金属工艺学第四章分析PPT课件

-,1,第四章钢的热处理,本章重难点,热处理的基本原理整体热处理的工艺特点,-,2,第一节热处理基本原理,本节重点：共析钢加热和冷却时的组织转变,本节难点：共析钢C曲线的理解,-,3,钢在加热时的转变,第一节热处理基本原理,钢在冷却时的转变,热处理概述,-,4,一、热处理概述,钢的热处理的定义热处理工艺曲线热处理的分类,-,5,钢固态加热、保温、冷却改善组织、性能的工艺方法。,1定义：,在机械制造中应用广泛：机床：6070的零件；汽车、拖拉机：7080的零件；滚动轴承、工具、模具：100的零件,-,6,热处理简介：,-,7,2钢的热处理工艺曲线示意图：,-,8,3钢的热处理分类：,整体热处理：退火、正火、淬火、回火.表面热处理：表面淬火、化学热处理,1）按照它在加工中的作用分：,预先热处理、最终热处理,2）按工艺方法不同分：,-,9,A的形成,二、钢在加热时的转变,A的长大,-,10,理论依据铁碳合金相图。,1、A的形成,Fe-Fe3C相图各临界点的移动位置：,-,11,共析钢奥氏体的形成重点内容,（2）奥氏体晶核长大,（1）奥氏体晶核形成,（3）残余Fe3C的溶解,（4）奥氏体成分均匀化,-,12,共析钢奥氏体的形成示意,-,13,亚共析钢：大于Ac1F+AAc3以上A晶粒过共析钢：大于Ac1Fe3C+AAccm以上,亚（或过）共析钢的A化：,-,14,2.奥氏体晶粒的长大（粗化）,加热温度,保温时间，奥氏体晶粒。,A晶界上未熔碳化物，奥氏体晶粒。,合金元素（除Mn、P外），奥氏体晶粒。,-,15,-,16,冷却方式过冷A的等温转变过冷A的连续转变,三、钢在冷却时的转变,-,17,等温冷却：快冷到A1以下保温（发生组织转变）然后再冷却下来。,1、冷却方式：,连续冷却:在连续冷却过程中发生组织转变。水冷、油冷、炉冷、空冷。,-,18,C曲线的建立影响过冷A等温转变的因素过冷A等温转变产物组织和性能,2、过冷A的等温转变曲线（C曲线）：,-,19,准备试样；将试样A化，并在不同温度下恒温测定；把组织转变开始与终止时间在时间、温度的坐标系上分别连起来。,1)C曲线的建立(以共析钢为例)：,a)建立C曲线,-,20,两曲线：左C线：左边是过冷A；右C线：右边是转变产物区；左右之间：过冷A与产物共存区,b）C曲线特征,两直线：上水平线A1：A存在稳定区；下水平线Ms：M转变开始线。,-,21,2）影响过冷A等温转变的因素,A成分的影响：含碳量：共析钢的C曲线最靠右；合金元素：一般除Co和Al外，C曲线右移。,A化条件的影响：加热温度：C曲线右移；保温时间：C曲线右移；,-,22,3）过冷A等温转变产物（以共析钢为例）,珠光体型转变贝氏体型转变马氏体型转变,重点内容,-,23,分三类：温度组织性能727650P（片层粗大）强度硬度650600S（片层较细）600550T（片层极细）,提高,珠光体类型转变（高温转变产物）：,温度：727550之间；特点：是扩散型转变。产物：P型组织,-,24,-,25,分两类：温度组织性能550350B上强度低，（F粗+Fe3C）塑、韧性较差350230B下综合力学性能好（F针片+细微的碳化物）,贝氏体类型转变（中温转变产物）：,温度：在550-230之间；特点：贝氏体转变属半扩散型转变。产物：贝氏体组织。,-,26,M：C在-Fe中的过饱和固溶体。,马氏体型转变（低温转变产物）：,温度：Ms以下；产物：M特点：非扩散型转变,原因：过饱和碳原子引起的晶格畸变即固溶强化。M硬度取决于c:c,HRc,M特点：高强度、高硬度。,-,27,M形态（图4-8）:,板条状马氏体：(c)1.0%（高碳马氏体）。在0.2%(c)1.0%时，形成二者的混合组织。,-,28,钢在冷却时，过冷奥氏体的转变产物根据其转变温度的高低可分为：高温转变产物珠光体、索氏体、托氏体，中温转变产物上贝氏体、下贝氏体，低温转变产物马氏体随着转变温度的降低，其转变产物的硬度增高，而韧性的变化则较为复杂。,小结,-,29,CCT曲线,3、过冷A的连续冷却转变曲线（共析钢）,CCT曲线与C曲线比较,-,30,1）CCT曲线（共析钢）,直线A1，Ms，K，Mf曲线Ps，Pf没有贝氏体转变区。