課件工程材料基礎(chǔ)

第三章

鋼的熱處理-3四、鋼的回火Tempering

將淬火后的鋼重新加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫。回火工藝時間溫度T＜Ac1空冷回火的目的消除淬火應(yīng)力,降低鋼的脆性。穩(wěn)定工件尺寸(淬火Ｍ和殘余Ａ是非穩(wěn)定組織，如果發(fā)生轉(zhuǎn)變，則零件的尺寸會發(fā)生變化)。獲得工件所要求的組織性能?；鼗鹗菬崽幚砉ば蛑凶詈笠坏拦ば?。（一）淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變回火意味著↑Ｔ，當Ｔ↑時，Ｍ等非穩(wěn)定組織會發(fā)生轉(zhuǎn)變，根據(jù)回火溫度不同，非穩(wěn)定組織的轉(zhuǎn)變可以分四個階段。淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變四階段四階段第一階段T≤200℃M分解第二階段T∈(200,300℃)

殘余A轉(zhuǎn)變第三階段T∈(300,400℃)

碳化物析出

第四階段T＞400℃Fe3C和碳化物聚集長大與F的再結(jié)晶第一階段T≤200℃Ｃ以碳化物形式析出，彌散分布、極細、粒狀，與Ｍ保持共格關(guān)系的薄片，其晶體結(jié)構(gòu)為正交晶格，分子式為Fe2.4C，此時組織為回火Ｍ。Ｍ分解第二階段T∈(200～300℃)

Ｍ分解使得體積↓，↓殘Ａ的壓力，Ａ殘→Ｂ下。Ｂ下與回火Ｍ組織相似，固這一階段主要還是回火Ｍ。殘余Ａ轉(zhuǎn)變第三階段T∈(300～400℃)Ｃ從-Fe中析出，(Fe2.4C)→Fe3C。淬火時晶格畸變所造成的內(nèi)應(yīng)力大大消除。組織為：Ｆ＋細顆粒狀的Fe3C的混合物。碳化物析出第四階段T＞400℃回火Ｔ越高,Fe3C的顆粒越大,經(jīng)第三階段后，鋼組織Ｆ已經(jīng)回復(fù)為平衡濃度的Ｆ,但Ｆ仍然保留著原Ｍ的板條狀或片狀形態(tài)，并且晶粒內(nèi)部的位錯密度很高,所以與冷變形金屬相似。隨Ｔ回↑（一般在500～600℃)F逐漸發(fā)生再結(jié)晶，形成位錯密度較低的多邊形等軸Ｆ。且較粗大。Ｔ回↑,Fe3C尺寸↑，內(nèi)應(yīng)力↓，Ａ殘↓，Ｍ↓Fe3C和碳化物聚集長大與Ｆ的再結(jié)晶回火ＭＴ＜250℃

TemperedMartensite回火ＴＴ（350℃，500℃）

TemperedTroostite回火ＳT（500℃，600℃）

TemperedSorbite回火ＰT（600℃，A1）

TemperedPearlite回火后的組織①回火M過飽和F＋共格彌散分布的極細的碳化物Ｔ＜250℃②回火T尚未發(fā)生再結(jié)晶的F和呈彌散分布的細顆粒Fe3C的混合組織。Ｔ∈(350,500℃)③回火Ｓ再結(jié)晶后的Ｆ(多邊形)＋粗粒狀Ｆe3C。Ｔ∈

(500,600℃)④回火Ｐ多邊形Ｆ＋較粗大顆粒的Fe3C。光學(xué)顯微組織與球化退火處理后的組織相似。Ｔ∈

(600℃,A1)（二）淬火鋼的回火后力學(xué)性能隨T回↑硬度、強度↓塑性、韌性↑不同含碳量鋼的硬度隨回火溫度升高而降低35鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系（三）回火種類及應(yīng)用①低溫回火(150～250℃)

回火Ｍ，工具鋼。②中溫回火(350～500℃)

回火T，主要彈簧部件。③高溫回火(500～650℃)

回火S，廣泛應(yīng)用于各種機械零件。調(diào)質(zhì)

