材料学-第七讲热处理缺陷及防治ppt课件

1、热处置缺陷及防治脱碳脱碳 脱碳脱碳 脱碳是钢加热时外表碳含量降低的景象。脱碳的过脱碳是钢加热时外表碳含量降低的景象。脱碳的过程就是钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成甲烷或一氧程就是钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成甲烷或一氧化碳。其化学方程式如下；化碳。其化学方程式如下； 2Fe3C+O26Fe+2CO Fe3C+2H23Fe+CH4 Fe3C+H2O3Fe+CO+H2 Fe3C+CO23Fe+2CO 这些反响是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使钢脱碳，这些反响是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使钢脱碳，而甲烷和一氧化碳那么使钢增碳。而甲烷和一氧化碳那么使钢增碳。 对大多数钢来说，脱碳会使其性能变坏，故均

2、视为对大多数钢来说，脱碳会使其性能变坏，故均视为缺陷。特别是高碳工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢，脱缺陷。特别是高碳工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢，脱碳更是一种严重的缺陷。碳更是一种严重的缺陷。 脱碳脱碳高速钢的脱碳组织高速钢的脱碳组织脱碳脱碳 脱碳对钢性能的影响脱碳对钢性能的影响 1.对锻造和热处置等工艺性能的影响对锻造和热处置等工艺性能的影响 12Cr13不锈钢加热温度过高，保温时间过长时，不锈钢加热温度过高，保温时间过长时，能促使高温能促使高温铁素体在外表过早的构成，使锻件外表的塑铁素体在外表过早的构成，使锻件外表的塑性大大降低，模锻时容易开裂。性大大降低，模锻时容易开裂。 2奥氏体锰钢脱

3、碳后，表层将得不到均匀的奥氏奥氏体锰钢脱碳后，表层将得不到均匀的奥氏体组织。这不仅使冷变形时的强化达不到要求，而且影响体组织。这不仅使冷变形时的强化达不到要求，而且影响耐磨性，还能够由于变形不均匀产生裂纹。耐磨性，还能够由于变形不均匀产生裂纹。 3钢的外表脱碳以后，由于表层与心部的组织不钢的外表脱碳以后，由于表层与心部的组织不同和线膨胀系数不同，因此淬火时所发生的不同组织转变同和线膨胀系数不同，因此淬火时所发生的不同组织转变及体积变化将引起很大的内应力，同时表层经脱碳后强度及体积变化将引起很大的内应力，同时表层经脱碳后强度下降，甚至在淬火过程中有时使零件外表产生裂纹。下降，甚至在淬火过程中有时

4、使零件外表产生裂纹。 脱碳脱碳 脱碳对钢性能的影响脱碳对钢性能的影响 2.对零件性能的影响对零件性能的影响 对于需求淬火的钢，脱碳使其表层的含碳量降低，对于需求淬火的钢，脱碳使其表层的含碳量降低，淬火后不能发生马氏体转变，或转变不完全，结果得不到淬火后不能发生马氏体转变，或转变不完全，结果得不到所要求的硬度。所要求的硬度。 轴承钢外表脱碳后会呵斥淬火软点，运用时易发生轴承钢外表脱碳后会呵斥淬火软点，运用时易发生接触疲劳损坏；高速工具钢外表脱碳会使红硬性下降。接触疲劳损坏；高速工具钢外表脱碳会使红硬性下降。 由于脱碳使钢的疲劳强度降低，导致零件在运用中由于脱碳使钢的疲劳强度降低，导致零件在运用中

5、过早地发生疲劳损坏。过早地发生疲劳损坏。 零件上不加工的部分黑皮部分脱碳层全部保管零件上不加工的部分黑皮部分脱碳层全部保管在零件上，这将使性能下降。而零件的加工面上脱碳层的在零件上，这将使性能下降。而零件的加工面上脱碳层的深度如在机械加工余量范围内，可以在加工时切削掉；但深度如在机械加工余量范围内，可以在加工时切削掉；但如超越加工余量范围，脱碳层将部分保管下来，使性能下如超越加工余量范围，脱碳层将部分保管下来，使性能下降。有时由于锻造工艺不当，脱碳层部分堆积，机械加工降。有时由于锻造工艺不当，脱碳层部分堆积，机械加工时将不能完全去掉而保管在零件上，引起性能不均，严重时将不能完全去掉而保管在零件

