车床主轴选材.ppt

机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1 12 23 3铁碳合金钢的热处理合金钢任务三任务三 选择材料选择材料任 务 介 绍机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件 CA6140车床主轴选材机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件车床主轴工作条件分析车床主轴工作条件分析 1.主要位于主轴箱部，主要作用是传递回转和扭矩。要求主轴材料有好的刚度、硬度，不易发生变形、断裂能承受较大载荷。一般轴类零件常用材料为45钢，并根据需要进行正火、退火、调质、淬火等热处理以获得一定的强度、硬度、韧性和耐磨性。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件2.对于中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等牌号的合金结构钢，这类钢经调质和表面淬火处理，使其淬火层硬度均匀且具有较高的综合力学性能。精度较高的轴还可使用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，它们经调质和局部淬火后，具有更高的耐磨性和耐疲劳性。3.在高速重载条件下工作的轴，可以选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等渗碳钢，经渗碳淬火后，表面具有很高的硬度，而心部强度和冲击韧性好。在实际应用中可以根据轴的用途选用其材料。如车床主轴在实际应用中可以根据轴的用途选用其材料。如车床主轴属一般轴类零件，材料选用属一般轴类零件，材料选用45钢，预备热处理采用正火和钢，预备热处理采用正火和调质，最后热处理采用局部高频淬火调质，最后热处理采用局部高频淬火机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.1 1.1 铁碳合金铁碳合金 固固溶溶强强化化：当当溶溶质质原原子子溶溶解解在在溶溶剂剂晶晶体体中中时时，溶溶剂剂的的晶晶格格将将发发生生畸畸变变，晶晶格格常常数数发发生生变变化化，如如图图1-51-5所所示示。原原子子尺尺寸寸相相差差大大，化化学学性性质质不不同同，都都使使畸畸变变增增大大，结结果果合合金金的的强强度度、硬硬度度和和电电阻阻增增高高，塑塑性性，韧韧性性下下降降。溶溶入入的的溶溶质质原原子子越越多多，引引起起的的晶晶格格畸畸变变也也越越大大。这这种种由由于于溶溶质质原原子子的的溶溶入入，使使基基体体金金属属（溶溶剂剂）的的强强度度、硬硬度度升升高高的的现现象象就就叫叫固溶强化。固溶强化。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件 2.2.金属化合物金属化合物 组成合金的元素相互化合形成一种新的晶格组成的物质。组成合金的元素相互化合形成一种新的晶格组成的物质。它的晶体结构与性能，和原两组元都不同，如渗碳体它的晶体结构与性能，和原两组元都不同，如渗碳体 就是铁和碳组成的晶格复杂的碳化物，一般具有高硬度和高就是铁和碳组成的晶格复杂的碳化物，一般具有高硬度和高脆性。脆性。3.3.机械混合物机械混合物 由由两两种种或或两两种种以以上上的的组组元元、固固溶溶体体或或金金属属化化合合物物按按一一定重量比例组成的均匀物质称为机械混合物。定重量比例组成的均匀物质称为机械混合物。混混合合物物中中各各组组成成部部分分仍仍按按自自己己原原来来的的晶晶格格形形式式结结合合成成晶晶体体，如如铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体形形成成珠珠光光体体。混混合合物物的的性性能能取取决决于于组组成成混混合合物物的的各各部部分分的的性性能能，及及其其数数量量、大大小小、分分布布和和形态。形态。1.1 1.1 铁碳合金铁碳合金机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.1 1.1 铁碳合金铁碳合金1.1.2 铁碳合金相图1.铁的同素异晶转变铁的同素异晶转变 金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶（构）转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程，（构）转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程，有一定的转变温度和过冷度；也有晶核的形成和长大两有一定的转变温度和过冷度；也有晶核的形成和长大两个阶段。故同素异构转变又称为重结晶。铁的同素异构个阶段。故同素异构转变又称为重结晶。铁的同素异构转变如下所示。转变如下所示。（体心立方晶格）（体心立方晶格）（面心立方晶格）（面心立方晶格）（体心立方晶格）（体心立方晶格）机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.1 1.1 铁碳合金铁碳合金2.2.铁碳合金基本相铁碳合金基本相（1 1）铁素体（）铁素体（F F）碳碳溶溶于于 中中的的固固溶溶体体，它它保保持持体体心心立立方方晶晶格格结结构构。其其显显微微组组织织如如图图1-61-6，溶溶解解度度（0.008%0.008%0.02%0.02%），故故性性质质接接近近纯纯铁铁，强强度度、硬硬度度低低，塑性、韧性好。塑性、韧性好。（2 2）奥氏体（）奥氏体（A A）碳碳溶溶于于 中中的的固固溶溶体体，保保持持面面心心立立方方晶晶格格结结构构。其其显显微微组组织织如如图图1-1-7 7，溶溶解解度度（0.77%0.77%2.11%2.11%），其其强强度度和和硬硬度度略略高高于于铁铁素素体体，塑塑性性、韧韧性性较较好。好。（3 3）渗碳体（）渗碳体（FeFe3 3C C）铁铁和和碳碳组组成成的的金金属属化化合合物物，复复杂杂斜斜方方晶晶体体结结构构。含含碳碳量量为为6.69%6.69%，其其硬硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性极大，在一定条件下分解为铁和石墨。