ModifiedTreatment淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)Hardeningandtempering=ModifiedTreatment3.4鋼的表面熱處理表面硬度高，耐磨性好，以保證其精度；而心部要具有足夠的塑性和韌性，以防止斷裂。對在動載和摩擦條件下工作的機械零件，要求高碳鋼：淬火+低溫回火，硬度高，耐磨性好，但心部韌性差；中碳鋼調(diào)質(zhì)處理，心部韌性好，但表面硬度不夠，耐磨性差。通過選材和普通熱處理無法滿足上述要求。將工件表面快速加熱到A區(qū)，在熱量尚未傳到材料心部時立即迅速冷卻，使其表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持原始組織的一種局部淬火方法。工業(yè)中常用的表面淬火方法有：感應(yīng)加熱表面淬火、激光加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火。一、表面淬火（一）火焰加熱表面淬火利用氣體燃燒產(chǎn)生的火焰加熱工件，使其表面迅速加熱到A區(qū)后，立即噴水冷卻，使材料表面淬硬；淬硬層深度一般為2～6mm；這種方法所使用的設(shè)備簡單，成本低，但生產(chǎn)效率低，且質(zhì)量不易控制。工件水（二）感應(yīng)加熱表面淬火利用通入交流電的加熱感應(yīng)器在工件中產(chǎn)生的感應(yīng)電流來加熱工件。因感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)，感應(yīng)電流主要集中在工件的表面層，心部幾乎沒有電流；使工件表面層被快速加熱到A區(qū)后，噴水冷卻；工件表面層獲得一定深度的淬硬層，而心部組織不變。感應(yīng)加熱表面淬火的特點加熱速度快；時間短；因表面層M相變產(chǎn)生壓應(yīng)力，可提高工件的疲勞強度；工件表面質(zhì)量高，變形??；這種表面淬火的方法易于實現(xiàn)自動化。（三）激光加熱表面淬火用高功率密度的激光束照射到工件表面，使其表面層快速加熱到A區(qū)或Tm，靠工件自身的熱傳導(dǎo)迅速自冷而獲得一定深度的淬硬層或冷凝層。激光束斑點直徑僅20~50mm2，故工件與激光束要作相對運動，使光束能照射到整個工件表面。特點質(zhì)量高；表層組織超細化；硬度高（比常規(guī)淬火高HRC6~10）；脆性極??；工件變形小；自冷淬火，生產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)自動化；設(shè)備昂貴，成本高。二、鋼的化學(xué)熱處理將工件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱、保溫和冷卻，使介質(zhì)中的某些元素滲入到工件表層，以改變表層的化學(xué)成份和組織，從而使工件表面具有與心部不同的性能的一種熱處理工藝。與表面淬火熱處理相比，化學(xué)熱處理不僅使工件表面與心部的組織不同，且成份亦不同。作用滲碳、滲氮、碳氮共滲可提高鋼表面的硬度、耐磨性及疲勞強度；滲B、滲Cr可提高表面耐磨性和耐蝕性；滲Al、滲Si可提高耐熱抗氧化性；滲S可提高減摩性。滲入不同的元素，則賦予工件表面不同的性能。（一）滲碳處理滲碳是向低碳鋼或低碳合金鋼工件表層滲入碳原子的過程。根據(jù)滲碳介質(zhì)的不同，滲碳可分為固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳。滲碳后工件中的含碳量從表面向心部逐漸降低，表面可達0.8~1.0%，而心部仍保持原始成份。加熱溫度900～950℃氣體滲碳劑裂化混合氣體（天然氣或煤氣＋CH4+C3H8）；有機液體高溫下分解產(chǎn)生的混合氣體（CO、CH4、C2H4）組織滲碳緩冷后的成分表面：過共析心部：亞共析工件滲碳后，通常還要進行淬火+低溫回火處理，組織為表面：高碳回火M+粒狀滲碳體或碳化物+少量A’

心部：隨材料而異普通低碳鋼為：F+P

低碳合金鋼為：回火低碳M+F滲碳層深度及工藝路線滲碳層深度：0.3~3mm采用滲碳工藝的零件的加工工藝路線：鍛造→正火→機械加工→滲碳→淬火→低溫回火→精加工→成品（二）滲氮滲氮是向鋼件表層滲入氮原子的過程。滲氮用鋼通常是含有鋁、鉻、鉬、釩、鈦等合金元素的鋼。這些合金元素極易與氮形成顆粒細小、分布均勻、硬度很高且非常穩(wěn)定的各種氮化物，從而提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞強度和耐蝕性及熱硬性（600~650℃）。滲氮處理的特點滲氮工藝溫度比滲碳低（600~650,900~950℃)，工件變形??；滲層?。?.15~0.75mm）；生產(chǎn)周期長（30~50h）；滲氮層脆性大；要使用專用合金鋼。（三）碳氮共滲同時向鋼的表層滲入碳和氮原子的過程。將工件放入充有滲碳介質(zhì)和氨氣的爐中，加熱到840~860℃后保溫，共滲介質(zhì)分解出C、N原子被工件表面奧氏體吸收并向內(nèi)部擴散，形成一定深度的CN共滲層。3.5鋼的特種熱處理

SpecialHeatTreatmentofSteels

可以防止鋼件表面氧化，脫碳，保護工件熱處理后表面的質(zhì)量和性能。一、真空熱處理二、可控氣氛熱處理

工件在可控氣氛中進行的各種熱處理叫可控氣氛熱處理1具有氧化和脫碳作用的氣體2具有還原性的氣體4中性氣體3具有強烈滲碳作用的氣體三、形變熱處理

形變熱處理就是將塑性變形與熱處理操作相互結(jié)合，使金屬材料同時受到形變強化和相變強化的一種綜合工藝。1相變前變形的形變熱處理2相變中變形的形變熱處理3相變后變形的形變熱處理相變前變形的形變熱處理A化溫度下變形過冷A變形組織：①④M；②⑤P；⑥③BA相變后變形A相變中變形組織：⑦⑨P；⑧B要點總結(jié)Focusin

熟悉四種熱處理

掌握三個轉(zhuǎn)變、兩種轉(zhuǎn)變圖

通曉典型組織

了解表面熱處理和特殊熱處理四種熱處理退火Annealing正火Normalization淬火Quenching回火Tempering

鋼TTT曲線比較溫度時間APM+ABAABPMsMf共析鋼時間溫度APM+ABAABPAMsMf亞共析鋼A→F過共析鋼A→Fe3C共析鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線V1PV＜V2PV2＜V＜V4P+M+A’V＞V4M+A’V5M+A’PsAA+PPzKA1時間溫度V1V2V3V4V5熱處理過程中的三種轉(zhuǎn)變鋼加熱時的A轉(zhuǎn)變（A化）；4個階段過冷A的冷卻轉(zhuǎn)變；高、中、低溫轉(zhuǎn)變P、B、M型轉(zhuǎn)變淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變。4個階段鋼中的基本組織鐵素體F滲碳體Fe3C珠光體P奧氏體A馬氏體M貝氏體B53馬氏體M(Martensite)C在—Fe中的過飽和固溶體。鐵素體F：

C在—Fe中的固溶體奧