熱處理四把火基礎(chǔ)與總結(jié)課件

第一節(jié)概述一、熱處理的定義時間溫度保溫鋼的熱處理加熱冷卻熱處理工藝曲線組織性能緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/20231第一節(jié)概述一、熱處理的定義時二、熱處理的應(yīng)用范圍三、熱處理的分類熱處理

普通熱處理

表面熱處理淬火回火表面淬火

化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火滲碳滲氮碳氮共滲等鋼的熱處理1機床工業(yè)中占總量的60～70％，汽、拖工業(yè)占70～80％2各種工具制造業(yè)達到100％退火正火緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/20232二、熱處理的應(yīng)用范圍三、熱處理的分類熱處理普通表面淬Ac3A3鋼的熱處理為了使鋼件在熱處理后獲得所需的性能，對于大多數(shù)熱處理工藝，都要將鋼件加熱到高于臨界點的溫度，以獲得全部（或部分）奧氏體組織并使之均勻化，這個過程稱為“奧氏體化”。第二節(jié)鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變一、轉(zhuǎn)變溫度(transformationtemperature)AcmArcmAccmA1Ar1Ac1Ar3A+FA+Fe3CSG727℃AKPQFeF+Fe3C4.30.772.116.69Fe3CFC%→E緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/20233Ac3A3鋼的熱處理為了使鋼件在熱處理后獲得所需的性晶界相界形核理論鋼的熱處理二、奧氏體的形成顯然，奧氏體的形成必須進行晶格的改組和鐵、碳原子的擴散。其基本過程是通過以下四個階段來完成的。1基本過程(共析碳鋼)A晶核形成A晶粒長大殘余Fe3C溶解A成分均勻化Fe3CFA問題？1)

擴散型的轉(zhuǎn)變2)是通過形核和長大過程來實現(xiàn)的緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/20234晶界相界鋼的熱處理二、奧氏體的形成顯然，奧氏體的形成鋼的熱處理2影響奧氏體形成的因素形核（處所）、長大（D）兩個點1）加熱溫度

T↑→D↑→↑A的形成速度2）加熱速度

V加熱↑→A形成時間↓→↑A的形成速度3）原始組織

鋼中的原始組織細↓→相界面↑→A形成速度↑4）合金元素

Me%(除Co、Ni等外)

→↓D→↓奧氏體形成速度緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/20235鋼的熱處理2影響奧氏體形成的因素形核（處所）、長大（D鋼的熱處理三、奧氏體晶粒度及對力學(xué)性能的影響1奧氏體晶粒度1)起始晶粒度珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏體時的晶粒大小2）實際晶粒度具體的熱處理加熱條件下所獲得的奧氏體晶粒的大小在規(guī)定的加熱條件下奧氏體晶粒長大傾向性的高低3）本質(zhì)晶粒度930±10℃3～8小時1～4本質(zhì)粗晶粒鋼5～8本質(zhì)細晶粒鋼評級標準緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/20236鋼的熱處理三、奧氏體晶粒度及對力學(xué)性能的影響1奧氏體晶粒度鋼的熱處理鋼的本質(zhì)晶粒度示意圖緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/20237鋼的熱處理鋼的本質(zhì)晶粒度示意圖緒論第二章第三章第四章第鋼的熱處理2奧氏體晶粒大小鋼的性能影響1）奧氏體晶粒均勻細小,熱處理后鋼的力學(xué)性能提高2）粗大的奧氏體晶粒（過熱）在淬火時容易引起工件產(chǎn)生較大的變形甚至開裂熱處理的前提條件細小的A性能提高嚴格控制T、τ細小的產(chǎn)物緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/20238鋼的熱處理2奧氏體晶粒大小鋼的性能影響1）奧氏體晶粒均勻細鋼的熱處理一、鋼在熱處理時的冷卻方式保溫時間溫度臨界溫度連續(xù)冷卻等溫冷卻第三節(jié)鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變加熱加熱轉(zhuǎn)變A緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/20239鋼的熱處理一、鋼在熱處理時的冷卻方式保溫時間溫度臨界溫度連續(xù)鋼的熱處理二、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變1過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線(TTT)的建立A1溫度時間(s)3001021031041010800-1001005007000共析鋼的C曲線A緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202310鋼的熱處理二、過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變1過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)2共析鋼的C曲線分析1）圖形分析MsMfA1溫度時間(s)3001021031041010800-1001005007000A230550-50轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線過冷奧氏體區(qū)轉(zhuǎn)變進行區(qū)（2）過冷A體的孕育期（穩(wěn)定性）（3）等溫溫度不同，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也不同（1）點、線、區(qū)高溫轉(zhuǎn)變區(qū)擴散型轉(zhuǎn)變P轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變區(qū)半擴散型轉(zhuǎn)變貝氏體(B)轉(zhuǎn)變

