機械工程材料課件(西安交大)3

第三章鋼的熱處理知識要點（1）過冷奧氏體的定義。（2）過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線，等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(chǎnwù)及其性能；等溫轉(zhuǎn)變曲線的應(yīng)用。（3）鋼的普通熱處理工藝及應(yīng)用。（4）鋼的表面熱處理工藝及應(yīng)用。(5)編寫典型零件（如軸、齒輪）的工藝路線。精品資料第一節(jié)鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)（一般了解）1復(fù)習(xí)“鋼在室溫下的組織”：亞共析鋼，共析鋼，過共析鋼的組織組成物。以共析鋼為例，了解鋼在加熱時（727°C以上）組織的轉(zhuǎn)變。（相圖上組織和相的轉(zhuǎn)變是可逆的。）影響(yǐngxiǎng)奧氏體晶粒大小的因素。Fe-Fe3C相圖精品資料一鋼在加熱(jiārè)時組織的轉(zhuǎn)變（以共析鋼為例）1共析鋼加熱到727°C（A1)以上(yǐshàng)，珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體。（四個階段）轉(zhuǎn)變步驟奧氏體形核奧氏體核長大殘余滲碳體溶解奧氏體成分均勻化(a)(b)(c)(d)精品資料二奧氏體晶粒大?。?）影響因素：加熱(jiārè)溫度和保溫時間。（2）鋼加熱(jiārè)時的缺陷：過熱；氧化；脫碳精品資料第二節(jié)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖（重點(zhòngdiǎn)內(nèi)容）知識要點過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及其性能(xìngnéng)；影響c曲線的因素應(yīng)用等溫轉(zhuǎn)變圖判斷鋼冷卻至室溫的組織精品資料過冷奧氏體定義(dìngyì)：把在727°C以下尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體稱為過冷奧氏體。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變是在臨界點以下某個恒溫下發(fā)生，就稱為過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變在連續(xù)(liánxù)冷卻的過程中發(fā)生，稱為過冷奧氏體的連續(xù)(liánxù)冷卻轉(zhuǎn)變。過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖（共析鋼）1等溫轉(zhuǎn)變圖的建立試驗測定精品資料2等溫轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)圖又稱TTT圖或者(huòzhě)C曲線轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終止線精品資料三、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)類型及其產(chǎn)物1、珠光體轉(zhuǎn)變（共析轉(zhuǎn)變A→P）發(fā)生溫度(wēndù)：7270C---5600C產(chǎn)物：珠光體7270C---6500C：珠光體片層較粗，P（珠光體）6500C---6000C：珠光體層片較細，S（索氏體）6000C--5600C：珠光體層片極細，T(托氏體)層片變細，強度硬度增加，塑性韌性有所增加。

珠光體的鐵素體和滲碳體層片粗細與轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。溫度越低，珠光體的層片越細。珠光體形成精品資料2、貝氏體轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)560--3500C:貝氏體呈羽毛狀，稱為(chēnɡwéi)上貝氏體，記為B上.350--Ms（2300C）：貝氏體呈針葉狀，稱之為下貝氏體，記為B下。（1）轉(zhuǎn)變溫度：560—Ms（2300C）（2）產(chǎn)物：貝氏體（3）貝氏體：由過飽和鐵素體和滲碳體組成的混合物。（4）貝氏體的形狀和性能：（與等溫溫度有關(guān)）上貝氏體形成過程與形貌下貝氏體形成過程與形貌特征精品資料（5)性能(xìngnéng)：上貝氏體的硬度高，塑性、韌性差，不用。下貝氏體高強度、硬度、塑性韌性較好，。工業(yè)中應(yīng)用于中碳鋼和中碳合金鋼制造的零件中。3馬氏體轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)（1）轉(zhuǎn)變溫度：Ms（230°C）－Mf（2）產(chǎn)物：馬氏體（3）馬氏體：碳在a--Fe中形成的過飽和鐵素體，具有體心正方結(jié)構(gòu)。

馬氏體形成示意圖精品資料（4）形貌(xínɡm(xù)ào)：低碳馬氏體：呈板條狀高碳馬氏體：呈透鏡狀，片狀，中間有脊線。馬氏體形貌(xínɡm(xù)ào)（5）性能特點：硬而脆，且隨Wc的增加而增加。

必須經(jīng)過回火才能使用?；鼗鸷螅焊咛捡R氏體具有高強度高硬度、高耐磨性。低碳馬氏體具有好的綜合性能。（6）應(yīng)用高碳馬氏體用于高硬度高耐磨性的零件，如車刀、銑刀等。低碳馬氏體用于綜合性能好的零件，如發(fā)動機連桿螺栓、缸蓋螺栓，石油鉆井的吊環(huán)、吊鉗等。

精品資料四影響C曲線(qūxiàn)的主要因素1含碳量含碳量合金元素等溫轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)圖合金元素除Co（鈷）元素外，其它合金元素溶入奧氏體后使C曲線右移。

C曲線的形狀C曲線距縱坐標的距離Ms、Mf的溫度影響精品資料五過冷奧氏體連續(xù)冷卻(lěngquè)轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)圖：又稱CCT曲線在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)過程中，亞共析鋼有貝氏體轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)，共析鋼和過共析鋼無貝氏體轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)。CCT曲線測定比TTT曲線困難。CCT曲線C曲線CCT曲線精品資料六c曲線的應(yīng)用

(用c曲線估計(gūjì)碳鋼連續(xù)冷卻至室溫得到的組織)A－PC曲線冷卻速度線APABAM精品資料第三節(jié)鋼的普通(pǔtōng)熱處理知識要點“四把火”（退火、正火、淬火、回火）的工藝過程；“四把火”對零件加工和使用(shǐyòng)的影響和作用。精品資料一普通(pǔtōng)熱處理的作用改善材料的切削加工性能；提高材料的力學(xué)性能，保證零件安全(ānquán)運行。退火和正火退火：采用爐冷，冷卻速度很低球狀珠光體完全退火球化退火去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火亞共析成分的碳鋼和合金鋼共析或過共析碳鋼和合金鋼分類精品資料2正火（采用空冷，冷卻(lěngquè)速度較快）目的低碳鋼：調(diào)整硬度（適當(dāng)增加硬度），利于切削；過共析鋼：消除網(wǎng)狀二次滲碳體，利于珠光體球化。中碳鋼：普通(pǔtōng)零件的最終熱處理；退火和正火的選擇（從以下三個方面考慮）提高切削加工性能性能成本精品資料三淬火(cuìhuǒ)和回火（最終熱處理）淬火（采用水冷、油冷，冷卻速度很大）目的：獲得(huòdé)馬氏體工藝：加熱－保溫－水冷（油冷）常用的淬火介質(zhì):水、鹽水、油鋼的淬透性（鋼的一種性能）（1）定義：鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。（2）淬透性的測定：臨界直徑法，頂端淬火法（3）影響淬透性的因素：合金元素，碳含量（4）選材與淬透性理想淬火介質(zhì)精品資料一般規(guī)律1）表面和心部力學(xué)性能一致的零件，即要求表面和心部組織一致；如螺栓、連桿、鍛模、錘桿（承受(chéngshòu)拉壓載荷）選用淬透性高的鋼；2）表面心部力學(xué)性能不一致（表面強度硬度要求高一些，心部塑性韌性要求高），組織可以不一致。如軸類零件，冷鐓模具、齒輪。選用淬透性低的鋼。3）焊接件：選用淬透性低的鋼。

精品資料3回火（與淬火(cuìhuǒ)配合）（1）定義：將淬火鋼重新加熱至A1（727C)溫度以下的某個溫度，保溫一定時間后冷卻至室溫的工藝操作。（2）目的：降低馬氏體的脆性，增加塑性韌性。穩(wěn)定組織(zǔzhī)。降低內(nèi)應(yīng)力。調(diào)整鋼的硬度。（3）回火的類型低溫回火溫度：150—2000C；得到的組織：M回（過飽和鐵素體+e碳化物）

精品資料性能：高硬度、高耐磨性，內(nèi)應(yīng)力、脆性降低。應(yīng)用：高碳鋼、高碳合金鋼制造的工具(gōngjù)和模具、滾動軸承；滲碳和表面淬火零件.(Wc>0.6%)中溫回火溫度：350—5000C；得到的組織：T回（針葉狀鐵素體+極細小顆粒滲碳體組成）性能：高強度、硬度，高的彈性(tánxìng)極限及屈服強度；具有一定的塑性、韌性；應(yīng)用：Wc=0.5—0.7%碳鋼、合金鋼制造的各種彈簧。精品資料高溫回火溫度：500-6500C，組織：S回（由等軸狀的鐵素體和球狀滲碳體組成）性能：具有適當(dāng)?shù)膹姸?、硬度和足夠的塑性、韌性（即良好綜合性能）。應(yīng)用：用于Wc為0.3—0.5%的中碳鋼和合金鋼制造(zhìzào)的軸、連桿、螺栓等。生產(chǎn)上將淬火和高溫回火稱為“調(diào)質(zhì)處理”。一般規(guī)律：隨回火溫度↑，強度、硬度(yìngdù)↓，塑性韌性↑?；鼗饻囟扰c力學(xué)性能精品資料第四節(jié)鋼的表面(biǎomiàn)熱處理知識要點表面(biǎomiàn)熱處理的目的、分類常用的表面(biǎomiàn)熱處理工藝了解表面(biǎomiàn)熱處理的典型零件精品資料一、基本概念目的：使零件(línɡjiàn)具有“表硬心韌”的性能特點。二、分類表面淬火表面化學(xué)熱處理表面淬火：表面與心部的成分一致，組織不一樣。1工藝：將工件表面快速加熱到奧氏體區(qū)，在熱量尚未達到(dádào)心部時立即迅速冷卻，使表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持原始組織的一種局部淬火方法。精品資料2分類火焰加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火激光加熱表面淬火

