（参考课件）金属热处理(全,相图好)研究.ppt

第一篇金属材料基本知识,本篇重点：1.金属材料的力学性能2.铁碳合金基本组织及状态图3.钢的热处理本篇难点：1.各力学性能指标的物理意义和测定方法2.铁碳合金状态图的分析3.钢的热处理,1,材料：可以用来制作产品的物质。材料按物质结构不同分：金属材料、非金属材料（有机高分子材料和陶瓷料)、复合材料材料按用途不同分：机械工程材料、土木工程材料、电工材料、电子材料材料按功能不同分：结构材料、功能材料、磁性材料等,2,世界四大材料：钢铁、木材、塑料、水泥,常用工程材料按其化学成分、结合键的特点分：金属材料、非金属材料、复合材料,金属材料指钢铁、有色金属等材料,非金属材料无机高分子材料（陶瓷、水泥、木材等），有机高分子材料（如塑料、橡胶），复合材料-玻璃钢、碳纤维复合材料、硼纤维材料。,现在新材料-纳米材料、智能材料,3,纳米材料：一般把分子粒径小于等于1100nm(即10-910-7m)的材料称为纳米材料。广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。智能材料：一种新型材料，由传感器或敏感元件等与传统材料结合而成。这种材料可以自我发现故障，自我修复，并根据实际情况作出优化反应，发挥控制功能。,4,材料发展概括,石器时代,陶器时代,铜器时代：,司母戊鼎（公元前1116世纪）11307801100,战国编钟（前475221年）65个总重2500Kg,天然石，兽骨，树枝,泥巴（日晒原始陶器；火烧瓷器用具）,铁器时代沧州大狮（公元953年）重50T,长5.3m,宽3m,人工复合材料,塑料、橡胶、陶瓷、钛合金、碳纤维、纳米等,智能材料,5,出土于河南安阳侯家庄武官村。此鼎形制雄伟，重达875公斤,高达133厘米,口长110厘米、口宽78厘米，是迄今为止出土的最大最重的青铜器。,司母戊大鼎,6,7,1978年夏天出土于湖北随县(今湖北随州市)擂鼓墩战国早期曾国君王曾侯乙墓。这是一种打击乐器，供古代宗庙祭祀和宴请宾客时使用。全套编钟包括钮钟19件，甬钟45件，外加楚惠王赠送的一件钟，共65件，总重量二千五百多公斤,编钟以大小和音高为序编成8组，悬挂在铜木结构的三层钟架上。钟上均铸有篆书铭文，共二千八百余字，其内容全面地反映了战国时期我国乐律学达到的高度水平。这是我国迄今为止发现的数量最多、保存最完好的一套编钟。编钟音乐性能保存完好，音色优美，音域宽广，从最低音到最高音，共有五个八度，能演奏古今中外的乐曲。这套编钟的发现，对研究战国历史、音乐和冶铸技术等，都有着极高的价值。它的总用铜量达5吨之多，设计精巧，铸造瑰丽，出土时尚完整地悬挂在钟架上，音域宽广，音色优美，古今乐曲均能演奏，八鼓谐余韵绕梁令人惊叹叫绝,它是中国古代文化艺术的瑰宝，被誉为世界第八奇迹。1983年湖北省博物馆等单位复制成功了28件编钟，演奏了春江花月夜等乐曲，抑扬顿挫和谐动听，湖北省歌舞团演出了历史歌舞编钟乐舞，使观众听到了两千多年前的美妙声音。编钟的钟架称为钜(j)，由245个构件组成，设计精巧，比例适宜，结构牢固，可以拆卸。虽然承受了二千多公斤重的全套编钟，历时二千多年，出土时仍矗立如故。是研究先秦音乐史与青铜铸造工艺的珍品。,8,永乐大钟高6.75m、直径3.3m、重量46.5t的铜钟，是明朝永乐年间（约1420年）铸造的，在世界大钟之林中铸造年代最久远。钟身内外铸满了佛经，经文清晰，排列巧妙，总字数达230184个，是世界上铸字最多的大钟。撞击一下，钟声悠扬悦耳，可传4050km。,9,永乐大钟局部，上面载明大钟铸造的时间。,10,沧州铁狮铸造于公元953年。铁狮子通高5.78米，身长6.5米，体宽3.17米，重约40吨,11,沧州铁狮子，当地又称作“镇海吼”，它位于沧县旧州城内，坐落在原开元寺前。关于铁狮子的确实来历，有许多说法，古今不一。据沧县志记载，相传周世宗北征契丹罚罪人所铸，“以镇州城”。可是，后来的考据家分辩说，周世宗素不信佛，罚罪之说不足信。流传广泛又比较合乎情理的，是当地一个有名的传说。古时沧州一带滨临沧海，海水经常泛滥，海啸为害，民不聊生，当地人为清除这无情的水患，自动集资捐钱，请当时山东有名的铸造师李云铸此狮以镇遏海啸水患，并取名“镇海吼”。狮身外面铸有捐钱者的姓名，一般认为此说比较可信。,12,1996年我国钢产量超过一亿吨，变成世界第一产钢大国。这是为纪念钢产量突破一亿吨而发行的邮票。