第三章鋼的熱處理

1、 第三章第三章 鋼的熱處理鋼的熱處理 熱處理：通過(guò)加熱、保溫和冷卻來(lái)改變熱處理：通過(guò)加熱、保溫和冷卻來(lái)改變鋼的內(nèi)部組織，使鋼能夠獲得新性能的鋼的內(nèi)部組織，使鋼能夠獲得新性能的工藝方法工藝方法目的：改變鋼的性能目的：改變鋼的性能碳鋼存在三種可逆的固態(tài)轉(zhuǎn)變：碳鋼存在三種可逆的固態(tài)轉(zhuǎn)變：1. A1. A的形成與分解的形成與分解沿沿A A1 1線(xiàn)線(xiàn)：加熱時(shí)，加熱時(shí)，PAPA，冷卻時(shí)，冷卻時(shí)APAP2. F2. F的溶解與析出的溶解與析出沿沿A A3 3線(xiàn)：加熱時(shí)，線(xiàn)：加熱時(shí)，F(xiàn)AFA，冷卻時(shí)，冷卻時(shí)AFAF3. Fe3. Fe3 3C C的溶解與析出的溶解與析出沿沿A Acmcm線(xiàn)：加熱，線(xiàn)：加熱，F(xiàn)

2、eFe3 3C CAA，冷卻，冷卻，AFeAFe3 3C C 第一節(jié)第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變一、一、A A 的形成的形成1. 1. 共析鋼的共析鋼的A A形成過(guò)程形成過(guò)程 P P（ F + FeF + Fe3 3C C ） A A 0.0218%C 6.69%C 0.77%C0.0218%C 6.69%C 0.77%C 體心立方體心立方 正交晶體正交晶體 面心立方面心立方轉(zhuǎn)變必須包含以下過(guò)程：轉(zhuǎn)變必須包含以下過(guò)程： 鐵、碳原子的擴(kuò)散過(guò)程鐵、碳原子的擴(kuò)散過(guò)程 鐵晶格的重組過(guò)程鐵晶格的重組過(guò)程 滲碳體的溶解過(guò)程滲碳體的溶解過(guò)程 A A晶核總是優(yōu)先在晶核總是優(yōu)先在 F F 和和 Fe

3、Fe3 3C C 的相界面上形成的相界面上形成 2. 2. 影響影響A A化的因素化的因素 加熱溫度越高，加熱溫度越高，P A P A 的轉(zhuǎn)變速度越快的轉(zhuǎn)變速度越快 加熱速度越快，加熱速度越快，P AP A 的轉(zhuǎn)變速度越快，的轉(zhuǎn)變速度越快，A A 晶粒越細(xì)晶粒越細(xì) P P 越細(xì)，越細(xì)，P P 向向A A 轉(zhuǎn)變速度越快，轉(zhuǎn)變速度依次為：轉(zhuǎn)變速度越快，轉(zhuǎn)變速度依次為： 細(xì)片狀細(xì)片狀 P P粗片狀粗片狀 P P， 片狀片狀 P P粒狀粒狀 P P 3. 3. 非共析鋼的非共析鋼的A A化化 在在A A1 1以上，完成以上，完成 PA PA 的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變 在在A A3 3 和和 A Acmcm 以上，

4、分別完成以上，分別完成 F F 和和 FeFe3 3C C 的的 A A 化化 二、二、A A晶粒大小晶粒大小A A晶粒度超過(guò)規(guī)定等級(jí)，被稱(chēng)為晶粒度超過(guò)規(guī)定等級(jí)，被稱(chēng)為“過(guò)熱過(guò)熱”本質(zhì)粗晶粒鋼：本質(zhì)粗晶粒鋼：A A晶晶粒長(zhǎng)大傾向大的鋼粒長(zhǎng)大傾向大的鋼 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼 ：A A晶晶粒長(zhǎng)大傾向小的鋼粒長(zhǎng)大傾向小的鋼 本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度: : 能反映不能反映不同的鋼在相同加熱條同的鋼在相同加熱條件下的件下的A A晶粒長(zhǎng)大傾向晶粒長(zhǎng)大傾向?qū)嶋H晶粒度：指在具體實(shí)際晶粒度：指在具體加熱條件下，鋼中加熱條件下，鋼中A A的晶粒大小的晶粒大小 第二節(jié)第二節(jié) 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)一、

5、過(guò)冷一、過(guò)冷A A等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)過(guò)冷過(guò)冷A A ：處于臨界轉(zhuǎn)變溫：處于臨界轉(zhuǎn)變溫度以下的度以下的A A 1. 1. 過(guò)冷過(guò)冷A A等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的建立與分析（共析鋼）的建立與分析（共析鋼） 孕育期孕育期高于鼻尖溫度，高于鼻尖溫度，A A的轉(zhuǎn)變速的轉(zhuǎn)變速度主要取決于過(guò)冷度大小度主要取決于過(guò)冷度大小低于鼻尖溫度，低于鼻尖溫度，A A的轉(zhuǎn)變速度主要取決于原子擴(kuò)的轉(zhuǎn)變速度主要取決于原子擴(kuò)散能力散能力 轉(zhuǎn)變類(lèi)型轉(zhuǎn)變類(lèi)型在在A A1 1560560之間，過(guò)之間，過(guò)冷冷A A 發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變?cè)谠?60560MMs s溫度之間，溫度之間，過(guò)冷過(guò)冷A A發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生貝氏體

