2.1第三章热处理储运传ppt课件

1、2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院1第三章 钢的热处理1 热处置定义 将钢在固态下，经过加热、保温暖冷却，以获得预期组织和性能的工艺。保温保温冷却冷却加热加热温度温度/时间时间/s0临界温度临界温度 为简明表为简明表示热处置的根示热处置的根本工艺过程，本工艺过程，通常用温度通常用温度时间坐标绘出时间坐标绘出热处置工艺曲热处置工艺曲线。线。3.1 概概 述述一、热处置概述2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院2第三章 钢的热处理2 2、热处置特点、热处置特点: : 热处置区别于其热处置区别于其他加工工艺如铸造、压力加工他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只经过改动

2、工件的等的特点是只经过改动工件的组织来改动性能，而不改动其组织来改动性能，而不改动其外形。外形。 铸造铸造轧制轧制l3 3、热处置适用范围、热处置适用范围: :只适只适用于固态下发生相变的资用于固态下发生相变的资料，不发生固态相变的资料，不发生固态相变的资料不能用热处置强化。料不能用热处置强化。 2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院3第三章 钢的热处理4.4.热处置目的和运用范围热处置目的和运用范围 目的：改动钢的性能；目的：改动钢的性能； 运用范围：整个制造业。运用范围：整个制造业。5.5.热处置的分类热处置的分类 热处置原理：描画热处置时钢中组织转变的规律。热处置原理：描画

3、热处置时钢中组织转变的规律。 热处置工艺：根据热处置原理制定的温度、时间、介质等参数。热处置工艺：根据热处置原理制定的温度、时间、介质等参数。(a)940淬火淬火+220回火板条回火板条M回回+A少少(b)(c)(d)940淬火淬火+820、780、750淬火板条淬火板条M+条状条状F+A少少(e)940淬火淬火+780淬火淬火+220回火板条回火板条M回回+条状条状F+A少少(f)780淬火淬火+220回火板条回火板条M回回+块状块状F 20CrMnTi钢不同热处置工艺的显微组织钢不同热处置工艺的显微组织2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院4第三章 钢的热处理u根据加热、冷却

4、方式及钢组织性能变化特点不同，将热处置工根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处置工艺分类如下：艺分类如下：其他热处置其他热处置普通热处置普通热处置外表热处置外表热处置热处置热处置退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空热处置形真空热处置形变热处置激光变热处置激光热处置热处置控制气氛热处置控制气氛热处置外表淬火外表淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰加热、电接触加热等电接触加热等化学热处置化学热处置渗碳、氮化、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院5第三章 钢的热处理6.6.预备热处置与最终热处置预备热处置与最终热处

5、置预备热处置：为随后的加工冷拔、冲压、切削或进一步热预备热处置：为随后的加工冷拔、冲压、切削或进一步热处置作预备的热处置。处置作预备的热处置。最终热处置：赋予工件所要求的运用性能的热处置。最终热处置：赋予工件所要求的运用性能的热处置。预备热处置预备热处置最终热处置最终热处置W18Cr4V钢热处置工艺曲线钢热处置工艺曲线时间时间温度温度/2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院6第三章 钢的热处理 用用Ac1、Ac3、Accm表示表示;冷却时的实践转变温度分别用冷却时的实践转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。表示。 由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此普通手册中的数据由于加

6、热冷却速度直接影响转变温度，因此普通手册中的数据是以是以30-50/h 的速度加热或冷却时测得的的速度加热或冷却时测得的.7. 临界温度与实践转变温度临界温度与实践转变温度 铁碳相图中铁碳相图中PSK、GS、ES线线分别用分别用A1、A3、Acm表示表示. 实践加热或冷却时存在着过冷实践加热或冷却时存在着过冷或过热景象，因此将钢加热时或过热景象，因此将钢加热时的实践转变温度分别的实践转变温度分别2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院7第三章 钢的热处理 加热是热处置的第一道工序。加热分两种：一种是在加热是热处置的第一道工序。加热分两种：一种是在A1A1以以下加热，不发生相变；另一

