钢的热处理课件

1、2022-6-51Heat Treatment of Steel主讲人：李安铭主讲人：李安铭 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu2定义：定义：经过加热、保温、冷却，改变钢的组织结构，从而获得需要的性能。时间温度临界温度 热加保 温冷 却目的：目的：改变钢的性能，充分改变钢的性能，充分发挥材料的潜力。发挥材料的潜力。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu3 热处理的作用：热处理的作用： 提高材料的力学性能，延长工件使用寿命，充分发挥材料的潜力；改善材料加工性

2、能。 例1：20号铸钢正火后，延伸率提高一倍，韧性提高四倍。正火后，延伸率提高一倍，韧性提高四倍。力学性能b（MPa)、%ak(J/cm2)铸态4501520正火后4803098材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu4例2：T8钢淬火后，硬度大大提高。淬火后，硬度大大提高。力学性能b（MPa)、%硬度（HB）退火态85018200淬火后20000600热处理是机械零件加工过程中常用的工序。 例如：齿轮的加工。下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 精加工精加工 表面淬火表面淬火 （精磨）（精磨）T T8 8钢淬火

3、前后性能比较钢淬火前后性能比较材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu5热处理热处理普普 通通热处理热处理表表 面面热处理热处理退火退火; ;正火正火; ;淬火淬火; ;回火回火; ;表面淬火表面淬火化化 学学热处理热处理感应加感应加热淬火热淬火火焰加火焰加热淬火热淬火渗碳渗碳; ; 渗氮渗氮; ;碳氮共渗碳氮共渗; ; 热处理分类：热处理分类：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu6加加 热热 转转 变变第 一 节Heating TransformationH

4、eating Transformation2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu7Ac1A1Ar1Ac3A3Ar3AccmAcmArcmSPGQEFF+PPP+Fe3C AF+AA+ Fe3C C% 一、一、临界转变温度：临界转变温度：C:表示加热表示加热R:表示冷却表示冷却实际的相变点不是固定值，随加热、冷却速度而改变。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu8温度高，转变快。温度高，转变快。 二二. 影响影响A转变的因素：转变的因素：410410例如：例如：共析钢 740，10S开始转变，104

5、S转变结束，800，瞬间开始，100S结束。原因：原因：扩散容易；碳的浓差大。热处理生产中，加热温热处理生产中，加热温度高，保温时间短。度高，保温时间短。FA A+Fe3CF+AF + Fe3CTC1C2T1T2材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu9 （2 2）成）成 分分 碳和合金元素改变碳和合金元素改变A形成速度形成速度.410410 合金钢淬火加热温度比碳钢高数十度，保温时间增加合金钢淬火加热温度比碳钢高数十度，保温时间增加1/31/3左右。左右。 C%C%： C%增加，碳化物数量相应增多，F和Fe3C的相界面增大，A

6、晶核数增多，其转变速度加快。合金元素：合金元素：不改变A的形成过程，但影响A的形成速度。因为合金元素改变钢的临界点，并影响碳的扩散速度，且自身也存在扩散和重新分布的过程，所以合金钢的A形成速度一般比碳钢慢，尤其高合金钢。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu10 (3) (3) 原原 始始 组组 织织 （4 4）加）加 热热 速速 度度410410 钢中原始P越细，其片间距越小，相界面越多，越有利于形核，同时由于片间距小，碳原子的扩散距离小，扩散速度加快导致A形成速度加快。同样片状P比粒状P的A形成速度快。 加热速度越快，A化

7、温度越高，过热度越大，相变驱动力也越大；同时由于A化温度高，原子扩散速度也加快，提高形核与长大的速度,从而加快A的形成。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu11 三、奥氏体晶粒度及影响因素：三、奥氏体晶粒度及影响因素：1. 1. 奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒度：14级，粗晶粒；58级，细晶粒；8级以上，超细晶粒。晶粒度评定标准晶粒度评定标准材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu12 （3 3）本质晶粒度）本质晶粒度: : 钢加热到93010、保温8小时、得到的晶

