金屬材料任務四 之活動3

1、2022-1-10任務四任務四 鋼的熱處理鋼的熱處理 熱處理的基本方法建議：6課時學習活動3學習目的與要求學習目的與要求學習重點與難點學習重點與難點了解、熟悉并掌握熱處理的基本方法及其種類了解、熟悉并掌握熱處理的各方法的目的、溫度、組織了解、熟悉并掌握熱處理后金屬材料的性能（與熱處理前有何不同） 熱處理的基本方法及其種類、熱處理的各方法的目的、溫度、組織、熱處理后金屬材料的性能（與熱處理前有何不同）根據工藝類型、工藝名稱和實現工藝的加熱將熱處理分為：根據工藝類型、工藝名稱和實現工藝的加熱將熱處理分為：概述：1、整體熱處理、整體熱處理退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火2、表面熱處理、表

2、面熱處理表面淬火、氣相沉積表面淬火、氣相沉積3 3、化學熱處理、化學熱處理 滲碳、氮化、碳氮共滲滲碳、氮化、碳氮共滲1、概念：將鋼加熱到適當溫度，保持一定時間，然后在爐中緩慢地冷卻的熱處理工藝。2、退火的目的： (1)降低硬度，提高切削加工性能； (2)提高塑性，便于冷變形加工； (3)細化晶?；蛳M織缺陷，改善使用性能， (4)消除鑄造偏析，均勻化學成分； (5)消除內應力，穩(wěn)定工件尺寸，減小變形，防止開裂； (6)消除淬火過熱影響，再進行重新淬火; (7)脫氫，防止白點。2、退火的種類1）完全退火 完全退火是將亞共析鋼加熱到Ac3線以上3050C，保溫一定時間使之完全奧氏體化，隨爐冷卻至

3、500C，然后緩慢冷卻。大部分鋼的完全退火加熱溫度在780880C.1-普通退火2-等溫退火完全退火的目的： 消除組織應力、組織缺陷、過熱缺陷；改善組織、細化晶粒；降低硬度，便于機加工；提高塑性與韌性。 這種退火主要用于亞共析鋼的鑄造、鍛造件。2）不完全退火 是將鋼加熱到Ac1Ac3（亞共析鋼）或Ac1Accm（過共析鋼），并在此溫度停留一定時間，然后緩慢冷卻。 不完全退火主要用于過共析鋼。進行不完全退火時，加熱至Ac1Accm，此時還保留一部分未溶二次滲碳體，這些片狀的二次滲碳體在長期保溫過程中，會自發(fā)球化，保溫后緩慢冷卻，新的滲碳體析出時，就以已經球化了的滲碳體為晶核。3）球化退火 一般采

4、用隨爐加熱值Ac1線以上2030C，保溫一定時間使鋼中的碳化物球化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。主要用于共析鋼、過共析鋼和合金工具鋼。目的是降低硬度，均勻組織，改善切削加工性能，并為淬火組織做準備。T7T12鋼球化退火工藝 4）擴散退火 將鋼加熱到Ac3或Accm以上150300C，進行較長時間保溫，以使成分和組織均勻化，然后緩慢冷卻。擴散退火因加熱溫度過高保溫時間長，故退火后晶粒粗大，因此擴散退火后還要進行完全退火或正火處理，以細化晶粒、提高力學性能。擴散退火用于鑄鋼件化學成分和組織不均勻。5）再結晶退火 將根據加熱至最低結晶溫度以上100200C.并適當保溫使金屬發(fā)生在結晶。由于在結晶

5、溫度低于相變溫度，在冷卻過程中不會再發(fā)生組織變化，所以冷卻速度可比一般退火快些；再結晶的目的消除加工硬化。其主要用于經冷變形而產生較高硬化的材料或零件。 6）去內應力退火 定義：將工件加熱到低于Ac1線的某一溫度（一般500600C）保溫足夠時間后，緩慢冷卻。 目的：主要用于消除鑄造件、鍛件、焊接件及冷變形零件的內應力、穩(wěn)定尺寸，減少和防止使用過程中變形，但不改變零件的內部組織。 適用范圍：用于所有的鋼。二）鋼的正火 1）將鋼加熱到上臨界點(A3、Acm)以上適當溫度，保溫特點時間，進行完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻(有時吹風或噴霧冷卻)的熱處理過程稱為正火。 2）正火與退火相比，冷卻速度比較

6、快，接近共析成分的碳鋼(含碳量為Wc=0.6%1.4)正火后得到珠光體或索氏體的偽共析組織；中碳鋼正火后的組織是少量鐵素體加偽共析組織；對于低碳鋼，正火后的組織中珠光體量多, 片細(與退火相比較)。 3）主要應用：）主要應用：（1）低碳鋼和低碳合金鋼，鍛件或型材經正火后可提高硬度（140190HBS），從而改善切削加工性能。（2）用于中碳鋼制造一般重要零件，可作為最終熱處理。主要是細化晶粒，提高力學性能。（3）用于過共析鋼，可抑制和消除二次滲碳體網的形成，有利于強化退火的進行。正火與退火相比，操作簡便、生產周期短，能源消耗少、力學性能高，可在任何條件下進行，應優(yōu)先采用正火處理。 各種退火、正火

