第6章鋼的熱處理

1、第第6章章 鋼的熱處理鋼的熱處理 本章主要內(nèi)容n 鋼的加熱轉(zhuǎn)變n 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變n 鋼的退火與正火 n 鋼的淬火與回火 n 鋼的表面熱處理n 表面熱處理新技術(shù) 基本概念熱處理熱處理工藝的分類n普通熱處理n退火、正火、淬火、回火n表面熱處理n表面淬火、化學(xué)熱處理n其他熱處理n可控氣氛熱處理、真空熱處理、形變熱處理基本概念臨界點(diǎn)n加熱時(shí)nAc1、Ac3、Accmn冷卻時(shí)nAr1、Ar3、Arcm鋼的加熱轉(zhuǎn)變奧氏體的形成過程n 奧氏體晶核形成n 奧氏體晶核長(zhǎng)大n 剩余滲碳體溶解n 奧氏體均勻化鋼的加熱轉(zhuǎn)變奧氏體晶粒大小及其影響因素晶粒度的概念n 實(shí)際晶粒度n 起始晶粒度n 本質(zhì)晶粒度n把鋼加熱到930

2、10 保溫8小時(shí)冷卻后測(cè)得的 晶粒度稱為本質(zhì)晶粒度。鋼的冷卻轉(zhuǎn)變冷卻方式過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變n共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖C曲線n共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變規(guī)律鋼的冷卻轉(zhuǎn)變共析鋼等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和特性n珠光體類轉(zhuǎn)變(高溫轉(zhuǎn)變)n轉(zhuǎn)變溫度：A1-550n珠光體轉(zhuǎn)變是一種擴(kuò)散型相變（Fe、C）nA1-650 珠光體、650-600 索氏體 600-550 屈氏體（如圖示 3800）鋼的冷卻轉(zhuǎn)變片狀珠光體形片狀珠光體形成機(jī)制示意圖成機(jī)制示意圖鋼的冷卻轉(zhuǎn)變共析鋼等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和特性n貝氏體類轉(zhuǎn)變(中溫轉(zhuǎn)變)n 550-350 上貝氏體、 350-Ms 下貝氏體n貝氏體類轉(zhuǎn)變是一種半擴(kuò)散相變（C）n上

3、貝氏體形成示意圖鋼的冷卻轉(zhuǎn)變共析鋼等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和特性n下貝氏體形成示意圖n下貝氏體形組織如圖鋼的冷卻轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變(Ms-Mf) n馬氏體是碳在 - -FeFe中過飽和固溶體(間隙固溶體)。該轉(zhuǎn)變是無擴(kuò)散相變。 n馬氏體的形態(tài) n0.3時(shí)，基本上可獲得全部的時(shí)，基本上可獲得全部的板條馬氏體板條馬氏體 ；當(dāng)；當(dāng)含碳量含碳量大于大于1.0時(shí)，可獲得全部的時(shí)，可獲得全部的片狀片狀(針狀針狀)馬馬氏體氏體 ；而在；而在0.3-1.0之間時(shí)為之間時(shí)為板條馬氏體和板條馬氏體和片狀片狀(針狀針狀)馬氏體的混合組織馬氏體的混合組織。鋼的冷卻轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變(Ms-Mf)n馬氏體的性能 高硬度高硬度是馬氏體

4、的是馬氏體的力學(xué)性能的主要特力學(xué)性能的主要特點(diǎn)。馬氏體的硬度點(diǎn)。馬氏體的硬度主要受其含碳量的主要受其含碳量的影響，如圖影響，如圖6-17所所示。示。 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變(Ms-Mf)n馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)n馬氏體相變是非擴(kuò)散型相變；馬氏體相變是非擴(kuò)散型相變；n馬氏體形成速度極快馬氏體形成速度極快(10(10-7-7s)s)；n馬氏體轉(zhuǎn)變的不徹底性，總有一定的殘留奧氏體；馬氏體轉(zhuǎn)變的不徹底性，總有一定的殘留奧氏體；n馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)伴隨著體積的膨脹馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)伴隨著體積的膨脹。 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變亞共析鋼和過共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變 影響過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素 n碳含量碳含量n合金元素合金元素n加熱溫度和時(shí)間加

