阜新华通管道有限公司热处理工艺培训ppt课件

1、1金属资料的根底知识 知识要点金属晶格、晶胞、晶系晶体、晶体缺陷Fe - Fe3C 相图分析铁碳合金的分类金属金属资料资料1金属资料的根底知识 金属是具有光泽、有良好的导电性、导热性与机械性能，并具有正的温度电阻系数的物质。金属，是个大家庭，如今世界上有86种金属。 通常根据金属的颜色和性质等特征，将金属分为黑色金属和有色金属。 黑色金属主要指铁、锰、铬及其合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。 黑色金属以外的金属称为有色金属。锰铬1金属资料的根底知识黑色金属和有色金属这名字，经常使人误解，以为黑色金属一定是黑的，其实不然。黑色金属只需三种：铁、锰、铬。而它们三个都不是黑色的！纯铁是雪白色的；锰是

2、雪白色的；铬是灰白色的。由于它们的一些氧化物呈现黑色，因此得名。但像碳水化合物，芳香烃等名词一样，它也失去了原有的意义，只是一个习惯称谓，例如，铁的氧化物就有红色的，铬的氧化物也有绿色的四氧化三铁三氧化二铁1金属资料的根底知识化学键即组成物质整体的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力。原子间相互作用时，其吸引和排斥情况的不同，从而构成了不同类型的化学键化学键共价键离子键金属键1金属资料的根底知识(1)(1)晶体与非晶体晶体与非晶体晶体是指原子呈规那么陈列的固体晶体是指原子呈规那么陈列的固体。常态下金属主要以晶体方式存。常态下金属主要以晶体方式存在。晶体具有各向异性。在。晶体具有各向异性。非晶

3、体是指原子呈无序陈列的固体非晶体是指原子呈无序陈列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可。在一定条件下晶体和非晶体可相互转化。相互转化。 根本区别：晶体中原子或分子根本区别：晶体中原子或分子在三维空间有规律地周期性反复在三维空间有规律地周期性反复陈列，而非晶体不具备这一特点陈列，而非晶体不具备这一特点。原子、离子、分子之间的结合原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。它们的详细组力称为结合键。它们的详细组合形状称为构造。合形状称为构造。1金属资料的根底知识1金属资料的根底知识l 晶系：根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。l 90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。l 1855年，法国学者奥古斯特

4、布拉菲用数学方法证明空间点阵共有且只能有14种，并归纳为七个晶系。1金属资料的根底知识1金属资料的根底知识1金属资料的根底知识原子原子的结合晶 体晶体构造空间点阵1金属资料的根底知识 热压烧结 电弧等离子 热挤压1金属资料的根底知识3、晶体缺陷晶格的不完好部位称晶体缺陷。实践金属中存在着大量的晶体缺陷，按外形可分三类，即点、线、面缺陷。l空位 (Schottky 缺陷)l间隙原子 (Frenkel 缺陷)l错位缺陷l异类原子 (杂质原子) Schottky 缺陷 Frenkel 缺陷 错位缺陷点缺陷的类型1金属资料的根底知识1金属资料的根底知识 线缺陷晶体中的位错 位错：晶格中一部分晶体相对于

5、另一部分晶体发生部分滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界限称作位错。分为刃型位错和螺型位错。l 刃位错l 螺位错l 混合位错1金属资料的根底知识面缺陷晶界与亚晶界晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为510个原子间距，位向差普通为2040。亚晶粒是组成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(10 2 )的小晶块。亚晶粒之间的交界面称亚晶界。亚晶界也可看作位错壁。亚晶粒亚晶粒大角度和小角度晶界大角度和小角度晶界位错壁位错壁Fe - Fe3C 相图分析1金属资料的根底知识1金属资料的根底知识铁碳相图的运用铁碳相图的运用1 1、选用资料：、选用资料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不一样，从而

6、导致其力学性能由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不一样，从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的资料。不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的资料。2 2、判别切削加性能：、判别切削加性能： 低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体含量比例适当，钢的硬低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。度适当，易于加工。3 3、制定热加工工艺：、制定热加工工艺： 在铸造工艺方面，根据相图可以确定适宜的熔化温度和浇注温度，含碳量为在铸造工艺方面，根据相图可以确定适

