钢铁材料的改性处理

钢铁材料的改性处理一、钢的退火概念：将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。目的:消除应力;降低硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。第2页,共42页，2024年2月25日，星期天

种类重结晶退火完全退火扩散退火球化退火普通退火等温退火普通球化退火等温球化退火退火低温退火再结晶退火去应力退火第3页,共42页，2024年2月25日，星期天1、完全退火●应用范围：亚共折钢和合金钢的铸件、锻件、热轧型材和焊接结构；也可作为一些不重要件的最终热处理●目的：①细化晶粒→提高力学性能②降低硬度→改善切削性能③消除内应力加热至Ac3+30-50℃保温炉冷（P+F）亚共折钢●工艺：第4页,共42页，2024年2月25日，星期天2、等温退火●工艺：A化后快冷至Ar1以下等温转变为P，再空冷。等温退火与普通退火的比较●目的：缩短退火时间。第5页,共42页，2024年2月25日，星期天3、球化退火●目的：①使Cm球化→HRC↓，韧性↑→改善切削性②为淬火作准备片状Fe3C或网状Fe3CⅡ球化加热至Ac1+20-30℃保温过共析钢炉冷（F+球状Cm）●工艺：第6页,共42页，2024年2月25日，星期天第7页,共42页，2024年2月25日，星期天第8页,共42页，2024年2月25日，星期天4、扩散退火（均匀化退火）●工艺：1050-1150℃，10-20h,P+F或P+Fe3CII●目的：消除偏析●后果：粗大晶粒（再应用完全退火或正火消除）5、再结晶退火T再+150-250℃；消除加工硬化、残余应力6、去应力退火

500-650℃炉冷；消除应力、稳定尺寸、防止变形开裂第9页,共42页，2024年2月25日，星期天第10页,共42页，2024年2月25日，星期天二、钢的正火概念:把零件加温到临界温度以上30～50℃,在空气中冷却目的:消除应力;调整硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。第11页,共42页，2024年2月25日，星期天亚共析钢AC3+30-50℃保温共析钢AC1+30-50℃过共析钢Accm+30-50℃空冷亚共析钢F+S共析钢S过共析钢S+Fe3CⅡ钢件加热至●

工艺：第12页,共42页，2024年2月25日，星期天●应用：（1）预先热处理

a.细化组织→为淬火、调质作准备

b.使过共析钢中Fe3CII↓→使其不形成连续网状，为 球化作准备（2）作普通结构钢零件的最终热处理冷却较快，组织细化，提高力学性能→强度，韧性， 硬度↑（3）改善切削加工性能第13页,共42页，2024年2月25日，星期天退火、正火的选择1．切削加工含碳量0.5%以下→正火；含碳量0.5%~0.75%→完全退火含碳量大于0.75%，建议用球化退火，若球化退火效果不佳，可先进行正火在球化退火。2．作为最终热处理→正火3．为最终热处理提供良好的组织状态工具钢→正火+球化退火结构钢→正火返修件→退火第14页,共42页，2024年2月25日，星期天三、钢的淬火概念:把零件加温到AC3、AC1相变温度以上一定温度,保温一段时间,然后快速冷却(水冷)。目的:为了获得马氏体组织,提高钢的硬度和耐磨性。第15页,共42页，2024年2月25日，星期天★淬火温度过高→A粗大→M粗大→力学性能↓，淬火应力↑→变形，开裂↑（一）淬火工艺（1）碳素钢:亚共析钢：Ac3＋30~50℃ 共析钢和过共析钢：Ac1＋30~50℃1、淬火温度的选定（2）合金钢：临界点（Ac3/Ac1）＋50~100℃第16页,共42页，2024年2月25日，星期天2、淬火介质理想的淬火冷却方法是：

650℃以上，慢，减小热应力

650-400℃，快，避免C曲线

400℃以下，慢，减轻相变应力水：650~550℃冷却能力大，300~200℃冷却能力也大油：300~200℃冷却能力小，但650~550℃冷却能力也小盐浴：冷却能力介于水和油之间第17页,共42页，2024年2月25日，星期天（二）淬火方法第18页,共42页，2024年2月25日，星期天1、单液淬火（1）工艺：将加热的工件放入一种淬火介质中连续冷却至室温（如：水淬、油淬）（2）特点：优点：操作简单，易实现机械化、自动化；缺点：应力大（水淬），或淬不透（油淬）第19页,共42页，2024年2月25日，星期天2、双液淬火（1）工艺：将工件先在一种冷却能力较强的介质中冷却，避免珠光体转变，然后转入另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变。（2）特点：优点：利用了两种介质的优点，获得较理想的冷却条件；缺点：不易掌握在第一种介质中的停留时间，需要经验。第20页,共42页，2024年2月25日，星期天3、马氏体分级淬火（1）工艺：将工件在Ms点附近的盐浴或碱浴中淬火，待工件内外温度均匀后，再取出，缓冷淬火。（2）特点：优点：大大减少了内应力，减小变形和开裂；缺点：只适用截面尺寸比较小（直径或厚度＜10mm的工件）第21页,共42页，2024年2月25日，星期天4.贝氏体等温淬火（1）工艺：钢加热奥氏体化后，随之快冷到贝氏体转变区间（260~350℃），等温保持，使过冷奥氏体转变为下贝氏体的淬火方法。（2）应用：常用来处理形状复杂，尺寸要求精确，并且要求有较高韧性的工具、模具和弹簧等。第22页,共42页，2024年2月25日，星期天5、冷处理（1）工艺：把淬火冷却到室温的钢继续冷却到零度以下（如-70~-80℃），而后进行低温回火。（2）特点：适用于Mf温度位于0℃以下的高碳钢和合金钢。（精密量具、滚动轴承）（3）目的：使过冷奥氏体向马氏体的转变更加完全，减少残余奥氏体的数量，提高钢的硬度和耐磨性，并使尺寸稳定。第23页,共42页，2024年2月25日，星期天（三）钢的淬透性1、淬透性的概念（2）表示：淬火件表面至半马氏体区的距离（淬透层深度）（1）定义：是指钢在淬火时获得马氏体的能力（3）比较：淬硬性

淬硬性表示钢在淬火条件下所能达到的硬度；用淬火马氏体的硬度表示。C%↑→淬硬性↑第24页,共42页，2024年2月25日，星期天第25页,共42页，2024年2月25日，星期天淬透性的试验方法：

末端淬火法用不同钢种制成相同形状和尺寸的工件，在规定的淬火条件下淬透层的深度大小来表示。第26页,共42页，2024年2月25日，星期天淬硬性与淬透性之间的关系淬透性淬硬性钢种小低碳素结构钢(20)小高碳素工具钢(T10A)大低低碳合金结构钢(18Cr2Ni4WA)大高高碳高合金工具钢(Cr12MoV)第27页,共42页，2024年2月25日，星期天（4）影响因素： 钢的淬透性是由临界冷却速度Vk决定影响因素淬透性变化C%亚共析钢C%↑→淬透性↑过共析钢C%↑→淬透性↓合金元素除Co%以外，C曲线右移，↑淬透性奥氏体化条件T↑，t↑→淬透性↑Vk减小，奥氏体稳定（C曲线右移），钢的淬透性越好第28页,共42页，2024年2月25日，星期天未淬透的钢：表里不如一，应用在承受弯曲或扭转载荷的轴类零件，外层受力较大，心部受力较小2、淬透性的应用淬透的钢：表里如一，应用在截面较大，形状复杂以及受力较苛刻零件：螺栓、拉杆、锻模、锤杆等工件（1）淬透性对钢力学性能的影响第29页,共42页，2024年2月25日，星期天淬透性好的钢：可采用冷速缓慢的淬火介质，有利于减少形状复杂工件的变形（2）对不同淬透性的钢可选择不同热处理工艺来满足要求淬透性低的大尺寸工件：淬硬层很浅，要在淬火之前进行适当的切削加工，去掉不要部分2、淬透性的应用第30页,共42页，2024年2月25日，星期天四、钢的回火定义：把淬火后的零件重新加温到A1线以下某个温度，保温一段时间，然后冷却到室温。目的：消除淬火应力，降低脆性；稳定工件尺寸；调整淬火零件的力学性能。第31页,共42页，2024年2月25日，星期天（一）钢在回火时的组织转变1.马氏体分解（100℃-200℃）2.残余奥氏体的分解（200～300℃）残余奥氏体转变为下贝氏体过饱和α固溶体（马氏体）十亚稳定ε-FexC碳化物（极细）----回火马氏体（M’）第32页,共42页，2024年2月25日，星期天3.ε碳化物的转变为Fe3C（300～400℃）4.渗碳体的聚集长大和F相的再结晶（400℃以上）饱和针状的α固溶体+细小颗粒状的渗碳体----回火托（屈）氏体（T’）多边形F+粗粒状的渗碳体----回火索氏体（S’）（一）钢在回火时的组织转变第33页,共42页，2024年2月25日，星期天（二）钢的回火工艺及应用回火类型回火温度/℃组织性能应用低温回火150-250M’保持高硬度、高耐磨性，降低脆性及残余应力处理各种高碳工、模具钢，滚动轴承以及表面淬火、渗碳件中温回火350-500T’硬度下降，高的弹性极限和屈服强度，同时具有一定的韧性处理各类弹簧元件高温回火500-650S’强度、硬度、塑性、韧性、良好综合力学性能各种重要的机器结构件，特别是承受交变载荷的中碳钢、重要零件第34页,共42页，2024年2月25日，星期天（三）回火脆性第一类回火脆性（250~400℃）——不可逆第二类回火脆性（450~650℃）

——主要存在含Cr、Ni和Mn等钢中——可避免（快冷或加Mo）第35页,共42页，2024年2月25日，星期天例1：用40Cr钢制造模数为3的齿轮，其加工工艺路线如下：下料（棒料）——锻造毛坯——热处理1——粗加工齿形——热处理2——精加工齿形——热处理3——磨削。请说明各热处理工艺的名称、目的及其在加工工艺路线中的作用是什么？（注：要求齿轮根部具有高的综合力学性能，且轮齿的表面具有高的硬度。）

第36页,共42页，2024年2月25日，星期天答：热处理1：安排在锻造之后，粗加工之前，应是预备热处理，其目的是消除锻造缺陷，使组织均匀、细化，同时消除内应力，降低硬度，改善切削加工性能。热处理2：要求齿轮根部具有高的综合力学性能，因此应为调质处理以获得S回。热处理3：要求轮齿的表面具有高的硬度，因此可采用表面淬火，并进行低温回火以获得M回。第37页,共42页，2024年2月25日，星期天例2：现有40Cr钢制造的某机床主轴，心部要求具有良好的强韧性，轴颈处要求硬而耐磨，其加工工艺路线如下：下料——锻造——预备热处理——粗加工——调质——精加工——高频表面淬火——低温回火——精磨试问：（1）应选择什么热处理方法作为预备