第九章钢的热处理工艺-张庆安-金属学与热处理案例.ppt

本章目的介绍钢的常用热处理工艺及其应用本章重点 1 各类热处理 退火 正火 淬火 回火 工艺 组织 性能 应用的规律和特点 2 淬透性 淬硬性的概念与应用 第九章钢的热处理工艺 金属材料加工过程冶炼 铸造 铸锭 板棒型管 焊接 机加工 冷轧冷拔 深冲 锻件 铸件 机加工 零件或构件 工艺性能预备热处理 使用性能最终热处理 热轧 热锻 热处理分类 普通热处理 退火 正火淬火 回火表面热处理 表面淬火化学热处理形变热处理 控制轧制 9 1钢的退火与正火 一退火1定义 钢加热到适当温度 保温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速 获平衡组织的工艺 参见教材定义中 高于或低于AC1 是为了区分有无相变的两种退火 但并不妥 2分类 1 高温退火 相变重结晶退火 T加热 AC1 2 低温退火T加热 AC1 3退火目的 总体 改善组织 提高性能 降低硬度 改善切削加工性能 通常适合机加工的硬度范围为150 250HB 细化晶粒 均匀组织 消除内应力注 目的 时 常用正火代退火 4退火工艺及特点 1 完全退火 45钢锻造后与完全退火后机械性能 完全退火后强硬度有所下降 而塑韧性较大幅度提高 主要目的 改善组织与加工性能 晶粒细化的原因 40钢退火前后金相组织 完全退火 相变重结晶过程 2 球化退火 不完全退火的一种 工艺关键 Fe3C形态控制 球的大小控制 控制奥氏体化程度 控制过冷奥氏体冷却转变的温度 片状与球状珠光体组织切削性能比较 T12钢球化退火与完全退火的性能比较球化退火的强硬度更低 塑韧性更好 碳化物对基体的分割更均匀 彻底 更利切削加工 T12钢完全退火与球化退火后性能比较 T12钢完全退火与球化退火后组织比较 完全退火 球化退火工艺缺陷生产周期长 且为变温转变 故所得组织 球大小不均 为此 开发出等温转变 3 等温退火 是完全退火 球化退火工艺的改进 普通退火 等温完全退火 等温球化退火 高速钢等温退火与普通退火工艺曲线 870 880 t T 4h 3h 等温退火 普通退火 40 h 720 740 炉冷15 h 空冷 空冷 等温退火优势 1 缩短工艺时间 高速钢40h 20h 2 组织均匀 碳化物球大小一致 4 扩散 均匀化 退火 5 再结晶退火与去应力退火 二正火目的 用途和工艺 1定义钢加热到AC3或ACm以上的A区域 保持一定时间后在空气中冷却 以获得接近平衡状态组织的工艺 又称常化 正火与退火的区别 加热温度较高冷却速度较快获得组织较细 索氏体 强硬度与塑韧性较高生产效率较高 碳钢正火与退火后的硬度 HB 正火与退火态45钢机械性能 注 正火态强硬度与塑韧性均较高 2目的 细化晶粒 消除铸锻焊件组织缺陷 提高低碳钢硬度 改善切削加工性能 消除高碳钢网状二次渗碳体 为球化退火作组织准备 型材或大型复杂铸钢件的最终热处理 三正火与退火的选用 C 0 75 球化退火C 0 9 有网状碳化物 正火 消网 球化退火 注意 1退火与正火 珠光体类型组织的应用2能用正火处则不用退火正火可作为大件或不重要工件的最终热处理 而退火一般不作为最终热处理 9 2钢的淬火与回火 淬火 将钢件加热到AC3或AC1以上 使发生奥氏体化 以V冷 VC急剧冷却 获马氏体组织 但等温淬火 获得B下弹簧钢铅浴淬火 获得索氏体 1加热温度通常淬火加热温度的选择主要根据钢种是亚共析钢还是过共析钢而定 基本原则是亚共析钢采取完全奥氏体化 过共析钢采取不完全奥氏体化 一淬火加热工艺参数的选择 1 化学成分亚共析钢 AC3 20 30 过共析钢 AC1 20 30 过共析钢为何不采取完全奥氏体化 若T Acm C MS AR 粗大M 氧化脱碳 变形开裂 低合金钢 AC3或AC1 50 100 高合金钢 AC3或AC1 300 400 2 还需综合考虑工件尺寸 形状 淬火介质 晶粒长大倾向等因素 2保温时间 保温 升温 热透 转 3淬火介质 1 淬火介质的要求 鼻点冷速大 MS附近冷速小 稳定 成本低 安全 无毒 不腐蚀工件 2 常用淬火介质 水鼻温 150 S Ms 450 S优点 冷却能力强 成本低缺点 M转变温区冷速过大 变形应用 小尺寸 形状简单碳钢件 油 Vmax 100 250 S出现在400 500 鼻温 60 70 S Ms 50 S优点 M转变温区冷速小 不易变形缺点 鼻温区冷速过小 淬不透应用 合金钢件 10 NaCl水溶液15 NaOH水溶液5 Na2CO3水溶液 使蒸汽膜提前破裂 改进了单一水介质由于蒸汽膜出现 使传热性能下降的现象 提高了冷却能力 但有一定腐蚀性 盐水与碱水 钢的淬透性为什么引入 淬透性 概念 1钢的淬透性概念 淬透层深度 由工件表面 半马氏体点 50 M 的深度 指奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的能力 具体用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度表示其大小 