中科大金属工艺学课件第3章 钢的热处理

第三章钢的热处理本章重点：1.钢加热和冷却时的组织转变2.C曲线3.各种热处理工艺的原则和应用1改善钢材性能的主要办法1.合金化2.钢的热处理2第一节钢加热时的组织转变

加热（冷却）时铁碳相图上各临界点的位置

一、转变温度3二、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）4.奥氏体成分的均匀化2.奥氏体长大3.残余渗碳体的溶解1.奥氏体形核4三、奥氏体晶粒的长大及影响因素2.影响奥氏体晶粒长大的因素

1）加热温度、速度和保温时间2）化学成分①C②合金元素1.奥氏体的晶粒度1）起始晶粒度2）实际晶粒度3）本质晶粒度5四、加热时常见的缺陷1.过热和过烧2.氧化和脱碳6第二节钢在冷却时的转变

一、过冷奥氏体的等温冷却转变1.等温转变曲线（C曲线）的建立72.等温转变曲线（C曲线）的分析

8二、过冷奥氏体的连续冷却转变9三、冷却转变后的组织和性能共析钢的C曲线详图1、珠光体转变高温转变：A1～550℃

一是铁、碳原子扩散二是晶格重组扩散型转变珠光体：A1～650℃

索氏体：650～600℃托氏体：600～550℃转变产物1011表1过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能可见：珠光体的片层间距越小，硬度越高，同样强度也高。同一成分的钢，组织为片状珠光体时硬度和强度比粒状珠光体的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，常用球化退火莱得到粒状珠光体组织，降低钢的硬度。组织名称表示符号形成温度范围/℃硬度片间距/nm能分辨片层的放大倍数珠光体PA1~650170~200HB150~450＜500×索氏体S650~60025~35HRC80~150＞1000×托氏体T600~55035~40HRC30~80＞2000×122、贝氏体转变中温转变：550℃～Ms点转变特点：半扩散型，铁原子不扩散，碳原子有一定的扩散能力转变产物：贝氏体，即Fe3C分布在含过饱和碳的铁素体上的两相混合物上贝氏体：550～350℃，呈羽毛状下贝氏体：350℃～Ms点，呈针状13上贝氏体中的Fe3C分布于铁素体条之间，分割了基体的连续性，易脆断，故上贝氏体的强度和韧性较低14下贝氏体形成温度较低，铁素体针细小、无方向性，且碳化物分布均匀，弥散度大，故下贝氏体有良好的强度和韧性配合，是一种有应用价值的组织15163）马氏体转变

马氏体(M)：C在a－Fe中的过饱和固溶体。转变特点：①无扩散型转变，②降温形成:连续冷却完成③形成速度极快④转变的不完全性(AR)AR的量主要取决于MS和MF点的位置1718当奥氏体的含碳量大于1.0％时，得到全部片状马氏体，呈双凸透镜状，亚结构以挛晶为主，硬度和强度高，但塑性和韧性很低马氏体的组织类型

马氏体的组织形态主要取决于过冷奥氏体的含碳量19当奥氏体含碳量小于0.2％时得到全部板条马氏体组织，呈扁担状，亚结构以位错为主，有较高的强度和韧性，具有良好的综合机械性能。20213.影响C曲线的因素1）含碳量(奥氏体的含碳量)

含碳量增加，奥氏体的稳定性增大，C曲线右移2）合金元素

除Co外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使C曲线右移，形状也可能会发生改变。3）加热温度和保温时间随温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移。22第三节钢的退火与正火一、退火和正火的目的降低或提高硬度，便于进行切削加工消除残余应力细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能为最终热处理作好组织准备23二、退火工艺及其应用完全退火和等温退火（亚共析钢）球化退火（过共析钢）去应力退火扩散退火第三节钢的退火与正火24第三节钢的退火与正火三、正火工艺及其应用正火：将工件加热到Ac3（亚共析钢）或Accm

（过共析钢）以上30~50℃，保温后从炉中取出，在空气中冷却的一种热处理工艺。过共析钢正火加热温度必须高于Accm。过共析钢正火加热的目的：消除网状渗碳体。应用：1）可作为最终热处理；2）作为预处理，调整硬度，便于切削加工3）用于过共析钢，抑制或消除网状渗碳体的形成。25第四节钢的淬火一、淬火的目的获得马氏体组织。二、淬火的一般工艺1.淬火温度的选择2.保温时间的确定

26第四节钢的淬火3.淬火冷却介质27第四节钢的淬火28第四节钢的淬火三、常用的淬火方法1.单液淬火（a）2.双液淬火（b）3.分级淬火（c）4.等温淬火（d）5.局部淬火29四、钢的淬透性1.淬透性与淬硬性钢的淬透性：钢在淬火时能够获得马氏体的能力。是钢材本身固有的属性，与钢的过冷奥氏体稳定性有关。过冷奥氏体越稳定，钢的淬透性越好。钢的淬硬性：钢在淬火后所能达到的最高硬度。取决于马氏体的含碳量。含碳量越高，淬硬性越好。30四、钢的淬透性1、钢的淬透性与淬硬性的概念淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是钢材本身固有的属性，取决于M体的临界冷却速度通常用淬透层深度来表示（在相同的加热条件下）淬透层深度：从工件表面到半M体层的深度淬硬性：钢在淬火后能够达到的最高硬度，它取决于M体的含碳量。淬透性好的钢其淬硬性不一定高。如低碳合金钢淬透性很好，但其淬硬性却不高；而碳素工具钢的淬透性很差，但其淬硬性却很高312、影响淬透性的因素1）含碳量亚共析钢，含碳量增加，奥氏体的稳定性增大，Ｃ曲线右移，淬透性提高过共析钢，随着含碳量增加，奥氏体的稳定性降低，Ｃ曲线左移，淬透性降低(未溶渗碳体促进奥氏体分解)2）合金元素除Co外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使Ｃ曲线右移，形状也可能会发生改变，使淬透性提高3）加热温度和保温时间随加热温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使Ｃ曲线右移，提高了钢的淬透性4）钢中未溶第二相未溶第二相越多，作为结晶核心，使A体不稳定，C曲线左移，淬透性下降32四、钢的淬透性3.淬透性的测定333435讨论题1、直径为10mm的45钢和T12钢试样在不同热处理条件下得到的硬度如表1所示，请说明：（1）不同热处理条件下的显微组织（填入表1的显微组织栏中）；（2）冷却速度，淬火加热温度、碳含量对钢硬度的影响及其原因；（3）回火温度对钢硬度的影响及其原因。2、什么是钢的淬透性和淬硬性？淬透性的好坏对钢热处理后的组织和性能有什么影响？试比较下列钢种的淬透性和淬硬性的高低：T8、40Cr、20CrMnTi、40。36表1材料热处理工艺硬度显微组织热处理温度/oC冷却方式回火温度/oCHRBHRCHB45钢860炉冷空冷油冷水冷水冷水冷水冷20