6、轉(zhuǎn)變?cè)谠贛Ms s MMf f 溫度之間，溫度之間，過(guò)冷過(guò)冷A A發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變MMs s溫度是溫度是MM轉(zhuǎn)變的開(kāi)轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度，始溫度，MMf f 溫度是溫度是MM轉(zhuǎn)變的終了溫度轉(zhuǎn)變的終了溫度 2. 2. 轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物轉(zhuǎn)變過(guò)程及產(chǎn)物 珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變 粗片粗片P P，硬度為，硬度為 5 520 HRC 20 HRC 細(xì)片細(xì)片P P，也稱(chēng)索氏體（，也稱(chēng)索氏體（S S），），硬度：硬度： 202030 HRC30 HRC極細(xì)片極細(xì)片P P，也稱(chēng)托氏體（，也稱(chēng)托氏體（T T），），硬度：硬度：303040 HRC40 HRC 貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變 B B：由過(guò)飽和碳的：由過(guò)飽和

7、碳的F F和和FeFe3 3C C所組成的混合物所組成的混合物在在560560350350范圍內(nèi)形成的范圍內(nèi)形成的B B稱(chēng)為上貝氏體稱(chēng)為上貝氏體 在在350 350 MMs s溫度內(nèi)形成的溫度內(nèi)形成的B B稱(chēng)為下貝氏體稱(chēng)為下貝氏體 上上B B中中F F條較粗，且條較粗，且F F條平行排列有各向異性，條平行排列有各向異性，其韌性較差，應(yīng)用較少其韌性較差，應(yīng)用較少下下B B中中F F片較細(xì)，強(qiáng)韌性很好，硬度高達(dá)片較細(xì)，強(qiáng)韌性很好，硬度高達(dá)505060HRC60HRC，應(yīng)用較為廣范，應(yīng)用較為廣范 M M轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變特點(diǎn)轉(zhuǎn)變特點(diǎn) ：a Ma M沿沿A A晶界形核并迅速向晶內(nèi)長(zhǎng)大晶界形核并迅速向晶內(nèi)長(zhǎng)

8、大b Mb M的長(zhǎng)大速度極快的長(zhǎng)大速度極快 C C 必須降溫，才會(huì)有新的必須降溫，才會(huì)有新的MM針葉形成針葉形成d d 直到直到MMf f點(diǎn)，轉(zhuǎn)變才告結(jié)束點(diǎn)，轉(zhuǎn)變才告結(jié)束 e e 馬氏體是碳在馬氏體是碳在 FeFe中的過(guò)飽和固溶體，具有中的過(guò)飽和固溶體，具有 體心正方結(jié)構(gòu)體心正方結(jié)構(gòu)f M M 轉(zhuǎn)變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生顯著的固溶強(qiáng)化和相變強(qiáng)轉(zhuǎn)變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生顯著的固溶強(qiáng)化和相變強(qiáng) 化，使化，使 M M 具有很高的強(qiáng)度和硬度具有很高的強(qiáng)度和硬度 g g M M 的含碳量越高，其強(qiáng)度、硬度越高，塑性、的含碳量越高，其強(qiáng)度、硬度越高，塑性、 韌性越低韌性越低 馬氏體的性能馬氏體的性能 : :含碳含碳 0.25%

9、0.25%的低碳的低碳M, M, s ss s = 800 = 800 1300 MPa1300 MPa HRC = 35 HRC = 35 45 45 = 9 = 9 17 % 17 %含碳為含碳為0.8%0.8%的高碳的高碳M, M, , , s ss s = 1500 = 1500 2000 MPa 2000 MPa HRC = 62 HRC = 62 6464， = 1 %= 1 %殘余殘余A A：相變結(jié)束后被殘留下來(lái)的：相變結(jié)束后被殘留下來(lái)的A A 3 3、影響、影響C C曲線(xiàn)的主要因素曲線(xiàn)的主要因素 碳含量的影響碳含量的影響 A A 隨著隨著c%c%的增加，亞共折鋼的的增加，亞共折

10、鋼的C C曲線(xiàn)逐漸右曲線(xiàn)逐漸右 移，過(guò)共折鋼的移，過(guò)共折鋼的C C曲線(xiàn)逐漸左移，共折鋼的曲線(xiàn)逐漸左移，共折鋼的 C C曲線(xiàn)最靠右曲線(xiàn)最靠右 B B 隨著隨著C%C%增加，鋼的增加，鋼的MMs s點(diǎn)和點(diǎn)和 MMf f點(diǎn)逐漸降低點(diǎn)逐漸降低 合金元素的影響合金元素的影響A A 除除CoCo以外，其余合金元素溶入以外，其余合金元素溶入A A后，都會(huì)后，都會(huì) 使使C C曲線(xiàn)右移曲線(xiàn)右移 B B 除除CoCo、AlAl之外，其余合金元素溶入之外，其余合金元素溶入A A后，后， 都會(huì)降低鋼的都會(huì)降低鋼的MsMs點(diǎn)和點(diǎn)和 MfMf點(diǎn)點(diǎn) 二、過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)二、過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)在熱加工過(guò)程中，工件的