,13,材料历史发展图片：,陶器时代,14,第一章金属材料的主要性能,本章重点：金属材料的力学性能,主要内容：金属材料的力学性能,包括材料的强度、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳强度等。,本章难点：各性能指标的物理意义和测定方法,15,金属材料应用最为广泛（1）地球上的储量丰富（2）具备制造机器的物理和化学性能（3）易于加工,16,金属材料的性能,使用性能力学、物理、化学,工艺性能铸造、锻压、焊接、切削加工,力学性能：受外力作用下所表现出的性能。,判据如：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等,金属材料的性能对零件的使用和加工有重要作用,17,第一节材料的力学性能,力学性能材料在外力作用下所表现出的特性。,一、外力作用下材料的变形与失效,作用在机件上的外力载荷,F=F,（MPa）,外力内力应力,静载荷:载荷不随时间变化或者变化极其平稳缓慢，并且使各部件的加速度为0：（起重机以等速度吊起重物）,动载荷：载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化：（起重机加速度吊起重物）,=F/S,18,（1）弹性变形：,材料受外力作用时产生变形，当外力去除后恢复其原来形状，这种随外力消失而消失的变形，称为弹性变形。,1.两种基本变形,19,（2）塑性变形:,材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形。,20,b,k,s,e,拉伸力F,O,伸长量L,Fs,Fb,Fe,低碳钢的力伸长曲线,Fe：弹性变形,Fs：s点为屈服点,Fb：b，缩颈,FK：k，断裂。,21,在低碳钢拉伸曲线中，把F-l坐标换成-（应力应变）就可以直接在图上读出力学性能指标，并且不需要做成标准试样。,强度材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。工程上常用的金属材料的强度指标有屈服强度(s)和抗拉强度(b)等.应用：强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使用过程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。,22,L0,LK,d0,拉断前试样,拉断后试样,试样按GB639786制取，分长试样L0=10d0,短试样L0=5d0,说明：,b,k,s,e,拉伸力F,O,伸长量L,Fs,Fb,Fe,低碳钢的力伸长曲线,F,F,23,不同的金属材料拉伸曲线,低碳钢,铸铁,典型塑性材料的拉伸曲线,典型脆性材料,24,25,注意,1.室温2.静载荷3.材料类型,26,1强度：,当材料单位面积上所受的应力es时，材料将产生明显的塑性变形。,条件屈服强度:,0.2=F0.2/A0（MPa）,材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。,（1）屈服强度（S）,指材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力。,S=Fs/A0（MPa）,它表征了材料抵抗微量塑性变形的能力。,屈服强度是塑性材料选材和评定的依据。,27,k,b,F,e,s,100%,0.2%,b,b=Fb/A0（MPa）,（2）抗拉强度（b）,抗拉强度是材料在拉断前承受最大载荷时的应力。,它表征了材料在拉伸条件下所能承受的最大应力。,抗拉强度是脆性材料选材的依据。,高碳钢：60、65强度高，用于制造钢丝绳，弹簧，发条等,28,2.塑性,常用和作为衡量塑性的指标。,伸长率：,材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。,断面收缩率:,F,F,L,良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。,低碳钢：10、15、20，塑性好，用于拉拔、冲压、锻造和焊接,29,对于塑性差的材料，用0.2来代替s；1）使材料具有良好的成形性；2）受到外力变形时，有强化作用。,GB/T2282002金属材料室温拉伸试验方法规定：断后伸长率A表示；断面收缩率Z表示；屈服强度Re表示；抗拉强度Rm表示；此规定代替GB228-87，从2002年7月执行。,30,3.