汽車機(jī)械基礎(chǔ) 課件 2.3金屬材料的熱處理_第1頁
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文檔簡介

汽車機(jī)械基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)平臺(tái)學(xué)銀在線/detail/241541013中國大學(xué)MOOC/course/WXIC-10023760032.12.22.3金屬材料的性能汽車常用工程材料金屬材料的熱處理金屬材料的力學(xué)性能、金屬材料的其他性能汽車常用黑色金屬材料、有色金屬材料、非金屬材料的類型和特點(diǎn)鋼的整體熱處理工藝方法和應(yīng)用范圍、鋼的表面熱處理目的和方法項(xiàng)目二汽車工程材料2.3金屬材料的熱處理能力目標(biāo):能夠選擇汽車典型零件的熱處理方式任務(wù)導(dǎo)入(1)鋼筋繞成彈簧狀;(2)加熱鋼筋至紅熱,急劇冷卻;(3)將(2)鋼筋再次加熱(溫度相對低)冷卻。彈簧熱處理過程任務(wù)分析

鋼在加熱和冷卻時(shí),其內(nèi)部組織會(huì)發(fā)生改變,鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)可轉(zhuǎn)變成為一種較硬的相。為什么彈簧狀鋼筋加熱到紅熱急冷后變得又硬又脆?為什么再次加熱和冷卻后變得剛?cè)嵯酀?jì),成為真正的彈簧?

通過對鋼件加熱、保溫和冷卻的操作方法,來改善其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu),以獲得所需要性能的一種加工工藝。Tt隨爐冷卻空冷油冷加熱保溫?zé)崽幚頍崽幚沓R姛崽幚砉に嚻胀崽幚肀砻鏌崽幚硗嘶鸫慊穑╖han通蘸)正火回火表面淬火化學(xué)熱處理一鋼加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變1.奧氏體的形成過程共析鋼的奧氏體形成過程:奧氏體的形核奧氏體晶核的長大殘余滲碳體的溶解奧氏體成分的均勻化晶體結(jié)構(gòu)的改變:bcc→fccFe、C原子的擴(kuò)散一鋼加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變亞共析鋼的A化:P→A后,先共析F溶解過共析鋼的A化:P→A后,F(xiàn)e3CⅡ溶解一鋼加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變2.影響奧氏體形成速度的因素

奧氏體形成速度與加熱溫度、加熱速度、鋼的成分以及原始組織等有關(guān)。加熱溫度越高,奧氏體形成速度越快加熱速度越快,奧氏體形成速度越快含碳量增加,利于奧氏體加速形成合金元素顯著影響奧氏體的形成速度組織(珠光體)越細(xì),奧氏體形成速度越快鈷、鎳等↑鉻、鉬、釩等↓一鋼加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變3.奧氏體晶粒大小及其影響因素溫度越高,保溫時(shí)間越長,奧氏體晶粒長大越明顯。晶界上存在未溶的碳化物時(shí),會(huì)對晶粒長大起阻礙作用,使奧氏體晶粒長大傾向減小。合金元素,也影響奧氏體晶粒長大,除錳、磷外幾乎所有合金元素都阻礙奧氏體晶粒長大。二鋼冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變1.奧氏體是不是降溫到臨界溫度以下就立即發(fā)生轉(zhuǎn)變呢?2.不同的冷卻速度是否也得到同一種的組織呢?二鋼冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變過冷奧氏體:在臨界點(diǎn)以下存在的不穩(wěn)定的且將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體冷卻方式:等溫冷卻方式和連續(xù)冷卻方式。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織性能均勻,研究領(lǐng)域應(yīng)用廣轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為粗細(xì)不勻甚至類型不同的混合組織,實(shí)際生產(chǎn)中廣泛采用二鋼冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變孕育期:過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變開始所經(jīng)歷的時(shí)間,反映了過冷奧氏體的穩(wěn)定性珠光體貝氏體馬氏體三鋼的熱處理在實(shí)際的制造過程中,常見的工藝路線如:退火和正火是應(yīng)用最為廣泛的熱處理工藝?。∪摰臒崽幚?/p>