7、宜的熔化温度和浇注温度，含碳量为4.3%4.3%的铸的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。体区。4 4、运用于热处置消费：、运用于热处置消费： 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进展热处置。并且可由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进展热处置。并且可以正确选择加热温度。以正确选择加热温度。1金属资料的根底知识铁碳合金含碳量为2.11%6.69%的铁碳合金。共晶白口铸铁： 含碳量为4.3%;亚共晶白口铸铁：含碳量在2.11%4.3%之间；过

8、共晶白口铸铁：含碳量在4.3%6.69%之间；含碳量小于0.02%的铁碳合金。工业纯铁碳钢白口铸铁 含碳量为0.02%2.11%的铁碳合金。根据金相 组织的不同，可分为三种。共析钢： 含碳量为0.77%;亚共析钢：含碳量在0.02%0.77%之间；过共析钢：含碳量在0.77%2.11%之间；铁碳合金的分类铁碳合金的分类1金属资料的根底知识 知识要点金属热处置及分类退火和正火淬火及淬火组织转变回火及调质处置加热及冷却组织转变热处热处置置金属热处置的意义：是经过改动工件内部的显微组织，或改动工件外金属热处置的意义：是经过改动工件内部的显微组织，或改动工件外表的化学成分，赋予或改善工件的运用性能。其

9、特点是改善工件的内表的化学成分，赋予或改善工件的运用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这普通不是肉眼所能看到的。在质量，而这普通不是肉眼所能看到的。金属热处置过程：包括加热、保温、冷却三个过程，有时只需加热和金属热处置过程：包括加热、保温、冷却三个过程，有时只需加热和冷却两个过程。冷却两个过程。 金属加热时，工件暴露在空气中，经常发生氧化、脱碳，因此金属加热时，工件暴露在空气中，经常发生氧化、脱碳，因此金属通常应在可控气氛或维护气氛中、熔融盐中和真空中加热。加热金属通常应在可控气氛或维护气氛中、熔融盐中和真空中加热。加热温度是热处置工艺的重要工艺参数之一。温度是热处置工艺的重要工艺参数之一。

10、 冷却是热处置工艺过程中不可短少的步骤，冷却方法因工艺不冷却是热处置工艺过程中不可短少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。普通退火的冷却速度最慢，正火的同而不同，主要是控制冷却速度。普通退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。2钢的热处置热处置热处置普通整体热处置普通整体热处置外表热处置外表热处置退火退火正火正火淬火淬火回火回火外表淬火外表淬火外表化学热处置外表化学热处置感应加热外表淬火感应加热外表淬火火焰加热外表淬火火焰加热外表淬火激光加热外表淬火等激光加热外表淬火等渗碳渗碳渗氮渗氮碳氮共渗碳氮共渗渗金属等渗金属等金属热

11、处置分类金属热处置分类2钢的热处置 一、退火2钢的热处置 a. 正火是在空气中冷却，冷却速度快，所正火是在空气中冷却，冷却速度快，所获获得的组织更细。得的组织更细。 b. 正火后的强度、硬度较退火后的稍高，正火后的强度、硬度较退火后的稍高，而而塑性、韧性那么稍低。塑性、韧性那么稍低。 c. 不占用设备；消费率高。不占用设备；消费率高。2钢的热处置一、外表淬火一、外表淬火外表淬火是仅对工件表层进展淬火的工外表淬火是仅对工件表层进展淬火的工艺。艺。目的：为了获得高硬度的外表层和有利目的：为了获得高硬度的外表层和有利的剩余应力分布，提高工件的硬度和耐的剩余应力分布，提高工件的硬度和耐磨性。磨性。外表

