机电技术应用专业金属加工课程第三章-钢的热处理.ppt

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第三章第三章钢的热处理钢的热处理3-1热处理概述热处理概述3-2退火和正火退火和正火3-3淬火与回火淬火与回火3-4时效时效3-5表面热处理与化学热处理表面热处理与化学热处理3-6热处理新技术简介热处理新技术简介11/5/20221第一节第一节热处理概述热处理概述11/5/2022211/5/20223什么是热处理？

什么是热处理？

悬挂式热处理生产线悬挂式热处理生产线11/5/20224什么是热处理？

什么是热处理？

热处理：

热处理：

通过在固态下加热、保温和冷却，通过在固态下加热、保温和冷却，使钢材内部的组织结构发生变化，使钢材内部的组织结构发生变化，获得所需性能的一种工艺方法。

获得所需性能的一种工艺方法。

11/5/20225热处理的作用和地位热处理的作用和地位热处理作用：

热处理作用：

提高和控制材料性能提高和控制材料性能消除或降低各种铸、锻、焊等热加工工消除或降低各种铸、锻、焊等热加工工艺造成的缺陷、细化晶粒、消除偏析、艺造成的缺陷、细化晶粒、消除偏析、降低内应力。

降低内应力。

减轻产品重量减轻产品重量提高产品可靠性和使用寿命提高产品可靠性和使用寿命没有没有“万能万能”的材料，只有的材料，只有“最好最好”的材料！

的材料！

热处理是达到材料使用效能的重要技术与工艺手段！

热处理是达到材料使用效能的重要技术与工艺手段！

11/5/20226热处理与材料强化关系热处理与材料强化关系材料微观强化机制：

材料微观强化机制：

晶界强化晶界强化固溶强化固溶强化位错强化位错强化沉淀强化和弥散强化沉淀强化和弥散强化调幅分解强化调幅分解强化有序强化有序强化热处理的作用和地位热处理的作用和地位强化原理强化原理-基本途径基本途径-热处理技术热处理技术11/5/20227热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。

工件的组织来改变性能，而不改变其形状。

铸造铸造轧制轧制热处理的作用和地位热处理的作用和地位11/5/20228国际工业界公认：

国际工业界公认：

“热处理技术的先进程度是保证机械制造热处理技术的先进程度是保证机械制造技术先进与否和保证产品质量关键因素。

技术先进与否和保证产品质量关键因素。

”在机床制造中约在机床制造中约60-70%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%70-80%。

至于模具、滚动轴承则要至于模具、滚动轴承则要100%100%经过热处理。

经过热处理。

热处理的作用和地位热处理的作用和地位11/5/20229金属热处理的发展大体经历了：

金属热处理的发展大体经历了：

民间技艺阶段民间技艺阶段实验技术科学阶段实验技术科学阶段理论科学阶段理论科学阶段热处理发展概况热处理发展概况11/5/202210我国热处理行业现状：

我国热处理行业现状：

1.1.企业数量企业数量热热处处理理企企业业约约1500015000家家,全全民民所所有有制制企企业业约约占占80%,80%,个个体体民民营营和和股股份份制制企企业业占占20%20%。

职职工工总总数数约约3737万万人人，其其中中技技术术人人员员比比例例平平均均为为8%8%，管理人员约，管理人员约9%9%，全国热处理年营业额约，全国热处理年营业额约310310亿元。

亿元。

热处理发展概况热处理发展概况11/5/202211我国和美国热处理生产的主要差距我国和美国热处理生产的主要差距我国生产效率比美国低我国生产效率比美国低26倍倍我国专业厂数量与美国相比差我国专业厂数量与美国相比差35倍倍美国热处理生产利润率是我国的美国热处理生产利润率是我国的30倍倍美国热处理年营业额是我国的美国热处理年营业额是我国的25倍，但能源消耗比我国少倍，但能源消耗比我国少40我国少无氧化热处理比重约我国少无氧化热处理比重约30，美国在，美国在80以上以上我国热处理工艺落后，生产自动化程度低。

