第06章 熱處理.ppt

1、第六章 鋼鐵熱處理,鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 鋼的退火與正火 鋼的淬火 鋼的回火 鋼的表面熱處理,概述,一、熱處理,利用加熱、保溫、冷卻的方法，改變材料的組織與結(jié)構(gòu)，達(dá)到改變材料性能的工藝過(guò)程稱(chēng)為熱處理。,意義： 合適的熱處理是讓材料達(dá)到希望的性能，有時(shí)是為了便于進(jìn)行加工，有時(shí)讓材料滿(mǎn)足工作條件的要求。他是合理使用材料、充分發(fā)揮材料潛力必不可少方法。數(shù)熱處理過(guò)程中材料處于固態(tài)下，但內(nèi)部都有不同程度的固態(tài)轉(zhuǎn)變發(fā)生。,二、固態(tài)轉(zhuǎn)變,固態(tài)轉(zhuǎn)變有： 固態(tài)物質(zhì)內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)的變化稱(chēng)為固態(tài)相變。 轉(zhuǎn)變過(guò)程只有組織結(jié)構(gòu)變化，無(wú)新相生成的非相變型，如再結(jié)晶轉(zhuǎn)變。,三、固態(tài)相變的特點(diǎn),概述,固

2、態(tài)相變中由于母相為固體，原晶體有固定的排列和取向，并不能隨意改變其形狀或發(fā)生流動(dòng)，轉(zhuǎn)變過(guò)程和產(chǎn)物有如下共同特點(diǎn)：,相變阻力大。新相形成除增加界面能外，由于存在體積變化造成應(yīng)變能，相變阻力大，相變發(fā)生在較大的過(guò)冷度下。 新相與母相之間存在一定的晶體學(xué)位向關(guān)系。 母相的晶體缺陷對(duì)相變起促進(jìn)作用。缺陷處形核可得到附加能量補(bǔ)充，同時(shí)缺陷的存在可加快擴(kuò)散過(guò)程，有利于新相晶體的生長(zhǎng)。 原子擴(kuò)散遷移成為控制因素，特別是伴隨成分改變的相變過(guò)程，固體中原子擴(kuò)散速度慢，在溫度較低時(shí)，大的相變驅(qū)動(dòng)力可能改變轉(zhuǎn)變類(lèi)型，如從擴(kuò)散型改變?yōu)閰f(xié)同型。 易出現(xiàn)過(guò)渡相，有些反應(yīng)不能進(jìn)行到底，過(guò)渡相可以長(zhǎng)期保留。轉(zhuǎn)變溫度較低，原子

3、擴(kuò)散慢，通常發(fā)生在穩(wěn)定相的成分與母相相差較遠(yuǎn)時(shí)，鋼中的滲碳體其實(shí)也是過(guò)渡相。,第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,一、轉(zhuǎn)變溫度,對(duì)應(yīng)鐵碳相圖中的線(xiàn),這些溫度點(diǎn)是平衡轉(zhuǎn)變溫度，在固態(tài)轉(zhuǎn)變中，轉(zhuǎn)變實(shí)際發(fā)生需要一定的過(guò)冷或過(guò)熱下，顯然加熱轉(zhuǎn)變的實(shí)際發(fā)生溫度在臨界點(diǎn)之上，而冷卻轉(zhuǎn)變的實(shí)際發(fā)生溫度在臨界點(diǎn)之下。,AC1、AC3、Accm表示加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度 Ar1、Ar3、Arcm表示冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度,二、奧氏體的形成過(guò)程,第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,以共析鋼(Wc0.77%)為例，原始組織為層片珠光體。,在鐵素體和滲碳體的交界處形成奧氏體的核心； 奧氏體是同時(shí)消耗兩相來(lái)長(zhǎng)大； 實(shí)際上總是鐵素體先消失，隨后

4、殘余滲碳體的溶解； 奧氏體的均勻化，各處的碳濃度都達(dá)到平均成分，隨后所含其它合金元素經(jīng)擴(kuò)散達(dá)到成分均勻； 亞(過(guò))共析鋼中過(guò)剩相的溶解(溫度達(dá)到AC3或Accm以上)。,三、影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素,第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,加熱溫度 所以加熱溫度越高，提高原子活動(dòng)遷移能力，自由能差(動(dòng)力)大，奧氏體化的進(jìn)程也越快。 加熱速度 材料處于連續(xù)加熱，奧氏體化的時(shí)間自然短，但是均勻化程度差。 含碳量 隨碳量的增加，滲碳體與鐵素體的界面數(shù)量也多，轉(zhuǎn)變速度加快。但過(guò)共析鋼中，二次滲碳體的溶解要求更高的溫度，碳量的增加達(dá)到均勻化時(shí)間會(huì)增加。 合金元素 碳化物形成元素與碳的結(jié)合力高于鐵，會(huì)阻礙碳的擴(kuò)散遷移；

5、在碳化物消失后，合金元素自己擴(kuò)散達(dá)到均勻，達(dá)到均勻奧氏體化的時(shí)間要大大延長(zhǎng)。 原始組織 珠光體的層片越細(xì)，界面數(shù)量多，擴(kuò)散的距離小，轉(zhuǎn)變速度加快，片狀珠光體的轉(zhuǎn)變速度高于球化珠光體。,四、奧氏體晶粒度及其影響因素,第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,1.奧氏體晶粒度,奧氏體的晶粒度指奧氏體的晶粒尺寸大小，對(duì)熱處理后的性能有重要影響。在熱處理過(guò)程中，以后所得到的組織都是有奧氏體轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，奧氏體的晶粒細(xì)小，所得到的組織也就細(xì)小，通常其力學(xué)性能也優(yōu)越。在奧氏體化的過(guò)程中伴隨著晶粒的長(zhǎng)大，這是自發(fā)過(guò)程，只有控制好奧氏體化的工藝過(guò)程，才能到較細(xì)的晶粒。,描述奧氏體晶粒度有以下三種不同的概念：,起始晶粒度 剛

6、剛完成奧氏體化的晶粒大小稱(chēng)為起始晶粒度，原珠光體的層片本身細(xì)小，所有的鋼這時(shí)都是非常細(xì)小、均勻的。實(shí)際工程意義不大。 實(shí)際晶粒度 在具體的加熱溫度、保溫時(shí)間的條件下獲得的晶粒大小。它決定于鋼的成分和奧氏體化的工藝過(guò)程。,四、奧氏體晶粒度及其影響因素,第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,1.奧氏體晶粒度,本質(zhì)晶粒度 不同的鋼在同樣的加熱條件下，奧氏體的長(zhǎng)大傾向性不一樣，按冶金部標(biāo)準(zhǔn)，將鋼加熱到93010，保溫8小時(shí)得到的實(shí)際晶粒度作為該鋼的本質(zhì)晶粒度。本質(zhì)晶粒度是一材料特性，表示的是鋼在奧氏體化時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向。其結(jié)果小于4級(jí)的鋼成為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。并不是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼奧氏體化得到的晶粒一定細(xì)小，通