度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性极大，在一定条件下分解为铁和石墨。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金（5 5）莱氏体）莱氏体LdLd 莱莱氏氏体体在在7277270 0C C以以上上，由由奥奥氏氏体体与与渗渗碳碳体体组组成成的的机机械械混混合合物物，称称为为高高温温莱莱氏氏体体LdLd；在在7277270 0C C以以下下，该该组组织织转转变变为为由由珠珠光光体体与与渗渗碳碳体体组组成成的的机机械械混混合合物物，称称为为低低温温莱莱氏氏体体LdLd。其其显显微微组组织织如如图图1-91-9，其其力力学学性性能能与与渗渗碳碳体体相相似似，硬硬度度较较高，脆性较大。高，脆性较大。（4 4）珠光体）珠光体P P 珠珠光光体体是是铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体的的机机械械混混合合物物。其其显显微微组组织织如如图图1-81-8，珠珠光光体体强强度度较较高高，塑塑性性、韧韧性性和和硬硬度度介介于于渗渗碳碳体和铁素体之间。体和铁素体之间。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金3.铁碳合金相图分析铁碳合金相图分析铁碳合金相图的建立过程见图1-10。LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金（2）铁碳合金的分类 工业纯铁工业纯铁 含碳量小于含碳量小于0.0218%0.0218%的铁碳合金的铁碳合金 钢钢 含碳量在含碳量在0.0218%0.0218%2.11%2.11%的铁碳合金的铁碳合金 共析钢共析钢 含碳量等于含碳量等于0.77%0.77%亚共析钢亚共析钢 含碳量小于含碳量小于0.77%0.77%过共析钢过共析钢 含碳量位于含碳量位于0.77%0.77%2.11%2.11%白口铸铁白口铸铁 含碳量在含碳量在2.11%6.69%的铁碳合金的铁碳合金 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 含碳量等于含碳量等于4.3%亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 含碳量位于含碳量位于2.11%4.3%过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 含碳量位于含碳量位于4.3%6.69%机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金5、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响、含碳量对铁碳合金组织和性能的影响（1）、含碳量对室温平衡组织的影响）、含碳量对室温平衡组织的影响 根据杠杆定律的计算结果，可求出含碳量与缓冷后的相及组织组成物之间的根据杠杆定律的计算结果，可求出含碳量与缓冷后的相及组织组成物之间的定量关系：定量关系：机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金（2）、含碳量对力学性能的影响）、含碳量对力学性能的影响 亚共析钢随含碳量增加，亚共析钢随含碳量增加，P 量量增加，钢的强度、硬度升增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降。高，塑性、韧性下降。0.77%C时，组织为时，组织为100%P，钢的性能即钢的性能即P的性能。的性能。0.9%C,Fe3C为为 晶界连晶界连续网状续网状,强度下降强度下降,但硬度仍但硬度仍上升。上升。2.11%C,组织中有以组织中有以Fe3C为基的为基的Le，合金太脆。，合金太脆。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金（3）、含碳量对工艺性能的影响）、含碳量对工艺性能的影响 切削性能：切削性能：中碳钢比较合适中碳钢比较合适。可锻性能：可锻性能：低碳钢比高碳钢好。低碳钢比高碳钢好。铸造性能：铸造性能：共晶成分附近的合金铸造性能好。共晶成分附近的合金铸造性能好。焊接性能：焊接性能：低碳钢好于高碳钢。低碳钢好于高碳钢。热处理性能：热处理性能：第三节介绍第三节介绍。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金选择材料方面的应用选择材料方面的应用制定热加工工艺方面的应用制定热加工工艺方面的应用6 6、铁碳合金相图的应用、铁碳合金相图的应用机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金（1）.选择材料方面的应用a.分析零件的工作条件分析零件的工作条件,根据铁碳合金根据铁碳合金 成分、组织、性能之间的变化规律进成分、组织、性能之间的变化规律进 行选择材料。行选择材料。b.根据铁碳合金成分、组织、性能之间根据铁碳合金成分、组织、性能之间 的变化规律的变化规律,确定选定材料的工作范确定选定材料的工作范 围。围。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金1.2.4 碳素钢、铸铁1.1.碳素钢碳素钢1 1）按钢的含碳量分类：）按钢的含碳量分类：低碳钢低碳钢 中碳钢中碳钢 高碳钢高碳钢 2 2）按钢的质量分类）按钢的质量分类：有害杂质硫、磷的含量：有害杂质硫、磷的含量普通碳素钢普通碳素钢 优质碳素钢优质碳素钢 高级优质碳素钢高级优质碳素钢 (1).碳素钢分类碳素钢分类播放播放机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金3 3）按用途分按用途分为为：碳素结构钢：碳素结构钢：制制造造各各种种机机器器零零件件及及工工程程构构件件，大大都都是是低低碳碳钢、中碳钢，属普通钢、中碳钢，属普通碳素碳素钢钢或或优质优质碳素碳素钢钢。碳素工具钢：碳素工具钢：制制造造各各种种刃刃具具、量量具具和和模模具具等等，大大都都是是高高碳碳钢，属优质钢或高级优质钢。钢，属优质钢或高级优质钢。