xiugai第五章钢的热处理.ppt
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1、第五章 钢的热处理,改善钢的性能,主要有两条途径:一是合金化,这是下几章研究的内容;二是热处理,这是本章要研究的内容。,一、退火,将钢加热至适当温度保温,然后缓慢冷却(炉冷)的热处理工艺叫做退火。1、退火目的,调整硬度,便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HB。消除内应力,防止加工中变形。细化晶粒,为最终热处理作组织准备。,真空退火炉,2、退火工艺退火的种类很多,常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。完全退火,将工件加热到Ac3+3050 保温后缓冷的退火工艺,主要用于亚共析钢.,等温退火亚共析钢加热到Ac3+3050,共析、过共析钢加热到Ac1+30
2、50,保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留,待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间,更适合于孕育期长的合金钢.,高速钢等温退火与普通退火的比较,合金钢奥氏体化比碳钢慢得多加热温度高,球化退火球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。它是将工件加热到Ac1+3050 保温后缓冷,或,者加热后冷却到略低于 Ar1 的温度下保温,使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。主要用于共析、过共析钢。,球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体,称球状珠光体,用P球表示。,对于有网状二次渗碳体的过共析钢,球化退火前应先进行正火,以消除网状.,二、正火正火是将亚共析钢加热到Ac3+30 50,共
3、析钢加热到Ac1+3050,过共析 钢加热到 Accm+30 50保 温后空冷的工艺。正火比退火冷却速度大。1、正火后的组织:0.6%C时,组织为F少+S;0.6%C时,组织为S。,正火温度,正火,2、正火的目的 对于低、中碳钢(0.6C%),目的与退火的相同.对于过共析钢,用,于消除网状二次渗碳体,为球化退火作组织准备。普通件最终热处理.要改善切削性能,低碳,钢用正火,中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火.,以45钢为例的正火工艺曲线:,保温时间的经验公式:=KD(单位为min,式中,K加热系数,一般K=1.5-2.0mm/min,若装炉量大则可延长保温时间,D工件有效厚度,单位为mm),操
4、作步骤如下:,退火800-840,退火、正火的选择,正火:冷速快,材料组织细化,机械性能好1切削加工 低碳钢、含碳0.8%高碳钢、中碳合金工具钢(正火)球化退火2作为最终热处理正火3为最终热处理提供良好的组织状态4.正火可替代完全退火以提高效率,只适用于碳素钢、低、中合金钢。高合金钢空冷得到M,空淬,0.25 0.6,第五节 钢的淬火,淬火是将钢加热到临界点以上,保温后以大于Vk速,度冷却,使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺.淬火是应用最广的热处理工艺之一。淬火目的是为获得马氏体组织,提高钢的性能.,真空淬火炉,或B下,一、淬火温度,1、碳钢 亚共析钢,淬火温度为Ac3+3050。预备热处理组织
5、为退火或正火组织。,亚共析钢淬火组织:0.5%C时为M0.5%C时为M+A。,M 板+针,M+A 板+针,在Ac1 Ac3之间的加热淬火称亚温淬火。,亚温淬火组织为F+M,强度、硬度低,但塑韧性好.,35钢(含0.35%C)亚温淬火组织,低合金焊接结构钢18MnMoNb 16Mn 16MnV亚温淬火提高了该钢在350度时的热强性和塑性,改善焊缝热影响区的韧性,降低韧脆转变温度.,AC3以下5-10 加热回火后强硬及韧性有最大值。,20钢亚温淬火制化工机械用弯头满足-50 下的工作性能要求,节约低温用合金钢,共析钢淬火温度为Ac1+3050;淬火组织为M+A。,过共析钢淬火温度:Ac1+3050
6、.温度高于Accm,则奥氏体晶粒粗大、含碳量高,淬火后马氏体晶粒粗大、A量增多。使钢硬度、耐磨性下降,脆性、变形开裂倾向增加。淬火组织:M+Fe3C颗粒+A。(预备组织为P球),T12钢(含1.2%C)正常淬火组织,灰白为:M+A 黑为:M 白为:Fe3C颗粒,5.2 钢的淬火与回火,一、淬火:加热到AC3、AC1相变温度以上,保温,快速冷却M+A,1碳钢淬火温度的决定,淬火温度过高A粗大M粗大力学性能,淬火温度过高A粗大M粗大淬火应力变形,开裂,2、合金钢淬火温度由于多数合金元素(Mn、P除外)对奥氏体晶粒长大有阻碍作用,因而合金钢淬火温度比碳钢高。亚共析钢淬火温度为Ac3+50100。共析
7、钢、过共析钢淬火温度为Ac1+50100。,钢坯加热,二、淬火介质,理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷,而在Ms附近尽量缓冷,以达到既获得马氏体组织,又减小,内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。常用淬火介质是水和油.水的冷却能力强,但低温却能力太大,只使用于形状简单的碳钢件。,油在低温区冷却能力较理想,但高温区冷却能力太小,使用了合金钢和小尺寸的碳钢件。熔盐作为淬火介质称盐浴,冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质。,、淬火方法,采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。1、单液淬火法加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火
8、方法。操作简单,易实现自动化。,2、双液淬火法工件先在一种冷却能力强的介质中冷却,躲过鼻尖后,再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷,油淬空冷.优点是冷却理想,缺点是不易掌握。用于形状,复杂的碳钢件及大型合金钢件。,3、分级淬火法在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火,待内外温度均匀后再取出缓冷(空)。(150-260 2-5min),可减少内应力,用于形状复杂、小尺寸工件。刀具量具及变形要求小的精密工件。,盐浴炉,电极盐浴炉 高温1300高速钢高合金钢淬火加热 中温850碳钢、合金钢 淬火加热、高速钢淬火预热 低温650高速钢工件预热、回火加热。,碱浴 80%KOH 20%Na
9、OH 6%H2O盐浴 55%kNO3+45%NaNO3(NaNO2),4、等温淬火法将工件在稍高于 Ms 的盐浴或碱浴中保温足够长时间,从而获得下贝氏体组织的淬火方法。空冷经等温淬火零件具有良好的综合力学性能,淬火应力小.一般不再进行回火处理。适用于形状复杂及要求较高的小型件。,淬火方法,45钢的淬火工艺曲线:,油冷,M,T,第六节 钢的淬透性,网带式淬火炉,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。,一、淬透性的概念,M量和硬度随深度的变化,淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。,淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%M
10、+50%P)的深度。淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度,即硬化能力.,二、淬透性与淬硬层深度的关系,同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关.工件尺寸小、介质冷却能力强,淬硬层深。淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较,是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。,三、影响淬透性的因素,钢的淬透性取决于临界冷却速度Vk,Vk越小,淬透性越高。Vk取决于C曲线的位置,C 曲线越靠右,Vk越小。,因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素.即除Co 外,凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高;奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。,四、淬透性的测定及其表示
11、方法,1、淬透性的测定常用末端淬火法,示,J 表示末端淬透性,d 表示半马氏体区到水冷端的距离,HRC 为半马氏体区的硬度。,2、淬透性的表示方法 用淬透性曲线表示,即用 表,用临界淬透直径表示临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却,中心被淬成半马氏体的最大直径,用D0(C)表示。D0与介质有关,如45钢D0水=16mm,D0油=8mm。只有冷却条件相同时,才能进行不同材料淬透性比较,如45钢D0油=8mm,40Cr D0油=20mm。,淬透性不同的钢材经调质处理后,沿截面的组织和机械性能差别很大。如直径为30mm的40CrNiMo钢棒整个截面都是回火索氏体,机械性能均匀,强度高,韧性好。而直径
12、为30mm的40钢的表层为回火索氏体,心部为片状索氏体+铁素体,心部强韧性较差。截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、锻模、锤杆等工件,要求截面机械性能均匀,应选用淬透性好的钢。而承受弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受力较大,心部受力较小,可选用淬透性较低的钢种。,40CrNiMo,40Cr,40,3、利用淬透性可控制淬硬层深度。对于截面承载均匀的重要件,要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透(淬硬层深度一般为半径的1/21/3),如轴类、齿轮等。淬硬层深度与工件尺寸有关,设计时应注意尺寸效应。,不同冷却条件下的转变产物,等温退火,P,退火,(炉冷),正火,
13、(空冷),S,(油冷),T+M+A,等温淬火,B下,M+A,分级淬火,M+A,淬火,(水冷),淬火,P,P,均匀A,细A,?,?,?,第七节 钢的回火,回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却(一般空冷)的工艺。一、回火的目的1、减少或消除淬火内应力,防止变形或开裂.,2、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高,脆性大,回火可调整硬度、韧性。,螺杆表面的淬火裂纹,3、稳定尺寸。淬火M 和 A都是非平衡组织,有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使M与A转变为平衡或接近平衡的组织,防止使用时变形。4、对于某些高淬透性的钢,空冷即可淬火,如采,用回火软化既能降低硬度,又能缩短软化周期。未经淬火
14、的钢回火无意义,而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。钢经淬火后应立即进行回火。,二、钢在回火时的转变,淬火钢回火时的组织转变主要发生在加热阶段。随加热温度升高,淬火钢的组织发生四个阶段变化。,网带式回火电炉,回火时组织转变1、马氏体的分解100回火时,钢的组织无变化。100-200加热时,马氏体将发生分解,从马氏体中析出-,碳化物(-FeXC),使马氏体过饱和度降低。析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体(低过饱和度的固溶体)上,这种组织称回火马氏体,用M回表示。,透射电镜下的回火马氏体形貌,共格关系是指两相界面上的原子恰好位于两相晶格的共同结点上。,碳化物(-FeXC)与低过饱和度的固
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