03第3章 鋼的熱處理ppt課件

目錄 第0章 緒論第1章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能第2章 金屬材料的結(jié)晶與二元相圖第3章 鋼的熱處理第4章 工程材料第5章 金屬的液態(tài)成形第6章 金屬的塑性成形第7章 金屬的焊接成形第8章 非金屬材料成形第9章 新材料及其新工藝第10章 機(jī)械零件材料及成形工藝的選用 第3章鋼的熱處理 改善鋼的性能 主要有兩條途徑 一是合金化 這是第4章研究的內(nèi)容 二是熱處理 這是本章要研究的內(nèi)容 供應(yīng)窄帶鋼行業(yè)熱處理設(shè)備 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 1 1熱處理的概念3 1 2熱處理特點(diǎn)和適用范圍3 1 3熱處理分類3 1 4臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 1 1熱處理的概念3 1 2熱處理特點(diǎn)和適用范圍3 1 3熱處理分類3 1 4臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 定義 熱處理是指將鋼在固態(tài)下加熱 保溫和冷卻 以改變鋼的組織結(jié)構(gòu) 獲得所需要性能的一種工藝 3 1概述 3 1 1熱處理的概念 熱處理作用 大幅度地改善金屬材料的工藝性能和使用性能 例如45號(hào)鋼熱軋鋼板硬度18HRC860 加熱 水冷硬度55HRCT10鋼760 加熱 爐冷硬度20HRC760 加熱 水冷硬度65HRC 熱處理是一種重要的加工工藝 在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用 在機(jī)床制造中約60 70 的零件要經(jīng)過熱處理 在汽車 拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70 80 模具 滾動(dòng)軸承100 需經(jīng)過熱處理 重要零件都需適當(dāng)熱處理后才能使用 3 1概述 滾動(dòng)軸承 3 1 1熱處理的概念 為什么熱處理后材料性能會(huì)改變 熱處理后材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu) 組織 發(fā)生變化 使材料性能改變 問題1 加熱 冷卻時(shí)材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)如何變化 熱處理原理 問題2 熱處理工藝有哪些 工程實(shí)際中有何應(yīng)用 3 1概述 3 1 1熱處理的概念 熱處理工藝曲線 用溫度 時(shí)間坐標(biāo)表示的熱處理過程 3 1概述 3 1 1熱處理的概念 熱處理工藝曲線 用溫度 時(shí)間坐標(biāo)表示的熱處理過程 3 1概述 3 1 1熱處理的概念 等溫處理 將鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)以下的給定溫度 進(jìn)行保溫 恒溫轉(zhuǎn)變 連續(xù)冷卻 鋼以某種速度從高溫到低溫連續(xù)冷卻 在臨界點(diǎn)以下變溫轉(zhuǎn)變 熱處理原理描述熱處理時(shí)鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律稱熱處理原理 熱處理工藝根據(jù)熱處理原理制定的溫度 時(shí)間 介質(zhì)等參數(shù)稱熱處理工藝 3 1 1熱處理的概念 a 940淬火 220回火 板條M回 A 少 b c d 940淬火 820 780 750淬火 板條M 條狀F A 少 e 940淬火 780淬火 220回火 板條M回 條狀F A 少 f 780淬火 220回火 板條M回 塊狀F 20CrMnTi鋼不同熱處理工藝的顯微組織 3 1概述 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 1 1熱處理的概念3 1 2熱處理特點(diǎn)和適用范圍3 1 3熱處理分類3 1 4臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 熱處理特點(diǎn)熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造 壓力加工等的特點(diǎn)是只通過改變工件的組織來改變性能 而不改變其形狀 熱處理適用范圍只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料 不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化 3 1概述 3 1 2熱處理特點(diǎn)和適用范圍 第4章鋼的熱處理 3 1概述3 1 1熱處理的概念3 1 2熱處理特點(diǎn)和適用范圍3 1 3熱處理分類3 1 4臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 預(yù)備熱處理與最終熱處理預(yù)備熱處理 為隨后的加工 冷拔 沖壓 切削 或進(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理 最終熱處理 賦予工件所要求的使用性能的熱處理 3 1熱處理分類 依加熱 冷卻方式等不同 將熱處理工藝分類如下 3 1熱處理分類 第4章鋼的熱處理 3 1概述3 1 1熱處理的概念3 1 2熱處理特點(diǎn)和適用范圍3 1 3熱處理分類3 1 4臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 在鐵碳相圖中PSK A1線 GS A3線 ES Acm線 均稱為臨界溫度實(shí)際加熱或冷卻時(shí)存在著過冷或過熱現(xiàn)象鋼加熱時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1 Ac3 Accm表示 冷卻時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1 Ar3 Arcm表示 因加熱冷卻速度直接影響轉(zhuǎn)變溫度 因此一般手冊(cè)中的數(shù)據(jù)是以30 50 h的速度加熱或冷卻時(shí)測(cè)得的 3 1 4臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度 3 1概述 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 2 1奧氏體的形成過程3 2 2奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響因素3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 2 1奧氏體的形成過程3 2 2奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響因素3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 加熱是熱處理的第一道工序 加熱分兩種 一種是在A1以下加熱 不發(fā)生相變 另一種是在臨界點(diǎn)以上加熱 以獲得均勻的奧氏體組織 稱奧氏體化 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 2 1奧氏體的形成過程 鋼坯加熱 奧氏體化是一個(gè)形核和長(zhǎng)大的過程 分為四步 現(xiàn)以共析鋼為例說明 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 當(dāng)共析鋼加熱溫度有下列轉(zhuǎn)變 奧氏體化的四個(gè)過程 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 第一步奧氏體晶核形成 