11、冷卻通常都是在熱加工過(guò)程中，工件的冷卻通常都是采采用用連續(xù)冷卻的方式來(lái)進(jìn)行連續(xù)冷卻的方式來(lái)進(jìn)行例如例如：鋼件在鍛造、軋制和焊接后，通常都是采鋼件在鍛造、軋制和焊接后，通常都是采用空冷的方式來(lái)進(jìn)行冷卻用空冷的方式來(lái)進(jìn)行冷卻在熱處理過(guò)程中，工件的冷卻則在熱處理過(guò)程中，工件的冷卻則可可分別采分別采用隨爐冷卻用隨爐冷卻、空冷空冷、油冷油冷和和水水冷冷等方式來(lái)等方式來(lái)進(jìn)行進(jìn)行在鋼經(jīng)過(guò)在鋼經(jīng)過(guò)A A化后的連續(xù)冷過(guò)程中，過(guò)冷化后的連續(xù)冷過(guò)程中，過(guò)冷A A仍仍然會(huì)向然會(huì)向P P、B B和和MM進(jìn)行轉(zhuǎn)變進(jìn)行轉(zhuǎn)變但但由于此時(shí)過(guò)冷由于此時(shí)過(guò)冷A A可能會(huì)先后經(jīng)過(guò)不同的可能會(huì)先后經(jīng)過(guò)不同的轉(zhuǎn)變區(qū)，可能會(huì)發(fā)生不同的轉(zhuǎn)變

12、區(qū)，可能會(huì)發(fā)生不同的組織組織轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變且且冷速不同，可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變也不同冷速不同，可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變也不同所以，過(guò)冷所以，過(guò)冷A A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變較的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變較為為復(fù)雜復(fù)雜建立建立A A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的基本的方法是連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的基本的方法是金相法金相法金相法金相法：就是組織觀測(cè)法就是組織觀測(cè)法例如例如：將一組共析鋼式樣將一組共析鋼式樣A A化后，以某一化后，以某一相相同的同的冷卻速度冷卻速度對(duì)這些試樣對(duì)這些試樣進(jìn)行連續(xù)冷卻，并進(jìn)行連續(xù)冷卻，并相隔不同的時(shí)間將這些試樣分別淬入水中相隔不同的時(shí)間將這些試樣分別淬入水中通過(guò)通過(guò)組織觀測(cè)，就能判斷出每一個(gè)試樣在組織觀測(cè)，就能判斷出每一個(gè)試樣在這這一

13、一連續(xù)冷過(guò)程中，是否發(fā)生了組織轉(zhuǎn)變連續(xù)冷過(guò)程中，是否發(fā)生了組織轉(zhuǎn)變？發(fā)生的是哪種轉(zhuǎn)變發(fā)生的是哪種轉(zhuǎn)變？轉(zhuǎn)變到了那種程度轉(zhuǎn)變到了那種程度？從而從而能確定出各種轉(zhuǎn)變所對(duì)應(yīng)的溫度和時(shí)間能確定出各種轉(zhuǎn)變所對(duì)應(yīng)的溫度和時(shí)間貝氏體是由過(guò)飽和碳的貝氏體是由過(guò)飽和碳的F F和和FeFe3 3C C所組成的所組成的混合物混合物A A向貝氏體轉(zhuǎn)變，不僅需要碳的擴(kuò)散，而向貝氏體轉(zhuǎn)變，不僅需要碳的擴(kuò)散，而且還要且還要進(jìn)行進(jìn)行鐵的晶格重組鐵的晶格重組當(dāng)當(dāng)A A的成分不均勻時(shí)，能的成分不均勻時(shí)，能導(dǎo)致導(dǎo)致過(guò)飽和碳的過(guò)飽和碳的F F和和FeFe3 3C C的形成的形成當(dāng)碳在當(dāng)碳在A A中的分布能夠滿(mǎn)足中的分布能夠滿(mǎn)足B B

14、的形的形核要求時(shí)，核要求時(shí)，B B轉(zhuǎn)變的孕育效果就能轉(zhuǎn)變的孕育效果就能達(dá)到達(dá)到100%100%在冷速較快的連續(xù)冷卻過(guò)程中，在冷速較快的連續(xù)冷卻過(guò)程中，大量大量碳原子碳原子的擴(kuò)散很難進(jìn)行，因此，的擴(kuò)散很難進(jìn)行，因此，當(dāng)當(dāng)A A被冷至被冷至B B轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變區(qū)時(shí)，區(qū)時(shí)，碳的重新分布很難完成碳的重新分布很難完成A A的孕育效果不能達(dá)到的孕育效果不能達(dá)到100%100%，A A向向B B的轉(zhuǎn)變就不能進(jìn)行的轉(zhuǎn)變就不能進(jìn)行在共折鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)上，就不在共折鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)上，就不會(huì)出現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)B B轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū)V Vk k和和V Vk1k1是是A A轉(zhuǎn)變的兩個(gè)臨界狀態(tài)轉(zhuǎn)變的兩個(gè)臨界狀態(tài)冷速小于冷速小于

