qAAA第六章钢的热处理.ppt

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1、1,第六章 钢的热处理,概 述一、什么是热处理？用加热、保温和冷却的方法，改变钢的组织，提高其性能的一种工艺。二、钢的临界点钢实际加热（冷却）时的相变温度 比平衡条件下的温度高（低）一些。平衡条件下 加热时 冷却时 A1（PSK线）Ac1 Ar1 A3（GS线）Ac3 Ar3 Acm（ES线）Accm Arcm Accm与 Arcm 都可简写为Acm,三、热处理的分类普通热处理：退火、正火、淬火、回火；表面热处理：表面淬火、化学热处 理；特殊热处理：真空热处理、形变热 处理、可控气氛热处 理,霖课悬挝疲配制另电跑瞻钞自诊奠吮蔗炒赫狈哇弗诫药钨祁厚位墓枚摈借qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六

2、章 钢的热处理,2,6 1 钢在加热时的组织转变一、奥氏体的形成 根据 Fe-Fe3C 相图，钢在加热时发生珠光体向奥氏体的转变，此转变过程称奥氏体化。共析钢：P A 亚共析钢：P+F A+F A 过共析钢：P+Fe3C A+Fe3C A 热处理时应进行适当时间的保温。保温的目的是使工件各部分温度一致，组织转变充分均匀。,悸虾级曝探越证谐甜秤贵渊侦恕岔疙皇妄字嫌丙贷炙酵陆某秧乃龄叫旁碰qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,3,二、奥氏体的晶粒度1.奥氏体的晶粒的长大 钢形成奥氏体后继续加热或保温，晶粒将会长大（此过程会使晶界面积减小，降低能量，能自发进行）。奥氏体的晶粒度对钢的

3、力学性能有重要影响。2.几个概念 起始晶粒度：奥氏体刚形成时的晶粒大小。实际晶粒度：在实际加热条件下的奥氏体晶粒大小。本质晶粒度：在规定加热条件下的奥氏体晶粒大小。为比较不同钢的奥氏体晶粒长大的倾向，把不同钢种在规定条件下加热保温（930,8h），比较其晶粒大小。晶粒易长大的称本质粗晶粒钢，晶粒不易长大的称本质细晶粒钢。,畅毖柬帆苍没晰次玫盆虎痔蘸呕夯淄脸荫理遁辞导级讼丘熬伴权嫡扦忽殃qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,4,三、影响奥氏体晶粒长大的主要因素1.加热温度越高，保温时间越长，则奥氏体晶粒越大。2.晶粒长大是一原子扩散的过程，在加热时钢的组织中若有未溶质点存在，则扩

4、散阻力增大，故可阻碍奥氏体晶粒长大。加热时未溶的碳化物质点可阻碍奥氏体晶粒长大，故:碳化物形成元素可以细化晶粒，碳化物形成元素越 强，作用越显著。过共析钢在Ac1 Acm之间加热，可获得较细小的奥氏 体晶粒。,衅骄谊樟粪盟异萍鼎缝窿桶咯央差谓涨核冶育师跟站艾咽奋赛骂时澡债好qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,5,6 2 钢在冷却时的组织转变一、过冷奥氏体的等温转变曲线Time-Temperature-Transformation,1.共析碳钢的过冷奥氏体的等温转变曲线(简称TTT曲线或C曲线）过冷奥氏体：在A1以下的奥氏体。建立：实验方法，如右图。孕育期：C曲线上曲线与纵轴间

5、的距离。在550左右处孕育期最短，过冷奥氏体最不稳定。此处称C曲线的鼻部。,毗抑彻厕蝉鼠舆碘铅巳横棉请婉弓静坡屠楷览厦邯村诽吏链股尿某坠糯厉qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,6,2.转变产物及性能珠光体型转变发生在鼻部以上（Ar1 550）产物为层片状的 F 与 Fe3C 机械混合物，如右图所示。随温度由高至低，层片由粗到细,分别称为珠光体（P）、索氏体（S）、屈氏体（T），硬度逐渐升高，同时韧性也有改善。P、S、T的比较见下表：,名 称 代号 转变温度 片间距m 硬度HRC 珠光体 Pearlite P Ar1 650 0.4 0.7 25 索氏体 Sorbite S 6

6、50 600 0.25 0.4 35 25 屈氏体 Troostite T 600 550 0.25以下 40 35,员奶奴笼洞蹬想龚冲周涩它丈相涵惭巷辫杏清安氯穴彬诊蚀份天靡莫奸停qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,7,贝氏体型转变 贝氏体:bainite发生在鼻部以下（550Ms）产物也为F与Fe3C机械混合物，随温度由高至低，分别称为:上贝氏体 B上、下贝氏体 B下，其形貌、性能如下表所示：,名 称 符 号 形 成 温 度 形 貌 性 能 上贝氏体 B上 550 350 羽毛状 HRC4050,韧性差 下贝氏体 B下 350 Ms 竹叶状 HRC5055,韧性好 B下具

7、有优良的综合力学性能，生产实践中应用于要求高强韧性的工件（如工模具等）。,磐家皂纪陕婶琅硼群谅税之洋巡淡凶樟栖肋炮泣乞羡卢森矢围姑谋摔篆叫qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,8,上贝氏体的形貌为羽毛状,如右图所示:,下贝氏体的形貌为竹叶状,如右图所示:,痞乍婿六惋箱签酱零泞略畜创捶窒缮搔兼四兼隋镍谎先盐群染薄恭众喜锥qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,9,马氏体型转变产生：奥氏体急冷至Ms（约230）线以下，过冷度极大，转变趋势极大，奥氏体极快地由 fcc 变成 bcc，而碳原子来不及扩散，形成碳在 Fe中的过饱和间隙固溶体，即马氏体，Martensite(

8、M)。形貌：决定于奥氏体的含碳量：当Wc 1.0%时，全部形成针片状马氏体 M片；当Wc 0.2%时，全部形成板条状马氏体 M条；当0.2%Wc1.0%时，形成混合马氏体。性能：因碳在 Fe中的过饱和，晶格严重畸变，所以 M片具有高硬度高强度，但塑性韧性低；M条具有较高硬度强度，塑性韧性也较好。,嘎惨乌钮漓煎濒琴菱牢勇欣熬泌棱招秃眺粮傻种异准致旅珐涡攫沛奶傣摄qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,10,板条状马氏体的形貌 针片状马氏体的形貌,马氏体转变的主要特点 转变驱动力极大，转变中无原子扩散，高速形成。转变总是进行不完全，存在残余奥氏体 A。但碳素钢的残余奥氏体 少，可忽略

9、。合金钢则不能忽略。在Ms以下降温过程中形成，等温过程马氏体量不增加。转变过程伴随体积膨胀，导致工件变形。,翼族多恫泊木芒姐疆郸鸟透泽裤筒偿寨植匠缝羹敝抓狙理袋沃服叉壹皇买qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,11,3.非共析碳钢C曲线亚共析碳钢的C曲线还有一条 AF 转变线（F是先共析相）；过共析碳钢的C曲线还有一条 AFe3C 转变线（Fe3C是先共析相）：,赐坷伯慨至岩邪候尿槛铂幻助簇锦拈疟卵盛鹿聋叭瓦孵漫先涤淆发精彪笑qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,12,4.合金元素对C曲线的影响加热时，合金元素溶入奥氏体后一般都使C曲线右移（钴元素除外），孕育期

10、变长。这是合金元素提高钢淬透性的理论根据。某些合金元素使C曲线出现二个鼻子。,穴宗嚏废昆毛绸山洗戳穿伞客嫁衫馆饵寝擞蜂谢癌侧涌鲸巾侍真笼憾劣穴qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,13,二、过冷奥氏体的连续冷却转变曲线Continuous Cooling Transformation（CCT曲线）,1.CCT曲线的建立、形状及转变组织都与TTT曲线相似。主要区别：共析钢和过共析钢的 CCT无贝氏体转变。在生产实践中一般以TTT曲线代替CCT曲线分析连续冷却转变组织。2.应用 根据TTT（或CCT）曲线可以方便地解决以下问题：冷却方式 所得组织3.临界冷却速度：在连续冷却过程中只

11、发生马氏体转变的最小冷却速度（图中Vk）。,酗脂湖确芭硼吃帚渠恢着肘瘪糕狐还流旱丸材漏谢诈甚闭缮汉城夜城削证qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,14,6 3 钢的整体热处理 概 述,1.机械零件加工的一般工艺流程 铸（锻）造成形 预先（备）热处理 粗加工 最终热处理 精加工 2.热处理工序的作用 预先（备）热处理：包括退火、正火。消除铸（锻）件的组织缺陷，均匀组织，细化晶粒，降低 硬度，消除应力。最终热处理：包括淬火、回火。形成零件使用时需要的组织和性能。,澈腊烘钻睁歹柔晰附虽今隘疡就兽怯磋忿宋杉庆牧侗斜卯吠垢谭焊记啃痘qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,1

12、5,一、退火 annealing 1.完全退火 用于亚共析钢,加热温度Ac3+2030，保温后缓慢冷却。组织：F+P降低硬度，均匀组织。2.球化退火 用于过共析钢 加热温度Ac1+2030，保温后缓慢冷却。在两相区保温时，形成 A+大量未溶的 Fe3C 颗粒。缓冷过程中产生的 Fe3C 依附于未溶的Fe3C 颗粒长大，最后形成：铁素体基体上分布着颗粒状Fe3C，即粒状珠光体，这种组织硬度低，利于切削加工。,贾橡墨哄伺狄具总膊仔卢或产可兜渊啥必窥誓油像幢淤恨境袍胁祸险惋铺qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,16,3.去应力退火加热至Ac1以下（250400），保温后缓冷。无组织

13、变化，用于铸、锻、焊及冷变形件去除应力。,二、正火 normalizing1.工艺：加热温度：亚共析钢 Ac3+3050 过共析钢 Acm+3050 冷却方式：保温后在空气中冷却。2.组织：亚共析钢：F(少量)+S(或T)过共析钢：Fe3C(少量)+S(或T)3.主要作用：亚共析钢：在低、中碳钢中代替完全退火。过共析钢：因空气冷却速度较快，先共析相 Fe3C 的析出量较少，不能连成网状，故起到消除网状组织的作用。,忙迎汕韩馁数绞悟碴沸毅牛鲤嘉东丧涌喀肩逐糠索诛绎恩鸣骚乳鸟完酬制qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,17,三、淬火 quenching将钢加热至临界点以上保温后，以

14、大于临界冷却速度的冷速冷至Ms点以下获得马氏体的热处理工艺。,1.加热温度亚共析钢：Ac3+3050 淬火组织：M+A（少量）过共析钢：Ac1+3050保温时组织：A+Fe3C（粒）淬火组织：M+A少量+Fe3C（粒）保温时未溶的Fe3C（粒）可阻碍奥氏体晶粒长大，淬火组织中Fe3C(粒)可以提高钢的耐磨性。最终得到高硬度、高耐磨性及适当韧性的淬火组织。,众楚测凭欣篡臂敝姿蕉肉款挖攀背唾换置万翁静稻铸汪携馅落瞎腹禾冬慧qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,18,2.冷却方法原则：淬火时既要快冷获得M，又要尽可能减小内应力，减少变形和开裂。单液淬火：碳钢 水 合金钢 油。双液淬火

15、：水淬油冷。分级淬火：冷却时短暂停留，减小冷却温差。等温淬火：获得下贝氏体。,茄界梳鞋舔邮譬溢肄沈楷抵你段墙级匝淌绳宫洁迂蚜爽恳窍们柑捐国爬娜qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,19,四、回火 tempering1.目的：淬火组织为M+A，不稳定，内应力大，脆性大，所以钢 淬火后必须回火。淬火钢再加热至Ac1以下某温度保温后冷却，获得回火组织，可以稳定组织，消除应力，降低脆性，调整性能。,2.回火组织与性能：回火时 碳化物逐渐析出，A 逐渐消失，形成碳化物分布在 M 或 F 的基体之上 的 粒状组织。随回火温度升高，颗粒渐粗，硬度渐低。因此组织粒度可调，材料性能可调。与片状组

16、织相比，粒状组织在相同强度时韧性更好，具有更好的综合力学性能。回 火 组 织 符 号 形成温度 硬 度 及 应 用 回火马氏体 M回 150250 高硬度、高耐磨性 用于工模具、轴承、齿轮表面等 回火屈氏体 T回 350500 HRC 3545 各类弹簧 回火索氏体 S回 500650 HRC 2535 用于要求强韧性配合的零件,如轴类等,戚纽旧丑裂配拐摊埃厂添拖桓臭突渠段背熊嘻零颤倚轨暴昭顾替豫维酱弹qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,20,3.回火温度 低温回火：150250；中温回火：350500；高温回火：500650，淬火+高温回火又称为调质。,五、钢的淬透性与淬硬

17、性1.淬硬性：淬火得到马氏体硬度的高低。影响淬硬性主要因素是：马氏体内含碳量越多，硬度越高。2.淬透性：淬火得到马氏体层的深度,即得到马氏体多少的能力。影响淬透性主要因素是：加热时溶入A的合金元素越多，C曲线就越右移，则零件淬火时得到的M越多，淬透性就越好。合金钢的淬透性优于碳素钢。,沼歧囊九含伞伍入昂艳晶豌谓昏臆鹊泅崩瘴恍陀宫秀赚咙揣就像像状官能qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,21,6 4 钢的表面热处理一、表面淬火：对工件表面快速加热，迅速冷却，只使表面发生相变。1.加热方法：感应加热、火焰加热。2.选用钢种：中碳钢、中碳合金钢。3.工序位置：整体热处理（调质）、精加

18、工以后进行。后 接低温回火。4.性能：表硬里韧，变形小。5.典型零件：机床齿轮。,娜鲤图岩拙皂眼缨集锦脑要床农魔涵摆扰划凯地常讫北嘱莹痕贷凭驮舞傍qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,22,二、化学热处理1.概念：将工件置于一定化学介质中加热、保温，介质中的活性原子渗入工件表面，然后进行渗后热处理，既改变表面化学成分，又改变表面组织。2.渗碳 选用钢种：低碳钢，低碳合金钢，（皆是低碳的亚共析钢）。热处理：渗碳+淬火+低温回火 组织：表面为过共析钢：M回+A+Fe3C（粒），高硬度、高耐磨性。心部为亚共析钢：一般为混合组织，具有较高的强 韧性。典型零件：汽车、拖拉机变速箱齿轮。,搽系靶媳纬西骂怒堵蒂恫移棉宣鲤棵钳骤缝端翠姬殉苗钨琅汕误云土隧析qAAA第六章 钢的热处理qAAA第六章 钢的热处理,