7、常加熱溫度在930以下，本質(zhì)細(xì)晶粒鋼奧氏體化得到的晶粒比本質(zhì)粗晶粒鋼細(xì)小，超過(guò)這個(gè)溫度或工藝處理不當(dāng)，結(jié)果可能完全相反。,四、奧氏體晶粒度及其影響因素,第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,2.影響奧氏體晶粒度的因素,加熱速度 速度快用的時(shí)間少，轉(zhuǎn)變?cè)谳^高溫度，形核率高，最終晶粒尺寸較細(xì)小。 保溫溫度愈高，保溫時(shí)間長(zhǎng)，奧氏體長(zhǎng)大速度快，長(zhǎng)大的時(shí)間多，晶粒變粗； 原始組織，固相轉(zhuǎn)變組織的遺傳性，珠光體細(xì)小，奧氏體的晶粒也細(xì)??；片狀比球狀細(xì)小，非平衡組織往往也可得到細(xì)小的奧氏體晶粒。 合金元素(成分) 含碳量增加，奧氏體轉(zhuǎn)變加快，生長(zhǎng)時(shí)間多，奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向增加；碳化物形成元素(Ti、V、Ta、Nb、

8、Zr、W、Mo、Cr)和碳結(jié)合力強(qiáng)，阻礙碳的擴(kuò)散可阻礙奧氏體晶粒生長(zhǎng)；不和碳作用而溶入基體元素(Si、Ni、Cu)對(duì)奧氏體晶粒生長(zhǎng)無(wú)明顯的影響；Co、P、Mn對(duì)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大有加速作用。,五、加熱不當(dāng)帶來(lái)的組織缺陷,第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,由于加熱設(shè)備故障、工藝不合理或操作失誤，加熱過(guò)程中可能引起的缺陷有：,氧化 加熱過(guò)程，工件表面和O2、CO2、H2O等氣氛接觸，工件表面發(fā)生氧化，更有甚者氧化氣氛延晶界向內(nèi)擴(kuò)散造成較深的晶界氧化，這時(shí)主要表現(xiàn)晶界處的易氧化元素和氧結(jié)合使晶界性能下降，為內(nèi)氧化。保溫時(shí)間較長(zhǎng)、溫度高且表面要求較高，無(wú)多的加工余量要注意保護(hù)。 脫碳 含碳量較高的鋼在加熱和

9、O2、CO2、H2O、H2等結(jié)合，生成CO溢出，內(nèi)層向表層擴(kuò)散表層向內(nèi)出現(xiàn)貧碳區(qū)，而影響表層性能。可用CO、CH4進(jìn)行保護(hù)甚至滲碳。 過(guò)熱 加熱溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成奧氏體晶粒過(guò)大。 過(guò)燒 加熱溫度太高，晶界過(guò)度氧化，甚至局部熔化，過(guò)燒工件只能報(bào)廢。,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,過(guò)冷奧氏體：鋼奧氏體化后，從高溫冷卻到A1以下，此時(shí)奧氏體并不立即轉(zhuǎn)變，而處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，把這種存在于A1溫度以下暫未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體稱(chēng)為過(guò)冷奧氏體。,等溫冷卻：將鋼迅速過(guò)冷到臨界點(diǎn)(Ar1)以下某一溫度，使奧氏體保持在該溫度下進(jìn)行轉(zhuǎn)變。 連續(xù)冷卻：將鋼以某一固定速度不停頓地冷卻(到室溫)，使奧氏體

10、在連續(xù)降溫的過(guò)程種轉(zhuǎn)變。,冷卻方式：,引子,一、共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的建立,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖，也稱(chēng)TTT(Time-Temperature-Transformation)曲線(xiàn)，或C曲線(xiàn)。它綜合反映了過(guò)冷奧氏體在不同溫度下等溫轉(zhuǎn)變的開(kāi)始和終了時(shí)間及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物之間的關(guān)系。,快冷到某溫度下保溫，過(guò)冷奧氏體要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間a1后才開(kāi)始轉(zhuǎn)變，這個(gè)時(shí)間稱(chēng)為轉(zhuǎn)變的孕育期。隨后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，轉(zhuǎn)變量不斷增加。經(jīng)過(guò)時(shí)間b1后全部轉(zhuǎn)變完畢。圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間，利用對(duì)數(shù)坐標(biāo)(log)；縱坐標(biāo)為相對(duì)轉(zhuǎn)變量(%)。然后對(duì)轉(zhuǎn)變后的試樣進(jìn)行金相分析。另建一坐標(biāo)，橫坐標(biāo)還是時(shí)間，縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)

11、變溫度，將相同性質(zhì)的連接起來(lái)。,一、共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的建立,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,TTT曲線(xiàn)特征,這是實(shí)際測(cè)定得到的T8鋼的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)(TTT曲線(xiàn))，得到象字母“C”的曲線(xiàn)，俗稱(chēng)C曲線(xiàn)。在C曲線(xiàn)上，有一個(gè)孕育期最短的點(diǎn)，大約在550500附近，這個(gè)點(diǎn)俗稱(chēng)為C曲線(xiàn)的“鼻尖”。隨溫度降低，鼻尖上部因動(dòng)力加大而轉(zhuǎn)變速度加快；下部因降低原子活動(dòng)能力而減慢。當(dāng)快速冷卻的溫度低于某一臨界值Ms后，孕育期消失，到達(dá)Ms立即發(fā)生轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變的方式發(fā)生了變化，Ms溫度稱(chēng)為馬氏體點(diǎn)。,二、珠光體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,1.珠光體的形成,過(guò)冷奧氏體在Ar1到鼻尖(550)之間的

12、轉(zhuǎn)變方式基本相同,屬于珠光體型轉(zhuǎn)變。,首先在奧氏體晶界處形成Fe3C的核心，然后不斷長(zhǎng),大，周?chē)鷬W氏體將發(fā)生晶格改組轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，鐵素體的生成促使?jié)B碳體的長(zhǎng)大和形核，長(zhǎng)大的滲碳體可以分枝，它們共同生長(zhǎng)的結(jié)果便得到層片的分布。在一個(gè)奧氏體晶粒中可能有數(shù)處形核，各自分別發(fā)展成不同的領(lǐng)域，直到奧氏體完全消失。此外，滲碳體形核與原奧氏體有一定的位向關(guān)系，所以珠光體在奧氏體中常為幾種特定方向。,二、珠光體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,2轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,過(guò)冷奧氏體按珠光體型方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，通常所得產(chǎn)物為鐵素體和滲碳體交替分布的層片狀組織，隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低，片間距愈細(xì)，即不同溫度下所得產(chǎn)物的差別是層片間距

