機械制造基礎(chǔ)-鋼的熱處理-加熱和冷卻過程.ppt

鋼的熱處理 1 定義 是指將鋼在固態(tài)下加熱 保溫和冷卻 以改變鋼的組織結(jié)構(gòu) 獲得所需要性能的一種工藝 1鋼的熱處理定義 機床制造中約60 70 的零件要經(jīng)過熱處理 汽車 拖拉機制造業(yè)中需熱處理的零件達70 80 模具 滾動軸承100 需經(jīng)熱處理 熱處理特點 只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu) 不改變表面形狀與尺寸 2 熱處理的意義 3 熱處理分類預(yù)備熱處理 為隨后的加工或進一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理 最終熱處理 賦予工件所要求的使用性能的熱處理 4 熱處理工藝分類如下 根據(jù)加熱 冷卻方式及鋼組織性能變化特點不同 重點掌握 1 鋼在加熱時組織轉(zhuǎn)變的過程中及影響因素 2 共析鋼奧氏體等溫冷卻曲線中各條線的含義 3 奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的特點 冷卻速度對鋼的組織變化和最終性能的影響 4 各種熱處理的定義 目的 組織轉(zhuǎn)變過程 性能變化 用途和使用的鋼種 零件的范圍 2鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變 加熱目的是獲得均勻的奧氏體組織 稱奧氏體化 鋼坯加熱 鋼加熱時的實際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1 Ac3 Accm表示 冷卻時的實際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1 Ar3 Arcm表示 臨界溫度與實際轉(zhuǎn)變溫度鐵碳相圖中PSK GS ES線分別用A1 A3 Acm表示 第一步奧氏體晶核形成 首先在F與Fe3C相界形核 第二步奧氏體晶核長大 A晶核通過碳原子的擴散向F和Fe3C方向長大 第三步殘余Fe3C溶解 鐵素體因而先消失 殘余的Fe3C隨保溫時間延長繼續(xù)溶解直至消失 第四步奧氏體成分均勻化 通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻 一 奧氏體的形成過程 現(xiàn)以共析鋼為例 共析鋼奧氏體化過程 亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本相同 但由于先共析F或二次Fe3C的存在 要獲得全部奧氏體組織 必須相應(yīng)加熱到Ac3或Accm以上 二 奧氏體晶粒長大及其影響因素 奧氏體晶粒粗大 冷卻后的組織也粗大 降低鋼的常溫力學(xué)性能 尤其是塑性 因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問題之一 三 奧氏體晶粒大小及控制 1 晶粒度概念 2 影響奧氏體晶粒長大的因素 加熱溫度和保溫時間 加熱溫度高 保溫時間長 晶粒粗大 加熱速度 加熱速度越快 過熱度越大 形核率越高 晶粒越細(xì) 細(xì)化A晶粒途徑 快速加熱 短時保溫 一 鋼在熱處理時的冷卻方式 3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 二 過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 1 建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線 TTT曲線 C曲線 形狀像C Time Temperature Transformationdiagram 共析碳鋼TTT曲線建立過程示意圖 A1 過冷奧氏體區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū) 2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變 隨過冷度不同 過冷奧氏體將發(fā)生三種類型轉(zhuǎn)變 珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變 1 珠光體轉(zhuǎn)變 根據(jù)片層厚薄不同 又細(xì)分為珠光體 索氏體和托氏體 三種組織無本質(zhì)區(qū)別 只是形態(tài)上的粗細(xì)之分 因此其界限也是相對的 片間距越小 鋼的強度 硬度越高 而塑性和韌性略有改善 2 貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體用符號B表示 根據(jù)其組織形態(tài)不同 貝氏體又分為上貝氏體 B上 和下貝氏體 B下 上貝氏體強度與塑性都較低 無實用價值 下貝氏體具有良好的綜合力學(xué)性能 3 馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)碳在 Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體 用符號M表示 馬氏體組織 馬氏體的形態(tài)C 小于0 2 時 組織幾乎全部是板條馬氏體 C 大于1 0 C時則幾乎全部是針狀馬氏體 C 在0 2 1 0 之間為板條與針狀的混合組織 馬氏體的性能高硬度是馬氏體組織性能的主要特點 馬氏體的硬度主要取決于其含碳量 3 共析碳鋼TTT曲線的分析 穩(wěn)定的奧氏體區(qū) 過冷奧氏體區(qū) A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線 A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線 A 產(chǎn)物區(qū) 產(chǎn)物區(qū) A1 550 高溫轉(zhuǎn)變區(qū) 擴散型轉(zhuǎn)變 P轉(zhuǎn)變區(qū) 550 230 中溫轉(zhuǎn)變區(qū) 半擴散型轉(zhuǎn)變 貝氏體 B 轉(zhuǎn)變區(qū) 230 50 低溫轉(zhuǎn)變區(qū) 非擴散型轉(zhuǎn)變 馬氏體 M 轉(zhuǎn)變區(qū) 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 共析鋼 四 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT曲線 是通過測定不同冷速下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的 可用TTT曲線定性說明連續(xù)冷卻時的組織轉(zhuǎn)變情況 共析鋼CCT曲線 Continuous Cooling Transformation P 均勻A 細(xì)A P 退火 爐冷 正火 空冷 S 淬火 油冷 T M A M A 淬火 水冷 五 影響TTT曲線形狀與位置的因素 1 奧氏體中含碳量的影響共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定 C曲線最靠右 Ms與Mf點隨含碳量增加而下降 2 奧氏體中含合金元素的影響除Co外 凡溶入奧氏體的合金元素都使C曲線右移 除Co Al 2 5