4 4）按冶炼时脱氧程度的不同分类）按冶炼时脱氧程度的不同分类沸腾钢：不脱氧的钢；沸腾钢：不脱氧的钢；镇静钢：完全脱氧钢；镇静钢：完全脱氧钢；半镇静钢：半脱氧钢。半镇静钢：半脱氧钢。5）按金相组织分）按金相组织分亚共析钢、共析钢、过共析钢。亚共析钢、共析钢、过共析钢。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金1 1）.普通碳素结构钢普通碳素结构钢 (2).钢的编号钢的编号 Q 235 A F沸腾钢沸腾钢 A质量等级质量等级235 MPa屈服强度屈服强度机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金*45-Wc=45%00*较高锰质量分数的优质碳素结构钢较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn-Wc=45%00;WMn=0.7%1.0%2）.优质碳素结构钢优质碳素结构钢机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金T 12 A高级优质高级优质 Wc=12%0碳素工具钢碳素工具钢3）.碳素工具钢碳素工具钢机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.2 1.2 铁碳合金铁碳合金ZG 200-400b 400MPas 200MPa铸钢铸钢4）.铸造碳钢铸造碳钢机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理1、热处理热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以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。改变钢的组织结构，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。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。在机床制造中约在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。的零件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。至于模具、滚动轴承则要至于模具、滚动轴承则要100%经过热处理。经过热处理。总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理 2、热处理特点、热处理特点：热处理热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。变其形状。铸造铸造轧制轧制 3 3、热处理适用范围：、热处理适用范围：、热处理适用范围：、热处理适用范围：只适用于固态下发生相变的材料只适用于固态下发生相变的材料只适用于固态下发生相变的材料只适用于固态下发生相变的材料，不发不发生固态相变的材料不能用热处理强化。生固态相变的材料不能用热处理强化。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理4 4、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，将热处理工热处理工艺分类如下艺分类如下：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火回火真空热处理形真空热处理形变热处理激光变热处理激光热处理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、渗其他元素等机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理1.3.2 钢在冷却时的组织转变钢在热处理时的冷却方式 热热加加保温保温连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却保温保温 热热加加时间温度临界温度临界温度机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌 珠 光 体 形 貌 像机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理光镜形貌电镜形貌 索 氏 体 形 貌 像机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理 屈 氏 体 形 貌 像电镜形貌光镜形貌机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理2).2).贝氏体型贝氏体型 (P)(P)转变转变 (A1(A1550):550):550350:B上上;4045HRC;B上上=过饱和碳过饱和碳-Fe条状条状+Fe3C细条状细条状过饱和碳过饱和碳-Fe条状条状 Fe3C细条状细条状羽毛状羽毛状机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理 上贝氏体组织金相图机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理2).2).贝氏体型贝氏体型 (P)(P)转变转变 (A1(A1550):550):350230:B下下;5060HRC;B下下=过饱和碳过饱和碳-Fe针叶状针叶状+Fe3C细片状细片状过饱和碳过饱和碳-Fe针叶状针叶状Fe3C细片状细片状针叶状针叶状机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件 下贝氏体组织金相图机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理3).3).马氏体型马氏体型 (M)(M)转变转变 (230(230 -50):-50):1)定义定义:马氏体是一种碳在马氏体是一种碳在 Fe中的中的 过饱过饱和固溶体。和固溶体。2)转变特点转变特点:在一个温度范围内连续冷却完成在一个温度范围内连续冷却完成;转变速度极快转变速度极快,即即瞬间形核与长大瞬间形核与长大;无扩散转变无扩散转变(Fe、C原子均不扩散原子均不扩散),M与原与原A的成分相同的成分相同,造成晶格畸变。