13、不同。采用特殊的方式冷卻，也可能得到點(diǎn)狀(小球)的滲碳體均勻分布在鐵素體的基體上，如圖所示。工程上對(duì)不同片間距的產(chǎn)物有一些習(xí)慣的稱(chēng)呼。,二、珠光體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,3珠光體的性能,不同類(lèi)型的珠光體由于層片間距不同，力學(xué)性能在一個(gè)較大范圍內(nèi)變化，總體趨勢(shì)是隨著片間距的減小，材料的強(qiáng)度和硬度呈現(xiàn)上升；其塑性和韌性以索氏體為最高，它的組織比珠光體細(xì)小且分布均勻，而屈氏體因?qū)悠募?xì)小，塑性相鐵素體的可變形范圍小，強(qiáng)度最高，但塑性卻下降了。,三、貝氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,1基本特點(diǎn),到500以下，相變的驅(qū)動(dòng)力較大，鐵的擴(kuò)散系數(shù)已經(jīng)很小，相變過(guò)程中來(lái)不及擴(kuò)散，這時(shí)碳盡

14、管擴(kuò)散速度比高溫下小了很多，但還能在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行短距離擴(kuò)散，所以將發(fā)生混合型相變，在鋼中稱(chēng)為貝氏體(Bainite)轉(zhuǎn)變。,在較大的驅(qū)動(dòng)力下，晶格中的鐵原子以切變方式，將其晶格點(diǎn)陣從面心立方改組為體心立方。這時(shí)鐵原子不改變相鄰關(guān)系，每個(gè)原子相對(duì)周?chē)影l(fā)生僅為原來(lái)晶格間距幾分之一的移動(dòng)，整個(gè)晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。一方面原子移動(dòng)距離小，另一方面，要求所有原子同時(shí)移動(dòng)，所以變化阻力大，僅在驅(qū)動(dòng)力足夠大時(shí)才發(fā)生。碳在面心立方中的溶解度大于體心立方晶格，對(duì)切變形成了阻力，含碳量愈低，轉(zhuǎn)變愈容易。,三、貝氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,2上貝氏體轉(zhuǎn)變,在“鼻尖”到350的溫度范圍內(nèi)等溫，這時(shí)

15、鐵從fcc向bcc結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)相當(dāng)大，這時(shí)碳有一定的擴(kuò)散能力，類(lèi)似珠光體型轉(zhuǎn)變，在原奧氏體的晶界形成Fe3C的核心，并慢慢長(zhǎng)大，在碳化物的形成生長(zhǎng)時(shí)，周?chē)膴W氏體的溶碳量明顯下降，從fcc向bcc結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的阻力就減小，這些鐵原子就立即以切變方式發(fā)生晶格改組。,貝氏體的生長(zhǎng)方式為從原奧氏體晶界開(kāi)始，邊向奧氏體晶內(nèi)生長(zhǎng)同時(shí)不斷加寬，其組織為以?shī)W氏體晶界為干線(xiàn)的羽毛狀，在羽毛的毛翎之間分布著析出的Fe3C，這種碳化物存在于平行分布的鐵素體片之間的貝氏體稱(chēng)為“上貝氏體”。,三、貝氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,2上貝氏體轉(zhuǎn)變,性能特點(diǎn)：在碳鋼中，上貝氏體的力學(xué)性能指標(biāo)并不好，這時(shí)的強(qiáng)度和硬

16、度不太高，而韌性很低，工業(yè)生產(chǎn)中一般不用這種組織的材料來(lái)制造機(jī)械零件。,三、貝氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,3下貝氏體轉(zhuǎn)變,在350到MS點(diǎn)(約230)的溫度區(qū)間，轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)更大，但碳的擴(kuò)散遷移能力又進(jìn)一步減慢，當(dāng)碳在小范圍內(nèi)遷移聚集是，主體的奧氏體基體就出現(xiàn)貧碳區(qū)就可以發(fā)生切變，從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F索體。切變區(qū)一般為凸鏡狀，發(fā)展的程度在一個(gè)奧氏體晶粒之內(nèi)，再形成的在已有的貝氏體和奧氏體晶界或兩個(gè)已有的貝氏體之間。聚集的碳在轉(zhuǎn)變的鐵素體內(nèi)部形成極細(xì)小的碳化物，不一定是Fe3C，在光學(xué)顯微鏡下看不見(jiàn)，但它的存,在會(huì)使貝氏體制樣侵蝕加快成暗色；在電子顯微鏡下可以看到它們成細(xì)片狀，這種碳化物

17、在貝氏體內(nèi)的組織稱(chēng)為“下貝氏體”。,三、貝氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,2下貝氏體轉(zhuǎn)變,性能特點(diǎn)：下貝氏體有較高的強(qiáng)度和硬度，還有一定的韌性，即有較好的強(qiáng)韌性配合，或稱(chēng)有良好的綜合力學(xué)性能。在生產(chǎn)實(shí)際中這是一種常用的狀態(tài)，但為了完成下貝氏體轉(zhuǎn)變，不能直接冷卻到室溫，需要保溫設(shè)備，并且轉(zhuǎn)變時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)的效率不高。,四、馬氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,1轉(zhuǎn)變過(guò)程,當(dāng)鋼很快冷卻到MS(共析鋼約為230)以下，這時(shí)碳的可遷移能力也很低，在巨大的轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)力作用下，鐵以切變的方式進(jìn)行從fcc到bcc的晶格改組，形成了碳在鐵素體中的過(guò)飽和固溶體，成為“馬氏體”。,由于大量碳的過(guò)飽和，

18、將會(huì)給這時(shí)的鐵素體帶來(lái)巨大的晶格畸變，碳原子處在的位置是體心立方的八面體間隙處，體心立方的八面體間隙是一扁形，溶入碳原子基本在一個(gè)方向變形即可，為了減小晶格畸變，碳原子大多在同樣的方向，所以馬氏體的晶格點(diǎn)陣嚴(yán)格說(shuō)來(lái)已經(jīng)不是體心立方，而是體心正方，即晶格常數(shù)在一個(gè)方向被拉長(zhǎng)。如果拉長(zhǎng)的方向的晶格常數(shù)為c，另兩個(gè)方向相等為a，對(duì)于馬氏體來(lái)說(shuō)，c/a的值一般在11.05之間。,四、馬氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,2轉(zhuǎn)變特點(diǎn),速度非常快 鋼從奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變速度非?？欤瑤缀鯚o(wú)法測(cè)量，一般認(rèn)為是以聲速發(fā)展。 轉(zhuǎn)變數(shù)量不決定于保溫時(shí)間，而取決于冷卻到的溫度 當(dāng)奧氏體迅速冷卻到MS溫度以下，

19、立即發(fā)生相應(yīng)的馬氏體轉(zhuǎn)變，繼續(xù)停留盡管還存在未轉(zhuǎn)變完的奧氏體，但馬氏體的數(shù)量并不再增加；而是隨著溫度的降低，馬氏體的數(shù)量不斷增加，一直到某一溫度Mf以后，馬氏體的數(shù)量不再增加了。因此，把 MS 溫度稱(chēng)為鋼的馬氏體點(diǎn)，即過(guò)冷奧氏體開(kāi)始發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度，把溫度 Mf 稱(chēng)為馬氏體轉(zhuǎn)變的結(jié)束溫度。 轉(zhuǎn)變不能進(jìn)行到底 就是冷卻到Mf溫度以下，鋼中總有一定數(shù)量的奧氏體存在不能轉(zhuǎn)變，這部分奧氏體成為殘余奧氏體，通常簡(jiǎn)記為A殘 或A。一般鋼的 Mf 溫度在室溫以下，快速冷卻到室溫的鋼中必然存在一定數(shù)量的殘余奧氏體。,四、馬氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,3馬氏體的形態(tài),快速冷卻得到的馬氏體，隨著