7、种是在临界点以上加热，目的是获下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。 钢坯加热钢坯加热1. 奥氏体的构成过程奥氏体的构成过程 奥氏体化也是形核和长大的过程，奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以共析钢为例阐分为四步。现以共析钢为例阐明：明：二、钢在加热时的转变2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院8第三章 钢的热处理u第一步 奥氏体晶核构成：首先在F与Fe3C相界形核。u第二步 奥氏体晶核长大：A 晶核经过碳原子的分散向 和Fe3C方向长大。u第三步 剩余Fe3C溶解: 铁素体的成分、构造更接近

8、于奥氏体，因此先消逝。剩余的Fe3C随保温时间延伸继续溶解直至消逝。u第四步 奥氏体成分均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，经过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院9第三章 钢的热处理u亚共析钢和过共析钢的奥氏体化亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢根本一样。但由于过程与共析钢根本一样。但由于先共析先共析F F或二次或二次Fe3CFe3C的存在，要的存在，要获得全部奥氏体组织，必需相应获得全部奥氏体组织，必需相应加热到加热到Ac3Ac3或或AccmAccm以上以上. .2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院10第三章

9、 钢的热处理2. 奥氏体晶粒长大及其影响要素1、奥氏体晶粒长大、奥氏体晶粒长大 起始晶粒度：珠光体向奥氏体转变刚刚完成时的晶粒度起始晶粒度：珠光体向奥氏体转变刚刚完成时的晶粒度 ,此时晶此时晶粒细小均匀。粒细小均匀。 实践晶粒度：钢在某一详细加热条件下的晶粒度；实践晶粒度：钢在某一详细加热条件下的晶粒度； 本质晶粒度：度量钢本身晶粒在本质晶粒度：度量钢本身晶粒在930以下，随温度升高以下，随温度升高,晶粒长晶粒长大的程度，表示奥氏体长大倾向。大的程度，表示奥氏体长大倾向。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院11第三章 钢的热处理 通常将钢加热到940 10奥氏体化后，设法把奥氏

10、体晶粒保管到室温来判别。 A 晶粒度为1-4 级的是本质粗晶粒钢, 5-8 级的是本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。 随加热温度升高或保温时间延伸，奥氏体晶粒将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程一样。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院12第三章 钢的热处理2、影响奥氏体晶粒长大的要素加热温度和保温时间：加热温度高、保温时间长，A 晶粒粗大。加热速度：加热速度越快,过热度越大, 形核率越高, 晶粒越细。钢的化学成分 碳含量：在一定范围内，随着奥氏体中碳含量添加，晶粒长大倾向增大，但碳量超越一定值后，碳能以未溶碳化物形状存

11、在，反使晶粒长大倾向减小 合金元素：妨碍奥氏体晶粒长大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物构成元素。促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 原始组织: 平衡形状的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处置的关键问题之一。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院13第三章 钢的热处理u冷却是热处置的最后一个工序，也是最关键的工序，它决议了钢热处置后的组织和性能。同一种钢，加热温度和保温时间一样，冷却方法不同，热处置后的性能截然不同。这是由于过冷奥氏体

12、在冷却过程中转变成了不同的产物。那么奥氏体在冷却时转变成什么产物？有什么规律呢？三、 钢在冷却时的转变2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院14第三章 钢的热处理u 延续冷却转变u使加热到奥氏体u化的钢延续降温进展u组织转变u 等温冷却转变u使加热到奥氏体u化的钢以较快的冷却u速度冷到A1以下某温u度保温，在等温下发u生组织转变。 冷却方式2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院15第三章 钢的热处理n过冷奥氏体的等温冷却转变 建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲线建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲线 - - TTTTTT曲线曲线 ( C ( C 曲线曲线 ) )T -