低溫轉(zhuǎn)變區(qū)非擴散型轉(zhuǎn)變馬氏體(M)轉(zhuǎn)變8/18/202311轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)2共析鋼的C曲線分析1）圖形分析MsMfA1溫2）過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)MsMfA1溫度時間(s)3001021031041010800-1001005007000A230550-50轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線過冷奧氏體區(qū)轉(zhuǎn)變進行區(qū)珠光體型轉(zhuǎn)變（F+Fe3C)珠光體P5-25HRC<500X索氏體

S25-35HRC1000X屈氏體

T35-40HRC電鏡貝氏體型轉(zhuǎn)變（非平衡C%的F+碳化物）馬氏體型轉(zhuǎn)變（C在α-Fe中的過飽和固溶體)上貝氏體

B上35-45HRC下貝氏體

B下50-60HRC8/18/2023122）過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)MsMfA1溫度時間鋼的熱處理（1）M體的轉(zhuǎn)變特點①在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成②轉(zhuǎn)變速度極快,即瞬間形核與長大③非擴散轉(zhuǎn)變，M與原A的成分相同，比容最大（4）M體的性能A中C%HRCM中C%1.0507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.9硬度(HRC)M中C%→④轉(zhuǎn)變不完全性，存在殘余A

緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章（2）M體的晶體結(jié)構(gòu)（3）M體的組織形態(tài)8/18/202313鋼的熱處理（1）M體的轉(zhuǎn)變特點①在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完P(guān)型+FP型+FMsMfA1溫度時間(s)3001021031041010800-1001005007000AAcm過共析鋼的C曲線A→Fe3CⅡA→PA→FA→Fe3CⅡP型+Fe3CⅡ先共析線與共析鋼C曲線的區(qū)別A→FA→P溫度亞共析鋼的C曲線MsMfA1時間(s)3001021031041010800-1001005007000AA38/18/202314P型+FP型+FMsMfA1溫度時間(s)3001021033、影響C曲線的因素1）A體中的化學(xué)成分亞：C%↑→過冷A體穩(wěn)定性↑→孕育期↑→C曲線右移過：C%↑→過冷A體穩(wěn)定性↓→孕育期↓→C曲線左移共：C曲線最右→過冷A體最穩(wěn)定，在C鼻部也僅1秒。（2）A體中Me%除CO、AL外，Me使過冷A體穩(wěn)定性↑↑→C曲線右移↑合金鋼的C曲線會變形（1）A體中C%2）A體的狀態(tài)（2）第二相↑→利于過冷A體轉(zhuǎn)變→穩(wěn)定性↓→C曲線左移鋼的熱處理（1）T↑、τ↑→A體成份均勻性↑，晶?！Ы缑娣e↓→不利于過冷A體轉(zhuǎn)變→穩(wěn)定性↑→C曲線右移緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/2023153、影響C曲線的因素1）A體中的化學(xué)成分亞：C%↑→過冷A體鋼的熱處理三、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT曲線）過冷A體的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線一般很難建立（因為時間，溫度總在變化，轉(zhuǎn)變點不易測出來，所以通常用等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）來定性說明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的情況。A1A溫度時間(s)3001021031041010800-1001005007000共析鋼PsPfK無貝氏體轉(zhuǎn)變?。?！緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202316鋼的熱處理三、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT曲線）過冷A體P型M+A’MsMfA1溫度時間(s)3001021031041010800-1001005007000AM+A’+P鋼的熱處理四、過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線的應(yīng)用VkV1=5.5℃/s爐冷P1可估計臨界冷卻速度VK的大?。ǐ@得M體的最小冷速）2冷速→產(chǎn)物→性能，（轉(zhuǎn)變產(chǎn)物由冷卻曲線與C曲線相交的位置決定）。3為制定HT工藝提供了依據(jù)退火V2=20℃/s空冷S正火V3=33℃/s油淬T+M+A’V4≥138℃/s水淬M+A’V1V2V3V4一定的材料和HT條件→具有一定的Vk材料一定，HT條件不同→Vk不同不同的材料Vk不同緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202317P型M+A’MsMfA1溫度時間(s)30010210310鋼的熱處理第四節(jié)鋼的熱處理工藝HT工藝是以原理為基礎(chǔ)，具體的制定：（1）加熱溫度（2）保溫時間（3）冷卻方式（介質(zhì)選定）等參數(shù)HT工藝作為機械加工過程中的一個環(huán)節(jié)，其作用不外乎兩點。

