷却过程中内部组织发生了变化。不改变工件的形状和尺寸，只改变其性能。 1．退火与正火 退火与正火热处理通常是钢材在进行机械加工前，为改善材料的冲压、切削等工艺性能以及调整材料内部的组织状态而进行的一种预备热处理工艺。 退火与正火热处理工艺曲线示意图 二、常用的热处理方法 类型 方法 特点 应用 退火 将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却） 改善金属的塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力或得到预期的力学性能 根据加热温度和目的的不同，常用的退火方法有完全退火、球化退火和去应力退火三种 ①完全退火主要用于中碳钢及低、中碳合金结构钢的锻件、铸件、热轧型材等，有时也用于焊接件 ②球化退火用于碳素工具钢、合金工具钢、滚动轴承钢等 ③去应力退火用于消除毛坯、构件和零件的内应力 正火 将钢加热到一定温度，保温适当时间后在空气中冷却 正火的冷却速度比退火快，故正火后得到的组织比较细密，强度、硬度比退火钢高 ①对于低、中碳合金结构钢，正火的主要目的是细化晶粒、均匀组织、提高力学性能，另外还可以起到调整硬度、改善切削加工性能的作用 ②对于力学性能要求不高的普通结构零件，正火可作为最终热处理 ③对于高碳的过共析钢，正火的主要目的是改善组 织，为球化退火和淬火做准备 退火与正火的特点及应用 （1）淬火 淬火——将钢件加热到适当温度，经保温后快速冷却，以提高钢的强度、硬度和耐磨性的工艺方法。 淬火时加热和冷却方法的不同 单液淬火 双介质淬火 分级淬火 等温淬火 2．淬火与回火 淬火工序常常是决定产品最终质量的关键。 类型 方法 特点 应用 单液淬火 将加热好的钢件直接放入单一的淬火介质中冷却到室温，碳钢一般用水冷淬火，合金钢可用油冷淬火 冷却特性不够理想，容易导致硬度不足或开裂等缺陷 主要应用于外形简单、尺寸较小的工件 双介质淬火 先将工件浸入冷却能力强的介质中，在组织还未开始转变时再迅速浸入另一种冷却能力弱的介质中，缓冷到室温 淬火内应力小，工件变形和开裂小，操作困难，不易掌握 主要应用于碳素工具钢制造的易开裂的较小工件，如丝锥等 分级淬火 先将加热好的钢件浸入接近钢的组织转变温度的液态介质中，保持适当时间，待钢件的内外层都达到介质温度后取出空冷 淬火内应力小，工件不易变形和开裂 主要应用于淬透性好的合金钢或截面不大、形状复杂的碳钢工件 等温淬火 先将加热好的工件快冷到组织转变温度区间（260~400℃），然后等温保持，使其转变为所需的理想组织 工件能获得较高的强度和硬度、较好的耐磨性和韧性，显著减小淬火内应力和淬火变形 常用于各种中、高碳工具钢和低碳合金钢制造的形状复杂、尺寸较小、韧性要求较高的模具、成形刀具等工件 淬火的特点及应用 （2）回火 回火——将淬火后的钢重新加热到某一较低温度，保温后再冷却到室温的热处理工艺。 类型 加热温度（℃） 特点 应用 低温回火 150~250 具有高的硬度、耐磨性和一定的韧性，硬度为58~64HRC 用于刀具、量具、冷冲模以及其他要求高硬度、高耐磨性的零件 中温回火 350~500 具有高的弹性极限、屈服强度和适当的韧性，硬度为40~50HRC 主要用于弹性零件及热锻模具等 高温回火 500~650 具有良好的综合力学性能（即足够的强度与高韧性相配合），硬度为200~330HBW 广泛用于重要的受力构件，如丝杠、螺栓、连杆、齿轮、曲轴等 回火的特点及应用 生产中把淬火与高温回火相结合的热处理工艺称为 “调质” 。工件调质处理后可获得良好的综合力学性能，不但强度较高，而且有较好的塑性和韧性，这就为工件在工作中承受各种复杂载荷提供了有利条件。因此，重要的受力复杂的结构零件均采用调质处理。 3．时效处理 时效处理——将经冷塑性变