機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理課件

1、機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理2022/7/27機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理1) 鋼在實際加熱時的轉變點第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理2)奧氏體的形成過程及影響因素第三章 鋼的熱處理1.奧氏體的形成過程2.奧氏體形成的影響因素 加熱溫度和加熱速度 原始組織 合金元素機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理3) 奧氏體晶粒的長大及影響因素第三章 鋼的熱處理Hell-Petch公式:奧氏體晶粒尺寸對冷卻后 加熱溫度對晶粒尺寸的影響鋼的性能的影響晶粒尺寸 加熱溫度本質粗晶粒鋼本質細晶粒鋼 晶粒尺寸 d機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理3.1.2鋼在冷卻時的轉變1）過冷奧氏體等溫轉變圖

2、 2）過冷奧氏體的連續(xù)轉變圖3）過冷奧氏體的轉變產(chǎn)物及性能第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理1) 過冷奧氏體等溫轉變圖第三章 鋼的熱處理共析碳鋼的C曲線機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理C曲線的位置和形狀的影響因素1.含碳量的影響2.合金元素的影響3.奧氏體化溫度和保溫時間的影響第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理1.含碳量的影響第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理2.合金元素的影響第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理共析鋼連續(xù)冷卻轉變圖 2) 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變曲線第三章 鋼的熱處理時間 45鋼的CCT圖機械工程材料基礎第三章鋼的熱

3、處理3) 過冷奧氏體的轉變產(chǎn)物及性能第三章 鋼的熱處理 A的轉變產(chǎn)物類型:珠光體(P)、馬氏體(M)、貝氏體(B) 1.珠光體類型組織 珠光體轉變 A F + Fe3C 0.77% 0.0218% 6.69%面心立方 體心立方 復雜斜方2.馬氏體類型組織 馬氏體中固溶碳引起的晶格畸變 馬氏體正方度與含碳量的關系 碳鋼含碳量與馬氏體硬度的關系 3.貝氏體類型組織 機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理馬氏體的晶格畸變第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理馬氏體正方度與含碳量的關系第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理馬氏體組織 板條馬氏體 片狀馬氏體機械工程材料基礎第三章鋼的熱

4、處理碳鋼含碳量與馬氏體硬度的關系第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理貝氏體組織第三章 鋼的熱處理上貝氏體 下貝氏體機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理P、B、M轉變的異同點珠光體轉變貝氏體轉變馬氏體轉變轉變溫度范圍高溫轉變Ar1550C中溫轉變550CMS低溫轉變MSMf擴散性C、Fe原子均擴散C原子擴散Fe原子不擴散無擴散組成相兩相：F、Fe3C兩相：F(C)、Fe3C（350C)或F、FeXC(350C)單相:F(C)合金元素的分布合金元素擴散，重新分布合金元素不擴散合金元素不擴散相變的完全性相變可在恒溫下進行到底恒溫下相變的完全程度與轉變溫度有關。溫度越低，轉變越不充分，有A殘

5、存在。主要在連續(xù)冷卻過程中進行，相變不徹底，有A殘存在。第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理3.1.3焊接接頭的相變第三章 鋼的熱處理低碳鋼焊接時熱影響區(qū)內的組織變化0_焊縫1_熔合區(qū)2_過熱區(qū)3_重結晶區(qū)4_部分相變區(qū) 5_基體金屬熱影響區(qū)1) 焊縫缺陷 氣孔 非金屬夾雜物 裂紋 未焊透 咬邊 焊縫金屬化學成分不均勻 柱狀晶組織2) 熱影響區(qū)內的組織變化機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理3.2鋼的普通熱處理3.2.1退火與正火3.2.2鋼的淬火3.2.3鋼的表面淬火3.2.4鋼的回火3.2.5鋼的淬透性3.2.6固溶處理與時效強化機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理