20、原奧氏體中的含碳量的不同，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)也不相同，主要有兩大類(lèi)：板條馬氏體和透鏡狀馬氏體。,板條馬氏體 奧氏體中的含碳量較低時(shí)，指小于0.3%Wt時(shí)，形成的馬氏體為板條狀，也稱(chēng)為低碳馬氏體。組織形貌為一個(gè)原奧氏體晶?？梢杂袔讉€(gè)板條束，在板條束中有時(shí)又可以分成幾個(gè)平行的板條塊，在板條內(nèi)分步著稠密的平行的馬氏體板條。稠密的板條之間是一層連續(xù)的高度變形的極薄的奧氏體薄膜(約20nm)，馬氏體內(nèi)有大量位錯(cuò)。,四、馬氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,3馬氏體的形態(tài),特點(diǎn)：得到的低碳板條馬氏體過(guò)飽和度不大，位錯(cuò)的強(qiáng)化結(jié)構(gòu)有較高的強(qiáng)度和韌性，具有良好的綜合力學(xué)性能。如0.2%C淬火后，HRC50

21、、 b1500MPa、 ak150180J/cm2。,四、馬氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,3馬氏體的形態(tài),片狀馬氏體 奧氏體的含碳量大于1.0時(shí)，得到的馬氏體形狀呈針片狀或竹葉狀，故稱(chēng)為片狀馬氏體，其立體形態(tài)是雙凸透鏡片狀，所以又稱(chēng)為透鏡馬氏體或高碳馬氏體。在一個(gè)原奧氏體晶粒中，首先形成一個(gè)貫穿整個(gè)晶粒的馬氏體片，以后形成的馬氏體片尺寸受到限制，在已經(jīng)存在的馬氏體和奧氏體晶,界或馬氏體片之間，越后形成的馬氏體片越小。馬氏體片之間互不平行，最后的三角區(qū)為殘余奧氏體。,四、馬氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,3馬氏體的形態(tài),性能特點(diǎn)：得到的高碳片狀馬氏體過(guò)飽和度大，嚴(yán)重的晶格畸

22、變產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力，大片之間易產(chǎn)生顯微裂紋。片狀馬氏體具有高的硬度和強(qiáng)度，但塑性和韌性很低。HRC60、 ak 1J/cm2。,四、馬氏體型轉(zhuǎn)變,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,3馬氏體性能,馬氏體一般是很硬的，硬度隨馬氏體中的含碳量的提高而增加，同時(shí)殘余奧氏體的數(shù)量也正加。原因時(shí)過(guò)飽和的碳引起的晶格畸變和馬氏體轉(zhuǎn)變體積膨脹造成周?chē)膹?qiáng)烈塑性變形，形成的高密度的位錯(cuò)或?qū)\晶帶來(lái)的加工硬化。,高碳馬氏體雖很硬，但塑性和韌性卻很差，并且內(nèi)部存在巨大的內(nèi)應(yīng)力，如共析鋼淬火得到的片狀馬氏體力學(xué)性能：硬度達(dá)60HRC，沖擊韌性?xún)H1J/cm2。低碳的板條馬氏體的硬度雖不算很高，卻具有一定的塑性和相當(dāng)好的韌性，0

23、.2%C碳鋼淬火得到的板條馬氏體力學(xué)性能指標(biāo)：硬度3540HRC，屈服強(qiáng)度8001000MPa，伸長(zhǎng)率917%，沖擊韌性60180J/cm2。,五、影響C曲線(xiàn)的因素,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,1含C量的影響,鋼的碳含量偏離共析點(diǎn)成分，平衡轉(zhuǎn)變時(shí)存在先共析相的析出轉(zhuǎn)變，在C曲線(xiàn)的上方有一條先共析相析出線(xiàn)，上趨近于Ac3或Accm，下到C曲線(xiàn)的鼻尖處，如圖所示。在亞共析鋼中為鐵素體的開(kāi)始析出線(xiàn)，而過(guò)共析鋼則為二次滲碳體的開(kāi)始析出線(xiàn)。,五、影響C曲線(xiàn)的因素,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,2加熱溫度和保溫時(shí)間,奧氏體中的含碳量對(duì)C曲線(xiàn)有明顯的影響，注意奧氏體的含碳量和鋼的含碳量在轉(zhuǎn)變的過(guò)程中是不一

24、致，如鋼的含碳量各不相同，但緩慢冷卻到A1溫度，奧氏體的含碳量均向S點(diǎn)看齊。與共析鋼相比，在亞共析鋼中，隨著含碳量的增加，C曲線(xiàn)右移，即轉(zhuǎn)變的孕育期和轉(zhuǎn)變時(shí)間都加長(zhǎng)；在過(guò)共析鋼中，隨著含碳量的增加，C曲線(xiàn)也左移，即轉(zhuǎn)變的孕育期和轉(zhuǎn)變時(shí)間都減少，先析出的碳化物會(huì)促使奧氏體的分解，所以共析鋼的奧氏體是最穩(wěn)定的。在一般的碳鋼中，鼻子處的孕育期僅不到一秒鐘。,隨著加熱溫度的提高，保溫時(shí)間的加長(zhǎng)，奧氏體的均勻化程度高，不利于轉(zhuǎn)變形核，不利于過(guò)冷奧氏體的分解，或稱(chēng)奧氏體的穩(wěn)定性得到提高，C曲線(xiàn)右移。,五、影響C曲線(xiàn)的因素,第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,3合金元素的影響,除Co以外，幾乎所有元素都會(huì)使C曲線(xiàn)

25、右移，即提高奧氏體的穩(wěn)定性。此外，大量合金元素的加入，還會(huì)改變C曲線(xiàn)的形狀，具體的分析到合金鋼章節(jié)再講。,六、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線(xiàn),第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,1. CCT(Continuous Cooling Transformation)曲線(xiàn),將奧氏體化后的材料置于某一定的介質(zhì)中冷卻，隨著時(shí)間的推移，材料的溫度不斷下降，奧氏體的分解過(guò)程在不同的溫度下進(jìn)行，得到的組織就較復(fù)雜。冷卻環(huán)境不同，或冷卻介質(zhì)不同，材料的冷卻速度也就不相同，得到的產(chǎn)物也不相同，對(duì)應(yīng)的性能將不相同。這就是連續(xù)冷卻過(guò)程，為了研究連續(xù)冷卻過(guò)程的轉(zhuǎn)變規(guī)律，許多鋼也建立了相應(yīng)的冷卻曲線(xiàn)，即連續(xù)冷卻曲線(xiàn)，也稱(chēng)CCT曲線(xiàn)。,