12、淬火加热的方法很多，如感应加热、外表淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、电接触加热、激光加热等火焰加热、电接触加热、激光加热等2钢的热处置 有两种根本形状：板条马氏体和片状马氏体。有两种根本形状：板条马氏体和片状马氏体。 W WC C0.20%0.20%时：构成板条状马氏体也称低碳马氏时：构成板条状马氏体也称低碳马氏体，板条马氏体内有高密度的位错缠结的亚构造，又称体，板条马氏体内有高密度的位错缠结的亚构造，又称为位错马氏体。为位错马氏体。 2钢的热处置 板条马氏体2钢的热处置 马氏体的塑性和韧性主要取决于它的亚构造。在一马氏体的塑性和韧性主要取决于它的亚构造。在一样屈服强度条件下，板条位

13、错型马氏体比片状孪样屈服强度条件下，板条位错型马氏体比片状孪晶型马氏体的韧性好得多。晶型马氏体的韧性好得多。 马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量，通常情马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量，通常情况是随含碳量的添加而升高。况是随含碳量的添加而升高。2钢的热处置水溶性聚合物淬火介质，和淬水溶性聚合物淬火介质，和淬火油改性添加剂：采用有机物火油改性添加剂：采用有机物和无机物等配制而成的，由于和无机物等配制而成的，由于冷却才干可调整，运用中介质冷却才干可调整，运用中介质浓度可简便测定，有减少变形浓度可简便测定，有减少变形、防止淬裂，不锈蚀、免清洗、防止淬裂，不锈蚀、免清洗、 无味、无烟雾、不着火，

14、运无味、无烟雾、不着火，运用温度高，环保、少无污染，用温度高，环保、少无污染，正常耗费是传统油淬火的正常耗费是传统油淬火的40%40%等等特点，因此在国内外已普及推特点，因此在国内外已普及推行运用。行运用。 2钢的热处置温回火、中温回火和高温回火。温回火、中温回火和高温回火。2钢的热处置2钢的热处置2钢的热处置热处置方式热处置方式定义定义作用作用退火将金属构件加热到高于或低于临界点，坚持一定时间，随后缓慢冷却。降低硬度，改善切削加工性；消除剩余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向使金属内部组织到达或接近平衡形状。正火将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却。正火的效果同退火类似，只是得到的组织更细，

15、常用于改善资料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处置。淬火将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。使钢件变硬，但同时变脆。回火将淬火后的钢件在高于室温而低于650的某一适当温度进展长时间的保温，再进展冷却，这种工艺称为回火。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650的某一适当温度进展长时间的保温，再进展冷却。调质淬火+回火获得一定的强度和韧性2钢的热处置q 固态相变固态相变2钢的热处置2钢的热处置2钢的热处置 合金元素合金元素TiTi、ZrZr、V V、NbNb、AlAl等，当其构成弥散稳等，当其构成弥散稳定的碳化物和氮化物时，由

16、于分布在晶界上，因此妨碍定的碳化物和氮化物时，由于分布在晶界上，因此妨碍晶界的迁移，阻止奥氏体晶粒长大，有利于得到细晶粒晶界的迁移，阻止奥氏体晶粒长大，有利于得到细晶粒钢。钢。MnMn和和P P是促进奥氏体晶粒长大的元素。是促进奥氏体晶粒长大的元素。 2钢的热处置合金元素在钢中的作用镍：添加强韧性、耐蚀性、耐磨性、弹性细述和低温冲击抵抗性镍：添加强韧性、耐蚀性、耐磨性、弹性细述和低温冲击抵抗性铬：添加耐磨性、耐蚀性及高温强度铬：添加耐磨性、耐蚀性及高温强度钨：添加耐磨性及高温强度、硬度钨：添加耐磨性及高温强度、硬度硅：添加耐热性、耐蚀性；低合金钢之强度添加，添加电磁气性质硅：添加耐热性、耐蚀性