6、第三章 鋼的熱處理熱處理分類普通熱處理:退火、正火、淬火、回火表面熱處理： 1）表面淬火:感應加熱表面淬火、火焰加熱淬火 2）化學熱處理:滲碳、滲氮、滲金屬其他熱處理：形變熱處理、超細化熱處理、真空熱處理保溫臨界溫度時間溫度熱處理工藝曲線機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理 3.2.1退火與正火3.2.1.1退火 1.完全退火 2.球化退火 3.擴散退火(均勻化退火) 定義、應用范圍、后處理 4.去應力退火 定義、應用范圍、目的3.2.2.2正火機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理完全退火與等溫退火定義：應用范圍：目的：工藝：等溫退火高速鋼等溫退火與完全退火的比較機

7、械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理球化退火定義：應用范圍：目的：工藝：T10鋼球化退火機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理正火 定義：將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過共析鋼）以上3050，保溫適當?shù)臅r間后在靜止空氣中冷卻的熱處理叫正火。應用范圍：目的： （1）要求不高的結構件，可作為最終熱處理。 （2）改善低碳鋼的切削加工性（以防粘刀）。 （3）共析鋼、過共析鋼正火后可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球 化退火作組織準備。各種退火及正火的加熱溫度范圍機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理各種退火及正火的加

8、熱溫度范圍機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理3.2.2鋼的淬火定義、目的3.2.2.1淬火加熱溫度和加熱時間 3.2.2.2淬火冷卻介質3.2.2.3淬火冷卻方法 1.單介質淬火法 2.雙介質淬火法 3.分級淬火法 4.等溫淬火法 5.冷處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理碳鋼的淬火加熱溫度范圍合金鋼的淬火加熱溫度稍微高一些，是臨界點以上50100。加熱時間：箱式爐：12min/mm鹽浴爐：041min/mm合金鋼適當延長322.1淬火加熱溫度和加熱時間機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理322.2淬火冷卻介質機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三

9、章 鋼的熱處理3.2.2.3淬火冷卻方法各種淬火方法示意圖1單介質淬火法2雙介質淬火法3分級淬火法4等溫淬火法5冷處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理3.2.3鋼的表面淬火3.2.3.1感應加熱表面淬火 3.2.3.2火焰加熱表面淬火3.233激光加熱表面淬火機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理 感應加熱表面淬火示意圖高頻 100500kHz 0.52.0mm中頻 2.58kHz 210mm工頻 50Hz 1015mm特點：加熱速度快、時間短、氧化脫碳少、變形小、晶粒細小、硬度高，表面層具有較大的殘余壓應力，可提高疲勞強度。但設備昂貴。淬火前調質或正火，淬后需低

10、溫回火。機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理火焰加熱表面淬火示意圖機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理3.2.4鋼的回火3.2.4.1回火目的3.2.4.2回火組織轉變及性能變化4.2.4.3回火工藝及應用3.2.4.4回火脆性機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理3.2.4.1回火目的（1）消除或降低應力，防止變形或開裂。（2）調整性能（硬度）（3）穩(wěn)定組織，穩(wěn)定形狀和尺寸，保證精度機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理1.鋼在回火時的組織轉變 (1)馬氏體的分解（200以下） (2)殘余奧氏體分解(200300) (3)滲碳體的形成(25

11、0400) (4)滲碳體的聚集長大(400以上)2.回火后的組織和性能 (1)回火馬氏體(250 以下) (2)回火托氏體(350450 ) (3)回火索氏體(500650 )3.2.4.2回火組織轉變及性能變化機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理淬火鋼回火時的變化過程機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理40鋼回火后的力學性能與回火溫度的關系機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理3.2.4.3回火工藝及應用1.低溫回火(150250 )2.中溫回火(350500 )3.高溫回火(500650 )機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理第一類回火

12、脆性第二類回火脆性防止和減弱第二類回火脆性的措施:合金鋼回火時,加熱到500650 )快速冷卻; 大型零件在鋼中加Mo、W、Nb等合金元素; 提高合金的純度,減少N、O、P等雜質元素含量; 采用變形熱處理或二次淬火,避免雜質的偏聚3.2.4.4回火脆性鋼的韌性與回火溫度的關系機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理淬硬層深度概念：淬透性概念:淬透性的影響因素： (1)鋼的含碳量 (2)合金元素 (3)鋼中未溶物質淬硬性概念：淬透性與選材的關系: (1)動載和交變載荷下; (2)彈簧類零件 (3)軸類零件 (4)工具類零件工作截面的不同冷卻速度3.2.5鋼的淬透性機械工程材料基礎第三章