26、六、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線(xiàn),第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,2.曲線(xiàn)的建立,將鋼奧氏體化后，以不同的冷卻速度冷卻到室溫，測(cè)量出奧氏體的開(kāi)始分解和轉(zhuǎn)變結(jié)束的時(shí)間，在標(biāo)注溫度時(shí)間(對(duì)數(shù)坐標(biāo))圖中，先畫(huà)出溫度時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)，標(biāo)出奧氏體開(kāi)始分解的時(shí)間和轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)間，下方同時(shí)記錄轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度，最后將不同冷卻速度下的相同性質(zhì)的點(diǎn)連接所得到的曲線(xiàn)就得到CCT曲線(xiàn)。,六、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線(xiàn),第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,2. 碳鋼的CCT曲線(xiàn)分析,如果將TTT曲線(xiàn)用虛線(xiàn)畫(huà)在同一圖中，比較后發(fā)現(xiàn)： 珠光體型轉(zhuǎn)變對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)沒(méi)有明顯的差別，開(kāi)始和結(jié)束點(diǎn)滯后，CCT曲線(xiàn)在TTT曲線(xiàn)的右下方。達(dá)到同樣的溫度，等

27、溫轉(zhuǎn)變?cè)谳^低溫度下所處的時(shí)間比連續(xù)冷卻長(zhǎng)。 貝氏體轉(zhuǎn)變被抑制不能發(fā)生，,在CCT曲線(xiàn)上有一奧氏體轉(zhuǎn)變中止線(xiàn)，只有部分奧氏體分解，隨后的一段時(shí)間內(nèi)，剩余的奧氏體并不發(fā)生轉(zhuǎn)變，直到馬氏體點(diǎn)后，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，所得組織為T(mén)MA； 馬氏體點(diǎn)及以下的狀態(tài)，連續(xù)冷卻曲線(xiàn)和等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)沒(méi)有明顯的差別。,六、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線(xiàn),第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,3. 碳鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的組織,冷卻速度小于5/S時(shí)，如隨爐冷卻過(guò)程，得到珠光體。隨著冷卻速度加快，轉(zhuǎn)變類(lèi)型相同，組織從珠光體、索氏體、屈氏體，即層片不斷細(xì)化，同一冷卻速度不同的轉(zhuǎn)變階段轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也有一定的差別。 冷卻速度大于VK=138/S時(shí)，不與

28、曲線(xiàn)相交,全部得到MA，這個(gè),冷卻速度稱(chēng)為臨界冷卻速度或上臨界冷卻速度。把VK=33/S稱(chēng)為下臨界冷卻速度，小于這個(gè)速度冷卻則無(wú)馬氏體轉(zhuǎn)變。 在上下臨界冷卻速度之間，如在油中冷卻，通過(guò)了珠光體型轉(zhuǎn)的開(kāi)始線(xiàn)，未通過(guò)轉(zhuǎn)變結(jié)束線(xiàn)，而通過(guò)轉(zhuǎn)變的停止現(xiàn)，得到的組織為T(mén)MA,第三節(jié) 鋼的退火與正火,一、退火操作及其應(yīng)用,退火：將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋匾欢〞r(shí)間，然后緩慢冷卻(例如隨爐冷卻)，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做“退火”。,一、退火操作及其應(yīng)用,第三節(jié) 鋼的退火與正火,1完全退火,方法：將亞共析鋼加熱到Ac3以上3050，保溫一定時(shí)間，緩慢冷卻(隨爐冷卻或埋入石灰、干沙中

29、自然冷卻)到500以下，取出空冷。,目的：先得到均勻的奧氏體，緩慢冷卻轉(zhuǎn)變基本接近相圖描述轉(zhuǎn)變過(guò)程，得到接近平衡組織，降低硬度，便于加工，消除內(nèi)應(yīng)力。 用途：碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛、鑄、軋制型材，可以作為一般要求工件的最終熱處理，大多為重要零件的預(yù)先熱處理。,一、退火操作及其應(yīng)用,第三節(jié) 鋼的退火與正火,2等溫退火,方法：,加熱方法同上(將亞共析鋼加熱到Ac3以上3050，保溫一定時(shí)間)，在加熱溫度到珠光體開(kāi)始轉(zhuǎn)變前快速冷卻(打開(kāi)爐門(mén)，甚至吹風(fēng))到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)等溫保溫到珠光體轉(zhuǎn)變完畢后，取出空冷。 目的和用途同完全退火，生成率和組織控制較好，操作要求也相應(yīng)高一些。,一、退火操作及其應(yīng)用,第三

30、節(jié) 鋼的退火與正火,3球化退火,方法：將過(guò)共析鋼加熱到Ac1以上3050，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，冷卻到Ar1溫度附近時(shí)要足夠慢的冷卻(保溫冷卻，比隨爐冷卻還要緩慢)。 目的：最終組織為鐵素體的基體上均勻分布顆粒狀的滲碳體，稱(chēng)為球狀珠光體。 用途：降低過(guò)共析鋼材料的硬度，保證足夠的韌性，便于進(jìn)行機(jī)械加工，均勻組織為以后淬火作好組織準(zhǔn)備。,一、退火操作及其應(yīng)用,第三節(jié) 鋼的退火與正火,4去應(yīng)力退火,方法：將鋼較慢(100150/hr)加熱到500650(低于A1)，保溫后隨爐慢冷(50100/hr)到200300以下出爐。 目的：這個(gè)過(guò)程中，鋼中應(yīng)無(wú)相變發(fā)生，組織沒(méi)有明顯變化，可完全消除殘余內(nèi)應(yīng)力。如果材

31、料原始有大的彈性應(yīng)變能存在，可發(fā)生再結(jié)晶，組織也會(huì)有對(duì)應(yīng)的變化。 用途： 鍛造冷卻未全恢復(fù)塑性變形，鑄件的冷卻熱應(yīng)力，焊接構(gòu)件的熱應(yīng)力，拉、拔、擠壓的加工硬化等都會(huì)存在殘余內(nèi)應(yīng)，利用去應(yīng)力退火可以消除變形或其它原因產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。,二、正火,第三節(jié) 鋼的退火與正火,將鋼加熱到Ac3和Accm以上3050，保溫一定時(shí)間(得到均勻的奧氏體)，從爐中取出在自由流動(dòng)的空氣中冷卻，發(fā)生珠光體型轉(zhuǎn)變的熱處理工藝稱(chēng)為“正火”。 由于冷卻速度大于退火，得到的珠光體的組織較細(xì)，材料的硬度和強(qiáng)度均比退火要高。合金鋼在空氣中冷卻可能是發(fā)生珠光體型、貝氏體型甚至馬氏體型相變，但一般正火是指空冷時(shí)珠光體轉(zhuǎn)變的這一部分。,