6、上，引起性能不均，严重时呵斥零件报废。时呵斥零件报废。 45调质 4%硝酸酒精腐蚀 200外表脱碳景象 外表组织：铁素体白+珠光体黑 心部：回火索氏体几种常见的热处置缺陷几种常见的热处置缺陷防止脱碳的对策防止脱碳的对策防止脱碳的对策主要有以下几方面：防止脱碳的对策主要有以下几方面： 1工件加热时，尽能够地降低加热温度及在高温下的停留时工件加热时，尽能够地降低加热温度及在高温下的停留时间；合理地选择加热速度以缩短加热的总时间；间；合理地选择加热速度以缩短加热的总时间； 2呵斥及控制适当的加热气氛，使呈现中性或采用维护性气呵斥及控制适当的加热气氛，使呈现中性或采用维护性气体加热，为此可采用特殊发计

7、的加热炉在脱氧良好的盐浴炉中加热，体加热，为此可采用特殊发计的加热炉在脱氧良好的盐浴炉中加热，要比普通箱式炉中加热的脱碳倾向为小；要比普通箱式炉中加热的脱碳倾向为小； 3热压力加工过程中，假设由于一些偶尔要素使消费中断，热压力加工过程中，假设由于一些偶尔要素使消费中断，应降低炉温以待消费恢复，如停顿时间很长，那么应将坯料从炉内取应降低炉温以待消费恢复，如停顿时间很长，那么应将坯料从炉内取出或随炉降温；出或随炉降温； 4进展冷变形时尽能够地减少中间退火的次数及降低中间退进展冷变形时尽能够地减少中间退火的次数及降低中间退火的温度，或者用软化回火替代高温退火。进展中间退火或软化回火火的温度，或者用软

8、化回火替代高温退火。进展中间退火或软化回火时，加热应在维护介质中进展；时，加热应在维护介质中进展； 5高温加热时，钢的外表利用覆盖物及涂料维护以防止氧化高温加热时，钢的外表利用覆盖物及涂料维护以防止氧化和脱碳；和脱碳； 6正确的操作及增大工件的加工余量，以使脱碳层在加工时正确的操作及增大工件的加工余量，以使脱碳层在加工时能完全去掉。能完全去掉。 淬火裂纹资料：Cr12搓齿板 工艺情况：980淬火图1：未浸蚀 搓齿根部转角处裂纹形貌 ；图2：4%硝酸酒精溶液浸蚀淬火马氏体及剩余奥氏体、共晶碳化物及小粒状二次碳化物裂纹在齿根尖角处启动，沿碳化物边境向内延伸 淬火裂纹 裂纹产生缘由 试样基体呈淬火马

9、氏体且未充分回火，内应力、脆性较大，同时，齿根部应力集中，易呵斥开裂、崩齿。淬火裂纹 淬火裂纹：在淬火过程中或在淬火后的室淬火裂纹：在淬火过程中或在淬火后的室温放置过程中产生的裂纹。后者又叫时效温放置过程中产生的裂纹。后者又叫时效裂纹。呵斥淬火开裂的缘由很多，在分析裂纹。呵斥淬火开裂的缘由很多，在分析淬火裂纹时，应根据裂纹特征加以区分。淬火裂纹时，应根据裂纹特征加以区分。淬火裂纹的特征淬火裂纹的特征 在淬火过程中，当淬火产生的宏大应力大于资料本身的强度并超越塑性变形极限时，便会导致裂纹产生。淬火裂纹往往是在马氏体转变开场进展后不久产生的，裂纹的分布那么没有一定的规律，但普通容易在工件的尖角、截