8、粒度。 表示钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向表示钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向. . 分为：本质细晶粒钢；本质粗晶粒钢本质细晶粒钢；本质粗晶粒钢 。 （1）起始晶粒度）起始晶粒度: 珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。 （2）实际晶粒度）实际晶粒度: 钢在加热时所获得的实际奥氏体晶粒的大小, 实际晶粒度决定钢的性能。实际晶粒度决定钢的性能。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu13材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu14（1）加热温度，保温时间）加热温度，保温时

9、间加热温度高，保温长，晶粒粗大。温度/9001000110012001300晶粒(m2)4000800026000840001600000.8%C0.8%C钢的晶粒与钢的晶粒与T T的关系的关系( (保温保温3h)3h)材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu15(2) 含碳量含碳量（3）合金元素）合金元素V Ti Zr Nb Al 阻止长大，阻止长大，Mn P 促进长大促进长大随C%增加，长大倾向增大。若C以未溶碳化物形式存在，阻止晶粒长大。例如：例如：锰钢淬火过热倾向大； 渗碳钢中加入V、Ti、Nb等。材料科学与工程学院材料

10、科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu16冷却转变产物第 二 节Cooling Transformation MatterCooling Transformation Matter2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu17 一、珠光体类一、珠光体类( A1550 ) ：1 1、珠光体类组织：、珠光体类组织：珠光体P、索氏体S、屈氏体T2 2、形态与性能：、形态与性能：F与Fe3C层片状，区别为片层间距不同。 T的强硬度最高，S次之，P最差。P P在在A Ar1r1以下长时间保温，以下长时间保温，FeFe3 3C C可球

11、化，形成球状可球化，形成球状P P。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu18组织转变温度/片层间距(m)硬度(HRC)显微观察/X珠光体Ar1-6500.45-27500索氏体650-6000.4-0.227-33800-1000曲氏体600-5500.233-43电镜珠光体类组织珠光体类组织珠光体索氏体曲氏体材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu19形成温度：形成温度：550350 二、贝氏体类二、贝氏体类( 550230 ) ：组织形态：组织形态：光学显

12、微镜观察，呈羽毛状；电镜下观察， 平行排列的F板条之间，分布短杆状的Fe3C，F为位错 亚结构。1.1.上贝氏体上贝氏体 B B上上：过饱和的过饱和的 -Fe-Fe板条板条+ +细条状细条状FeFe3 3C C材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu20 光光 镜镜 电电 镜镜 上上 贝贝 氏氏 体体 形形 貌：貌：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu21力学性能：力学性能：强韧性不高，硬度4045HRC。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5

13、Anming Li, Dept of MSE,hpu22形成温度：形成温度：350Ms2.2.下贝氏体下贝氏体 B B下下：过饱和的针叶过饱和的针叶 -Fe+-Fe+细片细片C C化物化物组织形态：组织形态：光学显微镜观察，F呈凸透镜状，彼此交叉，分布无规则；电镜下观察， F片内规则分布着碳化物粒子，粒子分布与长轴方向呈55-600的夹角。F片为位错亚结构。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu23光光 镜镜电电 镜镜 下下 贝贝 氏氏 体体 形形 貌：貌：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming L

14、i, Dept of MSE,hpu24性能：性能：具有很好的综合力学性能。很好的综合力学性能。 例如：共析钢B下，b=1600MPa,0.2=1400MPa =20% =13%。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu251.1.定义定义: :碳在 Fe中的过饱和固溶体。2.2.马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构: : 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。 三、马氏体类三、马氏体类( 23050 ) ：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE

15、,hpu263. 3. 马氏体的组织形态马氏体的组织形态: :板条状 体心立方结构 位错亚结构 好的综合性能片(针)状 体心正方结构 挛晶亚结构 硬、脆M材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu27板条状板条状M - 低碳马氏体低碳马氏体 性能：性能：板条M具有良好的综合力学性能。 原因：一是过饱和度较低，二是位错亚结构。 例如例如0.2%C0.2%C钢，钢，HRC50HRC50、 b b1500MPa1500MPa、a ak k=180J/cm=180J/cm2 2组织形貌：组织形貌：一个A晶粒可以有几个板条束，在板条束中有时

16、又可以分成几个平行的板条块，在板条内分步着稠密的平行的M板条。稠密的板条之间是一层连续的高度变形的极薄的A薄膜(约20nm)，M内有大量位错。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu28n 光光 镜镜电电 镜镜 板条状板条状 马马 氏氏 体：体：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu29片片(针针)状状 - 高碳马氏体高碳马氏体组织形貌：组织形貌：立体形态是双凸透镜片状，在A晶粒中，首先形成一个贯穿整个晶粒的M片，后形成的M片尺寸受到限制，在已存在的M和A晶界或