首先在F與Fe3C相界形核 第二步奧氏體晶核長(zhǎng)大 A晶核通過碳原子的擴(kuò)散向F和Fe3C方向長(zhǎng)大 第三步殘余Fe3C溶解 鐵素體的成分 結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體 因而先消失 殘余的Fe3C隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)繼續(xù)溶解直至消失 第四步奧氏體成分均勻化 Fe3C溶解后 其所在部位碳含量仍很高 通過長(zhǎng)時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 奧氏體組織 亞共析鋼的奧氏體化過程 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 亞共析鋼F P組織 奧氏體組織 Ac3以上 Ac1 Ac3 A F A P F 過共析鋼的奧氏體化過程 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 過共析鋼P(yáng) Fe3C組織 奧氏體組織 Acm3以上 Ac1 Accm A FeC3 A P FeC3 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 2 1奧氏體的形成過程3 2 2奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響因素3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 奧氏體晶粒長(zhǎng)大隨加熱溫度升高或保溫時(shí)間延長(zhǎng) 奧氏體晶粒將進(jìn)一步長(zhǎng)大 這也是一個(gè)自發(fā)的過程 奧氏體晶粒長(zhǎng)大過程與再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大過程相同 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 2 2奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響因素 奧氏體晶粒長(zhǎng)大隨加熱溫度升高或保溫時(shí)間延長(zhǎng) 奧氏體晶粒將進(jìn)一步長(zhǎng)大 這也是一個(gè)自發(fā)的過程 起始晶粒度奧氏體化剛結(jié)束時(shí)的晶粒度稱起始晶粒度 此時(shí)晶粒細(xì)小均勻 實(shí)際晶粒度在某一具體熱處理或熱加工條件下的奧氏體的晶粒度 本質(zhì)晶粒度鋼加熱到930 10 保溫8小時(shí) 冷卻后測(cè)得的晶粒度 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 2 2奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響因素 實(shí)際晶粒度的大小 決定了鋼的性能 表征鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向 如果測(cè)得的晶粒細(xì)小 5 8級(jí) 則該鋼稱為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼 如果測(cè)得的晶粒粗大 1 4級(jí) 則該鋼稱為本質(zhì)粗晶粒鋼 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素加熱溫度和保溫時(shí)間鋼的成分 溫度越高 或在一定溫度下保溫時(shí)間越長(zhǎng) 奧氏體晶粒越粗大 本質(zhì)粗晶粒鋼 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼 奧氏體中碳含量增高 晶粒長(zhǎng)大傾向增大 加入鈦 釩 鈮 鋯 鋁等元素 阻礙晶粒長(zhǎng)大 有利于得到本質(zhì)細(xì)晶粒鋼 錳和磷促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大 3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 奧氏體晶粒粗大 冷卻后的組織也粗大 降低鋼的常溫力學(xué)性能 尤其是塑性 加熱保溫得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問題之一 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3 1過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變3 3 2過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變3 3 3影響C曲線的因素3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 A1 t 等溫冷卻 連續(xù)冷卻 過冷奧氏體 在A1以下 未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體 按等溫冷卻方式測(cè)定 得到過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線 C曲線 TTT曲線 按連續(xù)冷卻方式測(cè)定 得到過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 CCT曲線 t A1 CCT C曲線 Ms 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 冷卻是熱處理更重要的工序 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì)上是過冷A的轉(zhuǎn)變 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3 1過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變3 3 2過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變3 3 3影響C曲線的因素3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的淬透性3 6鋼的表面熱處理 共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 3 1過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 四個(gè)區(qū)域奧氏體穩(wěn)定區(qū) 粉紅區(qū) 過冷奧氏體區(qū) 藍(lán)色區(qū) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū) 綠色區(qū) 轉(zhuǎn)變區(qū) 紅色區(qū) 孕育期 表示過冷A的穩(wěn)定程度 過冷A 轉(zhuǎn)變開始線 轉(zhuǎn)變結(jié)束線 孕育期 三種轉(zhuǎn)變類型高溫轉(zhuǎn)變區(qū) P型轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變區(qū) B型轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變區(qū) M型轉(zhuǎn)變 a 珠光體 高溫 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度范圍A1 550 珠光體組成F和Fe3C的機(jī)械混合物滲碳體呈層片狀分布在鐵素體基體上形成特點(diǎn)在固態(tài)下形核 長(zhǎng)大 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 