钢的热处理期末复习课.pdf

1 什么是淬火 目的是什么 具体工艺有哪些 简述淬火加热温度的确定原则 把钢加热到临界点 Ac1或Ac3 以上保温并随之以大于临界冷却速度 Vc 冷却 以得到介稳状态 的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火 淬火目的 提高工具 渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度 强度和耐磨性 结构钢通 过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能 此外 还有很少数的一部分工件是为了改善钢的物理和 化学性能 如提高磁钢的磁性 不锈钢淬火以消除第二相 从而改善其耐蚀性等 具体工艺有 单液淬火法 中断淬火法 双淬火介质淬火法 喷射淬火法 分级淬火法 等温淬 火法 淬火加热温度 主要根据钢的相变点来确定 对亚共析钢 一般选用淬火加热温度为Ac3 30 50 过共析钢则为Ac1 30 50 合金钢一般比碳钢加热温度高 确定淬火加热温度时 尚应 考虑工件的形状 尺寸 原始组织 加热速度 冷却介质和冷却方式等因素 在工件尺寸大 加热速 度快的情况下 淬火温度可选得高一些 另外 加热速度快 起始晶粒细 也允许采用较高加热温度 2 过共析钢淬火加热温度为什么不超过 Accm 过共析钢淬火加热温度为 AC1 30 50 加热温度超过 Accm 时 温度高 容易发生氧化 脱碳 奥氏体晶粒容易粗大 淬火后马氏体粗大 产生显微裂纹 强度下降 渗碳体全部溶 解 失去耐磨相 奥氏体中的含碳量高 淬火后残余奥氏体量多 硬度降低 强度降低 3 什么是退火 目的是什么 具体工艺有哪些 将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度 保持一定时间 然后缓慢冷却以达到 接近平衡状态组织的热处理工艺称为退火 退火的目的在于均匀化学成分 改善机械性能及工艺性能 消除或减少内应力 并为零件最 终热处理准备合适的内部组织 具体工艺有 扩散退火 完全退火 不完全退火 球化退火 再结晶退火和消除应力退火 4 正火 退火工艺选用的原则是什么 含 0 25 C 以下的钢 在没有其它热处理工序时 可用正火来提高强度 对渗碳钢 用正 火消除锻造缺陷及提高切削加工性能 对含碳 0 25 0 50 的钢 一般采用正火 对含 碳 0 50 0 75 的钢 一般采用完全退火 含碳 0 75 1 0 的钢 用来制造弹簧时采 用完全退火作预备热处理 用来制造刀具时则采用球化退火 含碳大于 1 0 的钢用于制 造工具 均采用球化退火作预备热处理 5 简述三种回火工艺及其组织类型与性能特点 低温回火 150 250 淬火内应力得到部分消除 在很少降低硬度的同时使钢的韧性明显 提高 中温回火 350 500 回火屈氏体 使钢获得最高的弹性极限 主要用于各种弹簧钢 高温回火 大于 500 回火索氏体 6 简述 Ms 点的物理意义和影响因素 钢的马氏体转变开始温度 物理意义 为奥氏体与马氏体两相自由能差达到相变所需的最小化学驱动力值时的温度 或 者说 Ms 点反应了使马氏体转变得以进行所需要的最小过冷度 影响因素 1 奥氏体的化学成分 Ms 点主要决定于奥氏体的化学成分 而奥氏体的化学成 分又决定于钢的化学成分和加热规范 温度和保温时间 2 应力和塑形形变 在 Ms 点以 上一定的温度范围内进行塑形形变会促使奥氏体在形变温度下发生马氏体转变 即相当于塑 形形变促使 Ms 点提高 3 奥氏体化条件 4 存在先马氏体的组织转变 若在马氏体转变 前奥氏体已预先部分的转变为珠光体组织 将会使 Ms 点升高 7 简述回火的目的 基本过程和种类 目的 提高淬火钢的塑性和韧性 降低其脆性 但却往往不可避免的要降低其强度和硬度 另一目的是降低或消除淬火引起的残余内应力 