金屬材料及熱處理11鋼的熱處理篇(5)

1、六、六、碳鋼及鋼的熱處理碳鋼及鋼的熱處理1、Fe-C相圖與碳鋼2、鋼的加熱轉(zhuǎn)變（奧氏體化）3、 奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變（奧氏體分解， C曲線）4、 珠光體轉(zhuǎn)變與鋼的退火、正火5、 馬氏體轉(zhuǎn)變與鋼的淬火6、 淬火鋼的加熱轉(zhuǎn)變與鋼的回火7、 貝氏體轉(zhuǎn)變與鋼的等溫淬火8、 表面淬火9、 化學(xué)熱處理10、熱處理的工藝基礎(chǔ)（略）agingaging低碳鋼、合金鋼（奧氏體、鐵素體）的時效過程；鋼鐵淬火后（馬氏體+殘余奧氏體）的回火過程1）概念）概念將淬火鋼加熱至Ac1以下的溫度，保溫，然后冷卻的一種熱處理形式。適應(yīng)于鋼制機(jī)械零件及工具、模具、量具 。目的在于(1)消除或減少淬火鋼件的內(nèi)應(yīng)力；(2)調(diào)整性能；(3

2、)穩(wěn)定組織和尺寸 6、淬火鋼的加熱轉(zhuǎn)變與鋼的回火2）回火時的組織轉(zhuǎn)變過程）回火時的組織轉(zhuǎn)變過程馬氏體分解及碳化物的析出和長大 板條馬氏體中, 碳原子與位錯結(jié)合或碳原子沿100M面富集.片狀馬氏體中， 碳原子偏聚于孿晶面112M。C%0.2%, M-Fe2.4C 碳化物（100250 ），-Fe23C, 密排六方高C鋼,MHagg，-Fe2.5C碳化物 (200300)， -Fe2.5C， 單斜 （250350），-Fe3C， 由馬氏體中析出過渡碳化物轉(zhuǎn)化而成。 400600 細(xì)板條狀的滲碳體聚集成球狀 600700，球狀滲碳體粗化殘余奧氏體的分解溫度： 200300產(chǎn)物：輕度過飽和的 -Fe固

3、溶體和碳化物 （回火馬氏體），有時也可能是下貝氏體。 -Fe基體的回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大溫度： 400700板條馬 多邊化亞結(jié)構(gòu)亞晶粒， -Fe固溶體等軸新晶粒片狀馬 孿晶亞結(jié)構(gòu)消失，并出現(xiàn)位錯胞和位錯線， -Fe相等軸新晶?；鼗疝D(zhuǎn)變過程概覽組織：回火馬氏體和殘余奧氏體的混合組織 過共析鋼，二次滲碳體； 中碳鋼，板條或片狀馬； 低碳鋼，碳偏聚 性能：鋼的強(qiáng)度、硬度很低，耐磨性高，塑性差。3）碳鋼回火組織的描述（略）碳鋼回火組織的描述（略） 組織：細(xì)片(細(xì)板條)狀或細(xì)粒狀滲碳體及接近平衡(或已達(dá)平衡)的固溶體(鐵素體)組成 ，固溶體仍保持或大致保持原馬氏體形態(tài)(板條狀或片狀)。 性能：鋼的強(qiáng)度、

4、硬度高，尤其是彈性極限高。 組織：粗大球粒狀的滲碳體和固溶體(鐵素體) 性能：鋼的強(qiáng)度、硬度、塑性適中，綜合性能好。組織：粗大的粒狀滲碳體和鐵素體基體組成 性能：鋼的強(qiáng)度、硬度很低 ，塑性高、熱穩(wěn)定性好4）碳鋼回火后的力學(xué)性能）碳鋼回火后的力學(xué)性能 的影響因素的影響因素1、強(qiáng)度與塑性變化的一般規(guī)律、強(qiáng)度與塑性變化的一般規(guī)律回火溫度，合金成分（碳含量與合金成分），原始組織回火溫度與碳含量回火溫度與碳含量熱處理后組織（粒狀熱處理后組織（粒狀P組織與片狀組織與片狀P組織）組織）合金元素對回火的影響合金元素對回火的影響 影響：提高鋼的回火抗力，引起二次硬化，引起或抑制高溫回火脆性。原因；不改變回火的基