15、V Vk1k1時(shí)，時(shí)， A A會(huì)會(huì)發(fā)生珠光體型轉(zhuǎn)變發(fā)生珠光體型轉(zhuǎn)變冷速大于冷速大于V Vk k時(shí)，時(shí)，A A會(huì)會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變冷速冷速處處于于V Vk1 k1 V Vk k時(shí)，時(shí)，A A會(huì)向托氏體和馬氏會(huì)向托氏體和馬氏體轉(zhuǎn)變體轉(zhuǎn)變V Vk k是是A A在連續(xù)冷卻過(guò)程中在連續(xù)冷卻過(guò)程中能全部形成能全部形成MM的最小冷速的最小冷速V Vk1k1是是A A在連續(xù)冷卻過(guò)程在連續(xù)冷卻過(guò)程中只能形成珠光體型組織中只能形成珠光體型組織的最大冷速的最大冷速 臨界冷卻速度臨界冷卻速度V V臨臨: A: A能直接轉(zhuǎn)變成能直接轉(zhuǎn)變成 M M 的最小的最小 冷卻速度冷卻速度 第三節(jié)第三節(jié) 鋼的普通熱處理

16、鋼的普通熱處理普通熱處理：普通熱處理： 退火、正火、淬火及回火退火、正火、淬火及回火預(yù)先熱處理：用于消除各類(lèi)晶體缺陷，為零件的機(jī)預(yù)先熱處理：用于消除各類(lèi)晶體缺陷，為零件的機(jī)加工和后續(xù)熱處理進(jìn)行組織準(zhǔn)備的熱處理加工和后續(xù)熱處理進(jìn)行組織準(zhǔn)備的熱處理最終熱處理：為滿(mǎn)足零件使用要求而進(jìn)行的熱處理最終熱處理：為滿(mǎn)足零件使用要求而進(jìn)行的熱處理 鋼的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度：鋼的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度：A Ac c1 1： 實(shí)際加熱時(shí)，實(shí)際加熱時(shí)， P P向向A A轉(zhuǎn)變的最低溫度轉(zhuǎn)變的最低溫度 A Ac c3 3： 實(shí)際加熱時(shí)，實(shí)際加熱時(shí)， F F向向A A轉(zhuǎn)變的最低溫度轉(zhuǎn)變的最低溫度A AC Ccmcm： 實(shí)際加熱時(shí)，實(shí)際加熱

17、時(shí)， FeFe3 3C C溶入溶入A A的最低溫度的最低溫度 A Ar r1 1： 實(shí)際冷卻時(shí)，實(shí)際冷卻時(shí)， A A向向P P轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度 A Ar r3 3： 實(shí)際冷卻時(shí)，實(shí)際冷卻時(shí)， A A析出析出F F的開(kāi)始溫度的開(kāi)始溫度A Ar rcmcm： 實(shí)際冷卻時(shí)，實(shí)際冷卻時(shí)， A A析出析出FeFe3 3C C的開(kāi)始溫度的開(kāi)始溫度 一、鋼的退火一、鋼的退火退火：將鋼加熱至某一溫度保溫一定時(shí)間后，退火：將鋼加熱至某一溫度保溫一定時(shí)間后，再將鋼緩慢冷卻至室溫的工藝過(guò)程再將鋼緩慢冷卻至室溫的工藝過(guò)程 退火類(lèi)型退火類(lèi)型 適用范圍適用范圍 退火目的退火目的完全退火完全退火 亞共析鋼鑄鍛件

18、亞共析鋼鑄鍛件 消除過(guò)熱、細(xì)化晶粒消除過(guò)熱、細(xì)化晶粒AcAc3 3 + 30+ 305050擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 各類(lèi)鑄件各類(lèi)鑄件 消除成分偏析消除成分偏析AcAc3 3 （AcAcCmCm ）+ 150+ 150250250 使成分均勻化使成分均勻化球化退火球化退火 共析鋼和過(guò)共析鋼鍛、軋件共析鋼和過(guò)共析鋼鍛、軋件 AcAc1 1 + 30 + 305050 使使FeFe3 3C C球化，為淬火作準(zhǔn)備球化，為淬火作準(zhǔn)備退火類(lèi)型退火類(lèi)型 適用范圍適用范圍 退火目的退火目的去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 鑄、鍛、焊及鑄、鍛、焊及 去應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸、去應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸、 500500 650650 各類(lèi)冷沖壓件各

19、類(lèi)冷沖壓件 防止工件變形與開(kāi)裂防止工件變形與開(kāi)裂再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 冷變形產(chǎn)品冷變形產(chǎn)品 消除加工硬化、消除加工硬化、650650700700 恢復(fù)鋼的塑性恢復(fù)鋼的塑性完全退火和擴(kuò)散退火后的組織：完全退火和擴(kuò)散退火后的組織： 亞共析鋼：亞共析鋼：F +F +片狀片狀P P 過(guò)共析鋼：過(guò)共析鋼：P + FeP + Fe3 3C C共析鋼和過(guò)共析鋼的球化退火組織：共析鋼和過(guò)共析鋼的球化退火組織：從表面能較高的片狀滲碳體向表面能較低的從表面能較高的片狀滲碳體向表面能較低的球狀滲碳體轉(zhuǎn)化，也是自由能降低的自發(fā)過(guò)程球狀滲碳體轉(zhuǎn)化，也是自由能降低的自發(fā)過(guò)程要想獲得球狀珠光體，在球化退火時(shí)，要想獲得球狀珠