这对于稳定工具钢制品的尺寸特别重要 基 本过程 碳原子的重新分布 时效阶段 100 以下 过度碳化物 或 的沉淀 回火第一阶段 100 300 残余奥氏体的分解 回火第二阶段 200 300 过度碳化物 或 转变为 Fe3C 回火第三阶段 200 350 Fe3C 的粗化和球 化 以及等轴铁素体晶粒的形成 回火第四阶段 350 以上 种类 低温回火 150 250 中温回火 350 500 高温回火 大于 500 8 简述淬硬性和淬透性的区别 淬透性 指钢在淬火时能够获得的马氏体组织倾向 即钢被淬透的能力 它是钢材固有的 一种属性 淬透性也叫可淬性 它取决于钢的淬火临界冷却速度大小 淬硬性 也叫可硬 性 指钢的正常淬火条件下 所能够达到的最高硬度 淬硬性主要与钢中的碳含量有关 它 取决于淬火加热时固溶于奥氏体中的碳含量 固溶的碳量越高 淬火后马氏体的硬度也愈 高 不同 含义不同 淬硬性高的钢 其淬透性不一定高 而淬硬性低的钢 其淬透性不一定低 9 20CrMnTi 40CrNiMo 60Si2Mn T12 属于哪类钢 含碳量为多少 钢中合金元素的 主要作用是什么 淬火加热温度范围是多少 常采用的热处理工艺是什么 最终的组织是 什么 性能如何 20CrMnTi 为渗碳钢 含碳量为 0 2 最终热处理工艺是淬火加低温回火 得到回火马氏体 表面为高碳马氏体 渗碳后 强度 硬度高 耐磨性好 心部低碳马氏体 淬透 强韧性 好 Mn 与 Cr 提高淬透性 强化基体 Ti 阻止奥氏体晶粒长大 细化晶粒 40CrNiMo 为调质钢 含碳量为 0 4 最终热处理工艺是淬火加高温回火 得到回火索氏体 具有良好的综合机械性能 Cr Ni 提高淬透性 强化基体 Ni 提高钢的韧性 Mo 细化晶 粒 抑制第二类回火脆性 60Si2Mn 为弹簧钢 含碳量为 0 6 最终热处理工艺是淬火加中温回火 得到回火托氏体 或回火屈氏体 具有很高的弹性极限 Si Mn 提高淬透性 强化基体 Si 提高回火稳 定性 T12 钢为碳素工具钢钢 含碳量为 1 2 最终热处理工艺是淬火加低温回火 得到回火马 氏体 粒状 Fe3C 残余奥氏体 强度硬度高 耐磨性高 塑性 韧性差 10 用 T12 钢 锻后缓冷 做一切削工具 工艺过程为 正火 球化退火 机加工成形 淬火 低温回火 各热处理工艺的目的是什么 得到什么组织 各种组织具有什么性能 正火 消除网状的二次渗碳体 同时改善锻造组织 消除锻造应力 得到片状的珠光体 片状的珠光体硬度较高 塑性韧性较差 球化退火 将片状的珠光体变成粒状珠光体 降低硬度 便于机械加工 组织为粒状珠 光 体 这种组织塑性韧性较好 强度硬度较低 淬火 提高硬度 强度和耐磨性 组织为马氏体 粒状碳化物 残余奥氏体 这种组织 具 有高强度高硬度 塑性韧性差 低温回火 减少或消除淬火应力 提高塑形和韧性 组织为回火马氏体 粒状碳化物 残 余奥氏体 回火组织有一定的塑性韧性 强度 硬度高 耐磨性高 11 某车床主轴 45 钢 加工路线为 下料 锻造 正火 机械加工 淬火 淬透 高温回火 花键高频表面淬火 低温 回火 半精磨 人工时效 精磨 正火 淬火 高温回火的目的是什么 花键高频表面淬火 低温回火的目的是什么 表面和心部的组织是什么 正火处理是为了得到合适的硬度 以便切削加工 同时改善锻造组织 消除锻造应力 淬火是为了得到高强度的马氏体组织 高温回火是为了得到回火索氏体 淬火 高温回火称 为调质 目的是为使主轴得到良好的综合力学性能 人工时效主要是为了消除粗磨削加工时 产生的残余应力 花键部分用高频淬火后低温回火是为了得到回火马氏体 增加耐磨性 表 面为回火马氏体 心部为回火索氏体组织 12 W18Cr4V 是什么钢 主要性能特点是什么 合金元素在钢中的主要作用是什么 为什 么此钢淬火加热的奥氏体化温度 1280 5 非常高 回火工艺是什么 最终组织是什 