机械工程材料基础 第三章 钢的热处理

3.1.1钢在加热时的转变,第三章钢的热处理,1)钢在实际加热时的转变点2)奥氏体的形成过程及影响因素3)奥氏体晶粒的长大及影响因素,1)钢在实际加热时的转变点,第三章钢的热处理,2)奥氏体的形成过程及影响因素,第三章钢的热处理,1.奥氏体的形成过程2.奥氏体形成的影响因素加热温度和加热速度原始组织合金元素,3)奥氏体晶粒的长大及影响因素,第三章钢的热处理,Hell-Petch公式:奥氏体晶粒尺寸对冷却后加热温度对晶粒尺寸的影响钢的性能的影响,晶粒尺寸d,3.1.2钢在冷却时的转变,1）过冷奥氏体等温转变图2）过冷奥氏体的连续转变图3）过冷奥氏体的转变产物及性能,第三章钢的热处理,1)过冷奥氏体等温转变图,第三章钢的热处理,共析碳钢的C曲线,C曲线的位置和形状的影响因素,1.含碳量的影响2.合金元素的影响3.奥氏体化温度和保温时间的影响,第三章钢的热处理,1.含碳量的影响,第三章钢的热处理,2.合金元素的影响,第三章钢的热处理,共析钢连续冷却转变图,2)过冷奥氏体连续冷却转变曲线,第三章钢的热处理,3)过冷奥氏体的转变产物及性能,第三章钢的热处理,A的转变产物类型:珠光体(P)、马氏体(M)、贝氏体(B)1.珠光体类型组织珠光体转变AF+Fe3C0.77%0.0218%6.69%面心立方体心立方复杂斜方2.马氏体类型组织马氏体中固溶碳引起的晶格畸变马氏体正方度与含碳量的关系碳钢含碳量与马氏体硬度的关系3.贝氏体类型组织,马氏体的晶格畸变,第三章钢的热处理,马氏体正方度与含碳量的关系,第三章钢的热处理,马氏体组织,板条马氏体片状马氏体,碳钢含碳量与马氏体硬度的关系,第三章钢的热处理,贝氏体组织,第三章钢的热处理,上贝氏体下贝氏体,P、B、M转变的异同点,第三章钢的热处理,3.1.3焊接接头的相变,第三章钢的热处理,1)焊缝缺陷气孔非金属夹杂物裂纹未焊透咬边焊缝金属化学成分不均匀柱状晶组织2)热影响区内的组织变化,第三章钢的热处理,3.2钢的普通热处理3.2.1退火与正火3.2.2钢的淬火3.2.3钢的表面淬火3.2.4钢的回火3.2.5钢的淬透性3.2.6固溶处理与时效强化,第三章钢的热处理,热处理分类普通热处理:退火、正火、淬火、回火表面热处理：1）表面淬火:感应加热表面淬火、火焰加热淬火2）化学热处理:渗碳、渗氮、渗金属其他热处理：形变热处理、超细化热处理、真空热处理,热处理工艺曲线,第三章钢的热处理,3.2.1退火与正火退火1.完全退火2.球化退火3.扩散退火(均匀化退火)定义、应用范围、后处理4.去应力退火定义、应用范围、目的正火,第三章钢的热处理,完全退火与等温退火,第三章钢的热处理,球化退火,第三章钢的热处理,正火定义：将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上3050，保温适当的时间后在静止空气中冷却的热处理叫正火。应用范围：目的：（1）要求不高的结构件，可作为最终热处理。（2）改善低碳钢的切削加工性（以防粘刀）。（3）共析钢、过共析钢正火后可消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。各种退火及正火的加热温度范围,第三章钢的热处理,第三章钢的热处理,各种退火及正火的加热温度范围,第三章钢的热处理,3.2.2钢的淬火定义、目的淬火加热温度和加热时间淬火冷却介质淬火冷却方法1.单介质淬火法2.双介质淬火法3.分级淬火法4.等温淬火法5.冷处理,第三章钢的热处理,322.1淬火加热温度和加热时间,第三章钢的热处理,322.2淬火冷却介质,第三章钢的热处理,淬火冷却方法,第三章钢的热处理,3.2.3钢的表面淬火感应加热表面淬火火焰加热表面淬火3.233激光加热表面淬火,第三章钢的热处理,感应加热表面淬火示意图,高频100500kHz0.52.0mm中频2.58kHz210mm工频50Hz1015mm特点：加热速度快、时间短、氧化脱碳少、变形小、晶粒细小、硬度高，表面层具有较大的残余压应力，可提高疲劳强度。但设备昂贵。淬火前调质或正火，淬后需低温回火。,第三章钢的热处理,火焰加热表面淬火示意图,第三章钢的热处理,3.2.4钢的回火回火目的回火组织转变及性能变化回火工艺及应用回火脆性,第三章钢的热处理,回火目的（1）消除或降低应力，防止变形或开裂。