改善材料的加工工藝性提高機件的耐用度（性能）零件要獲得所需的性能相應(yīng)的組織加熱冷卻熱處理工藝緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202318鋼的熱處理第四節(jié)鋼的熱處理工藝HT工藝是以原理為基礎(chǔ)，具鋼的熱處理一、普通熱處理預(yù)備熱處理:退火正火最終熱處理:淬火回火一般零件的加工工藝路線:預(yù)備熱處理的目的：（1）獲設(shè)細小均勻的組織、消除內(nèi)應(yīng)力（2）調(diào)整硬度，便于機加工（HB170-250）（3）為最終HT做好組織準備預(yù)備熱處理機械粗加工最終熱處理機械精加工鍛造鑄造毛坯緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202319鋼的熱處理一、普通熱處理預(yù)備熱處理:退火正火最終鋼的熱處理根據(jù)鋼的成份和退火目的不同，其工藝可分為：1）完全退火（完全奧氏體化）適用：亞共成份的碳鋼、合金鋼加熱溫度：AC3+（20～40）℃加熱時間：十幾小時～幾十個小時冷卻方式：隨爐冷至500℃左右出爐空冷組織：F+P2）球化退火（不完全奧氏體化）適用：共、過共析成份的碳鋼；合金鋼加熱溫度：AC1+（20～40）℃加熱時間、冷卻方式同上目的:↓HRC、改善切削加工藝，為最終HT做準備組織：球狀P（F+Fe3C球）3）去應(yīng)力退火（A1以下組織不變）適用：消除鑄、鍛、焊件及機加工后的內(nèi)應(yīng)力1鋼的退火(Annealingofsteel)緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202320鋼的熱處理根據(jù)鋼的成份和退火目的不同，其工藝可分為：1）完全鋼的熱處理（1）消除熱加工造成的過熱缺陷，細化組織使之正?；?）作為低碳鋼的預(yù)備HT，↑HB便于機加工（3）代替調(diào)質(zhì)↓成本（4）為消除較大完整的Fe3C網(wǎng)狀，可用正火。（5）對普通結(jié)構(gòu)件，可作最終HT。1）正火是退火的特例將鋼加熱到Ac3或Accm以（30～50C）完全A體化，然后在空氣中冷卻的一種工藝（?；?）組織S+F(C＜0.6%)S(C=0.6～1.4%)偽共析轉(zhuǎn)變（非共析成分得到完全共析體）正火的△T↑→組織中的P%↑且細（索氏體）→HB↑3）適用范圍：碳鋼及低中合金鋼4）目的及應(yīng)用：2鋼的正火(Normalizingofsteel)緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202321鋼的熱處理（1）消除熱加工造成的過熱缺陷，細化組織使之正常化擴散退火去應(yīng)力退火鋼的熱處理各種退火（正火）的加熱溫度范圍完全退火球化退火正火1.4110010009008007006005000.20.40.60.81.01.2溫度℃C%→AF+Fe3C緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202322擴散退火去應