課題三鋼的熱處理

1、課題三課題三 鋼的熱處理汽車工程系 王黎明課題課題三三 鋼的熱處理鋼的熱處理熱處理：熱處理：熱處理是將固態(tài)金屬或合金采用適當?shù)姆绞竭M行熱處理是將固態(tài)金屬或合金采用適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻加熱、保溫和冷卻以以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理的目的：熱處理的目的：、提高零件的使用性能；、充分發(fā)揮鋼材的潛力；、延長零件、提高零件的使用性能；、充分發(fā)揮鋼材的潛力；、延長零件的使用壽命；、改善工件的工藝性能，提高加工質(zhì)量，減小刀具的的使用壽命；、改善工件的工藝性能，提高加工質(zhì)量，減小刀具的磨損。磨損。熱處理方法有：熱處理方法有： 整體熱處理整體熱處理-退火

2、、正火、淬火、回火。退火、正火、淬火、回火。 表面熱處理表面熱處理表面火焰淬火、感應表面淬火。表面火焰淬火、感應表面淬火。 化學熱處理化學熱處理滲碳、滲氮、碳氮共滲。滲碳、滲氮、碳氮共滲。 但任何一種均由加熱、保溫、冷卻三階段所組成但任何一種均由加熱、保溫、冷卻三階段所組成。熱處理使鋼性能發(fā)生變化的原因：熱處理使鋼性能發(fā)生變化的原因： 由于鐵有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而使鋼在加熱和冷卻過程中，發(fā)生了由于鐵有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而使鋼在加熱和冷卻過程中，發(fā)生了 組織與結(jié)構(gòu)變化組織與結(jié)構(gòu)變化。一、鋼熱處理的組織轉(zhuǎn)變原理一、鋼熱處理的組織轉(zhuǎn)變原理1 1、鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變、鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變 熱處理中，鋼加熱為獲得

3、熱處理中，鋼加熱為獲得A A；且；且A A晶粒大小、晶粒大小、成分、均勻程度，對鋼冷卻后的組織、性能有重成分、均勻程度，對鋼冷卻后的組織、性能有重要的影響。要的影響。1 1）鋼的奧氏體化）鋼的奧氏體化奧氏體晶核的形成及長大；奧氏體晶核的形成及長大；殘余滲碳體的溶解殘余滲碳體的溶解；奧氏體的均勻化；奧氏體的均勻化；2 2）在熱處理工藝中，鋼保溫的目的是：）在熱處理工藝中，鋼保溫的目的是：為了使工件熱透；為了使工件熱透；使組織轉(zhuǎn)變完全；使組織轉(zhuǎn)變完全；使奧氏體成分均勻。使奧氏體成分均勻。3 3）奧氏體晶粒的長大：）奧氏體晶粒的長大： 加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒越大加熱溫度越高，保溫時間

4、越長，奧氏體晶粒越大 由由Fe-Fe3CFe-Fe3C相圖可知，相圖可知，A1 A1 、A3 A3 、AcmAcm是鋼在極緩是鋼在極緩慢加熱（或冷卻）時的臨界點。但實際冷速、熱慢加熱（或冷卻）時的臨界點。但實際冷速、熱速較快，鋼轉(zhuǎn)變總有滯后現(xiàn)象。速較快，鋼轉(zhuǎn)變總有滯后現(xiàn)象。 實際加熱，鋼轉(zhuǎn)變總高于相圖臨界點；實際加熱，鋼轉(zhuǎn)變總高于相圖臨界點； 實際冷卻，鋼轉(zhuǎn)變總低于相圖臨界點。實際冷卻，鋼轉(zhuǎn)變總低于相圖臨界點。2 2、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變1)1)鋼經(jīng)過加熱獲得鋼經(jīng)過加熱獲得A A組織后，如在不同的冷卻條件下組織后，如在不同的冷卻條件下冷卻，可使鋼獲得不同的力學性能，組織也有明冷卻

