第四章鋼的熱處理及表面處理

1、工程材料及成型技術(shù)工程材料及成型技術(shù)第第4章章 鋼的熱處理及表面處理鋼的熱處理及表面處理第一節(jié)第一節(jié) 鋼的熱處理原理鋼的熱處理原理熱處理：將金屬或合金在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，改熱處理：將金屬或合金在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，改變其組織（材料整體或表面），從而獲得所需性能的一種熱變其組織（材料整體或表面），從而獲得所需性能的一種熱加工工藝。加工工藝。熱處理的目的熱處理的目的1.提高鋼的力學(xué)性能提高鋼的力學(xué)性能2.改善鋼的工藝性能改善鋼的工藝性能熱處理的理論依據(jù)：鐵碳相圖熱處理的理論依據(jù)：鐵碳相圖熱處理的特點(diǎn)熱處理的特點(diǎn)1.在固態(tài)下進(jìn)行在固態(tài)下進(jìn)行2.只改變工件的組織，不改變形只改變工件的

2、組織，不改變形狀和尺寸狀和尺寸課前案例課前案例將將45號(hào)鋼加熱到號(hào)鋼加熱到840，然后采用不同的冷卻條件下得到的，然后采用不同的冷卻條件下得到的力學(xué)性能力學(xué)性能冷卻方法冷卻方法 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 延伸率延伸率 斷面收縮率斷面收縮率HRC隨爐冷卻51927232.54915-18空氣冷卻657-70633315-1845-5018-24油中冷卻88260818-204840-50水中冷卻10787067812-1452-60一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 （一）奧氏體的形成過(guò)程（一）奧氏體的形成過(guò)程以以共析鋼共析鋼的奧氏體形成過(guò)程為例的奧氏體形成過(guò)程為例1、奧

3、氏體的形核奧氏體的形核2、奧氏體晶核的長(zhǎng)大奧氏體晶核的長(zhǎng)大3、殘留滲碳體的溶解殘留滲碳體的溶解4、奧氏體成分均勻化奧氏體成分均勻化鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成過(guò)程又稱為鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成過(guò)程又稱為奧氏體化奧氏體化，是，是晶格重晶格重組組和和鐵、碳原子擴(kuò)散鐵、碳原子擴(kuò)散的過(guò)程。的過(guò)程。奧氏體的形成奧氏體的形成FFe3C未溶未溶Fe3CA殘留殘留Fe3CAAAA 形核形核A 長(zhǎng)大長(zhǎng)大殘留殘留Fe3C溶解溶解A 均勻化均勻化過(guò)共析鋼的加熱過(guò)程：過(guò)共析鋼的加熱過(guò)程： AAFPFACAC31ACFeACFePcmACAC 331亞共析鋼的加熱過(guò)程：亞共析鋼的加熱過(guò)程： （二）奧氏體晶粒大小及其控制（二）奧

4、氏體晶粒大小及其控制 1.1.晶粒大小的表示方法晶粒大小的表示方法標(biāo)準(zhǔn)金相圖片（標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖）評(píng)定晶粒大小的級(jí)別。標(biāo)準(zhǔn)金相圖片（標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖）評(píng)定晶粒大小的級(jí)別。分為分為8 8級(jí)，級(jí)，1 1級(jí)最粗，級(jí)最粗，8 8級(jí)最細(xì)。級(jí)最細(xì)。粗晶粒度粗晶粒度細(xì)晶粒度細(xì)晶粒度1級(jí)級(jí)2級(jí)3級(jí)級(jí)4級(jí)級(jí)5級(jí)級(jí)6級(jí)級(jí)7級(jí)級(jí)8級(jí)級(jí) 2.2.奧氏體晶粒度的概念?yuàn)W氏體晶粒度的概念實(shí)際晶粒度實(shí)際晶粒度: :實(shí)際條件得到的晶粒大小實(shí)際條件得到的晶粒大小本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度: :用以表明奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的晶粒度。用以表明奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的晶粒度。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法: :加熱加熱到到9309301010，保溫保溫3 38h8

