修改后第四章热处理资料.ppt

第四章钢的热处理 Heattreatmentofcarbonsteel 1 热处理概念GB T7372 99 将金属材料或工件在固态下进行加热 保温 冷却三个步骤以获得预期的组织结构与性能的工艺 目的 改变钢的工艺性能 强化钢材 满足使用要求 原理 改变组织 t o 时间 加热 保温 冷却 热处理工艺曲线 本章重点 热处理基本理论 常用热处理工艺 热处理组织 性能特点 2 热处理分类 按目的 加热条件和特点不同分 退火 正火 淬火 回火 是讨论的重点 1 整体热处理bulkheat treatment 2 表面热处理surfaceheat treatment 火焰加热淬火 感应加热淬火等 3 化学热处理thermo chemicaltreatment 渗碳 渗氮 碳氮共渗等 4 特殊热处理specialheat treatment 形变热处理 磁场热处理 真空热处理 激光热处理等 第一节钢在加热时的组织转变 G P Q S E A F F A A Fe3C P F P P Fe3C 加热时 C 下标 如 AC1 AC3 Accm AC3 Accm AC1 冷却时 r 下标 如 Ar1 Ar3 Arcm Ar3 Ar1 Arcm 二 奥氏体的形成 以共析钢为例 室温P是F Fe3C混合物 AC1 A WC 0 77 一 临界温度 P F WC 0 0218 Fe3C WC 6 69 1 结构的改组2 碳原子的扩散 0 77 Wc 727 体心立方 Fe3C F A核 A A 形成过程 1 奥氏体的形核与长大 2 剩余Fe3C的溶解 3 奥氏体成分的均匀化 6 69 0 0218 三 影响A形成的因素 1 加热温度的影响 温度高 转变速度快 2 加热速度的影响 3 化学成分的影响 亚共析钢和过共析钢中A的形成过程 加热速度快 转变速度快 1 碳的质量分数 WC A的形成速度 2 合金元素 含合金元素 A的形成速度 四 奥氏体晶粒大小与控制 1 晶粒度 晶粒的大小程度 称晶粒度 YB T5148 1993规定 有10个级别 1级最粗 10级最细 见教材P15 2 晶粒大小与控制 1 起始晶粒度 2 实际晶粒度 3 本质晶粒度 P刚刚转变为A时的晶粒大小 经热处理后获得的A晶粒大小 1 合理选择加热温度和保温时间 2 选择原始材料晶粒粒状P组织 3 加入一定量的合金元素 抑制A晶粒长大 将钢试样加热到 930 10 保温3 8h冷却后得到的晶粒大小 本质晶粒度代表着钢的晶粒长大倾向 由钢的成分及冶炼方法决定 本质粗晶粒钢 用Si Mn脱氧的钢 本质细晶粒钢 用Al脱氧的钢 含Ti V等元素的合金钢 第二节钢在冷却时组织转变 Ar1 温度 时间 O 连续冷却 等温冷却 一 过冷A的等温冷却转变 过冷A 冷却到Ar1线以下暂时存在的A 等温冷却 将A由高温冷却到Ar1线以下某个温度等温停留一段时间 然后冷却下来的方式 等温转变 在等温保持时 过冷A发生的转变 1 等温转变曲线的建立 以共析钢为例 步骤 1 按照一定尺寸制成若干共析钢试样 A的冷却转变方式 2 将试样加热到850 900 保温一段时间 A化 3 将试样分别放入不同温度的等温槽 炉 中冷却 如 700 650 600 550 500 450 400 200 等 A1 t O 850 900 700 650 600 550 500 450 200 230 Ms 2 曲线分析 TTT曲线 时间 温度 组织转变关系曲线 简称 TTT 线 Time Temperature Transform P B M 按温度划分三个区 高温转变区 A1 550 珠光体型转变P中温转变区 550 Ms 贝氏体型转变B低温转变区 Ms 230 以下 马氏体型转变M 4 测定A在各个温度下 组织转变开始与终止的时间 最终的组织与性能 5 将测定结果描绘在温度 时间坐标系内 将组织转变开始点和终止点连接起来即得C曲线 Mf 过冷A的孕育期 3 过冷A等温转变产物的组织与性能 550 600 650 A1 Ms P B M 1 珠光体型转变 产物P 由于冷却速度不等 得到的P层片厚薄不同 三种 A1 650 T小 P粒粗 160HBS 250HBS P 表示 P 650 600 T稍大 P粒较细 薄F与Fe3C S 表示 sarbite索氏体 27 38HRC S 600 550 T大 