熱處理儲(chǔ)運(yùn)傳PPT課件

1、4.4.熱處理目的和應(yīng)用范圍 目的：改變鋼的性能； 應(yīng)用范圍：整個(gè)制造業(yè)。5.5.熱處理的分類 熱處理原理：描述熱處理時(shí)鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律。描述熱處理時(shí)鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律。 熱處理工藝：根據(jù)熱處理原理制定的溫度、時(shí)間、介質(zhì)等參數(shù)。根據(jù)熱處理原理制定的溫度、時(shí)間、介質(zhì)等參數(shù)。(a)940淬火+220回火（板條M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板條M+條狀F+A少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板條M回+條狀F+A少）(f)780淬火+220回火（板條M回+塊狀F） 20CrMnTi鋼不同熱處理工藝的顯微組織第1頁/共107頁 根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼

2、組織性能變化特點(diǎn)不同，將熱處理工藝分類如下：其他熱處理普通熱處理表面熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理表面淬火感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱等化學(xué)熱處理滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等第2頁/共107頁6.6.預(yù)備熱處理與最終熱處理預(yù)備熱處理：為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）或進(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理。最終熱處理：賦予工件所要求的使用性能的熱處理。預(yù)備熱處理最終熱處理W18Cr4V鋼熱處理工藝曲線時(shí)間溫度/第3頁/共107頁 用Ac1、Ac3、Accm表示;冷卻時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示。 由于加熱冷卻速度直接影響轉(zhuǎn)變溫度，因此

3、一般手冊中的數(shù)據(jù)是以30-50/h 的速度加熱或冷卻時(shí)測得的.7. 臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度 鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示. 實(shí)際加熱或冷卻時(shí)存在著過冷或過熱現(xiàn)象，因此將鋼加熱時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別第4頁/共107頁 加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種：一種是在A A1 1以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是在臨界點(diǎn)以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。 鋼坯加熱1. 奧氏體的形成過程 奧氏體化也是形核和長大的過程，分為四步?，F(xiàn)以共析鋼為例說明：二、鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變第5頁/共107頁 第一步 奧氏體晶核形成：首先在F與Fe3C相界形核。 第二步 奧氏體晶核長大

4、：A 晶核通過碳原子的擴(kuò)散向 和Fe3C方向長大。 第三步 殘余Fe3C溶解: 鐵素體的成分、結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時(shí)間延長繼續(xù)溶解直至消失。 第四步 奧氏體成分均勻化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。第6頁/共107頁 亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本相同。但由于先共析F F或二次FeFe3 3C C的存在，要獲得全部奧氏體組織，必須相應(yīng)加熱到AcAc3 3或AcAccmcm以上.第7頁/共107頁2. 奧氏體晶粒長大及其影響因素1、奧氏體晶粒長大 起始晶粒度：珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變剛剛完成時(shí)的晶粒度 ,此時(shí)晶

5、粒細(xì)小均勻。 實(shí)際晶粒度：鋼在某一具體加熱條件下的晶粒度； 本質(zhì)晶粒度：度量鋼本身晶粒在930以下，隨溫度升高,晶粒長大的程度，表示奧氏體長大傾向。第8頁/共107頁 通常將鋼加熱到940 10奧氏體化后，設(shè)法把奧氏體晶粒保留到室溫來判斷。 A 晶粒度為1-4 級(jí)的是本質(zhì)粗晶粒鋼, 5-8 級(jí)的是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。前者晶粒長大傾向大，后者晶粒長大傾向小。 隨加熱溫度升高或保溫時(shí)間延長，奧氏體晶粒將進(jìn)一步長大，這也是一個(gè)自發(fā)的過程。奧氏體晶粒長大過程與再結(jié)晶晶粒長大過程相同。第9頁/共107頁2、影響奧氏體晶粒長大的因素加熱溫度和保溫時(shí)間：加熱溫度高、保溫時(shí)間長，A 晶粒粗大。加熱速度：加熱速度越快