火焰(huǒyàn)加熱表面淬火材料(cáiliào)及典型零件中碳鋼（Wc0.4—0.5%）,如40、45鋼機床齒輪、軸等零件。常用的表面淬火方法淬硬層深度：2—6mm優(yōu)點：方法簡便；無需特殊設(shè)備；適用于單件、小批量生產(chǎn)零件；缺點：需要操作熟練，否則造成質(zhì)量不穩(wěn)定

精品資料應(yīng)用：軋鋼機齒輪(chǐlún)、軋輥；礦山機械齒輪(chǐlún)、軸；機床導(dǎo)軌、齒輪(chǐlún)；感應(yīng)加熱表面淬火淬硬層與頻率有關(guān)：0.2—2mm，高頻感應(yīng)加熱（100—1000KHZ）2---8mm，中頻感應(yīng)加熱（0.5—10KHZ）；〉10—15mm，工頻感應(yīng)加熱（50HZ）特點：淬火質(zhì)量好，表層(biǎocéng)組織細、硬度高、脆性小、生產(chǎn)效率高、便于自動化，缺點是設(shè)備昂貴，勞動條件差。精品資料激光加熱表面淬火工藝：將高功率密度的激光束照射到工件表面，使表面快速加熱到奧氏體區(qū)，依靠工件本身熱傳導(dǎo)迅速自冷而獲得一定淬硬層的工藝操作。硬化層：1—2mm應(yīng)用：汽車、拖拉機汽缸套、汽缸、活塞環(huán)、凸輪軸等零件；特點：淬火質(zhì)量好，組織(zǔzhī)超細化，硬度高、脆性極小、工件變形小、不需要回火、節(jié)約能源、無污染、效率高、便于自動化，但是設(shè)備昂貴。精品資料四、表面(biǎomiàn)化學(xué)熱處理（表層與心部的成分、組織都不同）1工藝:將工件置于某種化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱、保溫(bǎowēn)和冷卻使介質(zhì)中的某些元素滲入工件表層以改變工件表層的化學(xué)成分和組織，從而達到“表硬心韌”的性能特點。2

可滲的元素：滲碳、氮、碳氮共滲（C、N、C\N）滲硼、鉻(B、Cr）滲鋁、硅(Al、Si)滲硫(S)精品資料3滲碳（重點內(nèi)容）（1）常用(chánɡyònɡ)的材料：低碳鋼或者低碳合金鋼，如，20，25，（20CrMnTi）（用于汽車齒輪）（2）介質(zhì)：最常用的氣體（煤油(méiyóu)、苯、甲醇等高溫分解的混合氣體（CO,CH4C2H4等））具有活性碳原子（3）過程：吸附：活性碳原子吸附至工件表面擴散：碳原子向工件里層擴散。（4）溫度：在奧氏體區(qū)，900—9500C時間：根據(jù)滲層深度而定，約10小時左右，精品資料（5）熱處理：滲碳+淬火+低溫回火(huíhuǒ)組織表層：高碳回火(huíhuǒ)馬氏體+碳化物+A’組織心部：F+P或者M回（低碳）+F+A’典型零件工藝路線(lùxiàn)的制定1軸類零件（機床主軸）（1）分析工作條件：承受中等交變扭矩載荷、交變彎曲載荷或者是拉壓載荷；局部（軸頸、花鍵）承受摩擦和磨損。（2）失效形式：疲勞斷裂，軸頸處磨損（主要方式）；沖擊過載斷裂等（偶爾發(fā)生）精品資料（3）性能(xìngnéng)要求：高的疲勞強度；良好的綜合性能(xìngnéng)；局部高硬度；（4）中碳