10、面突变处构成。 在显微镜下察看到的淬火开裂，能够是沿晶开裂，也能够是穿晶开裂；有的呈放射状，也有的呈单独线条状或呈网状。因在马氏体转变区的冷却过快而引起的淬火裂纹，往往是穿晶分布，而且裂纹较直，周围没有分枝的小裂纹。因淬火加热温度过高而引起的淬火裂纹，都是沿晶分布，裂纹尾端尖细，并呈现过热特征：构造钢中可察看到粗针状马氏体；工具钢中可察看到共晶或角状碳化物。外表脱碳的高碳钢工件，淬火后容易构成网状裂纹。这是由于，外表脱碳层在淬火冷却时的体积胀比未脱碳的心部小，外表资料受心部膨胀的作用而被拉裂呈网状。 非淬火裂纹的特征非淬火裂纹的特征 淬火后发生的裂纹，不一定都是淬火所呵斥的，可根据下面特征来区

11、分： 淬火后发现的裂纹，假设裂纹两侧有氧化脱碳景象，那么可以一定裂纹在淬火之前就曾经存在。淬火冷却过程中，只需当马氏体转变量到达一定数量时，裂纹才有能够构成。与此相对应的温度，大约在250以下。在这样的低温下，即使产生了裂纹，裂纹两侧也不会发生脱碳和出现明显氧化。所以，有氧化脱碳景象的裂纹是非淬火裂纹。 假设裂纹在淬火前曾经存在，又不与外表相通，这样的内部裂纹虽不会产生氧化脱碳，但裂纹的线条显得柔软，尾端圆秃，也容易与淬火裂纹的线条刚健有力，尾端尖细的特征区别开来。 45钢 840淬火水冷+裂纹 4%硝酸酒精腐蚀 10060Si2Mn 840淬火水冷+460回火 4%硝酸酒精腐蚀 00回火屈氏

12、体+碳化物白色小颗粒少量马氏体+少量铁素体白色块状淬火裂纹淬火时将水看成油，误将样品放入水中冷却本应油冷，导致淬火时由于应力过大出现淬火裂纹。实例讨论实例讨论 1、轴，40Cr，经锻造、淬火后发现裂纹。裂纹两侧有氧化迹象，金相检验，裂纹两侧存在脱碳层，而且裂纹两侧的铁素体呈较大的柱状晶粒，其晶界与裂纹大致垂直。 结论：裂纹是在锻造时构成的非淬火裂纹。 当工件在锻造过程中构成裂纹时，淬火加热即引起裂纹两侧氧化脱碳。随着脱碳过程的进展，裂纹两侧的碳含量降低，铁索体晶粒开场生核。当沿裂纹两侧生核的铁素体晶粒长大到彼此接触后，便向离裂纹两侧较远的基体方向生长。由于裂纹两侧在脱碳过程中碳浓度的下降，也是

13、由裂纹的开口部位向内部开展，因此为铁素体晶粒的不断长大提供了条件，故最终长大为晶界与裂纹相垂直的柱状晶体。 实例讨论实例讨论 2、半轴套座，40Cr，淬火后出现开裂。金相检验，裂纹两侧有全脱碳层，其中的铁素体呈粗大柱状晶粒，并与裂纹垂直。全脱碳层内侧的组织为板条马氏体加少量托氏体，这种组织是正常淬火组织。 结论：在加工过程中未经锻造，因此属原资料带来的非淬火裂纹。 实例讨论实例讨论 3、齿轮铣刀，高速钢，淬火后在内孔壁上出现裂纹。金相检验，发现裂纹附近的碳化物呈不均匀的带状分布。 结论：这是由于组织不均匀所呵斥的淬火裂纹。 当钢的显微组织中存在碳化物聚集时，这些地方碳和合金元素的含量比较高，呵

14、斥临界温度降低。因此，即使是在正常的温度下进展淬火加热，对于碳化物聚集处来讲，加热温度已显得过高了。其结果是这些地方出现过热组织，降低了钢的强度，淬火冷却时，在应力作用下产生开裂。 高速钢的碳化物不均匀性是这种钢的重要质量目的之一。为减少或预防这类缺陷发生，冶金厂和运用厂都在不断采取措施，如运用厂用改锻工艺来均匀组织。当碳化物不均匀性的改善程度遭到限制时，可在保证硬度的前提下采用较低淬火加热温度来防止过热组织产生。 实例讨论实例讨论 4、W18Cr4V钢制模具，高温盐浴中加热后油冷，发现开裂。从裂纹特征上看是冷却过快所致。因工件截面较大，冷却时内外温差也大，当外表转变为马氏体时，内部仍处于奥氏

15、体形状，以后的冷却过程中才逐渐转变为马氏体，致使表层受内部体积胀大的作用接受很大的拉应力而开裂。因此，可以判别为淬火裂纹。 魏氏组织魏氏组织 魏氏组织魏氏组织(widmanstatten structure) 钢材进展热加工和热处置，假设加热温度钢材进展热加工和热处置，假设加热温度控制不当，加热不均会使资料超温，导致资料机控制不当，加热不均会使资料超温，导致资料机械性能恶化。根据超温的程度和时间长短，钢材械性能恶化。根据超温的程度和时间长短，钢材会发生脱碳，过热和过烧景象。当高温加热后，会发生脱碳，过热和过烧景象。当高温加热后，在第一阶段加热，在此阶段加热后冷却，当冷至在第一阶段加热，在此阶段

16、加热后冷却，当冷至Ar3温度，温度，A析出析出F，至，至Ar1，奥氏体发生共析反响，奥氏体发生共析反响转变为转变为P。如在。如在Ar3至至Ar1冷却较快，会析出冷却较快，会析出F的魏的魏氏体组织。降低钢的冲击性能，会使钢的机械性氏体组织。降低钢的冲击性能，会使钢的机械性能恶化。可采用中间退火或多次高温回火处置来能恶化。可采用中间退火或多次高温回火处置来消除这种组织。消除这种组织。魏氏组织魏氏组织 魏氏组织构成普通有两个缘由:一是热处置温度较高，导致奥氏体晶粒粗大；二是冷却速度较快。假设奥氏体晶粒异常粗大，即使不大的冷速也能够构成魏氏组织，这种组织的塑性和韧性比较差；假设奥氏体晶粒不是特别粗大，

17、冷速比较快的时候也能够构成魏氏组织，但这种魏氏组织不会有什么害处。消除的措施要从产生的缘由上着手，一是控制热处置加热温度，二是控制冷速。 对亚共析钢，魏氏组织指从晶界向晶内生长的一系列具有一定取向的片或针状铁素体，从单个形状来看虽呈片或针状，但从整体来看，由于许多片经常是相互平行的，形似羽毛状，但与无碳化物贝氏体相比，显得较粗大且末端较尖细。对于过共析钢来说，是指类似形状的渗碳体。45钢 950正火 针状铁素体白+珠光体黑 4%硝酸酒精腐蚀 500过热组织 也叫魏氏组织魏氏组织魏氏组织ZG270-500(铸态铸态)的金相图的金相图魏氏组织魏氏组织 铸钢由于凝固温度很高，并在1495附近产生包晶

18、反响构成奥氏体，奥氏体构成温度高，晶粒非常粗大，在冷却经过GS线时，先析出铁素体，然后进一步冷却经过PS线时析出珠光体。由于奥氏体晶粒粗大，可供铁素体析出的晶界减少，所以铁素体除了在晶界上呈块状析出外，一部分呈针状向晶内析出而构成魏氏组织。铸钢由于晶粒粗大和存在魏氏组织，脆性很大，必需经过退火或正火来消除铸态组织。 为了改善铸钢件的性能，可采用完全退火，将粗大的铸态魏氏组织转变为普通的铁素体和珠光体组织。完全退火是以降低硬度和改善韧性为目的的一种热处置方法，将铸钢加热到相变温度Ac3以上3060，随后缓慢冷却，加热保温时间以壁厚每25mm加热保温1h计算。 带状组织banded structu

19、re 带状组织：金属资料中两种组织组分呈条带状沿热变形方向大致平行交替陈列的组织。例如钢材中的铁素体带、珠光体带、渗碳体带等。 钢材内部缺陷之一，出如今热轧低碳构造钢显微组织中，沿轧制方向平行陈列、成层状分布、形同条带的铁素体晶粒与珠光体晶粒。这是由于钢材在热轧后的冷却过程中发生相变时铁素体优先在由枝晶偏析和非金属夹杂延伸而成的条带中构成，导致铁素体构成条带，铁素体条带之间为珠光体，两者相间成层分布。带状组织的存在使钢的组织不均匀，并影响钢材性能，构成各向异性，降低钢的塑性、冲击韧性和断面收缩率，呵斥冷弯不合、冲压废品率高、热处置时钢材容易变形等不良后果。产品规范中有带状组织评级图片，根据用途

