工程材料ch钢的热处理

1、群mTft一般机械钢零件生产的工艺路线:毛坯生产预备热处理4机械加工一最终热处理一机械精加工预备热处理：還火；正火终热处理：阵火；回火Therefore,热处理是一种非常重要的加工方法.极大部 分机械零件都必须经过热处理！教学内容4. 14.24 34.4钢的退火与正火工艺钢的淬火与回火钢的表面热处理钢的化学热处理知识回顾过冷奥氏体的连续冷却转变一CCT曲线in时间lg T )水令和油令 WC continuousC coolingT transformationPs： ATP开始线Pf： ATP终止线K：珠光体型转变终止线 Vk：上临界冷却速度（马 氏体临界冷却速度）TM 最小冷速Vk?:下

2、临界冷速T完全 P最大冷速共析碳钢TTTC曲线曲线与CCT曲线的比较C曲线的应用800600500400痂V4200胡I脚时间 IE 3比“V l 7-20一 JM(-50C)4. 1钢的退火与正火工艺将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却 的热处理工艺。退火工艺曲线扩散退火时间工艺曲线目的：消除应力;降低硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。1 完全退火加热温度:组 织: 目 的：Ac3以上20-30度P+F 细化，均匀化粗大、 不均匀组织 接近平衡组织一 调整硬度-切削性f 消除内应力应用范围:亚共析钢，共析钢,Q C. 2 0. 4 0. 60, 8L 01. 2

3、K 4加热温度范画不适用于过共析钢。2.球化退火（不完全退火）加热温度：Ac1以上2040度组 织：球状P （F+球状Cem）目 的：使Cem球化-HRCJ,为淬火作准备韧性切削性f应用范围:过共析钢，共析钢2V骞.rTil3.扩散退火（均匀化退火）加热温度：1050-1150C, 10-20h,组织：P+F或P+Fe3Cn目的：消除偏析后果：粗大晶粒（应用完全退火消除）4.再结晶退火加热温度：Ac1以下5050度,或T再+3050度目的：消除加工硬化0 0. 2 0. 4 0. 60 8L 01. 21 4 C,%加热温度范圜5.去应力退火500-650C二、正火（空冷）把钢零件加热到临界温

4、度以上3050匸保温一定时间，然后在空气中冷却的热处理工艺O(P)悝嗨700O O i1球買退火f # $ jT $ $ ff f fO600.2 0.4 0.6 0.81.0 1.2 1.4wcX 100时间临界温度：Ac3或Accm+30-50C组织：S+ （F或 Fe3C）应用及目的:(D作最终热处理，普通结构钢零件扩散退火时间一 工艺曲线a細化A晶粒，组织均匀化b.减少亚共析钢中F%-P%f ,细化组织-强度,韧性,硬度f(2)预先热处理a.消除魏氏组织f带状组织;细化组织-为淬火、调质作准备b.使过共析钢中使其不形成连续网状,为球化作准备(3)改善切削加工性能(低碳钢)以45#钢为例

5、的正火工艺曲线:保温时间的经验公式：t二KD（单位为min，式中,K-加热系数，一般K=1.5-2-Om/min,若装炉量 大则可延长保温时间,D-工件有效厚度，单位为m）三、退火、正火的选择正火：冷速快，材料组织细化，机械性能好。1. 切削加工低碳钢T正火中高碳钢T完全退火高碳钢、合金工具钢一一正火+球化退火2. 作为最终热处理T正火3. 为最终热处理提供良好的组织状态4. 正火可替代完全退火以提高效率工具钢-正火+球化退火结构钢-正火返修件-退火4.2钢的淬火与回火、淬火加热到Ac3、Ac相变温度以上，保温，快速冷却-M+A，1淬火温度的决定亚共析钢Ac3+30-50度共析钢Ac1+30-

6、50度过共析钢Ac1+30-50度A、保留一定的Cem-HRCf,耐磨性fB、A 中 C%J- M 中 C%Jt M 脆性 JC、A中C%J-M过饱和度Jt残余AJ淬火温度过高-A粗大-M粗大力学性能!，淬火温度过高-A粗大-M粗大T淬火应力T-变形，开裂T保证快速冷却650C以上，慢,650-400C,快,400C以下，慢, 减小热应力 避免跨越C曲线 减轻相变应力理想淬火冷却曲线示意图A1MsMf时间（对数）不同淬火方法示意图不同淬火方迭示意图1单介8?碎火迂一取介质淬火F3分级碎 火;4等温淬火理想淬火冷却曲线示倉以45#钢为例的淬火工艺曲线:时间入炉保温出炉油冷（或水冷）:、钢的淬透性