17、；低合金钢之强度添加，添加电磁气性质锰：高温之抗拉强度、硬度添加，防止因硫而产生的脆性锰：高温之抗拉强度、硬度添加，防止因硫而产生的脆性钼：作用与钨一样，但效果大两倍钼：作用与钨一样，但效果大两倍钴：添加硬度与磁性钴：添加硬度与磁性钒：添加韧性、耐磨性、淬火性钒：添加韧性、耐磨性、淬火性钛：添加耐高温强度及对海水的耐蚀性钛：添加耐高温强度及对海水的耐蚀性铜：添加在空气中之抗氧化性及抗蚀性铜：添加在空气中之抗氧化性及抗蚀性铝：添加流动性铝：添加流动性磷：添加耐蚀性，但超越磷：添加耐蚀性，但超越0.10.1时会有热脆性时会有热脆性硫：添加钢的切削性及热脆性，但普通含量要少硫：添加钢的切削性及热脆性

18、，但普通含量要少2钢的热处置2钢的热处置 2. 2. 等温冷却曲线等温冷却曲线(C(C曲线、曲线、TTTTTT曲线：表示过冷奥氏体等温冷却时组织的曲线：表示过冷奥氏体等温冷却时组织的转变。转变。2钢的热处置板状马氏板状马氏体体马氏体变温构成，与马氏体变温构成，与t保无关；保无关；马氏体转变不完全性，钢马氏体转变不完全性，钢中常存在剩余中常存在剩余A性能下降性能下降,常要求淬火常要求淬火T接近接近Mf “冷处置冷处置.马氏体性能与含碳量有关马氏体性能与含碳量有关 非分散型非分散型Fe和和C均均不分散不分散C在在-Fe中的过饱中的过饱和固溶体和固溶体bcc240-50M片针片针状马氏体状马氏体马马

19、氏氏体体板状：低碳钢中，板状：低碳钢中， F和和 Fe2.4C的复相组织。的复相组织。 片状：高碳钢中，复相组织。片状：高碳钢中，复相组织。F饱和饱和+ Fe2.4C350240B下下下贝氏体下贝氏体羽毛状：在平行密排的过饱和羽毛状：在平行密排的过饱和F板条间，板条间，不均匀分布短杆片状不均匀分布短杆片状Fe3C ,脆性大，脆性大，工业上不运用工业上不运用半分散型半分散型只需只需C分散分散F饱和饱和+ Fe3C550350B上上上贝氏体上贝氏体贝贝氏氏体体间距：间距：0.030.08m，2000 600550T屈氏体屈氏体间距：间距：0.250.08m，1000 650600S索氏体索氏体片层

20、间距：片层间距：0.251.9m，500分散型分散型Fe和和C均分散均分散F+Fe3CA1650P珠光体珠光体珠珠光光体体 特特 征征转变类型转变类型相组成相组成转变温度转变温度/符符号号组织称号组织称号注：注：w wc c1.01.0时构成片状马氏体，时构成片状马氏体，HRC64HRC646666； w wc c0.20.2时构成板状马氏体，时构成板状马氏体， HRC30 HRC3050 50 。2钢的热处置3. 3. 延续冷却转变延续冷却转变CCTCCT图：过冷奥氏体在不同冷却速度下冷却时组织图：过冷奥氏体在不同冷却速度下冷却时组织的转变。有更大的实践意义。的转变。有更大的实践意义。2钢的

21、热处置2钢的热处置2钢的热处置第三章：常见热处置缺陷分析第三章：常见热处置缺陷分析热处置是将金属资料以一定的速度加热到预热处置是将金属资料以一定的速度加热到预定温度并坚持预定的时间，再以预定的冷却定温度并坚持预定的时间，再以预定的冷却速度进展冷却的综合工艺方法。速度进展冷却的综合工艺方法。 对金属资料进展热处置主要源于提高其综合对金属资料进展热处置主要源于提高其综合机械性能，符合零件在消费制造中所遵照的机械性能，符合零件在消费制造中所遵照的“工艺组织成分性能的原那么。工艺组织成分性能的原那么。 知识要点氧化与脱碳淬火软点过热缺陷过烧缺陷淬火裂纹热处置热处置缺陷缺陷 1 1、氧化与脱碳、氧化与脱

