机械工程材料 课件 高红霞 第4章钢热处理改性、第6章 碳钢、第7章合金钢

《工程材料》第4章钢的热处理改性

§1钢的热处理概述一、定义把钢在固态下加热到一定温度，使相变，从而改变组织、性能的工艺

二、作用提高机械性能

45钢：调质Rm由600提高到850，表面淬火＋低温回火HBW由230提高到500（50HRC）提高加工性能

T12钢：加工前，退火降低硬度；加工后淬火提高硬度；铸件、锻件、焊件退火消除应力防止变形三、应用机床：60～70%，汽拖：70～90%，工模具：100%四、方法加热

保温

冷却加热温度：由相图确定炉子：电炉、燃料炉、盐浴炉冷却炉冷、空冷、水冷AFPSEG五、分类普通热处理表面热处理退火（炉冷）正火（空冷）淬火（水或油冷）＋回火表面淬火渗碳渗氮（化学热处理）§2钢加热时的组织转变一、转变温度AC3AC1ACcmAFPSEGA1A3AcmPS—A1GS—A3ES—AcmAC1AC3ACcm二、转变过程PA奥氏体化P?若温度高、保温时间长，A晶粒长大，性能下降§3钢冷却时的转变APB下M指纹状竹叶状片状板条状塑韧性好强韧性好硬脆韧性＞５５０℃稍>２３０℃＜２３０℃一、转变产物B下PM板M片二、等温转变“C”曲线三、钢连续冷却转变在等温“C”曲线上画冷速线判断1、退火12345P2、正火P细3、水淬M4、油淬P细＋M

5、盐浴淬B下不同的钢“C”的左右位置不同PB下M温度时间0MS§4钢的退火与正火一、目的软化、细化、均匀化二、作用切削加工性机械性能四、钢淬火得M的临界冷速V临“C”曲线的切线“C”越靠右的钢，V临越小，易得MV临PB下M温度时间0MS完全退火球化退火去应力退火正火钢种加热温度冷却方式组织应用亚共析钢过共析钢各种钢各种钢AC3AC1ACcmAFPSEGAC3+△炉冷F+P受力较小铸焊件AC1+△炉冷F+Fe3C球高硬件预软化＜AC1炉冷不变受力小、复杂件AC3+△ACcm+△空冷F+P细P+Fe3C受力较大铸、焊件高硬件球退之前高硬度件——刀具.模具.量具.轴承受力小件——电机.风机等的壳体受力较小件——减速器外壳受力较大件——气缸体.缸盖.压缩机壳三、方法§5钢的淬火与回火一、淬火1、目的高强、高硬、高耐磨2、作用机械性能3、方法AC3AC1ACcmAFPSEG钢种加热温度冷却方式组织应用AC3+△AC1+△水冷M+A’M+A’＋Fe3C粒高强件高硬件淬火工艺过程亚共析钢过共析钢4、淬火方法分类a.单液淬火水淬（油淬）常用b.双液淬火水淬+油淬复杂件、大件c.分级淬火MS附近短时等温复杂小件d.等温淬火盐浴淬复杂精密件PB下M温度时间0MSabcd5、淬透性与淬硬性淬透性M层的深度MPV＞V临V冷淬硬性M的硬度“C”越靠右的钢，淬透性越好含碳量越高的钢，淬硬性越好选材：高强件（连杆）选淬透性好的钢表硬心韧件（模具）选淬透性小的钢选热处理：大尺寸选正火比淬火好。制订加工工序：淬透性小的钢，精加工前再淬火。淬透尺寸二、回火M→？MM回T回S回F过＋Fe3C

