工程材料学课件 第3章 热处理2

第三章金属材料热处理 工艺部分 教学要求 本节是课程的重点 要求熟练掌握 1 各种热处理工艺方法的目的 工艺特点 组织和性能特点及其应用 2 能根据零件材料和性能要求选择合适的热处理方法 Review金属热处理是通过加热 保温 冷却 以改善材料内部结构与性能的工艺方法 根据工艺方法热处理可分为三大类 普通热处理 退火 正火 淬火 回火表面热处理 表面淬火和表面化学热处理其它热处理 形变热处理 超细化热处理 真空热处理等 3 1 退火与正火一 定义退火 Annealing 将钢加热到预定温度 保温后缓慢冷却 炉冷 获得接近平衡组织的热处理工艺 正火 Normalizing 将钢加热到奥氏体状态 保温后在空气中冷却的工艺 3 1 退火与正火 二 目的例 齿轮加工工艺路线毛坯锻造 正火 退火 机加工 热处理 精加工 1 消除应力 铸锻焊和其它加工的应力 以减少零件变形 开裂倾向 2 细化晶粒 消除组织缺陷为后续热处理作准备 3 调整硬度 改善切削性能 退火可降低硬度 正火可适当提高硬度 正火还可以消除网状渗碳体 利于后续球化退火 三 选择1 考虑切削性能 刀具最佳切削硬度180 220HBS 表 不同含碳量的钢在正火和退火后的硬度 HBS 可见中低碳钢采用正火 高碳钢和工具钢采用退火有利于切削 2 考虑使用性能正火比退火硬 正火优先 3 考虑经济性正火生产周期短 成本较低3 2 钢的淬火淬火 Quenching激冷Hardening硬化把钢加热 保温 快冷使零件硬化的热处理工艺 淬火后获得马氏体或贝氏体组织 一 淬火加热温度的选择碳钢的淬火加热温度范围 1 亚共析钢AC3 30 50 2 过共析钢Ac1 30 50 二 淬火冷却介质的选择选用原则 能获得M或B尽可能慢冷 以减少淬火应力 1 水适用于碳钢 变形开裂倾向大 2 盐水10 的NaCl水溶液 适用于低碳钢 3 油常用10号机油 适用于合金钢 不能用于碳钢冷却 理想的淬火冷却曲线图 三 常用淬火方法1 单液淬火操作方便 变形大2 双液淬火水淬 油冷或油淬 空冷3 分级淬火加热零件先在Ms点附近介质中冷却 再取出空冷 4 等温淬火在贝氏体转变区的介质中冷却 得到贝氏体组织常用淬火方法示意图 4 3钢的表面淬火 将金属零件表层快速加热到奥氏体化温度 而心部没有相变 然后快速冷却 表层获得马氏体 而心部仍保持原始组织 达到 外硬内韧 的工艺 一 感应加热淬火1 基本原理感应加热面淬火示意图45钢高频加热淬火层组织与性能示意图 感应加热淬硬层 mm 与电流频率f Hz 的关系 500 600 可见电流频率越高 淬火后工件硬化层越薄 2组织与性能表层淬火马氏体高耐磨性心部原始组织 回火索氏体或F P 保持高韧性整体性能外硬内韧应用 齿轮和轴类零件 如 轴颈 4 3钢的表面淬火 二 火焰加热表面淬火利用乙炔 氧等形成的高温火焰对零件表层快速加热随后立即喷水淬火冷却的工艺 4 3钢的表面淬火 三 表面淬火零件的加工工艺路线45钢齿轮例下料 锻造 正火 机加工 调质 精加工 表面淬火 低温回火 检验1 正火 消除应力 细化晶粒 改善切削性能 2 调质 提高齿轮的综合力学性能 3 表面淬火 提高齿轮表层的硬度和耐磨性4 低温回火 消除淬火应力 4 5 钢的淬透性 一 定义1 淬透性 Hardenability 直译 钢可淬火硬化的能力 钢淬火时获得马氏体的难易程度 它主要取决于钢中合金元素 合金元素的种类和含量越高 钢的淬透性越高 淬透性高的钢 在冷却能力比较弱的介质中也能获得马氏体 2 淬硬性 淬硬性 Hardeningcapacity 钢正常淬火后马氏体所能达到的最高硬度 它主要取决于马氏体中的含碳量 含碳量越高 钢的淬硬性越高 二 测定 末端淬火法 GB225 88 图4 19 末端淬示意图钢的淬透性值以J表示 J表示末端淬火法 d mm 为至水冷端距离 HRC为相应距离的硬度值 如 J J J 三 淬透性曲线的应用1 选择材料2 选择淬火冷却介质40Cr钢的淬透性曲线带 3 5 淬火钢的回火回火 Tempering 韧化 淬火钢在A1温度以下加热 保温 冷却的工艺 一 回火的目的1 消除应力 降低脆性 减少变形和开裂 2 稳定组织 使AR RetainedAustenite 分解转变 调整和改善性能 通过不同回火工艺提高钢的强韧性 组织与性能变化 1 组织变化100 300 200 300 马氏体的分解M 碳化物 回火马氏体 残余奥氏体的转变AR B或M 渗碳体聚集长大 铁素体回复和再结晶 500 组织 块状F 粒状Fe3C 回火索氏体 500 碳化物的形成 碳化物 Fe3C 针状F组织 针状F 细粒状Fe3C 回火托氏体 350 500 400 以上 300 400 2 性能变化图 4 1540钢在不同回火温度的性能变化随着回火温度升高 淬火钢的强度 硬度下降 塑性升高 韧性呈升高趋势 但中间出现两次下降 回火脆性 回