(yīng)力退火鋼的熱處理各種退火（正火）的加熱溫度范圍完鋼的熱處理三個判據(jù)1實際生產(chǎn)中退火與正火的選擇鋼的含碳量C%<0.50.5～0.77≥0.77HT工藝正火完全退火球化退火組織F+SF+PP球2正火組織判斷鋼的含碳量C%<0.6≥0.6組織F+SS3組織中是否有殘余奧氏體A中含碳量C%<0.5≥0.5殘余奧氏體無有緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202323鋼的熱處理三個判據(jù)1實際生產(chǎn)中退火與正火的選擇鋼的含碳量C把零件加溫到臨界溫度以上30～50℃，保溫一段時間，然后快速冷卻（水、油冷）的一種工藝。鋼的熱處理3鋼的淬火（Quenchingofsteel）實質(zhì)：過冷A體→M體1）工藝參數(shù)鋼種加熱溫度組織亞共析鋼Ac3+（30-50）℃A共析鋼Ac1+（30-50）℃A過共析鋼Ac1+（30-50）℃A+Fe3C球（1）淬火加熱溫度（2）保溫時間、冷卻方式碳鋼水冷合金鋼油冷D工件有效厚度mm緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202324把零件加溫到臨界溫度以上30～50℃，保溫一段時間，然后鋼的熱處理2）淬火冷卻組織鋼種加熱溫度加熱組織淬火組織亞共析＜0.5C%Ac3+(30～50)℃AM亞共析≥0.5C%Ac3+(30～50)℃AM+A’共析鋼Ac1+(30～50)℃AM+A’過共析鋼Ac1+(30～50)℃A+Fe3C球M+A’+Fe3C球3）淬火缺陷（1）變形開裂組織應(yīng)力A→M→體積↑所致熱應(yīng)力≥Vk冷速大→熱脹冷縮不均勻解決的途徑（2）硬度不足、軟點淬透性淬火方法冷卻介質(zhì)緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202325鋼的熱處理2）淬火冷卻組織鋼種加熱溫鋼的熱處理4）兩個概念（1）鋼的淬硬性(Hardeningofsteel)是指鋼在淬火后所能達到的最高硬度的能力主要取決于馬氏體的含碳量（2）鋼的淬透性(Hardenabilityofsteel)是指鋼在淬火時所能得到的淬硬層(M50%+非M50%的組織處)厚度的能力淬透性↑→淬硬層厚度↑鋼種淬硬性淬透性T12高差20CrMnTi低好緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202326鋼的熱處理4）兩個概念（1）鋼的淬硬性(Hardenin鋼的熱處理①淬透性分析假定：鋼種、尺寸、冷卻介質(zhì)一定，在某種HT加熱條件下溫度A1時間VkV表V心Ms冷速↑VkM體區(qū)非M體區(qū)變動：改變加熱條件，↑過冷A體穩(wěn)定性→C曲線右移→Vk↓Vk全淬透未淬透緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202327鋼的熱處理①淬透性分析假定：鋼種、尺寸、冷卻介質(zhì)一定，在某鋼的熱處理②影響淬透性的因素HT生產(chǎn)中一般碳鋼用水淬，合金鋼用油淬主要取決于VK