5、，可使鋼獲得不同的力學性能，組織也有明顯的不同。顯的不同。 為何存在差異為何存在差異? A? A在冷卻過程中的組織變化規(guī)律在冷卻過程中的組織變化規(guī)律? ?2 2）熱處理工藝中）熱處理工藝中, ,常用的冷卻方式常用的冷卻方式: : （1 1）等溫冷卻轉(zhuǎn)變；）等溫冷卻轉(zhuǎn)變； （2 2）連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。）連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。一、鋼熱處理的組織轉(zhuǎn)變原理一、鋼熱處理的組織轉(zhuǎn)變原理（1 1）過冷）過冷A A的等溫轉(zhuǎn)變：的等溫轉(zhuǎn)變： A A 在臨界點在臨界點A1A1以下是不穩(wěn)定的，必會發(fā)生轉(zhuǎn)變，但不是以下是不穩(wěn)定的，必會發(fā)生轉(zhuǎn)變，但不是冷到冷到A1A1以下立即發(fā)生，而是經(jīng)一個孕育時期后才開始。以下立即發(fā)生，而是經(jīng)一

6、個孕育時期后才開始。 這種在共析溫度（這種在共析溫度（A1A1）以下存在的）以下存在的A A，-稱為稱為“過過冷冷A A”。 過冷過冷A A在不同在不同進行轉(zhuǎn)變，將獲得不同組織。進行轉(zhuǎn)變，將獲得不同組織。 能表示過冷能表示過冷A A的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變、轉(zhuǎn)變時間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物之間關系、轉(zhuǎn)變時間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物之間關系的曲線，稱為的曲線，稱為“等溫轉(zhuǎn)變圖等溫轉(zhuǎn)變圖”。 - -簡稱為：簡稱為：C C曲線曲線3 3、連續(xù)冷卻時組織轉(zhuǎn)變及相圖分析：、連續(xù)冷卻時組織轉(zhuǎn)變及相圖分析：（1 1）過冷）過冷A A在在A1A1以下等溫轉(zhuǎn)變的以下等溫轉(zhuǎn)變的不同，則轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同，在不同，則轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同，在MsMs以上，以上，可發(fā)生兩

7、種類型的轉(zhuǎn)變：可發(fā)生兩種類型的轉(zhuǎn)變：1 1）P P轉(zhuǎn)變：轉(zhuǎn)變： A1 A1 550550范圍等溫。范圍等溫。-分解轉(zhuǎn)變?yōu)榉纸廪D(zhuǎn)變?yōu)镕 F、Fe3C Fe3C 片混合物。片混合物。 此此P P 轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)，當?shù)葴剞D(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)，當?shù)葴?，則，則 P P 片層越薄片層越薄產(chǎn)產(chǎn)物塑變抗力物塑變抗力、bb和硬度和硬度。等溫溫度和片層間距由大到小，等溫溫度和片層間距由大到小，分別有產(chǎn)物：分別有產(chǎn)物：P P（A1A1650650）S S（650 650 600600）T T（600 600 550550）2 2）B B 轉(zhuǎn)變：轉(zhuǎn)變： 550 550 Ms Ms范圍等溫。范圍等溫。-形成含過飽和碳的形成含過飽和碳的F

8、+ Fe3CF+ Fe3C組成的非片層混合物，稱為組成的非片層混合物，稱為“貝氏體貝氏體” B B 隨隨A A成分、轉(zhuǎn)變溫度不同有多種形態(tài)，成分、轉(zhuǎn)變溫度不同有多種形態(tài)，常有：常有： B B上上-550 -550 350 350間等溫，呈羽狀。間等溫，呈羽狀。 硬度為硬度為40 40 45 HRC 45 HRC，塑性很差。，塑性很差。 B B下下-350 -350 Ms Ms間等溫，呈黑針狀。間等溫，呈黑針狀。 硬度為硬度為45 45 55 HRC 55 HRC，bb、塑性、韌性良好。、塑性、韌性良好。（3 3） M M（馬氏體）轉(zhuǎn)變：（馬氏體）轉(zhuǎn)變：-是非擴散過程的轉(zhuǎn)變是非擴散過程的轉(zhuǎn)變1

