第九章钢的热处理工艺_张庆安_金属学与热处理

.,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TAcmC%，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：6070/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,25100,.,.,.,（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：T500，1hT200，2-3h,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(0.82C、0.84Mn)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（150250）,.,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（350500）,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（550680）,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Ac1724，Ac3780，D水冷20mm