第三节 钢的热处理《机械基础》河北省（对口升学）机械类 知识点讲解

河北省机械类对口高考机械基础复习讲义 第1章 金属材料及热处理 第三节 钢的热处理 【考纲要求】 （1）了解热处理的含义、过程和分类。 （2）掌握四种整体热处理的目的、过程及应用。 （3）掌握表面热处理的类型、目的及应用。 【知识网络】 热处理 【知识和技能要点】 四、钢的热处理 将钢或钢制工件在固态下加热、保温、冷却，以改变其组织，从而获得所要求的性能的一种工艺，称为钢的热处理。钢之所以能通过热处理改变其性能，根本原因是铁有同素异构转变。 意义：对钢进行适当热处理，可充分发挥钢材的潜力，提高工件使用性能和使用寿命，改善工件的工艺性能，提高加工质量和劳动生产率。 分类：根据工艺不同，钢的热处理可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理。整体热处理包括退火、正火、淬火、回火。表面热处理包括表面淬火(火焰加热、感应加热)。化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 1.退火 (1)定义 退火是将钢加热到适当温度并保温一定时间后，缓慢冷却(一般随炉冷却)至室温的热处理方法。 (2)目的 1)降低硬度，以利于切削加工，提高塑性和韧性，以利于冷变形加工。 2)细化晶粒，均匀组织，改善钢的性能或为以后的热处理作准备。 3)消除残余内应力，防止工件变形与开裂。 (3)分类 1)完全退火 定义：完全退火是将钢加热至Ac₃以上20~40℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却的工艺方法。 特点及目的：冷却后A转变为细小而均匀的F+P，可细化晶粒，消除内应力，降低钢的硬度，为随后的加工和淬火做好组织准备。 用途：主要用于中碳钢、中低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 定义：球化退火是将钢加热至Ac₁线以上20~40℃，保温一段时间后，随炉冷却到室温以获得球状珠光体的工艺方法。 特点及目的：将片层状的珠光体转变为球形细小颗粒的珠光体，降低硬度，以便于切削加工，防止淬火加热时奥氏体晶粒粗大，减小工件变形和开裂。 用途：主要用于共析钢和过共析钢(如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等)。 3)去应力退火 定义：去应力退火是将钢加热至略低于Ac₁线的温度(一般为500~650℃)，保温一定时间后缓慢冷却至室温的工艺方法。 特点及目的：消除内应力(去应力退火过程中组织不会发生变化)。 用途：只用来消除零件在锻造、铸造、焊接等生产时产生的内应力，以防止工件变形和开裂，加热过程中组织不会发生变化。 2.正火 (1) 定义 正火是将钢加热至 Am或Ar.以上30~50℃，保温一段时间后，在空气中冷却至室温的工艺方法。 (2) 特点 正火后可得到细珠光体组织索氏体，强度、硬度较高。工艺周期短，成本低，得到的组织性能好。 (3) 目的 1)细化组织，提高硬度，改善低碳钢、低碳合金钢的切削加工性能。 2)用于中碳钢和性能要求不高的零件，可代替调质处理。 3)用于高碳钢，消除网状渗碳体，为球化退火做准备。 (4)退火和正火的区别 1)正火工艺周期短，成本低，得到的组织性能较好，故生产中低碳钢、低碳合金钢常以正火代替退火。但由于正火冷却速度较快，可能会使形状较复杂的零件产生较大的内应力甚至开裂，所以形状较复杂的零件不适用正火处理，而对于力学性能要求不是很高的零件，正火还可作为最终热处理。 2)高碳钢一般都先通过正火处理以消除钢中网状渗碳体组织，再进行球化退火处理。 3.