20、光體，在球化退火時(shí)，A A中必中必須要存富碳區(qū)和未溶解的滲碳體顆粒須要存富碳區(qū)和未溶解的滲碳體顆粒球狀球狀P P的體積大于片狀的體積大于片狀P P，球狀，球狀P P形成的形成的A A，體積大于片狀體積大于片狀P P形成的形成的A A球狀球狀P P形成的形成的A A向向MM轉(zhuǎn)變時(shí)，鋼的體積膨脹較轉(zhuǎn)變時(shí)，鋼的體積膨脹較小，內(nèi)應(yīng)力較小，不容易產(chǎn)生變形和開(kāi)裂小，內(nèi)應(yīng)力較小，不容易產(chǎn)生變形和開(kāi)裂 球狀珠光體球狀珠光體 二、鋼的正火二、鋼的正火正火：將工件加熱到正火：將工件加熱到 AcAc3 3或或ACACcm cm 以上以上30308080，保溫后將工件空冷至室溫的工藝過(guò)程，保溫后將工件空冷至室溫的工藝

21、過(guò)程工藝特點(diǎn)：工藝特點(diǎn)： 能提高鋼中的珠光體含量能提高鋼中的珠光體含量 能夠細(xì)化珠光體組織能夠細(xì)化珠光體組織亞共析鋼的正火組織：亞共析鋼的正火組織：F + S F + S 或或 F + T F + T 過(guò)共析鋼的正火組織：過(guò)共析鋼的正火組織：S + FeS + Fe3 3C C 或或 T + FeT + Fe3 3C C 共析鋼的正火組織：共析鋼的正火組織： S S 或或 T T 能提高鋼的強(qiáng)度和硬度能提高鋼的強(qiáng)度和硬度正火的目的：正火的目的：細(xì)化鋼的組織，消除過(guò)熱缺陷，使組織細(xì)化鋼的組織，消除過(guò)熱缺陷，使組織 正?；；?提高低碳鋼硬度，改善其切削加工性能，提高低碳鋼硬度，改善其切削加工性

22、能， 作為低碳鋼機(jī)加工前的預(yù)先熱處理作為低碳鋼機(jī)加工前的預(yù)先熱處理消除或減少過(guò)共析鋼中的網(wǎng)狀消除或減少過(guò)共析鋼中的網(wǎng)狀FeFe3 3C C， 使過(guò)共析鋼易于球化退火使過(guò)共析鋼易于球化退火 作為最終熱處理用于某些性能要求不高作為最終熱處理用于某些性能要求不高 的零件的零件 三、鋼的淬火三、鋼的淬火淬火：將工件加熱到淬火：將工件加熱到 AcAc3 3或或AcAc1 1以上以上30305050保溫后，再將工件放在水中或油中進(jìn)行保溫后，再將工件放在水中或油中進(jìn)行快速冷卻，以使工件能夠獲得快速冷卻，以使工件能夠獲得MM或或B B下下組織組織的工藝過(guò)程的工藝過(guò)程（ 一）一） 淬火目的及工藝淬火目的及工藝

23、提高零件的硬度和耐磨性提高零件的硬度和耐磨性 提高零件的彈性極限提高零件的彈性極限 提高鋼的強(qiáng)韌性提高鋼的強(qiáng)韌性 淬火加熱溫度的選擇：淬火加熱溫度的選擇：過(guò)共析鋼在過(guò)共析鋼在A AC Ccmcm溫度以上加熱淬火的害處：溫度以上加熱淬火的害處： 零件在淬火過(guò)程中的變形開(kāi)裂傾向顯著增大零件在淬火過(guò)程中的變形開(kāi)裂傾向顯著增大 淬火鋼中的殘余淬火鋼中的殘余A A數(shù)量增多，鋼的硬度降低，零數(shù)量增多，鋼的硬度降低，零 件的尺寸不穩(wěn)定性增大件的尺寸不穩(wěn)定性增大 鋼的耐磨性下降鋼的耐磨性下降 亞共析鋼亞共析鋼 ： t =t = Ac Ac3 3 + ( 30 + ( 30 50 ) 50 ) 共析鋼和過(guò)共析鋼

24、：共析鋼和過(guò)共析鋼：t =t = Ac Ac1 1 + ( 30 + ( 30 50 ) 50 ) 鋼在連續(xù)冷卻時(shí)的淬火組織：鋼在連續(xù)冷卻時(shí)的淬火組織： 亞共析鋼及共析鋼：亞共析鋼及共析鋼：M + M + 殘余殘余A A 過(guò)共析鋼：過(guò)共析鋼：M + M + 殘余殘余A +A +未溶未溶FeFe3 3C C （二（二） 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì) 熱應(yīng)力：零件內(nèi)外冷速熱應(yīng)力：零件內(nèi)外冷速 不同，熱脹冷縮不能同不同，熱脹冷縮不能同 時(shí)進(jìn)行所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力時(shí)進(jìn)行所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 組織應(yīng)力：工件內(nèi)外冷組織應(yīng)力：工件內(nèi)外冷 速不同，速不同，MM轉(zhuǎn)變不能同轉(zhuǎn)變不能同 時(shí)進(jìn)行所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力時(shí)進(jìn)行所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 冷卻能力：

