06钢的热处理.ppt

金属工艺学 第6章钢的热处理 本章知识点 1 钢的热处理的地位 作用和分类 2 钢在加热 冷却时的临界转变点A1 3 cm 3 共析钢加热时奥氏体形成的基本过程 奥氏体晶核形成和长大 残余渗碳体的溶解 奥氏体均匀化 奥氏体晶粒大小及控制措施 4 过冷奥氏的等温转变曲线 等温转变产物珠光体 索氏体 托氏体 上贝氏体 下贝氏体的组织形态及性能 过冷奥氏体连续转变曲线及其与等温转变曲线的比较 过冷奥氏体向马氏转变的特点及其转变产物的组织形态及性能 5 钢的普通热处理工艺退火 正火 淬火 回火的目的 分类及应用 概述 1 热处理的定义 2 热处理的主要目的 改变钢的性能 3 热处理的应用范围 整个制造业 4 热处理的分类 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 感应加热淬火 火焰加热淬火 渗碳 渗氮 碳氮共渗 6 1钢在加热时的组织转变 转变温度奥氏体的形成奥氏体晶粒度及对力学性能的影响 一 转变温度 奥氏体的形成 A A形核 A长大 残余Fe3C溶解 A均匀化 三 奥氏体晶粒度及对力学性能的影响 一 奥氏体晶粒度 1 起始晶粒度 珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小 2 实际晶粒度 热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小 3 本质晶粒度 度量钢本身晶粒在930 以下 随温度升高 晶粒长大的程度 钢的本质晶粒度示意图 二 奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响 1 奥氏体晶粒均匀细小 热处理后钢的力学性能提高 2 粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂 6 2钢在冷却时的组织转变 钢在热处理时的冷却方式过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变 一 钢在热处理时的冷却方式 二 过冷奥氏体的等温冷却转变 一 建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲线 C曲线 TTT曲线 T timeT temperatureT transformation 共析碳钢C曲线建立过程示意图 A1 二 共析碳钢C曲线的分析 稳定的奥氏体区 过冷奥氏体区 A向产物转变开始线 A向产物转变终止线 A 产物区 产物区 A1 550 高温转变区 扩散型转变 P转变区 550 230 中温转变区 半扩散型转变 贝氏体 B 转变区 230 50 低温转变区 非扩散型转变 马氏体 M 转变区 三 转变产物的组织与性能 1 珠光体型 P 转变 A1 550 A1 650 P 5 25HRC 片间距为0 6 0 7 m 500 650 600 细片状P 索氏体 S 片间距为0 2 0 4 m 1000 25 36HRC 600 550 极细片状P 托氏体 T 片间距为 0 2 m 电镜 35 40HRC 珠光体形貌像 索氏体形貌像 托氏体形貌像 三 转变产物的组织与性能 2 贝氏体型 B 转变 550 230 550 350 B上 40 45HRC 上贝氏体组织金相图 三 转变产物的组织与性能 2 贝氏体型 B 转变 550 230 350 230 B下 50 60HRC 下贝氏体组织金相图 三 转变产物的组织与性能 3 马氏体型 M 转变 230 50 1 定义 马氏体是一种碳在 Fe中的过饱和固溶体 2 转变特点 在一个温度范围内连续冷却完成 转变速度极快 即瞬间形核与长大 无扩散转变 Fe C原子均不扩散 M与原A的成分相同 造成晶格畸变 转变不完全性 QM f T 奥氏体碳的质量分数对马氏体转变温度的影响 奥氏体碳的质量分数对残余奥氏体数量的影响 3 马氏体的晶体结构 由于碳的过饱和作用 使 Fe晶格由体心立方变成体心正方晶格 