13、 timeT - temperatureT - transformation1. 1. 过冷奥氏体的转变产物及转变过程过冷奥氏体的转变产物及转变过程 当温度在当温度在A1A1以上时以上时, , 奥氏体是稳定的。当温度降到奥氏体是稳定的。当温度降到A1A1以下以下后，奥氏体即处于过冷形状，这种奥氏体称为过冷奥氏体。过后，奥氏体即处于过冷形状，这种奥氏体称为过冷奥氏体。过冷冷A A是不稳定的，会转变为其它的组织。钢在冷却时的转变，本是不稳定的，会转变为其它的组织。钢在冷却时的转变，本质上是过冷质上是过冷A A的转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体的转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转

14、变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。 现以共析钢为例阐明：现以共析钢为例阐明：2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院16第三章 钢的热处理2.2.共析碳钢共析碳钢 TTT TTT 曲线的分析曲线的分析稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体区A向产向产物转变开场线物转变开场线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A +产产 物物 区区产物区产物区A1550;高温转变区高温转变区;分散型转变分散型转变; P 转变区。转变区。550230;中温转变中温转变区区; 半分散型转变半分散型转变; 贝氏体贝氏体( B ) 转变区转变区;2

15、30 - 50; 低温转低温转变区变区; 非分散型转变非分散型转变;马氏体马氏体 ( M ) 转变区。转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院17第三章 钢的热处理3.转变产物1珠光体转变 过冷奥氏体在 Ar1到 550间将转变为珠光体类型组织，它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物。珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体根据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和屈氏体.2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院18第三章 钢的热处理珠光体型珠光体型 (

16、 P ，Pearlite) 转变转变 ( Ar1550，分散性转变，分散性转变:Ar1650 : P ; 525HRC; 片间距为片间距为0.60.7m ( 500 )。650600 : 细片状细片状P-索氏体索氏体(S); 片间距为片间距为0.20.4m (1000); 2536HRC。600550:极细片状极细片状P-屈氏体屈氏体(T); 片间距为片间距为0.2m ( 电镜电镜 ); 3540HRC。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院19第三章 钢的热处理2贝氏体贝氏体Bainite，半分散性转变，半分散性转变u中温转变：550 Ms点u转变特点：半分散型，铁原子不分散，

17、碳原子有一定的分散才干。u转变产物：贝氏体，即Fe3C或碳化物分布在含碳过饱和的铁素体上的两相混合物。l上贝氏体： 550 350，呈羽毛状,小片状Fe3C分布在F体条间。强度和韧性差。l下贝氏体： 350 Ms点，呈针状,韧性高，综合力学性能好。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院20第三章 钢的热处理u上贝氏体强度与塑性都较低，无适用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无适用价值。u下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是消费上常用的强化组织之一。有良好的综合力学性能，是消费上常用的强化组织

18、之一。 2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院21第三章 钢的热处理u当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏体类型组织。u马氏体转变是强化钢的重要途径之一。u马氏体Martensite概念：碳在-Fe中的过饱和固溶体。用M表示。u马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保管到马氏体中。马氏体组织马氏体组织3马氏体型转变非分散性转变2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院22第三章 钢的热处理1马氏体的晶体构造: 由于碳的过饱和作用, 使-Fe晶格由体心立方变成体心正方晶格a=bc。轴比c/a 称马氏体的正方度。C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。当0.25%C时，c/a=1，此

19、时马氏体为体心立方晶格。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院23第三章 钢的热处理2马氏体的形状马氏体的形状分板条状和针状两类。板条状马氏体立体形状为细长的扁棒状在光镜下板条状马氏体为一束束的细条组织。光镜下光镜下电镜下电镜下2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院24第三章 钢的热处理u针状马氏体u立体形状为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。u在电镜下，亚构造主要是孪晶，又称孪晶马氏体。电镜下电镜下电镜下电镜下光镜下光镜下2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院25第三章 钢的热处理u马氏体的形状主要取决于其含碳量uC%小于0.2%时，组织几乎全部是板

