力學(xué)性能和熱處理(精心整理)

1、金屬材料力學(xué)性能與熱處理工藝2014年1月4日材料科學(xué)與工程的“四要素”使用性能性質(zhì)成分/結(jié)構(gòu)制備/加工 探索這四個(gè)要素之間的關(guān)系，覆蓋了材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的所有研究?jī)?nèi)容。 能夠根據(jù)使用性能要求，選擇合適的材料，并制定出相應(yīng)的加工工藝，使之最終具有滿足使用性能要求的性質(zhì)，是工程技術(shù)人員應(yīng)該具備的能力。材料力學(xué)性能材料在外加載荷作用下或載荷與環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下表現(xiàn)出來(lái)的行為。金屬力學(xué)性能金屬力學(xué)性能常用常用金屬力學(xué)性能指標(biāo)金屬力學(xué)性能指標(biāo)強(qiáng)度強(qiáng)度屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度塑性塑性延伸率、斷面收縮率、延伸率、斷面收縮率、應(yīng)應(yīng)變變強(qiáng)化指數(shù)強(qiáng)化指數(shù)

2、彈性彈性彈性模量彈性模量（剛度剛度）、彈性極限、比例極限、彈性極限、比例極限硬度硬度布氏硬度、維氏硬度、洛氏硬度布氏硬度、維氏硬度、洛氏硬度韌性韌性靜力韌度、沖擊韌度、斷裂韌度靜力韌度、沖擊韌度、斷裂韌度疲勞疲勞疲勞強(qiáng)度、疲勞壽命、疲勞缺口敏感度疲勞強(qiáng)度、疲勞壽命、疲勞缺口敏感度應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子、應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子、應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率低碳鋼單向靜載拉伸應(yīng)力低碳鋼單向靜載拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 1、oa段：段：彈性變形2、ab段：段：彈性變形+塑性變形3、bcd段：段：明顯塑性變形，出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，作用力基本不變情況下，試樣連續(xù)伸長(zhǎng)。4、d

3、B段曲線：段曲線：彈性變形+均勻塑性變形5、B點(diǎn)：點(diǎn)：出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，試樣局部截面明顯縮小試樣承載能力降低，拉伸力達(dá)到最大值，試樣即將斷裂。低碳鋼拉伸力低碳鋼拉伸力伸長(zhǎng)曲線伸長(zhǎng)曲線 材料力學(xué)性能強(qiáng)度指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力 。2 2、抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力，反映了材料的最大均勻變形的抗力。1 1、屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度b = F Fb/S S0 b b常用作脆性材料的選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。常用作脆性材料的選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。s = = F Fs/S/S0 Fs：試樣屈服時(shí)所承受的拉伸力（N）； S0 ：試樣原始橫截面積（mm）強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)s代表材料開(kāi)始明顯塑性變形的抗力代表

4、材料開(kāi)始明顯塑性變形的抗力,是設(shè)計(jì)和選擇韌性材料的主要依據(jù)之一。是設(shè)計(jì)和選擇韌性材料的主要依據(jù)之一。材料力學(xué)性能塑性塑性指標(biāo)指標(biāo)塑性是材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。1 1、斷后伸長(zhǎng)率、斷后伸長(zhǎng)率2 2、斷面收縮率、斷面收縮率試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比。試樣拉斷后縮項(xiàng)處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。=(=(L L1 1-L-L0 0)/)/L L * *100100% %L0:標(biāo)距；L1:拉斷后的試件標(biāo)距。=(A=(A0 0-A-A1 1)/A)/A0 0 * *100100% %A0:試件原橫截面積；A1:斷裂后頸縮處的橫截面積。 材料力學(xué)性能彈性

5、指標(biāo)彈性指標(biāo)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，合金化、熱處理、冷塑性變形對(duì)其影響不大。剛度：材料在受力時(shí)，抵抗彈性變形的能力。 E=/ ：拉應(yīng)力；：拉伸應(yīng)變機(jī)構(gòu)和構(gòu)件選材重要的力學(xué)性能指標(biāo)：機(jī)構(gòu)和構(gòu)件選材重要的力學(xué)性能指標(biāo)： 行車(chē)梁應(yīng)具有足夠的剛度，否則在起吊重物時(shí)會(huì)因撓度過(guò)大引起振動(dòng)。 機(jī)床和壓力機(jī)主軸、床身和工作臺(tái)對(duì)剛度都有要求，以保證加工精度。 內(nèi)燃機(jī)、離心機(jī)和壓氣機(jī)等的主要構(gòu)件要有足夠的剛度防止發(fā)生振動(dòng)。材料力學(xué)性能硬度硬度材料局部表面抵抗塑性變形和破壞的能力。它是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，其物理含義與試驗(yàn)方法有關(guān)。硬度硬度的測(cè)試方法的測(cè)試方法（1）布氏硬度（2）洛氏硬度（3）維氏硬度（4）肖氏

6、硬度（5）里氏硬度（6）莫氏硬度材料力學(xué)性能布氏硬度布氏硬度適用范圍適用范圍:用于測(cè)量灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、非鐵金屬及非金屬材料等.優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：（1）測(cè)量值較準(zhǔn)確，重復(fù)性好；（2）可測(cè)組織不均勻材料；（3）不適合測(cè)試成品與薄件；（4）測(cè)量費(fèi)時(shí)，效率低。 450HB：測(cè)試壓頭為淬火鋼球，硬度符號(hào)HBS； 650HB：測(cè)試壓頭為硬質(zhì)合金，硬度符號(hào)HBW。單位面積上所承受的平均應(yīng)力，即試驗(yàn)力p與壓痕球形表面積的商。經(jīng)驗(yàn)公式：低碳鋼：b3.6HBS；高碳鋼：b3.4HBS。材料力學(xué)性能洛氏硬度洛氏硬度以測(cè)量壓痕深度表示材料的硬度值，每0.002mm相當(dāng)于1洛氏硬度單位。10HRCHBSHR=（k-h）/

7、 0.002壓頭分兩種：1、圓錐角=120的金剛石圓錐體， 2、直徑為1.588mm的小淬火鋼球。洛氏硬度計(jì)算式：壓頭1：k=0.2mm；壓頭2：k=0.26mm。標(biāo)尺標(biāo)尺硬度符號(hào)硬度符號(hào)壓頭類(lèi)型壓頭類(lèi)型總試驗(yàn)力總試驗(yàn)力F/N測(cè)量硬度范圍測(cè)量硬度范圍應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例CHRC金剛石圓錐147120-70淬火鋼、高硬度鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵BHRB1.588mm鋼球980.720-100低碳鋼、銅合金、鐵素體可鍛鑄鐵AHRA金剛石圓錐588.420-88硬質(zhì)合金、硬化薄鋼板、表面薄層硬化鋼優(yōu)缺點(diǎn)：（1）試驗(yàn)簡(jiǎn)單、方便、迅速；（2）壓痕小，可測(cè)成品，薄件； （3）數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，應(yīng)測(cè)三點(diǎn)取平均值（4）不

8、應(yīng)測(cè)組織不均勻材料，如鑄鐵。材料力學(xué)性能維氏硬度維氏硬度 在在200-350HBS之間，之間，HVHBS根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算硬度值。壓頭是兩相對(duì)面間夾角為136的金剛石四棱錐體。測(cè)量范圍 ：常用于測(cè)薄件、鍍層、化學(xué)熱處理后的表層等。優(yōu)缺點(diǎn)：（1）測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)用范圍廣（硬度從極軟到極硬）；（2）可測(cè)成品與薄件（3）試樣表面要求高，費(fèi)工。材料力學(xué)性能沖擊韌性沖擊韌性材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功試樣沖斷時(shí)所消耗的沖擊功Ak為為:Ak = m g H m g h (J)沖擊韌性沖擊韌性值值a k 就是試樣缺口處就是試樣缺口處單位截面單位截面積上所消耗的沖擊

9、功。積上所消耗的沖擊功。a k = Ak / S0 (J/cm)ak值低脆性材料： 斷裂時(shí)無(wú)明顯變形，金屬光澤，呈結(jié)晶狀。ak值高韌性材料： 明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無(wú)光澤。材料力學(xué)性能TitanicTitanic沉沒(méi)原因沉沒(méi)原因含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，沖擊試樣是典型的脆性斷口。近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當(dāng)好的韌性。一項(xiàng)新的科學(xué)研究回答了一項(xiàng)新的科學(xué)研究回答了80年未解之謎年未解之謎沖擊韌性沖擊韌性低溫脆性低溫脆性韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度不同碳含量鋼沖擊功與溫度關(guān)系不同碳含量鋼沖擊功與溫度關(guān)系材料力學(xué)性能含硫高的鋼現(xiàn)代船舶用鋼斷裂韌度斷裂韌度斷裂力學(xué)：在承認(rèn)機(jī)

10、件存在宏觀裂紋的前提下，建立了裂紋擴(kuò)展的各種新的力學(xué)參量，并提出了含裂紋體的斷裂判據(jù)和材料斷裂韌度。張開(kāi)型穿透裂紋無(wú)限大板的應(yīng)力分析應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K1NoImagea1YK Y裂紋強(qiáng)度系數(shù)斷裂韌度斷裂韌度K1CcccYKa1cc裂紋不會(huì)擴(kuò)展，安全裂紋擴(kuò)展，斷裂失效材料力學(xué)性能疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度疲勞現(xiàn)象： 金屬機(jī)件或構(gòu)件在變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，由于累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。80%的斷裂由疲勞造成的斷裂由疲勞造成疲勞特點(diǎn)： （1）疲勞是低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，斷裂應(yīng)力往往低于材料抗拉強(qiáng)度，甚至屈服強(qiáng)度； （2）疲勞是脆性突發(fā)性斷裂，斷裂前不會(huì)有明顯的變形征兆，危險(xiǎn)性大； （3）疲勞對(duì)缺

11、口、裂紋及組織缺陷十分敏感，具有高度的選擇性。材料力學(xué)性能疲勞極限-1 -1 ： 材料經(jīng)無(wú)數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應(yīng)力值。條件疲勞極限： 經(jīng)受107應(yīng)力循環(huán)而不致斷裂的最大應(yīng)力值。 鋼材疲勞強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式: -1 = (0.450.55)b或 -1 = 0.27(s+b） -1p = 0.23(s+b） 材料力學(xué)性能定義：定義：將固態(tài)金屬或合金通過(guò)加加熱、保溫?zé)帷⒈睾秃屠鋮s冷卻，使其內(nèi)部組織組織結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，獲得所需要性能需要性能的工藝。 目的：目的：一是改善材料工藝性能，確保后續(xù)加工順利進(jìn)行，這種熱處理稱(chēng)為預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理；二是提高材料使用性能，延長(zhǎng)零件使用壽命，這種熱處理

12、稱(chēng)為最終熱處理最終熱處理。分類(lèi)：分類(lèi)：普通熱處理普通熱處理（四火四火：退火、正火、淬火、回火：退火、正火、淬火、回火）表面熱處理表面熱處理 （表面淬火、化學(xué)熱處理表面淬火、化學(xué)熱處理）其他熱處理（其他熱處理（真空熱處理、形變熱處理等真空熱處理、形變熱處理等 ）熱處熱處理理鋼材熱處理工藝共析鋼共析鋼在在加熱時(shí)加熱時(shí)的組織的組織轉(zhuǎn)變（回顧）轉(zhuǎn)變（回顧）鋼材熱處理工藝珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程四步：珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程四步：（1）奧氏體形核；（2）奧氏體長(zhǎng)大；（3）剩余Fe3C溶解；（4）奧氏體均勻化。鋼鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?cè)诶鋮s時(shí)的組織轉(zhuǎn)變重要性重要性：決定了鋼熱處理后的組織和性能。同一種鋼，加熱溫

13、度和保溫時(shí)間相同，冷卻方法不同，熱處理后的性能截然不同。奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變：奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變：奧氏體在臨界點(diǎn)A1以上是穩(wěn)定穩(wěn)定相相，冷卻至A1以下就成了不穩(wěn)定相不穩(wěn)定相，要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。鋼材熱處理工藝?yán)鋮s方法b/Mpas/Mpa/%/%HRC隨爐冷卻51927232.5491518空氣冷卻657706333151845501824油中冷卻8826081820484050水中冷卻1078706781214526045鋼加熱到840，在不同冷卻條件下冷卻后的力學(xué)性能鋼材熱處理工藝共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立（金相硬度法）共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立（金相硬度法）也稱(chēng)也稱(chēng)“TTT曲線曲線”

14、（Time-Temperature-Transformation Curve）因形狀類(lèi)似因形狀類(lèi)似“C”，常稱(chēng)，常稱(chēng)“C曲線曲線”。 借助“C曲線”，可以了解奧氏體在不同的冷卻條件下轉(zhuǎn)變成何種組織以及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能，為正確制定和選擇熱處理工藝提供理論依據(jù)。鋼材熱處理工藝01時(shí)間/sT/M+AA1100200300400500600700800-100100101010102345AMsMf過(guò)冷冷A過(guò)冷冷AAMA下BAS轉(zhuǎn)變開(kāi)始轉(zhuǎn)變結(jié)束A上BATAPM下B上BTSP525HRC2535HRC3540HRC4050HRC5060HRC6065HRC共析鋼共析鋼C曲線及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物曲線及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物1 1）