淬火 (1) 定义 淬火是将钢加热到AC，或AC，线以上30~50℃保温后，快速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。 (2) 目的 提高钢的硬度、强度和耐磨性。 (3)淬火加热温度的选择 淬火是热处理工艺过程中最重要、最复杂的一种工艺，冷却速度过快，容易造成工件变形或开裂，冷却速度过慢则达不到所要求的硬度，所以在操作过程中对不同的钢种施以不同的加热温度和冷却速度，以达到工件所设计的硬度和强度。 1)亚共析钢：加热至AC，线以上30~50℃。加热温度过高，会使A晶粒粗化，淬火后的马氏体组织粗大，使钢脆化；加热温度过低( 之间)，则淬火组织中含有未溶铁素体，降低工件的硬度和力学性能。 2)(过)共析钢：加热至AC，以上30~50℃。淬火后可形成细颗粒状渗碳体均匀分布于针状马氏体基体上的组织。这种组织耐磨性好，强度高，脆性小。 (4)淬火冷却速度、介质的选择 淬火的主要目的是为了得到马氏体组织，因而冷却速度必须大于该钢的临界冷却速度。而快冷会造成很大的内应力，使工件变形和开裂，钢的理想淬火冷却速度是慢一快一慢三步，因此，对冷却介质的选择尤为重要。传统的冷却介质有空气、油、水、盐水、碱水五种，它们的冷却能力依次增加。其中水、油是生产中应用最为广泛的冷却介质。 (5)钢的淬透性和淬硬性 1)淬透性：在规定条件下，钢在淬火时获得马氏体组织深度的能力。淬透性取决于该钢的临界冷却速度，临界冷却速度越低，钢的淬透性越好，反之越差。淬透性好的钢更适合制造截面尺寸较大的零件。合金钢的淬透性一般比碳素钢好，这是因为各种合金元素融入奥氏体后能提高其稳定性，减缓过冷奥氏体的转变速度，降低钢的临界冷却速度。合金钢适合油冷。 2)淬硬性：钢在理想的淬火条件下获得马氏体后所能达到的最高硬度。淬硬性主要取决于钢的碳含量。低碳钢淬硬性差，高碳钢淬硬性好。 3)注意：淬透性好的钢不一定淬硬性好，如高碳钢和合金钢比，高碳钢淬硬性比合金钢好，但淬透性合金钢比高碳钢好。 4.回火 钢淬火后的不稳定组织马氏体和残余奥氏体会向稳定组织转变，从而引起工件变形或开裂，因此必须马上进行回火处理。 (1)定义 回火是将淬火后的钢重新加热至Aₐ线以下某一温度，经过适当保温后空冷至室温的热处理工艺。 (2)目的 减小或消除内应力，防止工件变形开裂；稳定组织，稳定尺寸；调整钢的性能。 (3)分类 1)低温回火(150~250℃)：低温回火组织为回火马氏体，目的是降低淬火内应力，提高韧性，保持高硬度和耐磨性。主要用于制造高碳工具钢和合金刃具、量具、滚动轴承、冷作模具和要求硬而耐磨的零件。 2)中温回火(350~500℃)：中温回火组织为回火屈氏体，目的是使淬火件具有高的弹性极限、屈服极限和适当的韧性。主要用于制造弹性零件及热锻模具。 3)高温回火(500~650℃)：高温回火组织为回火索氏体，广泛用于螺栓、连杆、齿轮、曲轴等重要的结构零件，具有良好的综合力学性能。通常把淬火和高温回火相结合的处理工艺称为调质处理。由于调质后，可使工件获得良好的综合力学性能，不仅强度较高，塑性和韧性也较好，比正火后组织力学性能更佳，因而一些重要的受力复杂的结构零件常采用调质处理。 5.钢的表面热处理 目的：使工件表面具有高硬度、高耐磨性，而心部具有足够的塑性、韧性。 1)表面淬火：仅对钢的表面进行淬火，而不改变其成分的热处理工艺称为表面淬火。 常用的表面淬火可分为火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火。 ①火焰加热表面淬火：设备简单，操作方便，成本低，淬火质量不稳定。适于单件、小批及大型零件的生产。 ②感应加热表面淬火：加热速度快，淬火质量好，淬硬层深度易于控制，但设备复杂，成本高，适于大批量生产。 6.