22、碳 金属资料在空气或其他金属资料在空气或其他氧化性气氛中加热时，氧化性气氛中加热时，其外表即发生氧化作用其外表即发生氧化作用，并生成氧化层，同时，并生成氧化层，同时外表还会减少或完全失外表还会减少或完全失去碳分。即氧化与脱碳去碳分。即氧化与脱碳。 钢在钢在A3A3以上加热或以上加热或A1A1以以上加热时，强脱碳构成上加热时，强脱碳构成柱状晶脱碳；弱脱碳产柱状晶脱碳；弱脱碳产生粒状晶脱碳。生粒状晶脱碳。 危害：危害： 引起构件的严重变形与引起构件的严重变形与早期断裂早期断裂 工具钢外表脱碳那么往工具钢外表脱碳那么往往构成淬火裂纹往构成淬火裂纹 冷变形压力加工时易在冷变形压力加工时易在外表出现裂纹

23、外表出现裂纹常见热处置缺陷分析常见热处置缺陷分析2 2、淬火软点、淬火软点淬火软点特征：在经淬火后的零件外淬火软点特征：在经淬火后的零件外表有时会发现斑点，由于斑点处的硬表有时会发现斑点，由于斑点处的硬度较低，称为软点。度较低，称为软点。产生缘由：产生缘由：1 1、工件原来的显微组织不均匀。、工件原来的显微组织不均匀。在淬火前进展预先的正火、球化处置在淬火前进展预先的正火、球化处置，使组织均匀，使组织均匀2 2、钢件的淬透性缺乏，而工件的截、钢件的淬透性缺乏，而工件的截面又较大。面又较大。 改用淬透性较高的钢材。改用淬透性较高的钢材。3 3、工件外表脱碳。、工件外表脱碳。4 4、淬火介质的冷却

24、速度较低。、淬火介质的冷却速度较低。5 5、加热缺乏，如加热温度低或保温、加热缺乏，如加热温度低或保温时间缺乏。时间缺乏。6 6、工件外表不够清洁，如有油迹、工件外表不够清洁，如有油迹、铁锈存在。铁锈存在。常见热处置缺陷分析常见热处置缺陷分析 3 3、过热缺陷、过热缺陷 过热特征：表现为组过热特征：表现为组织粗化，使资料冲击织粗化，使资料冲击韧性显著降低。韧性显著降低。 过热产生缘由：由于过热产生缘由：由于加热温度过高或保温加热温度过高或保温时间过长，往往会引时间过长，往往会引起晶粒普遍长大，而起晶粒普遍长大，而使淬火后组织粗大。使淬火后组织粗大。常见热处置缺陷分析常见热处置缺陷分析 4 4、

25、过烧缺陷、过烧缺陷 表现为除晶粒粗大外表现为除晶粒粗大外，部分晶粒或大部分，部分晶粒或大部分晶粒趋于熔化形状。晶粒趋于熔化形状。常见热处置缺陷分析常见热处置缺陷分析 5 5、淬火裂纹、淬火裂纹 淬火裂纹的特征：淬火裂纹的特征： 多数情况下裂纹由外多数情况下裂纹由外表向心部扩展，宏观表向心部扩展，宏观形状较平直。形状较平直。 从宏观与微观看，裂从宏观与微观看，裂纹两侧均无脱碳。纹两侧均无脱碳。 产生缘由：产生缘由： 较大的拉应力要素。较大的拉应力要素。如冷却太剧烈、未及如冷却太剧烈、未及时回火、设计不合理时回火、设计不合理等等 材质缺陷。如晶粒粗材质缺陷。如晶粒粗大、夹杂物缺陷、网大、夹杂物缺陷、网状碳化物、外表脱碳状碳化物、外表脱碳、严重偏析等、严重偏析等常见热处置缺陷分析常见热处置缺陷分析热处置缺陷分析从断口分析人热处置缺陷分析从断口分析人手，辅以化学成分分析、金相手，辅以化学成分分析、金相分析、力学性能实验、无损检分析、力学性能实验、无损检验等检验方法，调查工艺过程验等检验方法，调查工艺过程，进展必要的验证实验。最后，进展必要的验证实验。最后将各种分析、实验结果及数据将各种分析、实验结果及数据进展综合分析，得出结论，并进展综合分析，得出结论，并提出改良措施。提出改良措施。1断口分析断口分析 2化学