15、珠光體型轉(zhuǎn)變（又稱(chēng)高溫轉(zhuǎn)變）珠光體型轉(zhuǎn)變（又稱(chēng)高溫轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度： A1550；轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：產(chǎn)物：珠光體珠光體 A1 6506500 0C C：珠光體：珠光體片層較粗，片層較粗， P P（珠光體珠光體- -pearlite ）6506500 0C C6006000 0C C：珠光體層片較細(xì)，：珠光體層片較細(xì)，S S（索氏體索氏體- - sorbite ）6006000 0C C5505500 0C C：珠光體層片極細(xì)，：珠光體層片極細(xì)，T T ( (屈氏體屈氏體troolstite） 珠光體的鐵素體和滲碳體層片粗細(xì)與轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。珠光體的鐵素體和滲碳體層片粗細(xì)與轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。溫度越低

16、，珠光體的層片越細(xì)。溫度越低，珠光體的層片越細(xì)。層片變細(xì)，強(qiáng)度硬度增加，層片變細(xì)，強(qiáng)度硬度增加，塑性韌性有所增加。塑性韌性有所增加。 鋼材熱處理工藝PST2 2）貝氏體型轉(zhuǎn)變（又稱(chēng)中溫轉(zhuǎn)變）貝氏體型轉(zhuǎn)變（又稱(chēng)中溫轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度： 550Ms（230）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：貝氏體貝氏體 B（bainite）-由過(guò)飽和由過(guò)飽和F和滲和滲碳體組成的混合物碳體組成的混合物。550350：上上貝氏體貝氏體（upper bainite ）（）（B上上）羽毛狀組織，強(qiáng)度與塑性都較低，脆性很高強(qiáng)度與塑性都較低，脆性很高。350 Ms：下下貝氏體貝氏體（lower bainite ）（）（ B下下）針片狀組

17、織，綜合性能好綜合性能好。鋼材熱處理工藝B上B下3 3）馬氏體轉(zhuǎn)變（又稱(chēng)低溫轉(zhuǎn)變）馬氏體轉(zhuǎn)變（又稱(chēng)低溫轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度：Ms（230C） Mf轉(zhuǎn) 變 產(chǎn) 物轉(zhuǎn) 變 產(chǎn) 物 ： 馬 氏 體 （ m a r t e n s i t e ）+A(residual austenite )馬氏體馬氏體：碳在-Fe中形成的過(guò)飽和固溶體過(guò)飽和固溶體，用M表示。 分類(lèi)分類(lèi)：低碳馬氏體低碳馬氏體（low carbon martensite ）：呈板條狀板條狀，具有較高的強(qiáng)度和塑韌性較高的強(qiáng)度和塑韌性。也稱(chēng)板也稱(chēng)板條條M（lath martensite ）。）。高碳馬氏體高碳馬氏體（high carbon

18、martensite ）：呈透鏡狀，片狀，中間有脊線。其強(qiáng)度很高，強(qiáng)度很高，但塑韌性差，脆性大但塑韌性差，脆性大。 低碳馬氏體低碳馬氏體高高碳碳馬馬氏氏體體鋼材熱處理工藝 FAP + FS + FTBM+AA3時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1MsMf亞共析鋼的亞共析鋼的C曲線曲線鋼材熱處理工藝P + Fe3CS + Fe3CT + Fe3CBM+A Fe3CAACM時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1MsMf 過(guò)共析鋼的過(guò)共析鋼的C曲線

19、曲線鋼材熱處理工藝過(guò)冷奧氏體連續(xù)過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變冷卻曲線（轉(zhuǎn)變冷卻曲線（CCT曲線曲線 ） (Continuous Cooling Transformation)Vc（上臨界冷卻速度上臨界冷卻速度）時(shí)間時(shí)間 t溫度溫度A1Pf（P轉(zhuǎn)變終了線）轉(zhuǎn)變終了線） Ps（P轉(zhuǎn)變開(kāi)始線）轉(zhuǎn)變開(kāi)始線）A+PK（P轉(zhuǎn)變中止線）轉(zhuǎn)變中止線）MsMf水冷水冷油冷油冷 Vc（下臨界冷卻速度下臨界冷卻速度）爐冷爐冷空冷空冷過(guò)冷過(guò)冷A區(qū)區(qū)產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)M+AM-1000230鋼材熱處理工藝P均勻均勻A細(xì)細(xì)AA1MSMf時(shí)間時(shí)間等溫退火等溫退火PP退火退火(爐冷爐冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+A等