5、本過程，延緩回火時的各種轉(zhuǎn)變，并將這些轉(zhuǎn)變推至較高的溫度，即合金元素可提高鋼的回火抗力。二次硬化 。（調(diào)質(zhì)的回火溫度范圍）5）回火脆性）回火脆性概念：在許多鋼(主要是結(jié)構(gòu)鋼)中發(fā)現(xiàn)，回火溫度升高時，鋼的韌性并非連續(xù)提高，而是在某些溫度范圍回火后，韌性反而下降的現(xiàn)象?；鼗饻囟鹊倪x擇應(yīng)避開回火脆性溫度：1. 低溫回火低溫回火(250400 )2. 高溫回火高溫回火(450650 )1）第一類回火脆性(低溫回火脆性，不可逆回火脆性)在250400回火就會產(chǎn)生，與冷速無關(guān)，快冷慢冷都會出現(xiàn)，除非進(jìn)行高于400回火 。2)第二類回火脆性(高溫回火脆性，可逆性回火脆性)在450600足夠時間的回火，或在6

6、00650的溫度慢冷，會產(chǎn)生，若在隨后的600450 范圍 快冷，則基本上不產(chǎn)生脆性 ，即，第二類回火脆性與回火時的冷卻速度有關(guān))通常回火過程中， ，如圖隨著溫度上升， ，HB， Kic。但是有的鋼則不同，塑性不是隨著溫度上升而連續(xù)上升，即存在某個范圍， Kic反而下降，即回火脆性。有兩類回火脆性：有兩類回火脆性：第一類回火脆性第一類回火脆性(低溫回火脆性，不可逆回火脆性低溫回火脆性，不可逆回火脆性)出現(xiàn)的鋼種：出現(xiàn)的鋼種：幾乎所有的鋼淬火成馬氏體的鋼均有此類回火，出現(xiàn)溫度200-400特點：特點：與冷速無關(guān)，快冷慢冷都會出現(xiàn)。不可逆的，一般出現(xiàn)了就難以消除(除非進(jìn)行高于400回火)消除后就如

7、再在200-400 回火也不會產(chǎn)生。產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因：新生碳化物在板與板條(束)之邊界或片馬孿晶界或晶界析出，引起界面脆化。高溫析出相聚積長大，球化，改善界面脆性，因而可消之。消除的方法：消除的方法：一般講是無有效的方法完全消除。但細(xì)晶或等溫淬火，可部分消之。另外，加Si，Cu，Al提高回火脆化溫度(可防低回脆)一般不進(jìn)行一般不進(jìn)行250-350 回火處理。回火處理。第二類回火脆性第二類回火脆性(高溫回火脆性，可逆性回火脆性高溫回火脆性，可逆性回火脆性)出現(xiàn)的鋼種：出現(xiàn)的鋼種：主要出現(xiàn)在Cr，Ni，Mn等合金元素的鋼中，出現(xiàn)溫度450-650，與冷速有關(guān)-快冷可消之(緩冷出現(xiàn))。特點：特

8、點：可逆的，快冷消之，但再次高回，緩冷時又會產(chǎn)生。產(chǎn)生后高回快冷又消之。產(chǎn)生產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因：微量元素銻Sb，砷As，磷P，錫Sn等(與Cr，Ni，Mn相互作用，促使雜質(zhì)元素偏聚)，并向原奧氏體晶界偏聚，引起碳偏聚，則脆性嚴(yán)重防止的辦法：防止的辦法：凡能減少有害雜質(zhì)或延緩有害雜質(zhì)偏聚，改善雜質(zhì)分布或細(xì)晶的方法，均可防止。通常包括，1、減少或消除雜質(zhì)，2、加0.5%Mo或1.0%W，另外加同V，Ti一樣均可延緩偏聚，3、細(xì)晶本身可增塑，同時分散雜質(zhì)，4、回火后快冷，不易使雜質(zhì)偏聚。5、另外，亞溫淬火(M+F軟，使有害雜質(zhì)多集中于F中，提高韌性，防回脆)，高溫形變熱處理(細(xì)晶)，回火時快速加