（2）调整性能（硬度）（3）稳定组织，稳定形状和尺寸，保证精度,第三章钢的热处理,1.钢在回火时的组织转变(1)马氏体的分解（200以下）(2)残余奥氏体分解(200300)(3)渗碳体的形成(250400)(4)渗碳体的聚集长大(400以上)2.回火后的组织和性能(1)回火马氏体(250以下)(2)回火托氏体(350450)(3)回火索氏体(500650),回火组织转变及性能变化,第三章钢的热处理,淬火钢回火时的变化过程,第三章钢的热处理,40钢回火后的力学性能与回火温度的关系,第三章钢的热处理,回火工艺及应用1.低温回火(150250)2.中温回火(350500)3.高温回火(500650),第三章钢的热处理,第一类回火脆性第二类回火脆性防止和减弱第二类回火脆性的措施:合金钢回火时,加热到500650)快速冷却;大型零件在钢中加Mo、W、Nb等合金元素;提高合金的纯度,减少N、O、P等杂质元素含量;采用变形热处理或二次淬火,避免杂质的偏聚,回火脆性,第三章钢的热处理,淬硬层深度概念：淬透性概念:淬透性的影响因素：(1)钢的含碳量(2)合金元素(3)钢中未溶物质淬硬性概念：淬透性与选材的关系:(1)动载和交变载荷下;(2)弹簧类零件(3)轴类零件(4)工具类零件,3.2.5钢的淬透性,3.2.6固溶处理与时效强化,固溶处理:时效强化:时效需满足的条件:举例:铝合金时效强化特点:,第三章钢的热处理,3.3钢的表面热处理,3.3.1钢的表面淬火1）感应加热表面淬火2)火焰加热表面淬火,第三章钢的热处理,第三章钢的热处理,定义:钢的化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入表层,以改变其化学成分组织和性能的热处理工艺.化学热处理的基本过程:(1)活性原子的产生2CO2C+O22NH32N+3H2(2)活性原子的吸收(3)活性原子的扩散举例:钢的渗碳,3.3.2钢的化学热处理,钢的渗碳,1.渗碳方法气体渗碳、固体渗碳、液体渗碳2.渗碳工艺参数渗碳温度:900950渗层表面含碳量:0.85%1.05%渗层厚度:与渗碳时间有关,与工件的尺寸有关3.渗碳后的热处理直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法渗碳件淬火后应进行低温回火(150200),以减少应力和脆性.回火后的组织是马氏体和渗碳体,硬度达5864HRC.,第三章钢的热处理,钢的气体渗碳,定义:工件在气体渗碳剂中进行渗碳的工艺,称为气体渗碳.活性碳原子的获得:通入煤气、液化石油气等,或滴入易分解的液体有机物,如煤油、甲醇、丙酮等.CnH2nnC+NH22COC+CO2CO+H2C+H2O特点:渗碳过程、渗层厚度容易控制,渗碳时间短,生产效率高质量好.,第三章钢的热处理,第三章钢的热处理,3.3.3热处理零件的结构工艺性和技术条件标注,热处理零件的结构工艺性(1)力求避免尖角、棱角(2)截面厚薄尽量均匀(3)形状尽量对称和封闭(4)采用组合结构热处理技术条件的标注,第三章钢的热处理,避免尖角设计,第三章钢的热处理,避免厚薄悬殊,第三章钢的热处理,采用对称结构,第三章钢的热处理,采用封闭结构,第三章钢的热处理,热处理技术条件的标注,5,加工方法工艺名称工艺类型热处理,附加分类工艺代号,基础分类工艺代号,表3.3.3热处理工艺分类及代号,续表3.3.3热处理工艺分类及代号,续表3.3.3热处理工艺分类及代号,热处理技术条件标注举例,45钢轴45钢摇杆表面淬火标注实例,第三章钢的热处理,3.4热处理技术新进展,3.4.1形变热处理1.高温形变热处理2.低温形变热处理3.4.2超细化热处理3.4.3真空热处理1.真空退火2.真空淬火3.真空渗碳3.4.4离子轰击热处理3.4.5激光热处理3.4.6电子束热处理3.4.7计算机辅助热处理生产,第三章钢的热处理,3.5热处理工艺的应用,3.5.1常见的热处理缺陷1）过热与过烧2）氧化与脱碳3）变形与开裂,第三章钢的热处理,第三章钢的热处理,3.5.2热处理工件的结构工艺性(见前面所述)3.5.3热处理技术条件的标注及热处理工序位置安排1)热处理技术条件的标注2）热处理的工序位置3）确定