硬度材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。决定金属材料的耐磨性：刀具、模具、耐磨表面等。最常用的硬度指标有：布氏硬度（HB)和洛氏硬度(HRA-C)。布氏硬度和洛氏硬度试验原理和使用范围均不相同；,31,布氏硬度原理：图13,布氏硬度试验是指用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算硬度的一种压痕硬度试验。,32,使用钢球压头时布氏硬度值用符号HBS表示；使用硬质合金压头时用符号HBW表示。在实际测试时，不必用公式计算，一般用读数显微镜测出压痕直径d，然后根据d大小查表，即可求出所测的硬度值。应用：测量比较软的材料。测量范围HBS450、HBWA,3点：共析点,-P,82,图120亚共析钢结晶示意图,1、亚共析钢,S点成分左的合金。,沿GS线，A的含C量增大至S点。,3-4点：FA,2点：结晶终点,-A,3点：析出点,-F,4点：共析,A-P。,室温组织是：F+P。,83,图122过共析钢结晶示意图,S点成分右的合金。,沿ES线，A的含C量降低至S点。,3-4点：AFe3C,2点：结晶终点,-A,3点：析出点,-Fe3C,4点：共析,A-P。,室温组织是：P+Fe3C。,1点：凝固点,84,铁碳合金相图中主要特性点的含义,85,相图中主要线的含义,ACD线液相线是不同成分铁碳合金开始结晶的温度线。AECF线固相线各种成分的合金均处在固体状态。结晶温度终止线。ECF水平线共晶线含碳量为4.3%的液态合金冷却到此线时，在1148由液态合金同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共晶反应。PSK水平线共析线（A1线）含碳量为0.77%的奥氏体冷却到此线时，在727同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物，此反应称为共析反应。GS线（A3线）是冷却时奥氏体转变为铁素体的开始线。ES线称Acm线是碳在奥氏体中的溶解度线，实际上是冷却时由奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。,86,典型合金结晶过程分析,铁碳合金,含碳量为2.11%6.69%的铁碳合金。共晶生铁：含碳量为4.3%;亚共晶生铁：含碳量在2.11%4.3%之间；过共晶生铁：含碳量在4.3%6.69%之间；,含碳量小于0.02%的铁碳合金。,工业纯铁,钢,生铁,含碳量为0.02%2.11%的铁碳合金。根据金相组织的不同，可分为三种。共析钢：含碳量为0.77%;亚共析钢：含碳量在0.02%0.77%之间；过共析钢：含碳量在0.77%2.11%之间；,87,铁碳合金状态图分析,88,A奥氏体,P珠光体,F铁素体,共析钢和亚共析钢的结晶过程分析,89,过共析钢结晶过程分析,共晶生铁结晶过程分析,90,Ld变态莱氏体,亚共晶、过共晶生铁结晶过程分析,91,钢,碳素钢,碳素结构钢（0.38%C),优质碳素结构钢(0.2-0.7%C用途广),碳素工具钢(T8等),合金钢,合金结构钢,合金工具钢,特殊性能钢,不锈钢,耐热钢,耐磨钢,其它,量具钢,模具钢,刃具钢,轴承钢,弹簧钢,调质钢,渗碳钢,低合金结构钢,（1.5%C),16Mn、20Cr,9Cr2、CrWMn,2Cr13、1Cr18Ni9,第四章工业用钢分类、牌号、性能及其应用,(非合金钢),92,根据炼钢时脱氧程度的不同，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三类。沸腾钢为脱氧不完全的钢。浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出），钢锭凝固后，蜂窝气泡分布在钢锭中，在轧制过程中这种气泡空腔会被粘合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很低，通常注成不带保温帽的上小下大的钢锭。优点是钢的收率高，生产成本低，表面质量和深冲性能好。缺点是钢的杂质多，成分偏析较大，所以性能不均匀。镇静钢为完全脱氧的钢。通常铸成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收得率低，但组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金一般都是镇静钢。