5、h后測(cè)定奧氏體晶后測(cè)定奧氏體晶粒大小，在粒大小，在1 14 4級(jí)，級(jí)，本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)粗晶粒鋼；在；在5 58 8級(jí)，級(jí)，本質(zhì)細(xì)晶粒本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。鋼。 3.3.影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素 加熱速度加熱速度加熱速度加熱速度越快越快，過(guò)熱度，過(guò)熱度越大越大，形核率越高，形核率越高，d d細(xì)小細(xì)小鋼的化學(xué)成分，鋼的化學(xué)成分，阻礙阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：TiTi、ZrZr、V V、NbNb、AlAl等會(huì)與等會(huì)與C C、N N形成強(qiáng)碳化物和氮化物，阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大；形成強(qiáng)碳化物和氮化物，阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大；促進(jìn)促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大：奧氏體晶粒長(zhǎng)大：MnMn、

6、P P、C C、N N加熱溫度（加熱溫度（最主要最主要）與保溫時(shí)間）與保溫時(shí)間 T T越高越高，t t越長(zhǎng)越長(zhǎng)，d d粗大粗大奧氏體晶粒粗大，冷卻后得到的組織也粗大，降低鋼的常溫奧氏體晶粒粗大，冷卻后得到的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，特別是塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶力學(xué)性能，特別是塑性。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(wèn)題之一！粒是熱處理的關(guān)鍵問(wèn)題之一?。ㄒ唬ㄒ唬┻^(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物過(guò)冷奧氏體：在相變溫度過(guò)冷奧氏體：在相變溫度A1一下，未發(fā)生轉(zhuǎn)變而處于一下，未發(fā)生轉(zhuǎn)變而處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體。它是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生不穩(wěn)定狀態(tài)的

7、奧氏體。它是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變加加熱熱保溫保溫時(shí)間溫度A112加加熱熱保溫保溫時(shí)間溫度A1550MsMf珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變加加熱熱保溫保溫時(shí)間溫度A1550AP1. 珠光體轉(zhuǎn)變：過(guò)冷奧氏體在臨界溫度珠光體轉(zhuǎn)變：過(guò)冷奧氏體在臨界溫度A1以下較高溫度范圍以下較高溫度范圍內(nèi)內(nèi)A A1 1550550發(fā)生的珠光體轉(zhuǎn)變，又稱為發(fā)生的珠光體轉(zhuǎn)變，又稱為高溫轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變。由于相變?cè)谳^高溫度下進(jìn)行，由于相變?cè)谳^高溫度下進(jìn)行，F(xiàn)e、C原子都能進(jìn)行擴(kuò)散，所原子都能進(jìn)行擴(kuò)散，所以珠光體轉(zhuǎn)變屬于以珠光體轉(zhuǎn)變屬于

8、擴(kuò)散型相變擴(kuò)散型相變。珠光體形成示意圖按片間距的大小可將其分為三類：按片間距的大小可將其分為三類：珠光體珠光體P索氏體索氏體S 托氏體（屈氏體）托氏體（屈氏體）TA1650650600 600550片層較粗片層較細(xì)片層極細(xì)HRC15-2727-3838-43片層間距越小，則強(qiáng)度和硬度越高，塑性和韌性也越好片層間距越小，則強(qiáng)度和硬度越高，塑性和韌性也越好! !三種組織沒有本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上有粗細(xì)之分三種組織沒有本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上有粗細(xì)之分2. 2. 馬氏體轉(zhuǎn)變：鋼從高溫奧氏體狀態(tài)快速冷卻，在溫度馬氏體轉(zhuǎn)變：鋼從高溫奧氏體狀態(tài)快速冷卻，在溫度低于低于MsMs點(diǎn)點(diǎn)以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的相變，又稱為以