P粒很细 用T表示 troostite托氏体 38HRC 43HRC T 2 贝氏体型转变 Bbainite 727 奥氏体转变成过饱和铁素体和极细小的渗碳体的混合物 称 贝氏体 分B上 B下 B上硬脆无使用价值 B下力学性能较好 生产中常用 350 B上 B下 面心立方 Fe 体心立方 Fe 对应珠光体转变的A1点和马氏体转变的Ms点 贝氏体也有一个上限温度Bs点 即奥氏体必须冷却到Bs点以下才能发生贝氏体转变 贝氏体组织形态 1 上贝氏体B上 550 350 在贝氏体转变区的较高温度范围形成的贝氏体 组织呈羽毛状 为一束大致平行的铁素体板条 碳化物分布在铁素体板条间 2 下贝氏体B下 350 Ms 在贝氏体转变区的较低温度范围形成的贝氏体 组织铁素体呈针状 碳化物比较细 分布在铁素体内 3 马氏体型转变 Mmartensite T极大 Fe C原子不能扩散 C全部溶于 Fe中 体积 产生应力 珠光体型转变 高温转变 扩散型转变 A P F Fe3C 包含两个过程 碳的扩散 晶格的重建 贝氏体型转变 中温转变 半扩散型转变 B Fe3C 过饱和碳的铁素体 有晶格重建 但是有一部分碳原子无法析出 碳在 Fe中的过饱和固溶体 称为马氏体 马氏体型转变 1 马氏体转变特点 3 在较低的温度下进行 只有晶格重建 Fe及C原子都不能进行扩散 在马氏体的成分与奥氏体的完全一样 1 钢经过淬火得到的高硬度相称为马氏体 将得到马氏体相的转变过程称为马氏体转变 4 含碳量过饱和 所以马氏体的体心立方晶格的c轴伸长 a和b减小 体心立方成为体心正方 2 马氏体转变是奥氏体必须快速冷却到某一温度以下才能发生 这一温度称为马氏体转变开始温度 用Ms代表 低温转变 非扩散型转变 室温下马氏体的转变是不完全的 总要残留少量奥氏体 残余奥氏体 室温下没有转变成马氏体的保留下来的奥氏体 二 过冷A连续冷却转变 A1 550 Ms V1炉冷 V2空冷 V3油冷 V4水冷 P S T VK 1 连续冷却转变曲线 又称 CCT 曲线 ContinuousCoolingTransform VK 临界冷却速度 V1 P170 220HBS V2 S27HRC 38HRC V3 T M45HRC 55HRC V4 M A 55HRC 65HRC 2 马氏体的形态 性能 晶体结构 体心立方 体心正方 体积增大 形态 性能 硬度很高 耐磨性好 62HRC 65HRC 片状M WC 1 HB高 ak差 板条状M WC 0 25 良好 较高ak 强韧性 第三节钢的退火与正火 一 退火annealingGB T7232 1999 概念 将工件加热到适当温度 保温一定时间 然后缓慢冷却的热处理工艺 称退火 属整体热处理的一种 分 完全退火 等温退火 球化退火 去应力退火 再结晶退火等 1 完全退火fullannealing 1 概念 将工件加热到AC3 30 50 完全奥氏体化 随之缓慢冷却 获得接近平衡组织 P F 的退火工艺 A A3 Ac3 完全退火 P F 2 目的 细化晶粒 提高性能 消除应力 防止变形 降低硬度 提高切削加工性 3 应用 亚共析钢 铸件 锻件 焊接件 2 球化退火spheroidizingannealing 1 概念 使工件中碳化物球状化 片状渗碳体发生不完全溶解而断开 形成细小渗碳体 而进行的退火工艺 A Fe3C P Fe3C A 加热温度Ac1 30 50 2 目的 HB 切削加工性 195HBS左右 为淬火做准备 3 应用 过共析钢 模具钢 合金工具钢 3 去应力退火tressrelievisng 1 概念 将工件加热到500 600 左右 保温一段时间 然后随炉冷到200 300 再空冷的方法 去应力退火 500 600 2 目的 去除内应力 稳定尺寸 减少变形 3 应用 铸件 锻造件 焊接件 切削加工件 4 特点 不发生相变 属低温退火 二 正火normalizing A F A A Fe3C P Fe3C S F P G 1 概念 将工件加热到奥氏体化状态 然后在空气中冷却的热处理工艺 2 加热温度 Ac3或Accm 30 50 Accm Ac3 30 50 3 目的 细化晶粒 调整硬度 消除网状Fe3C 4 应用 碳钢件 三 退火与正火的选择 1 使用性能 工件要求不高 用正火 形状复杂 大件用退火 2 可加工性 WC 0 45 碳钢用正火 高碳钢用退火 