20、条马氏体。uC%大于1.0%C时几乎全部是针状马氏体.uC%在0.21.0%之间为板条与针状的混合组织。马氏体形状与含碳量的关系马氏体形状与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院26第三章 钢的热处理45钢正常淬火组织钢正常淬火组织 先构成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿过晶界和孪晶界。后构成的马氏体片不能穿过先构成的马氏体片，所以越是后构成的马氏体片越细小。 原始奥氏体晶粒细，转变后的马氏体片也细。 当最大马氏体片细到光镜下无法分辨时，该马氏体称隐晶马氏体.2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院27第三章 钢的热处

21、理3马氏体的性能高硬度是马氏体性能的主要特点。马氏体的硬度主要取决于其含碳量。含碳量添加，其硬度添加。u当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。u合金元素对马氏体硬度的影响不大。u板条状马氏体：强度高、韧性好；针状马氏体：强度和硬度高，韧性差。马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院28第三章 钢的热处理u马氏体强化的主要缘由是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。u马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚构造的方式。针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。针状马氏体针状马氏体板条马氏体

22、板条马氏体马氏体的透射电镜形貌马氏体的透射电镜形貌2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院29第三章 钢的热处理4马氏体转变的特点马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：无分散性 铁和碳原子都不分散，因此马氏体的含碳量与奥氏体的含碳量一样。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院30第三章 钢的热处理u共格切变性u 由于无分散，晶格转变是以切变机制进展的。使切变部分的外形和体积发生变化，引起相邻奥氏体随之变形，在预先抛光的外表上产生浮凸景象。 马氏体转变马氏体转变切变表示图切变表示图马氏体转变产生的外表浮凸马氏体转变产生的外表浮凸2022-5-3材料科学与工程学院

23、材料科学与工程学院31第三章 钢的热处理u降温构成u 马氏体转变开场的温度称上马氏体点，用Ms 表示。 马氏体转变终了温度称下马氏体点，用Mf 表示。 只需温度到达Ms以下即发生马氏体转变。 在Ms以下，随温度下降，转变量添加，冷却中断，转变停顿。MfMsM(50%)M(90%)2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院32第三章 钢的热处理u高速长大u 马氏体构成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。u 当一片马氏体构成时，能够因撞击作用使已构成的马氏体产生裂纹。u转变不完全 即使冷却到Mf 点，也不能够获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称剩余奥氏体，用A 或 表示。

24、2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院33第三章 钢的热处理Ms、Mf 与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合金元素含量包括碳含量。马氏体转变后，A 量随含碳量的添加而添加，当含碳量达0.5%后，A量才显著。含碳量对马氏体转含碳量对马氏体转 变温度的影响变温度的影响含碳量对剩余奥含碳量对剩余奥氏体量的影响氏体量的影响2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院34第三章 钢的热处理过冷奥氏体转变产物共析钢 转变类型转变产物形成温度， 转变机制显微组织特征HRC获得工艺珠光体PA1650扩散型粗片状，F、Fe3C相间分布5-20退火S650600细片状，F、Fe3C相间分布20

25、-30正火T600550极细片状，F、Fe3C相间分布30-40等温处理贝氏体B上550350半扩散型羽毛状，短棒状Fe3C分布于过饱和F条之间40-50等温处理B下350MS竹叶状，细片状Fe3C分布于过饱和F针上50-60等温淬火马氏体M针MSMf无扩散型针状60-65淬火M*板条MSMf板条状50淬火2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院35第三章 钢的热处理4. 过冷奥氏体的延续冷却转变 过冷奥氏体延续冷却转变图又称CCT(Continuous-Cooling-Transformation diagram)曲线，是经过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。共析钢共析钢C

26、CTCCT曲线曲线过共析钢过共析钢CCTCCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCTCCT曲线曲线2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院36第三章 钢的热处理Vku共析碳钢 CCT 曲线建立过程表示图时间时间( lg )( lg )温度温度A1PZPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷Vk1炉冷炉冷空冷空冷Ps AP 开场线开场线Pz AP 终止线终止线K P型转变终止线型转变终止线Vk 上临界冷却速度上临界冷却速度 MS A M 开场温度开场温度 Mf A M 终止温度终止温度2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院37第三章 钢的热处理u过冷A的延续冷却转变曲线CCT曲线)