9、下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的相變，又稱為低溫轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變。因?yàn)檗D(zhuǎn)變溫。因?yàn)檗D(zhuǎn)變溫度很低，度很低，F(xiàn)eFe和和C C原子都不能進(jìn)行擴(kuò)散，所以是原子都不能進(jìn)行擴(kuò)散，所以是非擴(kuò)散型相變非擴(kuò)散型相變。馬氏體（馬氏體（M M）是碳在）是碳在-FeFe中的中的過(guò)飽和間隙過(guò)飽和間隙固溶體。固溶體。奧氏體與馬氏體的成分奧氏體與馬氏體的成分相同，因此馬氏體轉(zhuǎn)變相同，因此馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中只有晶格的改組過(guò)程中只有晶格的改組而沒有成分的變化。而沒有成分的變化。加加熱熱保溫保溫時(shí)間溫度A1MsMf馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變1 1）馬氏體的組織形態(tài)）馬氏體的組織形態(tài)板條馬氏體板條馬氏體（低碳馬氏體）針狀馬氏體針狀馬氏體（高碳馬氏體）Wc1

10、.0%亞結(jié)構(gòu)為高密度的位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶位錯(cuò)馬氏體孿晶馬氏體馬氏體板條馬氏體板條原奧氏體晶界原奧氏體晶界晶區(qū)晶區(qū)板條束板條束馬氏體片馬氏體片雙凸透雙凸透鏡狀鏡狀 2 2）馬氏體的力學(xué)性能）馬氏體的力學(xué)性能- -主要取決于碳濃度主要取決于碳濃度WC/%高強(qiáng)度和高硬度是馬氏高強(qiáng)度和高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。體性能的主要特點(diǎn)。其硬度隨含碳量的增加其硬度隨含碳量的增加而升高。而升高。板條馬氏體板條馬氏體- -含碳分?jǐn)?shù)低含碳分?jǐn)?shù)低- -存在低密度位錯(cuò)區(qū)存在低密度位錯(cuò)區(qū)- -良好的塑性和良好的塑性和韌性韌性；片狀馬氏體片狀馬氏體- -含碳分?jǐn)?shù)高含碳分?jǐn)?shù)高- -孿晶亞結(jié)構(gòu)孿晶亞結(jié)構(gòu)- -塑性和韌性很差

11、塑性和韌性很差。馬氏體強(qiáng)化的主要原因固溶強(qiáng)化：過(guò)飽和碳引起的晶格畸變；相變強(qiáng)化：馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)在晶內(nèi)造成缺陷密度很高的亞結(jié)構(gòu)；時(shí)效強(qiáng)化：過(guò)飽和碳以彌散碳化物形式析出；細(xì)晶強(qiáng)化：形成細(xì)小的馬氏體。 3 3）馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)）馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程，其主要特點(diǎn)有：馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程，其主要特點(diǎn)有：無(wú)擴(kuò)散性；無(wú)擴(kuò)散性； FeFe和和C C原子不能發(fā)生擴(kuò)散。原子不能發(fā)生擴(kuò)散。C C在在-Fe-Fe形成過(guò)飽和固溶體，形成過(guò)飽和固溶體，造成很大的晶格畸變，產(chǎn)生很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化，使馬氏體具造成很大的晶格畸變，產(chǎn)生很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化，使馬氏體具有很高的強(qiáng)度和硬度。有很高的強(qiáng)

12、度和硬度。轉(zhuǎn)變時(shí)體積發(fā)生膨脹；轉(zhuǎn)變時(shí)體積發(fā)生膨脹； 奧氏體晶格為奧氏體晶格為FCCFCC，馬氏體晶格為體心正方，轉(zhuǎn)變時(shí)體積，馬氏體晶格為體心正方，轉(zhuǎn)變時(shí)體積發(fā)生膨脹，容易引起相變內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致工件變形和發(fā)生膨脹，容易引起相變內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致工件變形和開裂。開裂。馬氏體高速長(zhǎng)大，速度極快；馬氏體高速長(zhǎng)大，速度極快； 奧氏體冷卻到奧氏體冷卻到MsMs點(diǎn)以下后，無(wú)孕育期，瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏點(diǎn)以下后，無(wú)孕育期，瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，每個(gè)馬氏體形成的時(shí)間極短，大約只需體，每個(gè)馬氏體形成的時(shí)間極短，大約只需1010-7-7s s轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)（轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)（MsMsMfMf）進(jìn)行的；）進(jìn)行