很少150～250℃350～500℃500～650℃F较过＋Fe3C

较少F＋Fe3C粒高硬高弹高综合性M回T回S回M即

F过1、目的球化、韧化、稳定化

2、作用3、方法降低M脆性低温回火中温回火高温回火150～250℃350～500℃500～650℃M回T回S回高硬高弹

高综合性工具、轴承淬火+高回

调质处理弹簧、轴套连杆、轴§6钢的表面热处理一、表面淬火1、目的提高表面硬度2、方法加热（快速）——冷却（快速）

感应加热交变I——交变B——表面感应I——表面加热

频率提高、加热速度快、表面层薄

火焰加热激光加热适合简单件（轴、轮），大批件

适合简单件（轧辊.导轨）小批量件适合精密件、沟槽件(汽缸套、汽缸)动画3、后续热处理低回4、预先热处理

正火、调质5、应用耐磨性要求较高的轴、轮工具件二、渗碳对低碳钢（C<0.25%）

渗碳表面达高碳（1%）

1、目的表硬心韧（中碳钢）（高碳钢）3、组织P+Fe3CⅡ——P——P+F4、后续热处理淬火＋低回

M回＋

Fe3C粒——M回——M回（低碳）5、应用受冲击大的轴、轮（低碳钢）2、方法加热保温冷却900～950℃2～10小时0.5～2.5mm

炉冷渗碳炉§7热处理缺陷及防止一、加热缺陷变形、开裂1、保护气氛

2、加木炭、煤油

3、盐熔炉、真空炉

二、冷却缺陷氧化、脱碳1、结构改进

（对称、均匀、圆角）

2、冷速改进

（双液、分级、等温）

3、入水方式

（垂直）

《工程材料》第6章碳钢

第6章、碳钢§1、碳钢的分类及牌号一.按平衡组织分（F＋PC＝0.02~0.77％）（P＋Fe3CIIC＝0.77~2.11％）亚共析钢共析钢过共析钢二.按碳量分低碳钢中碳钢高碳钢三.按用途分碳素结构钢碳素工具钢（高碳钢）（过共析钢）普通碳结钢优质碳结钢10、15、20、45（P、S＜0.04）普通碳工钢优质碳工钢（P、S＜0.03T7、T8、T12T7A、T8A、T12A（PC＝0.77％）（C＜0.25％)（C＝0.25~0.6％)（C＞0.6％)（低、中碳钢）（亚共析钢）（P、S＜0.045）（P、S＜0.04）Q215、Q235B、Q255不同牌号的碳钢的鉴别方法：碳钢由于含碳量不同，在砂轮上磨削产生的火花形状不同，由此可鉴别碳钢的牌号。§2

、碳钢的成分与性能的关系一、成分

组织

性能成分:(C%)0.02~0.77%0.77%0.77~2.11%F＋PPP＋Fe3CII

HBWA、KURm二、成分、性能的关系图(平衡状态下）00.20.40.60.81.01.2HBWAKURmC%HBWAKURm组织：性能：0.9§3

、常用碳钢的牌号、成分、组织、性能、应用1515正火4545淬＋高回T8淬＋低回60淬＋中回牌号成分:0.12％CQ195性能:塑性好平衡组织:F＋P热处理要求：退火牌号20成分:0.20％C平衡组织:F＋P性能：塑性较好，有一定强硬度。零件名称：热水器配件零件名称：轴承端盖热处理要求：无§4、碳钢的应用实例：

牌号45成分:0.45％C平衡组织：F＋P性能：综合性好

零件名称：小齿轮热处理要求：淬＋高回（调质）零件名称：小轴热处理要求：淬＋高回（调质）65成分:0.65％C平衡组织：F＋P零件名称：弹簧热处理要求：淬＋中回性能：强硬度较高，弹性。牌号牌号T12成分:1.2％C平衡组织:P＋Fe3CII

热处理要求：淬＋低回性能：硬度高，较脆。零件名称:丝锥板牙牌号T8成分:0.8％C平衡组织：P性能：强硬度高，一定韧性零件名称：模具冲头热处理要求：淬＋低回《工程材料》第7章合金钢

回顾：碳钢的种类及应用10、15、塑性好冲压件20、25一定强度轴套、轴承盖，冲击较大轴轮（渗碳）40、45综合性能较高轴、齿轮T8、T12硬度高低速刀具、模具、量具55、60强硬度较高弹簧高强度要求工作条件下，碳钢无法满足高强度矿山机械大齿轮一般机床传动齿轮40、45合金钢第7章合金钢

§1、基本理论碳钢←合金元素

Fe+C(<2.11%)+合金元素1.合金元素的种类：

Cr、Ni、Si、Mn、W、B、V、Ti、RE

2.合金元素的量：

1～40%3.合金元素存在状态：

固溶态(Cr、Ni、B等多数元素)

化合态(V、Ti、Cr、Ni等)

游离态(P、S)

VC、TiC、Cr7C3

、(Fe、Cr)3CCrP、S一、合金钢定义二、合金钢成分4.合金元素作用：

提高强度

固溶强化.细晶强化.弥散强化

提高淬透性

提高热硬性

提高特殊性

提高切削加工性

改变相图

除Co外所有元素使“C”右移各种强化、硬化作用耐蚀、耐磨、耐热Ca、S、Pb等扩大A区、缩小A区

碳钢合金钢低合金钢：与同C量碳钢相似40Cr、40钢平衡状态40Cr、40钢调质状态高合金钢：组织复杂（含大量碳化物）

T8组织W18Cr4V组织三、合金钢组织四、合金钢热处理特点加热温度高合金元素阻碍原子扩散，阻碍P—A转化淬火冷却方式不同油冷淬火、分级淬火、等温淬火回火不同回火温度高（合金阻碍M分解）回火次数多，促进A´分解（高速钢三次回火）1、水冷淬火2、油冷淬火3、分级淬火4、等温淬火1234碳钢“C”曲线,合金钢“C”曲线五、合金钢性能合金钢成分合金元素作用1.高强度

2.高淬透性

3.高热硬性

4.高特殊性

Q235Re

＝23516MnRe

＝35040钢水淬Ф15，40Cr油淬Ф25T10<250℃W18Cr4V<560℃耐蚀.1Cr18Ni9耐热.15CrMo<500℃1Cr18Ni9<750℃ZG3Cr26Ni161000℃.温度再高的？耐磨.ZGMn13南京长江大桥正桥长1577米.铁路桥全长6772米，宽19.5米。公路桥全长4589米，宽19.5米。六、合金钢应用高强度件大截面件高速刀具特殊性能件七、合金钢分类结构钢工具钢特殊性能钢低合金高强钢（普低钢）渗碳钢调质钢弹簧钢轴承钢易切钢刀具钢模具钢（热模、冷模）量具钢耐热钢耐蚀钢耐磨钢§2、合金结构钢

成分牌号热处理组织性能应用低合金钢0.1～0.20%C主MnQ345(16Mn)Q390(15MnV)退或正F+P塑性好容器.槽罐冲压件渗碳钢调质钢弹簧钢滚轴承钢易切钢0.20～0.25%C主CrNiMn

20Cr20CrMnTi渗碳+淬+低回

表M回+Fe3C心M回

表硬心强韧冲击大的轴、轮0.25～0.5%C主CrNiSiMn40Cr40CrNiMn调质S回

综合性能高大型.重载轴轮0.5～0.7%C主SiMn65Mn60Si2Mn淬+中回

T回

弹性高弹簧0.9～1.1%C主CrGCr15GCr15Mn球退+淬+低回

M回+Fe3C硬轴承低C→高C加PbSCa

Y12Y40MnT10Pb与C有关切削性能好大批与C有关容器.槽罐汽车变速器齿轮产品名称：连杆产品名称：凸轮轴冲击大的轴、轮大型.重载轴轮各种弹簧各种轴承§3、合金工具钢成分牌号热处理组织性能应用刀具模具量具热模冷模0.7～1.1%C主Cr9SiCr<350CrWMn<500W18Cr4V<650球退＋淬+低回M回