（中職）機械工程材料第三章 鋼的熱處理教學課件

1、（中職）機械工程材料第三章 鋼的熱處理ppt課件機械工程材料第三章 鋼的熱處理教學目標： 1、掌握鋼的熱處理的含義、分類、作用和工藝過程。 2、了解鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變以及鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變。 3、掌握主要的熱處理方法的工藝過程及在生產(chǎn)中的應用。 4、明確退火、正火、淬火、回火、的概念應用等，淬透性、淬硬性的含義。 5、了解感應加熱淬火及滲碳等熱處理工藝。 一、熱處理概念 把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中的加熱、保溫和冷卻，以改變其組織和性能的一種工藝。熱處理工藝都是由加熱、保溫和冷卻三個階段所組成的。機械工程材料機械工程材料專題一 鋼的熱處理 熱處理工藝過程可用“溫度時間”為坐標的曲線圖來表示，

2、如圖3-1所示，稱為熱處理工藝曲線。圖3-1 熱處理工藝曲線溫度/ 0C時間t0保溫臨界溫度線（A1）加熱冷卻機械工程材料二、鋼的熱處理種類 可分為整體熱處理、表面熱處理、化學熱處理和其他熱處理等四類。 4、其他熱處理包括：1、整體熱處理包括：退火、正火、淬火、 回火火焰淬火、感應加熱淬火、2、表面熱處理包括：滲碳、滲氮、碳氮共滲等、 3、化學熱處理包括：真空、可控氣氛、形變熱處理機械工程材料三、鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變圖3-2 鋼在加熱和冷卻時的臨界溫度奧氏體奧氏體+滲碳體奧氏體+鐵素體 珠光體珠光體+鐵素體珠光體+滲碳體Fe 0.77 2.11 C /% AccmAcmArcmAc3A3Ar3

3、Ar1 A1 Ac1EP0CGS 平衡時：A1、 A3、Acm 加熱時：Ac1、 Ac3、Accm 冷卻時：Ar1、Ar3、Arcm1、臨界溫度 各類鋼在加熱和冷卻時的臨界溫度如圖3-2所示。機械工程材料2、奧氏體的形成 Fe、C原子擴散和晶格改變的過程。 共析鋼加熱到Ac1 以上時，PA共析鋼A化過程 形核、長大、 Fe3 C完全溶解、C的均勻化，轉(zhuǎn)化示意圖如圖3-3所示。 亞（過）析鋼的A化 PA后，先共析F 或Fe3C溶解。 圖3-3 共析鋼奧氏體形成過程示意圖機械工程材料3、細化奧氏體晶粒組織 加熱時剛轉(zhuǎn)變的奧氏體晶粒往往是細小的，如果繼續(xù)升溫和延長保溫時間，奧氏體晶粒將會自發(fā)長大。奧

4、氏體晶粒的大小將直接影響到冷卻后的組織與性能。奧氏體晶粒越細，冷卻后的組織也越細，不僅強度、硬度高、而且塑性、韌性也好，因此控制奧氏體晶粒長大對鋼的熱處理顯得尤為重要。四、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變 1、過冷奧氏體 奧氏體在臨界點A1以上是穩(wěn)定相，冷卻至A1以下就變成了要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定相，這樣把在臨界溫度A1以下尚未發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體稱為過冷奧氏體。機械工程材料 2、等溫轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變是在臨界點以下某個溫度下等溫過程中發(fā)生的，就稱為過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變。 3、連續(xù)轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變在連續(xù)冷卻的過程中發(fā)生的就稱為過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)圖3-4 過冷奧氏體冷卻曲線變，圖3-4所示.鋼中過冷奧氏體

5、在冷卻過程中的轉(zhuǎn)變規(guī)律常用過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖來描述，該圖是表示轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與溫度、時間之間的關系曲線。機械工程材料四、共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線時間/S溫度/0C圖3-5 共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖MfMSA1MA11 10 102 103 104 105 106 7006005004003002001000-100APASAT AB上 AB下過渡區(qū)過冷奧氏體區(qū) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū) 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線是表示在不同溫度下過冷奧氏體轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時間關系的曲線，由于通常不需要了解某時刻轉(zhuǎn)變量的多少，而比較注重轉(zhuǎn)變的開始和結束時間，因此常常將這種曲線繪制成溫度時間曲線，簡稱“C”曲線，如圖3-5所示。機械工程材料(