5、熱溫度和時(shí)間 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線CCT曲線nK 線線n轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變開始線n轉(zhuǎn)變終了線轉(zhuǎn)變終了線n臨界冷卻速度臨界冷卻速度鋼的退火與正火 退火n 1)退火的定義n 2)退火的目的：n改善鋼的鑄造、鍛造、焊接后粗大而不均改善鋼的鑄造、鍛造、焊接后粗大而不均勻的勻的 組織，從而改善力學(xué)性能；組織，從而改善力學(xué)性能；n降低硬度，提高塑性，從而改善切削加工降低硬度，提高塑性，從而改善切削加工和冷壓加工性能等的工藝性；和冷壓加工性能等的工藝性；n改善組織，消除成分不均勻性，消除內(nèi)應(yīng)改善組織，消除成分不均勻性，消除內(nèi)應(yīng)力，為零件的后續(xù)熱處理作組織準(zhǔn)備力，為零件的后續(xù)熱處

6、理作組織準(zhǔn)備。 鋼的退火與正火退火正火工藝規(guī)范鋼的退火與正火正火n正火的定義n正火的目的：n 作為最終熱處理，可以細(xì)化晶粒，使組織均勻作為最終熱處理，可以細(xì)化晶粒，使組織均勻化；減少亞共析鋼中鐵素體的含量，使珠光體數(shù)化；減少亞共析鋼中鐵素體的含量，使珠光體數(shù)量增多并細(xì)化。對(duì)于過共析鋼可消除網(wǎng)狀二次滲量增多并細(xì)化。對(duì)于過共析鋼可消除網(wǎng)狀二次滲碳體；碳體；n作為預(yù)先熱處理作為預(yù)先熱處理n改善切削加工性能，針對(duì)低碳鋼和低碳合金鋼退改善切削加工性能，針對(duì)低碳鋼和低碳合金鋼退火后硬度太低，不利于切削加工，通過正火適當(dāng)火后硬度太低，不利于切削加工，通過正火適當(dāng)提高硬度，可改善切削加工性能。提高硬度，可改善

7、切削加工性能。 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火 淬火工藝淬火加熱溫度n亞共析鋼為：亞共析鋼為：Ac330-50n過共析鋼為：過共析鋼為：Ac130-50 淬火加熱時(shí)間 n加熱時(shí)間受鋼件成分、尺寸和形狀、裝爐量、加熱時(shí)間受鋼件成分、尺寸和形狀、裝爐量、加熱爐類型、爐溫和加熱介質(zhì)等因素的影響。加熱爐類型、爐溫和加熱介質(zhì)等因素的影響。一般鋼的碳含量和合金元素含量越高，零件一般鋼的碳含量和合金元素含量越高，零件尺寸越大，淬火加熱時(shí)間越長(zhǎng)。尺寸越大，淬火加熱時(shí)間越長(zhǎng)。 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火淬火方法 淬火缺陷及其預(yù)防措施 鋼的淬透性鋼的淬透性 概念概念n淬透性、淬透層深度

8、和淬硬性淬透性、淬透層深度和淬硬性n淬透性：表征鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。淬透性：表征鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。n淬硬性：淬火后獲得的馬氏體的最高硬度。淬硬性：淬火后獲得的馬氏體的最高硬度。n淬透層深度：實(shí)際工件在具體條件下淬火后表層到淬透層深度：實(shí)際工件在具體條件下淬火后表層到半馬氏體層的厚度。半馬氏體層的厚度。影響淬透性的因素影響淬透性的因素 n碳含量、合金元素、奧氏體化溫度碳含量、合金元素、奧氏體化溫度淬透性的測(cè)定與淬透性曲線淬透性的測(cè)定與淬透性曲線n端淬實(shí)驗(yàn)法、臨界直徑法端淬實(shí)驗(yàn)法、臨界直徑法淬透性的應(yīng)用淬透性的應(yīng)用鋼的淬透性鋼的淬透性鋼的淬透性鋼的淬透性鋼的回火鋼的回火 回火的定義回