27、中，共析钢以大于Vk上临界冷却速度的速度冷却时, 得到的组织为M。冷却速度小于Vk下临界冷却速度时, 钢将全部转变为P型组织。共析钢过冷A在延续冷却转变时得不到B组织。在P转变区之下多了一条转变中止线。 u与共析钢的TTT曲线相比，共析钢的CCT曲线稍靠右靠下一点，阐明延续冷却时，A完成珠光体转变的温度较低，时间更长。u当延续冷却曲线碰到转变中止线时，P转变中止，余下的A不断坚持到Ms以下转变为M。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院38第三章 钢的热处理Vk Vk共析钢的共析钢的CCT曲线曲线u共析碳钢 TTT 曲线与CCT曲线的比较图中的Vk 为CCT曲线的临界冷却速度，即

28、获得全部马氏体组织时的最小冷却速度.Vk 为TTT曲线的临界冷却速度. Vk 1.5 Vk 。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院39第三章 钢的热处理uCCT曲线获得困难，TTT曲线容易测得。u可用TTT曲线定性阐明延续冷却时的组织转变情况。方法是将延续冷却曲线绘在C 曲线上，依其与C 曲线交点的位置来阐明最终转变产物。用用TTT曲线定性阐明共析钢延续冷却时曲线定性阐明共析钢延续冷却时的组织转变的组织转变炉冷炉冷空冷空冷油油冷冷水水冷冷PST+M+AM+A用用TTT曲线定性阐明共析钢延续冷却时曲线定性阐明共析钢延续冷却时的组织转变的组织转变炉冷炉冷空冷空冷油油冷冷水水冷冷PS

29、T+M+AM+A用用TTT曲线定性阐明共析钢延续冷却时曲线定性阐明共析钢延续冷却时的组织转变的组织转变炉冷炉冷空冷空冷油油冷冷水水冷冷PST+M+AM+A2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院40第三章 钢的热处理3.2 钢的退火和正火钢的退火和正火毛坯消费毛坯消费 预备热处置预备热处置 机械加工机械加工 最终热处置最终热处置 机械精加工机械精加工最终热处置最终热处置 : : 淬火淬火 ; ; 回火，目的回火，目的-使工使工件获得所要求的性能。件获得所要求的性能。 普通零件消费的工艺道路普通零件消费的工艺道路: :预备热处置预备热处置 : : 退火退火 ; ; 正火，目的正火，目

30、的-消除消除坯料、半废品中的某些缺陷，为后续冷加坯料、半废品中的某些缺陷，为后续冷加工，最终热处置作组织预备。工，最终热处置作组织预备。 2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院41第三章 钢的热处理一、钢的退火(Annealing of steel) 定义定义: 将钢件加热到高于或低于钢的临界点，保温一定时间，将钢件加热到高于或低于钢的临界点，保温一定时间，随后在炉内或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近随后在炉内或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平衡的组织的热处置工艺。平衡的组织的热处置工艺。目的目的: 调整硬度，便于切削加工。适宜加工的硬度为170-250HB

31、。 消除内应力，防止加工中变形。 细化晶粒，改善组织，均匀成分，提高力学性能。(4)为最终热处置作组织预备。 2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院42第三章 钢的热处理n 种类种类退火退火重结晶重结晶退退 火火低温低温退火退火完全退火完全退火分散退火分散退火球化退火球化退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火普通退火普通退火等温退火等温退火普通球化普通球化 退退 火火等温球化等温球化 退退 火火2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院43第三章 钢的热处理n退火工艺退火工艺1. 1. 完全退火完全退火工艺：将工件加热到工艺：将工件加热到Ac3+3050Ac3+3