17、M片之间，后形成的M片越小。M片之间互不平行，最后的三角区为A残。性能：性能：高的强硬度,塑、韧性很低.HRC60、ak=1J/cm2原因原因:片状M过饱和度大，晶格畸变严重, 内应力大， 片间易产生显微裂纹;孪生亚结构变形困难。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu30n 光光 镜镜电电 镜镜 针针(片片) 状状 马马 氏氏 体：体：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu31冷却转变曲线第 三 节Cooling Transformation CurveTra

18、nsformation Curve2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu32 过冷奥氏体：过冷奥氏体：A从高温冷却到A1以下，并不立即转变，而处于热力学不稳定状态，把这种存在于存在于A1A1温度以下暂未发生转温度以下暂未发生转变的不稳定变的不稳定A A称为过冷称为过冷A A。等温冷却：等温冷却：将钢迅速过冷到临界点(Ar1)以下某一温度，使奥氏体在该温度下进行转变。连续冷却：连续冷却：将钢以某一速度不停地冷却(到室温)，使奥氏体在连续降温的过程中转变。冷却方式：冷却方式：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of M

19、SE,hpu33 热热加加保温保温时间温度临界温度临界温度连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却 热处理的冷却方式热处理的冷却方式材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu34 一、等温冷却转变一、等温冷却转变共析钢过冷奥氏体等温冷却转共析钢过冷奥氏体等温冷却转 变曲线变曲线 - TTT曲线曲线 ( C 曲线曲线 )T - timeT - temperatureT - transformation材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu35 快冷到某温度下保温，过冷奥氏体

20、经过a1时间开始转变，该时间称为转变孕育期。随着时间的延长，转变量不断增加。经过b1时间后全部转变完毕。 一、一、C曲线建立：曲线建立：1. 转变动力学曲线：转变动力学曲线： 时间转变量(%)2.时间时间转变温度曲线：转变温度曲线： 将相同性质的点连接起来材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu36时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu37 共析钢的

21、等温冷却转变曲线(TTT)，象字母“C”，俗称C曲线。孕育期最短的点在550附近，该点称为C曲线的“鼻尖”。 温度低于临界值Ms后，孕育期消失，到达Ms立即发生转变，Ms为马氏体转变温度。 3. TTT3. TTT曲线曲线特征：特征：A1Ms材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu38稳定的奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体区A向产向产物转变开始线物转变开始线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;扩散型转变; P 转变区。550550230230; ;中温转变中温转变区区; ;

22、 半扩散型转变半扩散型转变; ;贝氏体贝氏体( B ) ( B ) 转变区转变区; ;230230 - 50- 50; ; 低温转低温转变区变区; ; 非扩散型转变非扩散型转变; ;马氏体马氏体 ( M ) ( M ) 转变区。转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf 二、二、C 曲曲 线线 分分 析：析：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu39稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-10010020050

23、0600700温度()0400A1MsMfTTT 曲线的应用曲线的应用V1V2VkV3V4V V1 1 = 5.5/s : = 5.5/s :炉冷炉冷 ; P; PV V2 2 = 20/s : = 20/s :空冷空冷 ; S; SV V3 3 = 33/s : = 33/s :油冷油冷;T+M+A;T+M+A残残V V4 4 138/s : 138/s :水冷水冷 ; M+A; M+A残残材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu40三、影响三、影响 TTT TTT 曲线形状曲线形状与位置的因素与位置的因素1. 1. 奥氏体中

24、含碳量的影响奥氏体中含碳量的影响: :(1).(1).碳含量偏离共析点成分碳含量偏离共析点成分: : 平衡转变时存在先共析相的析出, 在C曲线的上方有一条先共析相析出线，上趋近于Ac3或Accm，下到C曲线的鼻尖处。亚共析钢中为铁素体的析出线，过共析钢则为二次渗碳体的析出线。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu41 FAP + FS + FTBM + A残残A3时间时间(s)3001021031041010 0800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf 亚共析钢亚共析钢TTTTTT曲线：曲

25、线：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu42P + Fe3CS + Fe3CTBM + A残残 Fe3CAACm时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf 过共析钢过共析钢TTT曲线：曲线：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu43过共过共析钢析钢共析共析 钢钢亚共亚共析钢析钢时间温度A1含碳量对含碳量对C C曲线位置的影响：曲线位置的影响：亚共析钢随含碳量增加，C曲线右移，转变

26、的孕育期和转变时间都加长；过共析钢随含碳量的增加，C曲线左移，转变的孕育期和转变时间都减少，先析出的碳化物促使奥氏体分解; 共析钢的奥氏体最稳定。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu44 2. 2.奥氏体中合金元素的影响奥氏体中合金元素的影响: : 除Co外，几乎所有元素都使C曲线右移，提高奥氏体的稳定性。 大量合金元素的加入，还会改变C曲线的形状。向右移向右移向下移向下移MsA1A1Ms含含Cr合金钢合金钢材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu453.3.

27、加热温度和保温时间的影响加热温度和保温时间的影响: : 加热温度越高加热温度越高, , 保温时间越长保温时间越长. . C C曲线右移。曲线右移。 原因：原因：碳化物溶解充分, 奥氏体成分均匀,提高了过冷 奥氏体的稳定性, 从而使使 TTTTTT曲线向右移。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu46四、过冷奥氏体的连续冷却转变四、过冷奥氏体的连续冷却转变共析钢过冷奥氏体连续冷却转 变曲线 - CCT 曲线的建立C - continuousC - coolingT - transformation材料科学与工程学院材料科学与工程

28、学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu47Vk1. 1. 共析碳钢共析碳钢 CCT CCT 曲线的建立曲线的建立时间( lg )温度A1PfPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷Vk1炉冷炉冷空冷空冷材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu482. 2. 共析碳钢共析碳钢CCTCCT曲线的分析曲线的分析A+P时间( lg )温度A1PfPsKMsMf材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu49在一个温度范围内在一个温度范围内连续冷

29、却完成连续冷却完成; ; Ms开始， Mf结束。转变不完全性转变不完全性, Q, QM M = = f f ( T )( T ) C0.5%，存在A残， C0.5%不考虑A残。 五、五、M 转转 变变 特特 点点 ：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu50退火与正火第 四 节Annealing and NormalisingAnnealing and Normalising2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu51一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线: :毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备

30、热处理 机械加工机械加工最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加工预备热处理预备热处理 : 退火退火 ; 正火正火最终热处理最终热处理 : 淬火淬火 ; 回火回火材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu52一一. 钢的退火钢的退火(Annealing of steel)定义定义: 把零件加温到一定温度，保温后随炉冷却， 以获得接近平衡状态组织。目的目的: 1、消除应力，减少变形，防止开裂; 2、降低硬度，便于切削加工; 3、细化晶粒，改善组织; 4、均匀成分，消除偏析。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5An

31、ming Li, Dept of MSE,hpu531 1完全退火：完全退火： 方法：方法：加热到Ac3+3050，保温后，缓慢冷却(随炉冷 却或埋入石灰、干沙中冷却)到500以下，取出空冷。目的：目的： 改善粗大、不均匀组织; 调整硬度; 消除内应力.应用范围：应用范围：亚共折钢，共析 钢，不适用于过共析钢。组织：组织：P+FP+F材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu542 2等温退火：等温退火： 方法：方法：亚共析钢加热Ac3+3050，保温后，快冷到珠光体开始转变前(打开炉门，甚至吹风)，在珠光体转变温度区等温，转变完

32、毕后，取出空冷。组织：组织：F+P目的：目的：与完全退火、球化退火相同；得到均匀的组织和硬度；缩短生产周期。应用范围：应用范围：高碳钢，合金工 具钢，高合金钢。A1V1V2材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu553 3球化退火球化退火: : 方法：方法：过共析钢加热到Ac1+3050，保温较长时间，冷却到Ar1附近时要足够慢 (比炉冷还要慢)。应用范围：应用范围： 过共析钢，共析钢组织：组织：球状P（F+球状FeC3）目的：目的： 使FeC3球化HRC， 韧性切削性 为淬火作准备材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022