半镇静钢为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点，在冶炼操作上较难掌握。,93,碳素钢：含碳量1.4%,含碳量增加,强度和硬度增加,塑性和韧性下降.1)碳素结构钢:是s、p含量较高，C0.38%,牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四部分组成。其中质量等级分别用A、B、C、D表示。A的S、P量高，D的S、P量最低，且质量最好。,第一节碳素钢,94,2)、优质碳素结构钢S、P含量较低，用于重要零件,GB/T69999规定：牌号用两位数字表示。其中两位数字表示含碳量万分之几。,如：08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75。如:45钢是WC=0.45%,20Mn、65Mn等称含锰量较高的优质碳素结构钢。,当Mn=0.7%-1.3%标出,95,3)、碳素工具钢含碳量0.71.3,GB/T129886规定：牌号用“碳”字汉语拼音字首“T”+数字表示。数字表示WC的千分之几。,如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10钢WC=1%；T10A中的“A”表示为高级优质碳素工具钢。,质量：优质S0.035%，P0.035%；高级S0.02%，P0.03%；,碳素工具钢的性能：硬度高、塑性和韧性低、淬透性与红硬性差。淬火+低温回火后硬度为58-62HRC。碳素工具钢的应用：多用于制造低速刃具、手用工具和量具。,96,第二节低合金钢,合金钢：碳钢中加入一种或几种合金元素常加合金元素:MnSiCrNiMoWVTiB(硼)稀土元素(Xt)等低合金钢:合金总含量较低(3%),含碳量也较低的合金结构钢.性能:较高的强度、塑性、韧性和耐蚀性，大多有良好的焊接性。应用很广泛。,97,分类：1.可焊接低合金高强钢2.低合金耐候钢3.低合金钢筋钢4.铁道用低合金钢5.矿用低合金钢牌号同碳素结构钢,98,1、可焊接的高强度结构钢，规定的屈服强度大于360MPa而小于420MPa的一般用途低合金结构钢，如GB/T1591规定的Q295B、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E、Q390A、Q390B、Q390C，Q390D、Q390E；,2、低合金耐候钢，如GB/T417l规定的09CuPCrNiA、09CuPCrNiB、09CuP，GB/T4172规定的16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCrQT,3、低合金钢筋钢，如GB1499规定的20MnSi、20MnTi、20MnSiV、25MnSi、20MnNbb,4、铁道用低合金钢，如GB2585规定的低合金重轨钢U71Cu、U71Mn、U70MnSi、U71MnSiCu，YB/T5055规定的起重机用低合金钢轨钢U71Mn,5、矿用低合金钢，如GB/T3414规定的M510、M540、M565热轧钢,表17低合金高强钢的牌号、化学成分、力学性能和用途(P33),99,第三节合金钢,合金钢：碳钢中加入一种或几种合金元素常加合金元素:MnSiCrNiMoWVTiB(硼)稀土元素(Xt)等,100,1）合金结构钢“数+元素符号+数”表示数含碳万分之几,符号合金元素,符号后面数表示含合金%,1.5%不标,=1.5%标2若为高级优质钢,后加A如:60Si2Mn0.6%C,2%Si1.5%Mn18Cr2Ni4WA0.18%C,2%Cr,4%Ni,=1.0%不标如:9SiCr(板牙,丝锥)0.9%C1.5%Si1.5%CrCrWMn(长铰刀,丝锥,拉刀,精密丝杠)*高速钢含C1.0也不标W18Cr4V0.70.8%C,18%W,4%Cr,400工作耐磨钢:高锰钢水韧处理,冲击下工作,表面产生加工硬化.并有马氏体在滑移面形成,表面硬度达HB450550,表面耐磨,心部为A（奥氏体）.水韧处理:钢加热到临界点以上(10001100)保温,碳化物全容于A,水冷,因冷速快,无法析出碳化物,成单一A组织.