汽车材料与金属加工第3章 钢的热处理课件.ppt
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1、第3章 钢的热处理,3.1 钢在加热和冷却时的组织转变 3.2 钢的普通热处理 3.3 钢的表面热处理,第3章 钢的热处理,3.1 钢在加热和冷却时的组织转变,3.1.1 钢在加热时的组织转变 3.1.2 钢在冷却时的组织转变,第3章 钢的热处理,钢的热处理概述,定义:目的及重要性:提高和改善钢的性能;充分发挥钢的性能潜力;提高寿命;减低成本 分类:,普通热处理(四把火:退火、正火、淬火、回火)表面热处理(表面淬火、化学热处理),加热,T(),蘸火,第3章 钢的热处理,转变温度,Fe-Fe3C相图上:PSK、GS、ES 平衡 临 界 点 为:A1、A3、Acm加热时临界点为:Ac1、Ac3、A
2、ccm冷却时临界点为:Ar1、Ar3、Arcm,3.1钢在加热和冷却时的组织转变,第3章 钢的热处理,钢热处理时首先要加热,其 目的是获得均匀而细小的奥 氏体组织。,经过A化以后的钢,再以不 同的方式冷却,即可得到不 同的组织,从而获得所需要 的性能。,热处理工艺曲线,3.1钢在加热和冷却时的组织转变,第3章 钢的热处理,3.1.1 钢在加热时的组织转变(以共析钢为例):,共析钢在A1以下全部为P。P是F和Fe3C组成的机械混合物。当把共析钢加热到Ac1以上温度时,PA,这种转变可用下式表示。,P(F+Fe3C)A 0.0218%6.69%0.77%bcc 复杂斜方 fcc,珠光体,3.1钢在
3、加热和冷却时的组织转变,第3章 钢的热处理,共析钢奥氏体形成过程可归纳为奥氏体晶核的形成:a)奥氏体晶核的长大:b)残余渗碳体的溶解:c)奥氏体成分均匀化:d),加热时,为了获得均匀而细小的奥氏体晶粒,必须选取合适的加热温度,并严格控制保温时间。,亚共析钢:F+P F+A A过共析钢:P+Fe3C A+Fe3C A,3.1.1钢在加热时的组织转变,奥氏体形成过程,第3章 钢的热处理,钢加热获得均匀而细小的A晶粒,是为随后的冷却做组织准备,冷却过程是热处理的关键工序,冷却方式不同,冷却后的组织和性能也不同。,热处理生产中的冷却方式,等温冷却,连续冷却,3.1.2钢在冷却时的组织转变,第3章 钢的
4、热处理,1.过冷A等温转变曲线,过冷奥氏体:把在Ar1温度以下暂时存在的、不稳定的奥 氏体称为过冷奥氏体。,3.1.2钢在冷却时的组织转变,第3章 钢的热处理,A1PSKMsM转变开始线 MfM转变终了线 aa等温转变开始线 bb等温转变终了线,五线,A1 线以上:A稳定存在区MsMf:M转变区aa以左:过冷A区bb以右:转变产物区aabb:过冷A与转变产物共存区,五区,a,a,b,b,曲线分析,3.1.2钢在冷却时的组织转变,过冷A等温转变曲线,C 曲线,第3章 钢的热处理,共析钢过冷A等温转变产物的组织形态和性能:,1)珠光体转变 Ar1550 A过P,2)贝氏体转变 550Ms A过B,
5、3)马氏体转变 MsMf连续冷却 A过M,3.1.2钢在冷却时的组织转变,第3章 钢的热处理,1)珠光体转变,珠光体(P)3800,托氏体(T)8000,问题:P、S、T有何异同?,共析钢过冷A等温转变产物的组织形态和性能,第3章 钢的热处理,2)贝氏体转变,温度:550Ms,产物:贝氏体含过饱和碳的铁素体和碳化物 组成的机械混合物,用“B”表示。,共析钢过冷A等温转变产物的组织形态和性能,第3章 钢的热处理,3)马氏体转变,温度:MsMf,产 物:马氏体碳在-Fe中的过饱和固溶体,用“M”表示,混合M,隐晶M,共析钢过冷A等温转变产物的组织形态和性能,第3章 钢的热处理,共析钢过冷A等温转变
6、产物的组织形态和性能,第3章 钢的热处理,Ps AP 开始线Pf AP 终止线KK P转变终止线k 上临界冷却速度k 下临界冷却速度 MS A M 开始温度 Mf A M 终止温度,3.1.2钢在冷却时的组织转变,过冷A连续转变曲线,第3章 钢的热处理,M+A,炉冷 P()空冷 S(k)油冷 T+M+A(k k)水冷 M+A(k),连续冷却 转变产物和冷却速度的关系,3.1.2钢在冷却时的组织转变,过冷A连续转变曲线,第3章 钢的热处理,3.2 钢的普通热处理(四把火),第3章 钢的热处理,退火:把钢加热到适当温度,保温一定时 间,然后缓慢冷却的热处理工艺。,P,600,钢的退火,缓慢冷却:随
7、炉冷却、埋砂冷却或灰冷,3.2.1 钢的退火和正火,钢的退火,第3章 钢的热处理,退火分类:,完全退火(等温退火)等温退火球化退火扩散退火(均匀化退火)去应力退火,3.2.1 钢的退火和正火,钢的退火,第3章 钢的热处理,适用范围:亚共析钢(WC=0.30.6%)(铸、锻、焊件)加热温度:,AC3+30 50,AC3+30 50,完全退火,3.2.1 钢的退火和正火,钢的退火,第3章 钢的热处理,退火后组织:P+F,中碳钢:珠光体+铁素体,完全退火,目的:降低硬度,改善切削加工性能细化晶粒消除应力均匀成份、组织提高塑性,AC3+30 50,3.2.1 钢的退火和正火,钢的退火,第3章 钢的热处
8、理,适用范围:合金钢加热温度:,AC3+30 50,AC3(Ac1)+30 50,等温退火,等温退火工艺曲线,3.2.1 钢的退火和正火,钢的退火,第3章 钢的热处理,等温退火,完全退火的特例,优点:退火时间短,组织均匀,缩短生产周期,高速钢的退火工艺曲线,3.2.1 钢的退火和正火,钢的退火,第3章 钢的热处理,适用范围:共析钢、过共析钢加热温度:目的:使片状 Fe3C 球化,AC1+20 30,球化退火,AC1+30 50,3.2.1 钢的退火和正火,钢的退火,第3章 钢的热处理,球状珠光体,退火后组织:球状P软,球化退火,片状珠光体,3.2.1 钢的退火和正火,钢的退火,第3章 钢的热处
9、理,加热温度:目的:消除工件残余应力,稳定工件的尺寸;,扩散退火,去应力退火,T加热AC1,T加热=AC3150 250,去应力退火,均匀化退火(扩散退火),加热温度:目的:消除偏析,均匀成份、组织。,3.2.1 钢的退火和正火,钢的退火,第3章 钢的热处理,S,正火:将钢加热到Ac3(或Accm)以上 3050,保温一定时间,然后 出炉在空气中冷却的热处理工艺。,钢的正火,空冷,3.2.1 钢的退火和正火,钢的正火,第3章 钢的热处理,S,消除应力、细化晶粒、改善组织,提高钢的综合性能对于中低碳钢,可适当提高硬度,改善其切削加工性能;对于过共析钢,可消除网状Fe3C,为球化退火做准备;作为普
10、通结构件的最终热处理。,正火后组织:,目的:,3.2.1 钢的退火和正火,钢的正火,第3章 钢的热处理,加热温度组织和性能对切削加工的影响 正火细化、硬化 退火软化,生产周期在满足使用性能要求的情况下,优选正火。,3.2.1 钢的退火和正火,退火与正火比较,第3章 钢的热处理,表3-4 退火和正火的工艺特点及适用范围,3.2.1 钢的退火和正火,第3章 钢的热处理,3.2.1 钢的退火和正火,第3章 钢的热处理,淬火:将钢加热到Ac3(或Ac1)以上 3050,保温一定时间,然后 以大于k的速度快速冷却,以获 得马氏体或下贝氏体组织的热处 理工艺。目的:提高钢的硬度和耐磨性。是强化钢材最重要的
11、工艺方法。,M+A,钢的淬火,钢的退火,钢的正火,冷却速度快,热应力和组织转变应力大,工件易变形和开裂;淬火(+回火)一般是最终热处理,是决定产品质量的关键工序。,3.2.2 钢的淬火,第3章 钢的热处理,(1)淬火加热温度,亚共析钢:Ac3+3050(过)共析钢:Ac1+3050,合金钢比相同含碳量的碳钢高,碳钢以铁碳相图为依据,3.2.2 钢的淬火,淬火工艺,(2)淬火保温时间:,用经验公式=KD估算,第3章 钢的热处理,常用冷却介质:水、油、盐或碱的水溶液,冷却速度:盐水 水 盐浴 油,理想的冷却介质:在保证淬后获得M的前提下,又不造成开裂,且变形最小。,3.2.2 钢的淬火,淬火工艺,
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