的大小過冷A穩(wěn)定性↑→孕育期↑→C曲線右移→

VK↓→淬透性↑T↑τ↑→A體均勻↑晶?！鶦曲線右移↑→Vk↓→淬透性↑化學(xué)成分合金鋼比碳鋼的淬透性好大多Me→A→穩(wěn)定性↑→C曲線右移↑↑→Vk↓→淬透性↑水淬合金鋼Φk～

200mm碳鋼Φk＜20mm加熱溫度、保溫時間緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202328鋼的熱處理②影響淬透性的因素HT生產(chǎn)中一般碳鋼用水淬全淬透鋼的熱處理③淬透性對鋼的力學(xué)性能的影響例如：做兩個材料不同，尺寸形狀相同，HT條件相同的試驗45鋼調(diào)質(zhì)40Cr鋼調(diào)質(zhì)表面中心表面表面中心表面HBHB④提高淬透性的意義使零件整個截面性能均勻一致使淬火速度降低→零件變形、開裂的傾向↓緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202329全淬透鋼的熱處理③淬透性對鋼的力學(xué)性能的影響例如：做兩個材料鋼的熱處理4鋼的回火(Temperingofsteel)1）回火的目的

（1）↓脆性、↓內(nèi)應(yīng)力（2）穩(wěn)定零件尺寸（3）獲得所需要組織和性能淬火后緊接著（<0.5Hr）一個工序→回火1～3Hr加熱保溫空（油）冷溫度A1時間Ms淬火變形開裂淬火鋼的不足脆性大（M）高應(yīng)力狀態(tài)（組織應(yīng)力、熱應(yīng)力）組織不穩(wěn)定（M、A’）緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202330鋼的熱處理4鋼的回火(TemperingofsteelM回Fe3C細粒Fe3C粗細粒Fe3C細片+2）回火時的組織和性能變化AM（過飽和C的α）A’Fe2.4C(ε）M（C%↓）F（稍過飽和C%）F等軸（平衡C%）F長大回火溫度HRC軟化淬火鋼<200℃M體分解200～300

℃殘余A體轉(zhuǎn)變300～400

℃碳化物長大>400

℃F體多邊形化T回S回P回+++8/18/202331M回Fe3C細粒Fe3C粗細粒Fe3C細片+2）回火時的組織鋼的熱處理3）回火的分類及應(yīng)用回火類型溫度℃組織應(yīng)用低溫回火150～250M回高HRC耐磨件中溫回火350～500T回彈性零件高溫回火500～650S回綜合性能↑零件高溫軟化回火650～A1P回返修件淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)處理緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202332鋼的熱處理3）回火的分類及應(yīng)用回火類型溫度℃組織應(yīng)預(yù)備HT最終熱處理淬火組織回火組織過共析鋼球退P球M+A’+Fe3C球低回M回+A’+Fe3C球共析鋼球退P球M+A’低回M回+A’亞0.5~0.77C%退火F+PM+A’中回T回亞0.25~0.5C%正火F+SM高回S回滲碳淬火表M+A’+Fe3C中心M+F亞<0.25C%鋼種組織正火F+S低回表M回+A’+Fe3C中心M回+F鋼種應(yīng)用范圍共、過共析鋼刃、模、量具的高HRC耐磨性工具鋼亞0.5~0.77C%高彈性、高屈強比的彈性零件亞0.25~0.5C%良好綜合力學(xué)性能的軸類零件亞<0.25C%表硬里韌的耐磨件（汽車齒輪）8/18/202333預(yù)備HT最終熱處理淬火組織回火組織過共析鋼球退P球M+A’+鋼的熱處理二、表面熱處理以上談到的是普通熱處理的“四把火”，它們在生產(chǎn)實踐應(yīng)用十分廣泛，也有局限性。對于零件的表面及心部性能要求不相同的情況下，如：（1）表硬里韌（2）表面要求具有良好的物理化與性能就只能采用：途徑有二改變鋼的表面組織，不改變化學(xué)成份→表面淬火改變鋼的表面化學(xué)成份→化學(xué)熱處理1表面淬火(SurfaceHardening)工藝方法感應(yīng)加熱(高、中、工頻)火焰加熱電接觸加熱法等緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202334鋼的熱處理二、表面熱處理以上談到的是普通熱處理的“四把火”，感應(yīng)加熱表面淬火鋼的熱處理淬火機床感應(yīng)器緒論第二章第三章第四章第五章第六章第一章8/18/202335感應(yīng)加熱表面淬火鋼的熱處理淬火機床感應(yīng)器緒論第二章第三鋼的熱