第六章鋼的熱處理

1、第六章第六章 鋼的熱處理鋼的熱處理Treatments of SteelTreatments of Steel將一共析鋼將一共析鋼(0.77%C)加熱至加熱至760C, 保溫保溫5min然后將其置然后將其置于鹽水中于鹽水中, 令其較快地冷卻至室溫令其較快地冷卻至室溫. 我們測(cè)量此時(shí)共析鋼的硬我們測(cè)量此時(shí)共析鋼的硬度度, 其硬度值為其硬度值為HRC6264; 為什么碳鋼經(jīng)過(guò)加熱然后快速冷卻后為什么碳鋼經(jīng)過(guò)加熱然后快速冷卻后, 其硬度和強(qiáng)度會(huì)其硬度和強(qiáng)度會(huì)提高？提高？將上述樣品再在560C加熱30min, 我們發(fā)現(xiàn)其硬度又會(huì)降到原來(lái)的硬度值.為什么碳鋼經(jīng)過(guò)加熱然后為什么碳鋼經(jīng)過(guò)加熱然后, 其硬度和

2、強(qiáng)度又會(huì)下降呢？其硬度和強(qiáng)度又會(huì)下降呢？第六章 鋼的熱處理Treatments of SteelTreatments of Steeln熱處理： 將固態(tài)金屬或合金進(jìn)行不同的加熱、保溫和冷卻，以改變其組織而獲得預(yù)期性能的一種熱加工工藝。普通熱處理：表面熱處理：其它熱處理：熱處理退火、正火、淬火、回火表面淬火、激光表面淬火、感應(yīng)淬火、化學(xué)熱處理真空熱處理、形變熱處理第一節(jié)第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變Phase Transformation of Steel during the heating Process 鋼中的轉(zhuǎn)變溫度Ac3A3Ar3AcmACcmArcmAr1A1Ac1

3、加熱溫度:Ac3AccmAc1冷卻溫度Ar3ArcmAr1An鋼中的轉(zhuǎn)變溫度n一、奧氏體的形成過(guò)程及其影響因素1、奧氏體的形成過(guò)程奧氏體晶核形成奧氏體晶核的長(zhǎng)大殘余滲碳體的溶解奧氏體成分的均勻化F + Fe3C AHeat 2、影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素1、加熱溫度、加熱溫度： A、溫度升高， 原子擴(kuò)散能力提高； B、增大奧氏體體中碳的濃度梯度。加速奧氏體形成加速奧氏體形成2、加熱速度：、加熱速度： 加熱速度越快、過(guò)熱越大，轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度越高，奧氏體轉(zhuǎn)變?cè)娇鞀W氏體轉(zhuǎn)變?cè)娇?、化學(xué)成分：、化學(xué)成分： 鋼中含碳量增加，滲碳體數(shù)量增加，鐵素體與滲碳體界面增加，奧氏體形核部位增多。奧氏體轉(zhuǎn)變速奧氏體轉(zhuǎn)變速度加

4、快度加快4、原始組織：、原始組織： 滲碳體為片狀時(shí)，奧氏體形成速度加快 粒狀滲碳體時(shí)，奧氏體形成速度較慢2、影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素（續(xù)）三、奧氏體晶粒度及影響因素1、奧氏體晶粒度的概念?yuàn)W氏體晶粒度的概念1、起始晶粒度：2、實(shí)際晶粒度：3、本質(zhì)晶粒度：珠光體剛剛轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)的晶粒大小。鋼在某一具體熱處理或加熱條件下所得到的奧氏體晶粒大小。不同成分的鋼在加熱時(shí)，其晶粒有些容易長(zhǎng)大，而有些不容易長(zhǎng)大。 2、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素1、加熱溫度、加熱速度及保溫時(shí)間、加熱溫度、加熱速度及保溫時(shí)間 加熱溫度越高或保溫時(shí)間越長(zhǎng)，則奧氏體晶粒長(zhǎng)大越明顯；而高溫、快速、短時(shí)間加熱可獲得細(xì)小晶粒（如激光熱處理）2