20、溫淬火等溫淬火B(yǎng)下下M+A分級(jí)淬火分級(jí)淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)M回回150-250T回回350-500S回回500-650?PT+S回回ST+B下下+M+A用用C曲線定性說(shuō)明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物曲線定性說(shuō)明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物550600650鋼材熱處理工藝目的：目的：p細(xì)化晶粒；細(xì)化晶粒；p降低硬度，改善鋼的成形和切削加工性能降低硬度，改善鋼的成形和切削加工性能p消除內(nèi)應(yīng)力。消除內(nèi)應(yīng)力。退火退火（annealing ）分類(lèi)：分類(lèi)：按退火的目的和工藝特點(diǎn)可分為完全退火、不完全退火、等完全退火、不完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火等。定義定義：加熱緩冷P鋼鋼臨界溫

21、度以上或以下臨界溫度以上或以下鋼材熱處理工藝完全完全退火（退火（full annealing ）l適用范圍：適用范圍：亞共析鋼亞共析鋼 l加熱溫度：加熱溫度： Ac3+3050l目的目的：細(xì)化細(xì)化組織，降低硬度組織，降低硬度，改善改善切削切削加工性加工性, 消除消除內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力l室溫組織：室溫組織：F+PA AC3C3+30 +30 50 50 球球化退火（化退火（spheroidizing annealing ） p適用范圍：適用范圍：共析鋼和過(guò)共析鋼共析鋼和過(guò)共析鋼 p加熱溫度：加熱溫度： Ac1+2030p目的：目的：使使網(wǎng)狀或片狀網(wǎng)狀或片狀 Fe3C球化球化。 p組織：組織：球狀珠光體

22、球狀珠光體A AC1C1+20 +20 30 30 鋼材熱處理工藝等溫退火等溫退火(isothermal annealing )u工藝：加熱到工藝：加熱到Ac1+3050或或Ac3+3050，保溫后，保溫后，迅速，迅速冷卻至冷卻至Ar1以下以下某一位溫度，待某一位溫度，待A都變?yōu)槎甲優(yōu)镻類(lèi)類(lèi)組織，出爐空冷。組織，出爐空冷。u組織：組織：P類(lèi)類(lèi)u優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：退火時(shí)間短，組織均勻退火時(shí)間短，組織均勻。鋼材熱處理工藝去去應(yīng)力退火（應(yīng)力退火（relief annealing ）目的：目的：去除殘余應(yīng)力去除殘余應(yīng)力 加熱溫度：加熱溫度：T加熱加熱AC1（500600） 應(yīng)用：應(yīng)用：消除鑄件，鍛件，焊接件等

23、的消除鑄件，鍛件，焊接件等的殘余殘余內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力。 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火均勻均勻化退火（擴(kuò)散退火）化退火（擴(kuò)散退火）目的：目的：消除偏析；均勻成分、組織消除偏析；均勻成分、組織加熱溫度：加熱溫度： AC3150 250 組織：組織：亞共析鋼為亞共析鋼為P+F。應(yīng)用：應(yīng)用：主要用于主要用于質(zhì)量要求高的質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠合金鋼鑄錠、鑄件、鍛件。鑄件、鍛件。 鋼材熱處理工藝再結(jié)晶再結(jié)晶退火退火(recrystallization annealing)u工藝：工藝：加熱到加熱到Ac1以下以下50-150，或，或T再再+30-50，保溫，緩冷。，保溫，緩冷。u目的目的：消除加工硬化

24、，恢復(fù)鋼材的塑韌性。消除加工硬化，恢復(fù)鋼材的塑韌性。u應(yīng)用：應(yīng)用：冷加工后的工件消除加工硬化。如在鋼絲拉拔過(guò)程中，中間冷加工后的工件消除加工硬化。如在鋼絲拉拔過(guò)程中，中間進(jìn)行的退火。進(jìn)行的退火。 鋼材熱處理工藝目的：目的：低碳鋼：低碳鋼：提高硬度，利于切削。過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼：消除網(wǎng)狀二次滲碳體，利于P球化。中碳鋼和中碳低合金鋼中碳鋼和中碳低合金鋼：受力不大，性能要求不高可作為最終熱處理。F+PA+Fe3CP+Fe3CFP正火正火AccmAc33050正火正火（normalizing) 定義定義：將工件加熱到Ac3或或Accm以上以上3050，保溫后從爐中取出在空氣中空氣中冷卻冷卻的熱處理工藝。

