钢的普通热处理.ppt
知识要点:1.退火、正火、淬火和回火的目的；2.退火、正火、淬火回火工艺过程及其对零件 加工和使用的影响。,主要内容:钢的退火和正火 钢的淬火和回火 钢的淬透性和淬硬性的概念,第七章 钢的普通热处理,第一节 钢的退火和正火,机械零件一般的加工工艺过程：毛坯（铸件、锻件）预备热处理机加工最终热处理精加工 退火与正火工艺主要用于预备热处理，通常安排在毛坯生产之后，切削加工之前；只有当零件力学性能要求不高时，才作为最终热处理。,定义,一、钢的退火，又称“焖火”,工艺规范加热温度：临界温度以上或以下。冷却方式：炉冷。为提高生产率，可采用等温冷却或冷到500左右出炉空冷，等温的温度和时间根据“C曲线”确定。保温时间：保证透烧，一般以1.01.5mm/min计算，并与钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式有关。,室温组织：可根据Fe-Fe3C相图确定。,常用退火工艺,1.完全退火（重点）应用：亚共析成分碳钢或合金钢目的：细化晶粒，均匀组织；提高塑性，消除应力；改善切削加工性能。加热温度：Ac3+(3050)室温组织：PF,中碳钢：P F,2.球化退火（重点）应用：共析钢、过共析钢加热温度：Ac120 30组织：P球（F基体上分布着颗粒状Fe3C）目的：,退火和正火,T12钢球化退火组织：P球（F+粒状Fe3C）,加热温度范围,优点：组织均匀，退火时间短，生产率高。,3.等温退火,工艺过程,4.去应力退火工艺规范：目的：消除工件残余应力5.再结晶退火加热温度：目的：消除加工硬化，提高塑性6.均匀化退火（扩散退火）工艺规范：T加热Ac3150 250 t保温1015 h目的：均匀成份，消除偏析,退火和正火,T加热 Ac1,T再结晶T加热 Ac1,共析钢正火组织：索氏体 S,二、钢的正火，又称“常化”,加热温度 亚共析钢：Ac3+30 50 共 析 钢：Ac1+30 50 过共析钢：AcCm+30 50,正火组织 0.6%C时，为（F+S）0.6%C时，为 S,目的和应用细化组织，均匀成分，强度硬度略提高。对于过共析钢，消除网状Fe3C，为球化退火作组织准备。普通结构钢零件作为最终热处理。改善低碳钢、低碳合金钢切削加工性能。消除中碳结构钢在铸、锻、轧制及焊接等 加工中出现的粗大或带状组织等缺陷。,单相A区,加热温度？组织和性能同一种钢，正火比退火组织细密，强度硬度 为改善切削加工性能低碳钢用正火；中碳钢用退火或正火；高碳钢用球化退火。热处理缺陷退火处理时，钢在炉中时间长，脱碳和氧化比正火要严重些。经济方面正火成本比退火低。,退火和正火,三、退火与正火的比较,亚共析钢的退火和正火加热温度相同。过共析钢退火不能在Accm以上加热，但正火可以。,第二节 钢的淬火（蘸火）,目的,获得马氏体和（或）贝氏体组织，提高硬度、强度和耐磨性，以满足零件的使用性能。,淬火是热处理中应用最广的工艺之一。生产中，淬火常与适当的回火工艺配合，获得零件所需的使用性能。,淬火是发挥材料性能潜力的重要手段之一！,亚共析钢：Ac3+30 50（完全A化，获得细小M组织）,一、淬火加热温度的确定,碳钢淬火加热温度确定,淬火工艺,共析钢、过共析钢：Ac1+30 50（不完全A化，获得 细小M粒状Fe3C 少量A残，强度、硬度高，耐磨性好）。,为什么亚共析钢不在两相区加热淬火？为什么过共析钢必须在两相区加热淬火？,？,原因：（1）对亚共析钢，若在Ac1Ac3两相区加热，淬火组织中会保留因不完全A化加热而存在的F，即（MF）混合组织，而不是全部M；使零件淬火后硬度不均匀，强度和硬度降低。,35钢两相区淬火组织:M(灰黑色)F(白色块状),（2）对过共析钢，若加热温度高于Accm，Fe3C全部溶解，A晶粒粗大且含碳量高，淬火后获得粗大片状M较多A残，使钢的硬度和耐磨性降低，脆性和变形开裂倾向增加。,高合金钢加热过程中,往往需预热！,合金钢淬火加热温度的确定：由于大多数合金元素（除Mn、P外），对奥氏体的形成和长大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。一般：Ac3 或 Ac1+50100,淬火工艺,知识扩展,淬火工艺,二、淬火介质,理想的淬火介质应是：650以上，冷却要慢，减小应力；650400，要快，避免与C曲线相交；400以下，要慢，减小淬火应力，防止变形开裂。,常用淬火介质 表：生产中常用淬火介质的特点、适用范围,新型淬火介质：聚乙烯醇、三硝盐水溶液等。,淬火后的组织：一般，,共析钢：MA残过共析钢：M+粒状Fe3C+A残,淬火工艺,三、常用淬火方法及应用,钢的淬火,采用不同的淬火方法，可弥补淬火介质的不足。最常用的如图示：1.单介质淬火法（V1）,特点：操作简单，易实现自动化。但水淬易淬裂，油淬易出现硬度不足或不均现象。应用：只适用于形状简单、尺寸较小的碳钢和合金钢工件。,将加热奥氏体化的工件放入一种淬火介质中，连续冷却到室温的操作方法。,工件先放入一种冷却能力强的介质中，冷到接近Ms点，立即转入另一种冷却能力弱的介质中发生马氏体转变的方法。如:水油、油空冷淬火。特点：在M转变区冷速减慢，可减小应力、变形和开裂倾向，但不好掌握。应用：用于形状复杂碳钢和大型合金钢件。,2.双介质淬火法（V2）,3.马氏体分级淬火 将加热奥氏体化的钢件，先浸入温度稍高于或稍低于钢的Ms点的液态介质中，等温适当时间后，取出空冷到室温，以获得马氏体组织的淬火工艺。淬火介质：燃点较高的油、盐浴和碱浴。等温目的：使工件表面和心部温度均匀。淬火组织：马氏体（M)。特 点：工件温度均匀，组织转变缓慢，淬火应力显著降低。应 用：适于变形要求严格的小尺寸工件。,淬火介质：盐浴或碱浴。等温目的：使 AB下，获得B下组织。等温时间：由钢的TTT曲线确定，一般 3060min，比分级淬火长淬火组织：下贝氏体（B下）。特 点：淬火应力小，零件综合力学性 能好。应 用：适于形状复杂、精度要求高,并具有良好强韧性的小型零件。,4.下贝氏体等温淬火 将奥氏体化后的钢件，放入稍高于Ms温度的盐浴或碱浴中等温一定时间使过冷AB下 后取出空冷的淬火方法，也叫等温淬火。,等温淬火与分级淬火方法有何异同？,相同之处：操作过程、淬火介质基本相同。不同之处：（见表）,知识扩展：复合淬火工艺将加热A化的工件急冷至Ms以下获得1020M，然后在下贝氏体转变区等温。获得（M+B下）混合组织。预淬时形成的M可促进B的转变，在等温过程中又使马氏体回火。复合淬火多用于合金工具钢工件，可避免第一类回火脆性，减少残余奥氏体量及变形开裂倾向。,生产实例（一）,共析钢不同热处理工艺（冷却条件）下的转变产物,等温退火,P,退火,(炉冷),正火,(空冷),S,(油冷),T+M+A残,等温淬火,B下,M+A残,分级淬火,M+A残,淬火,(水冷),淬火,P,P,均匀A,细小A,？,？,？,空冷,一、定义二、目的 减少或消除淬火应力 稳定组织 获得所需力学性能,第三节 钢的回火,小 提 示！未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火，在放置或使用过程中易变形或开裂。钢经淬火后应立即进行回火。,三、回火的分类、组织及应用,调质处理 淬火 高温回火,淬火钢回火后的组织比较,课堂讨论：比较M与M回、S与S回！1.M在过冷奥氏体低温转变中形成，M回在淬火钢低温回火中形成；二者形态相似，光镜下M回比M黑；强度硬度相差不大，但M回脆性已大大降低。2.S在过冷奥氏体高温转变中形成，S回在淬火钢高温回火中形成；S呈层片状，S回呈颗粒状；S回比S的塑性要好。,淬火钢回火后性能的变化,一般规律：随T回，钢的强度、硬度，塑性、韧性。（高合金钢不遵循）,四、钢的回火脆性,回火脆性的概念：淬火钢在某些温度范围内回 火时，出现的冲击韧性下降的现象称为回火脆性。,第四节 钢的淬透性,一、什么叫淬透性（可淬性）,淬透的含义：指使工件从表面到心部都得 到马氏体（M）组织。淬透性：指钢在淬火时获得M的能力。其大小用规定条件下淬火获得的 淬硬层深度表示，取决于Vk，VK淬透性。淬硬层深度：指由工件表面到内部马氏体占50%M（其余为50P)的深度。淬硬层越深，钢的淬透性越好。淬硬性：指钢淬火后所能达到的最高硬度，取决于M中的WC，WC 淬硬性,小型工件：V表面V心部Vk，可淬透，为100%M大型工件：V表面VkV心部，淬不透，心部非M,二、淬透性与淬硬层深度的关系,在其它条件相同的条件下，钢的淬透性，淬硬层深度。在其它条件改变时，淬透性好的钢，其淬硬层深度不一定大。例如：1.尺寸效应：同一种钢，淬透性相同，尺寸不同的工件淬火时，尺寸小的工件可得到较大的淬硬层深度。2.淬火介质：同一尺寸的工件，选用同一种碳钢，分别在水和油中淬火。水淬工件的淬透层深度比油淬的大。,注意!要求淬透的小尺寸工件，不一定选用淬透性很高的钢；淬透性较低的钢件要求淬透时，要选用冷却能力强的淬火介质。,钢的淬透性与工件尺寸和淬火介质无关。,合金元素：除Co、Al 外，均使 C 曲线右移，VK，淬透性 含 碳 量：亚共析钢，WC，C曲线右移，VK 淬透性 过共析钢，WC，C曲线左移，VK 淬透性（1.21.3C时明显）加热条件：奥氏体化温度、保温时间。未溶第二相,二、影响淬透性的因素,三、淬透性的测定方法 端淬试验法,钢的淬透性,D0 指圆形钢棒在介质中冷却，心部被淬成50M的最大直径。D0与介质有关，如45钢D0水=16mm，D0油=8mm。对不同材料，只有冷却条件相同，才能进行淬透性比较，如45钢D0油=8mm，40Cr钢 D0油=20mm，则：40Cr钢比45钢的淬透性好。,淬透性的表示方法-常用临界淬火直径D0表示,两种钢用同一种介质中，D0越大，则钢的淬透性越好。,表面和心部力学性能一致的零件，即要求表面和心部组织一致，如螺栓、连杆、锻模、弹簧、锤杆（承受拉压载荷），选用淬透性高的钢，全部淬透。表面心部力学性能不一致的零件，通常是要求表面强度硬度高、心部塑性韧性好，即要求组织不一致，如轴类零件、冷镦模具、齿轮，可选用淬透性较低的钢。焊接件，选用淬透性较低的钢，避免裂纹。在此基础上，还需考虑尺寸效应。,淬透性不同的钢调质后力学性能,四、淬透性的应用,淬透性是钢的主要热处理性能，是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。,本章小结：1.钢的退火、正火、淬火和回火的定义。2.钢的完全退火、球化退火的目的和加热温度的确定。3.退火和正火工艺的比较，选择。3.淬火的目的、常用介质和淬火方法。4.回火的目的、分类、组织、性能和应用。5.淬透性和淬硬性的概念，影响淬透性的因素。,