9、1）、當鋼從）、當鋼從A A 區(qū)急冷到區(qū)急冷到Ms Ms 以下時，以下時，A A轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镸 M（碳在（碳在- Fe- Fe中的過飽和固溶體）。中的過飽和固溶體）。當鋼從當鋼從A A 區(qū)急冷到區(qū)急冷到Ms Ms 以下時，以下時，A A轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镸 M（碳在（碳在- Fe- Fe中的中的過飽和固溶體）。過飽和固溶體）。 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變低，原子擴散能力小，在低，原子擴散能力小，在M M轉(zhuǎn)變過程中，只有晶轉(zhuǎn)變過程中，只有晶格改變格改變 -Fe -Fe-Fe -Fe，而無碳原子的擴散。，而無碳原子的擴散。 M M晶格特點：晶格特點： 體心正方晶格。體心正方晶格。三、常用熱處理工藝三、常用熱處理工藝1 1

10、、退火、退火將鋼加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（一將鋼加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝稱為退火。般隨爐冷卻）的熱處理工藝稱為退火。1 1）完全退火：）完全退火： 完全退火是將鋼加熱到完全奧氏體（Ac3以上3050C），隨之緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的工藝方法。（隨爐冷）應用： 中碳鋼及低、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛件、鑄件、熱軋型材等。2 2）球化退火：）球化退火： 球化退火是將鋼加熱到AC1以上2030C，保溫一定得時間，以不大于50C/H得冷卻速度隨爐冷卻，使鋼中的碳化物呈球狀的工藝方法。應用： 適用于共析鋼及過共析鋼。 如碳素工具鋼，合金工

11、具鋼、軸承鋼等。3 3）去應力退火：）去應力退火： 去應力退火是將鋼加熱到略低于A1得溫度，保溫一定時間后緩慢冷卻得工藝方法。 應用： 消除塑性變形、焊接、切削加工、鑄造等形成的殘余內(nèi)應力。2 2、正火、正火 將鋼加熱到Ac3或Accm以上30-50C，保溫適當?shù)臅r間，在空氣中冷卻的工藝方法。正火退火的目的基本相同，正火主要用于如下場合： 1）善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性； 2）正火可細化晶粒； 3）消除過共析鋼中的網(wǎng)狀滲碳體，改善鋼的力學性能，并為球化退火作組織準備； 4）代替中碳鋼和低碳合金結(jié)構(gòu)鋼的退火。3、淬火、淬火 將鋼加熱到將鋼加熱到Ac3或或Ac1以上某一溫度，保溫一以上某一溫

12、度，保溫一定時間，然后快速冷卻，以獲得馬氏體或下馬貝定時間，然后快速冷卻，以獲得馬氏體或下馬貝氏組織的熱處理工藝稱為淬火；氏組織的熱處理工藝稱為淬火；目的：目的： 主要獲得馬氏體，提高鋼的強度和硬度。主要獲得馬氏體，提高鋼的強度和硬度。淬火加熱溫度：淬火加熱溫度： 亞共析鋼的淬火加熱：亞共析鋼的淬火加熱：Ac3以上以上3050共析鋼和過共析鋼的淬火加熱：共析鋼和過共析鋼的淬火加熱：Ac1以上以上3050淬火冷卻介質(zhì)淬火冷卻介質(zhì)：1 1）淬火主要目的：獲得）淬火主要目的：獲得M M，V V冷冷 V V臨臨 ，但，但V V冷冷過快過快 工件體積收縮，組織轉(zhuǎn)變劇烈工件體積收縮，組織轉(zhuǎn)變劇烈 內(nèi)應力內(nèi)

13、應力 工件易變形、開裂。工件易變形、開裂。 淬火介質(zhì)的選擇很淬火介質(zhì)的選擇很重要。重要。2 2）由由C C曲線可知，要獲得曲線可知，要獲得M-M-無需在整個冷卻過無需在整個冷卻過程中都快關鍵在程中都快關鍵在C C曲線鼻尖附近快冷。曲線鼻尖附近快冷。在高溫段在高溫段650650550550冷卻速度要足夠快，而冷卻速度要足夠快，而低溫段低溫段300300以下要足夠慢。以下要足夠慢。3 3）常用淬火冷卻介質(zhì)：常用淬火冷卻介質(zhì)： 油、水、油、水、 鹽水、堿水等。鹽水、堿水等。鋼的淬透性、淬硬性鋼的淬透性、淬硬性1)1)淬透性淬透性指在規(guī)定條件下，鋼淬火冷卻時所獲指在規(guī)定條件下，鋼淬火冷卻時所獲M M組

14、織深度組織深度的能力。的能力。用不同的鋼制成相同形狀、尺寸工件，在同樣的淬火條件用不同的鋼制成相同形狀、尺寸工件，在同樣的淬火條件下，淬透性好的鋼獲下，淬透性好的鋼獲M M深度較深；淬透性差的鋼獲深度較深；淬透性差的鋼獲M M深度較深度較淺。淺。、淬透性與鋼的淬透性與鋼的V V臨有關；當鋼的臨有關；當鋼的V V臨越低臨越低鋼的淬透性越鋼的淬透性越好。好。 鋼的淬透性越好，淬火回火后截面組織均勻、綜合力學鋼的淬透性越好，淬火回火后截面組織均勻、綜合力學性能好。性能好。 鋼的淬透性越好鋼的淬透性越好在冷卻時可用較緩和冷卻介質(zhì)，在冷卻時可用較緩和冷卻介質(zhì)，變變形開裂。形開裂。 淬透性好的鋼，其淬硬性

15、不一定好。淬透性好的鋼，其淬硬性不一定好。2 2）淬硬性：）淬硬性： 指鋼淬火后所能達到的指鋼淬火后所能達到的最高硬度最高硬度的能力。的能力。淬硬性主要取決于：鋼中的含碳量。淬硬性主要取決于：鋼中的含碳量。C% C% ，鋼，鋼淬硬性淬硬性 。淬硬性與淬透性是兩個完全不同的概念。淬硬性與淬透性是兩個完全不同的概念。4、回火 將鋼淬火后，再加熱到Ac1點以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火?；鼗鹉康模?）消除內(nèi)應力；2）獲得所需要的力學性能；3）穩(wěn)定組織和尺寸?；鼗鸬姆诸惣皯没鼗鸬姆诸惣皯?淬火鋼回火的組織轉(zhuǎn)變過程是由淬火鋼回火的組織轉(zhuǎn)變過程是由非平衡組織非平衡組織

16、平衡組織轉(zhuǎn)變，依靠原平衡組織轉(zhuǎn)變，依靠原子擴散而進行的，原子擴散速度取決子擴散而進行的，原子擴散速度取決于溫度，溫度越高，擴散速度愈高。于溫度，溫度越高，擴散速度愈高。 決定鋼回火后的組織、性能的主因決定鋼回火后的組織、性能的主因素是：回火溫度。素是：回火溫度。、低溫回火：（低溫回火：（150 - 250150 - 250）-獲回火獲回火M M工件性能：保持高硬度工件性能：保持高硬度(58-64 HRC)(58-64 HRC)和耐磨性，一定的韌性和耐磨性，一定的韌性（鋼的淬火內(nèi)應力、脆性）。鋼的淬火內(nèi)應力、脆性）。中溫回火中溫回火: :（350 - 500350 - 500）-獲回火獲回火T

17、T工件性能：高彈性極限、工件性能：高彈性極限、SS和適當韌性，硬度可達：和適當韌性，硬度可達：35-35-50HRC50HRC。主用于：彈性零件、熱鍛模具等。主用于：彈性零件、熱鍛模具等。 高溫回火：（高溫回火：（500 - 650500 - 650）-獲回火獲回火S S工件性能：良好的綜合力學性能工件性能：良好的綜合力學性能( (足夠強度、高韌性足夠強度、高韌性, ,硬度硬度15-36 HRC)15-36 HRC)。廣泛用于：受力構(gòu)件。如：螺栓、連桿、齒輪、曲軸等廣泛用于：受力構(gòu)件。如：螺栓、連桿、齒輪、曲軸等 。注：注：1 1、 淬火淬火 + +高溫回火高溫回火 稱為稱為“調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)”處理。處理。5 5、表面淬火、表面淬火 對工件表面進行淬火的工藝稱為表面淬火。對工件表面進行淬火的工藝稱為表面淬火。1 1）火焰加熱表面淬火）火焰加熱表面淬火工藝：應用氧乙炔（或其他可燃氣體）火焰對零件表面進行快速加熱并隨后冷卻。特點：淬硬層深度一般為2mm6mm。加熱溫度及淬硬層不易控制，易產(chǎn)生過熱和加熱不均勻現(xiàn)象，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。2）感應加熱表面淬火）感應加熱表面淬火、工藝：利