第四章-鋼的熱處理補(bǔ)充課件

共析碳鋼等溫轉(zhuǎn)變組織與性能分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);230～-50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700(℃)0400A1MsMf珠光體型(P)轉(zhuǎn)變(A1～550℃):A1～650℃:片間距為0.6～0.7μm(500×);稱珠光體（P），硬度：5～25HRC。

650～600℃:片間距為0.2～0.4μm(1000×);稱索氏體(S);硬度：25～36HRC。600～550℃:片間距為＜0.2μm(電鏡);稱屈氏體(T);硬度：35～40HRC。珠光體形貌像光鏡下形貌電鏡下形貌光鏡形貌電鏡形貌索氏體形貌像屈氏體形貌像電鏡形貌光鏡形貌上貝氏體下貝氏體貝氏體型(B)轉(zhuǎn)變(550～230℃):

轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為F和Fe3C相混合物，但二者的不同分布得到上貝氏體（B上）和下貝氏體（B下）。上貝氏體：550～350℃:B上、典型形貌羽毛狀;

硬度：40～45HRC。B上=過飽和碳

α-Fe條狀+Fe3C細(xì)條狀過飽和碳α-Fe條狀Fe3C細(xì)條狀羽毛狀上貝氏體組織金相圖下貝氏體：350～230℃:B下、典型形貌—針狀;

硬度：50～60HRC。B下=過飽和碳

α-Fe針葉狀+Fe3C細(xì)片狀過飽和碳

α-Fe針葉狀Fe3C細(xì)片狀針葉狀下貝氏體組織金相圖馬氏體型(M)轉(zhuǎn)變(230～-50℃):（1）定義:馬氏體是一種碳在α–Fe中的過飽和固溶體。晶體結(jié)構(gòu)由于碳的過飽和作用，使α–Fe晶格由體心立方變成體心正方晶格。（2）轉(zhuǎn)變特點(diǎn):在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成;轉(zhuǎn)變速度極快,即瞬間形核與長大;無擴(kuò)散轉(zhuǎn)變(Fe、C原子均不擴(kuò)散),

M與原A的成分相同,造成晶格畸變。轉(zhuǎn)變不完全性,QM=f(T)。馬氏體的形態(tài)：由碳含量決定，典型形貌為板條狀和片狀兩類。光鏡下光鏡下板條狀片狀◆板條狀---低碳馬氏體(＜0.2%C);硬度：30～50HRC;延伸率：δ=9～17%。低碳板條狀馬氏體組織金相圖◆針、片狀---高碳馬氏體(＞1%C);硬度：66HRC左右;延伸率：δ≈1%。

高碳針片狀馬氏體組織金相圖◆碳含量（0.2＜%C＜1.0）范圍：馬氏體形態(tài)為板條狀和片狀的混合狀，%C越高，片狀馬氏體所占的比例越多。45鋼淬火組織，400×馬氏體的碳濃度Wc100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度(HRC)2000抗拉強(qiáng)度σb(Mpa)180014001000600200（6）馬氏體的性能:主要取決于馬氏體中的碳含量。3、亞共析鋼的TTT曲線

FAP+FS+FTBM+A殘A3時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf4、過共析鋼的TTT曲線P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A殘

Fe3CⅡAACM時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf◆奧氏體中含碳量的影響:過共析鋼共析鋼亞共析鋼時(shí)間溫度A15、影響TTT曲線形狀與位置的因素◆奧氏體中含合金元素的影響:除Co、Al(＞2.5%)外，所有合金元素溶入奧氏體中，會(huì)引起曲線向右下方移動(dòng)和可能產(chǎn)生分離向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金鋼◆加熱溫度和保溫時(shí)間的影響:

加熱溫度越高,保溫時(shí)間越長,碳化物溶解充分,奧氏體成分均勻,提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性,從而使TTT曲線向右移。Vk時(shí)間(lgτ)溫度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1爐冷空冷二、奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變1、共析碳鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線---CCT曲線2、過共析鋼CCT曲線也無貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū),但比共析鋼CCT曲線多一條A→Fe3C轉(zhuǎn)變開始線。由于Fe3C的析出,奧氏體中含碳量下降,因而Ms線右端升高.3、亞共析鋼CCT曲線有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，還多A→F開始線,F析出使A含碳量升高,因而Ms線右端下降.

過共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線4.臨界冷卻速度VK：鋼在淬火冷卻時(shí)，獲得馬氏體組織的最小冷卻速度。5.連續(xù)冷卻過程組織分析例共析鋼（碳素鋼）連續(xù)冷卻組織分析（1）爐冷:室溫組織P（粗片狀）（2）空冷：室溫組織P（細(xì)片狀）（3）油冷：室溫組織

P+M（4）水冷：室溫組織

M

第三節(jié)鋼的普通熱處理工藝一般零件生產(chǎn)的工藝路線:毛坯生產(chǎn)預(yù)備熱處理機(jī)械加工最終熱處理機(jī)械精加工預(yù)備熱處理:退火;正火最終熱處理:淬火;回火一、鋼的退火(Annealingofsteel)

1、定義:把鋼加溫到預(yù)定溫度（奧氏體化溫度），保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻后（通常隨爐冷卻），獲得接近于平衡組織的熱處理工藝．2、目的:消除應(yīng)力;

降低硬度為機(jī)加工做準(zhǔn)備；均勻成分、組織，為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。3、種類退火重結(jié)晶退火低溫退火完全退火擴(kuò)散退火球化退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火普通退火等溫退火普通球化退火等溫球化退火溫度(°C)名稱Ac3+30～50完全退火Ac1+30～50球化退火500～600去應(yīng)力退火Ac3+150～250擴(kuò)散退火4、工藝參數(shù):共析鋼球化退火組織(化染)700T10鋼球化退火組織(化染)500二、鋼的正火(Normalizingofsteel)1、定義:把零件加溫到臨界溫度以上30～50℃,保溫一段時(shí)間,然后在空氣中冷卻。2、目的:消除應(yīng)力;