是擴(kuò)散型相變 通過碳 鐵的擴(kuò)散和晶體結(jié)構(gòu)的重構(gòu)來實(shí)現(xiàn) 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 珠光體轉(zhuǎn)變過程動(dòng)態(tài)觀察 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 珠光體轉(zhuǎn)變過程 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 a 珠光體 高溫 轉(zhuǎn)變形態(tài)片狀A(yù)1 650 珠光體P650 600 索氏體S 細(xì)P 600 550 托氏體T 極細(xì)P 又稱屈氏體 轉(zhuǎn)變溫度越低 層間距越小 球狀 Fe3C呈球狀 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 三維珠光體如同放在水中的包心菜 珠光體型組織的光學(xué)顯微鏡照片 珠光體 索氏體 屈氏體 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 珠光體3800倍索氏體8000倍屈氏體8000倍珠光體型組織的掃描電鏡照片 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 球狀珠光體 珠光體的性能片間距越小 鋼的強(qiáng)度 硬度越高 而塑性和韌性略有改善 C 相同時(shí) 球狀P比片狀P HB b 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 b 貝氏體 中溫 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度范圍550 MS貝氏體組成過飽和F和Fe3C的機(jī)械混合物 滲碳體呈分布在過飽和鐵素體基體上 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 b 貝氏體 中溫 轉(zhuǎn)變形成特點(diǎn)在固態(tài)下形核 長(zhǎng)大半擴(kuò)散型相變 鐵原子不擴(kuò)散 而碳原子有一定擴(kuò)散能力 形態(tài)550 350 上貝氏體B上350 Ms 下貝氏體B下 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 貝氏體轉(zhuǎn)變過程動(dòng)態(tài)觀察 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 上貝氏體形貌 羽毛狀 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 光鏡下 電鏡下 下貝氏體形貌 竹葉狀 黑針狀 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 光鏡下 電鏡下 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 下貝氏體 貝氏體組織的透射電鏡形貌 b 貝氏體 中溫 轉(zhuǎn)變性能轉(zhuǎn)變 F片細(xì) 過飽和度 Fe3C細(xì)小 彌散度 HB b 耐磨性 塑 韌性好 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 上貝氏體強(qiáng)度 塑性 韌性都較差 無使用價(jià)值 下貝氏體強(qiáng)韌性好 是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一 亞共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變曲線多一條過冷奧氏體鐵素體的轉(zhuǎn)變開始線 在高溫轉(zhuǎn)變區(qū) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 鐵素體 珠光體型組織 在中溫轉(zhuǎn)變區(qū) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 珠光體型組織 無鐵素體轉(zhuǎn)變 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 亞共析鋼過冷A的等溫轉(zhuǎn)變曲線圖 過共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變C曲線的上部為過冷A中析出二次滲碳體開始線 在高溫轉(zhuǎn)變區(qū) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 Fe3CII 珠光體型組織 在中溫轉(zhuǎn)變區(qū) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 珠光體型組織 無Fe3CII轉(zhuǎn)變 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 亞共析鋼過冷A的等溫轉(zhuǎn)變曲線圖 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3 1過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變3 3 2過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變3 3 3影響C曲線的因素3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 a 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線也稱CCT曲線 冷卻速度V Vk 過冷奧氏體將全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 3 2過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變 共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 a 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線也稱CCT曲線冷卻速度小于Vk 過冷奧氏體將全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 3 2過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變 A1 650 珠光體P650 600 索氏體S600 550 托氏體T 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 以大于Vk速度冷卻時(shí) 共析鋼得到的組織為馬氏體 冷卻速度介于Vk Vk 之間 可獲得T M組織 共析鋼過冷A在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時(shí)得不到貝氏體 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 Vk CCT曲線的臨界冷卻速度 即獲得全部馬氏體組織時(shí)的最小冷卻速度 Vk TTT曲線的臨界冷卻速度 Vk 1 5Vk 與共析鋼的C曲線相比 共析鋼的CCT曲線稍靠右靠下一點(diǎn) 可用C曲線分析連續(xù)轉(zhuǎn)變過程 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 b 過冷奧氏體的低溫轉(zhuǎn)變 重點(diǎn)內(nèi)容馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū) 轉(zhuǎn)變溫度在Ms Mf之間 Ms 馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度Mf 馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度過冷A快速冷卻 V Vk 轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 馬氏體轉(zhuǎn)變觀察 馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 M 是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 鐵和碳原子都不進(jìn)行擴(kuò)散 鐵原子沿奧氏體一定晶面 集體地按一定角度進(jìn)行切變 使面心立方晶格改組為體心正方晶格 碳原子原地不動(dòng) 過飽和地留在新組成的晶胞中 增大了其正方度c a 馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 M 是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 馬氏體本質(zhì)碳在 Fe中的過飽和固溶體 晶格為體心正方晶格 過飽和碳使 Fe的晶格發(fā)生很大畸變 產(chǎn)生很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化 馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 M 是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變馬氏體變溫形成 高速長(zhǎng)大 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 奧氏體冷卻到Ms點(diǎn)以下后 無孕育期 瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 隨著溫度下降 過冷A不斷轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 是一個(gè)連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變過程 馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 M 是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變馬氏體的形成速度很快馬氏體形成時(shí)體積膨脹 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 Why 為什么會(huì)導(dǎo)致體積膨脹 體積膨脹在鋼中造成很大的內(nèi)應(yīng)力 嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致變形和開裂 馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 M 是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變馬氏體的形成速度很快馬氏體形成時(shí)體積膨脹馬氏體轉(zhuǎn)變不徹底 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 總要?dú)埩羯倭繆W氏體 殘余奧氏體的含量與MS Mf的位置有關(guān) 奧氏體中的碳含量越高 則MS Mf越低 殘余A含量越高 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0 6 時(shí) 殘余A可忽略 奧氏體碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與MS Mf的位置關(guān)系 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與殘余A量的關(guān)系 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 馬氏體的形態(tài)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0 25 為板條馬氏體 低碳馬氏體 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 在顯微鏡下為一束束平行排列的細(xì)板條 透射電鏡分析 板條馬氏體內(nèi)有大量位錯(cuò)纏結(jié)的亞結(jié)構(gòu) 所以也稱位錯(cuò)馬氏體 馬氏體的形態(tài)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)1 0 為針狀馬氏體 高碳馬氏體 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 光學(xué)顯微鏡中呈凸透鏡狀 馬氏體針之間形成60 角 透射電鏡分析 針狀馬氏體內(nèi)有大量孿晶 也稱孿晶馬氏體 馬氏體的形態(tài)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0 25 1 0 之間時(shí) 為板條馬氏體和針狀馬氏體的混和組織 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 馬氏體形態(tài)與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系 馬氏體形態(tài)與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 馬氏體的性能硬度高硬度隨馬氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加 馬氏體的硬度主要取決于馬氏體的含碳量 即母相奧氏體的含碳量 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 含碳量對(duì)馬氏體硬度和強(qiáng)度的影響 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 馬氏體的性能硬度高馬氏體的塑性和韌性取決于馬氏體中的碳含量 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 低碳馬氏體不僅強(qiáng)度高 塑性 韌性也較好 高碳馬氏體硬而脆 塑性 韌性極差 晶粒細(xì)化得到的隱晶馬氏體有一定的韌性 馬氏體的性能硬度很高馬氏體的塑性和韌性取決于馬氏體中的碳含量馬氏體的物理性能變化 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 馬氏體的比容比奧氏體大 當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí) 體積會(huì)膨脹 高碳馬氏體尤為嚴(yán)重 馬氏體是鐵磁相 而奧氏體為順磁相 馬氏體晶格畸變嚴(yán)重 因此電阻率高 馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 共析鋼 亞共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變亞共析鋼過冷A在高溫時(shí)有一部分將轉(zhuǎn)變?yōu)镕 在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)會(huì)有少量貝氏體產(chǎn)生 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 3 2過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變 油冷的產(chǎn)物為F T B M F和上B量很少 可忽略 