33、-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu56T10钢球化退火700 共析钢球化退火500 球球 化化 退退 火火 后后 的的 组组 织：织：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu574 4去应力退火去应力退火: : 方法：方法：缓慢加热(100150/h)到500650，保 温后随炉冷(50100/h)，到200300以下出炉。目的：目的：钢中无相变发生，组织没有明显变化，可消除残余内应力。用途：用途：消除变形或其它原因产 生的内应力。 例如：铸件、焊接件、拉、拔、 挤压等工件的内应力 材料科学与工程学院材

34、料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu58二二. .钢的正火钢的正火( Normalizing of steel )1. 定义定义: 把零件加温到临界温度以上3050, 保温后，在空气中冷却。亚共析钢亚共析钢 Ac3 + 3050共析钢共析钢 Ac1 + 3050 过共析钢过共析钢 Accm + 3050 2.2.加热温度：加热温度：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu593. 目的目的: ( (1)同于退火; (2)消除网状二次渗碳体； (3)为最终热处理作组织准备； (4)

35、作为最终热处理。从使用性能上考虑：从使用性能上考虑： 如工件性能要求不高，随后不再进行淬火和回火，往往用正火来提高力学性能；若零件的形状比较复杂，正火冷却有开裂的危险，应采用退火。从经济上考虑：从经济上考虑： 正火比退火的生产周期短，耗能少，且操作简便材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu60 S (Wc=0.61.4%) S+F (Wc0.6%) 1.预备热处理预备热处理: 调整低、中碳钢的硬度; 消除过共析钢中的Fe3C。 2.最终热处理最终热处理: 用于要求不高的零件。 4. 正正 火火 后后 组组 织：织： 5. 应应

36、 用用 范范 围：围：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu61钢钢 的的 淬淬 火火第 五 节Quenching of SteelQuenching of Steel2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu62 定义定义: 亚共析钢加热 Ac3 + 3050，共析钢 、 过共析钢 加热Ac1 + 3050 ，保温后，快速冷却快速冷却 ，以获得马氏体组织。目的目的: 获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MS

37、E,hpu63亚共析钢：亚共析钢： Ac3 + 3050共析钢、过共析钢共析钢、过共析钢 ：Ac1 + 3050 FeTFe3CF+AAA+ Fe3C 1、淬火加热温度：、淬火加热温度：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu64亚共析钢亚共析钢（W Wc0.5% c0.5% ） M M亚共析钢亚共析钢（W Wc c0.5% 0.5% ） M + AM + A残残共析钢共析钢 M + AM + A残残过共析钢过共析钢 M+FeM+Fe3 3C+AC+A残残 淬淬 火火 后后 组组 织：织：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2

38、022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu652、淬火冷却介质、淬火冷却介质时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMfV1V2V V冷冷V Vk k的前提下，的前提下， V V冷冷适当小点好。适当小点好。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu66时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf 1 1、 理想冷却曲线：理想冷却曲线：材料科学与工程学院材料科学与工程学院

39、 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu67600-450 300-200水 600/S 270 /S 油 150 /S 30 /S盐水 1100 /S 同于水碱浴 弱于水强于油 弱于油盐浴 弱于油 弱于油 2 2、常用冷却介质：、常用冷却介质：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu68时间时间温度MsA1优点：优点：操作简单，易实现机械化、自动化。缺点缺点：淬火冷却介质不理想。 单液淬火法单液淬火法三三. .常用淬火方法常用淬火方法1 1）单液淬火法）单液淬火法材料科学与工程学院材料科学与工程学

40、院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu69双液淬火双液淬火时间时间温度MsA1优点：优点：既保证淬硬， 又防止开裂， 减少变形。缺点：缺点：操作复杂。例如：例如：水淬油冷法水淬油冷法 2 2）双液淬火法）双液淬火法材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu70时间时间温度MsA1分级淬火分级淬火3 3）分级淬火法）分级淬火法优点：优点：内应力小，减少 变形与开裂。 缺点：缺点：盐浴冷却能力 弱，只适合形状 复杂的小工件。 放入略高于Ms的盐浴或减浴中，待其表面和心部温度均匀后，再置于空气中冷却。