25、鹽水冷卻能力：鹽水 水水 油油 （三三） 淬火方法淬火方法 單液淬火法單液淬火法 在一種介質(zhì)中進(jìn)行冷卻的淬火方法在一種介質(zhì)中進(jìn)行冷卻的淬火方法 缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 冷卻特性不好冷卻特性不好 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 工藝簡(jiǎn)單，適合大批量作業(yè)工藝簡(jiǎn)單，適合大批量作業(yè) 雙液淬火法雙液淬火法 高溫區(qū)快冷，高溫區(qū)快冷，300300后慢冷，以減后慢冷，以減少淬火應(yīng)力的淬火方法少淬火應(yīng)力的淬火方法缺點(diǎn)：雙液轉(zhuǎn)換時(shí)間難把握缺點(diǎn)：雙液轉(zhuǎn)換時(shí)間難把握優(yōu)點(diǎn)：冷卻特性好優(yōu)點(diǎn)：冷卻特性好 分級(jí)淬火分級(jí)淬火 將工件淬入溫度為將工件淬入溫度為MsMs101030 30 的硝鹽浴中保溫的硝鹽浴中保溫 2 25 5分鐘，再對(duì)工件進(jìn)分鐘，再對(duì)工件

26、進(jìn)行空冷的淬火方法行空冷的淬火方法 優(yōu)點(diǎn)：冷卻特性好優(yōu)點(diǎn)：冷卻特性好缺點(diǎn)：只能用于尺寸較小、變形要求較小的工模具缺點(diǎn)：只能用于尺寸較小、變形要求較小的工模具 等溫淬火等溫淬火 將工件淬入溫度為將工件淬入溫度為 Ms + 30Ms + 30的的鹽浴中保溫半小時(shí)以上，直到下鹽浴中保溫半小時(shí)以上，直到下B B轉(zhuǎn)變結(jié)束后，再轉(zhuǎn)變結(jié)束后，再將工件進(jìn)行空冷的淬火方法將工件進(jìn)行空冷的淬火方法 缺點(diǎn)：只能用于尺寸較小、變形要求較小的工模具缺點(diǎn)：只能用于尺寸較小、變形要求較小的工模具優(yōu)點(diǎn)：冷卻特性好優(yōu)點(diǎn)：冷卻特性好 （四）（四） 鋼的淬透性鋼的淬透性淬透性：鋼在淬火時(shí)能夠獲得淬透性：鋼在淬火時(shí)能夠獲得MM的能力

27、的能力 在零件尺寸與淬火介質(zhì)一定時(shí)，由于鋼種不同，在零件尺寸與淬火介質(zhì)一定時(shí)，由于鋼種不同，C C曲線(xiàn)的位置不同，鋼在淬火時(shí)能夠獲得曲線(xiàn)的位置不同，鋼在淬火時(shí)能夠獲得MM的的能力不同，所以鋼的淬透性不同能力不同，所以鋼的淬透性不同測(cè)定淬透性的方法：臨界直徑法和頂端淬火法測(cè)定淬透性的方法：臨界直徑法和頂端淬火法 鋼的鋼的C C曲線(xiàn)越靠右，淬透性越好，鋼在淬火時(shí)曲線(xiàn)越靠右，淬透性越好，鋼在淬火時(shí)獲得獲得MM的能力越強(qiáng)，鋼的淬硬層深度越大的能力越強(qiáng)，鋼的淬硬層深度越大 淬硬層深度：由工件表面至至零件內(nèi)部半馬氏淬硬層深度：由工件表面至至零件內(nèi)部半馬氏體層的深度體層的深度合金鋼的淬透性?xún)?yōu)于碳鋼合金鋼的淬

28、透性?xún)?yōu)于碳鋼 碳鋼中，共析鋼的淬透性最好碳鋼中，共析鋼的淬透性最好零件截面性能要求一致時(shí)，應(yīng)該選用高零件截面性能要求一致時(shí)，應(yīng)該選用高淬透性鋼制造，使零件整個(gè)截面均能淬透性鋼制造，使零件整個(gè)截面均能獲得獲得MM 對(duì)全部淬硬反而會(huì)影響使用性能的零件，應(yīng)對(duì)全部淬硬反而會(huì)影響使用性能的零件，應(yīng)選用低淬透性鋼制造選用低淬透性鋼制造 注意：不能把鋼的淬透性與具體淬火條注意：不能把鋼的淬透性與具體淬火條條件下的零件淬硬層深度混為一談條件下的零件淬硬層深度混為一談 四、鋼的回火四、鋼的回火鋼經(jīng)淬火后所得到的鋼經(jīng)淬火后所得到的M+M+殘余殘余A A組織是不組織是不穩(wěn)定的穩(wěn)定的原因：原因： 馬氏體處于含碳過(guò)飽和

29、狀態(tài)不穩(wěn)定馬氏體處于含碳過(guò)飽和狀態(tài)不穩(wěn)定 馬氏體中存在大量晶體缺陷不穩(wěn)定馬氏體中存在大量晶體缺陷不穩(wěn)定 殘余奧氏體處于過(guò)冷狀態(tài)不穩(wěn)定殘余奧氏體處于過(guò)冷狀態(tài)不穩(wěn)定 鋼中存在很大的淬火應(yīng)力不穩(wěn)定鋼中存在很大的淬火應(yīng)力不穩(wěn)定 消除淬火應(yīng)力，避免工件在淬火應(yīng)力作消除淬火應(yīng)力，避免工件在淬火應(yīng)力作 用下發(fā)生變形與開(kāi)裂用下發(fā)生變形與開(kāi)裂 通過(guò)碳的擴(kuò)散和碳化物的析出，來(lái)降低通過(guò)碳的擴(kuò)散和碳化物的析出，來(lái)降低MM中的缺陷密度和碳在中的缺陷密度和碳在MM中的過(guò)飽和度，使中的過(guò)飽和度，使MM能向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變能向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變 使殘余使殘余A A向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，使鋼的組織和向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，使鋼的組織和工件的形狀尺寸能

30、趨于穩(wěn)定工件的形狀尺寸能趨于穩(wěn)定 調(diào)整鋼的組織，使工件獲得所需的性能調(diào)整鋼的組織，使工件獲得所需的性能 回火的目的：回火的目的：回火：將淬火鋼重新加熱到回火：將淬火鋼重新加熱到A A1 1以下某一溫度以下某一溫度保溫一定時(shí)間后，再將鋼冷卻至室溫的工藝保溫一定時(shí)間后，再將鋼冷卻至室溫的工藝過(guò)程過(guò)程 回火過(guò)程：是淬火回火過(guò)程：是淬火MM和殘余和殘余A A的分解，碳化的分解，碳化物物的析出和長(zhǎng)大，過(guò)飽和碳的的析出和長(zhǎng)大，過(guò)飽和碳的 FeFe的回復(fù)的回復(fù)和再結(jié)晶過(guò)程和再結(jié)晶過(guò)程 回火組織轉(zhuǎn)變的四個(gè)階段：回火組織轉(zhuǎn)變的四個(gè)階段： 8080200200回火，淬火馬氏體分解成過(guò)回火，淬火馬氏體分解成過(guò)飽和飽

31、和 碳的碳的 Fe Fe 與與碳化物碳化物回火馬氏體：由過(guò)飽和碳的回火馬氏體：由過(guò)飽和碳的 Fe Fe 與與碳碳化物所組成的混合物化物所組成的混合物 200200300300回火，殘余回火，殘余A A分解成過(guò)飽和分解成過(guò)飽和碳的碳的 Fe Fe 與與碳化物碳化物 250250400400回火，過(guò)飽和碳的回火，過(guò)飽和碳的 FeFe逐漸轉(zhuǎn)變成針葉狀逐漸轉(zhuǎn)變成針葉狀F F， 碳化物逐漸轉(zhuǎn)碳化物逐漸轉(zhuǎn)變成極細(xì)小的顆粒變成極細(xì)小的顆粒狀狀FeFe3 3C C回火托氏體：回火托氏體： 由針葉狀由針葉狀F F和極細(xì)小的顆和極細(xì)小的顆粒狀粒狀FeFe3 3C C所組成的混合物所組成的混合物 400 400以上

32、回火，顆粒狀以上回火，顆粒狀FeFe3 3C C通過(guò)聚集通過(guò)聚集和長(zhǎng)大會(huì)變成球狀和長(zhǎng)大會(huì)變成球狀FeFe3 3C C，針葉狀，針葉狀F F通過(guò)回通過(guò)回復(fù)和再結(jié)晶會(huì)轉(zhuǎn)變成等軸狀復(fù)和再結(jié)晶會(huì)轉(zhuǎn)變成等軸狀F F 回火素氏體回火素氏體：由等軸狀由等軸狀F F和球狀和球狀FeFe3 3C C所組成的混合物所組成的混合物上述回火階段對(duì)應(yīng)著四種不同的轉(zhuǎn)變上述回火階段對(duì)應(yīng)著四種不同的轉(zhuǎn)變： 淬火淬火MM分解成由過(guò)飽和碳的分解成由過(guò)飽和碳的 FeFe與與 碳化物所組成的混合物碳化物所組成的混合物 回火馬氏體回火馬氏體 Fe 殘余殘余A A分解成回火馬氏體分解成回火馬氏體 回火馬氏體轉(zhuǎn)變成回火托氏體回火馬氏體轉(zhuǎn)變

33、成回火托氏體 回火托氏體轉(zhuǎn)變成回火索氏體回火托氏體轉(zhuǎn)變成回火索氏體 三個(gè)回火溫區(qū)：三個(gè)回火溫區(qū)： 在在300300以下回火，以下回火， 得到回火得到回火MM 在在300 300 500500回火，回火， 得到回火得到回火T T 在在500 500 650650回火，回火， 得到回火得到回火S S s ss s ： MM回回 T T回回 S S回回 、ak ak ：MM回回 T T回回 S S回回 顆粒狀和球狀顆粒狀和球狀FeFe3 3C C對(duì)對(duì)F F基體的切割作用基體的切割作用比較小，所以：比較小，所以：T T回回和和S S回回的綜合的綜合力學(xué)性能分別優(yōu)力學(xué)性能分別優(yōu)于正火于正火T T和正火和

34、正火S S 回火工藝：回火工藝：1.1. 低溫回火（低溫回火（ 250250） 主要用于高碳鋼和高碳合金鋼制造的各類(lèi)工主要用于高碳鋼和高碳合金鋼制造的各類(lèi)工模具，回火后鋼的硬度為模具，回火后鋼的硬度為585864HRC64HRC2. 2. 中溫回火（中溫回火（ 350 350 500500 ） 主要用于中高碳鋼制造的各類(lèi)彈簧，回火后主要用于中高碳鋼制造的各類(lèi)彈簧，回火后鋼的硬度為鋼的硬度為353545HRC45HRC3. 3. 高溫回火（高溫回火（500500650650 ）主要用于中碳鋼制造的各種機(jī)械零件，調(diào)質(zhì)主要用于中碳鋼制造的各種機(jī)械零件，調(diào)質(zhì)后鋼的硬度為后鋼的硬度為252535HRC3