4 马氏体的组织形态 板条状 低碳马氏体 Wc 0 2 30 50HRC 9 17 低碳板条状马氏体组织金相图 4 马氏体的组织形态 针 片状 高碳马氏体 Wc 1 66HRC左右 1 高碳针片状马氏体组织金相图 5 马氏体的性能 主要取决于马氏体中的碳浓度 亚共析钢的C曲线 P F S F T B M A残 过共析钢的C曲线 P Fe3C S Fe3C T B M A残 四 影响C曲线形状与位置的因素 1 奥氏体中碳的质量分数的影响 2 奥氏体中含合金元素的影响 除Co Al 2 5 外 所有合金元素溶入奥氏体中 会引起 3 加热温度和保温时间的影响 加热温度越高 保温时间越长 碳化物溶解充分 奥氏体成分均匀 提高了过冷奥氏体的稳定性 从而使C曲线向右移 三 过冷奥氏体的连续冷却转变 一 建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线 CCT曲线 C continuousC coolingT transformation 一 共析碳钢CCT曲线建立过程示意图 Pf Ps A P K Ms Mf 二 共析碳钢C曲线与CCT曲线的比较 三 在连续冷却过程中C曲线的应用 V1 5 5 s 炉冷 P V2 20 s 空冷 S V3 33 s 油冷 T M A残 V4 138 s 水冷 M A残 6 4钢的退火与正火 一 钢的退火一 定义 把零件加温到临界温度以上某一温度 保温一段时间 然后随炉冷却 二 目的 消除应力 降低硬度 细化晶粒 均匀成分 为最终热处理作好组织准备 三 种类 退火 完全退火 扩散退火 球化退火 去应力退火 四 工艺参数 四 工艺参数 五 热处理后的组织 原始组织 共析钢球化退火组织 化染 700 T10钢球化退火组织 化染 500 二 钢的正火 一 定义 把零件加温到临界温度以上Ac1或Ac330 50 保温一段时间 然后在空气中冷却 二 目的 消除应力 调整硬度 细化晶粒 均匀成分 为最终热处理作好组织准备 三 工艺参数 四 工艺参数 四 热处理后的组织 S Wc 0 6 1 4 S F Wc 0 6 五 应用范围 1 预备热处理 调整低 中碳钢的硬度 消除过共析钢中的Fe3C 2 最终热处理 用于力学性能要求不高的普通零件 6 5钢的淬火 一 定义 把零件加温到Ac3或Ac1以上30 50 保温一段时间 然后快速冷却 水冷 二 目的 为了获得马氏体组织 提高钢的硬度和耐磨性 三 工艺参数 三 工艺参数 四 热处理后的组织 M Fe3C A残 Ac1 30 50 过共析钢 M A残 Ac1 30 50 共析钢 M A残 Ac3 30 50 亚共析钢Wc 0 5 M Ac3 30 50 亚共析钢Wc 0 5 五 淬火冷却介质 1 理想淬火冷却介质 2 常用的淬火冷却介质 六 常用的淬火方法 七 钢的淬硬性 1 定义 是指钢在淬火后所能达到的最高硬度 2 影响钢的淬硬性的因素 主要取决于马氏体的碳的质量分数 八 钢的淬透性 1 定义 是指钢在淬火时所能得到的淬硬层 马氏体组织占50 处 的深度 2 影响钢的淬透性的因素 主要是临界淬火冷却速度VK的大小 VK越大 钢的淬透性越小 工件淬硬层与冷却速度的关系 3 淬硬性与淬透性之间的关系 6 5钢的回火 一 定义 把淬火后的零件重新加温到A1线以下某个温度 保温一段时间 然后冷却到窒温 二 目的 消除淬火应力 降低脆性 稳定工件尺寸 调整淬火零件的力学性能 三 工艺参数 淬火 高温回火 调质处理 淬火 高温回火 调质处理 回火马氏体组织金相图 回火脆性 淬火钢的韧性并不总是随回火温度的升高而提高的 在某些温度区间回火或从回火温度缓冷通过该温度区间时 出现脆化的现象 1 低温回火脆性淬火钢在250 350 回火时所产生的回火脆性称为低温回火脆性 也称为第一类回火脆性 2 高温回火脆性淬火钢在500 650 范围内回火后出现的脆性称为高温回火脆性 又称为第二类回火脆性 防止第二类回火脆性的产生的方法 在500 600 快速冷却 加入合金元素W Mo 