在鑄造/鍛造/焊接之后,鋼件中不但殘留有鑄造或鍛造應(yīng)力,而且還往往存在著成分和組織上的不均勻性,因而機(jī)械性能也不均勻,還會(huì)導(dǎo)致以后淬火時(shí)的變形和開裂。也會(huì)存在硬度偏高或偏低的現(xiàn)象,嚴(yán)重影響后續(xù)的切削加工性能。

經(jīng)過退火和正火后,便可得到細(xì)而均勻的組織,并消除應(yīng)力,改善鋼件的機(jī)械性能并為隨后的淬火作了準(zhǔn)備經(jīng)過退火與正火后,鋼的組織接近于平衡組織,其硬度適中,有利于下一步的切削加工。如果工件的性能要求不高時(shí),退火或正火常作為最終熱處理。

三鋼的熱處理定義:將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度,保溫一定時(shí)間,然后緩慢冷卻(爐冷、坑冷、灰冷),以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。目的:減輕鋼的成分及組織的不均勻性,細(xì)化晶粒,調(diào)整硬度,消除內(nèi)應(yīng)力,為淬火作組織準(zhǔn)備1.鋼的退火熱處理的方式三鋼的熱處理名稱由來:經(jīng)歷完全奧氏體化過程問題2:奧氏體區(qū)的溫度區(qū)間很大,如果你是熱處理工程師,你認(rèn)為完全退火應(yīng)該具體在哪一個(gè)溫度段保溫?問題1:在相圖的哪一個(gè)區(qū)域可以獲得完全奧氏體組織?完全退火的目的:①細(xì)化、均勻化,粗大、不均勻組織②得到接近平衡組織→調(diào)整硬度→切削性③消除內(nèi)應(yīng)力三鋼的熱處理加熱溫度:Ac3以上20-30度溫度過高:奧氏體晶粒粗大,

綜合機(jī)械性能下降(霍爾佩奇公式)溫度過低:不能得到均勻的單相奧氏體,溫度較低熱處理效率低。三鋼的熱處理答:完全退火不能用于過共析鋼,因?yàn)榧訜岬紸ccm以上再緩慢冷卻時(shí)會(huì)得到平衡組織,即在晶界處析出網(wǎng)狀滲碳體,造成鋼的脆化。應(yīng)用范圍:亞共析鋼,共析鋼,不適用于過共析鋼。

反問:過共析鋼的平衡組織?網(wǎng)狀滲碳體問題:為什么不適用于過共析鋼呢?三鋼的熱處理完全退火組織P+F問題:亞共析鋼(共析鋼)的平衡狀態(tài)組織?三鋼的熱處理等溫退火:先以較快的速度,將工件加熱到Ac3以上30~50℃,保溫一定時(shí)間后,先以較快的冷速冷到珠光體的形成溫度等溫,使奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體,待等溫轉(zhuǎn)變結(jié)束再快冷。這樣就可大大縮短退火的時(shí)間。完全退火的缺點(diǎn):所需時(shí)間很長,特別是對于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼,往往需要幾十小時(shí)解決:為了縮短退火時(shí)間,可采用等溫退火。三鋼的熱處理可見等溫退火所需時(shí)間比完全退火縮短很多。等溫溫度根據(jù)要求的組織和性能而定:等溫溫度越高,則珠光體組織越粗大,鋼的硬度越低。三鋼的熱處理球化退火目的:使Fe3C球化,降低硬度;

提高韌性,改善切削加工性;

為以后淬火做準(zhǔn)備。實(shí)質(zhì):通過球化退火,使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體,球化退火后的組織是由鐵素體和球狀滲碳體組成的球狀珠光體。三鋼的熱處理球化退火工藝:Ac1以上20-40度保溫,緩冷應(yīng)用范圍:過共析鋼,共析鋼組織:球狀P(F+球狀FeC3)三鋼的熱處理去應(yīng)力退火目的:消除鑄、鍛、焊件、冷沖壓件(或冷拔件)及機(jī)加工件的切削加工或使用中的變形和開裂;降低機(jī)器的精度;甚至?xí)l(fā)生事故。殘余內(nèi)應(yīng)力。