越深 淬透性越高 硬度测量法 50 M的硬度 C 淬透性与淬透层深度的差别 影响淬透性的因素 与影响C曲线因素一致 具体与钢种以及奥氏体化的条件有关实际淬透层深度 除与淬透性有关外 还与工件大小 淬火介质等紧密相关 淬硬性 钢淬火时的硬化能力 用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示 具体主要取决于马氏体中的碳含量 2淬透性与淬硬性 淬透性 取决于钢的临界冷却速度 具体主要与钢中的合金元素种类及数量有关例 T10 15MnVB淬透性与淬硬性比较 3淬透性测定方法 1 顶端淬火法 25 100 2 临界淬火直径 临界淬火直径 钢在某种淬火介质中能完全淬透的最大直径 Dk 临界淬火直径测量方法 C 半马氏体硬度 测该钢端淬曲线 找出对应半马氏体硬度的d端值 根据对零件淬透深度的实际要求 淬透至1 2R 3 4R 中心等 从下图查出对应的临界淬火直径Dk 三淬火方法 1单液淬火尺寸小 形状简单的碳钢 合金钢件2双液淬火 水淬油冷 尺寸较大碳钢件 3分级淬火稍高于MS 盐浴 小尺寸工模具 变形小 精密件 淬火方法 4等温淬火 特点 淬火热应力 组织应力小 变形小 特别用于形状复杂 尺寸精密件 5冷处理目的 减少AR HRC 稳定尺寸 挽救 四钢的回火工艺 1回火工艺参数的选择回火温度的选择 1 零件使用性能 硬度 回火温度 2 应力消除 T 500 1hT 200 2 3h 回火后冷却方式通常无要求 空冷即可 但如果是中高温回火 又是回火脆性敏感钢 例如含Cr Ni Mn等 回火后需采取水或油快冷方式回火次数 高合金钢的多次回火 回火温度对高碳低合金钢 0 82 C 0 84 Mn 机械性能的影响 回火温度对低碳和中碳合金钢机械性能的影响 a对低碳合金钢机械性能的影响b对中碳合金钢机械性能的影响 2回火种类 通常回火钢性能强烈取决于回火温度 不仅回火温度 内应力 同时强硬度 而塑韧性 强韧性要求不同 回火温度不同 实用中根据温度不同划分回火种类 低温回火组织 回火马氏体 由片状过饱和 相 碳化物析出相构成 且析出物与基体保持共格关系 确保回火后仍具有高强度 适量碳的析出以及某些缺陷的消除 使内应力有较大程度下降 回火后降低了脆性 1 低温回火 150 250 保持高强硬度微裂纹焊合内应力和脆性 韧性略 低碳钢 板条M 只有C的偏聚 高碳钢 淬火片状M 回火M 应用 工 模具钢 低碳马氏体钢 低温回火组织的性能 思考 回火马氏体与淬火马氏体的差别 2 中温回火 350 500 中温回火组织 回火屈氏体由条状或针状 未再结晶 平衡C含量 相与弥散析出 分布在 相基体上的细粒状 相构成 尚未再结晶仍保留有高密度位错的 基体 确保回火后仍具有高强度 碳完全析出 内应力基本消除 中温回火组织的性能 基体已回复 内应力 有很高的强韧性 弹性极限高 应用 弹簧钢 热锻模 思考 回火屈氏体与正火屈氏体的差别 3 高温回火 550 680 高温组织 回火索氏体由已再结晶并等轴状的 相 碳为平衡状态 以及均匀 弥散分布在其上的粒状或球化的 相构成 碳的过饱和固溶强化以及位错亚结构强化均消失 仅靠分布较理想的第二相强化 强度相对下降 但塑韧性很高 高温回火组织的性能 内应力基本消除强度与韧性最佳配合 综合机械性能高应用 重要结构件 轴 齿轮等 获得较高综合机械性能的工艺方法 调质处理 淬火 高温回火 思考高温退火或正火获得的珠光体类型组织与淬火后高温或中温回火的组织之间在组织 性能上有何差别 五钢的淬 回火缺陷 1种类变形 开裂 氧化 脱碳 硬度不足 软点 过热 过烧过热 晶粒粗大 重结晶消除过烧 晶界熔化或氧化 无法挽回 2变形与淬火应力 变形方式 体积变化 弯曲翘曲 产生原因 加热或冷却中热胀冷缩组织转变不同步 内应力种类 热应力 组织应力改进方法 分级淬火 等温淬火 第九章习题与思考题 1确定下列钢件的退火方法 并指出退火的目的与退火后的组织 1 经冷轧后的钢板 要求降低硬度 2 锻造过热的60钢锻坯 3 具有片状渗碳体的T12钢坯 2指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的组织 1 20钢齿轮 2 45钢小轴 3 T12钢锉刀3何谓钢的淬透性 何谓钢的淬硬性 影响淬透性的因素有哪些 影响淬硬性的因素有哪些 4何谓钢的淬火临界冷却速度 影响因素有哪些 它和钢的淬透性有何关系 5试分析下列说法是否正确 1 钢中合金元素的含量愈多 则淬火后硬度愈高 2 同一钢材在相同加热条件下 水淬比油淬的淬透性好 小件比大件的淬透性好 6指出 10mm的45钢 退火态 经下列温度加热并水冷后获得的组织 700 760 840 知Ac1 724 Ac3 780 D水冷 20mm 7今有Cr15钢 制成轴承套 试述其预备热处理及最终热处理的名称 目的 工艺 获得的组织和性能 8现有60Si2Mn钢用作弹簧 40Cr钢用作轴 要求良好的综合机械性能 T10钢用作工具 请分别针对这三个钢种回答