20、确定允许的级别。 带状组织带状组织100倍率下钢板明显的带状组织倍率下钢板明显的带状组织 带状组织带状组织 1、带状组织构成的缘由、带状组织构成的缘由 金属资料在冶炼浇注后绝大部分要经过压力加工方可成为型材。金属资料在冶炼浇注后绝大部分要经过压力加工方可成为型材。但是，加工后的资料容易得到沿着变形方向珠光体和铁素体呈带状分但是，加工后的资料容易得到沿着变形方向珠光体和铁素体呈带状分布的组织，即构成带状组织。构成带状组织的缘由各不一样，归纳起布的组织，即构成带状组织。构成带状组织的缘由各不一样，归纳起来大致有来大致有2种缘由：种缘由： a由成分偏析引起的带状组织。即当钢中含有磷等有害杂质，由成分

21、偏析引起的带状组织。即当钢中含有磷等有害杂质，压延时，杂质沿压延方向伸长。当钢材冷至压延时，杂质沿压延方向伸长。当钢材冷至Ar3以下时，这些杂质就以下时，这些杂质就成为铁素体的中心使铁素体形状呈带状分布，随后珠光体也呈带状分成为铁素体的中心使铁素体形状呈带状分布，随后珠光体也呈带状分布。这种带状组织很难用热处置的方法加以消除。布。这种带状组织很难用热处置的方法加以消除。 b由热加工温度不当引起的带状组织，即热加工停锻温度于二由热加工温度不当引起的带状组织，即热加工停锻温度于二相区时相区时Ar1和和Ar3之间，铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈之间，铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚

22、未分解的奥氏体被割成带状，当冷却到带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时，带状奥时，带状奥氏体转化为带状珠光体。氏体转化为带状珠光体。 普通情况下，带状组织可以经过多次正火或分散退火得以消除和改善。普通情况下，带状组织可以经过多次正火或分散退火得以消除和改善。 2、带状组织的危害、带状组织的危害 带状组织的存在会使金属的力学性能呈各向异性，沿带状组织的带状组织的存在会使金属的力学性能呈各向异性，沿带状组织的方向明显优于其垂直方向。压力加工时易于从交界处开裂方向明显优于其垂直方向。压力加工时易于从交界处开裂带状组织带状组织高速钢中带状碳化物组织高速钢中带状碳化物组织 渗碳缺陷及防

23、治渗碳缺陷及防治 碳浓度过高碳浓度过高 产生缘由及危害：假设渗碳时急剧加热，温度又过高产生缘由及危害：假设渗碳时急剧加热，温度又过高或固体渗碳时用全新渗碳剂，或用剧烈的催渗剂过多都会引或固体渗碳时用全新渗碳剂，或用剧烈的催渗剂过多都会引起渗碳浓度过高的景象。随着碳浓度过高，工件外表出现块起渗碳浓度过高的景象。随着碳浓度过高，工件外表出现块状粗大的碳化物或网状碳化物。由于这种硬脆组织产生，使状粗大的碳化物或网状碳化物。由于这种硬脆组织产生，使渗碳层的韧性急剧下降。并且淬火时构成高碳马氏体，在磨渗碳层的韧性急剧下降。并且淬火时构成高碳马氏体，在磨削时容易出现磨削裂纹。削时容易出现磨削裂纹。 防止的

24、方法防止的方法 不能急剧加热，需采用适当的加热温度，不使钢的不能急剧加热，需采用适当的加热温度，不使钢的晶粒长大为好。假设渗碳时晶粒粗大，那么应在渗碳后正火晶粒长大为好。假设渗碳时晶粒粗大，那么应在渗碳后正火或两次淬火处置来细化晶粒。或两次淬火处置来细化晶粒。 严厉控制炉温均匀性，不能动摇过大，在反射炉中严厉控制炉温均匀性，不能动摇过大，在反射炉中固体渗碳时需特别留意。固体渗碳时需特别留意。 固体渗碳时，渗碳剂要新、旧配比运用。催渗剂最固体渗碳时，渗碳剂要新、旧配比运用。催渗剂最好采用好采用47%的的BaCO3，不运用，不运用Na2CO3作催渗剂。作催渗剂。 渗碳缺陷及防治渗碳缺陷及防治 碳浓

