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第3章 金属热处理及表面改性
主要内容： 钢的热处理原理及其冷却转变规律；钢的普通热处理工艺、钢的表面热处理、金属材料的表面改性方法及其应用。 重点和难点： 普通热处理工艺、钢的表面热处理、金属材料的表面改性的实际生产应用范围。2 目前改善钢的性能，主要有以下两条途径： 一是合金化，二是热处理。 热处理定义：将钢在固态下以一定的方式进行加热、保温，然后采取合适的方式冷却，让其获得所需要的组织结构和性能的工艺。 作用：改善钢材使用性能和工艺性能，通过恰当的热处理可以充分挖掘材料的潜力，从而减少零件的重量，提高产品质量，延长产品使用寿命。 特点：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。
3.1 钢的热处理原理3 适用范围：只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。 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60~70%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70~80%。模具、滚动轴承100%需经过热处理。 总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。 原理与工艺：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处理工艺。 分类：根据加热、保温和冷却工艺方法的不同，热处理工艺分为整体热处理、表面热处理、化学热处理。4 常用热处理方法
热处理工艺曲线5 预备热处理与最终热处理 预备热处理指为随后的加工(冷拔、冲压、切削)或进一步热处理作准备的热处理。最终热处理指赋予工件所要求的使用性能的热处理。6 钢的固态临界点：钢在固态下进行加热、保温和冷却时将发生组织转变，转变临界点根据Fe-Fe3C相图确定。 平衡状态下：当钢在缓慢加热或冷却时，其固态下的临界点分别用Fe-Fe3C相图中的平衡线A1(PSK线)、A3(GS线)、Acm(ES线)表示。 实际加热和冷却时：发生组织转变的临界点都要偏离平衡临界点，并且加热和冷却速度越快，其偏离的程度越大。 实际加热时——临界点分别用Ac1、Ac3、Accm表示。 实际冷却时——临界点分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。 由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数据是以30~50℃/h 的速度加热或冷却时测得的。7 加热和冷却对监界转变温度的影响示意图8 一、钢在加热时的组织转变加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。 ①加热至Ac1以上时：首先由珠光体转变成奥氏体。 ②加热至Ac3以上时：亚共析钢中的铁素体转变为奥氏体。 ③加热至Accm以上时：过共析钢中的二次渗碳体转变成奥氏体(Fe3CⅡ→A)。9 1、奥氏体的形成过程 奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。 (1) 共析钢奥氏体化：原始组织为P，加热至Ac1以上时，将发生形核、长大、溶解、均匀化过程，如下图所示。 ①奥氏体晶核形成：首先在F与Fe3C相界形核。 ②奥氏体晶核长大：A晶核通过碳原子的扩散向F和Fe3C方向长大。