5、、化學(xué)成分、化學(xué)成分 碳是促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素，故奧氏體中含碳量越高，其晶粒長(zhǎng)大速度越快。若以未熔碳化物的形式存在于奧氏體中，則有阻礙晶粒長(zhǎng)大、細(xì)化奧氏體晶粒的作用 第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖TTT曲線1、等溫轉(zhuǎn)變圖的建立一、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線一、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線2、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變1）珠光體轉(zhuǎn)變2、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變組織珠光體 名名 稱(chēng)稱(chēng) 代號(hào)代號(hào) 轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度 片間距片間距m 硬度硬度HRC 珠光體珠光體 Pearlite P Ar1 650 0.4 0.7 25 索氏體索氏體 Sorbite S 650 600 0.25 0.4 3

6、5 25 屈氏體屈氏體 Troostite T 600 550 0.25以下以下 40 35 2）貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體Bainite上貝氏體下貝氏體2）貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體貝氏體: bainite發(fā)生在鼻部以下（發(fā)生在鼻部以下（ 550Ms）產(chǎn)物也為產(chǎn)物也為F與與Fe3C機(jī)械混合物，隨溫度由高至低，分別稱(chēng)為機(jī)械混合物，隨溫度由高至低，分別稱(chēng)為:上貝氏體上貝氏體 B上上、下貝氏體、下貝氏體 B下下 ，其形貌、性能如下表所示：，其形貌、性能如下表所示：名名 稱(chēng)稱(chēng) 符符 號(hào)號(hào) 形形 成成 溫溫 度度 形形 貌貌 性性 能能 上貝氏體上貝氏體 B上上 550 350 羽毛狀羽毛狀 HRC4050, 韌性差韌性

7、差 下貝氏體下貝氏體 B下下 350 Ms 竹葉狀竹葉狀 HRC5055, 韌性好韌性好 B下下具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用于要求高強(qiáng)具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用于要求高強(qiáng)韌性的工件（如工模具等）。韌性的工件（如工模具等）。2）貝氏體轉(zhuǎn)變 上貝氏體 下貝氏體3）馬氏體轉(zhuǎn)變 3）馬氏體組織淬火馬氏體回火馬氏體馬氏體相變的特點(diǎn)馬氏體相變的特點(diǎn)：1、轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成；2、速度快；3、無(wú)擴(kuò)散型相變； 4、轉(zhuǎn)變不徹底（殘余奧氏體）；四、 馬氏體相變 (a) FCC的-Fe中碳原子處在較大的間隙，(b)BCC的-Fe中的間隙較小，(c)體心四方晶體由于碳原子的進(jìn)入而發(fā)生畸變。

8、 abc四、 相變強(qiáng)化鐵碳合金中馬氏體的晶格尺寸a和c與碳含量的關(guān)系第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形成溫度和性能組織名稱(chēng)表示符號(hào)形成溫度范圍硬度（HRC）觀察倍數(shù)珠光體（粗珠光體）索氏體（細(xì)珠光體）屈氏體（極細(xì)珠光體）上貝氏體下貝氏體馬氏體PSTB上B下MA1650650600600550550350350MsMs52525353540505555-60100020002、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)和性能四、 馬氏體組織淬火馬氏體回火馬氏體三、淬火第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變板條狀馬氏體示意圖第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組

9、織轉(zhuǎn)變M形貌：決定于奧氏體的含碳量：形貌：決定于奧氏體的含碳量： 當(dāng)當(dāng)Wc 1.0%時(shí)，全部形成針片狀馬氏體時(shí)，全部形成針片狀馬氏體 M片片； 當(dāng)當(dāng)Wc 0.2%時(shí)，全部形成板條狀馬氏體時(shí)，全部形成板條狀馬氏體 M條條； 當(dāng)當(dāng)0.2%Wc1.0%時(shí)，形成混合馬氏體。時(shí)，形成混合馬氏體。性能：因碳在性能：因碳在 Fe中的過(guò)飽和，晶格嚴(yán)重畸變，所以中的過(guò)飽和，晶格嚴(yán)重畸變，所以 M片片具有高硬度高強(qiáng)度，但塑性韌性低；具有高硬度高強(qiáng)度，但塑性韌性低； M條條具有較高硬度強(qiáng)度，塑性韌性也較好。具有較高硬度強(qiáng)度，塑性韌性也較好。第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織

10、轉(zhuǎn)變 非共析碳鋼非共析碳鋼C曲線曲線亞共析碳鋼的亞共析碳鋼的C曲線還有一條曲線還有一條 AF 轉(zhuǎn)變線（轉(zhuǎn)變線（F是先共析相）；是先共析相）；過(guò)共析碳鋼的過(guò)共析碳鋼的C曲線還有一條曲線還有一條 AFe3C 轉(zhuǎn)變線（轉(zhuǎn)變線（ Fe3C是先共是先共析相）析相） ：第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變(CCT)第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變過(guò)冷轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的力學(xué)性能一、珠光體過(guò)冷轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的力學(xué)性能一、珠光體過(guò)冷轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的力學(xué)性能二、貝氏體

11、(Bainite)第三節(jié) 鋼的力學(xué)性能三、馬氏體(Martensite)馬氏體回火馬氏體細(xì)珠光體第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、回火馬氏體M(BCT, single Phase) 回火M(a + Fe3C)第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、回火馬氏體第三節(jié) 鋼的普通熱處理鋼的熱處理鋼的熱處理： 將鋼在一定的溫度條件下進(jìn)行加熱、保溫以及冷卻的處理過(guò)程稱(chēng)為鋼的熱處理。一、退火：將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一段時(shí)間后緩慢冷卻的熱處理工藝。將鋼加熱到Ac3或Acm以上3050C的溫度，保溫一段時(shí)間后空冷卻的熱處理工藝。將鋼加熱到Ac3或Ac1以上3050C的溫度，保溫一段時(shí)間后快速冷卻的熱處理工藝。將鋼加

12、熱到Ac1以下的溫度，保溫一段時(shí)間后緩慢冷卻的熱處理工藝。二、正火：三、淬火：四、回火：第三節(jié) 鋼的普通熱處理一、退火1、完全退火： 將鋼加熱到Ac3以上2030C，保溫后隨爐冷卻。其目的：其目的：獲得經(jīng)過(guò)重新結(jié)晶的細(xì)晶粒組織，以改善毛坯的原是組織的不均勻性，充分消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削性能。第三節(jié) 鋼的普通熱處理一、退火2、等溫退火： 將鋼加熱到Ac3以上，保溫適當(dāng)時(shí)間后較快地冷卻至C曲線中珠光體區(qū)的某一溫度等溫，讓奧氏體充分發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。其作用：其作用：與完全退火完全一樣，但可縮短退火時(shí)間。第三節(jié) 鋼的普通熱處理一、退火3、球化退火 使某些高碳工具鋼或合金鋼變成球

13、狀的的熱處理組織。其目的其目的：一是降低硬度，改善切削加工性能；二是為淬火做好組織準(zhǔn)備。一、退火3、球化退火、球化退火： 使鋼中碳化物變成球（顆粒）狀的熱處理工藝粒狀珠光體加熱溫度：Ac1Ac34、擴(kuò)散退火： 加熱到熔點(diǎn)以下100200，保溫1015小時(shí)后緩慢冷卻的熱處理工藝。5、去應(yīng)力退火一、退火4、擴(kuò)散退火：、擴(kuò)散退火： 加熱到熔點(diǎn)以下100200，保溫1015小時(shí)后緩慢冷卻的熱處理工藝。5、去應(yīng)力退火：、去應(yīng)力退火： 將鋼加熱到Ac1以下的某一溫度保溫后，緩慢冷卻的熱處理工藝。目的是消除鑄件、鍛件、焊接件和機(jī)加工件的殘余應(yīng)力。二、正火定義： 將鋼加熱到Ac3(亞共析鋼)或Accm(過(guò)共析