(由于锰的存在，使Ms与Mf下移到室温以下，故得到奥氏体),104,常用碳素结构钢钢板钢筋建筑构件螺钉铆钉钢桥梁,105,常用优质碳素结构钢：螺栓齿轮曲轴弹簧,106,常用碳素工具钢：锉刀量规钻头,107,容器船舶车辆桥梁储气罐,108,齿轮,曲轴,汽车万向节,连杆,109,常用不锈钢,不锈钢船用螺旋桨不锈钢剪刀,110,燃气轮机,耐热钢,拖拉机履带,耐磨钢,铁轨分道岔,挖掘机斗齿耐磨钢,111,小榔头,锻造预先热处理切削加工钳工最终热处理。,1.选45钢其工艺流程为：,预先热处理：正火,最终热处理：淬火回火,要求：50-55HRC。选用45#钢，其加工工艺过程为：锻造正火切削加工调质精加工高频淬火+低温回火喷丸精磨。,机床用齿轮,第三章钢的热处理,112,1.热处理的理论依据,912金属铁-Fe（高温下）-Fe同素异构转变面心立方体心立方（塑性高、无磁性、耐蚀性好）（磁性）,热处理基础知识,113,2.钢的成分、组织及性能,钢的成分：C%=0.02182.11,热处理基础知识,简化的铁碳合金状态图,钢的基本组织：奥氏体A、铁素体F、渗碳体K、珠光体P,114,表一钢的成分、组织与性能的关系,热处理基础知识,115,钢的热处理,热处理的概念：将金属或者合金在固态范围内，通过加热、保温、冷却的有机配合，改变其内部组织而得到所需要的性能的一种工艺过程。特点：只改变材料的组织和性能热处理的目的：一类是为了消除冶金、铸造、塑性成型、焊接等生产过程中材料所产生的缺陷，改善其工艺性能，为以后切削加工或热处理做组织和性能准备。中间热处理或预先热处理另一类是为了提高金属材料的力学性能，充分发挥材料的潜力，节约材料，延长零件的使用寿命。最终热处理,116,热处理,普通热处理,表面热处理,退火,正火,淬火,回火,表面淬火,化学热处理,渗碳,渗氮,碳氮共渗,其它热处理,形变,真空,激光,热处理的分类：按其工艺方法不同分,117,热处理工艺曲线：由于热处理时起作用的主要因素是温度和时间，所以各种热处理都可以用温度时间为坐标的热处理工艺曲线来表示。,118,常用热处理方法工艺曲线,退火、正火、淬火、回火和表面热处理。,常用的热处理基本工艺方法,119,第一节钢在加热和冷却时的组织转变,在实际生产中，由于加热和冷却不是很缓慢，因此实际发生组织转变的温度与相图的A1、A3、Acm有一定的偏离。通常加热用Ac1、Ac3、Accm表示，冷却用Ar1、Ar3、Arcm表示。将钢加热至Ac3或Ac1以上，获得完全或部分奥氏体组织的操作称为奥氏体化。,120,奥氏体化：工件加热奥氏体组织,图124钢在加热和冷却时各临界点的位置,过热：Ac1,Ac3,Accm,过冷:Ar1,Ar3,Arcm,121,AC1加热时，珠光体转变为奥氏体的温度。Ar1冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度。AC3加热时，铁素体转变为奥氏体。Ar3冷却时，奥氏体转变为铁素体的开始温度。ACCm加热时，二次渗碳体在奥氏体中的溶解的终了温度。ArCm冷却时，二次渗碳体从奥氏体中析出的终了温度。,122,钢号：10253050T10T12AC1：727735732727730730AC3：876840813774Ar3：850824796755Ar1：710710714718718713ACCm：800820加热、冷却时的理想温度：A1、A3、ACm实际加热温度：AC1、AC3、ACCm（020）实际冷却温度：Ar1、Ar3、ArCm（020）,123,一、钢在加热时的组织转变形成晶粒细小、成分均匀的A。,加热保温奥氏体化过程示意图,124,二、钢在冷却时的组织转变过冷奥氏体暂时保留在A1以下的奥氏体。连续冷却转变使加热到奥氏体化的钢连续降温进行组织转变等温冷却转变使加热到奥氏体化的钢以较快的冷却速度冷到A1以下某温度保温，在等温下发生组织转变。,掌握A在什么冷却条件下向什么组织的转变，以便正确地选择合适的冷却方法来控制钢的组织和性能。这便是各种热处理操作方法的主要理论依据。,125,126,127,共析钢过冷A的等温转变曲线图,128,129,亚共析碳钢与过共析碳钢过冷奥氏体的等温转变,130,过冷奥氏体的等温转变产物组织和性能（1）珠光体型转变高温转变（Ar1550）Ar1650片层珠光体25HRC650600细珠光体（索氏体S）25HRC30HRC600550极细珠光体（托氏体T）35HRC40HRC（2）贝氏体型转变中温转变（550Ms）550350平行条状铁素体上分布细微渗碳体40HRC45HRC强度和韧性都较差350Ms针状铁素体分布极细小碳化物50HRC55HRC硬度高，韧性好，具有较好的综合机械性能。