過共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過共析鋼過冷A在高溫區(qū)先析出二次滲碳體 后轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織 奧氏體中碳含量高 油冷 水冷后組織中有殘余奧氏體 連續(xù)冷卻過程中無貝氏體轉(zhuǎn)變 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 3 2過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變 共析鋼轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與性能之間的關(guān)系重要提示 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 珠光體 索氏體 屈氏體中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 上貝氏體 下貝氏體低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 馬氏體 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變獲得的組織 A P 600 550 650 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3 1過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變3 3 2過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變3 3 3影響C曲線的因素3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的淬透性3 6鋼的表面熱處理 成分的影響含碳量的影響共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定 C曲線最靠右 Ms與Mf點(diǎn)隨含碳量增加而下降 合金元素的影響除Co外 凡溶入奧氏體的合金元素都使C曲線右移 除Co和Al外 所有合金元素都使Ms與Mf點(diǎn)下降 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 3 3影響C曲線的因素 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 合金元素對(duì)過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響 特別提示加入的合金元素 只有溶于奧氏體時(shí) 才能使得C曲線右移 如果合金元素形成的碳化物未完全溶解 則會(huì)成為珠光體的核心 反而降低鋼的淬透性 成分的影響奧氏體化條件的影響奧氏體化溫度提高和保溫時(shí)間延長(zhǎng) 使C曲線右移 奧氏體成分均勻 晶粒粗大 未溶碳化物減少 增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性 3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 3 3 3影響C曲線的因素 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 4 1退火3 4 2正火3 4 3淬火3 4 4回火3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 4 1退火3 4 2正火3 4 3淬火3 4 4回火3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 機(jī)械零件的一般加工工藝毛坯 鑄 鍛 預(yù)備熱處理機(jī)加工最終熱處理基本熱處理工藝 四把火 退火 正火 淬火 回火 3 4鋼的基本熱處理工藝 退火與正火主要用于預(yù)備熱處理 只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)才作為最終熱處理 淬火和回火用于最終熱處理 決定零件的使用性能 將鋼加熱到適當(dāng)溫度 保溫一定時(shí)間 然后緩慢冷卻 一般為隨爐冷卻 的熱處理工藝叫做退火 鋼的退火方法完全退火等溫退火球化退火擴(kuò)散退火去應(yīng)力退火 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4 1退火 真空退火爐 完全退火 重結(jié)晶退火 把鋼加熱至Ac3 20 30 保溫后緩慢冷卻 隨爐冷卻或埋入石灰和砂中冷卻 以獲得接近平衡組織的熱處理工藝 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4 1退火 適用鋼種 一般用于亞共析鋼 退火后組織 F P 完全退火 重結(jié)晶退火 退火目的使熱加工造成的粗大 不均勻的組織均勻化和細(xì)化 為淬火作組織準(zhǔn)備 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4 1退火 得到接近平衡狀態(tài)的組織 降低硬度 改善切削加工性能 適合加工的硬度為170 250HB 消除內(nèi)應(yīng)力 防止加工中變形 等溫退火將鋼加熱到 Ac3 Ac1 的溫度 保溫后 較快地冷卻到珠光體區(qū)的某一溫度保溫 讓奧氏體等溫轉(zhuǎn)變 然后緩慢冷卻的熱處理工藝 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4 1退火 與完全退火相同 能獲得均勻的組織 對(duì)于奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼 可縮短退火時(shí)間 球化退火使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝 適用鋼種 共析鋼和過共析鋼 退火溫度 Ac1 30 50 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4 1退火 球化退火需要較長(zhǎng)的保溫時(shí)間來保證二次滲碳體的自發(fā)球化 保溫后隨爐冷卻 組織 球狀珠光體 在鐵素體基體上分布著細(xì)小均勻的球狀滲碳體 球狀珠光體 目的 使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化 降低硬度 改善切削加工性能 為以后的淬火作組織準(zhǔn)備 3 4鋼的基本熱處理工藝 對(duì)于有網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析鋼 球化退火前應(yīng)先進(jìn)行正火 以消除網(wǎng)狀 擴(kuò)散退火 均勻化退火 把鋼錠 鑄件或鍛坯加熱到固相線以下100 200 的溫度 長(zhǎng)時(shí)間保溫 10h 15h 并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝 3 4鋼的基本熱處理工藝 目的 減少鋼錠 鑄件 鍛坯的化學(xué)成分和組織的不均勻性 3 4 1退火 去應(yīng)力退火將鋼件加熱至低于Ac1的某一溫度 一般為500 650 保溫后隨爐冷卻 以消除內(nèi)應(yīng)力的低溫退火 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4 1退火 目的 消除鑄造 鍛造 焊接和機(jī)加工 冷變形等加工在工件中造成的殘留內(nèi)應(yīng)力 去應(yīng)力退火不引起組織變化 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 4 1退火3 4 2正火3 4 3淬火3 4 4回火3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 