HB 3 经济性 正火 经济 退火 工艺繁杂 第四节钢的淬火与回火 一 淬火quenching 1 概念 将工件加热到奥氏体或部分奥氏体化后以适当的方式冷却获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺 2 目的 提高硬度 高弹性和耐磨性 获得好的综合力学性能 3 加热温度 亚共析钢 AC3 30 50 A A Fe3C M A 少 M Fe3C A 很少 过共析钢 AC1 30 50 得细小均匀的M组织 若T AC3得F硬度不足 强度降低 若T过高 粗大M组织 性能破坏 细小均匀的M和粒状渗碳体混合组织 A 较少 硬度耐磨性高 若T ACcm 得粗大 组织 工件变形开裂 F A 5 淬火冷却介质 水 较快 易变形开裂 油 较慢 减少变形 如10 20 机油 食盐水 冷却能力提高 10 NaCI溶液 6 常用淬火方法 7 钢的淬透性和淬硬性 1 淬透性hardenability 钢在淬火后的淬硬层深度 即获得硬度深度和硬度分布的能力 硬度层越深 淬透性越好 2 淬硬性hardeningcapacity 淬火后获得的最高硬度的能力 主要取决于WC的含量 注意 淬火后硬度高的钢 不一定淬透性好 淬火后硬度低的钢 也可能具有高的淬透性 4 保温时间 太短 奥氏体化不均匀 出现软点 太长 钢件表面出现氧化 脱碳 晶粒粗大 V表 V临V心 V临 M 淬透性好 3 对力学性能的影响 淬透性好的钢 力学性能高 淬透性差的钢 尤其是心部力学性能低 受力易变形 二 回火tempering 1 概念 淬火后的工件 再加热到A1以下某一温度 保温一定时间 然后冷却到室温的工艺 2 目的 1 使工件获得要求的力学性能 2 稳定工件尺寸 3 消除或减少内应力 4 改善工件的切削加工性 3 淬火钢在回火时的组织和性能的变化 四个阶段 1 马氏体的分解 200 M M回 饱和度降低的 固溶体 碳化物 2 A 的分解 200 300 A B下 当WC 0 7 WC 淬透性 当WC 0 7 WC 淬透性 2 中温回火 350 500 medium temperaturtempering 回火后 b s较高 内应力消除 ak较好 回火组织 T回 用于弹簧钢制造的弹性件 锻模 1 低温回火 150 250 low temperaturetempering 4 回火方法 组织转变 性能 应用 获得组织M回 58 65HRC 用于高碳钢 工具钢 刀具 量具 模具 滚动轴承钢 4 碳化物的聚集长大 400 以上 形成S回 过饱和固溶体 FFe2 4C 细粒状渗碳体T回 3 回火托氏体的形成 300 400 性能 淬火应力消除 强度硬度下降 塑性韧性提高 性能 强度硬度进一步下降 塑性韧性进一步提高 目的 降低淬火应力 提高韧性 35 45HRC 5 回火脆性 一般来讲 随回火温度 其 HB ak 但在250 350 之间其ak 的现象 称 回火脆性 碳化物沿着马氏体周围析出 形成脆性薄壳 受力易裂纹 说明 回火组织与等温冷却转变组织的区别 S回 T回是粒状 而S T是片状 M回是混合物 而M时固溶体 正火与调质硬度很接近 但结构件一般经调质而不正火后用 因调质综合力学性能好 淬火 高温回火称调质处理 简称 调质 trawn 回火组织 S回 特点是综合力学性能好 应用广泛 汽车 拖拉机 机车 承受较大载荷的结构零件 如 轴 齿轮等 3 高温回火 500 650 high temperatuertempering 小结 1 退火 正火 淬火 回火简称 四把火 的概念 工艺 目的 应用 2 回火后的组织性能 应用如何 作业 P74 6 淬火 回火时常见的工艺缺陷及防止措施 1 氧化和脱碳 2 变形和开裂 第五节钢的表面热处理和化学热处理简介 一 表面热处理surfaceheat treatment 1 概念 将工件快速加热 表面达到淬火温度立即淬火 喷水 表面层获得M 而心部保持了原有的韧性 塑性且达到表面耐磨的工艺 2 应用 齿轮 凸轮 套筒 顶杆等 WC 0 4 0 5 较好 3 方法 按加热方式不同 分为 感应加热和火焰加热 1 感应加热表面淬火 原理 集肤效应 高频加热 200KHZ 300KHZ 0 3 2 5mm 小件 轴 齿轮中频加热 2 5KHZ 8KHZ 2 10mm 较大件 凸轮 曲轴工频加热 50HZ 硬