6 6钢的表面热处理 表面淬火化学热处理 工艺的核心 使零件具有 表硬里韧 的力学性能 一 表面淬火 一 定义 是一种不改变钢表层化学成分 但改变表层组织的局部热处理工艺 二 工艺特征 通过快速加热使钢的表层奥氏体化 然后急冷 使表层形成马氏体组织 而心部仍保持不变 三 表面淬火用钢 选用中碳或中碳低合金钢 40 45 40Cr 40MnB等 四 表面淬火加工的方法 感应加热 高 中 工频 火焰加热 电接触加热法等 1 感应加热表面淬火 1 感应加热的基本原理 感应电流 涡流 集肤效应 2 工艺要求 表面淬火前 必须对零件进行正火或调质处理 以保证零件有良好的基体 表面淬火后 必须对零件进行低温回火处理 以降低淬火应力和脆性 3 生产特点 淬火件的质量好 工件变形小 不易氧化及脱碳 淬火层容易控制 生产率高 设备投资大 不适于复杂形状零件和小批量生产 2 火焰加热表面淬火 1 火焰加热表面淬火的基本方法 2 火焰加热表面淬火的特点 设备简单 操作方便 成本低 淬火质量不稳定 适于单件 小批量及大型零件的生产 二 化学热处理 一 定义 将零件置于一定的化学介质中 通过加热 保温 使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层 以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺 二 化学热处理的基本过程 2 吸收 活性原子被零件表面吸收和溶解 3 扩散 活性原子由零件表面向内部扩散 形成一定的扩散层 三 化学热处理进行的条件 1 渗入元素的原子必须是活性原子 而且具有较大的扩散能力 2 零件本身具有吸收渗入原子的能力 即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化合 形成化合物 四 化学热处理的种类 渗碳 渗氮 碳氮共渗 渗硼 渗铝 渗硫 渗硅 渗铬等 1 钢的渗碳 1 定义 向钢的表面渗入碳原子的过程 2 目的 获得具有表硬里韧性能的零件 3 用钢 低碳钢和低碳合金钢 4 方法 固体 气体 液体渗碳 固体渗碳法示意图 气体渗碳法示意图 5 工艺 加热温度为900 950 渗碳时间一般为3 9小时 6 渗碳后的组织 20钢渗碳缓冷组织 化染 580 表层珠光体 网状渗碳体 中层珠光体 内层铁素体 珠光体 7 渗碳后的热处理工艺 淬火 7 渗碳后的热处理工艺 8 热处理后的组织 低碳M回 F M回 Cm A残 低碳合金钢 F P M回 Fe3C A残 低碳钢 9 常用的钢种 15 20 20Cr 20Mn2 20CrMnTi 18Cr2Ni4WA等 20CrMnTi钢渗碳层组织 化染 320 渗碳体 白色块状 高碳M 兰色针状 残余A 棕黄色 2 钢的渗氮 1 定义 向钢的表面渗入氮原子的过程 2 目的 获得具有表硬里韧及抗蚀性能的零件 3 用钢 中碳合金钢 4 方法 气体渗氮 5 工艺 加热温度500 600 保温时间0 3 0 5mm 20 50h 6 热处理特点 渗氮前需调质处理 渗氮后不需热处理 7 渗氮处理后的组织表层 Fe4N Fe2N AlN CrN MoN TiN VN 心部 S回 8 常用的钢种 35CrMo 18CrNiW 38CrMoAlA 氮化王牌钢 等 38CrMoAl气体渗氮层组织 化染 650 黄色区 Fe2 3N Fe4N 红色区 Fe4N 蓝绿色区 含氮索氏体 脉状氮化物 绿黄色区 索氏体基体 越王勾践剑 春秋晚期越国青铜兵器 出土于湖北江陵楚墓 长55 7厘米 剑锷锋芒犀利 锋能割断头发 渗碳与渗氮的工艺特点 3 钢的碳氮共渗 1 定义 向钢的表面同时渗入碳和氮原子的过程 2 目的 获得具有表硬里韧性能的零件 3 方法 固体碳氮共渗 气体碳氮共渗 液体碳氮共渗 高温 中温 低温 4 工艺 6 7热处理新技术及先进工艺简介 可控气氛热处理工件在炉气成分可以控制的炉内进行的热处理 称为可控气氛热处理 主要目的是防止氧化和脱碳 提高工件质量 控制碳浓度 进行工件的渗碳 碳氮