25、鋼材熱處理工藝l退火與正火的選擇退火與正火的選擇1.1.從切削加工性方面考慮從切削加工性方面考慮 低碳鋼低碳鋼采用采用正火正火；中碳鋼中碳鋼用用退火、正火退火、正火都行；都行；過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼在消除在消除網(wǎng)網(wǎng)狀滲碳體狀滲碳體后采用后采用球化退火球化退火。 2.2.從使用性能方面考慮從使用性能方面考慮 一些一些受力不大受力不大的工件，的工件，性能性能要求要求不高不高，可用，可用正火正火作為最終熱處理；作為最終熱處理；形狀復(fù)雜形狀復(fù)雜、尺寸大尺寸大或或重要零件重要零件采用采用退火退火。3.3.從經(jīng)濟(jì)性方面考慮從經(jīng)濟(jì)性方面考慮 正火成本低，退火成本高正火成本低，退火成本高。在滿足鋼質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡

26、可能用在滿足鋼質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能用正火代替退火正火代替退火。 鋼材熱處理工藝淬火淬火(Quenching)定義：定義：目的：目的：獲得獲得M或或B下下組織，提高鋼的的硬度和耐磨性。組織，提高鋼的的硬度和耐磨性。淬火溫度淬火溫度的選擇的選擇p亞共析鋼：亞共析鋼：AC3+30 50 ；p共析鋼及過(guò)共析鋼：共析鋼及過(guò)共析鋼：AC1 +30 50 。 加熱加熱快冷快冷vkB區(qū)等溫區(qū)等溫MB下下鋼鋼A Ac3c3或或A Ac1c1以上以上A A化化鋼材熱處理工藝但到目前為止還沒(méi)有找到十分理想的冷卻介質(zhì)能符合這一理想的冷卻速度的要求。但到目前為止還沒(méi)有找到十分理想的冷卻介質(zhì)能符合這一理想的冷卻速度的要

27、求。 650以上，慢，減小熱應(yīng)力以上，慢，減小熱應(yīng)力650-400 ，快，避免，快，避免C曲線曲線400 以下，慢，減輕相變應(yīng)力以下，慢，減輕相變應(yīng)力時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf 淬火冷卻淬火冷卻是決定淬火質(zhì)量的是決定淬火質(zhì)量的關(guān)鍵關(guān)鍵，理想的冷卻速度應(yīng)是如圖所示，理想的冷卻速度應(yīng)是如圖所示的速度。的速度。 淬火淬火(Quenching)鋼材熱處理工藝常用常用的淬火介質(zhì)的淬火介質(zhì)( (quenching medium) )目前目前生產(chǎn)中常用的冷卻介質(zhì)有生產(chǎn)中常用的冷卻介質(zhì)有油、水、鹽水油、水、鹽水，其冷卻能力

28、依次增加。，其冷卻能力依次增加。 水：淬冷能力強(qiáng)，但工件表面有軟點(diǎn)，易變形開(kāi)裂。水：淬冷能力強(qiáng)，但工件表面有軟點(diǎn)，易變形開(kāi)裂。鹽水：淬冷能力更強(qiáng)，工件表面光潔、無(wú)軟點(diǎn)，但更易變形開(kāi)裂；鹽水：淬冷能力更強(qiáng)，工件表面光潔、無(wú)軟點(diǎn)，但更易變形開(kāi)裂；油油：淬冷能力弱，但工件不易變形開(kāi)裂淬冷能力弱，但工件不易變形開(kāi)裂常見(jiàn)常見(jiàn)的淬火冷卻方法的淬火冷卻方法( (quench cooling method) )鋼材熱處理工藝時(shí)間時(shí)間A1Ms12341單液淬火單液淬火2雙液淬火雙液淬火3分級(jí)淬火分級(jí)淬火4等溫淬火等溫淬火溫度溫度鋼鋼的淬透性（的淬透性（Hardenability of steel ）淬透性淬透性

29、（hardenability ） ：表示鋼在淬火后能獲得淬硬層的深度淬硬層的深度。淬硬淬硬（hardenability ）：）：表示鋼在淬火后能達(dá)到的最高硬度最高硬度。取決于WC的含量。C%淬硬性淬硬層深度淬硬層深度(depth of hardening zone )：表面到半M組織的距離。淬硬度層越深，淬透性越好。50%M表面表面心部心部淬硬層淬硬層淬透性淬透性的應(yīng)用的應(yīng)用 橫截面受力均勻的零件橫截面受力均勻的零件：選用淬透性高的鋼。選用淬透性高的鋼。橫截面受力不均勻的零件橫截面受力不均勻的零件：選用淬透性不必高的鋼。選用淬透性不必高的鋼。避免脆性斷裂的零件：避免脆性斷裂的零件：選用淬透性不