32、050保温后缓冷炉冷的退保温后缓冷炉冷的退 火工艺。火工艺。目的：细化晶粒，消除应力，均匀化组织，降低硬度，便目的：细化晶粒，消除应力，均匀化组织，降低硬度，便 于切削加工。于切削加工。适于钢种：亚共析钢包括合金钢的铸、锻、焊件。低适于钢种：亚共析钢包括合金钢的铸、锻、焊件。低 碳钢及过共析钢不宜。碳钢及过共析钢不宜。组织：组织： F + P F + P或或P P。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院44第三章 钢的热处理2. 等温退火 亚共析钢加热到Ac3+3050, 共析、过共析钢加热到Ac1+30 50，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退

33、火可缩短工件在炉内停留时间，更适宜于孕育期长的合金钢。等温转变F + P。 除冷却方式外，其他均与完全退火一样。 高速钢等温退火与普通退火的比高速钢等温退火与普通退火的比较较2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院45第三章 钢的热处理3. 球化退火 球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。u工艺：将工件加热到Ac1+ 30-50 保温后缓冷，或者加热后冷却到略低于 Ar1 的温度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。u目的：降低硬度,改善切削性,为淬火作好预备。使Fe3C球化u适于钢种：过共析钢及合金钢。 u组织：球状P F +球状Fe3C2022-5-3材料科学与工程学院材

34、料科学与工程学院46第三章 钢的热处理u球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称球状珠光体, 用P球表示。球状珠光体球状珠光体l对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应先进展正火，以消除网状。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院47第三章 钢的热处理4. 分散退火工艺：加热至Ac3+150300，长时间保温 ，然后炉冷。 目的：使成分、组织均匀适于钢种：合金钢铸件及锻坯。组织：不变。但能够出现过热 ，且工件烧损严重。 5. 再结晶退火工艺：加热加热至T再+150250，保温后空冷。 目的：消除加工硬化，恢复原来的组织。 适于工件：冷扎、冷拉、冷冲等冷加工件。

35、6. 去应力退火工艺：加热至Ac1以下100200，保温，炉冷至200以下空冷。目的：去应力，以防钢件的变形及开裂。适于工件：铸、锻、焊接件及冷加工件。组织：不变。 2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院48第三章 钢的热处理消除内应力消除内应力500650去应力退火去应力退火消除加工硬化消除加工硬化TR +3050 再结晶退火再结晶退火过共析、共析钢过共析、共析钢使使Fe3C球化球化HRC， 韧性韧性，切削性，切削性为淬火作组织预备为淬火作组织预备Ac1 +2030球化退火球化退火亚共折钢、共析钢亚共折钢、共析钢细化晶粒，均匀化组织细化晶粒，均匀化组织降低硬度降低硬度 切削性切

36、削性消除内应力消除内应力Ac3 +3050完全退火完全退火高合金钢高合金钢均匀钢内部的化学成分均匀钢内部的化学成分略低于固相线略低于固相线分散退火分散退火适用钢种适用钢种退火目的退火目的加热温度加热温度退火工艺退火工艺2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院49第三章 钢的热处理二、钢的正火( Normalizing of steel )n定义: 把零件加温到临界温度以上3050,保温一段时间,然后在空气中冷却。 n 加热：亚共析钢加热到Ac3+30 50，共析钢加热到Ac1+3050，过共析钢加热到Accm+30 50。n冷却：空冷n正火比退火冷却速度大。n目的: n对于低、中碳

37、钢(0.6C%)，目的与退火的一样。n对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织预备。n普通件最终热处置。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院50第三章 钢的热处理 要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火。热处置与硬度关系热处置与硬度关系适宜切削加工硬度适宜切削加工硬度2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院51第三章 钢的热处理n热处置后的组织:n S+Fe3C (过共析钢)n S+F (亚共析钢400u 成为粒状Fe3C，600后粗化3.淬火钢回火时组织变化 淬火钢回火时的组织转变主要发生在加热阶段。随加热温度升高，淬火钢

38、的组织发生四个阶段变化。 2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院81第三章 钢的热处理u马氏体分解(100200)100回火时，钢的组织无变化。100-200加热时，马氏体将发生分解，从淬火马氏体中析出-碳化物薄片(- FeXC)，使马氏体过饱和度降低。部分剩余奥氏体转变为下贝氏体，但量不多。析出的有共格关系的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称回火马氏体，用M回表示。所以低温回火后组织为M回+A残。MM回相+-FeC 0.25% 23l 0.2%C 时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近的偏聚。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院82第三章 钢的热处理u剩