6、,過熱度越大, 形核率越高, 晶粒越細(xì)。鋼的化學(xué)成分 碳含量：在一定范圍內(nèi)，隨著奧氏體中碳含量增加，晶粒長大傾向增大，但碳量超過一定值后，碳能以未溶碳化物狀態(tài)存在，反使晶粒長大傾向減小 合金元素：阻礙奧氏體晶粒長大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。促進(jìn)奧氏體晶粒長大的元素：Mn、P、C、N。 原始組織: 平衡狀態(tài)的組織有利于獲得細(xì)晶粒。 奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問題之一。第10頁/共107頁 冷卻是熱處理的最后一個(gè)工序，也是最關(guān)鍵的工序，它決定了鋼熱處理

7、后的組織和性能。同一種鋼，加熱溫度和保溫時(shí)間相同，冷卻方法不同，熱處理后的性能截然不同。這是因?yàn)檫^冷奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成了不同的產(chǎn)物。那么奧氏體在冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變成什么產(chǎn)物？有什么規(guī)律呢？三、 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第11頁/共107頁 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變使加熱到奧氏體化的鋼連續(xù)降溫進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變 等溫冷卻轉(zhuǎn)變使加熱到奧氏體化的鋼以較快的冷卻速度冷到A1以下某溫度保溫，在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。 冷卻方式第12頁/共107頁n過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線 - TTT曲線 ( C 曲線 )T - timeT - temperatureT - transformation1. 過冷奧

8、氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變過程 當(dāng)溫度在A1以上時(shí), 奧氏體是穩(wěn)定的。當(dāng)溫度降到A1以下后，奧氏體即處于過冷狀態(tài)，這種奧氏體稱為過冷奧氏體。過冷A是不穩(wěn)定的，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌慕M織。鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變，實(shí)質(zhì)上是過冷A的轉(zhuǎn)變。隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變。 現(xiàn)以共析鋼為例說明：第13頁/共107頁2.共析碳鋼 TTT 曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn) 物 區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)。550230;中溫轉(zhuǎn)變區(qū); 半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; 貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū);230 - 50; 低溫轉(zhuǎn)變區(qū)

9、; 非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf第14頁/共107頁3.轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（1）珠光體轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體在 Ar1到 550間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物。珠光體索氏體托氏體根據(jù)片層厚薄不同,又細(xì)分為珠光體、索氏體和屈氏體.第15頁/共107頁珠光體型 ( P ，Pearlite) 轉(zhuǎn)變 ( Ar1550，擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變）:Ar1650 : P ; 525HRC; 片間距為0.60.7m ( 500 )。650600 : 細(xì)片狀P-索氏體(S); 片

10、間距為0.20.4m (1000); 2536HRC。600550:極細(xì)片狀P-屈氏體(T); 片間距為0.2m ( 電鏡 ); 3540HRC。第16頁/共107頁（2）貝氏體（Bainite，半擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變）u中溫轉(zhuǎn)變：550 Ms點(diǎn)u轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：半擴(kuò)散型，鐵原子不擴(kuò)散，碳原子有一定的擴(kuò)散能力。u轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：貝氏體，即Fe3C或碳化物分布在含碳過飽和的鐵素體上的兩相混合物。l上貝氏體： 550 350，呈羽毛狀,小片狀Fe3C分布在F體條間。強(qiáng)度和韌性差。l下貝氏體： 350 Ms點(diǎn)，呈針狀,韌性高，綜合力學(xué)性能好。第17頁/共107頁 上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無實(shí)用價(jià)值。 下貝氏體除了強(qiáng)度、

11、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。 第18頁/共107頁 當(dāng)奧氏體過冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。 馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。 馬氏體（Martensite）概念：碳在-Fe中的過飽和固溶體。用M表示。 馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。馬氏體組織（3）馬氏體型轉(zhuǎn)變（非擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變）第19頁/共107頁1）馬氏體的晶體結(jié)構(gòu): 由于碳的過飽和作用, 使-Fe晶格由體心立方變成體心正方晶格（a=bc）。軸比c/a 稱馬氏體的正方度。C% 越高，正方度越大，正方畸變越嚴(yán)重。當(dāng)0.25%C時(shí)，c/a=1，此時(shí)馬氏體為體心立方晶格