么 W18Cr4V 是高速钢 主要性能特点是具有很高的红硬性 高硬度 高耐磨性和高的淬透性 合金元素在钢中的主要作用是 提高淬透性 形成高硬度碳化物 在回火时弥散析出 产生二次硬化效应 显著提高钢的红硬性 硬度和耐磨性 Cr 能提高钢的抗氧化 脱碳 和抗腐蚀能力 目的是让钢中的碳化物形成元素 W Cr V 更多地溶解到奥氏体中 充分发挥碳和合金元 素的作用 淬火后获得高碳 高合金的马氏体 回火时以合金碳化物形式析出 从而保证高 速钢获得高的淬透性 淬硬性和红硬性 退火状态下这些合金元素大部分存在于合金碳化物 中 而这些合金碳化物的稳定性很高 需要加热到很高的温度 才能使其向奥氏体中大量溶 解 回火工艺是 560 三次回火 每次 1 小时 13 直径为 10mm 的 45 钢试样在不同热处理条件下得到的硬度如表所示 请将不同热处理条 件下的显微组织填入表中的显微组织栏 14 T8 钢经球化退火后得到什么组织 经淬火后得到什么组织 淬火 后分别在 200 400 600 回火又得到什么组织 T8 钢经退火后得到球状珠光体 经淬火后得到马氏体 残余奥氏体 淬火后分别在 200 400 600 回火得到回火马氏体 回火托氏体 回火索氏体 15 T8 钢的 C 曲线如图所示 若使该钢在 570 等温不同的时间 按图示 1 2 3 4 的冷却 速度冷至室温 试问各获得什么组织 然后再进行高温回火 又各获得什么组织 材料 热处理工艺 硬度 HB 显微组织 热处理温度 冷却方式 回火温度 oC 45 钢 860 oC 炉冷 148 F P 空冷 196 F 少量 S 水冷 538 M A 残 水冷 200 515 M 回 水冷 400 369 T 回 水冷 600 243 S 回 750 oC 水冷 422 F M A 残 冷速 1 冷至室温 马氏体 残余奥氏体 高温回火后 回火索氏体 冷速 2 冷至室温 细片状珠光体 托氏体 马氏体 残余奥氏体 高温回火后 细片状珠 光体 回火索氏体 冷速 3 冷至室温 细片状珠光体 托氏体 高温回火后 细片状珠光体 托氏体 冷速 4 冷至室温 细片状珠光体 托氏体 高温回火后 细片状珠光体 托氏体 16 何谓球化退火 为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用完全退火 使片状珠光体变为粒状珠光体的工艺过程 常用的有 等温退火 周期退火 完全退火等 采用球化退火的原因 1 含碳量高形成针状马氏体 韧性较差 易开裂 2 片状珠光体 组织数量多 应力集中处多 淬火开裂倾向大 3 片状珠光体硬度高 不易切削加工 4 可消除网状渗碳体 均匀组织 17 45 钢淬火后硬度为 55HRC 约为 538HBS 经高温回火后的硬度下降为 240HBS 若再进 行 200 低温回火 能否使其硬度升高 为什么 淬火后进行低温回火 硬度为 53HRC 约 为 515HBS 若再进行 400 中温回火 能否使其硬度降低 为什么 18 分析 45 钢得到下列组织的热处理工艺 1 粗片状珠光体 铁素体 2 细片状珠光体 少量铁素体 3 细小的粒状索氏体 4 表面是回火马氏体 心部是回火索氏体 19 共析钢加热到相变点以上 用下图的冷却曲线冷却 各属于何种热处理方法 各应得到 什么组织 序号序号 室温组织室温组织 热处理方法热处理方法 a 马氏体 单液淬火 b 马氏体 分级淬火 c 托氏体 马氏体 单液淬火 油 d 下贝氏体 等温淬火 e 索氏体或托氏体 正火 f 珠光体 完全退火 g 珠光体 等温退火 20 简述马氏体的组织形态及其性能特点 钢中马氏体的形态多种多样 但就其单元的形态及亚结构的特点来看 最主要的是板条状和 片状马氏体 其余尚有蝶状 薄板状及六方马氏体等几种 板条状马氏体 又称位错马氏体 在低 中碳钢及马氏体时效钢 不锈钢 Fe Ni 合金中 形成的一种典型的马氏体组织 