鋼加熱到Ac3 對(duì)于亞共析鋼 Ac1 對(duì)于共析鋼 Accm 對(duì)于過共析鋼 以上30 50 保溫后 在自由流動(dòng)的空氣中均勻冷卻的熱處理 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4 2正火 正火后的組織 亞共析鋼F S共析鋼S過共析鋼S Fe3CII 正火目的 作為最終熱處理細(xì)化晶粒 均勻組織 細(xì)化珠光體片層間距提高鋼的強(qiáng)度 硬度和韌性 用于不重要的零件 3 4鋼的基本熱處理工藝 作為預(yù)先熱處理亞共析鋼 消除魏氏組織和帶狀組織 均勻 細(xì)化組織 過共析鋼 消除網(wǎng)狀滲碳體 為球化退火作組織準(zhǔn)備 改善切削加工性能 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 4 1退火3 4 2正火3 4 3淬火3 4 4回火3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上 保溫后以大于Vk速冷卻 使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝 淬火是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一 淬火目的是為獲得馬氏體組織 提高鋼的性能 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4 3淬火 鋼的淬火熱處理 淬火溫度亞共析鋼 Ac3 30 50 共析鋼 Accm 30 50 過共析鋼 Accm 30 50 預(yù)備熱處理亞共析鋼 退火或正火共析鋼 球化退火過共析鋼 球化退火 3 4鋼的基本熱處理工藝 淬火后的組織亞共析鋼 M 0 6C 3 4鋼的基本熱處理工藝 共析鋼 M A 3 4鋼的基本熱處理工藝 過共析鋼M 顆粒狀Fe3C A 3 4鋼的基本熱處理工藝 T12鋼 含1 2 C 正常淬火組織 淬火介質(zhì)理想冷卻曲線慢 C曲線鼻子溫度以上 快 C曲線鼻子溫度附近 慢 C曲線鼻子溫度以下 但目前還沒有找到某種淬火介質(zhì)具有理想冷卻曲線 3 4鋼的基本熱處理工藝 淬火介質(zhì)純水和鹽水油熔鹽專業(yè)淬火介質(zhì) 油基 水基 3 4鋼的基本熱處理工藝 水的冷卻能力強(qiáng) 但低溫卻能力太大 只使用于形狀簡(jiǎn)單的碳鋼件 油在低溫區(qū)冷卻能力較理想 但高溫區(qū)冷卻能力太小 使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件 作為淬火介質(zhì)稱鹽浴 冷卻能力在水和油之間 用于形狀復(fù)雜件的分級(jí)淬火和等溫淬火 淬火方法單液淬火雙液淬火分級(jí)淬火等溫淬火 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4鋼的基本熱處理工藝 單液淬火 鋼的淬透性 重點(diǎn)內(nèi)容鋼淬火時(shí)形成馬氏體的能力叫做鋼的淬透性 測(cè)定方法 末端淬火法 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4鋼的基本熱處理工藝 淬火形曲線 試棒末端淬火后測(cè)得試樣沿長(zhǎng)度方向上的硬度變化 3 4鋼的基本熱處理工藝 鋼的淬透性值用表示 J 末端淬火的淬透性 d 距水冷端的距離 HRC 該處的硬度 例如 淬透性值 表示距水冷端5mm處的硬度為42HRC 在實(shí)際生產(chǎn)中 鋼的淬透性表達(dá)方法 淬透層深度 從試樣表面至半馬氏體區(qū) 馬氏體和非馬氏體組織組成物各占一半 的距離 3 4鋼的基本熱處理工藝 在同樣淬火條件下 淬透層深度越大 則反映鋼的淬透性越好 3 4鋼的基本熱處理工藝 在實(shí)際生產(chǎn)中 鋼的淬透性表達(dá)方法 淬透層深度 從試樣表面至半馬氏體區(qū) 馬氏體和非馬氏體組織組成物各占一半 的距離 臨界淬透直徑 圓形鋼棒在介質(zhì)中冷卻 中心被淬成半馬氏體的最大直徑 用D0表示 3 4鋼的基本熱處理工藝 在實(shí)際生產(chǎn)中 鋼的淬透性表達(dá)方法 淬透層深度 從試樣表面至半馬氏體區(qū) 馬氏體和非馬氏體組織組成物各占一半 的距離 臨界淬透直徑 圓形鋼棒在介質(zhì)中冷卻 中心被淬成半馬氏體的最大直徑 用D0表示 3 4鋼的基本熱處理工藝 D0與介質(zhì)有關(guān) 如45鋼D0水 16mm D0油 8mm 只有冷卻條件相同時(shí) 才能進(jìn)行不同材料淬透性比較 如 45鋼D0油 8mm 40CrD0油 20mm 影響淬透性的因素 鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度Vk Vk越小 淬透性越高 Vk取決于C曲線的位置 C曲線越靠右 Vk越小 3 4鋼的基本熱處理工藝 影響淬透性的因素 因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素 除Co外 凡溶入奧氏體的合金元素都使鋼的淬透性提高 奧氏體化溫度高 保溫時(shí)間長(zhǎng)也使鋼的淬透性提高 3 4鋼的基本熱處理工藝 合金元素對(duì)鋼的C曲線的影響 3 4鋼的基本熱處理工藝 特別提示對(duì)于碳鋼 共析鋼淬透性最高 合金鋼往往比碳鋼的淬透性要好 鋼的淬透性主要決定于鋼中合金元素的種類和含量 3 4鋼的基本熱處理工藝 鋼的淬透性曲線的應(yīng)用比較不同鋼種的淬透性 3 4鋼的基本熱處理工藝 淬透性是鋼材選用的重要依據(jù)之一 用半馬氏體硬度曲線和淬透性曲線 找出鋼的半馬氏體區(qū)所對(duì)應(yīng)的距水冷端距離 該距離越大 則淬透性越好 鋼的淬透性曲線的應(yīng)用比較不同鋼種的淬透性 3 4鋼的基本熱處理工藝 40Cr鋼的淬透性比45鋼要好 鋼的淬透性曲線的應(yīng)用比較不同鋼種的淬透性鋼材截面性能分析 3 4鋼的基本熱處理工藝 調(diào)質(zhì)處理后 淬透性好的鋼棒整個(gè)截面是回火索氏體 機(jī)械性能均勻 強(qiáng)度高 韌性好 淬透性差的鋼表層為回火索氏體 心部為片狀索氏體 鐵素體 心部強(qiáng)韌性差 鋼的淬透性曲線的應(yīng)用比較不同鋼種的淬透性鋼材截面性能分析 3 4鋼的基本熱處理工藝 舉例直徑為30mm的40CrNiMo鋼棒整個(gè)截面性能均勻 強(qiáng)度高 韌性好 直徑為30mm的40鋼心部強(qiáng)韌性較差 鋼的淬透性曲線的應(yīng)用比較不同鋼種的淬透性鋼材截面性能分析選材 3 4鋼的基本熱處理工藝 截面較大 形狀復(fù)雜以及受力較苛刻的螺栓 拉桿 鍛模 錘桿等工件 要求截面機(jī)械性能均勻 應(yīng)選用淬透性好的鋼 需要淬透承受彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷的軸類零件 外層受力較大 心部受力較小 可選用淬透性較低的鋼種 可以不淬透 鋼的淬硬性鋼淬火后能夠達(dá)到的最高硬度叫鋼的淬硬性 淬硬性主要決定于M的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) T12鋼 淬火后硬度為62HRC 65HRC45鋼 淬火后硬度為55HRC 58HRC刃具 冷作模具要求有很高的淬硬性 3 4鋼的基本熱處理工藝 淬硬性與淬硬性的異同相同點(diǎn) 均是鋼本身固有屬性淬透性 鋼淬火時(shí)獲得M的能力淬硬性 鋼淬火時(shí)的硬化能力區(qū)別鋼的實(shí)際淬硬層深度與工件形狀 大小 冷卻介質(zhì) 淬透性有關(guān)淬硬性主要取決于M的含碳量 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4鋼的基本熱處理工藝 練習(xí)比較T10 20CrMnTi 40Cr三種鋼的淬透性和淬硬性的高低 淬火缺陷及其防止變形與開裂熱應(yīng)力 在淬火冷卻過程中 由于工件內(nèi)外溫差而導(dǎo)致熱脹冷縮不一致 由此而產(chǎn)生的應(yīng)力 組織應(yīng)力 