6、1)高溫轉(zhuǎn)變（珠光體型轉(zhuǎn)變），A1 550 過冷A P 型組織 P 型組織 F +層片狀 Fe3C (層片間距：P S T)(a)珠光體 P 3800(b)索氏體 S 8000(c)屈氏體T 8000 圖3-6 珠光體型顯微組織珠光體P包括：珠光體 “P”如圖3-6 (a)所示索氏體 “P”如圖3-6 (b)所示屈氏體 “P”如圖3-6 (c)所示機械工程材料(2)中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體型轉(zhuǎn)變），550 MS 過冷A 貝氏體貝氏體B包括：上貝氏體 “B上”如圖3-7 (a)所示下貝氏體 “B下”如圖3-7 (b)所示(a)上貝氏體顯微組織 (b)下貝氏體顯微組織圖3-7 貝氏體顯微組織 機械工程材料

7、 (a)板條狀馬氏體顯微組織 (b)針狀馬氏體顯微組織 圖3-8 馬氏體顯微組織馬氏體( M )包括板條狀馬氏體 “M”如圖3-8 (a)所示針狀馬氏體“M”如圖3-8 (b)所示(3)低溫轉(zhuǎn)變(馬氏體型轉(zhuǎn)變)，MS Mf 過冷A 馬氏體( M ) 五、共析鋼過冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能機械工程材料轉(zhuǎn)變溫度范圍過冷度轉(zhuǎn)變產(chǎn)物符號組織形態(tài)層片間距硬度（HRC）A1650小珠光體P粗片狀約0.3m55表3-1共析鋼過冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能共析鋼過冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物、組織形態(tài)如表3-1所示。一、鋼的退火 機械工程材料專題二 普通熱處理 退火是將工件加熱到適當溫度，

8、保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般是隨爐冷卻）而獲得接近平衡組織的熱處理工藝。退火后的組織一般為珠光體組織。 1、退火的目的 （1）降低硬度，提高塑性，改善切削加工性和壓力加工性能。 （2）細化晶粒，均勻鋼的內(nèi)部組織及成分，改善鋼的性能或為以后的熱處理作準備。 （3）消除鋼中的殘余內(nèi)應力，以防止變形和開裂。根據(jù)鋼的成分和退火目的的不同，退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火和去應力退火等。機械工程材料退火分類加熱溫度冷卻方式主要目的適用范圍完全退火A3線以上300500C緩慢冷卻消除粗晶和不均勻組織亞共析鋼球化退火A1線以上200400C緩冷至600C空冷將片狀P變?yōu)榍驙頟過共析鋼等

9、溫退火A3線以上300500C快冷至A1線下保溫獲得均勻組織合金鋼高合金鋼擴散退火A3線以上15002500C緩慢冷卻消除偏析合金鋼、鑄錠鑄件去應力退火A1線以上60006500C緩慢冷卻消除殘余應力鑄、鍛、焊件2、退火的分類 如表3-2所示。表3-2 退火的分類、溫度、冷卻方式、目的、適用范圍機械工程材料3、退火的溫度范圍機械工程材料 二、鋼的正火淬火作用（空淬）高合金鋼消除網(wǎng)狀二次滲碳體、為球化退火和淬火做準備過共析鋼消除組織缺陷、保持硬度、為調(diào)質(zhì)做準備中碳鋼消除過熱組織、細化晶粒、改善切削性低碳鋼、低合金鋼正 火 主 要 目 的鋼 的 種 類 正火是將工件加熱到AC3或ACCm以上300

10、500C，奧氏體化后保溫適當?shù)臅r間，在空氣中冷卻的熱處理工藝。1、正火的目的 如表3-3所示。表3-3 正火的主要目的機械工程材料2、正火的溫度范圍機械工程材料三、鋼的淬火 淬火是將工件加熱奧氏體化后以適當方式冷卻獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。 1、淬火目的 目的是得到馬氏體或貝氏體組織，提高鋼的硬度和強度。馬氏體是一種硬度極高的組織，下貝氏體性能特點是硬度高，韌性好，具有優(yōu)良的綜合力學性能。所以淬火的目的是為了強化金屬，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。 淬火加熱溫度根據(jù)鋼的成分、組織和不同的性能要求來確定。一般加熱到相變點以上3050，要根據(jù)加熱時的鐵碳相圖來進行確定。 2、淬火加熱溫度的