,131,（3）马氏体型转变低温转变（Ms以下低温区）马氏体：硬度高，韧性差。三、过冷奥氏体等温转变曲线在连续冷却中的应用,132,过冷奥氏体的连续冷却转变,临界冷却速度vk:过冷奥氏体转变为M（少量A/)的最低冷却速度。,133,第二节退火和正火,一、退火：将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋入灰中缓慢冷却。,目的：降低硬度，便于机加工。细化晶粒，提高塑性和韧性。消除应力。,应用：铸件、锻件、焊接及其它毛坯的热处理。,134,1、完全退火：将亚共析钢加热到Ac3线以上3050，保温后缓慢冷却.2、球化退火:将过共析钢加热到Ac1线以上2030，保温后缓慢冷却.3、低温退火:将钢加热到Ac1线以下，保温后缓慢冷却.4、再结晶退火：消除冲压件冷变形所产生的加工硬化（再结晶温度以上150250），降低硬度，恢复塑性。,135,完全退火：亚共析钢Ac33050oC，保温，炉冷目的：a、使热加工造成的粗大、不均匀的组织细化b、消除内应力和组织缺陷c、降低硬度，改善切削加工性能,球化退火：过共析钢Ac11020oC，保温，缓冷目的：a、使网状的二次渗碳体球状化，为以后的热处理作组织准备b、降低硬度，改善切削加工性能应先正火，再球化退火。,去应力退火（低温退火）：100200oC/h至（500650oC）(A1)，保温，炉冷(50100oC/h至300200oC),空冷。目的：消除残余应力,136,应用：（1）取代部分完全退火；（2）用于普通结构件的最终热处理；（3）用于过共析钢，减少或消除网状二次渗碳体，为球化处理作准备。,二、正火：将钢加热到Ac3线以上3050（亚共析钢）或Accm以上3050（过共析钢），保温后在空气中冷却。得到的是细珠光体组织（索氏体）。,137,138,第三节淬火和回火,淬火：将钢加热到Ac3或Ac1线以上3050，保温后在淬火介质中快速冷却（Fe向aFe同素异晶转变），以获得马氏体（M)组织（碳在aFe中的严重过饱和固溶体）。,139,马氏体形成过程中将伴随着体积膨胀，造成淬火内应力，应采取以下措施：（1）严格控制淬火加热温度温度低，硬度低；温度高，晶粒粗大，应力大，易产生裂纹。（2）合理选择淬火介质淬透性好，选油淬。（3）正确选择淬火方法采用水油双介质淬火法。,140,淬硬性：钢在正常淬火条件下淬火形成的M所能达到的高硬度。淬透性：钢在规定淬火条件下可以达到的淬硬层深度。,141,淬透性（hardenability）表示钢在一定条件下淬火时获得淬透层深度的能力，主要受奥氏体中的碳含量和合金元素的影响。淬透性：指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它表示钢接受淬火的能力。钢材淬透性好与差，常用淬硬层深度来表示。淬硬层深度越大，则钢的淬透性越好。钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关。钢的淬透性主要取决于它的化学成分，特别是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加热温度和保温时间等因素有关。淬透性好的钢材，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减少变形和开裂。,142,淬透性主要取决于其临界冷却速度的大小，而临界冷却速度则主要取决于过冷奥氏体的稳定性，影响奥氏体的稳定性主要是：1.化学成分的影响碳的影响是主要的，当C小于1.2时，随着奥氏体中碳浓度的提高，显著降低临界冷却速度，C曲线右移，钢的淬透性增大；当C大于1.2%时，钢的冷却速度反而升高，C曲线左移，淬透性下降。其次是合金元素的影响，除钴外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，均使C曲线右移，降低临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。2.奥氏体晶粒大小的影响奥氏体的实际晶粒度对钢的淬透性有较大的影响，粗大的奥氏体晶粒能使C曲线右移，降低了钢的临界冷却速度。但晶粒粗大将增大钢的变形、开裂倾向和降低韧性。3.奥氏体均匀程度的影响在相同冷度条件下，奥氏体成分越均匀，珠光体的形核率就越低，转变的孕育期增长，C曲线右移，临界冷却速度减慢，钢的淬透性越高。