調(diào)整硬度，改善機(jī)加工性能；細(xì)化晶粒，均勻成分，為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。溫度(°C)名稱Ac3+30～50亞共析鋼Ac1+30～50共析鋼Accm+30～50過共析鋼3、工藝參數(shù)4、熱處理后的組織:S+F(Wc＜0.6%)；S(Wc=0.6～1.4%)5、應(yīng)用范圍:■預(yù)備熱處理:調(diào)整低、中碳鋼的硬度;消除過共析鋼中的Fe3CⅡ?！鲎罱K熱處理:用于力學(xué)性能要求不高的普通零件。溫度(°C)名稱Ac3+30～50亞共析鋼Ac1+30～50共析鋼Ac1+30～50過共析鋼三、鋼的淬火1、定義2、目的3、工藝參數(shù)4、熱處理后的組織:

M+Fe3C+A殘

Ac1+30～50過共析鋼

M+A殘

Ac1+30～50

共析鋼

M+A殘

Ac3+30～50亞共析鋼Wc＞0.5%

M

Ac3+30～50亞共析鋼Wc≤0.5%

最終組織淬火溫度(℃)

鋼種5、淬火加熱時(shí)間(τ)的選擇:τ

=α

K

D工件有效厚度(尺寸最小部位)裝爐量有關(guān)系數(shù)一般K=1～1.5加熱系數(shù),與鋼種及加熱介質(zhì)有關(guān)6、淬火冷卻介質(zhì)1）理想淬火冷卻介質(zhì)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf2）常用的淬火冷卻介質(zhì)名稱最大冷卻速度時(shí)平均冷卻速度/(℃?s-1)所在溫度/℃冷卻速度/(℃?s-1)650～550℃300～200℃20℃靜止水34077513545040℃靜止水28554511041060℃靜止水2202758018510%NaCl溶液58020001900100010%NaOH溶液5602830275077520℃10號(hào)機(jī)油430230606580℃10號(hào)機(jī)油430230705520℃3號(hào)錠子油500120100507、常用的淬火方法單液淬火雙液淬火分級(jí)淬火等溫淬火時(shí)間溫度MsA18、鋼的淬硬性(Hardeningofsteel)1）定義:是指鋼在淬火后所能達(dá)到的最高硬度。2）影響鋼的淬硬性的因素:主要取決于馬氏體的含碳量.9、鋼的淬透性(Hardenabilityofsteel)1）定義:是指鋼在淬火時(shí)所能得到的淬硬層(馬氏體組織占50%處)的深度。2）影響鋼的淬透性的因素:主要是臨界淬火冷卻速度VK

的大小,

VK

越大,鋼的淬透性越小。例：加入合金元素Cr、Ni、Mn等顯著提高鋼的淬透性采用“多組元、少含量”效果更顯著工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系3）淬硬性與淬透性之間的關(guān)系:淬透性淬硬性鋼種小低碳素結(jié)構(gòu)鋼(20)小高碳素工具鋼(T12A)大低低碳合金結(jié)構(gòu)鋼(20Cr2Ni4A)大高高碳高合金工具鋼(W18Cr4V)4）淬透性的大小對(duì)鋼的熱處理后的力學(xué)性能的影響未淬透鋼淬透鋼四、鋼的回火(Temperingofsteel)1、定義:

把淬火后的零件重新加溫到A1線以下某個(gè)溫度,保溫一段時(shí)間,然后冷卻到室溫。2、目的:(1)消除淬火應(yīng)力,降低脆性;(2)穩(wěn)定組織和工件尺寸;(3)調(diào)整淬火零件的力學(xué)性能,獲得強(qiáng)韌配合。3、淬火鋼回火過程中的組織變化

淬火后的組織為馬氏體+殘余奧氏體，都是不穩(wěn)定組織，本身有向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的趨勢，回火過程加熱和保溫加速這一過程的發(fā)展。

隨回火溫度升高，淬火組織變化過程如下：1．馬氏體的分解（200℃以下）回火時(shí)，馬氏體中過飽和碳發(fā)生短距離的遷移，形成碳的偏聚或形成極細(xì)的ε碳化物、以薄片狀存在于馬氏體中，這種組織稱為回火馬氏體。（馬氏體中碳的過飽和度下降，晶格從體心正方向體心立方發(fā)展，殘余奧氏體基本未發(fā)生變化。）2．殘余奧氏體的分解（200－300℃）馬氏體向回火馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，由于壓應(yīng)力減小，殘余奧氏體發(fā)生分解生成下貝氏體?；鼗瘃R氏體的組織與下貝氏體非常相象，難區(qū)區(qū)，分統(tǒng)一稱為回火馬氏體。碳化物在光學(xué)顯微鏡下是不可見的，組織形貌有原來亮白色變?yōu)榛野瞪?.滲碳體的形成（250－400℃）碳的擴(kuò)散能力加強(qiáng)，碳化物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定滲碳體，鐵素體過飽和度明顯減少，內(nèi)應(yīng)力大大消除，碳化物和母相的共格關(guān)系消，原淬火馬氏體的外形不清晰，約400℃全部完成這一過程，這時(shí)回火組織為在鐵素體上均勻分布極細(xì)的滲碳體，稱為“回火屈氏體”。在光學(xué)顯微鏡下，可以看到部分殘存的原馬氏體的痕跡，但看不到碳化物，組織幾乎為一片黑。4．碳化物的聚