7、1.淬透性：淬火条件下得到M组织的能力，取决于Vk （上临界冷却速度）2.淬硬性：钢在淬火后获得硬度的能力，取决于M中C%, C%fT淬硬性T3.影响淬透性的因素V。C曲线影响C曲线的因素12001000C%亚共析钢C%T-淬透性 过共析钢C%T-淬透性J奥氏体化温度淬透性T合金元素除Co%以外，C曲线右移，f淬透性未溶第二相J淬透性钢中磺含量对稔界 冷却速度 珂的彩响4. 淬透性的应用(1)根据服役条件，确定对钢淬透性的要求; 选材的依据(2)热处理工艺制定的依据;(3)尺寸效应。三、回火定义：把淬火后的零件重新加温到A1线以下某个温 度,保温一段时间，然后冷却到窒温。1.回火目的（淬火组织

8、的问题）d消除淬火应力，降低脆性；b稳定工件尺寸，由于M,残余A不稳定;c.获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。工艺参数及组织名称温度(C) 组织 用途低温回火150250耐磨件中温回火350500 T=F#+Fe3C粒弹簧等 高温回火500650 S回=FhFesC球调质件高温软化650Ai P回=FhFe3C粒高合金钢淬火+高温回火二调质处理2. 钢在回火时的组织转变a. 马氏体分解（200C以下）：析出E-Fe24C碳化物（亚稳定）回火组织：回火马氏体M-过饱和a固溶体十亚稳定w碳化物（极细的）作用：晶格畸变降低，淬火应力有所下降。b. 残余A分解（200-300C） : A-M（或AB下

9、） 组织：回火马氏体Mc. 回火屈氏体T 形成（250-400 C） : EFe3C; a-F维 持M外形组织：回火屈氏体T （F+FesC）d. 碳化物的聚集长大，铁素体的回复与再结晶（400C）组织：回火索氏体S，F （等轴晶）+ Fe3C （粒）e. 碳化物-Fe3C片-细粒状Fe3C。3. 回火工艺一组织一性能关系(及应用)(1)低温火(150-250C)火马降低淬火应力,提高韧性,保证高硬度(HRC58-64 )和耐磨性高碳的工具.模具.滚动轴承,渗碳与表面淬火的零件(2)中温火(350500C)回火屈氏体高弹性极限和屈服强度,一定的韧性,硬度一般为HRC35-45 弹簧火(500-

10、650C)火索氏体S淬火+高温回火调质处理综合机械性能好(强度、韧性、塑性的配合)，硬度一般为HRC25-35承受交变载荷连杆.轴.齿轮等重要结构件最终热处理精密量具.模具预先热处理1、2、强度、硬度高、塑性、韧性差高碳回火马氏体:低碳回火马氏体:高的强度与韧性，硬度、耐磨性也较好。回火屈氏体组织金相图屈服强度与弹性极限高组织正火与ai匿处理的比较：45 钢 (MN/m2)8(%)正火 700-80012-20调质 750-85020-25淬火+高温回火调质处理ak(kJ/m2) H500-800163-220 细片 S+FJOO-1200210-250 细粒 S(4)回火温度与机械性能的关系

11、200度以下，HRC不200-300度,M分解，残余A转变为马氏体，硬度降低不大, 高碳钢硬度，有一定的升高。300度，HRC降低。1、韧 tt：2、弹性极限:3、塑 性:400度开始升高，600度最高。在300-400度最高。在600-650度最高。4、高碳回火马氏体:强度、硬度高、塑性、韧性差7、86、低碳回火马氏体：高的强度与韧性，硬度、耐磨性也较好。回火屈氏体：屈服强度与弹性极限高 回火索氏体:综合机械性能。?oo 200 300 400 500 600 700回火温度.P猝火钢中马氏体的破含量、残余典氏体量、内痙力及 碳化物粒子大小与回火温 度的关蔡4. 合金元素对回火转变的影响a.

12、 提高回火稳定性回火稳定性：指钢在回火时，抵抗回火造成软化的能力。b. 增大回火脆性（见下页）回火脆性：指随回火温度升高时，在250400C和450650 C两个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。c. 产生二次硬化（见下后页）(1)低温回火脆性(250-4Q0C) 碳化物片沿M晶界析出 避免在此温度回火(3 )高温回火脆性(450-650：P等元素在原A晶界偏聚， 慢冷时Cr、Ni等促进偏聚E 100快播慢挣50100 200 300 400 500 600 700 回火啊度,I钢的韧性与回火海度的关系Mo等抑制偏聚 减少P等杂质元素， 添加M。等合金元素二次硬化效应：一些Mo.W. V含量较

