第6章 钢的热处理.ppt

1、第6章钢的热处理、6.1概要6.2钢加热时的相变6.3钢冷却时的相变6.4退火和正火6.5淬火6.6淬火6.7表面淬火6.8化学热处理、图6-1热处理工艺曲线、门、图6-2共析钢c曲线的制作、门、图6-3共析钢的c曲线图图6-4碳钢图6-5各种淬火方法的示意图、回程、图6-6钢的硬度与淬火温度的关系、回程、图6-7c含钢的冲击韧性与淬火的关系、回程、图6-8淬火、回程热处理工艺在机械制造业中应用极为广泛。 热处理可以提高零件的使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的寿命，另外，热处理可以改善工件的加工工艺性能，提高加工质量，减少工具的磨损。 因此，热处理在机械制造业中占有十分重要的地位。下一页

2、，概括了6.1概要，根据工艺不同，钢的热处理方法分为以下几类：钢的热处理方法很多，但任何一种热处理工艺都要经过加热保温冷却的过程。 因此，热处理过程可以用称为热处理过程曲线的温度时间曲线表示，如图6-1所示。普通热处理一退火、正火、淬火、退火，表面热处理化学热处理：渗碳、氮化、硼化、金属渗透等，表面淬火：火焰加热、感应加热等，热处理，前页，后页，返回，6.1概要因此，为了掌握热处理过程，首先要有所不同上一页，从6.2钢加热时的变化、6.2.1钢加热时的组织变化的铁碳状态图可以看出，碳钢在极其缓慢的加热和冷却过程中，其固体组织变化的临界温度在图中的A1线(PSK线)、A3线(GS线)和A3线实际

3、的热处理过程中， 由于加热或冷却以比较快的速度进行，所以实际变化的温度和状态图所示的临界温度之间存在偏差，将加热时变化为高温，冷却时变化为低温的现象称为“滞后”，滞后的量随着加热或冷却速度的增大而增大， 通常我们以实际加热时变化的临界温度为Ac1，翻到下一页，6.2钢加热时的转换，1 .奥氏体核形成和生长2 .残留渗碳体溶解3 .奥氏体成分的均匀化根据上述分析，部件加热后需要进行适当的保温，其目的是在保温中使部件完全相变上一页，下一页，换句话说，6.2钢在加热时的转变，6.2.2奥氏体晶粒生长珠光体刚转变为奥氏体时，一般其晶粒细小，此时的晶粒大小称为起粒度。 如果持续提高加热温度或延长保温时间

4、，奥氏体晶粒会逐渐变大，加热温度越高奥氏体晶粒越粗大。 粗大的奥氏体晶粒冷却而得到的组织也粗大，粗大的晶粒组织使钢的力学性能、特别是韧性降低。 因此，在很多情况下，热处理时不允许加热温度过高，不引起奥氏体晶粒的生长。 上、下、上、下，6.2钢加热时的转换，6.2.3加热时常见的缺陷1过热，所谓过热是钢加热时加热温度过高，加热时间过长，奥氏体晶粒变粗大的现象。 过热会降低钢的力学性能，严重影响钢的冲击韧性，容易引起淬火变形和裂纹。2过烧是指钢在加热时加温温度过高，导致晶界氧化或局部熔化的现象。 3氧化和脱碳氧化是铁和空气中的氧等化合形成氧化皮，所以工件表面粗糙，影响零件的精度。 脱碳是指钢材表面

5、层的碳被焚烧，其碳含量降低。 翻到前一页，6.3钢冷却时的转变，6.3.1过冷奥氏体转变奥氏体在临界温度A1以上是稳定的，可以长期存在而不引起组织转变，但冷却到A1以下就会发生转变，转变前并不需要一定的时间，而是培养这个时间临界温度A1以下暂时存在的奥氏体称为“过冷奥氏体”。 1共析碳钢c曲线的制作(图6-2) 2共析碳钢c曲线分析(图6-3 )，下一页，开门，6.3钢冷却时的转换，6.3.2过冷奥氏体连续冷却与c曲线的关系在实际生产中，过冷奥氏体的转换的大部分在连续冷却中进行完成的定性分析时，显示等温相变曲线下面用共析钢的等温转变曲线对连续冷却条件下的组织转变情况进行定性分析。 上、下、上、

6、下、上、下6.3钢冷却时的转换、6.3.3冷却转换后的组织和性能通过c曲线，在不同的冷却条件下得到不同的组织，以下探讨各组织的转换特点和不同的组织对钢材性能的影响。 1珠光体相变(1)珠光体的形成(2)珠光体的组织形态及力学性能2贝氏体相变(1)贝氏体的形成(2)贝氏体的组织形态及力学性能、前页、后页、开门、6.3钢冷却时的相变3马氏体相变(1)马氏体的高速核和生长(c )马氏体相变的不完全马氏体的组织形态和力学性能，前页，门，6.4退火和正火，6.4.1退火和正火的目的1调整2消除残馀应力。 3细化晶粒，改善组织，提高钢的力学性能。 4准备最终热处理。 返回下一页，应用6.4退火和正火、6.

7、4.2退火和正火工艺和1退火将钢加热到一定温度，保温一定时间后缓冷到室温的热处理工艺称为退火。 根据钢的成分和退火目的，退火工艺分为完全退火球化退火、等温退火、扩散退火、脱应力退火和再结晶退火等，其中常用的是完全退火、球化退火和脱应力退火。 2 .正火正火是将钢材加热到Ac3 (亚共析钢)或Accm (过共析钢)以上3050，保温后将炉在空气中冷却的操作。 上页，开门，6.5淬火，将钢加热到临界温度(AC3或AC1)以上的适当温度，保温后急速冷却(水冷、油冷等)的热处理操作称为淬火。 淬火的目的主要是得到马氏体组织，是强化钢材最重要的热处理方法，大量重要的机械零件以及各种刀刃、模具、修正器等淬

8、火处理是必不可少的。 日常用品，例如刀片切割等也要淬火后再使用。 另外，淬火得到的马氏体不是热处理所要求的最后的组织。 淬火马氏体可以在配合适当的淬火后使用(淬火在下一节介绍)，因此淬火可以说是淬火的组织准备。 淬火工艺复杂，问题也很多。 翻到下一页，6.5淬火、6.5.1淬火加热温度的选择钢的淬火加热温度根据Fe-Fe3C相图选择，如图6-4所示。 由c曲线可知，只有奥氏体能够转化为马氏体，因此淬火时首先需要将钢加热到临界温度以上，将钢转化为奥氏体组织。 亚共析钢的淬火温度不超过临界温度ac33050左右，钢就不能全部变成奥氏体，淬火后不能得到全部的马氏体组织。上、下、上、下、上、下、6.5

9、淬火、6.5.2淬火冷却介质淬火操作难度大，主要在淬火时需要马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度(Vk )，但淬火常常引起大的内应力，使钢材变形和裂纹一是寻找比较理想的淬火介质，另一个是改进淬火冷却方法。 一般的淬火冷却介质有水、矿物油、盐水溶液等。前页、后页、门、6.5淬火、6.5.3淬火方法，淬火介质的性能完全不符合理想，必须用合适的冷却方法进行淬火，以保证零件的热处理质量。 一般的淬火冷却方法如图6-5所示。 1 .单液淬火(图6-5a) 2.双液淬火(图6-5b) 3.分级淬火(图6-5c) 4.等温淬火(图6-5d) 5.局部淬火、前页淬火时，工件截面上的各处冷却速度不同。 表面

10、的冷却速度最快，心部的冷却速度越慢，工件表面和心部的冷却速度越大于钢的临界冷却速度，则在工件的整个截面上得到马氏体组织，对工件整体进行淬火。 当心部冷却速度低于临界冷却速度时，如图6-20所示，在金属钢的表层得到马氏体，心部是马氏体和珠光体类的混合组织，此时钢不淬火。 因此，钢在一定条件下淬火后，得到一定深度的淬火层的能力，也可以说是钢的淬火性。前页、后页、回火、6.5淬火、2淬火性的测定和表示方法淬火性的测定方法有多种，对于碳结构钢和一般的低中合金结构钢，通常采用国家标准GB22563规定的末端淬火法固定淬火性。 影响钢材淬透性的主要原因是钢的临界冷却速度(Vk )，Vk越小钢的淬透性越大的

11、钢的临界冷却速度主要依赖于钢的化学成分，在合金钢的章节中详细研究，另外，关于淬透性、部件力学性能和部件选择材料的关系，在后面的章节中介绍，所以在此省略说明、上页、下页、开门、6.5淬火、6.5.5淬火缺陷1硬度不足2过热和过淬火3变形和开裂、上页、开门、6.6淬火、6.6.1淬火目的钢材淬火后，硬度、强度提高的同时，为了提高钢的韧性，钢的残留内部应力另外，淬火组织处于亚稳定(即不稳定)状态，有向比较稳定的组织过渡的自发倾向，这会影响零件的尺寸精度和性能稳定，因此淬火后必须进行适当的淬火处理，使组织稳定。 进而稳定零件的尺寸。 退火工序易于采用，是热处理的最后工序，但是决定钢的使用性能，是重要的

12、热处理工序。 翻到下一页，6.6退火，6.6.2退火对钢性能的影响图6-6、6-7、6-8是各种温度退火后钢的性能变化。 由图6-6可知，淬火温度不足200时，淬火钢的硬度降低少。 随着退火温度的上升，硬度显着下降。 钢的韧性随退火温度的上升而提高，特别是400以后韧性上升速度大幅增加，650左右达到最大值。 图6图7的图6图8是退火、淬火及淬火淬火后的40钢性能的对比。 上、下、上、下、下、6.6淬火、6.6.3淬火时钢的组织变化淬火钢淬火时力学性能的变化是其内部组织变化的结果。 淬火组织主要是马氏体，而马氏体是afe中碳的过饱和固溶体，碳是过饱和状态，因此有分解析出的倾向，这是淬火组织变化

13、的内因和依据。上、下、上、下、下、6.6退火、6.6.4退火温度退火温度不得超过临界温度(727 )。 超过这个温度的话，钢变成奥氏体，接着急冷的是淬火。缓冷是退火。 这不是退火处理。 烘烤温度不仅不能超过临界温度，而且不能超过650。 由图6-7可知，退火温度超过650时，钢的硬度和强度持续下降。 由于生产中对钢材性能的要求不同，退火可分为以下三种： 1低温退火2中温退火3高温退火，前页、后页、门、6.6退火，6.6.5自退火淬火法淬火后的钢需要退火，其韧性通常，淬火和回火是两个工序，完成需要加热两次。 也就是说，淬火加热一次，退火再加热一次。 所谓自淬淬火法，就是利用淬火加热的馀热，使淬火

14、部位产生淬火作用。 也就是说，两个工序加热一次即可。 此方法常用于切割岩石的刀头、夹紧用刀片等只需要淬火刀尖部分的工具。 上一页，上门，6.7表面淬火，表面淬火，正如名字所说，是指只对部件需要耐磨损性的表层进行淬火，中心维持未淬火的高韧性状态。 表面淬火需要用高速加热法立即使零件的表面层达到淬火温度，不等其热量传到内部，立即急速冷却淬火表面层。 表面淬火用钢材必须是中碳(0.35% )以上的钢，常用40、45钢和中碳合金钢40Cr等。 翻到下一页，6.7表面淬火，6.7.1火焰加热表面淬火用高温氧乙炔火焰或氧和其他可燃处(气体、天然气等)的火焰，将零件表面快速加热到淬火温度，立即喷水冷却。 6

15、.7.2感应加热表面淬火这是一种利用感应电流，快速加热钢表面进行淬火的方法。 该方法具有效率高、工艺容易操作和控制等优点，目前广泛应用于机床、机车拖拉机及矿山机械等机械制造工业。 高频和中频感应加热两种常用。 前一页，上页，6.8化学热处理，化学热处理通过改变钢材表层的化学成分，热处理后，使表层和心部的组织不同，表面得到与心部不同的性能。 将工件放入一定的活性介质中加热，使某种元素渗透到工件的表层，改变表层化学成分和组织，改善表层性能的热处理过程称为化学热处理。 化学热处理与其他热处理相比，不仅改变了钢的组织，也改变了表层的化学成分。 翻到下一页，6.8化学热处理、化学热处理的方法很多，渗碳氮

16、共渗(提高零件的表面硬度，增加耐磨性和疲劳强度等)和熔渗金属等很多种类被用于生产。 两种方法都是通过以下三个基本过程实现的： 分解介质在一定温度下发生化学分解，产生渗入元素的活性原子。 吸收的活性原子被工件表面吸收。 例如，活性碳原子溶解在铁的晶格中形成固溶体，合成铁化和金属化合物。 扩散渗透的活性原子，在一定的温度下从表面向中心扩散，形成一定厚度的扩散屋(渗透层)。上页、下页、上页、下页、6.8化学热处理、6.8.1渗碳1 .渗碳方法根据渗碳介质分为固体、液体和气体渗碳3种，常用固体法和气体法。 (1)固体渗碳固体渗碳是将工件埋入用铁箱封闭的渗碳剂中，然后加热到高温(900950 )保持一定时间，使碳渗透到钢的表层。 (2)气体渗碳固体渗碳存在许多缺点，如渗碳