9、火的目的n 獲得所要求的力學(xué)性能獲得所要求的力學(xué)性能n 穩(wěn)定組織和尺寸穩(wěn)定組織和尺寸n 消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變n馬氏體分解馬氏體分解 主要發(fā)生在主要發(fā)生在100-200， 一直進(jìn)行到一直進(jìn)行到350n殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變 主要發(fā)生在主要發(fā)生在200-300n 碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟镛D(zhuǎn)變?yōu)镕e3C 主要發(fā)生在主要發(fā)生在250-400n滲碳體的聚集長(zhǎng)大及滲碳體的聚集長(zhǎng)大及 相再結(jié)晶相再結(jié)晶 400以上以上 鋼的回火鋼的回火鋼回火時(shí)的性能變化n硬度變化硬度變化n強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度與塑性的變化的變化 硬度變化n各種鋼在各種鋼在200；以下回火時(shí)，硬度變化不大，保；以下回火時(shí)，硬度變

10、化不大，保持淬火馬氏體的高硬度。持淬火馬氏體的高硬度。200-300；回火后，由；回火后，由于馬氏體分解造成的硬度降低已由殘余奧氏體轉(zhuǎn)變于馬氏體分解造成的硬度降低已由殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w帶來的硬度升高所補(bǔ)償，所以硬度的降為下貝氏體帶來的硬度升高所補(bǔ)償，所以硬度的降低不大。對(duì)于高碳鋼，因?yàn)榇慊鸷髿堄鄪W氏體量較低不大。對(duì)于高碳鋼，因?yàn)榇慊鸷髿堄鄪W氏體量較多，回火后有時(shí)還可使硬度略有提高?；鼗饻囟壤^多，回火后有時(shí)還可使硬度略有提高?；鼗饻囟壤^續(xù)升高，鋼的硬度很快下降。對(duì)于碳鋼，回火溫度續(xù)升高，鋼的硬度很快下降。對(duì)于碳鋼，回火溫度每升高每升高100，硬度約下降，硬度約下降HRCl0。強(qiáng)度與塑性的變

11、化n40鋼的機(jī)械性能隨回火溫度變化的規(guī)律如圖鋼的機(jī)械性能隨回火溫度變化的規(guī)律如圖6-35所所示。強(qiáng)度隨回火溫度升高而降低，塑性隨回火溫度示。強(qiáng)度隨回火溫度升高而降低，塑性隨回火溫度升高而升高，但超過升高而升高，但超過650時(shí)反而降低。這是由于時(shí)反而降低。這是由于回火溫度增高，馬氏體中的碳不斷析出，位錯(cuò)密度回火溫度增高，馬氏體中的碳不斷析出，位錯(cuò)密度下降，內(nèi)應(yīng)力減小以及粒狀滲碳體粗化等原因。回下降，內(nèi)應(yīng)力減小以及粒狀滲碳體粗化等原因?；鼗饻囟却笥诨饻囟却笥?50時(shí)，由于組織過分粗化而使塑性時(shí)，由于組織過分粗化而使塑性下降下降。 回火的分類回火的分類 低溫回火n150-250 回火馬氏體中溫回火n