12、。第20頁/共107頁2）馬氏體的形態(tài)馬氏體的形態(tài)分板條狀和針狀兩類。 板條狀馬氏體立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀在光鏡下板條狀馬氏體為一束束的細(xì)條組織。光鏡下電鏡下第21頁/共107頁 針狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。電鏡下電鏡下光鏡下第22頁/共107頁 馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量 C%小于0.2%時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。 C%大于1.0%C時(shí)幾乎全部是針狀馬氏體. C%在0.21.0%之間為板條與針狀的混合組織。馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系0.45%C0.2%C1.2%C第23頁/共107頁45鋼正常淬火組織 先形成的馬氏體

13、片橫貫整個(gè)奧氏體晶粒，但不能穿過晶界和孿晶界。后形成的馬氏體片不能穿過先形成的馬氏體片，所以越是后形成的馬氏體片越細(xì)小。 原始奧氏體晶粒細(xì)，轉(zhuǎn)變后的馬氏體片也細(xì)。 當(dāng)最大馬氏體片細(xì)到光鏡下無法分辨時(shí)，該馬氏體稱隱晶馬氏體.第24頁/共107頁3）馬氏體的性能 高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。 馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。 含碳量增加，其硬度增加。u當(dāng)含碳量大于0.6%時(shí)，其硬度趨于平緩。u合金元素對(duì)馬氏體硬度的影響不大。u板條狀馬氏體：強(qiáng)度高、韌性好；針狀馬氏體：強(qiáng)度和硬度高，韌性差。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%第25頁/共107頁 馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外，

14、馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。 馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性。針狀馬氏體板條馬氏體馬氏體的透射電鏡形貌第26頁/共107頁4）馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長大的過程。其主要特點(diǎn)是： 無擴(kuò)散性 鐵和碳原子都不擴(kuò)散，因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。第27頁/共107頁 共格切變性 由于無擴(kuò)散，晶格轉(zhuǎn)變是以切變機(jī)制進(jìn)行的。使切變部分的形狀和體積發(fā)生變化，引起相鄰?qiáng)W氏體隨之變形，在預(yù)先拋光的表面上產(chǎn)生浮凸現(xiàn)象。 馬氏體轉(zhuǎn)變切變示意圖馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的表面浮凸第28頁/共107頁 降溫形成 馬氏體轉(zhuǎn)變開始的溫度稱上馬氏

15、體點(diǎn)，用Ms 表示。 馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度稱下馬氏體點(diǎn)，用Mf 表示。 只要溫度達(dá)到Ms以下即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。 在Ms以下，隨溫度下降，轉(zhuǎn)變量增加，冷卻中斷，轉(zhuǎn)變停止。MfMsM(50%)M(90%)第29頁/共107頁 高速長大 馬氏體形成速度極快，瞬間形核，瞬間長大。 當(dāng)一片馬氏體形成時(shí)，可能因撞擊作用使已形成的馬氏體產(chǎn)生裂紋。 轉(zhuǎn)變不完全 即使冷卻到Mf 點(diǎn)，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來，稱殘余奧氏體，用A 或 表示。第30頁/共107頁Ms、Mf 與冷速無關(guān)，主要取決于奧氏體中的合金元素含量（包括碳含量）。馬氏體轉(zhuǎn)變后，A 量隨含碳量的增加而增加，當(dāng)含碳

16、量達(dá)0.5%后，A量才顯著。含碳量對(duì)馬氏體轉(zhuǎn) 變溫度的影響含碳量對(duì)殘余奧氏體量的影響第31頁/共107頁過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼） 轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度， 轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MSMf無擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MSMf