造成晶格畸变。转变不完全性转变不完全性,QM=f(T)3)马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构:由于碳的过由于碳的过饱和作饱和作 用用,使使 Fe晶格由体心晶格由体心立方立方变变成体心正成体心正 方晶格。方晶格。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理退火退火重结晶重结晶退退 火火低温低温退火退火完全退火完全退火扩散退火扩散退火球化退火球化退火再结晶退火再结晶退火去去应力退火应力退火普通退火普通退火等温退火等温退火普通球化普通球化 退退 火火等温球化等温球化 退退 火火机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理四）、退火工艺四）、退火工艺 退火的种类很多，常用的有退火的种类很多，常用的有完全退火完全退火、等温退火等温退火、球化退火球化退火、扩散退火扩散退火、去应力退火去应力退火、再结晶退火再结晶退火。完全退火完全退火 主要用于主要用于亚共析钢亚共析钢。加热温度加热温度 Ac3+30 50。组织：组织：F+P机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理 等温退火等温退火亚共析钢亚共析钢加热温度加热温度 Ac3+3050共析、过共析钢共析、过共析钢加热温度加热温度 Ac1+3050保温后快冷到略低于保温后快冷到略低于Ar1的温度停留，待相变完成后出的温度停留，待相变完成后出炉空冷。炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间。等温退火可缩短工件在炉内停留时间。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机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理 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。球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。l主要用于共析钢和过共析钢。主要用于共析钢和过共析钢。l加热温度加热温度 Ac1+30-50l通过缓冷或者冷却到略低于通过缓冷或者冷却到略低于Ar1的温度下保温，使珠光体的温度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。中的渗碳体球化后出炉空冷。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理 球化退火的组织：球化退火的组织：在铁素体基体上分布着颗在铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体，称球状珠光粒状渗碳体，称球状珠光体，体，用用P球球表示。表示。对于有网状二次渗碳体的对于有网状二次渗碳体的过共析钢，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。球状珠光体球状珠光体机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理2.钢的正火(Normalizing of steel)一一)定义定义:把零件加温到临界温度以上把零件加温到临界温度以上 3050,保温一段时间保温一段时间,然后然后 在空气中冷却。在空气中冷却。二二)目的目的:消除应力消除应力;调整硬度调整硬度;细化晶细化晶 粒粒;均匀成分均匀成分;为最终热处理为最终热处理 作好组织准备。作好组织准备。正火温度正火温度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时组织时组织 F+S 0.6%C时组织时组织 S机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理三）、应用范围三）、应用范围:1.预备热处理预备热处理:调整低、中碳调整低、中碳钢的硬度钢的硬度;消除过共析钢中的消除过共析钢中的Fe3C。2.最终热处理最终热处理:用于力学性能用于力学性能要求不高的普通零件。要求不高的普通零件。3.改善改善低碳钢的低碳钢的切削性能：切削性能：4.消除消除过共析钢过共析钢中二次渗碳体网中二次渗碳体网机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理1.3.4 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V临速速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。淬火是应用最广的热淬火是应用最广的热处理工艺之一。处理工艺之一。l淬火的目的：淬火的目的：获得马氏体组织，提获得马氏体组织，提高钢的性能。高钢的性能。真空淬火炉真空淬火炉机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理1.钢的淬火工艺（1）淬火加热温度的选择碳素钢的淬火加热温度由Fe Fe3C相图来确定亚共析钢：亚共析钢：淬火温度：淬火温度：Ac3+30-50。共析钢和过共析钢：共析钢和过共析钢：淬火温度淬火温度 Ac1+30-50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有阻碍作用，因而合金钢阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。淬火温度比碳钢高。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理（2）淬火冷却介质常用淬火介质是常用淬火介质是水、油和盐浴。水、油和盐浴。理想淬火曲线示意图理想淬火曲线示意图MsMf 理想的冷却曲线应只在理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖曲线鼻尖处快冷，而在处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。