39、余奥氏体转变 (200300)u马氏体分解完成和碳化物的转变300400 200-300时, 由于马氏体分解，奥氏体所受的压力下降, Ms 上升，A分解为-碳化物和过饱和铁素体，即M回或B下。发生于250-400，此时，-碳化物溶解于F中，并从铁素体中析出Fe3C。到350, 马氏体含碳量降到铁素体平衡成分, 内应力大量消除，M回转变为在坚持马氏体形状的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C组织，称回火托氏体，用T回表示。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院83第三章 钢的热处理u铁素体的回复、再结晶和碳化物的聚集长大 400400以上, Fe3C开场聚集长大。450 以上铁素体发生

40、多边形化，由针片状变为多边形。这种在多边形铁素体基体上分布着细小的颗粒状Fe3C的组织称回火索氏体，用S回表示。 2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院84第三章 钢的热处理钢的回火温度和力学性能之间的关系钢的回火温度和力学性能之间的关系 钢在回火时，随着温度的添加，其组织、性能将发生变化，通常是强度、硬度降低，而塑性、韧性添加。n回火时的性能变化规律2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院85第三章 钢的热处理l200以下，由于马氏体中碳化物的弥散析出，钢的硬度并不下降，高碳钢硬度甚至略有提高。l200-300，由于高碳钢中A转变为M回, 硬度再次升高。l大于300

41、,由于Fe3C粗化，马氏体转变为铁素体,硬度直线下降。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院86第三章 钢的热处理p 低温回火u温度：150 250 。u组织：在低温回火时，从淬火马氏体内部会析出碳化物薄片Fe2.4C), 马氏体的过饱和度减小。部分剩余奥氏体转变为下贝氏体, 但量不多可忽略。所以亚共析钢低温回火后组织为回火马氏体(M回)。过共析钢低温回火后组织为回火马氏体碳化物剩余奥氏体。u目的：部分降低淬火应力和脆性，提高工件韧性，保证淬火后的高硬度(普通为58 HRC64 HRC)和高耐磨性。u用途：主要用于处置各种高碳钢工具、模具、滚动轴承以及渗碳和外表淬火的零件。 4.

42、 回火的种类及其特点2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院87第三章 钢的热处理p 中温回火u温度：350 500 。u组织：得到铁素体基体与大量弥散分布的细粒状渗碳体的混合组织，叫做回火屈氏体(T回)。铁素体仍保管马氏体的形状，渗碳体比回火马氏体中的碳化物粗。 u目的：内应力根本消除，获得高的弹性极限和一定韧性。回火屈氏体具有高的弹性极限和屈服强度，同时也具有一定的韧性，硬度普通为35 HRC45 HRC。u用途：主要用于处置各类弹簧，部分模具以及接受小能量、多次冲击载荷的零件。 2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院88第三章 钢的热处理p 高温回火u温度：50

43、0 650 。u组织：得到粒状渗碳体和铁素体基体的混和组织， 称回火索氏体(S回)。 u目的：获得较高的综合力学性能。回火索氏体综合力学性能最好, 即强度、塑性和韧性都比较好，硬度普通为25 35HRC。通常把淬火加高温回火称为调质处置。u用途：要求综合力学性能好的中碳构造钢和低合金构造钢制造的各种重要的构造零件，各种重要的机器构造件，是受交变载荷的零件，如连杆、轴、齿轮等最重要的热处置工序之一。也是外表热处置、化学热处置、某些精细工件如量具、模具等常用的预备热处置工序之一。 2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院89第三章 钢的热处理心部：硬度低，韧性高 在消费中，有很多零件要