9、熱短時保溫等方法，對減輕回火脆性有利。 5）回火工藝）回火工藝 制度與應(yīng)用制度與應(yīng)用 1低溫回火(150250 )回火馬氏體（5864HRC ）目的：降低鋼中殘余應(yīng)力和脆性，同時仍保持高的硬度和耐磨性。適應(yīng)：各種高碳鋼工具、滾動軸承和滲碳零件等 。2中溫回火(350500)回火屈氏體（3545HRC）目的：提高韌性、彈性極限和屈服強(qiáng)度。適應(yīng)：各種彈簧、鍛模、刀桿和軸套。 3高溫回火(500650)調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）處理回火索氏體組織(200-350HB) 目的：使鋼獲得強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性良好配合的綜合力學(xué)性能。適應(yīng)：結(jié)構(gòu)零件，交變負(fù)荷下工作的零件，如汽車和拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)連桿、連仟螺栓、齒

10、輪及軸類等。也有軟化處理（大于650 ）的，得到球化組織，也有低溫長時（100-15010-50h ）的尺寸穩(wěn)定化處理（或時效處理）鋼的時效硬化（馬氏體分解和二次硬化）與鋼的時效硬化（馬氏體分解和二次硬化）與析出強(qiáng)化鋼析出強(qiáng)化鋼 1.馬氏體時效鋼微碳FeNi合金（Ni、Co、Mo、Ti、A1、或Ti、A1、Nb）。加入合金元素形成金屬間化合物(Ni3M)，達(dá)到強(qiáng)化的目的。2. 沉淀硬化超強(qiáng)不銹鋼188不銹鋼(A1、Ti、Mo), Cr13型馬氏體不銹鋼(Mo、W、Ti、Nb和Co) 加入合金元素形成金屬間化合物，起強(qiáng)化作用。3. 微合金鋼低碳鋼(A1、Nb、V、Ti )合金元素與鋼中的C和N形

11、成細(xì)小彌散的合金碳化物、氮化物或碳-氮化物。減緩?qiáng)W氏體晶?；蛟俳Y(jié)晶晶粒的長大，微合金C化物、N化物為相間沉淀?？蛇_(dá)到細(xì)化鋼的顯微組織，提高鋼的力學(xué)性能。注意：注意： 與有色合金固溶時效處理的區(qū)別在于基體有多型性轉(zhuǎn)變。與有色合金固溶時效處理的區(qū)別在于基體有多型性轉(zhuǎn)變。（1）過飽和因溶體的析出(即過飽和固溶體分解并形成和析出偏聚區(qū)、過渡相或平衡相)，從而引起合金強(qiáng)化的過程。 （2）鋼的時效硬化則主要馬氏體分解和二次硬化，也是過飽和固溶體的析出過程，但另外還包括基體正方度下降、殘余奧氏體的分解等過程。（3）合金化合物從過飽和奧氏體中析出或從過飽和鐵素體析出則與有色合金固溶時效處理的相似。（舉例）馬氏體時效鋼的淬火時效（舉例）馬氏體時效鋼的淬火時效馬氏體時效鋼的優(yōu)點馬氏體時效鋼的優(yōu)點:超高強(qiáng)下有良好的塑性和韌性。原因：原因：淬火強(qiáng)化（形成板條狀馬氏體）、時效強(qiáng)化成分：成分：C003，Ni1825，含能產(chǎn)生時效強(qiáng)化的合金元素。 分類：分類：18Ni型、20Ni型和25Ni型 18Ni型的用途：型的用途：空間飛行器的部件、大負(fù)荷扭轉(zhuǎn)或彎曲的結(jié)構(gòu)件、高壓容器和部分工模具組織：組織：淬火得析條狀馬氏體 時效使合金元素在位錯處形成偏聚區(qū) 時效析出高硬度的過渡相(Ni3MoNi3Ti), 過渡相與馬氏體基體半共格。淬火淬火時效后組織時效后組織“時