12、350-500 回火屈氏體高溫回火n500-650 回火索氏體回火脆性在250-400和450-650兩個(gè)區(qū)間存在沖擊韌性明顯下降的脆化現(xiàn)象，稱為鋼的回火脆性。n淬火鋼在淬火鋼在250350回火時(shí)出現(xiàn)的脆性稱為低溫回火回火時(shí)出現(xiàn)的脆性稱為低溫回火脆性，也稱第一類回火脆性。幾乎所有淬火后形成馬脆性，也稱第一類回火脆性。幾乎所有淬火后形成馬氏體的鋼在該溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，都程度不同地產(chǎn)生氏體的鋼在該溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，都程度不同地產(chǎn)生這種脆性。目前尚無有效辦法完全消除這類回火脆性，這種脆性。目前尚無有效辦法完全消除這類回火脆性，所以一般都不在所以一般都不在250350范圍內(nèi)進(jìn)行回火。范圍內(nèi)進(jìn)行回火。

13、n 淬火鋼在淬火鋼在500650范圍內(nèi)回火后出現(xiàn)的脆性稱為高范圍內(nèi)回火后出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性，又稱第二類回火脆性。這類回火脆性主溫回火脆性，又稱第二類回火脆性。這類回火脆性主要發(fā)生在含要發(fā)生在含Cr、Ni、Si、Mn等合金元素的結(jié)構(gòu)鋼中。等合金元素的結(jié)構(gòu)鋼中。當(dāng)淬火鋼在上述溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間保溫或以緩慢的速當(dāng)淬火鋼在上述溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間保溫或以緩慢的速度冷卻時(shí)，便發(fā)生明顯的脆化現(xiàn)象。但快速冷卻時(shí)，度冷卻時(shí)，便發(fā)生明顯的脆化現(xiàn)象。但快速冷卻時(shí)，脆化現(xiàn)象消失或受到抑制。脆化現(xiàn)象消失或受到抑制。 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理 鋼的表面淬火鋼的表面淬火 n 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火 的原理

14、和工藝的原理和工藝高頻表面淬火的組織和性能高頻表面淬火的組織和性能特點(diǎn)特點(diǎn)n加熱時(shí)有很大的過熱度加熱時(shí)有很大的過熱度n淬火后鋼件表層造成較大的壓淬火后鋼件表層造成較大的壓應(yīng)力應(yīng)力n加熱速度快，表面無氧化脫碳加熱速度快，表面無氧化脫碳n加熱溫度和淬硬層厚度容易控加熱溫度和淬硬層厚度容易控制。制。感應(yīng)加熱表面淬火的應(yīng)用感應(yīng)加熱表面淬火的應(yīng)用 鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理 滲碳n氣體滲碳?xì)怏w滲碳n固體滲碳固體滲碳n滲碳后的熱處理滲碳后的熱處理 鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理氮化n氮化方法氮化方法n氮化工藝氮化工藝n氮 化 件 的氮 化 件 的組 織 和 性組 織 和 性能能

15、n氮化的應(yīng)氮化的應(yīng)用用 表面熱處理新技術(shù)表面熱處理新技術(shù) 激光加熱表面熱處理n激光加熱表面淬火是利用高功率密度的激光束掃描工件表面，將其迅速加熱到鋼的相變點(diǎn)以上，然后依靠零件本身的傳熱，來實(shí)現(xiàn)快速冷卻淬火的表面熱處理工藝。離子氮化n離子氮化是將零件放在真空容器(離子氮化爐)內(nèi)，并將零件接在陰極，將容器壁接于陽極。氮化時(shí)向真空容器內(nèi)通入含氮?dú)怏w(例如NH3)，保持真空壓強(qiáng)1.3-13Pa，并在陰極、陽極間加400-800V的直流電壓。在電場(chǎng)作用下，稀薄氣體被擊空而發(fā)生輝光，氣體被電離成N、H的正離子和電子。正離子高速地沖擊陰極的工件表面，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能，使工件表面加熱到氮化溫度。氮的正離子在陰極(零件)奪取電子還原成氮原子，并被工件吸收、滲入零件表面，形成氮化層。 表面熱處理新技術(shù)表面熱處理新技術(shù)