机械工程材料第4章钢的热处理课件

1、 第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 概述概述 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 钢的热处理工艺钢的热处理工艺重难点 重点：重点： 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 难点：难点： 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 第一节第一节 概述概述1.热处理的定义热处理的定义: :时间温度临界温度临界温度 热热加加保温保温冷冷 却却热处理热处理热处理是一种重要的加工工艺，热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用，如。热处理特点热处理特点: 热处理区别于其他加工工艺

2、如铸造、热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状改变性能，而不改变其形状。2.热处理的主要目的热处理的主要目的: :改变钢的性能。改变钢的性能。3.热处理的分类热处理的分类热处理热处理普普 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; 第二节第二节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 转变温度转变温度 奥氏体的形成奥氏体的形成 奥氏

3、体晶粒度及对力学性能的影响奥氏体晶粒度及对力学性能的影响一一.转变温度转变温度奥氏体的形成奥氏体的形成FFe3C未溶未溶Fe3CA残余残余Fe3CAAAA 形核形核A 长大长大残余残余Fe3C溶解溶解A 均匀化均匀化 加热温度及保温时间加热温度及保温时间 加热速度加热速度 钢中含碳量钢中含碳量 合金元素合金元素 原始组织原始组织 第三节第三节 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 钢在热处理时的冷却方式钢在热处理时的冷却方式 过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的等温冷却转变 过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变一一.钢在热处理时的冷却方式钢在热处理时的冷却方式 热热加加保温保温

4、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二二.过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的等温冷却转变一一) 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 - TTT曲线曲线 ( C 曲线曲线 )T - timeT - temperatureT - transformation 共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1C 曲线的分析曲线的分析 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。 孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小. 孕育期

5、最小处称C 曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550。二二) 共析碳钢共析碳钢 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;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变; P 转变区。转变区。550230;中温转变中温转变区区; 半扩散型转变半扩散型转变; 贝氏体贝氏体( B ) 转变区转变区;230 - 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 ) 转变区。转变区。时间(s)3001021031041010

6、800-100100200500600700温度()0400A1MsMf 珠光体转变珠光体转变 过冷奥氏体在 A1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，根据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和托氏体. 珠光体珠光体 形成温度为A1-650，片层较厚，用符号P表示. 索氏体索氏体 形成温度为650-600,片层较薄，用符号S 表示。 托氏体托氏体 形成温度为600-550，片层极薄，用符号T 表示。 珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。 贝氏体转变贝氏体

7、转变 过冷奥氏体在550- 230 (Ms)间将转变为贝氏体，用符号B表示。根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下). 上贝氏体上贝氏体(550-350) 在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。 下贝氏体下贝氏体(350-Ms) 在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长轴方向呈55-60角。 上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。 下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，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，是生产上常用的强化组即具有良

8、好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。织之一。 马氏体转变马氏体转变 当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏体类型组织。马氏体转变是强化钢的重要途径之一。 碳在-Fe中的过饱和固溶体称马氏体，用M表示。马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中.马氏体的形态分板条和针状两类。 板条马氏体板条马氏体 立体形态为细长的扁棒状。 针状马氏体针状马氏体 立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。 马氏体强化的主要原因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。 马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状马针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。氏体脆性

9、大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。时间时间温度温度A1MSMfA过冷过冷PBMAMABAP转变开始转变开始线线转变终了转变终了线线奥氏体奥氏体稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf三三)在连续冷却过程中在连续冷却过程中 TTT 曲线的应用曲线的应用V1V2VkV3V4稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf三三)在连续冷却过程中在连续冷却过程中 TTT 曲线的应用曲线的应用V1V2VkV3

10、V4V1 = 5.5/s :炉冷炉冷 ; PV2 = 20/s :空冷空冷 ; SV3 = 33/s :油冷油冷;T+M+A残残V4 138/s :水冷水冷 ; M+A残残 三三) 影响影响 TTT 曲线形状曲线形状 与位置的因素与位置的因素1.奥氏体中含碳量的影响奥氏体中含碳量的影响: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加热温度越高加热温度越高, 保温时间越长保温时间越长,使使 TTT曲线向曲线向?移。移。 第四节第四节 钢的普通热处理工艺钢的普通热处理工艺毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加机械加工工 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

11、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 ; 回火回火一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线:工程材料与热加工基础程晓宇一一.钢的退火钢的退火一一)定义定义: 把零件加温到把零件加温到临界温度以上临界温度以上 3050,保温一段时间保温一段时间,然后然后 随炉冷却随炉冷却。 二二)目的目的: 消除应力消除应力;降低硬度降低硬度;细化晶细化晶 粒粒;均匀成分均匀成分;为最终热处理为最终热处理 作好组织准备。作好组织准备。 工程材料与热加工基础程晓宇三三) 工艺参数工艺参数:名称名称目的目的加热温度加热温度适用对象适用对象完全退火完全退火细化组织、细化组织、消除应

12、力消除应力Ac3以上以上30-500亚共析亚共析钢钢球化退火球化退火降低硬度，降低硬度，改善切削改善切削性能性能Ac1以上以上30-500过共析过共析钢钢再结晶退火再结晶退火重新得到等重新得到等轴晶粒轴晶粒650-700经经冷加工冷加工坯料坯料去应力退火去应力退火消除残余应消除残余应力力500-600经经热加工热加工坯料坯料三三) 工艺参数工艺参数:工程材料与热加工基础程晓宇二二.钢的正火钢的正火一一)定义定义: 把零件加温到把零件加温到临界温度以上临界温度以上 3050,保温一段时间保温一段时间,然后然后 在空气中冷却在空气中冷却。 二二)目的目的: 消除应力消除应力;调整硬度调整硬度;细化

13、晶细化晶 粒粒;均匀成分均匀成分;为最终热处理为最终热处理 作好组织准备。作好组织准备。 工程材料与热加工基础程晓宇三三) 工艺参数工艺参数:温温 度度 ( C )名名 称称Ac3 + 3050亚共析钢亚共析钢Ac1 + 3050共析钢共析钢Accm + 3050过共析钢过共析钢三三) 工艺参数工艺参数:工程材料与热加工基础程晓宇四四) 应用范围应用范围: 1.预备热处理预备热处理:调整低、中碳钢的硬调整低、中碳钢的硬 度度;消除过共析钢中的消除过共析钢中的Fe3C。 2.最终热处理最终热处理:用于力学性能要求不用于力学性能要求不 高的普通零件。高的普通零件。工程材料与热加工基础程晓宇三三.钢

14、的淬火钢的淬火一一)定义定义: 把零件加温到把零件加温到临界温度以上临界温度以上 30 50,保温一段时间保温一段时间,然然 后后快速冷却快速冷却 ( 水冷水冷 )。 二二)目的目的: 为了获得马氏体组织为了获得马氏体组织,提高钢提高钢 的硬度和耐磨性。的硬度和耐磨性。 工程材料与热加工基础程晓宇三三) 工艺参数工艺参数:温温 度度 ( C )名名 称称Ac3 + 3050亚共析钢亚共析钢Ac1 + 3050共析钢共析钢Ac1 + 3050过共析钢过共析钢工程材料与热加工基础程晓宇三三)工艺参数工艺参数:（一）淬火介质（一）淬火介质 常用淬火介质是水和油常用淬火介质是水和油. 水的冷却能力强，

15、但低温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件形状简单的碳钢件。 油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，适用于合金钢和小尺寸的碳钢件合金钢和小尺寸的碳钢件。 熔盐作为淬火介质称盐浴熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火形状复杂件的分级淬火和等温淬火。 聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.四四) 常用的淬火方法常用的淬火方法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名称名称工艺要点工艺要点特点特点适用适用单液淬单液淬火火在在一种淬火介质一种淬火介质中中冷却冷却到室温到室温操作简单、易于实现操作简单

16、、易于实现机械化自动化机械化自动化形状简单的碳形状简单的碳素钢制件素钢制件双液淬双液淬火火先后在冷却能力先后在冷却能力强、弱强、弱的的两种介质两种介质中冷却到中冷却到室温室温操作复杂，技术要求操作复杂，技术要求高，可有效防止高，可有效防止开裂开裂形状复杂的高形状复杂的高碳钢或合金碳钢或合金钢制件钢制件分级淬分级淬火火先在先在盐盐(或碱或碱)浴浴中使工件中使工件温度均匀、再温度均匀、再(在在空气空气中中)冷却淬火冷却淬火操作复杂，技术要求操作复杂，技术要求高，可明显减少高，可明显减少变形和开裂变形和开裂截面尺寸小的截面尺寸小的制件制件等温淬等温淬火火先在先在盐盐(或碱或碱)浴中使工件浴中使工件转

17、变成贝氏体转变成贝氏体、再在、再在空气空气中冷却中冷却操作复杂，技术要求操作复杂，技术要求高，零件强韧性高，零件强韧性好好形状复杂、精形状复杂、精度高、性能度高、性能高的制件高的制件五五) 钢的淬硬性钢的淬硬性 ( Hardening of steel )1.定义定义:是指钢在淬火后所能达到的是指钢在淬火后所能达到的最最 高硬度。高硬度。六六) 钢的淬透性钢的淬透性 ( Hardenability of steel )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淬 硬层硬层 (马氏体组织占马氏体组织占50%处处) 的的 深度。深度。四四.钢的回火钢的回火一一)定义定义: 把

18、把淬火后淬火后的零件重新加温到的零件重新加温到 A1线以下某个温度线以下某个温度,保温一段保温一段 时间时间,然后冷却到室温。然后冷却到室温。二二)目的目的: 消除淬火应力消除淬火应力,降低脆性降低脆性;稳定稳定 工件尺寸工件尺寸;调整淬火零件的力调整淬火零件的力 学性能。学性能。 耐磨件耐磨件M回回=0.3%C+150250低温回火低温回火弹簧等弹簧等T回回=F针针+Fe3C粒粒350500中温回火中温回火调质件调质件S回回=F多多+Fe3C球球500650高温回火高温回火高合金钢高合金钢P回回=F多多+Fe3C粒粒650A1高温软化高温软化三三) 工艺参数工艺参数淬火淬火 + 高温回火高温回火 = 调质处理调质处理用途用途组组 织织温度温度()名名 称称淬火淬火 + 高温回火高温回火 = 调质处理调质处理P均匀均匀A细细AP退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+AM+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf时间时间650600550感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图集肤效应示意图2.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火1)火焰加热表面淬