热处理及表面工程技术实用教案

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1、第三章 热处理与表面工程技术(jsh)n 本章基本要求本章基本要求n 了解热处理的原理，了解热处理后的组织了解热处理的原理，了解热处理后的组织(zzh)变变化；化；n 掌握热处理掌握热处理“四把火四把火”工艺特点、用途，区别与联工艺特点、用途，区别与联系；（重点：钢的热处理）系；（重点：钢的热处理）n 了解常用表面工程技术及其应用（扩展知识面）。了解常用表面工程技术及其应用（扩展知识面）。 第1页/共29页第一页，共29页。第一节 钢的热处理 什么是钢的热处理？ 在固态下将钢加热到一定温度，进行必要(byo)的保温，以适当的冷却速度冷至室温，改变钢的组织结构和性能的工艺方法。 热处理目的： 提

2、高金属材料的力学性能，延长零件使用寿命。 消除毛坯中的缺陷，改善工艺性能，为其他工艺处理（如锻造、焊接、切削等）做组织准备。 热处理方法 普通热处理 表面热处理第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)Heat Treatmentof Steels提高(t go)强度、硬度增加塑性、降低硬度正火淬火回火退火第2页/共29页第二页，共29页。第一节 钢的热处理 一、 钢在加热( ji r)和冷却时的组织结构转变 组织转变的 临界温度Heat Treatmentof Steels（1）平衡条件下）平衡条件下 A3、Acm、A1（2）实际生产）实际生产(shngchn

3、)中中加热：加热：Ac3、Accm、Ac1冷却：冷却：Ar3、Arcm、Ar1加热和冷却速度越大，加热和冷却速度越大，相变温度偏离平衡临界相变温度偏离平衡临界点的程度也越大，即过点的程度也越大，即过热度和过冷度越大。热度和过冷度越大。 钢的固态(gti)相变第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术第3页/共29页第三页，共29页。第一节 钢的热处理 1. 钢在加热时的组织结构转变 大多数热处理工艺都是将钢加热至临界温度以上(yshng)，奥氏体区域，使其室温组织（全部或部分）转变为均匀奥氏体，即“奥氏体化”。 以共析钢为例 当加热至Ac1时， 奥氏体形核 奥氏体长大 A成分均匀化

4、Heat Treatmentof SteelsP（FFe3C）A体心(t xn)立方复杂(fz)结构面心立方奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术第4页/共29页第四页，共29页。第一节 钢的热处理 Heat Treatmentof Steels(a)(a)A A形核：晶核易于形核：晶核易于(yy)(yy)在在F F和和Fe3CFe3C相界面形成，由于原子排列相界面形成，由于原子排列(b)(b) 呈过渡态，晶格畸变。呈过渡态，晶格畸变。(c)(c)(b)A(b)A长大：长大： FA FA （先完成）；（先完成）； Fe3C Fe3C溶解。溶解。(

5、d)(d) 原理：原子扩散原理：原子扩散(e)(e)(c)(c)残余残余Fe3CFe3C溶解：残余溶解：残余Fe3CFe3C溶入溶入A A(f)(f)(d)A(d)A均匀化：保温，碳扩散使均匀化：保温，碳扩散使A A的含的含C C量趋于均匀。量趋于均匀。 第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)界面(jimin)形核异构转变溶碳均匀化第5页/共29页第五页，共29页。第一节 钢的热处理 2.钢在冷却时的组织结构转变 （冷却曲线） 连续冷却: 使奥氏体化后的钢，在温度连续下降的过程中发生组织转变。如水冷、油冷、炉冷、空冷。 等温冷却：将奥氏体化后的钢迅速冷却到A

6、1以下某一温度（A1以下存在的不稳定奥氏体称过冷奥氏体 ），保温(bown)，使A在等温状态下发生组织转变，然后再冷却下来。（盐浴） 产物： 珠光体类 （ A1550 ） 贝氏体 （550230 ） 马氏体 （230-50）Heat Treatmentof Steels第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第6页/共29页第六页，共29页。第一节 钢的热处理 冷却(lngqu)曲线Heat Treatmentof Steels第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第7页/共29页第七页，共29页。第一节 钢的热处理 共析钢

7、等温冷却(lngqu)TTT曲线（Time Temperature Transformation）Heat Treatmentof Steels第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第8页/共29页第八页，共29页。第一节 钢的热处理 共析钢等温冷却(lngqu)产物第一章第一章 工程材料工程材料(cilio)(cilio)导论导论Heat Treatmentof Steels转变类型 转变温度 转变产物 符号 显微组织特征 硬度HRC 高温转变Ac1650珠光体P铁素体与粗片状渗碳体混合物25650600索氏体S600倍光学金相显微镜下才能分辨的细片状珠光