17、板條狀50淬火第32頁/共107頁4. 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT(Continuous-Cooling-Transformation diagram)曲線，是通過測定不同冷速下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。共析鋼CCT曲線過共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線第33頁/共107頁Vku共析碳鋼 CCT 曲線建立過程示意圖時(shí)間( lg )溫度A1PZPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1爐冷空冷Ps AP 開始線Pz AP 終止線K P型轉(zhuǎn)變終止線Vk 上臨界冷卻速度 MS A M 開始溫度 Mf A M 終止溫度第34頁/共107頁 過冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲

18、線)中，共析鋼以大于Vk（上臨界冷卻速度）的速度冷卻時(shí), 得到的組織為M。冷卻速度小于Vk（下臨界冷卻速度）時(shí), 鋼將全部轉(zhuǎn)變?yōu)镻型組織。共析鋼過冷A在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時(shí)得不到B組織。在P轉(zhuǎn)變區(qū)之下多了一條轉(zhuǎn)變中止線。 與共析鋼的TTT曲線相比，共析鋼的CCT曲線稍靠右靠下一點(diǎn)，表明連續(xù)冷卻時(shí)，A完成珠光體轉(zhuǎn)變的溫度較低，時(shí)間更長。 當(dāng)連續(xù)冷卻曲線碰到轉(zhuǎn)變中止線時(shí)，P轉(zhuǎn)變中止，余下的A一直保持到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)镸。第35頁/共107頁VkVk共析鋼的CCT曲線u共析碳鋼 TTT 曲線與CCT曲線的比較 圖中的Vk 為CCT曲線的臨界冷卻速度，即獲得全部馬氏體組織時(shí)的最小冷卻速度. Vk 為TTT曲線

19、的臨界冷卻速度. Vk 1.5 Vk 。第36頁/共107頁 CCT曲線獲得困難，TTT曲線容易測得。 可用TTT曲線定性說明連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變情況。方法是將連續(xù)冷卻曲線繪在C 曲線上，依其與C 曲線交點(diǎn)的位置來說明最終轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。用TTT曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變爐冷空冷油冷水冷PST+M+AM+A用TTT曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變爐冷空冷油冷水冷PST+M+AM+A用TTT曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變爐冷空冷油冷水冷PST+M+AM+A第37頁/共107頁3.2 鋼的退火和正火毛坯生產(chǎn) 預(yù)備熱處理 機(jī)械加工 最終熱處理 機(jī)械精加工最終熱處理 : 淬火 ;

20、回火，目的-使工件獲得所要求的性能。 一般零件生產(chǎn)的工藝路線:預(yù)備熱處理 : 退火 ; 正火，目的-消除坯料、半成品中的某些缺陷，為后續(xù)冷加工，最終熱處理作組織準(zhǔn)備。 第38頁/共107頁一、鋼的退火(Annealing of steel) 定義: 將鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界點(diǎn)，保溫一定時(shí)間，隨后在爐內(nèi)或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻，以獲得接近平衡的組織的熱處理工藝。目的: 調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。 消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。 細(xì)化晶粒，改善組織，均勻成分，提高力學(xué)性能。(4)為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。 第39頁/共107頁n 種類退火重結(jié)晶退 火低溫

21、退火完全退火擴(kuò)散退火球化退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火普通退火等溫退火普通球化 退 火等溫球化 退 火第40頁/共107頁n退火工藝1. 完全退火u工藝：將工件加熱到Ac3+3050保溫后緩冷（爐冷）的退 火工藝。u目的：細(xì)化晶粒，消除應(yīng)力，均勻化組織，降低硬度，便 于切削加工。u適于鋼種：亞共析鋼（包括合金鋼）的鑄、鍛、焊件。低 碳鋼及過共析鋼不宜。u組織： F + P（或P）。第41頁/共107頁2. 等溫退火 亞共析鋼加熱到Ac3+3050, 共析、過共析鋼加熱到Ac1+30 50，保溫后快冷到Ar1以下的某一溫度下停留，待相變完成后出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時(shí)間，更適合于孕育期長