14、鋼)3050，保溫后在空氣中冷卻，得到珠光體類(lèi)（一般為索氏體）組織的熱處理工藝。一般用于以下方面：1、預(yù)先熱處理；2、細(xì)化晶粒，使組織均勻化，消除內(nèi)應(yīng)力，提高強(qiáng)度和韌性。3、可作普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。4、過(guò)共析鋼：因空氣冷卻速度較快，先共析相 Fe3C 的析出量較少，不能連成網(wǎng)狀，故起到消除網(wǎng)狀組織的作用。消除網(wǎng)狀組織的作用。三、淬火定義： 將鋼加熱到Ac3或Ac1以上3050保溫后，快速冷卻以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。（一）淬火加熱溫度的選定1、亞共析鋼： Ac3 + 3050 淬火組織：淬火組織： M + A（少量）（少量）2、過(guò)共析鋼： Ac1 + 3050 保溫時(shí)組織：保溫時(shí)組織：

15、A + Fe3C（粒）（粒） 淬火組織：淬火組織：M +A少量少量 + Fe3C（粒）（粒）(二) 淬火加熱時(shí)間的確定t = aKDt : 保溫時(shí)間a；加熱系數(shù)D: 工件的有效厚度K：與裝爐有關(guān)的系數(shù)三、淬火三、淬火 quenchingn過(guò)共析淬火組織：過(guò)共析淬火組織：M +A少量少量 + Fe3C（粒）（粒）n 未溶的未溶的Fe3C（粒）可阻礙奧氏體晶（粒）可阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，淬火組織中粒長(zhǎng)大，淬火組織中Fe3C?？梢蕴岣吡？梢蕴岣叩哪湍バ?。的耐磨性。n 最終得到高硬度、高耐磨性及適當(dāng)最終得到高硬度、高耐磨性及適當(dāng)韌性的淬火組織。韌性的淬火組織。三、淬火（三）淬火介質(zhì)原則 避免工件開(kāi)裂、變

16、形。鹽水、堿水鹽水、堿水 10101515的的NaClNaCl水溶液這是最強(qiáng)的冷卻介質(zhì)。水溶液這是最強(qiáng)的冷卻介質(zhì)。清水清水 直接冷卻和沸騰的蒸汽直接冷卻和沸騰的蒸汽冷卻，冷卻能力也很強(qiáng)。冷卻，冷卻能力也很強(qiáng)。 堿浴、硝鹽浴堿浴、硝鹽浴 熔融的氫氧化熔融的氫氧化鈉、硝酸鹽、亞硝酸鹽導(dǎo)熱能鈉、硝酸鹽、亞硝酸鹽導(dǎo)熱能力很強(qiáng)，在力很強(qiáng)，在120120180180以上的以上的高溫下有好的冷卻能力。高溫下有好的冷卻能力。 礦物油礦物油 冷卻能力約為水的冷卻能力約為水的1/41/41/81/8，用于奧氏體較穩(wěn)定，用于奧氏體較穩(wěn)定鋼，如大多數(shù)合金鋼，可以有鋼，如大多數(shù)合金鋼，可以有效防止零件的變形開(kāi)裂。效防止