41、材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu71时间时间温度MsA1等温淬火等温淬火4 4）等温淬火法）等温淬火法优点：优点：得到B下组织， 综合性能好 缺点：缺点：生产周期长， 效率低，局限 于小工件。将奥氏体化后的钢件在稍高于Ms温度的盐浴或碱浴中停留足够时间，得到B下组织。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu72常用淬火方法比较常用淬火方法比较单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火时间时间温度MsA1材料科学与工程学院材料科学与工

42、程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu73钢的淬透性第 六 节HardenabilityHardenability of Steel of Steel2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu74M%表层表层心部心部1 定义定义: 是指钢在淬火时所能得到的是指钢在淬火时所能得到的淬硬层淬硬层( (马氏马氏体组织占体组织占50%50%处处) )的深度的能力的深度的能力 淬透性是材料的特性，与零件的尺寸和淬火工艺无关，并不直接表明钢淬火能得到多大的淬硬层深度，因淬硬层深度与工件大小和冷却速工件大小和冷却速度有关。度有关。材料科学与工程

43、学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu75 二二. 影响钢的淬透性的因素影响钢的淬透性的因素: 主要是主要是临界淬火冷却速度临界淬火冷却速度V VK K 的大小的大小, , VK VK 越大，钢越大，钢的淬透性越小。的淬透性越小。1. 钢的含碳量，共析钢的淬透性最高；2. 除Co外，大部分合金元素都使C曲线右移，提高淬透性；3. 奥氏体化的温度、时间影响奥氏体的均匀性和稳定性，影响淬透程度，但这不全部为材料特征。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu76三三. 钢的淬硬性

44、钢的淬硬性 ( Hardening of steel )1. 定义定义: 是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。最高硬度。2. 影响钢的淬硬性的因素影响钢的淬硬性的因素: 主要取决于马氏体的含碳量。含碳量。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu77淬透性好，淬硬性不一定好淬透性好，淬硬性不一定好. .例如：例如：钢钢 种种淬硬性淬硬性淬透性淬透性 T T1212A A 好好 差差 20Cr20Cr2 2NiNi4 4A A 差差 好好材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE

45、,hpu78钢钢 的的 回回 火火第 七 节Tempering of SteelTempering of Steel2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu79一、定义一、定义: : 把淬火后淬火后的零件重新加温到A A1 1线线以下某个温度，保温后冷却到窒温。二、目的二、目的: : 1、降低脆性，消除或减少淬火应力、降低脆性，消除或减少淬火应力; 钢淬火后，存在较大的内应力，加上淬火马氏体性能较脆，容易开裂，有的零件在内应力作用下，放置或稍有受力就开裂。利用回火可以消除或减小内应力，达到防止变形和开裂。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anmi

46、ng Li, Dept of MSE,hpu80 2、调整淬火零件的力学性能；、调整淬火零件的力学性能； 淬火后得到的马氏体一般硬度高，脆性大，通过控制回火的温度和时间，达到需要的强度、塑性和韧性。例如：45SiMnV 高强度钢筋，淬火后430回火，b1600MPa,设计用1200MPa，但枕木养护过程中钢筋断裂，改用淬火后460回火，问题解决。40CrNiMo 回火后的力学性能（回火后的力学性能（850油淬）油淬）回火温度 b(MPa)(%) (%) ak(J/cm2)HB600850105598270200150083020530材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anm

47、ing Li, Dept of MSE,hpu81 3、稳定工件尺寸：、稳定工件尺寸： 淬火后的组织为M+A残，都是不稳定组织，使用过程中会发生转变，带来零件的尺寸和性能的变化。回火让可能的变化在热处理时发生，得到的亚稳组织在使用过程中不再发生变化，达到稳定零件的组织性能和尺寸。4、软化某些合金钢：、软化某些合金钢： 例如：例如：18Cr2Ni4WA材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu82材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu83材料科学与工程学院材料科学与

48、工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu84 三、三、回回 火火 工工 艺艺淬火淬火 + + 高温回火高温回火 = = 调质处理调质处理温度温度()组组 织织用途用途中温回火350500 T回回弹簧等低温回火150250M回回耐磨件高温回火500650 S回回调质件高温软化650A1 P回回高合金钢工艺工艺材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu85四、回火脆性：四、回火脆性：钢回火时韧性出现谷值的现象称为钢回火时韧性出现谷值的现象称为“回火脆性回火脆性”。AkT T回回250-400450