32、用途：,中低碳鋼用正火代替退火進(jìn)行預(yù)先熱處理，改善加工性能。 普通結(jié)構(gòu)鋼(中碳鋼)正火盡管為達(dá)到最好的性能，已經(jīng)達(dá)到希望的強(qiáng)度和韌性，可以進(jìn)行機(jī)械加工，作為最終熱處理的成本較低。 過(guò)共析鋼正火時(shí)，可以抑制二次滲碳體網(wǎng)狀析出，對(duì)已經(jīng)存在網(wǎng)狀碳化物的工具鋼，利用正火先溶化后抑制，用來(lái)消除網(wǎng)狀碳化物，為下一部的球化處理作組織準(zhǔn)備。,第四節(jié) 鋼的淬火,一、淬火概念,淬火：將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫一定時(shí)間進(jìn)行奧氏體化，然后快速冷卻到Ms點(diǎn)以下，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝，叫作“淬火”。 目的：鋼的淬火組織主要是馬氏體，可以提高鋼的高硬度，保證高的耐磨性和承受高的接觸應(yīng)力。雖然馬氏體不是熱處理所要得到的

33、最終組織，但馬氏體再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)幕鼗?，可以得到需要的組織和使用性能，最終達(dá)到理想的熱處理目的。,二、淬火加熱溫度,第四節(jié) 鋼的淬火,淬火加熱溫度的確定應(yīng)以獲得晶粒細(xì)小、成分均勻的奧氏體為原則，以便得到細(xì)小的馬氏體組織。,亞共析鋼：Ac3以上3050，鐵素體可以全部溶解得到得到單一的奧氏體，從而消除未溶鐵素體而帶來(lái)的軟相。也不宜過(guò)高，防止奧氏體晶粒粗大帶來(lái)馬氏體粗大，并且溫度高帶來(lái)的熱變形也將嚴(yán)重。 過(guò)共析鋼：Ac1以上3050，含碳量在0.8以上，這時(shí)得到的馬氏體有了足夠的硬度，反而提高溫度，淬火時(shí)開(kāi)裂的傾向加大，并且淬火后殘余奧氏體量增加反而降低硬度；同時(shí)保持未溶解的顆粒狀碳化物也可以提高材料

34、的硬度和耐磨性。 合金鋼：合金元素大多可以阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，為了合金元素的均勻，加熱溫度和保溫時(shí)間都要比碳鋼稍微提高一些。,三、淬火冷卻介質(zhì),第四節(jié) 鋼的淬火,理想的淬火冷卻速度 為了保證得到多的馬氏體，冷卻速度應(yīng)該大于臨界冷卻速度Vk；為防止零件變形、開(kāi)裂，冷卻應(yīng)慢一些。所以理想的冷卻速度如圖，開(kāi)始冷卻可以慢一些，在快要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變時(shí)快冷，以躲開(kāi)鼻子尖，隨后又可以慢冷讓馬氏體轉(zhuǎn)變慢慢的進(jìn)行。,常用介質(zhì),鹽水、堿水 1015的NaCl水溶液這是最強(qiáng)的冷卻介質(zhì)。 清水 直接冷卻和沸騰的蒸汽冷卻，冷卻能力也很強(qiáng)。 堿浴、硝鹽浴 熔融的氫氧化鈉、硝酸鹽、亞硝酸鹽導(dǎo)熱能力很強(qiáng)，在120180以上的高

35、溫下有好的冷卻能力。 礦物油 冷卻能力約為水的1/41/8，用于奧氏體較穩(wěn)定鋼，如大多數(shù)合金鋼，可以有效防止零件的變形開(kāi)裂。,四、淬火方法,第四節(jié) 鋼的淬火,單液淬火 直接放入某液體介質(zhì)(水或油)中冷卻到室溫。方法簡(jiǎn)單，易于操作。 雙液淬火(水淬油冷)對(duì)復(fù)雜的碳鋼零件，先在水或鹽水中快速冷卻，躲開(kāi)鼻子溫度，估計(jì)溫度低于500時(shí)立即轉(zhuǎn)入油中，放慢冷卻速度繼續(xù)冷卻到室溫。操作者的經(jīng)驗(yàn)控制。,分級(jí)淬火 淬入150260硝鹽浴中躲過(guò)了鼻尖，停留一段時(shí)間讓表面和心部溫度均勻，熱應(yīng)力松弛。取出空冷。 等溫淬火 直接淬入硝鹽浴中保溫，發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。 局部淬火 局部加熱法或局部冷卻法 冷處理 冷卻到室溫以下

36、的過(guò)程稱(chēng)為“冷處理”。,五、淬火組織缺陷,第四節(jié) 鋼的淬火,加熱缺陷 過(guò)熱、過(guò)燒、氧化脫碳、奧氏體晶粒過(guò)大等。 硬度不足或出現(xiàn)軟點(diǎn) 前者是整體硬度低于要求，后者是個(gè)別部位硬度低于要求。產(chǎn)生原因有加熱不足，冷卻介質(zhì)的冷卻能力不夠，工件表面不干凈，局部散熱不良等。 變形與開(kāi)裂 零件淬火后發(fā)生變形是熱應(yīng)力和組織應(yīng)力綜合作用的結(jié)構(gòu)，完全不變形是困難的，但超量的變形甚至開(kāi)裂則是要防止的。減小變形的途徑有：零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，避免過(guò)大的尺寸突變；淬火前組織要均勻，必要時(shí)經(jīng)過(guò)退火或正火；加熱溫度適當(dāng)，不要過(guò)熱；冷卻介質(zhì)和方法適當(dāng)，包括入水的角度；及時(shí)回火，防止當(dāng)時(shí)未裂在放置時(shí)開(kāi)裂。,六、鋼的淬透性,

37、第四節(jié) 鋼的淬火,1.淬透性的概念,淬硬層深度 當(dāng)試樣尺寸較大時(shí)，從表面向內(nèi)冷卻速度逐漸減小，當(dāng)冷卻速度低于Vk，就不能得到全部馬氏體，隨著深度的加深，馬氏體的數(shù)量愈來(lái)愈少，得到一定的深度后，冷卻速度低于Vk，根本不能發(fā)生馬氏體相變。所以大尺寸試樣想全部得到馬氏體是不可能的，隨著馬氏體數(shù)量的減少，對(duì)應(yīng)的硬度也不斷下降，通常把淬火鋼從表面到馬氏體組織占50處的距離成為淬硬層深度。實(shí)際淬硬層的深度除了與材料本身有關(guān)外，還與試樣的大小、冷卻方式有密切的關(guān)系。,淬透性 同樣形狀和尺寸的工件，在同樣加熱和冷卻條件下淬火，由于鋼種類(lèi)不同，淬硬層的深度也不同，把鋼在淬火后能獲得淬硬層深度的一種性質(zhì)叫淬透性。