,曲线特征：,-,31,冷速临界冷速（vk），得到Mvk冷速vk时，得到MP冷速vk时，得到P,转变产物：,连续冷却时：不是所有的合金都没有贝氏体转变。过共析钢的无贝氏体转变区；亚共析钢可以产生贝氏体组织；合金钢有时有贝氏体，有时无。,-,32,2)CCT曲线与C曲线的比较(共析钢)：,CCT曲线位于C曲线的右下方，转变的孕育期长。连续冷却转变产物往往不是单一均匀组织，等温转变的产物是单一的均匀组织。,-,33,A+产物区,碳钢w(C)0.77TTT曲线的分析,稳定的奥氏体区,过冷奥氏体区,A转变开始线,A转变终止线,产物区,A1550;高温转变区;P转变区。,550230;中温转变区B转变区;,230以下;低温转变区;M转变区；,-,34,转变产物的组织与性能,珠光体型(P)转变(A1550):,A1650:P;525HRC;片间距为0.60.7m(500)。,650600:细片状P，索氏体(S);片间距为0.20.4m(1000);2536HRC。,600550:极细片状P，托氏体(T);片间距为0.2m(电镜);3540HRC。,-,35,贝氏体型(B)转变(550230):,550350:B上;4045HRC;,350230:B下;5060HRC;,韧性较差.,综合力学性能好.,-,36,马氏体型(M)转变(230以下):,马氏体是一种碳在Fe中的过饱和固溶体。,板条状-低碳马氏体(0.2%C);3050HRC;=917%。,片状-高碳马氏体(1%C);66HRC左右;1%。,-,37,第二节钢的整体热处理,本节重点：淬火回火工艺,本节难点：不同工艺对钢组织和性能的影响,-,38,第二节主要内容,退火正火淬火回火,-,39,概念：加热、保温，缓慢冷却（随炉冷却）达到或接近平衡状态组织。,一、钢的退火,退火,-,40,钢的退火,-,41,1、完全退火,工艺：Ac3+（3050)，保温，炉冷至500下，空冷。,组织：P+F,目的：细化晶粒，均匀组织。降低硬度切削性。消除内应力。,应用范围：亚共析成分的碳钢或合金钢的铸件、锻件和热轧型材。,-,42,45钢的完全退火,-,43,2、等温退火,工艺：Ac3(30-50)保温，快冷至珠光体转变区，等温转变成P，空冷。,目的：与完全退火相同显著缩短生产周期,-,44,3、球化退火,工艺：Ac1+(2030)，保温后，快冷Ar1以下20等温一定时间（球化渗碳体），随炉冷至600下，出炉空冷等温球化退火,组织：球状P（F+球状）,目的：硬度，切削性为淬火作准备。,应用范围：过共析或共析成分的碳钢和合金钢,-,45,T10钢球化退火,-,46,4、扩散（或均匀化）退火,工艺：Ac3或Accm（150300）保温（10-20h）,缓冷至室温。,目的：消除铸件、铸锭的枝晶偏析等化学成分不均匀等现象。,应用范围：铸件、铸锭。,注：因可能导致晶粒长大，均匀化退火后，一般要完全退火细化晶粒，消除过热组织。,-,47,-,48,5、去应力退火,工艺：Ac1以下某一温度（500650）保温，缓冷至室温。,目的：消除残余内应力，稳定工件尺寸。,应用范围：铸件、锻件、焊接件。,说明：属低温退火，过程中无组织变化。,-,49,-,50,6、再结晶退火,工艺：T再（150250）保温，缓冷。,目的：消除加工硬化，提高塑性。,应用范围：经过冷变形加工的钢件。,-,51,-,52,二、钢的正火,工艺：Ac3或Accm（3050），保温，出炉。是退火的特例。,组织：S,-,53,正火,-,54,目的：与钢的种类有关，1）低碳钢：调整硬度，改善切削加工性。2）高碳钢：消除网状Fe3C，为球化退火作准备。3）对性能要求不高的零件，可作最终热处理。,应用范围：碳素钢、低中合金钢。,-,55,三、钢的淬火,淬火温度淬火介质淬火方法,-,56,钢的淬火,-,57,钢轨的淬火,-,58,锻模的淬火,-,59,1、淬火温度,工艺：Ac3或Ac1（30-50），保温，冷速VkM,-,60,淬火：,一般，过共析钢淬火前需要正火或球化退火，消除网状渗碳体，否则降低韧性，增大开裂倾向。,目的：提高钢的硬度和耐磨性，与回火配合，获得所需要的力学性能。,-,61,2、淬火介质：,水：冷却速度大用于碳钢件。,油：冷却能力较小用于合金钢。,盐水：较大的碳钢件。