49、-650材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu86 1. 1. 第一类回火脆性：第一类回火脆性： 钢在250350附近回火，其韧性降低，称为第一类回火脆性。 原因：原因：薄片状过渡碳化物和渗碳体在马氏体的板条或马氏体片的边界析出，脆性碳化物割裂了基体的连续性使钢的韧性下降，残余奥氏体分解的应力加重了脆性的程度。 几乎所有的钢都存在第一类回火脆性，一般应避免在250400进行回火。弹簧钢加一定的合金元素来改变第一类回火脆性出现的温度范围。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of

50、 MSE,hpu87 2. 2. 第二类回火脆性：第二类回火脆性： 对于含Ni、Cr、Mn的钢在450600时，出现韧性下降现象，称为第二类回火脆性。 原因：原因：回火后冷却时，杂质元素在晶界的偏聚。 仅在部分材料中发生，回火后采用快速冷却可以抑制其发生，对具有第二类回火脆性的钢在高温回火后必须采用快速冷却。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu88两类回火脆性比较两类回火脆性比较：第一类回火脆性第一类回火脆性第二类回火脆性存在钢种几乎所有的钢含Ni、Cr合金钢产生原因碳化物在M边界处形成薄膜晶界析出某种新相，包括杂质的偏聚

51、防止措施1.避开该温度回火2.用等温淬火代替该温度回火1.该温度快冷避免析出2.加入W、Mo元素3.提高钢的纯度第一类回火脆性：不可逆；第二类回火脆性：可逆。第一类回火脆性：不可逆；第二类回火脆性：可逆。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu89表面热处理第 八 节Surface Heat TreatmentSurface Heat Treatment 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu90引言引言: 磨损磨损断齿断齿 一些零件要求表面与心部具有不同的力学性能。例如齿轮：表面承受巨大的接触应力

52、，希望有高的硬度来提高其耐磨性和接触疲劳抗力；齿部经受弯曲疲劳，要求材料有高的韧性。其失效形式为磨损或断齿。 达到材料表面和心部具有不同性能的方法：一是相同的材料，表面和心部经过不同方式的热处理；另一是通过改变材料表面成分的方法来达到具有不同的性能。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu91目的目的: 使零件具有使零件具有“表硬里韧表硬里韧”的力学性能。的力学性能。工艺：工艺： 表面淬火表面淬火 化学热处理化学热处理材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu92

53、一一. .表面淬火表面淬火( Surface Hardening )1. 定义定义: 工件淬透一定深度，心部保留未淬火组织的局部热处理工艺。基本原理：基本原理：首先对零件进行整体热处理，让零件心部达到要求的性能，例如轴、齿轮类，先进行调质，再利用快速加热的方法，只将工件的部分表层奥氏体化，然后淬火。表面淬表面淬火不改变材料的化学成分，使表面获得马氏体组织，得到强火不改变材料的化学成分，使表面获得马氏体组织，得到强化和硬化化和硬化。心部组织并不发生变化，保持高的韧性。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu932. 工艺工艺: 通

54、过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷，表层得到马氏体组织，心部仍保持不变。淬火组织：淬火组织：加热时，从表面到心部的温度不同，淬火后组织不同，表层加热温度到 Ac3以上，为细小的马氏体；次表层的温度在Ac1Ac3之间，淬火组织为铁素体加马氏体或铁素体加屈氏体；里层温度在 Ac1以下，未奥氏体化，不能形成马氏体，依然保持原始组织。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu943. 3. 表面淬火用钢表面淬火用钢: : 选用选用中碳中碳或或中碳低合金钢。中碳低合金钢。 4040、4545、40Cr40Cr、40MnB40MnB等。等。4. 4. 表面淬火加热方法表面淬火加热方法: : 感应加热感应加热( ( 高、中、工频高、中、工频 ) )、火、火 焰加热、电接触加热法等焰加热、电接触加热法等。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu95集肤效应示意图集肤效应示意图 将工件置于中频或高频(500500KHz)的交变磁场中，在工件上有感应电流，由于电流的集肤效应，电流集中于表层，大的电流产生的热量将工件表面迅速达到 8001000，然后迅速置于水中或喷水冷却，达到表层淬硬的结果。