38、它是一種材料特性，與零件的尺寸和淬火工藝無(wú)關(guān)，并不直接表明鋼淬火能得到多大的淬硬層深度，同樣淬透性的鋼，用不同冷卻方法得到的淬硬層深度是不一樣的 。,六、鋼的淬透性,第四節(jié) 鋼的淬火,1.淬透性的概念,淬硬性 指在正常情況下，淬火后能得到多高的硬度，也就是能形成全部馬氏體所能達(dá)到的最高硬度。顯然它決定于淬火時(shí)奧氏體的含碳量。淬火后的實(shí)際硬度決定于鋼的淬硬性和實(shí)際獲得的馬氏體比例。,影響淬透性的因素 鋼的淬透性好壞取決于鋼的過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，即C曲線(xiàn)上的臨界冷卻速度?？偟膩?lái)說(shuō)有：,鋼的含碳量，共析鋼的淬透性最高； 合金元素中除Co外，絕大部分都使C曲線(xiàn)右移，提高淬透性；鋼的成分組織不均勻，或因

39、含有某些微量雜質(zhì)，組成第二相質(zhì)點(diǎn)存在，可促使奧氏體分解，降低鋼的淬透性； 奧氏體化的溫度、時(shí)間參數(shù)影響奧氏體的均勻性和穩(wěn)定性，影響淬透程度，但這不全部為材料特征。,六、鋼的淬透性,第四節(jié) 鋼的淬火,2.淬透性的測(cè)定方法,目前普遍采用的是“末端淬火法”(簡(jiǎn)稱(chēng)端淬)方法，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB22563執(zhí)行。,將25X100的試樣加熱奧氏體化后，迅速放在專(zhuān)門(mén)的設(shè)備中噴水冷卻。噴水條件：噴水管孔直徑12.5，水溫2330，自由水柱高度655，噴水口到端面距離12.5mm。測(cè)量出到端面不同距離的硬度，作出硬度距離曲線(xiàn)，即淬透性曲線(xiàn)。,淬透性的表示方法： ，其中J表示端淬法，HRC為硬度，d到端面的距離。例如，

40、 。不同鋼的淬透性帶在相關(guān)手冊(cè)中可以查到。,六、鋼的淬透性,第四節(jié) 鋼的淬火,3.淬透性的意義,鋼的淬透性不同，淬火后表層和心部的組織、性能也有一定的差別，在機(jī)械設(shè)計(jì)和施工工藝種要主義以下問(wèn)題：,重要零件對(duì)心部性能要求較高的，如連桿、鍛模等，為保證心部的性能需要淬透，選用淬透性較高的鋼；對(duì)焊接件為減小熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)淬火組織，造成變形開(kāi)裂，應(yīng)用淬透性較低的鋼為宜。 根據(jù)鋼的淬透性不同，在淬火時(shí)選用合適的淬火冷卻介質(zhì)。 由于淬透性的影響，在零件強(qiáng)度校核時(shí)，大小零件的性能數(shù)據(jù)要有區(qū)別。 對(duì)于大尺寸、低淬透性的鋼，反正淬不透，進(jìn)行淬火后回火的意義不大，經(jīng)常直接用正火來(lái)代替調(diào)質(zhì)，可以減少因淬火帶來(lái)的可能

41、開(kāi)裂，并工藝簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。,第五節(jié) 鋼的回火,一、回火概念,回火：,消除內(nèi)應(yīng)力 鋼在淬火后，存在較大的內(nèi)應(yīng)力，加上淬火馬氏體性能較脆時(shí)，容易出現(xiàn)開(kāi)裂，有的零件淬火當(dāng)時(shí)未裂，在大的內(nèi)應(yīng)力作用下，放置或稍有受力就開(kāi)裂。利用回火可以消除或減小內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到防止以后變形開(kāi)裂。,將淬火后的鋼制工件，加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻到室溫的一種熱處理工藝操作叫“回火”。,目的：,一、回火概念,第五節(jié) 鋼的回火,目的：,穩(wěn)定組織和尺寸 淬火后的組織為馬氏體加殘余奧氏體，它們都是不穩(wěn)定組織，使用過(guò)程中溫度發(fā)生變化，它們都會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，會(huì)帶來(lái)零件的尺寸和性能的變化。利用回火讓可能的變化的熱處理時(shí)發(fā)生，

42、得到的亞穩(wěn)組織在使用過(guò)程中不再發(fā)生變化，達(dá)到穩(wěn)定零件的組織性能和尺寸。 調(diào)整性能 淬火后得到的馬氏體在含碳量較高時(shí)，材料的硬度高，脆性大，通過(guò)回火處理，控制回火的溫度和時(shí)間，達(dá)到需要的強(qiáng)度、塑性和韌性。 便于加工 實(shí)際也是調(diào)整性能，讓某些鋼經(jīng)過(guò)回火，碳化物發(fā)生聚集，降低硬度，便于機(jī)械加工。,二、淬火鋼的回火過(guò)程中的轉(zhuǎn)變,第五節(jié) 鋼的回火,淬火后的鋼組織為馬氏體加殘余奧氏體，都是不穩(wěn)定組織，本身有向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，回火的加熱和保溫僅僅是加速這一過(guò)程的發(fā)展，是轉(zhuǎn)變發(fā)生的熱處理階段。,1馬氏體的分解（200以下）,回火時(shí)馬氏體中過(guò)飽和的碳發(fā)生短距離的遷移，形成極細(xì)的碳化物(Fe2.4C)，以薄片

43、存在馬氏體片中，這種組織稱(chēng)為回火馬氏體，馬氏體中碳的過(guò)飽和度下降，晶格從體心正方向體心立方發(fā)展，殘余奧氏體基本未發(fā)生變化。,2殘余奧氏體的分解（200300）,馬氏體向回火馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，由于壓應(yīng)力的減小，殘余奧氏體發(fā)生分解生產(chǎn)下貝氏體?；鼗瘃R氏體的組織與下貝氏體非常相象，難區(qū)區(qū)，分統(tǒng)一稱(chēng)為回火馬氏體。碳化物在光學(xué)顯微鏡下是不可見(jiàn)的，組織形貌有原來(lái)亮白色變?yōu)榛野瞪?二、淬火鋼的回火過(guò)程中的轉(zhuǎn)變,第五節(jié) 鋼的回火,3回火屈氏體的形成（250400）,這時(shí)碳的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)能力有所加強(qiáng)，過(guò)渡碳化物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定滲碳體，鐵素體的過(guò)飽和度明顯減少，內(nèi)應(yīng)力大大消除，碳化物和母相的共格關(guān)系消失，原馬氏體片的外形不清

44、晰，大約到400全部完成， 這時(shí)的組織為在鐵素體上均勻分布極細(xì)的滲碳體，稱(chēng)為“回火屈氏體”。在光學(xué)顯微鏡下，可以看到部分殘存的原馬氏體的痕跡，但看不到碳化物，組織幾乎為一片黑。,4碳化物的聚集長(zhǎng)大（400以上）,到400以上，鐵素體已經(jīng)不是過(guò)飽和，一方面鐵素體中的缺陷按回復(fù)機(jī)制不斷下降，另一方面，滲碳體的顆粒在界面能的驅(qū)使下，以大吃小的合并方式不斷長(zhǎng)大。得到平衡狀的鐵素體中分布著顆粒狀的碳化物混合組織，稱(chēng)為“回火索氏體”。隨著到達(dá)的溫度愈高，相應(yīng)滲碳體顆粒就愈大。在光學(xué)顯微鏡下可以看到滲碳體的顆粒。,三、回火組織的性能,第五節(jié) 鋼的回火,回火組織,三、回火組織的性能,第五節(jié) 鋼的回火,回火組織