25、度过低 产生的缘由及危害：温度动摇很大或催渗剂过少都会引起外表的碳浓度缺乏。最理想的碳浓度为0.91.0%之间，低于0.8%C，零件容易磨损。 防止的方法： 渗碳温度普通采用920940，渗碳温度过低就会引起碳浓度过低，且延伸渗碳时间；渗碳温度过高会引起晶粒粗大。 催渗剂(BaCO3)的用量不应低于4%。 渗碳缺陷及防治渗碳缺陷及防治 渗碳后外表部分贫碳： 产生的缘由及危害：固体渗碳时，木炭颗粒过大或夹杂有石块等杂质，或催渗剂与木炭拌得不均匀，或工件所接触都会引起部分无碳或贫碳。工件外表的污物也可以引起贫碳。 防止的方法 固体渗碳剂一定要按比例配制，搅拌均匀。 装炉的工件留意不要有接触。固体渗

26、碳时要将渗碳剂捣实，勿使渗碳过塌而使工件接触。 却除外表的污物。 渗碳缺陷及防治渗碳缺陷及防治 渗碳浓度加剧过渡 产生的缘由及危害：渗碳浓度忽然过渡就是外表与中心的碳浓度变化加剧，不是由高到低的均匀过渡，而是忽然过渡。产生此缺陷的缘由是渗碳剂作用很剧烈(如新配制的木炭，旧渗碳剂加得很少)，同时钢中有Cr、Mn、Mo等合金元素是促使碳化物构成剧烈，而呵斥外表高浓度，中心低浓度，并无过渡层。产生此缺陷后呵斥表里相当大的内应力，在淬火过程中或磨削过程中产生裂纹或剥落景象。 防止的方法：渗碳剂新旧按规定配比制，使渗碳缓和。用BaCO3作催渗剂较好，由于Na2CO3比较急剧。 渗碳缺陷及防治渗碳缺陷及防

27、治磨加工时产生回火及裂纹 产生的缘由：渗碳层经磨削加工后外表引起软化的景象，称之为磨加工产生的回火。这是由于磨削时加工进给量太快，砂轮硬度和粒度或转速选择不当，或磨削过程中冷却不充分，都易产生此类缺陷。这是由于磨削时的热量使外表软化的缘故。磨削时产生回火缺陷那么零件耐磨性降低。 外表产生六角形裂纹。这是由于用硬质砂轮外表遭到过份磨削，而发热所致。也与热处置回火缺乏，剩余内应力过大有关。用酸浸蚀后，凡是有缺陷部位呈黑色，可与没有缺陷处区别开来。这是磨削时产生热量回火。使马使体转变为屈氏体组织的缘故。其实，裂纹在磨削后肉眼即可看见。 防止的方法： 淬火后必需经过充分回火或多次回火，消除内应力。 采

28、用4060粒度的软质或中质氧化铝砂轮，磨削进给量不过大。 磨削时先开冷却液，并留意磨削过程中的充分冷却 渗氮缺陷及防治渗氮缺陷及防治外表硬度低产生缘由：1 升温速度快，氮化罐内温差大2 第一阶段温度偏高或氨分解率过高、过低及中断供氨3 第一阶段保温时间短，第二阶段保温时间太长4 装炉量太多，炉气循环不好5 零件预先未调质或调质后硬度太低6 零件外表不清洁，有氧化皮7 渗氮罐和夹具运用过久或新的未预渗氮对策：1 经常校正测温仪表2 缓慢升温，升温到300后，渗速小于50/h，在400450保温1h3 根据工艺实验确定各个阶段的氨分解率，确定各阶段保温时间4 补救措施 只需不是长时间超温、超分解率、中断供氨，允许重新渗氮，不用将渗氮层脱掉 其工艺是：495505 、1520h、分解率18%21%，再用550 5 退氮3h，分解率到达70%80%渗氮缺陷及防治渗氮缺陷及防治