17、零件的變形開(kāi)裂。 （四）、淬火方法（四）、淬火方法 單液淬火單液淬火 直接放入某液體介質(zhì)直接放入某液體介質(zhì)( (水水或油或油) )中冷卻到室溫中冷卻到室溫。方法簡(jiǎn)單，易方法簡(jiǎn)單，易于操作于操作。 雙液淬火雙液淬火( (水淬油冷水淬油冷) )對(duì)復(fù)雜的碳鋼零對(duì)復(fù)雜的碳鋼零件，先在水或鹽水中快速冷卻，躲開(kāi)件，先在水或鹽水中快速冷卻，躲開(kāi)鼻子溫度，估計(jì)溫度低于鼻子溫度，估計(jì)溫度低于500500時(shí)立時(shí)立即轉(zhuǎn)入油中，放慢冷卻速度繼續(xù)冷卻即轉(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。到室溫。操作者的經(jīng)驗(yàn)控制。分級(jí)淬火分級(jí)淬火 淬入淬入150150260260硝鹽浴中躲過(guò)了鼻尖硝鹽浴中躲過(guò)了鼻尖，

18、停留一段停留一段時(shí)間時(shí)間讓讓表面和心部溫度均勻，熱應(yīng)力松弛。取出空冷表面和心部溫度均勻，熱應(yīng)力松弛。取出空冷。 等溫淬火等溫淬火 直接淬入硝鹽浴中保溫，發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。直接淬入硝鹽浴中保溫，發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。 局部淬火局部淬火 局部加熱局部加熱法或法或局部局部冷卻法冷卻法冷處理冷處理 冷卻到室溫以下的過(guò)程稱(chēng)為冷卻到室溫以下的過(guò)程稱(chēng)為“冷處理冷處理”。 四、回火定義定義： 將淬火后的鋼件加熱到Ac1以下某一溫度保溫后，冷卻至室溫的熱處理工藝。（一）淬火鋼回火時(shí)的組織和性能變化1、馬氏體分解（100200）： 在200 加熱時(shí)，馬氏體中析出 （ M e-FexC ）， 變成回火馬氏體。2、馬氏體分解

19、（200300 ）：3、回火屈氏體的形成（300500 ）4、回火屈氏體終結(jié)（500650 ）四、回火四、回火1、低溫回火（、低溫回火（150250）： 目的目的：是降低淬火應(yīng)力和脆性，提高韌性和塑性，同時(shí)保 持淬火后的高硬度和高耐磨性。 回火組織回火組織：回火馬氏體 + 少量殘余奧氏體主要用途主要用途：高碳工具鋼、模具鋼、滾動(dòng)軸承鋼和表面淬火及 滲碳件。 2、中溫回火（、中溫回火（350500 ）：目的目的：得到高彈性極限和屈服強(qiáng)度及一定韌性，組織組織：回火屈氏體用途用途：主要用于彈簧件的熱處理。四、回火1、低溫回火（、低溫回火（150250）： 2、中溫回火（、中溫回火（350500 ）：

20、四、回火3、高溫回火（、高溫回火（500650）： 目的目的：是降低淬火應(yīng)力和脆性，提高韌性和塑性，同時(shí)保 持淬火后的高硬度和高耐磨性。 回火組織回火組織：回火索氏體主要用途主要用途：通常將淬火與高溫回火一起成為調(diào)制處理，主要用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理，如某些受交變載荷作用的抗疲勞性能要求高的軸類(lèi)、齒輪零件。 四、回火4、回火脆性 隨回火溫度升高，淬火鋼的沖擊韌性在250400 和450650 兩個(gè)區(qū)間明顯降低的現(xiàn)象。低溫回火脆性低溫回火脆性（第一類(lèi)回火脆性）（第一類(lèi)回火脆性）：高溫回火脆性高溫回火脆性（第二類(lèi)回火脆性）：（第二類(lèi)回火脆性）：韌性溫度快冷滿冷600400200四、鋼的淬透性與淬硬性（一）淬透性（可淬性） 指鋼在淬火時(shí)能夠形成馬氏體組織多少的能力，是鋼本身固有的屬性。四、鋼的淬透性與淬硬性（二）淬硬性（可硬性