13、鋼的熱處理3.2.6固溶處理與時效強化固溶處理:時效強化:時效需滿足的條件:舉例:鋁合金時效強化特點:Wc為4%的Al-Cu合金的時效曲線第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理3.3鋼的表面熱處理3.3.1鋼的表面淬火1）感應加熱表面淬火2) 火焰加熱表面淬火第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理 定義:鋼的化學熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫,使一種或幾種元素滲入表層,以改變其化學成分組織和性能的熱處理工藝. 化學熱處理的基本過程: (1)活性原子的產(chǎn)生 2CO 2C+O2 2NH3 2N+3H2 (2)活性原子的吸收 (3)活性

14、原子的擴散舉例:鋼的滲碳3.3.2鋼的化學熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理鋼的滲碳1.滲碳方法 氣體滲碳、固體滲碳、液體滲碳2.滲碳工藝參數(shù) 滲碳溫度:900950 滲層表面含碳量:0.85%1.05% 滲層厚度:與滲碳時間有關,與工件的尺寸有關3.滲碳后的熱處理 直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法 滲碳件淬火后應進行低溫回火(150200), 以減少應力和脆性.回火后的組織是馬氏體和 滲碳體,硬度達5864HRC.第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理鋼的氣體滲碳 定義: 工件在氣體滲碳劑中進行滲碳的工藝,稱為氣體滲碳.活性碳原子的獲得:通入煤氣、液化石油氣等,或滴入易分解

15、的液體有機物,如煤油、甲醇、丙酮等. CnH2n nC+NH2 2CO C+CO2 CO+H2 C+H2O 特點:滲碳過程、滲層厚度容易控制,滲碳時間短,生產(chǎn)效率高質量好. 風扇電動機廢氣火焰爐蓋砂封電阻絲耐熱罐工件爐體氣體滲碳示意圖第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理3.3.3熱處理零件的結構工藝性和技術條件標注3.3.3.1熱處理零件的結構工藝性 (1)力求避免尖角、棱角 (2)截面厚薄盡量均勻 (3)形狀盡量對稱和封閉 (4)采用組合結構3.3.3.2熱處理技術條件的標注機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理避免尖角設計機械工程材料基礎第三章鋼

16、的熱處理第三章 鋼的熱處理避免厚薄懸殊機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理采用對稱結構機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理采用封閉結構機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理第三章 鋼的熱處理熱處理技術條件的標注 5 加工方法工藝名稱工藝類型熱處理附加分類工藝代號基礎分類工藝代號機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理工藝名稱代號工藝類型代號 工藝名稱代號 加熱方 法代號 熱 處 理 5 整 體 熱 處 理 1退火1 加熱爐 感應 1 2正火2淬火3淬火和回火4調質5穩(wěn)定化處理6 火焰 3固溶熱處理;水韌處理7固溶處理和時效8表3.3.3熱處理工藝分類及代號機械工程材料基礎第三章鋼

17、的熱處理續(xù)表3.3.3熱處理工藝分類及代號工藝名稱代號工藝類型代號 工藝名稱代號 加熱方 法代號 熱 處 理 5 表 面 熱 處 理 2表面淬火和回火1 電阻 激光 4 5物理氣相沉積2化學氣相沉積3等離子體2氣相沉積4機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理續(xù)表3.3.3熱處理工藝分類及代號工藝名稱代號工藝類型代號 工藝名稱代號 加熱方 法代號 熱 處 理 5 化 學 熱 處 理3滲碳 1 電子束等離子體 6 7碳氮共滲 2滲氮 3氮碳共滲 4滲其他非金屬 5滲金屬 6 其他 8多元共滲 7熔滲 8機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理熱處理技術條件標注舉例45鋼軸 45鋼搖桿表面淬火標注實例第三章 鋼的熱處理機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理3.4熱處理技術新進展3.4.1形變熱處理 1.高溫形變熱處理 2.低溫形變熱處理3.4.2超細化熱處理3.4.3真空熱處理 1.真空退火 2.真空淬火 3.真空滲碳3.4.4離子轟擊熱處理3.4.5激光熱處理3.4.6電子束熱處