將工件隨爐緩慢加熱至500~650℃(<A1點(diǎn)),保溫一段時(shí)間后隨爐緩慢冷卻,至200℃出爐空冷。退火溫度愈高,內(nèi)應(yīng)力消除越充分,退火所需的時(shí)間越短。在去應(yīng)力退火中不發(fā)生相變。三鋼的熱處理將工件加熱到Ac3或Accm以上30~80℃,保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。冷卻快(空冷),組織細(xì),強(qiáng)/硬度提高。應(yīng)用范圍廣保溫溫度高2.鋼的正火三鋼的熱處理共析鋼正火后組織:S,T而退火后組織:P。三鋼的熱處理正火的應(yīng)用(2)用于低、中碳鋼作為預(yù)先熱處理,得合適的硬度便于切削加工。(3)用于過共析鋼,消除網(wǎng)狀Fe3CⅡ,有利于球化退火的進(jìn)行。(1)用于普通結(jié)構(gòu)零件,作為最終熱處理,細(xì)化晶粒提高機(jī)械性能。正火和退火工藝總結(jié)退火:完全退火(等溫退火)、不完全退火(球化退火)、擴(kuò)散退火、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火。正火:空冷、吹風(fēng)冷、噴霧冷。三鋼的熱處理3.

鋼的淬火概念:將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上30~50℃,保溫一定時(shí)間,然后快速冷卻(一般為油冷或水冷),從而得馬氏體(或下貝氏體)的一種操作。目的:獲得馬氏體(或下貝氏體)。下B板條M針狀M三鋼的熱處理淬火加熱溫度的選擇三鋼的熱處理為得到馬氏體組織,淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度Vk。但這必然會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,往往會(huì)引起工件變形和開裂,為此人們提出了理想的淬火冷卻曲線。淬火加熱溫度的選擇三鋼的熱處理淬火冷卻介質(zhì)三鋼的熱處理回火的主要目的是:降低脆性穩(wěn)定組織和工件尺寸獲得要求的機(jī)械性能

回火是將淬火鋼加熱到臨界點(diǎn)Acl以下的某一溫度,保溫后以適當(dāng)方式冷卻到室溫的一種熱處理工藝。4.

鋼的回火三鋼的熱處理碳鋼的主要回火組織分為三類:回火馬氏體回火托氏體回火索氏體淬火鋼在回火過程中,回火溫度—回火組織—鋼的性能之間存在著一一對應(yīng)關(guān)系?;鼗饻囟仍礁撸摰挠捕仍降驮谳^低溫度(200-300℃)回火時(shí),因淬火引起的內(nèi)應(yīng)力被消除,鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都得到提高。三鋼的熱處理淬火鋼回火后的組織和性能決定于回火溫度。按回火溫度范圍的不同,可將鋼的回火分為三類:

低溫回火:回火溫度范圍一般為150~250℃,得到回火馬氏體組織。(HRC58-64)

中溫回火:回火溫度范圍通常為350~500℃,得到回火托氏體組織。

(HRC35-45)高溫回火:回火溫度范圍通常為500~650℃,得到回火索氏體組織。(HRC25-35)三鋼的熱處理回火脆性1)低溫回火脆性

淬火鋼在250~400℃溫度范圍內(nèi)回火出現(xiàn)的脆性稱為低溫回火脆性,也叫第一類回火脆性。

2)高溫回火脆性淬火鋼在500-650℃溫度范圍內(nèi)回火出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性,又叫第二類回火脆性。

不可逆回火脆性可逆回火脆性,快速冷卻可消除化學(xué)熱處理過程是一個(gè)比較復(fù)雜的過程。一般將它看成由滲劑的分解、工件表面對活性原子的吸收和滲入工件表面的原子向內(nèi)部擴(kuò)散三個(gè)基本過程組成。鋼的滲碳將低碳鋼放人滲碳介質(zhì)中,在900~950℃加熱保溫,使活性碳原子滲入鋼件表面以獲得高碳滲層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲碳。主要目的是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度,同時(shí)保持心部具有一定強(qiáng)度和良好的塑性與韌性。氣體滲碳 固體滲碳 液體滲碳5.

鋼的化學(xué)熱處理三鋼的熱處理鋼的滲氮(氣體氮化)在一定溫度(一般在AC1以下)使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)

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