我国热处理工艺落后，生产自动化程度低。

11/5/202212热处理行业现状：

热处理行业现状：

2.2.国内有代表性成果国内有代表性成果上上海海交交通通大大学学的的金金属属相相变变理理论论和和强强韧韧化化机机理理、对对马马氏氏体体、贝贝氏氏体体的的组组织织形形态态-精精细细结结构构-预预相相变变机机制制；形形状状记记忆忆合合金金与与超超塑塑合合金金中中相相变变机机制制；控控制制渗渗碳碳、渗渗氮氮和和热热过过程程温温度度-应应力力场场的的计计算算机模拟。

机模拟。

哈哈尔尔滨滨工工业业大大学学的的金金属属形形变变强强化化的的理理论论，金金属属再再结结晶晶规规律律，形变热处理后不同组织和性能之间关系。

形变热处理后不同组织和性能之间关系。

西北工业大学的贝氏体相变理论和贝氏体钢及贝氏体热处理。

西北工业大学的贝氏体相变理论和贝氏体钢及贝氏体热处理。

西安交通大学的低碳马氏体和小能量多次冲击理论。

西安交通大学的低碳马氏体和小能量多次冲击理论。

11/5/20221311/5/2022143.3.热处理标准化热处理标准化19801980年年前前，有有1212项项国国标标和和冶冶标标（YB）（YB）冶冶金金质质量量标标准准，机机标标（JB）（JB）中只有中只有88项热处理标准；项热处理标准；1981198119851985年完成年完成2121项标准的制修订；项标准的制修订；19861986年年33月成立热处理标准化技术委员会；月成立热处理标准化技术委员会；20002000年年7676项项国国标标和和行行标标，绝绝大大部部分分内内容容是是热热处处理理通通用用技技术术标准和工艺标准标准和工艺标准11/5/2022154.4.热处理行业、学术团体热处理行业、学术团体中国热处理行业协会中国热处理行业协会中国机械工程学会热处理学会中国机械工程学会热处理学会出版期刊：

出版期刊：

金金属属热热处处理理、金金属属材材料料热热处处理理学学报报、中中国国热处理技术通讯热处理技术通讯、国外金属热处理国外金属热处理11/5/2022165.热处理发展方向热处理发展方向

（1）绿色热处理）绿色热处理新型淬火介质和淬火方法新型淬火介质和淬火方法真空热处理，可控气氛热处理真空热处理，可控气氛热处理合理利用余热合理利用余热11/5/2022176.热处理发展方向热处理发展方向

（2）热处理工艺和设备的改进）热处理工艺和设备的改进多参数热处理多参数热处理复合热处理复合热处理：

两种或两种以上的热处理工艺复合，两种或两种以上的热处理工艺复合，或将热处理与其它加工工艺复合。

或将热处理与其它加工工艺复合。

11/5/2022186.热处理发展方向热处理发展方向

（2）热处理工艺和设备的改进）热处理工艺和设备的改进热处理新的加热源和新的加热方式热处理新的加热源和新的加热方式新的加热源新的加热源：

激光束、电子束、等离子体电弧：

激光束、电子束、等离子体电弧新的加热方式新的加热方式：

真空加热、可控气氛加热：

真空加热、可控气氛加热-少无氧化加热少无氧化加热11/5/2022196.热处理发展方向热处理发展方向（3）材料相变的理论发展与新材料的紧密结合）材料相变的理论发展与新材料的紧密结合（4）热处理生产的自动化）热处理生产的自动化自动化：

自动化：

计算机辅助设计计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助生产计算机辅助生产（CAM）、计算机辅助选材计算机辅助选材（CAMS）、热处理事务办公自动化热处理事务办公自动化（OA）、热处理数据库和专家系统等。

热处理数据库和专家系统等。

它为热处理工艺的优化设计、工艺过程的自动控制、它为热处理工艺的优化设计、工艺过程的自动控制、质量检测与统计分析等，提供了先进的工具和手段质量检测与统计分析等，提供了先进的工具和手段11/5/202220课程内容及学习要求课程内容及学习要求金金属属热热处处理理原理原理工艺工艺及及描述热处理时钢中组织转变的规律描述热处理时钢中组织转变的规律（金属固态相变原理）（金属固态相变原理）根据热处理原理制定的温度、根据热处理原理制定的温度、时间、介质等工艺参数。