11、依據(jù) 機械工程材料 3、淬火的溫度范圍機械工程材料 4、冷卻介質(zhì)鹽水、 水、 鹽浴、 油 5、冷卻速度 鹽水 水 鹽浴 油 6、淬火方法 單介質(zhì)淬火：水、油冷 雙介質(zhì)淬火：水冷 + 油冷 分級淬火： Ms鹽浴中均溫空冷 等溫淬火（ 在鹽、堿浴中） B下 7、淬火缺陷 （1）過熱與過燒 （2）氧化與脫碳 （3）硬度不足和軟點 （4）變形和開裂機械工程材料 8、淬透性與淬硬性 （1）淬透性 淬透性是指材料獲得淬硬層深度的能力，淬透性越好，淬硬層越厚。一般規(guī)定從工件表層深入到半馬氏體區(qū)(馬氏體與非馬氏體組織各占一半的地方易測定硬度)的深度為淬硬層深度。淬硬層越深，就表明鋼的淬透性越好，如果淬硬層深度

12、達到心部，則表明該鋼全部淬透。淬透性主要取決于鋼的化學成分和淬火冷卻方式。 （2）淬硬性 淬硬性是指鋼經(jīng)淬火后能獲得的最高硬度，主要取決于鋼中的碳含量，碳含量越高，獲得的硬度越高。淬透性好的鋼，它的淬硬性不一定高。如高碳工具鋼與低碳合金鋼相比，前者淬硬性高但淬透性低，后者淬硬性低但淬透性高。機械工程材料四、鋼的回火 回火是將淬火鋼重新加熱到低于7270C的某一溫度，保溫一定時間，然后空冷到室溫的熱處理工藝。 1、回火的目的 （1）消除殘余應力，防止變形和開裂； （2）調(diào)整工件硬度、強度、塑性和韌性，達到使用性能要求； （3）穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度； （4）改善和提高加工性能。 2、回火的種類

13、回火分為三種低溫回火、中溫回火、高溫回火 如表3-4所示。機械工程材料回火種類加熱溫度硬 度應用范圍低溫回火150-200CHRC60刃具、模具中溫回火350-500CHRC35-50彈簧高溫回火500-650CHRC20重要結構件表3-4 回火種類、加熱溫度、硬度及應用范圍 一般來說，隨回火溫度的升高，其強度、硬度下降，塑性、韌性提高，但在250 350之間其韌性會下降的現(xiàn)象，稱“回火脆性”。碳化物沿著馬氏體周圍析出，形成脆性薄殼，受力易裂紋。 3、回火脆性機械工程材料專題三 鋼的表面熱處理與化學熱處理圖3-9 感應加熱爐 表面淬火是僅對工件表面層進行的淬火。其目的是使工件表面具有高硬度、耐

14、磨性而心部具有足夠的強度和韌性。表面淬火一般包括感應淬火和火焰淬火等。一、表面淬火 1、感應淬火 感應淬火是利用感應電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應，使工件表面受到局部加熱，并進行快速冷卻的淬火工藝，感應加熱爐如圖3-9所示。感應加熱表面淬火如圖3-10 所示。機械工程材料圖3-10 感應加熱表面淬火示意圖高頻加熱：200KHZ300KHZ ；0.32.5mm,小件；軸；齒輪中頻加熱：1KHZ10KHZ；210mm；較大件，凸輪，曲軸工頻加熱：50HZ；硬度層 1020mm；應用大件機械工程材料圖3-11 火焰淬火示意圖表層加熱并快速冷卻的淬火工藝。火焰淬火示意圖，如圖3-11所示。 2、火焰淬火 火焰淬火是利用氧氣一乙炔火焰使工件的 特點：生產(chǎn)率高，加熱速度快；淬火后晶粒細、硬度高；加熱不氧化、不脫碳、不變形；有較高疲勞強度；缺點是設備投資大。應用大批量生產(chǎn)小件，齒輪等。 特點：操作簡單，效率低；表面層26mm，工作表面嚴重氧化，質(zhì)量難以控制。應用 單件、小批生產(chǎn)。機械工程材料最常用的方法有： 1、滲碳 是把低碳鋼工件放在滲碳介質(zhì)