7、的加熱溫度范圍 二、鋼的淬火 鋼的淬火：是將鋼加熱到臨界點3050C以上，保溫一定時間進行奧氏體化，然后在水或油中快速冷卻，使奧氏體冷卻到Ms點以下發(fā)生馬氏體轉變的熱處理工藝。鋼的淬火組織主要是馬氏體，雖然馬氏體不是熱處理所要得到的最終組織，但馬氏體再經適當的回火，可以使鋼獲得需要的組織和使用性能，最終達到熱處理的目的。1、淬火操作方法 將鋼加熱到Ac3或Ac1線以上，保溫一段時間，然后在水、硝鹽、油或空氣中快速冷卻。 2、目的： 為了獲得高硬度的馬氏體組織。有時對某些高合金鋼（如不銹鋼、耐磨鋼）淬火是，則是為了得到單一均勻奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性。3、應用要點： 一般用于含碳量大于0

8、.3%的碳鋼和合金鋼；淬火能充分發(fā)揮鋼的強度和耐磨性潛力，但會造成很大的內應力，降低鋼的塑性和沖擊韌性，故要進行回火，以得到較好的綜合力學性能。 4、淬火加熱溫度： 淬火加熱溫度的確定應以獲得晶粒細小成分均勻的奧氏體為原則，以便得到細小的馬氏體組織。（1）亞共析鋼淬火加熱溫度約為Ac3+(3050)C， 亞共析合金鋼可以是Ac3+(3070)C。 （2）對于過共析鋼，淬火前的組織應是粒狀珠光體，淬火 加熱溫度為A1+(3050)C。 5、淬火冷卻 （1）理想的淬火冷卻速度： 淬火時，工件的冷卻速度必須大于臨界冷卻速度，才能獲得馬氏體組織。（2）冷卻介質： 鹽水 水 油（冷卻速度） 淬火理想的冷

9、卻速度示意圖 6、淬透性 1）淬透性定義：是鋼的一種熱處理工藝性能，表征鋼在淬火時所能得到的淬硬層深度。 一般將有50%分解產物加50%馬氏體組織(又稱半馬氏體組織)處的深度定義為淬硬層深度，從表面到半馬氏體處又稱為淬透層。 同樣形狀和尺寸的工件，在同樣條件下淬火，由于所用的鋼種不同，淬硬層的深度不同， 淬硬層深的鋼淬透性好淬硬層深的鋼淬透性好2） 影響淬透性因素 淬透性的好壞取決于鋼的過冷奧氏體的穩(wěn)定性，過冷奧氏體穩(wěn)定性越大，分解轉變的孕育期越長，C曲線越向右移，臨界冷卻速度越小，越容易得到馬氏體，鋼的淬透性越好。亞共析鋼：C增高，淬透性提高；過共析鋼：C增高，淬透性降低； 除Co以外，溶入

10、奧氏體的合金元素，都增大奧氏體的穩(wěn)定性，使淬透性提高；A化溫度越高淬透性增大。淬透性與冷卻速度關系 3）淬透性的意義： 鋼的淬透性在生產中有很重要的意義。在拉壓或剪切載荷下服役的工件，希望其整個截面上性能均勻一致，由于所用鋼種的淬透性差，淬硬層淺，只有表面很淺一層強度高，其他部位性能低，不能充分發(fā)揮材料的潛力。所以對于截面較大的重要工件，應選用淬透性好的鋼種，便于工件在淬火時能夠淬透，使截面獲得均勻的組織和性能。對于形狀比較復雜，或者變形要求嚴格的工件，如果選用淬透性好的鋼，可以在較緩和的淬火劑中淬火，減少淬火應力和變形。淬透性很好的合金鋼，甚至可以在空氣中冷卻得到馬氏體組織。 （1）單液淬火

11、）單液淬火：將加熱后的零件投入一種：將加熱后的零件投入一種 冷卻冷卻 劑中冷卻至室劑中冷卻至室溫。溫。 特點：操作簡單，容易實現自動化。特點：操作簡單，容易實現自動化。（2）雙液淬火）雙液淬火：先水后油，或先油后空氣。先水后油，或先油后空氣。 特點：可防止變形與開裂。特點：可防止變形與開裂。（3）分級淬火）分級淬火：先放入一定溫度的鹽浴或堿浴中，再空冷。先放入一定溫度的鹽浴或堿浴中，再空冷。 特點：有效減小內應力，防止變形與開裂；特點：有效減小內應力，防止變形與開裂； 但只適于小尺但只適于小尺寸工件。寸工件。4）淬火方法： 為了保證獲得所需淬火組織，又要防止變形和開裂，必須為了保證獲得所需淬火