在組織轉(zhuǎn)變過程中 由比容的變化而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 熱應(yīng)力和組織應(yīng)力是是工件形成淬火內(nèi)應(yīng)力的根源 會(huì)使工件變形甚至開裂 變形不大的零件 可在淬火和回火后進(jìn)行矯直 變形較大或出現(xiàn)裂紋時(shí) 零件只好報(bào)廢 在實(shí)際生產(chǎn)中 為減少淬火件變形 防止工件開裂 需注意正確選擇材料和合理設(shè)計(jì)工件結(jié)構(gòu) 3 4鋼的基本熱處理工藝 硬度不足 硬度不足是指工件上較大區(qū)域內(nèi)的硬度達(dá)不到技術(shù)要求 形成此缺陷的原因很多 主要是 淬火冷卻冷卻能力不足 淬火加熱溫度過低或保溫時(shí)間短 淬火組織中存在珠光體或鐵素體 表面脫碳降低了鋼的淬硬性 對(duì)于硬度不足的工件可以重新淬火 即返修 但在重新淬火前 應(yīng)對(duì)工件進(jìn)行一次退火 正火或高溫回火以消除淬火應(yīng)力 防止在重新淬火的過程中產(chǎn)生更大的變形甚至開裂 氧化與脫碳 氧化 鋼在加熱時(shí) 鐵和合金元素與氧化性介質(zhì)作用在工件表面生成氧化膜的現(xiàn)象 脫碳 鋼在加熱時(shí) 鋼表層中的碳與周圍介質(zhì)中氧 二氧化碳等發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 生成含碳?xì)怏w逸出鋼外 使鋼表層含碳量下降 氧化會(huì)使工件尺寸減小 表面粗糙度增加 脫碳會(huì)降低鋼的表面硬度 耐磨性和抗疲勞能力 氧化脫碳還會(huì)增加淬火開裂傾向 為了防止工件在加熱時(shí)氧化和脫碳 生產(chǎn)中常采用脫氧良好的鹽浴加熱 保護(hù)氣氛加熱 真空加熱 高溫短時(shí)加熱等工藝方法 P 溫度 時(shí)間 共析鋼不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 MS Mf A1 退火 爐冷 P 退火 爐冷 S 淬火 油冷 T M A B下 M A M A 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 4 1退火3 4 2正火3 4 3淬火3 4 4回火3 5鋼的表面熱處理3 6鋼的其它熱處理 回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝 回火的目的減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力 防止變形或開裂 3 4鋼的基本熱處理工藝 3 4 4回火 螺桿表面的淬火裂紋 獲得所需要的力學(xué)性能 淬火鋼一般硬度高 脆性大 回火可調(diào)整硬度 韌性 3 4鋼的基本熱處理工藝 回火的目的穩(wěn)定尺寸 淬火M和A 都是非平衡組織 有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向 回火可使M與A 轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織 防止使用時(shí)變形 未經(jīng)淬火的鋼回火無意義 淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂 鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火 2 3小時(shí)之內(nèi) 回火時(shí)的組織變化 3 4鋼的基本熱處理工藝 M分解 100 250 100 250 100 250 過飽和 Fe 碳化物 回火M 過飽和F 細(xì)Fe3C 回火T 塊狀F 顆粒Fe3C 回火S 3 4鋼的基本熱處理工藝 回火馬氏體 3 4鋼的基本熱處理工藝 回火屈氏體 3 4鋼的基本熱處理工藝 回火索氏體 光鏡下 電鏡下 3 4鋼的基本熱處理工藝 淬火鋼回火時(shí)馬氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 殘余奧氏體量 內(nèi)應(yīng)力及碳化物尺寸隨溫度的變化規(guī)律 3 4鋼的基本熱處理工藝 回火時(shí)的性能變化總的趨勢(shì)是隨回火溫度提高 鋼的強(qiáng)度 硬度下降 塑性 韌性提高 40鋼機(jī)械性能與回火溫度的關(guān)系 3 4鋼的基本熱處理工藝 回火時(shí)的性能變化總的趨勢(shì)是隨回火溫度提高 鋼的強(qiáng)度 硬度下降 塑性 韌性提高 回火脆性鋼在250 350 和500 600 兩個(gè)溫度區(qū)間回火后 鋼的沖擊韌度明顯下降 3 4鋼的基本熱處理工藝 第一類回火脆性 250 400 每種鋼都有 難以避免 回火溫度禁區(qū) 第二類回火脆性 500 600 含Cr Mn Ni的鋼明顯 可以消除 鋼中加Mo W或回火后快冷 3 4鋼的基本熱處理工藝 回火的種類低溫回火 150 250 組織 回火M 極細(xì) 碳化物 過飽和 相目的 內(nèi)應(yīng)力 脆性 保持高硬度和耐磨性適用 工具 量具 軸承 高碳鋼 滲碳件 表面淬火件 一般硬度 HRC58 62 3 4鋼的基本熱處理工藝 需經(jīng)低溫回火處理后使用的零件 3 4鋼的基本熱處理工藝 回火的種類低溫回火 150 250 組織 回火M 極細(xì) 碳化物 過飽和 相目的 內(nèi)應(yīng)力 脆性 保持高硬度和耐磨性適用 工具 量具 軸承 高碳鋼 滲碳件 表面淬火件 一般硬度 HRC58 62 中溫回火 350 500 組織 回火T 針狀過飽和F 極細(xì)Fe3C目的 獲得高 s e適用 彈簧 扳手 中高碳鋼 一般硬度 HRC35 45 3 4鋼的基本熱處理工藝 需經(jīng)中溫回火處理后使用的零件 3 4鋼的基本熱處理工藝 回火的種類低溫回火 150 250 組織 回火M 極細(xì) 碳化物 過飽和 相目的 內(nèi)應(yīng)力 脆性 保持高硬度和耐磨性適用 工具 量具 軸承 高碳鋼 滲碳件 表面淬火件 一般硬度 HRC58 62 中溫回火 350 500 組織 回火T 針狀過飽和F 極細(xì)Fe3C目的 獲得高 s e適用 彈簧 扳手 中高碳鋼 一般硬度 HRC35 45 高溫回火 500 650 組織 回火T 塊狀F 粒狀Fe3C目的 獲得良好的綜合機(jī)械性能適用 軸 齒輪 螺栓等重要結(jié)構(gòu)件 中碳鋼 一般硬度 HRC25 35 淬火 高溫回火 調(diào)質(zhì) 3 4鋼的基本熱處理工藝 需經(jīng)高溫回火處理后使用的零件 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 5 1鋼的表面淬火3 5 2 鋼的化學(xué)熱處理3 6鋼的其它熱處理 化學(xué)熱處理 表面淬火 對(duì)軸 齒輪 凸輪的機(jī)械性能要求 表面 硬 耐磨 耐疲勞 M 心部 塑 韌 耐沖擊 F P 解決思路 選材 低 或高 淬透性材料 低 或高 碳鋼 工藝 只改變表層組織 同時(shí)改變表層組織 成分 表面熱處理 3 5鋼的表面熱處理 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 5 1鋼的表面淬火3 5 2 鋼的化學(xué)熱處理3 6鋼的其它熱處理 表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下 利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法 表面淬火目的使表面具有高的硬度 耐磨性和疲勞極限 心部在保持一定的強(qiáng)度 硬度的條件下 具有足夠的塑性和韌性 即表硬里韌 3 5鋼的表面熱處理 3 5 1鋼的表面淬火 適用范圍承受彎曲 扭轉(zhuǎn) 摩擦和沖擊的零件 中碳鋼 0 4 0 5 C 或鑄鐵含碳量過低 則表面硬度 耐磨性下降 含碳量過高 心部韌性下降 一般用正火或調(diào)質(zhì)作為預(yù)備熱處理 3 5鋼的表面熱處理 機(jī)床導(dǎo)軌 