8、体2535600550托氏体/屈氏体T在光学金相显微镜下已无法分辨的极细片状珠光体3540中温转变550350上贝氏体B上F与微小Fe3C的混合物织羽毛状组织4045350Ms下贝氏体B下黑色针状或称竹叶状组4555低温转变23050马氏体残余奥氏体MA碳在-Fe中的过饱和固溶体针状6265第9页/共29页第九页，共29页。第五节 钢的热处理 P、S、T的 显微(xin wi)组织Heat Treatmentof SteelsPTS第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第10页/共29页第十页，共29页。第一节 钢的热处理 连续冷却(lngqu)产物 由于生

9、产中连续冷却(lngqu)曲线不易获得,所以通常将冷却(lngqu)速度线叠加到等温转变C曲线,来大致估计冷却(lngqu)后获得什么组织第一章第一章 工程工程(gngchng)(gngchng)材料导论材料导论Heat Treatmentof Steels特点：无B转变,因冷却速度(sd)快,无孕育期；晶粒粗细不等,组织为混合组织第11页/共29页第十一页，共29页。第一节 钢的热处理 二、 钢的基本热处理工艺 退火：将钢加热到一定温度(wnd)，保温一定时间，随后在炉中缓慢冷却，以获得近于平衡组织的一种热处理方法。 正火：将钢加热到Ac3线（亚共析钢）、 Ac1线（共析钢）、 Accm线(

10、过共析钢）以上3050，保温一定时间后，出炉在空气中冷却的热处理方法。 淬火：将钢加热到Ac3线（亚共析钢）、 Ac1线（共析钢和过共析钢）以上30 50，保温后在水或油中迅速冷却的热处理方法。 回火：将淬火后的钢重新加热至Ac1线以下的某一温度(wnd)，保温后在空气中冷却的一种热处理方法。 注意：淬火与回火成对使用。Heat Treatmentof Steels第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第12页/共29页第十二页，共29页。第一节 钢的热处理 （1）退火 （A均匀(jnyn)化） 目的：降低硬度，以利于切削加工；细化晶粒，均匀(jnyn)组织

11、、改善性能；增加塑性和韧性，消除内应力；为淬火作好组织准备。p完全退火p用于亚共析钢p加热到Ac3线以上(yshng)3050 p球化退火（不完全退火）p用于共析、过共析钢和铸铁件p加热到Ac1线以上(yshng)1020 ，碳化物球化p均匀化退火 （扩散退火）Heat Treatmentof Steelsp 去应力退火p 加热到Ac1以下某一温度(wnd) (约500650) 保温后缓冷p 再结晶退火p 加热到约650750后空冷p 消除加工硬化完全A化未发生相变第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术n将钢锭、铸件加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后将钢锭、铸件加热至略

12、低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象。消除化学成分不均匀现象。未发生相变第13页/共29页第十三页，共29页。第一节 钢的热处理 （2）正火 目的： 提高硬度、改善切削加工性 对重要件：为淬火作准备 与退火的区别 ： 组织不同（SP） 硬度略高，切削性能好 消除内应力不如退火彻底(chd) 不占用设备Heat Treatmentof Steels完全(wnqun)A化亚共析：亚共析：Ac3共共 析：析：Ac1过共析：过共析：Accm3050第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第14页/共29页第十四页，共29页。第一

13、节 钢的热处理Heat Treatmentof Steels第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第15页/共29页第十五页，共29页。第一节 钢的热处理 （3）淬火 （AM） 目的：提高硬度、耐磨性 应用：工具(gngj)、模具、量具、滚动轴承 马氏体（M）：碳在-Fe中的过饱和固溶体。 Heat Treatmentof Steels亚共析：亚共析：Ac3共共 析：析：Ac1过共析：过共析：Ac13050第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第16页/共29页第十六页，共29页。第一节 钢的热处理 （4）回火（与淬火并用

14、，重新加热至Ac1以下） 工艺：将淬火后的钢重新加热到A1以下温度，保温，然后置于空气或水等介质中冷却。 目的 消除淬火产生的内应力 降低脆性、提高韧性 调整(tiozhng)硬度、防止开裂变形 分类 低温回火：150250，保持高硬度、耐磨性，高碳钢 中温回火：250500，降低脆性、提高弹性，一般碳钢 高温回火：500650，获得较好的强、硬、塑、韧综合性能，中碳钢、结构件。 调质处理：淬火高温回火Heat Treatmentof Steels回火(hu hu)马氏体M回火(hu hu)托氏体T回火索氏体S第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术第17页/共29页第十七页，共