22、的合金鋼。等溫轉(zhuǎn)變F + P。 除冷卻方式外，其他均與完全退火相同。 高速鋼等溫退火與普通退火的比較第42頁/共107頁3. 球化退火 球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。u工藝：將工件加熱到Ac1+ 30-50 保溫后緩冷，或者加熱后冷卻到略低于 Ar1 的溫度下保溫，使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷。u目的：降低硬度,改善切削性,為淬火作好準(zhǔn)備。（使Fe3C球化）u適于鋼種：（過）共析鋼及合金鋼。 u組織：球狀P （F +球狀Fe3C）第43頁/共107頁 球化退火的組織為鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織，稱球狀珠光體, 用P球表示。球狀珠光體l對(duì)于有網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析鋼，球化

23、退火前應(yīng)先進(jìn)行正火，以消除網(wǎng)狀。第44頁/共107頁4. 擴(kuò)散退火u工藝：加熱至Ac3+（150300），長時(shí)間保溫 ，然后爐冷。 u目的：使成分、組織均勻適于鋼種：合金鋼鑄件及鍛坯。u組織：不變。但可能出現(xiàn)過熱 ，且工件燒損嚴(yán)重。 5. 再結(jié)晶退火u工藝：加熱加熱至T再+150250，保溫后空冷。 u目的：消除加工硬化，恢復(fù)原來的組織。 u適于工件：冷扎、冷拉、冷沖等冷加工件。6. 去應(yīng)力退火u工藝：加熱至Ac1以下100200，保溫，爐冷至200以下空冷。u目的：去應(yīng)力，以防鋼件的變形及開裂。u適于工件：鑄、鍛、焊接件及冷加工件。u組織：不變。 第45頁/共107頁消除內(nèi)應(yīng)力500650去

24、應(yīng)力退火消除加工硬化TR +3050 再結(jié)晶退火過共析、共析鋼使Fe3C球化HRC， 韌性，切削性為淬火作組織準(zhǔn)備Ac1 +2030球化退火亞共折鋼、共析鋼細(xì)化晶粒，均勻化組織降低硬度 切削性消除內(nèi)應(yīng)力Ac3 +3050完全退火高合金鋼均勻鋼內(nèi)部的化學(xué)成分略低于固相線擴(kuò)散退火適用鋼種退火目的加熱溫度退火工藝第46頁/共107頁二、鋼的正火( Normalizing of steel )n定義: 把零件加溫到臨界溫度以上3050,保溫一段時(shí)間,然后在空氣中冷卻。 加熱：亞共析鋼加熱到Ac3+30 50，共析鋼加熱到Ac1+3050，過共析鋼加熱到Accm+30 50。冷卻：空冷正火比退火冷卻速度

25、大。n目的: 對(duì)于低、中碳鋼(0.6C%)，目的與退火的相同。對(duì)于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。普通件最終熱處理。第47頁/共107頁 要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火,高碳鋼用球化退火。熱處理與硬度關(guān)系合適切削加工硬度第48頁/共107頁n熱處理后的組織: S+Fe3C (過共析鋼) S+F (亞共析鋼400） 成為粒狀Fe3C，600后粗化3.淬火鋼回火時(shí)組織變化 淬火鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段。隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個(gè)階段變化。 第78頁/共107頁馬氏體分解(100200)100回火時(shí)，鋼的組織無變化。100-200加熱時(shí)

26、，馬氏體將發(fā)生分解，從淬火馬氏體中析出-碳化物薄片(- FeXC)，使馬氏體過飽和度降低。部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，但量不多。析出的有共格關(guān)系的碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體，用M回表示。所以低溫回火后組織為M回+A殘。MM回（相+-FeC） 0.25% 23l 0.2%C 時(shí)，不析出碳化物。只發(fā)生碳在位錯(cuò)附近的偏聚。第79頁/共107頁u殘余奧氏體轉(zhuǎn)變 (200300) 馬氏體分解完成和碳化物的轉(zhuǎn)變（300400） 200-300時(shí), 由于馬氏體分解，奧氏體所受的壓力下降, Ms 上升，A分解為-碳化物和過飽和鐵素體，即M回或B下。發(fā)生于250-400，此時(shí)，-碳