4.钢的原始组织的影响钢的原始组织的粗细和分布对奥氏体的成分将有重大影响。5.部分元素，例如Mn，Si等元素对提高淬透性能起到一定作用，但同时也会对钢材带来其他不利的影响。,143,回火将淬火钢重新加热到Ac1线以下某温度，保温后冷却的热处理工艺。,目的：主要是消除淬火内应力，降低钢的脆性，防止产生裂纹。,144,回火三种形式：（1）低温回火（150250），目的是降低淬火钢的内应力和脆性，并保持高硬度（5664HRC)和耐磨性。如模具、刃具等。（2）中温回火（350500），目的是使钢获得高弹性，并保持较高硬度（3550HRC)和一定的韧性。如弹簧、锻模等。（3）高温回火调质处理（500650），硬度2035HRC，强度及韧性等综合性能较好。如连杆、曲轴、齿轮等。,145,第四节钢的表面热处理仅对工件表面层进行热处理，以改变其组织和性能的工艺。一、表面淬火概念：目的：应用：方法：,146,1.感应加热表面淬火A.感应加热表面淬火基本原理（1）高频感应加热表面淬火频率50KHz300KHz，淬硬层深度0.5mm2.0mm。应用：中小模数齿轮和中小尺寸的轴类零件。,147,（2）中频感应加热表面淬火频率1KHz10KHz，淬硬层深度2mm10mm应用：大、中模数齿轮和较大直径轴类零件。（3）工频感应加热表面淬火频率50Hz，淬硬层深度10mm20mm应用：大直径轧辊、火车车轮等零件B.感应加热表面淬火特点及应用适用于中碳钢和中碳合金钢的成批大量生产。,148,2.火焰加热表面淬火利用氧乙炔（或其他可燃气）火焰对零件表面进行加热，随之冷却的工艺。适用于单件小批生产。,149,二、化学热处理将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。基本过程：活性介质分解，表面吸收，向内部扩散。,150,1.钢的渗碳目的：提高表层的硬度的耐磨性，并保持心部良好的韧性。分类：气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。（1）气体渗碳加热到900950，工件在井式渗碳炉中，滴入易于热分解和气化的液体进行渗碳。（2）固体渗碳颗粒状的木炭为渗碳剂，平均速度为0.1mm/h.（3）渗碳后的组织和热处理表层含碳量0.85%1.05%，渗碳层厚度为0.5mm2.5mm。渗碳后进行淬火和低温回火。,151,2.钢的渗氮（氮化）目的：提高硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性。（1）气体渗氮（2）离子渗氮（离子氮化）3.碳氮共渗其他热处理工艺简介一、形变热处理二、真空热处理三、激光热处理,152,形变热处理慨述形变热处理是把零件在热塑性成型的工序和热处理工序连系起来综合考虑的零件的加工工艺。通过这种工艺，零件可以得到综合机械性能良好的配合。形变热处理有高温形变热处理，等温形变热处理和低温形变热处理。常用的是高温和低温形变热处理。也有的采用电热形变热处理。一、高温形变热处理高温形变热处理是把钢加热到Ac3以上，保温后进行塑性变形。而后以高于临界冷却速度的冷速冷下来。高温形变热处理之后，零件要回火。通过这种处理，达到相当高的机械性能，特别是屈服极限和强度极限。二、低温形变热处理低温形变热处理，是把钢加热到Ac3以上，冷却到奥氏体的稳定化温度（即低于A1，高于Ms点），在此温度下塑性变形，随后快速冷却下来，冷速要保证形成马氏体。因为低温形变热处理是在奥氏体的亚稳定状态下经受变形的，这种处理对于变形温度区奥氏体相当稳定的钢是极其合适的。,153,三、等温形变热处理等温形变热处理是把钢加热到Ac3以上，冷却到奥氏体等温分解曲线珠光体“鼻子”的温度，在此温度下进行变形，也就是说，整个形变的过程是在亚稳定奥氏体向珠光休转变之前和整个的转变过程中进行的。四、电热形变热处理电热形变热处理的实质如下：在快速电加热的情况下，奥氏体具有细晶粒组织，碳在奥氏体中的分布是不均匀的。在起初形成片状珠光体的部位，奥氏体化之后，形成宫碳区，在塑件变形中，电加热之后，这些富碳区向变形方向伸长，在冷却时，变成渗碳体的优先析出区。从而得到更均匀更细小分散的组织。,154,五、应力下回火冷变形的钢丝，在应力下低于再结晶的温度回火。通过沿轴线的拉力建立应力。该工艺的目的，在于提高松弛强度。六、热磁场热处理热磁场热处理迥常用于某些铁磁性材料(硬磁材料)，这些材料被用于制造永久磁铁。热磁场处