12、組織，又要防止變形和開裂，必須采用已有的淬火介質再配以各種冷卻方法才能解決。如下頁圖采用已有的淬火介質再配以各種冷卻方法才能解決。如下頁圖所示。所示。（4）等溫淬火）等溫淬火 將奧氏體化的工件先置于溫度約高于Ms點的鹽浴或堿浴中冷卻，待工件內外溫度一致后，再取出在油中或空氣中冷卻，如圖中的曲線4所示。（5）局部淬火）局部淬火（6）冷處理）冷處理5）淬火介質三、鋼的回火 淬火狀態(tài)的鋼是不穩(wěn)定的；過飽和碳的馬氏體要發(fā)生脫溶分解；殘余奧氏體是高溫相處于過冷狀態(tài)，也要發(fā)生轉變；淬火應力要逐漸松弛。 鋼的回火是將淬火鋼加熱至A1以下的某一溫度，保溫，然后冷卻到室溫的一種熱處理工藝。 回火可以減少或消除應

13、力，可以根據加熱溫度調整回火后所得到的組織和性能，穩(wěn)定尺寸，使工件達到服役狀態(tài)的要求。 100C M未分解,組織：M+殘A； 100200C M開始分解，正方度降低，碳脫熔析出滲碳體（Fe2.4C）,組織：過飽和 的固溶體+ 滲碳體+殘A回火M； 200300C 殘余A分解為M或下B，硬度和強度并不下降（Why？）； 300400C M分解為F()+Fe3C，滲碳體轉變?yōu)镕e3C； 400C 固溶體回復再結晶，c/a下降到1變?yōu)轶w心立方結構，亞結構明顯減少或消失。 一）淬火鋼在回火時的組織轉變鋼在回火時的組織、內應力變化 1、回火操作方法：將淬火工件重新加熱到Ac1線以下某一溫度，經保溫后，與

14、空氣、油、熱水、水中冷卻。2、目的：降低或消除淬火后的內應力，減少工件的變形和開裂；調整硬度、提高塑性韌性，獲得工作需要的力學性能；穩(wěn)定工件尺寸。3、回火種類 1）低溫回火（150250C） 組織：回火M-極細碳化物和過飽和相 目的：降低內應力、降低脆性、保持高硬度和耐磨性5864HRC。 適應：工具、量具、模具、滾動軸承、滲碳鋼、表面淬火件 2）中溫回火（350500C） 組織：回火T-針狀F+極細Fe3C 目的：獲得較高彈性和韌性，3050HRC 適應：彈簧 3）高溫回火（500650C） 組織：回火S-塊狀F+粒狀Fe3C 目的：獲得良好的綜合機械性能，2535HRC 適應：軸、齒輪、螺

15、栓等重要結構件-中碳鋼 淬淬火后高溫回火稱為調質。其操作方法是：將鋼淬火，然后火后高溫回火稱為調質。其操作方法是：將鋼淬火，然后在較高溫度下回火。在較高溫度下回火。 調質的目的調質的目的：改善切削加工性能，提高加工表面質量；減少淬火時的變形和開裂；獲得良好的綜合力學性能 調質應用調質應用：善于淬透性較高的合金結構鋼、合金工具鋼、高速鋼；不僅可以作為各種較重要結構的最后熱處理，還可以作為某些緊密連接的預先熱處理，以減少變形。 4、回火組織金相 5、 回火脆性回火脆性：淬火鋼在回火時，隨回火溫度升高，硬度降低，韌性升高，但許多鋼的回火溫度與沖擊韌性的關系曲線出現了低谷。 1）第一類回火脆性不可逆回

16、火脆性，低溫回火脆性，發(fā)生溫度為250400C； 特征：具有不可逆性；與回火后的冷卻速度無關；端口為晶脆性斷裂。 防治方法：無法消除，不在這一溫度回火；沒有抑制回火脆性的合金元素，通過一下方法減弱回火脆性的影響-降低鋼中雜質元素含量；用Al脫氧或加入Nb、V、Ti等合金元素細化奧氏體晶粒；加入Nb、W可減輕回火脆性；加熱Cr、Si調整溫度范圍（推向高溫）；采用等溫淬火代替淬火回火工藝。 2）第二類回火脆性可逆回火脆性，發(fā)生溫度為400650C 特征特征：具有可逆性；與回火后的冷卻速度有關，保溫后緩慢冷卻出現，塊冷卻不出現，出現脆性后可重新加熱后快冷消除；與制造狀態(tài)無關，但馬氏體催化傾向大，在催化去內回火，回火后與冷卻速度無關；斷口為沿晶脆性斷裂。 防治方法防治方法：提高鋼材的純度，盡量減少雜質；加入適量的Mo、W等合金元素；對尺寸、形狀簡單的零件，采用回火后快冷卻方法；采用亞溫淬火、細化晶粒；采用高溫熱變形處理，使晶粒超細化，晶界面積