,-,62,3、淬火方法,淬火方法示意图,-,63,1）单液淬火：特点：操作简便自动化注：单独水冷：易开裂变形；单独油冷：产生硬度不足和不均匀。,-,64,特点：应力小，避免开裂和变形。只适用于形状复杂，尺寸小的零件,2）双液淬火：,特点：既可淬硬又可避免开裂和变形，但难以掌握。,3）分级淬火：,高于Ms的盐浴槽停留25分钟，再空冷。,水冷却到（300200），再油冷。,-,65,4）等温淬火（不同于普通意义的淬火）,盐浴槽中保温，得B下，空冷。,特点：B下硬度较高，韧性较好，变形小。适于形状复杂、尺寸精度要求高的件。,-,66,特点：提高硬度和耐磨性，稳定尺寸，设备成本高。适用于精密零件和工具的处理。,5）冷处理：淬火件冷却到Mf点以下，冷处理。,-,67,四、钢的回火,工艺：已淬火钢加热到Ac1以下某温度保温冷却（一般空冷)至室温。,目的：消除淬火的内应力，稳定工件尺寸，降低脆性，改善切削加工性能。,-,68,钢的回火,-,69,回火种类：重点内容,低温回火,中温回火,高温回火,-,70,1）低温回火：,M,M回,用途：用于制作量具、刀具和滚动轴承等，如锯条（(c)1.0%）锉刀（(c)1.2%）,(150-250)，保温后空冷.,目的：减少内应力和脆性，提高塑韧性，有较高的硬度和耐磨性。,-,71,2）中温回火：,T回,用途：用于弹簧、锻模的处理等。,(350500),保温后空冷.,M分解,目的：内应力降低，具有较高的弹性极限和屈服强度，中等硬度。,-,72,弹簧的中温回火：,-,73,3）高温回火：,目的：消除内应力，有良好的综合力学性能。用途：用于齿轮、曲轴等受力复杂件的热处理。淬火高温回火调质处理。,S回,(500650),保温后空冷.,M分解,-,74,高温回火：,-,75,-,76,第三节钢的表面热处理,了解钢的表面热处理工艺,-,77,第三节主要内容,表面淬火表面化学热处理,-,78,工艺：,一、表面淬火,立即冷却,用途：既受冲击，又要求耐磨的零件，如曲轴轴颈、齿轮齿面、机床导轨等。,表面淬火温度心部室温,表面马氏体心部不变,目的：,保持心部高韧性，表层的高硬度、耐磨性、高疲劳强度。,-,79,工件,1.感应加热表面淬火：,根据交流电频率：高频淬火(100kHz):2.5mm中小型件中频淬火(0.5-10kHz)：2-10mm大中型件低频淬火(50Hz)：10-20mm大型零件,表面淬火,表面：(800-1000)心部：室温,喷水,-,80,-,81,特点：,加热速度快，高硬、韧性较高。硬度比普通淬火高2-3HRC氧化脱碳小，工件变形小。淬硬层深度易控制。淬火后必须进行低温回火。适于中碳钢和中碳合金钢。形状简单件的大批量生产。,-,82,2.火焰加热表面淬火,用氧炔（煤气）焰加热工件表面;特点：设备简单，使用方便，可进行局部淬火，但淬硬层深度不易控制，生产率低。,-,83,-,84,二、表面化学热处理,工艺：零件活性介质加热、保温零件表层成分、组织和性能。,渗碳渗氮碳氮共渗,分类,-,85,1、渗碳工艺,活性碳原子-零件表层。渗碳件淬火低温回火,根据渗碳介质的不同，分为固体渗碳、气体渗碳和液体渗碳（使用较少）三种。,-,86,钢的气体渗碳,生产率高劳动条件好渗碳层质量较好,生产率低劳动条件差质量不易控制,钢的固体渗碳,-,87,气体渗碳工艺,-,88,渗碳工艺,-,89,2、渗氮：,即氮化，氨气-渗入氮原子。渗氮后不进行热处理;,-,90,3、碳氮共渗：,碳、氮原子钢件表层，又称为氰化。高温下渗碳为主。低温下渗氮为主。,-,91,第四节热处理新技术简介（了解）,激光热处理,电子束热处理,真空热处理,复合热处理,-,92,1、激光淬火：激光工件表面升温A移开激光束自冷淬火。2、激光熔凝：即激光熔化淬火，激光工件表面熔化一定深度自冷使熔层凝固细小均匀的组织和良好的力学性能。,一、激光热处理,-,93,电子束流表面表面急热急冷强化。,二、电子束热处理,实现自冷淬火、表面熔覆、合金化等处理。电子束功率比激光大，能量利用率高；在真空中进行，避免氧化、渗氮的不利影响。,-,94,是近代真空技术与热处理工艺相结合的产物，具有无氧化、无脱碳、表面光亮、变形小、无污染、节能、适用范围广等特点包括：退火、淬火、渗碳、渗氮、回火、烧结、清洗、喷