27、化物溶解于F中，并從鐵素體中析出Fe3C。到350, 馬氏體含碳量降到鐵素體平衡成分, 內(nèi)應(yīng)力大量消除，M回轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀Fe3C組織，稱回火托氏體，用T回表示。第80頁/共107頁u鐵素體的回復(fù)、再結(jié)晶和碳化物的聚集長大 （400）400以上, Fe3C開始聚集長大。450 以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅?。這種在多邊形鐵素體基體上分布著細(xì)小的顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體，用S回表示。 第81頁/共107頁鋼的回火溫度和力學(xué)性能之間的關(guān)系 鋼在回火時(shí)，隨著溫度的增加，其組織、性能將發(fā)生變化，通常是強(qiáng)度、硬度降低，而塑性、韌性增加。n回火時(shí)的性能

28、變化規(guī)律第82頁/共107頁l 200以下，由于馬氏體中碳化物的彌散析出，鋼的硬度并不下降，高碳鋼硬度甚至略有提高。l 200-300，由于高碳鋼中A轉(zhuǎn)變?yōu)镸回, 硬度再次升高。l 大于300,由于Fe3C粗化，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體,硬度直線下降。第83頁/共107頁p 低溫回火 溫度：150 250 。 組織：在低溫回火時(shí)，從淬火馬氏體內(nèi)部會(huì)析出碳化物薄片（Fe2.4C), 馬氏體的過飽和度減小。部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w, 但量不多可忽略。所以亞共析鋼低溫回火后組織為回火馬氏體(M回)。過共析鋼低溫回火后組織為回火馬氏體碳化物殘余奧氏體。 目的：部分降低淬火應(yīng)力和脆性，提高工件韌性，保證淬

29、火后的高硬度(一般為58 HRC64 HRC)和高耐磨性。 用途：主要用于處理各種高碳鋼工具、模具、滾動(dòng)軸承以及滲碳和表面淬火的零件。 4. 回火的種類及其特點(diǎn)第84頁/共107頁p 中溫回火 溫度：350 500 。 組織：得到鐵素體基體與大量彌散分布的細(xì)粒狀滲碳體的混合組織，叫做回火屈氏體(T回)。鐵素體仍保留馬氏體的形態(tài)，滲碳體比回火馬氏體中的碳化物粗。 目的：內(nèi)應(yīng)力基本消除，獲得高的彈性極限和一定韌性?；鼗鹎象w具有高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，同時(shí)也具有一定的韌性，硬度一般為35 HRC45 HRC。 用途：主要用于處理各類彈簧，部分模具以及承受小能量、多次沖擊載荷的零件。 第85頁/共1

30、07頁p 高溫回火 溫度：500 650 。 組織：得到粒狀滲碳體和鐵素體基體的混和組織， 稱回火索氏體(S回)。 目的：獲得較高的綜合力學(xué)性能?；鼗鹚魇象w綜合力學(xué)性能最好, 即強(qiáng)度、塑性和韌性都比較好，硬度一般為25 35HRC。通常把淬火加高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理。 用途：要求綜合力學(xué)性能好的中碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼制造的各種重要的結(jié)構(gòu)零件，各種重要的機(jī)器結(jié)構(gòu)件，是受交變載荷的零件，如連桿、軸、齒輪等最重要的熱處理工序之一。也是表面熱處理、化學(xué)熱處理、某些精密工件如量具、模具等常用的預(yù)備熱處理工序之一。 第86頁/共107頁心部：硬度低，韌性高 在生產(chǎn)中，有很多零件要求表面和心部具有不同的性能

31、，一般是表面硬度高，有較高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度；而心部要求有較好的塑性和韌性。表面：硬度高，耐磨第87頁/共107頁 在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱處理方法，都不能滿足其要求。 低碳鋼 ：可滿足心部要求， 表面要求不能滿足； 高碳鋼： 可滿足表面要求， 心部要求不能滿足；解決這一問題的方法是表面熱處理和化學(xué)熱處理 第88頁/共107頁3.4 表面淬火和化學(xué)熱處理 表面熱處理概念：指僅對(duì)工件表層進(jìn)行熱處理以改變其組織和性能的工藝； 分類：表面淬火和化學(xué)熱處理； 應(yīng)用范圍：主要是某些在沖擊載荷、交變載荷及摩擦條件下工作的機(jī)械零件，如曲軸、凸輪軸、齒輪等； 工藝的核心:使零件具有“表硬里韌

32、”的力學(xué)性能。第89頁/共107頁一、表面淬火u定義:表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火方法。u目的:心部保持較高的綜合力學(xué)性能，獲得高硬度的表面層，以提高工件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。u表面淬火用鋼：選用中碳或中碳低合金鋼。40、45、40Cr、40MnB等。u表面淬火加熱的方法：感應(yīng)加熱( 高、中、工頻 )、火焰加熱、激光加熱等。第90頁/共107頁感應(yīng)加熱表面淬火 1原理 交變磁場感應(yīng)電流工件電阻加熱，集膚效應(yīng) 表面加熱 2分類 a. 高頻 200-300KHz，淬硬深度 0.5-2mm 小工件 b. 中頻2500-8000Hz 淬硬深度2-5mm

33、尺寸較大的工件 c. 低頻 50Hz 淬硬深度10-15mm 大型工件 d. 超音頻 30-40KHz 3鋼種 中碳鋼和中碳低合金鋼 磨損部位（高硬度，耐磨）第91頁/共107頁a. 加熱速度快 幾秒幾十秒b. 加熱時(shí)實(shí)際晶粒細(xì)小，淬火得到極細(xì)馬氏體，硬度，脆性c. 殘余壓應(yīng)力提高壽命d. 不易氧化、脫碳、變形小e. 工藝易控制，設(shè)備成本高4特點(diǎn) 鍛造退火或正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工表面淬火低溫回火（粗磨時(shí)效精磨） 5工藝路線第92頁/共107頁感應(yīng)加熱表面淬火示意圖集膚效應(yīng)示意圖第93頁/共107頁u工藝要求 * 表面淬火前，必須對(duì)零件進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理，以保證零件有良好的基體。 * 表面淬火后，

34、必須對(duì)零件進(jìn)行低溫回火處理，以降低淬火應(yīng)力和脆性。u生產(chǎn)特點(diǎn) 淬火件的質(zhì)量好； 工件變形??；不易氧化及脫碳;淬火層容易控制；生產(chǎn)率高。設(shè)備投資大,不適于復(fù)雜形狀零件和小批量生產(chǎn)。第94頁/共107頁二、化學(xué)熱處理( Chemical Heat Treatment )u定義:將零件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱、保溫，使介質(zhì)中一種或幾種元素原子滲入工件表層，以改變鋼表層的化學(xué)成分和組織的熱處理工藝。 第95頁/共107頁1.鋼的滲碳 ( Carburize of steel )1)定義: 向鋼的表面滲入碳原子的過程。2)目的:提高表面硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的強(qiáng)度和良好的塑性和韌性。3)用鋼: 低碳鋼和低碳合金鋼。4)方法: 固體、氣體、液體滲碳。5）加工工藝路線 鍛造正火切削加工滲碳淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）低溫回火噴丸磨削第96頁/共107頁 固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱第97頁/共107頁6)工藝: 加熱溫度為900950; 滲碳時(shí)間一般為39小時(shí);7)滲碳后的組織: 1%CP+Fe3C0.2%C F + P少表面中心零 件PP+F第98頁/共107頁滲碳淬火低溫回火后的組織：表層組織：表層組織：M M回回粒