但目前还没有找到内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。理想的淬火介质。水的冷却能力强，但低温却能水的冷却能力强，但低温却能力太大，只用于形状简单的碳力太大，只用于形状简单的碳钢件。钢件。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，用油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，用于合金钢和小尺寸的碳钢件。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，用于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。形状复杂件的分级淬火和等温淬火。l其他淬火介质如其他淬火介质如聚乙烯醇、硝盐聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工水溶液等也是工业上常用的介质。业上常用的介质。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理采用不同的淬火方法可采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。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中连加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方续冷却到室温的淬火方法。法。操作简单，易实现自动操作简单，易实现自动化化。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、淬火方法机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理井式回火炉井式回火炉 回火是指将淬火钢加热回火是指将淬火钢加热到到A1以以 下的某温度保温后冷却的工艺。下的某温度保温后冷却的工艺。1、回火的目的回火的目的（1）、减少或消除淬火内应力）、减少或消除淬火内应力，防，防 止变形或开裂。止变形或开裂。（2）、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。1.3.5 钢的回火机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理（3）、稳定尺寸。回火可使非平衡）、稳定尺寸。回火可使非平衡M与与A转变为平衡或接近平转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。衡的组织，防止使用时变形。2、回火的种类(1)、低温回火、低温回火 回火温度：回火温度：150250 组织转变从马氏体组织转变从马氏体中中析出细片状析出细片状-碳化物；碳化物；A分解为分解为 -碳化物和过饱和铁素体。碳化物和过饱和铁素体。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理 这种在马氏体基体上分这种在马氏体基体上分布着细片状碳化物的组布着细片状碳化物的组织称为回火马氏体，用织称为回火马氏体，用M回回表示。表示。低温回火的目的是在保低温回火的目的是在保留淬火后高硬度留淬火后高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力，提高韧性。高耐磨性的同时，降低内应力，提高韧性。l主要用于处理各种工具、模具、轴承及经渗碳和表面淬火的主要用于处理各种工具、模具、轴承及经渗碳和表面淬火的工件。工件。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理(2)、中温回火、中温回火 回火温度：回火温度：350-500 组织转变：组织转变：-碳化物溶解于铁碳化物溶解于铁素体中素体中,同时从铁素体中析出同时从铁素体中析出Fe3C。到到350,马氏体中的马氏体中的回火屈氏体回火屈氏体 含碳量已降到铁素体的平衡成分，内应力大量消除。含碳量已降到铁素体的平衡成分，内应力大量消除。lM回回转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C的组织，称为回火托氏体，用的组织，称为回火托氏体，用T回回表示。表示。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理回回火火托托氏氏体体组组织织具具有有较较高高的的弹弹性性极极限限和和屈屈服服极极限限，并并具具有有一一定定的的韧韧性性，硬硬度度一一般般为为3545HRC。汽车板簧汽车板簧热卷热卷弹簧弹簧l主要用于各类主要用于各类弹簧的热处理。弹簧的热处理。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理 3、高温回火高温回火 回火温度：回火温度：500-650 组织转变：组织转变：Fe3C发生聚集发生聚集长大，铁素体发生多边形化。长大，铁素体发生多边形化。l这种在多边形铁素体这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状基体上分布着颗粒状Fe3C的组织称回火索的组织称回火索氏体，用氏体，用S回回表示。表示。回火索氏体回火索氏体机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理 回火索氏体组织具有良好的综合力学性能，即在保持较高的回火索氏体组织具有良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性强度同时，具有良好的塑性和韧性。通常把淬火加高温回火的热处理工艺称作通常把淬火加高温回火的热处理工艺称作“调质处理调质处理”，简，简称称“调质调质”。l调质广泛用于连杆、轴、调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结构件齿轮等各种重要结构件的处理。也可作为精密的处理。也可作为精密零件、量具等的预备热零件、量具等的预备热处理。