中文版考3钢的热处理

1、第三章钢的热处理HEAT TREATMENT OF STEELn 什么是钢的热处理 通过对钢件进行加热、保温、冷却， 从而改变钢件性能的操作SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYTHE END退火正火淬火回火表面淬火表面化学热处理普通热处理表面热处理热处理真空热处理可控气氛热处理特种热处理形变热处理SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYTHE END第一节钢在加热时的转变TRANSFOEM

2、ATION OF STEELASBEING HEATED加热保温的目的：获得成分均匀、晶粒细小的奥氏体SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYTHE END 一、奥氏体的形成 1. 共析钢奥氏体的形成过程 共析钢奥氏体的形成过程示意图 2. 亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYTHE END第二节奥氏体转变图TANSFORMATION DIAGRAM O

3、F AUSTENITE 一、奥氏体等温转变图共析钢曲线测定原理示意图SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYTHE END1. 奥氏体等温转变图测定原理 2. 共析钢的奥氏体等温转变图分析A1550珠光体型转变550230贝氏体型转变< 230马氏体型转变共析钢的奥氏体等温转变图SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY1)珠光体型转变珠光体形成示意图A1650650600珠光体(P)粗片

4、状铁素体与渗碳体交替排列的混合物细片状铁素体与渗碳体交替排列的混合物极细片状铁素体与渗索氏体(S) 600550托氏体(T) 碳体交替排列的混合物SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY不同等温温度形成的珠光体显微组织 (a) 655 (b) 600 (c)534珠光体(P) 索氏体(S) 托氏体(T) SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2)贝氏体型转变贝氏体( B) 过饱和铁素体与渗碳

5、体组成的混合物550350 上贝氏体( B上 )350230 下贝氏体( B下上贝氏体( B上) 相互平行的过饱和铁素体片与分布在片间的断续细小渗碳体组成的羽毛状混合物脆性大性能差)共析钢的奥氏体等温转变图SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY上贝氏体形成示意图上贝氏体的显微组织(a)光镜(b)扫描电镜SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY下贝氏体( B下 ) 针叶状的过饱和铁素体与分布在

6、其中的极细小的渗碳体粒子组成的混合物脆性小性能好下贝氏体形成示意图下贝氏体的显微组织 (a)光镜(b)扫描电镜SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY3)马氏体型转变T< 230 马氏体( M )马氏体( M) 碳在a-Fe中的过饱和固溶体> 1.0%)高碳马氏体( wC片(或针)状，硬而脆< 0.25%)低碳马氏体(wC板条状，强而韧共析钢的奥氏体等温转变图SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTON

7、G UNIVERSITY高碳马氏体形成过程示意图Fe-1.8 wt. % C合金冷却到下列不同温度形成高碳马氏体的过程(a) 24 (b) 60 (c) 100 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY高碳马氏体的显微组织a)淬火态b)回火态低碳马氏体的显微组织SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 3. 亚共析钢的奥氏体等温转变图 与共析钢的奥氏体等温转变图相比，亚共析钢的奥氏体等温转变图

8、多一条 AF 转变线亚共析钢等温转变图(a)与共析钢等温转变图(b)的比较SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 4. 过共析钢的奥氏体等温转变图 与共析钢的奥氏体等温转变图相比，过共析钢的奥氏体等温转变图多一条 AFe3C转变线过共析钢等温转变图(c)与共析钢等温转变图(b)的比较SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 5. 影响奥氏体等温转变图的主要因素 1)碳含量的影响 形 状 过共

9、析钢的多一条AFe3C线 共析钢的最靠右 2)合金元素的影响 形 状 位 置 不讲除Co外，其他都使“”曲线右 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 二、奥氏体连续冷却转变图( 以共析钢为例) 与“C”曲线相向右下方移动 比无贝氏体转变 共析钢奥氏体连续冷却转变图（实线）与等温转变图（虚线）的比较SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYv1 v2 v3 v4 P S T + M + AA

10、M +vC M +A共析钢奥氏体等温转变图在连续冷却时应用示意图SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第三节钢的普通热处理COMMON HEAT TREATMENT OF STEEL钢的退火钢的正火钢的淬火钢的回火SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 一、钢的退火 完全退火球化退火去应力退火 均匀化退火 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERIN

11、G OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 1. 完全退火 工艺： Ac3 以上3050加热保温后， 随炉冷却至500以下出炉空冷适用于：中碳钢1)2)A3A1温度3)组织：时 间目的： 调整硬度，以利切削4)细化组织，提高力学性能SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2. 球化退火 工艺：Ac1以上3050加热保温后，在A1温度上下

12、反复升温降温，后随炉冷却至600以下出炉空冷1)2)适用于：高碳钢A1温度组织： P球3)时间4)目的：调整硬度，以利切削SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY二、钢的正火亚共析钢: Ac3以上3050加热、空冷共析钢: Ac1以上3050加热、空冷过共析钢: Accm以上3050加热、空冷 1. 工艺 3. 组织A1温度亚共析钢: F+SS共析钢:过共析钢: S+ Fe3C时间低碳钢: 调整硬度,以利切削过共析钢: 消除网状Fe3C , 以利球化中碳钢制一般零件: 做为最终热处理SCHOO

13、L OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2. 目的SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 三、钢的淬火 1. 目的获得马氏体,以提高硬度加热后快冷（大于临界冷却速度） 亚共析钢: Ac3以上3050共析、过共析钢: Ac1以上3050 2. 工艺 3. 淬火介质1)理想的冷却速度钢的理想淬火冷却速度SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN

14、 JIAOTONG UNIVERSITY2)常用淬火介质 “神刀蒲元”的故 水：淬冷能力强，但工件表面有软点，易变形开裂盐水：淬冷能力更强，工件表面光洁、无软点，但更易变形开裂油：淬冷能力弱，但工件不易变形开裂4. 常用淬火方法SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY常用淬火方法示意图(a) 单液淬火法 (b) 双液淬火法 (c) 分级淬火法 (d) 等温淬火法SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVER

15、SITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 4. 钢的淬透性 1) 钢的淬透性 钢在淬火时获得淬硬层深度大小的能力淬硬层工件表面至半马氏体层之间的区域(a) 顶端淬火法(b) 淬透性曲线SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2)影响淬透性的主要因素钢的 wC %：合金元素：淬硬性正常淬火条件下,以超过临界冷却速度冷却所形成的马氏体达到的硬度高低.主要取决于钢的含碳量.3) 如何在选材中

16、考虑钢的淬透性 淬透性要高 淬透性不必高 淬透性不能高 横截面受力均匀的零件：横截面受力不均匀的零件： 避免脆性断裂的零件： SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 四、钢的回火 将淬过火的钢在A1以下温度加热保温后空冷 1. 工艺 降低硬度，提高塑性 2. 目的 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 3. 回火的种类、组织、性能及应用 种类低温回火中温回火高温回火500650温度150

17、250350500M回+A残T回高s S、高s eS回组织适当的强、硬度足够的塑、韧性HRC2535高硬度高耐磨HRC5864性能一定韧性HRC3545工具、滚动轴承弹簧应用重要零件SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY回火马氏体 M回 过饱和a固溶体+碳化物极细粒状 Fe3C细粒状 Fe3CF+F+M回比 M T回比T S回比 S注意：相同硬度下SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY高碳

18、马氏体的显微组织a)淬火态b)回火态SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY钢的力学性能随回火温度的变化a)不同含碳量的硬度变化 b) 35钢的各种力学性能变化SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第四节钢的表面热处理SURFACE HEAT TREA

19、TMENT OF STEEL 一、表面淬火使工件表硬心韧，如曲轴、齿轮 1. 目的过低：表面硬度不足过高：心部韧性不足wC= 0.4 - 0.5%火焰加热表面淬火感应加热表面淬火 3. 常用方法 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 4. 火焰加热表面淬火特点：设备简单，质量不易保证，适合单件火焰加热表面淬火示意图2喷水管 3加热层 4工件1烧嘴5淬硬层SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSI

20、TY 5. 感应加热表面淬火 1)基本原理感应电流的集肤效应感应电流频率高频 100500KHz 深度小中频 50010000Hz2)低频 50Hz深度大感应加热表面淬火示意图1加热淬火层2间隙3工件4加热感应圈5淬火喷水套SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY3)预先热处理(1) 目的：使工件心部具有高的综合力学性能一般零件:重要零件:正火处理调质处理(淬火高温回火)(2) 方法4)后续热处理：低温回火表层：中碳M回+A残5)6)7)最终组织心部： S回或 P+F特点：设备复杂，质量高，适合批量生产应用举例：中碳钢制齿轮制造工艺路线下料锻造退火粗调质精感应淬火低温回火精磨成品SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE A