钢的热处理（原理及四把火）

1、钢的热处理（原理及四把火） 钢的热处理 钢的热处理： 是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺 。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。 第一节 钢的热处理原理 热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。 热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺

2、方法的不同分类如下） 1、 整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质； 2、 表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等； 3、 化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 热处理的三阶段：加热、保温、冷却 一、 钢在加热时的转变 加热的目的：使钢奥氏体化 （一）奥氏体（ a）的形成 奥氏体晶核的形成 以共析钢为例a1点则w c 0.0218（体心立方晶格f）w c 6.69（复杂斜方渗碳体）当t 上升到a c1 后w c 0.77（面心立方的a）由此可见转变过程中必须经过c和fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，a的形成过程。在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件

3、此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间原子排列不规则，空位和位错密度高。 1、 奥氏体长大 由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，a晶核一方面不 断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。 2、 残余 fe 3 c的溶解 a长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。（f比fe 3 c先消失） 3、 奥氏体成分的均匀化 残余fe 3 c全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使a成分逐步均匀化。 （二）奥氏体晶粒的长大 奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为 00，0，1，2?10等十二个等级，其中常用的110级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒

4、。 影响 a晶粒粗大因素 1、 加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大 。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930950以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理） 2、a中c含量上升则晶粒长大的倾向大。 二、钢在冷却时的转变 生产中采用的冷却方式有：等温冷却和连续冷却 （一） 过冷奥氏体的等温转变 a在相变点a 1 以上是稳定相，冷却至a 1 以下就成了不稳定相，必然要发生转变。 1、奥氏体等温转变图：表示奥氏体过冷在不同温度下的等温过程中，转变温度、转变时间与转变产物量的关系曲线图。曲线形状与“c”字相似，所以又称c曲线。 2、 共析碳钢奥氏体等温转变产物的

5、组织和性能 1） 高温珠光体型转变： a 1 550 （ 1）珠光体（p） a 1 650 粗层状 约0.3 m （ 1）上贝氏体（b 上 ） 550350 羽毛状 4045hrc 脆性大，无使用价值 （2）下贝氏体（b 下 ） 350m s 黑色针状 4555hrc 韧性好，综合力学性能好 3） 低温马氏体型转变： m s m f 当 a被迅速过冷至m s 以下时，则发生马氏体（m）转变，主要形态是板条状和片状。（当 w c 0.2时，呈板条状，当 w c 1.0呈针片状，当 w c 0.21.0时，呈针片状和板条状的混合物） （二） 过冷奥氏体的连续冷却转变 1 奥氏体连续冷却转变图（共析

6、钢的连续冷却转变如图） 连冷却转变图是表示钢经a后，在不同冷却速度的连冷却条件下，过冷a转变开始及转变终了 时间与转变温度之间的关系曲线图。 2 共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织和性能 （1） 随炉冷 p 170220hbs （700650） （2） 空冷 s 2535hrc （650600） （3） 油冷 tm 4555hrc 550 （4） 水冷 m+a 5565hrc 3 马氏体转变 当冷速 v k 时，奥氏体发生m转变，即碳溶于 f e 中的过饱和固溶体，称为 m（马氏体） 。 （ v k 马氏体临界冷却速度） 1） 转变特点： m 转变是在一定温度范围内进行 （m s m f

7、 ） ,m 转变是在一个非扩散型转变 （碳、铁原子不能扩散） ,m 转变速度极快 （大于v k ） ,m 转变具有不完全性 （少量的残a） ,m转变只有 fe、fe的晶格转变 . （2） m 的组织形态 w c （） m形态 b /mpa s /mpa (%) ak/j hrc 0.1-0.25 板条状 10201530 8201330 917 60180 3050 0.77 片状 2350 2040 1 10 66 (3) m 的力学性能 m的强度与硬度 c的上升m的硬度、强度上升 m的塑性与韧性 低碳板条状m良好 板条状 m 具有较高的强度、硬度和较好塑性和韧性相配合的综合力学性能。针片状

8、 m 比板条 m具有 更高硬度，但脆性较大，塑、韧性较差。 钢的退火与正火 常用的热处理工艺分为两大类： 预备热处理目的：消除坯料、半成品中的某些缺陷，为后续冷加工，最终热处理作组织准备。 最终热处理目的：使工件获得所要求的性能。 退火与正火的目的 : 消除钢材经热加工所引起的某些缺陷,或为以后的切削加工及最终热处理做好组织准备。一、钢的退火 1、 概念： 将钢件加热到适当温度 (ac 1 以上或以下)，保持一定时间，然后缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺称为退火。 2、 目的： （ 1）降低硬度，提高塑性， （ 2）细化晶粒，消除组织缺陷 （ 3）消除内应力 （ 4）为淬火作好组织准备 3、类型：(根据加热温度可分为在临界温度（ac 1 或ac 3 ）以上或以下的退火，前者又称相变重结晶退火，包括完全退火、扩散退火均匀化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再结晶退火及去应力退火。) （1） 完全退火： 1） 概念：将亚共析钢（ wc0.30.6）加热到ac 3 +（3050） ， 完全奥氏体化后，保温缓冷（随炉、埋入砂、石灰中），以获得接近平衡状态的组织的热处理工艺称为完全退火。 2） 目的：细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能。 3） 工艺：完全退火采用随炉缓冷可以保证先共析铁素体的析出和过冷奥氏体