表面淬火齒輪 常用加熱方法感應(yīng)加熱 最為常用 利用交變電流的集膚效應(yīng)在工件表面感應(yīng)巨大渦流 使工件表面迅速加熱 3 5鋼的表面熱處理 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火示意圖 常用加熱方法感應(yīng)加熱 最為常用 高頻感應(yīng)加熱 頻率為250 300KHz 淬硬層深度0 5 2mm 3 5鋼的表面熱處理 感應(yīng)加熱的感應(yīng)圈 常用加熱方法感應(yīng)加熱 最為常用 高頻感應(yīng)加熱 頻率為250 300KHz 淬硬層深度0 5 2mm 中頻感應(yīng)加熱 頻率為2 5 8KHz 淬硬層深度2 10mm 3 5鋼的表面熱處理 中頻感應(yīng)加熱的感應(yīng)圈 常用加熱方法感應(yīng)加熱 最為常用 高頻感應(yīng)加熱 頻率為250 300KHz 淬硬層深度0 5 2mm 中頻感應(yīng)加熱 頻率為2 5 8KHz 淬硬層深度2 10mm 工頻感應(yīng)加熱 頻率為50Hz 淬硬層深度10 15mm 3 5鋼的表面熱處理 600毫米直徑冷軋輥工頻感應(yīng)加熱淬火 3 5鋼的表面熱處理 各式感應(yīng)加熱 常用加熱方法感應(yīng)加熱 最為常用 火焰加熱利用乙炔火焰直接加熱工件表面 成本低 質(zhì)量不易控制 3 5鋼的表面熱處理 火焰加熱淬火 常用加熱方法感應(yīng)加熱 最為常用 火焰加熱激光加熱淬火利用高能量密度的激光對(duì)工件表面進(jìn)行加熱 效率高 質(zhì)量好 3 5鋼的表面熱處理 齒形表面激光淬火處理 感應(yīng)加熱淬火工藝過程 3 5鋼的表面熱處理 感應(yīng)加熱表面熱處理的特點(diǎn)高頻感應(yīng)加熱時(shí) 加熱速度快 時(shí)間短 表面氧化 脫碳較小 生產(chǎn)率較高 表面層淬得馬氏體后 由于體積膨脹在工件表面層造成較大的殘余壓應(yīng)力 顯著提高工件的疲勞強(qiáng)度 表層組織細(xì)小 表面硬度較高 且脆性較低 工件變形較小 3 5鋼的表面熱處理 感應(yīng)加熱表面熱處理的組織淬火后 表面 馬氏體 心部 組織不變 如先經(jīng)調(diào)質(zhì)處理 心部組織為回火索氏體 低溫 180 200 回火后 表面 M回火 降低淬火應(yīng)力 保持高硬度和高耐磨性 心部 S回火 保證強(qiáng)韌性 感應(yīng)加熱表面熱處理的工程應(yīng)用用于中碳鋼和中碳低合金鋼 如45 40Cr 40MnB等用于齒輪 主軸 曲軸等零件表面硬化 提高耐磨性 3 5鋼的表面熱處理 第3章鋼的熱處理 3 1概述3 2鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3 4鋼的基本熱處理工藝3 5鋼的表面熱處理3 5 1鋼的表面淬火3 5 2 鋼的化學(xué)熱處理3 6鋼的其它熱處理 化學(xué)熱處理 將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫 使一種或幾種元素滲入它的表面 改變其化學(xué)成分和組織 達(dá)到改進(jìn)表面性能 滿足技術(shù)要求的熱處理過程 與表面淬火相比 化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織 還改變其化學(xué)成分 化學(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一 3 5鋼的表面熱處理 3 5 2鋼的化學(xué)熱處理 主要類型滲碳氮化碳氮共滲滲硫滲鋁滲鉻 3 5鋼的表面熱處理 主要介紹滲碳 氮化和碳氮共滲 化學(xué)熱處理的基本過程介質(zhì) 滲劑 的分解分解的同時(shí)釋放出活性原子 滲碳 CH4 2H2 C 氮化 2NH3 3H2 2 N 工件表面的吸收活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物 原子向內(nèi)部擴(kuò)散 氮化擴(kuò)散層 3 5鋼的表面熱處理 鋼的滲碳 向鋼的表面滲入碳原子的工藝目的提高工件表面硬度 耐磨性及疲勞強(qiáng)度 同時(shí)保持心部良好的韌性 滲碳用鋼含0 1 0 25 C的低碳鋼或低碳合金鋼 如20 20Cr 20CrMnTi等 3 5鋼的表面熱處理 經(jīng)滲碳的機(jī)車從動(dòng)齒輪 滲碳方法氣體滲碳 3 5鋼的表面熱處理 將工件放入密封爐內(nèi) 在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳 滲劑為氣體 煤氣 液化氣等 或有機(jī)液體 煤油 甲醇等 優(yōu)點(diǎn) 質(zhì)量好 效率高 缺點(diǎn) 滲層成分與深度不易控制 氣體滲碳爐 氣體滲碳裝置示意圖 滲碳方法氣體滲碳固體滲碳 3 5鋼的表面熱處理 將工件埋入滲劑中 裝箱密封后在高溫下加熱滲碳 滲劑 木炭 優(yōu)點(diǎn) 操作簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 滲速慢 勞動(dòng)條件差 滲碳回火爐 滲碳方法氣體滲碳固體滲碳真空滲碳法 3 5鋼的表面熱處理 將工件放入真空滲碳爐中 抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳 優(yōu)點(diǎn) 表面質(zhì)量好 滲碳速度快 真空滲碳爐 滲碳溫度 900 950 滲碳層厚度 由表面到過渡層一半處的厚度 一般為0 5 2mm 滲碳層表面含碳量 以0 85 1 05為最好 滲碳緩冷后組織 表層 P 網(wǎng)狀Fe3C 心部 F P中間 過渡區(qū) 3 5鋼的表面熱處理 低碳鋼滲碳緩冷后的組織 滲碳后的熱處理預(yù)冷直接淬火 低溫回火 滲碳后預(yù)冷到略高于Ar1溫度直接淬火 然后低溫回火 組織較粗大 預(yù)冷可減少滲碳層殘余A 但心部有F組織 表面 高碳M回 碳化物 殘余A心部 F 低碳M回 3 5鋼的表面熱處理 滲碳后的熱處理一次淬火 低溫回火 滲碳緩冷后 重新加熱到臨界溫度以上保溫后淬火 然后低溫回火 3 5鋼的表面熱處理 受載不大但表面性能要求較高的零件 淬火溫度Ac1以上30 50 使表層晶粒細(xì)化 組織 表面 高碳M回 碳化物 殘余A 少量 心部 F 低碳M回 3 5鋼的表面熱處理 心部組織要求高時(shí) 淬火加熱溫度略高于Ac3 組織 表面 高碳M回 殘余A 較多 心部 低碳M回 滲碳后的熱處理二次淬火 低溫回火滲碳緩冷后 第一次加熱為Ac3 30 50 細(xì)化心部 第二次表面加熱為Ac1 30 50 細(xì)化表層 3 5鋼的表面熱處理 二次淬火后的組織 較為理想 表面 高碳M回 碳化物 殘余A 少量 心部 低碳M回滲碳后的性能表面硬度高表面硬度58 64HRC以上 耐磨性好 心部硬度30 45HRC 心部強(qiáng)韌 疲勞強(qiáng)度高表層體積膨脹大 心部體積膨脹小 表層中造成壓應(yīng)力 零件的疲勞強(qiáng)度提高 3 5鋼的表面熱處理 實(shí)際應(yīng)用20 20Cr 20CrMnTi等低碳鋼和低碳合金鋼制造的齒輪 軸 銷 鋼的滲氮 向鋼的表面滲入氮原子的工藝目的更大地提高鋼件表面的硬度和耐磨性 提高疲勞強(qiáng)度和抗蝕性 氮化用鋼含Cr Mo Al Ti V的中碳鋼 常用鋼種 35CrAlA 38CrMoAlA 38CrWVAlA等 3 5鋼的表面熱處理 井式氣體氮化爐 氮化工藝氮化前預(yù)處理 調(diào)質(zhì)處理 獲得回火索氏體組織 氮化溫度 500 600 氮化層厚度不超過0 6 0 7mm 3 5鋼的表面熱處理 38CrMoAl鋼氮化工藝曲線圖 常用氮化方法氣體氮化法 與氣體滲碳法類似 滲劑為氨 離子氮化法 在電場(chǎng)作用下 使電離的氮離子高速?zèng)_擊作為陰極的工件 與氣體氮化相比 氮化時(shí)間短 氮化層脆性小 3 5鋼的表面熱處理 離子氮化爐 氮化的特點(diǎn)氮化件表面硬度高 HV1000 2000 耐磨性高 疲勞強(qiáng)度高 由于