第3章 钢的热处理-3_1_

第三章钢的热处理 3 四 钢的回火Tempering 将淬火后的钢重新加热到Ac1以下某一温度 保温一定时间 然后冷却到室温 回火工艺 T Ac1 空冷 回火的目的 消除淬火应力 降低钢的脆性 稳定工件尺寸 淬火 和残余 是非稳定组织 如果发生转变 则零件的尺寸会发生变化 获得工件所要求的组织性能 回火是热处理工序中最后一道工序 一 淬火钢回火时的组织转变 回火意味着 当 时 等非稳定组织会发生转变 根据回火温度不同 非稳定组织的转变可以分四个阶段 淬火钢回火时的组织转变四阶段 四阶段 第一阶段T 200 M分解 第二阶段T 200 300 残余A转变 第三阶段T 300 400 碳化物析出 第四阶段T 400 Fe3C和碳化物聚集长大与F的再结晶 第一阶段T 200 以 碳化物形式析出 弥散分布 极细 粒状 与 保持共格关系的薄片 其晶体结构为正交晶格 分子式为Fe2 4C 此时组织为回火 分解 第二阶段T 200 300 分解使得体积 残 的压力 残 下 下与回火 组织相似 固这一阶段主要还是回火 残余 转变 第三阶段T 300 400 从 Fe中析出 Fe2 4C Fe3C 淬火时晶格畸变所造成的内应力大大消除 组织为 细颗粒状的Fe3C的混合物 碳化物析出 第四阶段T 400 回火 越高 Fe3C的颗粒越大 经第三阶段后 钢组织 已经回复为平衡浓度的 但 仍然保留着原 的板条状或片状形态 并且晶粒内部的位错密度很高 所以与冷变形金属相似 随 回 一般在500 600 F逐渐发生再结晶 形成位错密度较低的多边形等轴 且较粗大 回 Fe3C尺寸 内应力 残 Fe3C和碳化物聚集长大与 的再结晶 回火 250 TemperedMartensite回火 350 500 TemperedTroostite回火 T 500 600 TemperedSorbite回火 T 600 A1 TemperedPearlite 回火后的组织 回火M 过饱和F 共格弥散分布的极细的 碳化物 250 回火T 尚未发生再结晶的F和呈弥散分布的细颗粒Fe3C的混合组织 350 500 回火 再结晶后的 多边形 粗粒状 e3C 500 600 回火 多边形 较粗大颗粒的Fe3C 光学显微组织与球化退火处理后的组织相似 600 A1 二 淬火钢的回火后力学性能 随T回 硬度 强度 塑性 韧性 不同含碳量钢的硬度随回火温度升高而降低 35钢力学性能与回火温度的关系 三 回火种类及应用 低温回火 150 250 回火 工具钢 中温回火 350 500 回火T 主要弹簧部件 高温回火 500 650 回火S 广泛应用于各种机械零件 调质ModifiedTreatment 淬火 高温回火 调质Hardeningandtempering ModifiedTreatment 3 4钢的表面热处理 表面硬度高 耐磨性好 以保证其精度 而心部要具有足够的塑性和韧性 以防止断裂 对在动载和摩擦条件下工作的机械零件 要求 高碳钢 淬火 低温回火 硬度高 耐磨性好 但心部韧性差 中碳钢调质处理 心部韧性好 但表面硬度不够 耐磨性差 通过选材和普通热处理无法满足上述要求 将工件表面快速加热到A区 在热量尚未传到材料心部时立即迅速冷却 使其表面得到一定深度的淬硬层 而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法 工业中常用的表面淬火方法有 感应加热表面淬火 激光加热表面淬火和火焰加热表面淬火 一 表面淬火 一 火焰加热表面淬火 利用气体燃烧产生的火焰加热工件 使其表面迅速加热到A区后 立即喷水冷却 使材料表面淬硬 淬硬层深度一般为2 6mm 这种方法所使用的设备简单 成本低 但生产效率低 且质量不易控制 二 感应加热表面淬火 利用通入交流电的加热感应器在工件中产生的感应电流来加热工件 因感应电流的集肤效应 感应电流主要集中在工件的表面层 心部几乎没有电流 使工件表面层被快速加热到A区后 喷水冷却 工件表面层获得一定深度的淬硬层 而心部组织不变 