13、高的钢回火时# 硬度并不随回火温度的升高单 调降低,而是在某_温度（约400C ）后反而开始增大f并在另一更高温度（550C ） 达到峰值。如图铝钢合金JJ含碳- 35%钳钢的 回衣温度与硬度关系曲线5.回火工艺及其应用回火类型 回火温度 组织性能及应用组织形态低温回火150-250回火M(Mr)保持高硬度，降低脆 性及残余应力，用于 工模具钢，表面淬火 及渗碳淬火件a-Fe+e碳化物中温回火350-500回火屈氏 体（）硬度下降，韧性、弹 性极限和屈服强度T， 用于弹性元件保留马氏 体针形F+ 细粒FesC高温回火500-650回火索氏 体（S）强度、硬度、韧性、良好综合机械性能，优于正火得

14、到的组织。中碳钢、重要零件釆用o记注：淬火+高温回火调质处理多边形F+ 粒状FesC应用很多淬火+高温回火T调质处理III以45#钢为例的调质工艺曲线:S40*C时间据工件 大小而定水冷55兀/时间据 /工件大 /小而定4. 3钢的表面热处理表面淬火：不改变表面化学成分，只改变其表面组织的局部 热处理方法。一*感应加热表面淬火1原理交变磁场f感应电流f工件电阻f加热，集肤效应f 表面加热2.分类a.高频200-300KHZ,淬硬深度052mm小工件 b中频2500-8000HZ淬硬深度2-5mm尺寸较大的工件 c低频50Hz淬硬深厘10-15mm大麺工件d.超音频 30-40KHZ中碳钢和中碳

15、低合金钢4.特点a.加热速度快几秒几十秒b加热时实际晶粒组小，淬火得到极细马氏体，硬度 脆性JC.残余压应力提高寿命 d.不易氧化、脱碳、变形小 e工艺易控制，设备成本高5. 工艺路线锻造-退火式正火T粗加工- 调度-精加工-表面 淬火-低温回火-（粗磨-时效-精磨）4. 4钢的化学热处理一.渗碳：Acs以上；900950 C ,低碳钢1.目的及应用提高表面硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的强度 和良好的塑性和韧性2.钢种低碳钢，低碳合金钢3.加工工艺路线锻造T正火T切削加工T渗碳T淬火（直接淬火、一次淬火,二次淬火）-低温回火T喷丸T磨削4.渗碳工艺组织性能关系 加热温度，保温时间渗碳层厚度

16、(1) 直接淬火(如图a、b曲线)奥氏体晶粒大，马氏体粗，残余A多，耐磨性低，变形大。 只适用于本质细晶钢或耐磨性要求低和承载低的零件。(2) 一次淬火(如图C曲线) 心部要求高Acs以上表面要求高，As以上30-500 C(3)二次淬火(如图d曲线)第一次，改变心部组织Acs以上30-500 C第二次，细化表面组织Ae以上30-500 CHOTA3钢多元共渗渗层X400二、氮化（含ai，c,M6 v的钢）它系指在一定温度（一般在As ）以下，使活性氮原子渗入工件表 面的化学热处理工艺。其目的是使工件表面获得高硬度和良好的耐蚀 性能，且因氮化温度低、变形小，因此在工艺中的应用也非常广泛。 常用

17、的氮化方法又气体氮化、离子氮化、氮碳共渗（软氮化）等。气体氮化是将工件放在密封的炉内加热，并通入氮气。渗碳的加热温度低（小于Ac1温度，钢的组织处于铁素体状态），因此工件变 形小、氧化脱碳少。气体氮化的原理：氨气在30（FC以上是便可以受热分解出活性氮原子,即：2NH3-3H2+2N活性氮原子被钢的表面吸收，形成固溶体和化合物。气体氮化的温度:如果渗氮的目的是为了获得高的硬度、高耐磨性和高的疲 劳强度，则氮化温度为500-570C,氮化时间为30-50ho如果渗氮的目的是单纯提高零件的抗腐蚀性能，则氮化温 度宜为590-720 C, o气体氮化的工艺路线:锻造-退火T机械粗加工-调质T半精加工

18、T去应力退火- 粗磨-氮化-精磨说明:为保证零件的心部具有良好的综合力学性能，氮化前要经过 调质处理；为减少在氮化中的变形，在切削加工后要进行去应力退火。钢的氮化层显微组织钢的氮化层显微组织B-AIB-AI共晶组织（菊花状）AIW共晶组织（三角形）B-AI亚共晶组织（树枝状）作业术语：退火正火 回火 淬火 淬透性淬硬性回火脆性 二次硬化回火稳定性 调质 表面热处理化学热处理 简答题：1、退火有哪些种类？并简述各自的工艺特点与应用范围。2、正火有哪些应用。3、对不同的钢，在淬火温度确定与冷却介质选择时应注意些 什么？4、影响淬透性的因素有哪些?5、钢回火的目的是什么？钢在回火时会发生哪些组织转变?6、不同的回火工艺可得到不同的回火组织，简述钢回火温度组织性能的关系与应用。7、简述表面热处理和化学