30、能高的鋼選用淬透性不能高的鋼。鋼材熱處理工藝回火回火(Tempering)定義：定義：回火回火的主要目的的主要目的p 消除內(nèi)應(yīng)力，降低脆性消除內(nèi)應(yīng)力，降低脆性p 穩(wěn)定組織和工件尺寸穩(wěn)定組織和工件尺寸p 降低硬度，提高塑性降低硬度，提高塑性加熱加熱淬火鋼淬火鋼Ac1以下保溫以下保溫冷卻冷卻室溫室溫注意：注意：未經(jīng)淬火的鋼回火無(wú)意義，而淬火鋼不回火在放置使用過(guò)未經(jīng)淬火的鋼回火無(wú)意義，而淬火鋼不回火在放置使用過(guò)程中易變形或開(kāi)裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。程中易變形或開(kāi)裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。鋼材熱處理工藝回火回火的組織和性能變化的組織和性能變化 淬火鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在淬火鋼回火時(shí)的組

31、織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱加熱階段。階段。隨加熱溫度升隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個(gè)階段變化。高，淬火鋼的組織發(fā)生四個(gè)階段變化。1.1.馬氏體的分解馬氏體的分解回火階段：回火階段： 100回火時(shí)，組織無(wú)變化；回火時(shí)，組織無(wú)變化；100-200100-200加熱時(shí)，馬氏體將發(fā)生分解。獲得組織：獲得組織：回火馬氏體回火馬氏體 M回回（過(guò)飽和過(guò)飽和固溶體）固溶體）。性能變化：性能變化：內(nèi)應(yīng)力逐漸減小內(nèi)應(yīng)力逐漸減小，性能基本不變。性能基本不變。2.2.殘余奧氏體分解殘余奧氏體分解回火階段：回火階段： 200-300。 A分解分解，轉(zhuǎn)變?yōu)?，轉(zhuǎn)變?yōu)锽下。下。獲得組織：獲得組織：M回回（Tempered M

32、artensite）表示表示性能變化：性能變化：應(yīng)力進(jìn)一步降低應(yīng)力進(jìn)一步降低，強(qiáng)度和硬度略有下降。，強(qiáng)度和硬度略有下降。鋼材熱處理工藝3.3.馬氏體分解完成和滲碳體的形成馬氏體分解完成和滲碳體的形成 回火階段：回火階段： 300-400。碳化物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的滲碳體。碳化物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的滲碳體。獲得組織：獲得組織：回火屈氏體，用回火屈氏體，用T回回（Tempered Troostite）表示表示 （F+極細(xì)粒狀極細(xì)粒狀Fe3C）。）。性能變化：性能變化：內(nèi)應(yīng)力基本消除，硬度下降，塑韌性增加。內(nèi)應(yīng)力基本消除，硬度下降，塑韌性增加。4.Fe4.Fe3 3C C聚集長(zhǎng)大和聚集長(zhǎng)大和固溶體的回復(fù)與再結(jié)晶固溶

33、體的回復(fù)與再結(jié)晶 回火階段：回火階段：400以上。以上。 相開(kāi)始回復(fù)，相開(kāi)始回復(fù)，500以上時(shí)發(fā)以上時(shí)發(fā) 生再結(jié)晶；生再結(jié)晶；獲得組織：獲得組織：回火索氏體，用回火索氏體，用S回回（Tempered Sorbite）表示表示 （F+細(xì)粒狀細(xì)粒狀Fe3C）。）。性能變化：性能變化：獲得良好的綜合性能。獲得良好的綜合性能。鋼材熱處理工藝鋼材回火后組織與力學(xué)性能鋼材回火后組織與力學(xué)性能鋼材熱處理工藝工藝工藝回火溫度回火溫度()回火后組織回火后組織回火后硬度回火后硬度(HRC)性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)用途用途低溫回火低溫回火 150150250250 M回回58586464硬度高，硬度高， 耐磨性高；耐磨性高

34、；脆性、脆性、 內(nèi)應(yīng)力降低內(nèi)應(yīng)力降低工具鋼、工具鋼、滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 、滲碳件等滲碳件等中溫回火中溫回火 250250500500T回回35355050 較高的彈性極限和較高的彈性極限和屈服極限，有一定的屈服極限，有一定的塑性和韌性塑性和韌性彈簧鋼、彈簧鋼、熱作模具熱作模具高溫回火高溫回火 500500600600S回回25253535良好的綜合性能良好的綜合性能重要結(jié)構(gòu)件重要結(jié)構(gòu)件回火時(shí)力學(xué)性能變化總的趨勢(shì)：回火時(shí)力學(xué)性能變化總的趨勢(shì)：隨回火溫度提高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，隨回火溫度提高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高塑性、韌性提高。表面表面熱處理（熱處理（Surface Heat Tre