化学热处理：将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 【练习题】 1、 选择题 1.钢的完全退火主要用于（ ） A.过共析钢 B.共析钢 C.亚共析钢 D.高碳钢 2.淬火的主要目的是为了获得（ ） A.奥氏体 B.马氏体 C.珠光体 D.渗碳体 3.调质处理就是( )的热处理。（ ） A.淬火+低温回火 B.淬火+中温回火 C.淬火+高温回火 D.以上都不对 4.对于过共析钢，适宜的淬火加热温度是( ） A.Ac1以上30～50℃ B.Accm线以上30～50℃ C.Ac3以上30～50℃ D.A3线以上30～50℃ 5.表面热处理的目的是使工件表面具有高硬度、高耐磨性，而心部具有足够的（ ） A.硬度 B.脆性 C.铸造性 D.韧性 6.零件渗碳后一般须经( )处理,才能达到表面硬而耐磨的目的。（ ） A.淬火+低温回火 B.正火 C.调质 D.退火 7.钢在热处理过程中组织结构未发生变化的是 （ ） A. 完全退火 B. 正火 C.去应力退火 D. 球化退火 8.滚动轴承钢可采用( )作为预先热处理。（ ） A.正火 B. 完全退火 C.球化退火 D.去应力退火 9.亚共析钢的淬火温度应选择在（ ） A.Ac1线+30～50℃ B.Ac3线+30～50℃ C.Accm 线以上30～50℃ D.ECF线+30～50℃ 10.钢在一定条件下淬火后,获得淬硬层深度的能力称为（ ） A. 淬硬性 B.淬透性 C.耐磨性 D.韧性 11.一般来说,合金钢应选择( )作冷却介质。（ ) A. 矿物油 B.20℃自来水 C.20℃10%食盐水溶液 D.空气 12.钢在一定条件下淬火后,获得淬硬层硬度的能力称为（ ） A.淬硬性 B.淬透性 C.耐磨性 D.锻造性 13.钢的淬硬性主要取决于（ ） A.钢的含碳量 B. 冷却介质 C.加热温度 D.冷却速度 14.化学热处理与其他热处理方法的基本区别是（ ） A.加热温度 B.组织变化 C.改变表面化学成分 D.冷却方式 15.中温回火得到的组织是（ ） A.回火李氏体 B. 回火马氏体 C.回火索氏体 D. 回火屈氏体 16.用含碳量为0.15%钢制造的凸轮,要求凸轮表面高硬度，(硬化层1.5mm),而心部具有良 好的韧性,应采用( )热处理。 A.表面淬火+低温回火 B.渗碳+淬火+低温回火 C.氮化 D.调质处理 17.若用含碳量0.45%钢制造凸轮,要求凸轮表面高硬度,而心部具有良好的韧性,则采用 ( )热处理。（ ） A.渗碳+淬火+低温回火 B.表面淬火+低温回火 C.氮化 D.调质处理 18.为提高低碳钢的切削加工性,通常采用( )处理。（ ） A.完全退火 B.正火 C.球化退火 D.淬火 19.为改善含碳量为1.0%钢的切削加工性,通常采用( )处理。（ ） A.完全退火 B.正火 C.球化退火 D.淬火 20.65Mn钢做弹簧,淬火后应进行( )回火。（ ） A.高温 B. 中温 C.低温 D.以上都不是 21.T10A钢做锯片,淬火后应进行( )回火。（ ） A.高温 B.中温 C.低温 D.超高温 22.只能做最终热处理的是 （ ） ①退火 ②正火 ③淬火 ④回火 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 23.用( )热处理可消除共析钢和过共析钢中的网状渗碳体。（ ） A.完全退火 B.球化退火 C.正火 D.回火 【答案】 1—5 C B C A D 6—10 A C C B B 11-15 A A A C D 16-20 B D B C B 21—23 C C C 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $