机械工程材料基础 第三章 钢的热处理.

1、3.1.1钢在加热时的转变钢在加热时的转变第三章第三章 钢的热处理钢的热处理1)钢在实际加热时的转变点钢在实际加热时的转变点2)奥氏体的形成过程及影响因素奥氏体的形成过程及影响因素3)奥氏体晶粒的长大及影响因素奥氏体晶粒的长大及影响因素1) 钢在实际加热时的转变点钢在实际加热时的转变点第三章第三章 钢的热处理钢的热处理2)奥氏体的形成过程及影响因素奥氏体的形成过程及影响因素第三章第三章 钢的热处理钢的热处理1.奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程2.奥氏体形成的影响因素奥氏体形成的影响因素 加热温度和加热速度加热温度和加热速度 原始组织原始组织 合金元素合金元素3) 奥氏体晶粒的长大及影响因素奥氏

2、体晶粒的长大及影响因素第三章第三章 钢的热处理钢的热处理Hell-Petch公式公式:奥氏体晶粒尺寸对冷却后奥氏体晶粒尺寸对冷却后 加热温度对晶粒尺寸的影响加热温度对晶粒尺寸的影响钢的性能的影响钢的性能的影响210kds晶粒尺寸晶粒尺寸 加热温度加热温度本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢本质细晶粒钢本质细晶粒钢 晶粒尺寸晶粒尺寸 d3.1.2钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变1）过冷奥氏体等温转变图过冷奥氏体等温转变图 2）过冷奥氏体的连续转变图过冷奥氏体的连续转变图3）过冷奥氏体的转变产物及性能过冷奥氏体的转变产物及性能第三章第三章 钢的热处理钢的热处理1) 过冷奥氏体等温转变图过冷奥氏体等温转变图第三

3、章第三章 钢的热处理钢的热处理共析碳钢的共析碳钢的C曲线曲线C曲线的位置和形状的影响因素曲线的位置和形状的影响因素1.含碳量的影响含碳量的影响2.合金元素的影响合金元素的影响3.奥氏体化温度和保温时间的影响奥氏体化温度和保温时间的影响第三章第三章 钢的热处理钢的热处理1.含碳量的影响含碳量的影响第三章第三章 钢的热处理钢的热处理2.合金元素的影响合金元素的影响第三章第三章 钢的热处理钢的热处理共析钢连续冷却转变图共析钢连续冷却转变图 2) 过冷奥氏体连续冷却转变曲线过冷奥氏体连续冷却转变曲线第三章第三章 钢的热处理钢的热处理时间时间 45钢的钢的CCT图图3) 过冷奥氏体的转变产物及性能过冷奥

4、氏体的转变产物及性能第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 A的转变产物类型的转变产物类型:珠光体珠光体(P)、马氏体、马氏体(M)、贝氏体、贝氏体(B) 1.珠光体类型组织珠光体类型组织 珠光体转变珠光体转变 A F + Fe3C 0.77% 0.0218% 6.69% 0.77% 0.0218% 6.69%面心立方面心立方 体心立方体心立方 复杂斜方复杂斜方2.2.马氏体类型组织马氏体类型组织 马氏体中固溶碳引起的晶格畸变马氏体中固溶碳引起的晶格畸变 马氏体正方度与含碳量的关系马氏体正方度与含碳量的关系 碳钢含碳量与马氏体硬度的关系碳钢含碳量与马氏体硬度的关系 3.3.贝氏体类型组织贝氏体类型

5、组织 马氏体的晶格畸变马氏体的晶格畸变第三章第三章 钢的热处理钢的热处理马氏体正方度与含碳量的关系马氏体正方度与含碳量的关系第三章第三章 钢的热处理钢的热处理马氏体组织马氏体组织 板条马氏体板条马氏体 片状马氏体片状马氏体碳钢含碳量与马氏体硬度的关系碳钢含碳量与马氏体硬度的关系第三章第三章 钢的热处理钢的热处理贝氏体组织贝氏体组织第三章第三章 钢的热处理钢的热处理上贝氏体上贝氏体 下贝氏体下贝氏体P、B、M转变的异同点转变的异同点珠光体转变珠光体转变贝氏体转变贝氏体转变马氏体转变马氏体转变转变温度范围转变温度范围高温转变高温转变Ar1550C中温转变中温转变550CMS低温转变低温转变MSMf

6、扩散性扩散性C、Fe原子均原子均扩散扩散C原子扩散原子扩散Fe原子不扩散原子不扩散无扩散无扩散组成相组成相两相：两相：F、Fe3C两相：两相：F(C)、Fe3C（350C)或或F、FeXC(350C)单相单相:F(C)合金元素的分布合金元素的分布 合金元素扩合金元素扩散，重新分散，重新分布布合金元素不扩散合金元素不扩散合金元素不扩散合金元素不扩散相变的完全性相变的完全性相变可在恒相变可在恒温下进行到温下进行到底底恒温下相变的完全程度恒温下相变的完全程度与转变温度有关。温度与转变温度有关。温度越低，转变越不充分，越低，转变越不充分，有有A残残存在。存在。主要在连续冷却过主要在连续冷却过程中进行，

7、相变不程中进行，相变不彻底，有彻底，有A残残存在。存在。第三章第三章 钢的热处理钢的热处理3.1.33.1.3焊接接头的相变焊接接头的相变第三章第三章 钢的热处理钢的热处理低碳钢焊接时热影响区内的组织变化低碳钢焊接时热影响区内的组织变化0_焊缝焊缝1_熔合区熔合区2_过热区过热区3_重结晶区重结晶区4_部分相变区部分相变区 5_基体金属基体金属热热影影响响区区1) 焊缝缺陷焊缝缺陷 气孔气孔 非金属夹杂物非金属夹杂物 裂纹裂纹 未焊透未焊透 咬边咬边 焊缝金焊缝金属化学成分不均匀属化学成分不均匀 柱状晶组织柱状晶组织2) 热影响区内的组织变化热影响区内的组织变化第三章第三章 钢的热处理钢的热处

8、理3.2钢的普通热处理钢的普通热处理3.2.1退火与正火退火与正火3.2.2钢的淬火钢的淬火3.2.3钢的表面淬火钢的表面淬火3.2.4钢的回火钢的回火3.2.5钢的淬透性钢的淬透性3.2.6固溶处理与时效强化固溶处理与时效强化第三章第三章 钢的热处理钢的热处理热处理分类热处理分类普通热处理普通热处理:退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火表面热处理：表面热处理： 1）表面淬火）表面淬火:感应加热表面淬火、火焰加热淬火感应加热表面淬火、火焰加热淬火 2）化学热处理）化学热处理:渗碳、渗氮、渗金属渗碳、渗氮、渗金属其他热处理：形变热处理、超细化热处理、真空热处理其他热处理：形变热处理、超细

9、化热处理、真空热处理保温保温临界温度临界温度时间时间温度温度热处理工艺曲线热处理工艺曲线第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 3.2.1退火与正火退火与正火3.2.1.1退火退火 1.完全退火完全退火 2.球化退火球化退火 3.扩散退火扩散退火(均匀化退火均匀化退火) 定义、应用范围、后处理定义、应用范围、后处理 4.去应力退火去应力退火 定义、应用范围、目的定义、应用范围、目的3.2.2.2正火正火第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 完全退火与等温退火完全退火与等温退火定义：定义：应用范围：应用范围：目的：目的：工艺：工艺：等温退火等温退火高速钢等温退火与完全退火的比较高速钢等温退火与完全退火

10、的比较第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 球化退火球化退火定义：定义：应用范围：应用范围：目的：目的：工艺：工艺：T10钢球化退火钢球化退火第三章第三章 钢的热处理钢的热处理正火正火 定义：将钢加热到定义：将钢加热到Ac3（亚共析钢）或（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上（过共析钢）以上3050，保温适当的时间后在静止空气中冷却的热处理叫正火。，保温适当的时间后在静止空气中冷却的热处理叫正火。应用范围：应用范围：目的：目的： （1）要求不高的结构件，可作为最终热处理。）要求不高的结构件，可作为最终热处理。 （2）改善低碳钢的切削加工性（）改善低碳钢的切削加工性（以防粘刀以防粘刀）。）。 （3

11、）共析钢、过共析钢正火后可消除网状二次渗碳体，为球）共析钢、过共析钢正火后可消除网状二次渗碳体，为球 化退火作组织准备。化退火作组织准备。各种退火及正火的加热温度范围各种退火及正火的加热温度范围第三章第三章 钢的热处理钢的热处理第三章第三章 钢的热处理钢的热处理各种退火及正火的加热温度范围各种退火及正火的加热温度范围第三章第三章 钢的热处理钢的热处理3.2.2钢的淬火钢的淬火定义、目的定义、目的3.2.2.1淬火加热温度和加热时间淬火加热温度和加热时间 3.2.2.2淬火冷却介质淬火冷却介质3.2.2.3淬火冷却方法淬火冷却方法 1.单介质淬火法单介质淬火法 2.双介质淬火法双介质淬火法 3.

12、分级淬火法分级淬火法 4.等温淬火法等温淬火法 5.冷处理冷处理第三章第三章 钢的热处理钢的热处理碳钢的淬火加热温度范围碳钢的淬火加热温度范围合金钢的淬火加热温度稍合金钢的淬火加热温度稍微高一些，是临界点以上微高一些，是临界点以上50100。加热时间：加热时间：箱式炉：箱式炉：12min/mm盐浴炉：盐浴炉：041min/mm合金钢适当延长合金钢适当延长322.1淬火加热温度和加热时间淬火加热温度和加热时间第三章第三章 钢的热处理钢的热处理322.2淬火冷却介质淬火冷却介质第三章第三章 钢的热处理钢的热处理3.2.2.3淬火冷却方法淬火冷却方法各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图1单介质淬火法

13、单介质淬火法2双介质淬火法双介质淬火法3分级淬火法分级淬火法4等温淬火法等温淬火法5冷处理冷处理第三章第三章 钢的热处理钢的热处理3.2.3钢的表面淬火钢的表面淬火3.2.3.1感应加热表面淬火感应加热表面淬火 3.2.3.2火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火3.233激光加热表面淬火激光加热表面淬火第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 感应加热表面淬火感应加热表面淬火示意图示意图f/ )600500(高频高频 100500kHz 0.52.0mm中频中频 2.58kHz 210mm工频工频 50Hz 1015mm特点：加热速度快、时间短、特点：加热速度快、时间短、氧化脱碳少、变形小、晶粒细氧化脱

14、碳少、变形小、晶粒细小、硬度高，表面层具有较大小、硬度高，表面层具有较大的残余压应力，可提高疲劳强的残余压应力，可提高疲劳强度。但设备昂贵。淬火前调质度。但设备昂贵。淬火前调质或正火，淬后需低温回火。或正火，淬后需低温回火。第三章第三章 钢的热处理钢的热处理火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图第三章第三章 钢的热处理钢的热处理3.2.4钢的回火钢的回火3.2.4.1回火目的回火目的3.2.4.2回火组织转变及性能变化回火组织转变及性能变化4.2.4.3回火工艺及应用回火工艺及应用3.2.4.4回火脆性回火脆性第三章第三章 钢的热处理钢的热处理3.2.4.1回火目的回火目的（1）消除或降

15、低应力，防止变形或开裂。）消除或降低应力，防止变形或开裂。（2）调整性能（硬度）调整性能（硬度）（3）稳定组织，稳定形状和尺寸，保证精度）稳定组织，稳定形状和尺寸，保证精度第三章第三章 钢的热处理钢的热处理1.钢在回火时的组织转变钢在回火时的组织转变 (1)马氏体的分解（马氏体的分解（200以下）以下） (2)残余奥氏体分解残余奥氏体分解(200300) (3)渗碳体的形成渗碳体的形成(250400) (4)渗碳体的聚集长大渗碳体的聚集长大(400以上以上)2.回火后的组织和回火后的组织和性能性能 (1)回火马氏体回火马氏体(250 以下以下) (2)回火托氏体回火托氏体(350450 ) (

16、3)回火索氏体回火索氏体(500650 )3.2.4.2回火组织转变及性能变化回火组织转变及性能变化第三章第三章 钢的热处理钢的热处理淬火钢回火时的变化过程淬火钢回火时的变化过程第三章第三章 钢的热处理钢的热处理40钢回火后的力学性能与回火温度的关系钢回火后的力学性能与回火温度的关系第三章第三章 钢的热处理钢的热处理3.2.4.3回火工艺及应用回火工艺及应用1.低温回火低温回火(150250 )2.中温回火中温回火(350500 )3.高温回火高温回火(500650 )第三章第三章 钢的热处理钢的热处理第一类回火脆性第一类回火脆性第二类回火脆性第二类回火脆性防止和减弱第二类回火脆性防止和减弱第

17、二类回火脆性的措施的措施:合金钢回火时合金钢回火时,加热到加热到500650 )快速冷却快速冷却; 大大型零件在钢中加型零件在钢中加Mo、W、Nb等合金元素等合金元素; 提高合金提高合金的纯度的纯度,减少减少N、O、P等杂质等杂质元素含量元素含量; 采用变形热处理采用变形热处理或二次淬火或二次淬火,避免杂质的偏聚避免杂质的偏聚3.2.4.4回火脆性回火脆性钢的韧性与回火温度的关系钢的韧性与回火温度的关系第三章第三章 钢的热处理钢的热处理淬硬层深度概念：淬硬层深度概念：淬透性概念淬透性概念:淬透性的影响因素：淬透性的影响因素： (1)钢的含碳量钢的含碳量 (2)合金元素合金元素 (3)钢中未溶物

18、质钢中未溶物质淬硬性概念：淬硬性概念：淬透性与选材的关系淬透性与选材的关系: (1)动载和交变载荷下动载和交变载荷下; (2)弹簧类零件弹簧类零件 (3)轴类零件轴类零件 (4)工具类零件工具类零件工作截面的不同冷却速度工作截面的不同冷却速度3.2.5钢的淬透性钢的淬透性3.2.6固溶处理与时效强化固溶处理与时效强化固溶处理固溶处理:时效强化时效强化:时效需满足的条件时效需满足的条件:举例举例:铝合金时效强化铝合金时效强化特点特点:Wc为为4%的的Al-Cu合金的时效曲线合金的时效曲线第三章第三章 钢的热处理钢的热处理3.3钢的表面热处理钢的表面热处理3.3.1钢的表面淬火钢的表面淬火1）感应

19、加热表面淬火）感应加热表面淬火2) 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火第三章第三章 钢的热处理钢的热处理第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 定义定义:钢的化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的钢的化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温活性介质中保温,使一种或几种元素渗入表层使一种或几种元素渗入表层,以改变其化学成分以改变其化学成分组织和性能的热处理工艺组织和性能的热处理工艺. 化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程: (1)活性原子的产生活性原子的产生 2CO 2C+O2 2NH3 2N+3H2 (2)活性原子的吸收活性原子的吸收 (3)活性原子的扩散活性原子的扩散举例举

20、例:钢的渗碳钢的渗碳3.3.2钢的化学热处理钢的化学热处理钢的渗碳钢的渗碳1.渗碳方法渗碳方法 气体渗碳气体渗碳、固体渗碳、液体渗碳、固体渗碳、液体渗碳2.渗碳工艺参数渗碳工艺参数 渗碳温度渗碳温度:900950 渗层表面含碳量渗层表面含碳量:0.85%1.05% 渗层厚度渗层厚度:与渗碳时间有关与渗碳时间有关,与工件的尺寸有关与工件的尺寸有关3.渗碳后的热处理渗碳后的热处理 直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法 渗碳件淬火后应进行低温回火渗碳件淬火后应进行低温回火(150200), 以减少应力和脆性以减少应力和脆性.回火后的组织是马氏体和回火后的组织是马氏体和

21、 渗碳体渗碳体,硬度达硬度达5864HRC.第三章第三章 钢的热处理钢的热处理钢的气体渗碳钢的气体渗碳 定义定义: 工件在气体渗碳剂中进工件在气体渗碳剂中进行渗碳的工艺行渗碳的工艺,称为气体渗碳称为气体渗碳.活性碳原子的获得活性碳原子的获得:通入煤气、通入煤气、液化石油气等液化石油气等,或滴入易分解的或滴入易分解的液体有机物液体有机物,如煤油、甲醇、丙如煤油、甲醇、丙酮等酮等. CnH2n nC+NH2 2CO C+CO2 CO+H2 C+H2O 特点特点:渗碳过程、渗层厚度容渗碳过程、渗层厚度容易控制易控制,渗碳时间短渗碳时间短,生产效率高生产效率高质量好质量好. 风扇电动机风扇电动机废气火

22、焰废气火焰炉盖炉盖砂封砂封电阻丝电阻丝耐热罐耐热罐工件工件炉体炉体气体渗碳示意图气体渗碳示意图第三章第三章 钢的热处钢的热处理理第三章第三章 钢的热处理钢的热处理3.3.3热处理零件的结构工艺性和热处理零件的结构工艺性和技术条件标注技术条件标注3.3.3.1热处理零件的结构工艺性热处理零件的结构工艺性 (1)力求避免尖角、棱角力求避免尖角、棱角 (2)截面厚薄尽量均匀截面厚薄尽量均匀 (3)形状尽量对称形状尽量对称和和封闭封闭 (4)采用组合结构采用组合结构3.3.3.2热处理技术条件的标注热处理技术条件的标注第三章第三章 钢的热处理钢的热处理避免尖角设计避免尖角设计第三章第三章 钢的热处理钢

23、的热处理避免厚薄悬殊避免厚薄悬殊第三章第三章 钢的热处理钢的热处理采用对称结构采用对称结构第三章第三章 钢的热处理钢的热处理采用封闭结构采用封闭结构第三章第三章 钢的热处理钢的热处理热处理技术条件的标注热处理技术条件的标注 5 加工方法加工方法工艺名称工艺名称工艺类型工艺类型热处理热处理附加分类附加分类工艺代号工艺代号基础分类基础分类工艺代号工艺代号工工艺艺名名称称代代号号工艺工艺类型类型代代号号 工艺名称工艺名称代代号号 加热方加热方 法法代代号号 热热 处处 理理 5 整整 体体 热热 处处 理理 1退火退火1 加热炉加热炉 感应感应 1 2正火正火2淬火淬火3淬火和回火淬火和回火4调质调

24、质5稳定化处理稳定化处理6 火焰火焰 3固溶热处理固溶热处理;水韧处水韧处理理7固溶处理和时效固溶处理和时效8表表3.3.3热处理工艺分类及代号热处理工艺分类及代号续表续表3.3.3热处理工艺分类及代号热处理工艺分类及代号工工艺艺名名称称代代号号工艺工艺类型类型代代号号 工艺名称工艺名称代代号号 加热方加热方 法法代代号号 热热 处处 理理 5 表表 面面 热热 处处 理理 2表面淬火和回火表面淬火和回火1 电阻电阻 激光激光 4 5物理气相沉积物理气相沉积2化学气相沉积化学气相沉积3等离子体等离子体2气相沉气相沉积积4续表续表3.3.3热处理工艺分类及代号热处理工艺分类及代号工工艺艺名名称称代代号号工艺工艺类型类型代代号号 工艺名称工艺名称代代号号 加热方加热方 法法代代号号 热热 处处 理理 5 化化 学学 热热 处处 理理3渗碳渗碳 1 电子束电子束等离子等离子体体 6 7碳氮共渗碳氮共渗 2渗氮渗氮 3氮碳共渗氮碳共渗 4渗其他非金属渗其他非金属 5渗金属渗金属 6 其他其他 8多元共渗多元共渗 7熔渗熔渗 8热处理技术条件标注举例热处理技术条件标注举例45钢钢轴轴 45钢摇杆表面淬火标注实例钢摇杆表面淬火标注实例第三章第三章 钢的热处理钢的热处理3.4热处理技术新进展热处理技术新