感应加热表面淬火的特点 加热速度快 时间短 因表面层M相变产生压应力 可提高工件的疲劳强度 工件表面质量高 变形小 这种表面淬火的方法易于实现自动化 三 激光加热表面淬火 用高功率密度的激光束照射到工件表面 使其表面层快速加热到A区或Tm 靠工件自身的热传导迅速自冷而获得一定深度的淬硬层或冷凝层 激光束斑点直径仅20 50mm2 故工件与激光束要作相对运动 使光束能照射到整个工件表面 特点 质量高 表层组织超细化 硬度高 比常规淬火高HRC6 10 脆性极小 工件变形小 自冷淬火 生产率高 易于实现自动化 设备昂贵 成本高 二 钢的化学热处理 将工件置于一定的化学介质中 通过加热 保温和冷却 使介质中的某些元素渗入到工件表层 以改变表层的化学成份和组织 从而使工件表面具有与心部不同的性能的一种热处理工艺 与表面淬火热处理相比 化学热处理不仅使工件表面与心部的组织不同 且成份亦不同 作用 渗碳 渗氮 碳氮共渗可提高钢表面的硬度 耐磨性及疲劳强度 渗B 渗Cr可提高表面耐磨性和耐蚀性 渗Al 渗Si可提高耐热抗氧化性 渗S可提高减摩性 渗入不同的元素 则赋予工件表面不同的性能 一 渗碳处理 渗碳是向低碳钢或低碳合金钢工件表层渗入碳原子的过程 根据渗碳介质的不同 渗碳可分为固体渗碳 液体渗碳和气体渗碳 渗碳后工件中的含碳量从表面向心部逐渐降低 表面可达0 8 1 0 而心部仍保持原始成份 加热温度900 950 气体渗碳剂裂化混合气体 天然气或煤气 CH4 C3H8 有机液体高温下分解产生的混合气体 CO CH4 C2H4 组织 渗碳缓冷后的成分表面 过共析心部 亚共析 工件渗碳后 通常还要进行淬火 低温回火处理 组织为表面 高碳回火M 粒状渗碳体或碳化物 少量A 心部 随材料而异普通低碳钢为 F P低碳合金钢为 回火低碳M F 渗碳层深度及工艺路线 渗碳层深度 0 3 3mm采用渗碳工艺的零件的加工工艺路线 锻造 正火 机械加工 渗碳 淬火 低温回火 精加工 成品 二 渗氮 渗氮是向钢件表层渗入氮原子的过程 渗氮用钢通常是含有铝 铬 钼 钒 钛等合金元素的钢 这些合金元素极易与氮形成颗粒细小 分布均匀 硬度很高且非常稳定的各种氮化物 从而提高工件表面硬度 耐磨性 疲劳强度和耐蚀性及热硬性 600 650 渗氮处理的特点 渗氮工艺温度比渗碳低 600 650 900 950 工件变形小 渗层薄 0 15 0 75mm 生产周期长 30 50h 渗氮层脆性大 要使用专用合金钢 三 碳氮共渗 同时向钢的表层渗入碳和氮原子的过程 将工件放入充有渗碳介质和氨气的炉中 加热到840 860 后保温 共渗介质分解出C N原子被工件表面奥氏体吸收并向内部扩散 形成一定深度的CN共渗层 3 5钢的特种热处理SpecialHeatTreatmentofSteels 可以防止钢件表面氧化 脱碳 保护工件热处理后表面的质量和性能 一 真空热处理 二 可控气氛热处理 工件在可控气氛中进行的各种热处理叫可控气氛热处理 1具有氧化和脱碳作用的气体 2具有还原性的气体 4中性气体 3具有强烈渗碳作用的气体 三 形变热处理 形变热处理就是将塑性变形与热处理操作相互结合 使金属材料同时受到形变强化和相变强化的一种综合工艺 1相变前变形的形变热处理 2相变中变形的形变热处理 3相变后变形的形变热处理 相变前变形的形变热处理 A化温度下变形 过冷A变形 组织 M P B A相变后变形 A相变中变形 组织 P B 要点总结Focusin 熟悉四种热处理掌握三个转变 两种转变图通晓典型组织了解表面热处理和特殊热处理 四种热处理 退火Annealing正火Normalization淬火Quenching回火Tempering 钢TTT曲线比较 共析钢的连续冷却转变曲线 V1PV V2PV2 V V4P M A V V4M A V5M A 热处理过程中的三种转变 钢加热时的A转变 A化 4个阶段过冷A的冷却转变 高 中 低温转变P B M型转变淬火钢的回火转变 4个阶段 钢中的基本组织 铁素体F渗碳体Fe3C珠光体P奥氏体A马氏体M贝氏体B 53 马氏体