35、5HRC第四節(jié)第四節(jié) 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理一、表面淬火一、表面淬火表面淬火：采用快速加熱方法將零件表面淬火：采用快速加熱方法將零件表層迅速表層迅速A A化，再將零件迅速冷卻，化，再將零件迅速冷卻，使零件表層能夠得到有效強(qiáng)化的淬火使零件表層能夠得到有效強(qiáng)化的淬火方法方法工藝特點(diǎn)：工件表面能得到一定深度的淬硬工藝特點(diǎn)：工件表面能得到一定深度的淬硬層，工件的心部組織不會(huì)發(fā)生變化層，工件的心部組織不會(huì)發(fā)生變化用途：用于表面硬度、耐磨性要求高，心部用途：用于表面硬度、耐磨性要求高，心部塑韌性要求好的機(jī)械零件塑韌性要求好的機(jī)械零件（一）（一）火焰加熱淬火火焰加熱淬火燃燒氣：天燃?xì)狻⑷紵龤猓禾烊細(xì)狻?/p>

36、煤氣、乙炔、丙烷等煤氣、乙炔、丙烷等 助燃?xì)庵細(xì)?：氧氣和空氣：氧氣和空氣 乙炔一氧氣火焰溫度：乙炔一氧氣火焰溫度：31003100 使用條件：淬硬層深度使用條件：淬硬層深度 3 mm3 mm煤氣一氧氣火焰煤氣一氧氣火焰, ,溫度溫度: 2540: 2540 使用條件：淬硬層深度使用條件：淬硬層深度 3 mm 3 mm 火焰加熱用鋼：中碳鋼火焰加熱用鋼：中碳鋼 鋼的原始組織：細(xì)片狀珠光體鋼的原始組織：細(xì)片狀珠光體+ +鐵素體鐵素體加熱溫度：加熱溫度：A Ac c3 3 + ( 80+ ( 80100 ) 100 ) 淬硬層深度：淬硬層深度：2 26 mm6 mm 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，適用于特大工

37、件的表面淬火優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，適用于特大工件的表面淬火缺點(diǎn)：表面易過(guò)熱，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定缺點(diǎn)：表面易過(guò)熱，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定（二（二） 感應(yīng)加熱淬火感應(yīng)加熱淬火感應(yīng)加熱淬火是利用電感應(yīng)加熱淬火是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在工件的磁感應(yīng)現(xiàn)象，在工件的表層中形成強(qiáng)大的感應(yīng)表層中形成強(qiáng)大的感應(yīng)電流，使工件表層能夠電流，使工件表層能夠迅速升溫并可立即進(jìn)行迅速升溫并可立即進(jìn)行淬火的工藝方法淬火的工藝方法 外加電流頻率越高，表面效應(yīng)越顯著，淬硬外加電流頻率越高，表面效應(yīng)越顯著，淬硬層深度越小層深度越小 高頻感應(yīng)淬火：高頻感應(yīng)淬火： f =100 f =1001000KHz1000KHz 淬硬層深度：淬硬層深度： 0.20

38、.22 mm2 mm 中頻感應(yīng)淬火：中頻感應(yīng)淬火：f = 0.5f = 0.5 10KHz10KHz淬硬層深度：淬硬層深度：2 28 mm8 mm 工頻感應(yīng)淬火：工頻感應(yīng)淬火：f = 50Hzf = 50Hz 淬硬層深度：淬硬層深度：101015 mm 15 mm 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) ： 生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高 淬火質(zhì)量好淬火質(zhì)量好 淬硬層硬度比普通淬火高淬硬層硬度比普通淬火高 2 23 HRC 3 HRC 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定感應(yīng)淬火用鋼：中碳鋼或中碳合金鋼感應(yīng)淬火用鋼：中碳鋼或中碳合金鋼 預(yù)先熱處理：淬火預(yù)先熱處理：淬火+ +高溫回火高溫回火 （回火索氏體）（回火索氏體） 或正火處理或正火處理 （

39、 細(xì)片狀細(xì)片狀P+FP+F）淬火加熱溫度淬火加熱溫度 = Ac= Ac3 3 + (100 + (100 200) 200) 回火溫度：回火溫度： 180180200200 回火組織：回火組織： 表層為回火馬氏體，心部為回表層為回火馬氏體，心部為回 火索氏體或細(xì)片狀火索氏體或細(xì)片狀P+FP+F自回火：利用淬火余熱進(jìn)行自回火：利用淬火余熱進(jìn)行 回火的工藝方法回火的工藝方法 二、化學(xué)熱處理二、化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理：將某些活性元素滲入工件表層，化學(xué)熱處理：將某些活性元素滲入工件表層，來(lái)改變工件表層成分和組織的熱處理工藝來(lái)改變工件表層成分和組織的熱處理工藝分解過(guò)程：從活性介質(zhì)中分解出活性原子的過(guò)程分解過(guò)程：從活性介質(zhì)中分解出活性原子的過(guò)程 如滲如滲C C： 2CO C + CO2CO C + CO2 2 CHCH4 4 C + 2H C + 2H2 2吸收過(guò)程：活性原子滲入到工件表面的過(guò)程吸收過(guò)程：活性原子滲入到工件表面的過(guò)程擴(kuò)散過(guò)程：滲入表面的活性原子向工