35、atment ） 在生產(chǎn)中，有很多零件要求表面和心部具有在生產(chǎn)中，有很多零件要求表面和心部具有不同的性能，一般是不同的性能，一般是表面硬度高表面硬度高，有較高的耐磨，有較高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度；而性和疲勞強(qiáng)度；而心部心部要求有較好的要求有較好的塑性和韌性塑性和韌性。鋼材熱處理工藝 在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱處理方法，都有不能滿足其要求。通熱處理方法，都有不能滿足其要求。解決這解決這一問(wèn)題的方法是表面熱處理一問(wèn)題的方法是表面熱處理 。表面熱處理：表面熱處理：只對(duì)工件表層進(jìn)行熱處理以改變只對(duì)工件表層進(jìn)行熱處理以改變其組織和性能的熱處理工藝。其組織

36、和性能的熱處理工藝。分類(lèi)分類(lèi)：表面淬火表面淬火和和化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理。表面表面淬火淬火(surface quenching )方法：方法：感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火和和火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火。定義：定義：僅對(duì)工件表面進(jìn)行淬火（僅對(duì)工件表面進(jìn)行淬火（+回火）的熱處理工藝回火）的熱處理工藝目的目的：使工件表硬心韌。使工件表硬心韌。表面淬火用鋼：表面淬火用鋼：中碳結(jié)構(gòu)鋼（含碳量中碳結(jié)構(gòu)鋼（含碳量0.4-0.5）鋼材熱處理工藝感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱表面淬火表面淬火( (induction surface quenching) )基本原理基本原理：感應(yīng)圈通入交流電：感應(yīng)圈通入交流電 形成渦流

37、（集膚效應(yīng)）形成渦流（集膚效應(yīng)） 表層得表層得A 水冷得水冷得M。分類(lèi)：分類(lèi)：高頻感應(yīng)加熱高頻感應(yīng)加熱： 200300kHz，0.52.5mm；中頻感應(yīng)加熱中頻感應(yīng)加熱： 0.510kHz，210mm；工頻感應(yīng)加熱工頻感應(yīng)加熱： 50Hz，1020mm。規(guī)律規(guī)律：電流頻率越大，：電流頻率越大， 淬硬層深度越淺。淬硬層深度越淺。鋼材熱處理工藝火焰加熱火焰加熱表面淬火表面淬火(flame heating surface quenching)定義：定義：火焰加熱表面淬火是應(yīng)用氧火焰加熱表面淬火是應(yīng)用氧乙炔（或其它可燃?xì)怏w）火焰，乙炔（或其它可燃?xì)怏w）火焰，對(duì)零件表面加熱，然后快速冷卻的對(duì)零件表面加熱

38、，然后快速冷卻的淬火，淬火，淬硬層深度一般為淬硬層深度一般為2 26mm6mm。 應(yīng)用：應(yīng)用：適用于適用于單件、小批量生產(chǎn)。單件、小批量生產(chǎn)。鋼材熱處理工藝鋼鋼的化學(xué)熱處理（的化學(xué)熱處理（chemical heat treatment ）定義：定義：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層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。分類(lèi)：分類(lèi)：根據(jù)滲入的元素滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳（滲碳（carburizing ）、）、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鋁滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等基本過(guò)程：基本過(guò)程： 分解分解：使化學(xué)介質(zhì)在加熱保溫過(guò)程中分解出滲入元素的活性原子； 吸收吸收：活性原子被工件表面吸附，形成固溶體或特殊化合物；擴(kuò)散擴(kuò)散：滲入原子由工件表層向內(nèi)擴(kuò)散，形成具有一定深度的擴(kuò)散層，即滲層鋼材熱處理工藝鋼鋼的滲碳（的滲碳（Carburize of steel）定義：定義：鋼件鋼件 A狀態(tài) 使C滲入表層加熱富C介質(zhì)中保溫目的目的：提高工件表面的硬度和耐磨性：提高工件表面的硬度和耐磨性滲碳用鋼：滲碳用鋼：低碳鋼或者低碳合金鋼，如低碳鋼或者低碳合金鋼，如20，25介質(zhì)介質(zhì)：最常用的氣體（煤油、苯等：最常用