其特征是每个单元的形状呈窄而细长的板条 并且许多板条 总是成群的 相互平行的连接在一起 这种马氏体的亚结构主要是位错 片状马氏体 又称 针状马氏体 孪晶马氏体 在中 高碳 合金 钢及 Fe Ni 合金中形成的一种典型马氏体 组织 对碳钢来说 一般当碳含量小于 1 0 时是与板条状马氏体共存 而大于 1 0 时才单 独存在 其特征是相邻的马氏体片一般互不平行 而是呈一定的夹角排列 他的空间形态呈 双凸透镜片状 与试样磨面相截而往往呈现为针状 这种马氏体的亚结构主要为孪晶 其 他形态的马氏体 蝶状马氏体 从晶相形态 内部亚结构和形成温度来看 他是介于板条状马氏体和片状马氏 体之间的一种特异形态 同时具有两者特征 中温 薄片状马氏体 纯粹具有对称的孪晶结构 立体形状为薄片状 而晶相形态为很细的带状 它具有相互交叉 分枝 曲折等特异形态 马氏体 在 Cr Ni Mn 不锈钢和高锰钢中常存在一种具有密排六方结构的马氏体 即 马氏体 其也呈薄片状 沿 1 1 1 r 晶面形成 其亚结构为大量层错 性能特点 主要特性之一 具有高硬度 马氏体的硬度主要取决于碳含量 在一定范围内 含碳量增加 硬度和强度增加 碳含量在 0 4 以下时 硬度随碳含量增加而显著提高 而在 0 6 以上 时 硬度的增高不明显 当碳含量高于 0 7 时 随碳含量增加 钢的硬度下降 马氏体的高硬度和高强度来源 1 过饱和碳引起的固溶强化 2 马氏体中亚结构引起的强 化 3 马氏体的时效强化 主要特性之二 低碳的位错型马氏体具有较高的塑形和韧性 随碳含量的增高而急剧降低 总结 位错型 板条状 马氏体具有相当高的强度 硬度和良好地塑形 韧性 而孪晶型 片 状 马氏体则强度 硬度很高 塑形 韧性很低 主要特性之三 马氏体的相变诱发塑性 其有利于提高钢的韧性 21 淬火介质 以水为例 冷却过程经历哪几个阶段 1 蒸气膜阶段 当工件进入介质的一瞬间 周围介质立刻被加热而气化 在工件表面形成 一层蒸汽膜 将工件与液体介质隔绝 由于蒸汽膜的导热性较差 故使工件的冷却速度较慢 冷却开始时 由于工件放出的热量大于介质从蒸汽膜中带走的热量 故膜的厚度不断增加 随着冷却进行 工件温度不断降低 膜的厚度及其稳定性也逐渐变小 直至破裂而消失 2 沸腾阶段 当蒸汽膜破裂后 工件与介质直接接触 介质在工件表面激烈沸腾 通过介 质的气化并不断溢出气泡而带走大量热量 使前期冷却速度变快 随后冷却速度减慢 一直 持续到工件冷至介质的沸点为止 3 对流阶段 当工件冷至低于工件的沸点时 则主要依靠对流传热方式进行冷却 这时工 件的冷速比蒸汽膜阶段还要缓慢 随着工件表面与介质的温差不断减小 冷却速度越来越小 22 低碳钢板硬度低 可否用淬火方法提高硬度 用什么办法能显著提高硬度 1 低碳钢不宜用淬火方法提高硬度 因为含碳量太低 淬火后的低碳马氏体 的硬度不是很高 2 可以通过塑性变形产生加工硬化效应来提高硬度或采 用渗碳 淬火 低温回火的方法 提高表面硬度 23 20 号钢采用表面淬火是否合适 为什么 45 号钢进行渗碳处理是否合适 为什么 1 20 号钢采用表面淬火不合适 因为表面淬火的目的是提高改善材料表面硬 度的一种热处理工艺 20 号钢的含碳量太低 所以采用表面淬火方法不合适 2 对 45 号钢进行渗碳处理不合适 因为 45 号钢的含碳量为中碳 而渗碳处 理适用于低碳钢 因此不合适 24 什么是钢的临界冷却速度 它的大小受哪些因素影响 它与钢的淬透性有何关系 钢由奥氏体状态冷却到室温 不与 C 曲线的转变开始线相交 从而可能获得全 部马氏体组 织的最低冷却速度 为其临界冷却过度 凡影响 C 曲线的因素均影响临界冷却速度的大小 钢的临界冷速愈小 过冷奥氏体愈稳定 冷却时愈易得到马氏体 表明钢的淬透 性愈好 25 试述马氏体转变的基本特点 过冷 A 转变为马氏体是低温转变过程 转变温度在 MS Mf 之间 其基本特 点如下