时间、介质等工艺参数。

11/5/20222111、了解材料热处理的研究领域；、了解材料热处理的研究领域；22、掌握金属材料中固态相变的基本理论；、掌握金属材料中固态相变的基本理论；33、掌握材料热处理强韧化基本原理和基本工艺；、掌握材料热处理强韧化基本原理和基本工艺；44、掌握典型零件的热处理工艺方法。

、掌握典型零件的热处理工艺方法。

课程内容及学习要求课程内容及学习要求11/5/20222211、理论联系实际；、理论联系实际；22、与相关课程紧密联系（材料科学基础（重点复习铁碳相图）、与相关课程紧密联系（材料科学基础（重点复习铁碳相图），金属材料学等）；，金属材料学等）；33、及时归纳、总结、消化，理解为主，记忆为辅；、及时归纳、总结、消化，理解为主，记忆为辅；44、补充参考文献；、补充参考文献；55、适当笔记。

、适当笔记。

学习方法学习方法11/5/202223第二节第二节钢的退火与正火钢的退火与正火一、钢的退火一、钢的退火钢的退火：

将（组织偏离平衡状态的）钢加热到适当钢的退火：

将（组织偏离平衡状态的）钢加热到适当温度，保温一定的时间，然后温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却缓慢冷却（一般为炉冷（一般为炉冷至至550后空冷），以获得接近平衡状态组织的热处理后空冷），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。

工艺。

（一）退火的目的

（一）退火的目的1细化晶粒（使热加工造成的粗大不均匀组织均匀化、细化晶粒（使热加工造成的粗大不均匀组织均匀化、细化；细化；2使中碳以上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态组织，使中碳以上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态组织，降低硬度，以利于切削加工。

降低硬度，以利于切削加工。

3由于冷却速度缓慢，可消除内应力，防止淬火变形由于冷却速度缓慢，可消除内应力，防止淬火变形与开裂。

与开裂。

4.为最终热处理（淬火、回火）做好组织上的准备。

为最终热处理（淬火、回火）做好组织上的准备。

11/5/202224

（二）退火种类及应用

（二）退火种类及应用nn又称重结晶退火，一般简称退火。

它是把钢加热至又称重结晶退火，一般简称退火。

它是把钢加热至又称重结晶退火，一般简称退火。

它是把钢加热至又称重结晶退火，一般简称退火。

它是把钢加热至Ac3Ac3以上以上以上以上30503050（AAc3c3+3050+3050），保温一定时间，保温一定时间，保温一定时间，保温一定时间后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。

后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。

后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。

后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。

nn应用：

完全退火主要用于应用：

完全退火主要用于应用：

完全退火主要用于应用：

完全退火主要用于亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢铸、锻件及热轧型铸、锻件及热轧型铸、锻件及热轧型铸、锻件及热轧型材；材；材；材；nn组织：

退火后的组织为组织：

退火后的组织为组织：

退火后的组织为组织：

退火后的组织为P+FP+F。

nn目的：

细化组织；目的：

细化组织；目的：

细化组织；目的：

细化组织；HBHB；消除内应力。

；消除内应力。

；消除内应力。

；消除内应力。

nn加热温度：

加热温度：

加热温度：

加热温度：

TTAAC3C3+（30+（3050）50）nn适用钢种：

适用于亚共析钢适用钢种：

适用于亚共析钢适用钢种：

适用于亚共析钢适用钢种：

适用于亚共析钢nn优、缺点：

工艺简单但生产周期较长，生优、缺点：

工艺简单但生产周期较长，生优、缺点：

工艺简单但生产周期较长，生优、缺点：

工艺简单但生产周期较长，生产效率低产效率低产效率低产效率低11、完全退火工艺完全退火工艺完全退火工艺完全退火工艺（完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火）完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火）完全退火、等温退火、球化退火、