处理。柴油机连柴油机连杆杆机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.3 1.3 钢的热处理钢的热处理1.3.8 热处理的技术条件和结构工艺性1.热处理技术条件的标注 热处理零件在图纸上应注明热处理的技术条件，其内容包括最终热处理方法及热处理应达到的力学性能指标。可以用文字描述，也可以用符号表示。2.热处理零件的结构工艺性（1）避免尖角（2）避免厚薄悬殊的截面（3）采用封闭、对称结构（4）采用组合结构1.热处理技术条件的标注 热处理零件在图纸上应注明热处理的技术条件，其内容包括最终热处理方法及热处理应达到的力学性能指标。可以用文字描述，也可以用符号表示。2.热处理零件的结构工艺性（1）避免尖角（2）避免厚薄悬殊的截面（3）采用封闭、对称结构（4）采用组合结构机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.4 1.4 合金钢合金钢1.4.1 合金钢的分类与编号1.合金钢的分类低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5%中合金钢中合金钢 合金元素总量合金元素总量 510%高合金钢高合金钢 合金元素总量合金元素总量 10%按合金按合金元素总元素总量分量分按用途按用途分分合金结构钢合金结构钢 合金工具钢合金工具钢 特殊性能钢特殊性能钢铁素体钢铁素体钢 奥氏体钢奥氏体钢 莱氏体钢莱氏体钢按正火按正火后组织后组织分分机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.4 1.4 合金钢合金钢锰钢、锰钢、铬钢铬钢、硼钢、铬镍钢、铬锰钢等。、硼钢、铬镍钢、铬锰钢等。按钢中主要合金元素种类分按钢中主要合金元素种类分:2.合金钢的编号方法（1）低合金高强度钢Q 345 C 质量等级质量等级345 MPa屈服强度屈服强度机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.4 1.4 合金钢合金钢2.合金钢的编号方法（2）合金结构钢20 Mn2 Ti A含含钛量钛量WTi1.5%含锰量含锰量WMn 2%含碳量含碳量WC 20%00等级等级:高级优质高级优质机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.4 1.4 合金钢合金钢2.合金钢的编号方法（3）滚动轴承钢G Cr9 Si Mn 含含Mn量量WMn1.5%含含Si量量WSi1.5%含含Cr量量WCr 0.9%滚动轴承钢滚动轴承钢机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.4 1.4 合金钢合金钢2.合金钢的编号方法（4）合金工具钢这类钢的编号表示方法与合金结构钢的区别仅在于含碳量。合金元素及含量合金元素及含量千千分之几的含碳量分之几的含碳量 9 Si Cr W18 Cr4 V机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.4 1.4 合金钢合金钢2.合金钢的编号方法（5）不锈钢与耐热钢当Wc0.03%及及Wc0.08%，则在牌号前面分别冠以“00”和“0”表示，例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr19Ni9 。合金元素及含量合金元素及含量千千分之几的含碳量分之几的含碳量 1 Cr 13机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.4.2 合金元素在钢中的作用1.合金元素在钢中的存在形式1.4 1.4 合金钢合金钢（1）强化铁素体（2）形成合金碳化物2.2.合金元素对合金元素对Fe-Fe3CFe-Fe3C相图的影响相图的影响扩大奥氏体区扩大奥氏体区缩小奥氏体区缩小奥氏体区改变共晶点和共析点的参数改变共晶点和共析点的参数机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.4 1.4 合金钢合金钢（1 1）改变了奥氏体区的范围）改变了奥氏体区的范围作用作用:使使A3线温度线温度下降下降,A1线温度上线温度上升。升。Mn、Ni、Co等元素。等元素。如右图所示：Mn 元素对奥氏体区的影响机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.4 1.4 合金钢合金钢Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等等元素使元素使A3线温度线温度上升上升,A1线温度下降。线温度下降。如右图所示：Cr 元素对奥氏体区的影响机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.4 1.4 合金钢合金钢（2 2）改变）改变Fe Fe Fe Fe3 3C C相图相图S S、E E点的位置点的位置几乎所有的合金元素几乎所有的合金元素使使S S点和点和E E点的成分向左移。使点的成分向左移。使A1A1线线的温度变化。的温度变化。（3 3）合金元素对钢的热处理的影响合金元素对钢的热处理的影响加热时对奥氏体形成的影响加热时对奥氏体形成的影响对过冷奥氏体转变的影响对过冷奥氏体转变的影响对回火转变的影响对回火转变的影响机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室机械加工与检测机械加工与检测教学课件教学课件1.4 1.4 合金钢合金钢1.合金元素对加热时对奥氏体形成的影响除除Mn 元素外元素外,所有合金元素的加所有合金元素的加 入入,均使奥氏体的形成速度减慢。均使奥氏体的形成速度减慢。强碳化物形成元素能强烈的阻止奥强碳化物形成元素能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大(Ti、V、Zr、Nb 等等)。非碳化物形成元素能轻微的阻止奥非碳化物形成元素能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大(Si、Ni、Cu、Co 等等)。机械工程学院机械教研室机械工程学院机械教研室