44、求外表和心部具有不同的性能，普通是外表硬度高，有较高的耐磨性和疲劳强度；而心部要求有较好的塑性和韧性。外表：硬度高，耐磨2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院90第三章 钢的热处理 在这种情况下，单从资料选择入手或采用普通热处置方法，都不能满足其要求。u低碳钢 ：可满足心部要求，u 外表要求不能满足；u高碳钢： 可满足外表要求，u 心部要求不能满足；处理这一问题的方法是外表热处置和化学热处置2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院91第三章 钢的热处理3.4 外表淬火和化学热处置u外表热处置概念：指仅对工件表层进展热处置以改动其组织和性能的工艺；u分类：外表淬火和化学

45、热处置；u运用范围：主要是某些在冲击载荷、交变载荷及摩擦条件下任务的机械零件，如曲轴、凸轮轴、齿轮等；u工艺的中心:使零件具有“表硬里韧的力学性能。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院92第三章 钢的热处理一、外表淬火u定义:外表淬火是将钢件的外表层淬透到一定的深度，而心部仍坚持未淬火形状的一种部分淬火方法。u目的:心部坚持较高的综合力学性能，获得高硬度的外表层，以提高工件的耐磨性和疲劳强度。u外表淬火用钢：选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。u外表淬火加热的方法：感应加热( 高、中、工频 )、火焰加热、激光加热等。2022-5-3材料科学与工程学院材料

46、科学与工程学院93第三章 钢的热处理感应加热外表淬火感应加热外表淬火 1原理原理 交变磁场交变磁场感应电流感应电流工件电阻工件电阻加热，集肤效应加热，集肤效应 外表加热外表加热 2分类分类 a. 高频高频 200-300KHz，淬硬深度，淬硬深度 0.5-2mm 小工件小工件 b. 中频中频2500-8000Hz 淬硬深度淬硬深度2-5mm 尺寸较大的工件尺寸较大的工件 c. 低频低频 50Hz 淬硬深度淬硬深度10-15mm 大型工件大型工件 d. 超音频超音频 30-40KHz 3钢种钢种 中碳钢和中碳低合金钢中碳钢和中碳低合金钢 磨损部位高硬度，耐磨磨损部位高硬度，耐磨2022-5-3材

47、料科学与工程学院材料科学与工程学院94第三章 钢的热处理 加热速度快 几秒几十秒 b. 加热时实践晶粒细小，淬火得到极细马氏体，硬度，脆性 c. 剩余压应力提高寿命 d. 不易氧化、脱碳、变形小 e. 工艺易控制，设备本钱高4特点特点 锻造退火或正火粗加工调质精加工外表淬火低温回火粗磨时效精磨 5工艺道路工艺道路2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院95第三章 钢的热处理感应加热外表淬火表示图集肤效应表示图2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院96第三章 钢的热处理u工艺要求工艺要求u * 外表淬火前，必需对零件进展正外表淬火前，必需对零件进展正火或调质处置，以保证

48、零件有良好的基体。火或调质处置，以保证零件有良好的基体。u * 外表淬火后，必需对零件进展低温外表淬火后，必需对零件进展低温回火处置，以降低淬火应力和脆性。回火处置，以降低淬火应力和脆性。u消费特点消费特点u 淬火件的质量好；淬火件的质量好； 工件变形小；不工件变形小；不易氧化及脱碳易氧化及脱碳;淬火层容易控制；消费率淬火层容易控制；消费率高。设备投资大高。设备投资大,不适于复杂外形零件和不适于复杂外形零件和小批量消费。小批量消费。2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院97第三章 钢的热处理二、化学热处置( Chemical Heat Treatment )u定义:将零件置于一定的化学介质中，经过加热、保温，使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层，以改动钢表层的化学成分和组织的热处置工艺。 2022-5-3材料科学与工程学院材料科学与工程学院98第三章 钢的热处理1.钢的渗碳 ( Carburize of steel )1)定义: 向钢的外表渗入碳原子的过程。2)目的:提高外表硬度，耐磨性，而使心部仍坚持一定的强度和良好的塑性和韧性。3)用钢: 低碳钢和低碳合金钢。4)方法: 固体、气体、液体渗碳。5加工工艺