工程材料及成形技術(shù)基礎 金屬材料熱處理

金屬資料熱處置碳鋼的問題:1.強度較低,不能接受高載荷;改善鋼性能的途徑：合金化3.熱硬性差,只能在200oC以下任務2.淬透性差,不能做大件和復雜件4.不能滿足某些特殊性能要求熱處置普通機械零件的加工道路是：毛坯〔鑄、鍛〕預備熱處置機加工最終熱處置分類：普通熱處置：退火、正火、淬火、回火外表熱處置：外表淬火：感應加熱淬火、火焰加熱淬火化學熱處置：滲碳、滲氮、滲金屬亞共析鋼：Ac3+30~50oC,組織：F+P共析鋼：Ac1+30~50oC,組織：P過共析鋼：Ac1+30~50oC,組織：P球4.1退火與正火4.1.1退火(annealing)隨爐冷卻退火的目的：1.降低硬度以便于切削加工2.消除剩余內(nèi)應力以防止鋼件在淬火和運用時發(fā)生變形和開裂3.細化晶粒，改善組織，提高力學性能4.為最終熱處置做預備2.等溫退火可使工件在爐內(nèi)的停留時間大大縮短。1.完全退火適于亞共析鋼和鑄件、鍛件及焊接件，使鋼軟化以便于切削加工，并可消除內(nèi)應力。3.球化退火適于共析鋼和過共析鋼，獲得球狀珠光體，以降硬度，改善切削加工性能，減小淬火的變形和開裂。5.去應力退火適于：鑄件、鍛件、焊接件、冷拉伸件、切削加工件目的：消除剩余應力，以提高尺寸穩(wěn)定性，防止在切削加工中和運用過程中的變形和裂紋傾向4.分散退火適于：合金鋼大型鑄、鍛件目的：消除晶內(nèi)偏析6.再結(jié)晶退火用于處置冷軋、冷拉、冷擠壓等發(fā)生加工硬化的鋼材亞共析鋼：F+S共析鋼：S過共析鋼：S+Fe3C粒狀4.1.2正火(normalizing)：空中冷卻目的：獲得馬氏體和貝氏體組織，提高硬度和耐磨性〔工具、模具、量具、滾動軸承〕4.2鋼的淬火〔最重要，最廣泛〕(quenching)定義；是將鋼件加熱到Ac1或Ac3以上保溫一定時間后，快速冷卻〔通常大于臨界冷卻速度Vc〕，以得到馬氏體〔下貝氏體〕組織的熱處置工藝亞共析鋼：M共析鋼、過共析鋼：M+Fe3C粒狀合金鋼：M+MxCy粒狀4.2.1淬火加熱溫度和加熱時間原那么：得到均勻細小的奧氏體晶粒4.2.2淬火冷卻介質(zhì)在C曲線鼻尖出處冷卻速度足夠快，其他各處不用太快水：碳素鋼鹽水：外形簡單、變形要求不嚴、截面較大的碳鋼零件油：合金鋼4.2.3淬火冷卻方法

單介質(zhì)淬火法雙介質(zhì)淬火法馬氏體分級淬火法貝氏體等溫淬火法冷處置部分淬火4.3鋼的淬透性(hardenability)淬硬層深度：工件外表到半馬氏體區(qū)〔50%M+50%T)的深度4.3.1鋼的淬透性淬透性：是指鋼在淬火時獲得淬硬層深度的才干。淬硬性：是指鋼在淬火后所能到達的最高硬度影響臨界冷卻速度的要素有：1〕鋼的含碳量2〕合金元素：除Co、Al外的元素都提高淬透性3〕鋼中未溶物質(zhì)淬透性是鋼材本身所固有的屬性淬透性主要受臨界冷卻速度影響，臨界冷卻速度越小，鋼的淬透性越大。4.3.2淬透性的測試方法臨界直徑法：45鋼Dο〔水〕=16mm45鋼Dο〔油〕=8mm頂端淬火法：用于測定碳素構(gòu)造鋼和低、中合金構(gòu)造鋼的淬透性

表示：

如：45鋼40Cr鋼40Cr鋼Dο〔水〕=36mm40Cr鋼Dο〔油〕=20mm4.3.3淬透性與選材的關系1〕連桿、螺栓、鍛模、錘桿——高淬透性〔并要求全部淬透〕2〕彈簧——高淬透性3〕機床主軸、汽車半軸、齒輪——低淬透性〔淬透層深度＝1/2~1/3D〕4〕工具類工件——高淬透性5〕焊接件、外表淬火件——低淬透性4.4淬火鋼的回火(tempering)4.4.1回火的目的：目的：1〕降低脆性，減少或消除內(nèi)應力，防止工件變形和開裂2〕提高塑性和韌性3〕穩(wěn)定組織，從而穩(wěn)定工件尺寸4〕替代軟化退火組織1.鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變過程：4.4.2回火組織轉(zhuǎn)變及性能變化滲碳體聚集長大馬氏體的分解---剩余奧氏體分解--滲碳體的構(gòu)成--2.回火后的組織和性能3〕回火索氏體〔500~650℃〕2〕回火托氏體〔350~450℃〕1〕回火馬氏體〔250℃以下〕**4.4.3回火工藝及運用2〕中溫回火(350~500℃)—T回，35~45HRC特點：內(nèi)應力根本消除，具有極高的彈性極限和良好的韌性。用于：各種彈簧零件及熱鍛模具的處置。1〕低溫回火(150~250℃)—M回，55~64HRC特點：降低鋼中剩余應力和脆性，而堅持高強度、硬度和耐磨性用于：工具、量具、滾動軸承、滲碳工件以及外表淬火工件等。3〕高溫回火(500~650℃)—S回，25~35HRC淬火+高溫回火——調(diào)質(zhì)處置特點：具有較高綜合機械性能用于：中碳成分構(gòu)造鋼制造的各種重要的構(gòu)造零件，特別是在交變載荷下任務的連桿、螺栓以及軸類等，還可作為某些精密零件〔如精細量具、模具〕的預先熱處置快冷可防止對大件可加Mo、W、Nb4.4.4回火脆性1.第一類回火脆性〔低溫回火脆性〕：250~350oC回火時出現(xiàn)，無法消除，所以避開。2.第二類回火脆性〔高溫回火脆性〕：500~650oC回火時出現(xiàn)，主要發(fā)生在含Cr、Si、Ni、Mn等合金元素的構(gòu)造鋼中，當在此溫度內(nèi)長時間保溫或緩冷時出現(xiàn)外表：M回外表淬火+低溫回火后的組織：S回心部：F+S外表淬火是經(jīng)過快速加熱使鋼件外表到達臨界溫度以上，不等熱量傳到工件內(nèi)層就迅速予以冷卻，只使外表被淬硬為馬氏體，而內(nèi)層仍為塑、韌性良好的組織。4.5鋼的外表淬火用于接受彎曲、改動、摩擦或沖擊的零件。材料：含碳量0.40%~0.50%預先熱處置：正火或調(diào)質(zhì)4.5.1感應加熱外表淬火1.根本原理δ=，800~1000oC1〕高頻感應加熱：100~500KHz，δ=0.5~2.0mm中小模數(shù)的齒輪及中小尺寸的軸2〕中頻感應加熱：500~10000Hz，δ=2~10mm較大尺寸的軸和大中模數(shù)的齒輪3〕工頻感應加熱：50Hz，δ=10~15mm直徑300以上的軋輥、火車車輪2.感應加熱外表淬火+低溫回火4.5.2火焰加熱外表淬火利用乙炔火焰將工件外表快速加熱到淬火溫度，然后立刻用水放射冷卻，此法適于單件或小批量零件的外表淬火。4.7.1.鋼的滲碳4.7鋼的化學熱處置是利用物理、化學反響來改動工件外表的成分與組織，從而使工件外表獲得與心部不同的力學或物理、化學性能的工藝方法滲碳資料：低碳鋼和低碳低合金鋼〔20，20CrMnTi〕方法：氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳工藝：滲碳+淬火+低溫回火目的：外表具有高硬度和高的耐磨性，而心部仍堅持良好的塑、韌性(如汽車、遷延機上的變速齒輪〕氣體滲碳滲碳后淬火+低溫回火：表層為：馬氏體+碳化物心部為：珠光體+鐵素體用于：外表要求耐磨，并接受較大沖擊載荷的零件不需滲碳的部位：可鍍銅或留加工余量4.7.2滲氮方法：運用氨氣構(gòu)成顆粒細小、分布均勻、硬度很高并且非常穩(wěn)定的各種氮化物，如AlN、CrN