15、29页。第一节 钢的热处理 三、其他热处理方法 1.表面淬火 将工件表面快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织的热处理方法。 (1)感应加热表面淬火法 (2)火焰加热表面淬火 2.化学热处理 将金属工件放入一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素(yun s)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叫做化学热处理。 分为渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 3.形变热处理 形变热处理是将塑性变形和热处理工艺有机结合，以提高材料力学性能的复合工艺。 Heat Treatmentof Steels第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第18

16、页/共29页第十八页，共29页。第二节 金属(jnsh)间化合物热处理 略 并不是所有材料都与钢材一样,有些材料如Fe3Al金属间化合物,其原始硬度和强度较高，（可加工性差），但采用急冷处理后强度、硬度下降，加工性能得到(d do)改善。Heat Treatmentof intermetallics第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第19页/共29页第十九页，共29页。第三节 非金属材料热处理 一、玻璃的热处理 退火： 包括加热、均热、慢冷和快冷四个阶段 目的：降低或消除热应力 晶化退火：将非晶态的原始玻璃经过适当的退火后产生部分结晶态组织的热处理工艺

17、微晶玻璃玻璃陶瓷 目的：提高断裂韧性，由于(yuy)晶界阻碍裂纹扩展 淬火：又称物理钢化，是指将玻璃制品加热至转变温度Tg以上50-60，然后在冷却介质中急速均匀冷却的过程 表层有压应力层，内部有相互平衡的应力分布； 弯曲强度提高 抗冲击强度提高 承受冷热突变能力提高第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第20页/共29页第二十页，共29页。第三节 非金属材料热处理第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第21页/共29页第二十一页，共29页。第三节 非金属材料热处理 二、陶瓷的热处理 陶瓷的抗热震性能较枯，一般采用缓慢冷却

18、(lngqu)的退火方式， 目的：去除热应力、消除加工缺陷、改变晶界相、减少玻璃相，改善性能。 化学热处理 （如表面渗氮增韧）第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)氧化锆增韧氧化锆增韧莫来石（莫来石（ZTMZTM）复相陶瓷复相陶瓷(toc)(toc)第22页/共29页第二十二页，共29页。第四节 表面工程技术(jsh) 表面工程技术分类(fn li) 表面涂镀：有机涂装、热喷涂、电镀、化学镀、气相沉积 表面扩渗：化学热处理、表面合金化等 表面处理：表面淬火、喷丸处理等 （一）热喷涂 热喷涂技术是采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，使金属、合金、

19、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它们的复合材料等喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的工件表面，从而形成附着牢固的表面层的加工方法。第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第23页/共29页第二十三页，共29页。第四节 表面工程技术(jsh) 几种( j zhn)不同热源的热喷涂方法 火焰喷涂 电弧喷涂 等离子喷涂第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第24页/共29页第二十四页，共29页。第四节 表面工程技术(jsh) （二）电镀、化学镀、电刷镀 电镀：是一种用电化学方法在镀件

20、表面上沉积所需形态的金属覆层工艺。 化学镀：是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基体表面，形成(xngchng)镀层的一种表面加工方法。 电刷镀第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第25页/共29页第二十五页，共29页。第四节 表面工程技术(jsh) （三）热浸镀 将工件浸在熔融的液态金属中，在工件表面发生一系列物理和化学反应，取出冷却后表面形成所需的金属镀层(d cn)。 热浸镀工艺 熔剂法工艺流程为：预镀件碱洗水洗酸洗水洗熔剂处理热浸镀镀后处理成品 保护气体还原法 2热浸镀层(d cn)的种类 常用的镀层(d

21、cn)金属是低熔点金属及其合金，如锡、锌、铝、铅、A1Sn、Al-Si、PbSn第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第26页/共29页第二十六页，共29页。第四节 表面工程技术(jsh) （四）涂料与涂装 用有机涂料通过一定方法涂覆于材料或制件表面，形成(xngchng)涂膜的全部工艺过程，称为涂装。 涂料的性能评价 包括涂料的作业性，涂膜的形成(xngchng)性、附着性、防蚀性、耐久性、可修补性、经济性、环境保护性等。 涂料的主要组成及分类 涂料主要由成膜物质、颜料、溶剂和助剂四部分组成。 涂装工艺方法 涂装工艺的一般工序是：涂前表面预处理- 涂布- 干燥固化。第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第27页/共29页第二十七页，共29页。第四节 表面工程技术(jsh) （五）高能束技术( jsh) 采用激光束、离子束、电子束对材料表面进行改性或合金化的技术( jsh)。第三章第三章 热处理与表面工程技术热处理与表面工程技术(jsh)(jsh)第28页/共29页第二十八页，共29页。感谢您的观看(gunkn)！第29页/共29页第二十九页，共29页。