45、,微觀(guān)組織分析結(jié)果：隨著回火溫度的升高，馬氏體在150400變化明顯；殘余奧氏體200開(kāi)始分解，300消失；內(nèi)應(yīng)力不斷減小，450基本消失；碳化物成分向滲碳體過(guò)渡，尺寸不斷增大，超過(guò)600會(huì)明顯加速生長(zhǎng)。,三、回火組織的性能,第五節(jié) 鋼的回火,2性能,硬度在200以下變化不明顯，以后隨溫度的上升而下降，強(qiáng)度也如此。塑性隨回火溫度提高而提高,到超過(guò)600因碳化物過(guò)大會(huì)下降；韌性變化的趨勢(shì)隨回火溫度的提高而提高，直到600附近最大而隨后下降，此外在350附近有一低谷。,四、回火脆性,第五節(jié) 鋼的回火,第一類(lèi)回火脆性 普通碳鋼的韌性在300350附近有一低谷，稱(chēng)為回火脆性。細(xì)小薄片狀過(guò)渡碳化物和剛形

46、成的滲碳體在馬氏體的板條邊界或馬氏體片面的邊界析出，硬而脆的碳化物割裂了基體的連續(xù)性使鋼的韌性下降，殘余奧氏體分解的應(yīng)力加重了脆性的程度，這種在回火時(shí)韌性出現(xiàn)谷值的現(xiàn)象成為“回火脆性”。所有的鋼幾乎都存在第一類(lèi)回火脆性，因此一般應(yīng)避免在250400進(jìn)行回火。彈簧鋼加一定的合金元素來(lái)改變第一類(lèi)回火脆性出現(xiàn)的溫度范圍。,第二類(lèi)回火脆性 對(duì)于含Ni、Cr、Mn的鋼在450600時(shí)，也出現(xiàn)韌性下降現(xiàn)象，其原因有多種說(shuō)法，主要認(rèn)為是回火后冷卻時(shí)，雜質(zhì)元素在晶界的偏聚，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為第二類(lèi)回火脆性。第二類(lèi)回火脆性?xún)H在部分材料中發(fā)生，并且回火后采用快速冷卻可以抑制其發(fā)生，因此對(duì)具有第二類(lèi)回火脆性的鋼在高溫回火

47、后必須采用快速冷卻。,五、回火種類(lèi)及其應(yīng)用,第五節(jié) 鋼的回火,低溫回火 回火溫度為150250，得到的組織為回火馬氏體，保留淬火時(shí)的高硬度，消除淬火的殘余應(yīng)力。這時(shí)鋼有好的耐磨性，常用于軸承、冷作模具的熱處理，回火溫度低于200時(shí)，硬度可達(dá)到5864HRC。,中溫回火 回火溫度為350500，得到的組織是回火屈氏體，在具有一定韌性的同時(shí)，有高的彈性極限和屈服強(qiáng)度。主要用于彈簧類(lèi)和要求較高強(qiáng)度硬度又要一定韌性的工件，如刀桿、軸套等。,高溫回火 回火溫度為500650，得到的組織是回火索氏體，目的是使鋼得到強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性有良好配合的綜合力學(xué)性能，尤其是沖擊韌性高，且可以直接進(jìn)行機(jī)械加工。淬

48、火后進(jìn)行高溫回火的工藝通常稱(chēng)為“調(diào)質(zhì)”處理。主要用于承受較大應(yīng)力，特別是有沖擊應(yīng)力場(chǎng)合下的結(jié)構(gòu)零件，如各種軸、連桿、齒輪等，對(duì)具有第而類(lèi)回火脆性的鋼注意回火后應(yīng)在水或油中冷卻。,第六節(jié) 鋼的表面熱處理,引言,機(jī)械零件在服役時(shí)，常常要求表面與心部具有不同的力學(xué)性能，能更好的發(fā)揮材料的潛力作用。例如在機(jī)械中常用的齒輪，表面承受巨大的接觸應(yīng)力，希望有高的硬度來(lái)提高其耐磨性和接觸疲勞抗力，同時(shí)又要傳遞動(dòng)力，齒部經(jīng)受彎曲疲勞，要求材料有高的韌性，但一般材料當(dāng)硬度高時(shí)韌性就差，然而若材料表面具有高硬度，心部有高的韌性就可以兼顧二者的需求，內(nèi)燃機(jī)的曲軸也是同樣的情況，傳遞動(dòng)力且軸頸處耐磨。達(dá)到材料表面和心部

49、具有不同性能的方法可能多種，一種是相同的材料，表面和心部經(jīng)過(guò)不同方式的熱處理；另一種方法是通過(guò)改變材料表面成分的方法來(lái)達(dá)到具有不同的性能，以下分別介紹之。,一、表面淬火,第六節(jié) 鋼的表面熱處理,基本原理： 首先對(duì)零件進(jìn)行整體熱處理，讓零件心部達(dá)到要求的性能，例如軸、機(jī)床齒輪類(lèi)先，進(jìn)行調(diào)質(zhì)，再利用快速加熱的方法，只將工件的部分表層奧氏體化，然后淬火。表面淬火不改變材料的化學(xué)成分，只表面獲得馬氏體組織，得到強(qiáng)化和硬化心部組織并不發(fā)生變化，保持高的韌性。,淬火組織： 加熱時(shí)，從表面到心部的溫度不同，淬火后在組織也不同，最表層加熱溫度到 Ac3以上，為細(xì)小的馬氏體，可能有少量未溶的鐵素體；次表層的溫度

50、在Ac1Ac3之間，加熱組織為鐵素體加奧氏體，淬火組織為鐵素體加馬氏體或鐵素體加屈氏體；里層溫度在 Ac1以下，未奧氏體化，不可能形成馬氏體，心部依然保留原始組織。,一、表面淬火,第六節(jié) 鋼的表面熱處理,3.加熱方法：,感應(yīng)加熱表面淬火：,將工件置于中頻或高頻(500500KHz)的交變磁場(chǎng)中，在工件上有感應(yīng)電流，由于電流的集膚效應(yīng)，電流集中于表層，大的電流產(chǎn)生的熱量將工件表面迅速達(dá)到 8001000，然后迅速置于水中或噴水冷卻，達(dá)到表層淬硬的結(jié)果。由于加熱速度快，溫度高，奧氏體晶粒細(xì)，硬度高于普通淬火硬度23HRC，象45、40Cr、40MnB經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)后表面淬火，表層硬度大于50HRC。,一、表面淬火,第六節(jié) 鋼的表面熱處理,3.加熱方法：,感應(yīng)加熱表面淬火：,利用目測(cè)或用光學(xué)比色溫溫度計(jì)來(lái)測(cè)溫