13、的； 隨著溫度下降，過(guò)冷奧氏體不斷轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，如隨著溫度下降，過(guò)冷奧氏體不斷轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，如果中途停止冷卻，則奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變也停止。果中途停止冷卻，則奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變也停止。 轉(zhuǎn)變不完全，總要?dú)埩羯倭康膴W氏體；轉(zhuǎn)變不完全，總要?dú)埩羯倭康膴W氏體； 奧氏體中含碳量越高，則奧氏體中含碳量越高，則MsMs和和MfMf越低，殘余越低，殘余A A含量越含量越高。高。只有在含碳量小于只有在含碳量小于0.6%0.6%時(shí)，殘余時(shí)，殘余A A才可以忽略。才可以忽略。殘余殘余A A的存在不僅降低鋼的硬度和耐磨化，而且還會(huì)的存在不僅降低鋼的硬度和耐磨化，而且還會(huì)在工件長(zhǎng)期使用中繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使工件尺寸

14、發(fā)在工件長(zhǎng)期使用中繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使工件尺寸發(fā)生變化。生變化。 3 3）馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)）馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)奧氏體含碳量對(duì)馬氏體奧氏體含碳量對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響轉(zhuǎn)變溫度的影響6007005003004002001000-100-2002.00溫度 Wc 100MsMf90805070406020301000.51.7Wc 100殘余奧氏體量 ( % )奧氏體含碳量對(duì)殘余奧氏體含碳量對(duì)殘余奧氏體數(shù)量的影響奧氏體數(shù)量的影響3.3.貝氏體轉(zhuǎn)變：過(guò)冷奧氏體在貝氏體轉(zhuǎn)變：過(guò)冷奧氏體在550-Ms550-Ms點(diǎn)溫度之間發(fā)生的點(diǎn)溫度之間發(fā)生的轉(zhuǎn)變，又稱為轉(zhuǎn)變，又稱為中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變。在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)，

15、由于轉(zhuǎn)變溫度低，。在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)，由于轉(zhuǎn)變溫度低，過(guò)冷度大，只有過(guò)冷度大，只有C C原子有一定的擴(kuò)散能力，而原子有一定的擴(kuò)散能力，而FeFe原子不發(fā)原子不發(fā)生擴(kuò)散，因此這種轉(zhuǎn)變屬于生擴(kuò)散，因此這種轉(zhuǎn)變屬于半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。貝氏體（貝氏體（B B）是）是碳化物碳化物（滲碳體）（滲碳體）分布在分布在碳碳過(guò)飽和的鐵素體過(guò)飽和的鐵素體基體基體上的兩相混合物上的兩相混合物。根根據(jù)組織形態(tài)可以分為據(jù)組織形態(tài)可以分為上貝氏體和下貝氏體上貝氏體和下貝氏體。Ms加加熱熱保溫保溫時(shí)間溫度A1550A貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變350上上B下下B上貝氏體（上貝氏體（B上）上）550至至350組織形態(tài)呈組織形態(tài)呈羽毛狀

16、羽毛狀滲碳體滲碳體B上上 =過(guò)飽和碳過(guò)飽和碳 -Fe條狀條狀 + Fe3C細(xì)條狀細(xì)條狀過(guò)飽和碳過(guò)飽和碳-Fe條狀條狀 Fe3C細(xì)條狀細(xì)條狀羽毛狀羽毛狀 下貝氏體（下貝氏體（B B下下）350至至Ms呈黑色針狀或竹呈黑色針狀或竹葉狀。葉狀。滲碳體滲碳體B下下 =過(guò)飽和碳過(guò)飽和碳 -Fe針葉狀針葉狀 + Fe3C細(xì)片狀細(xì)片狀過(guò)飽和碳過(guò)飽和碳 -Fe針狀針狀Fe3C細(xì)片狀細(xì)片狀針葉狀針葉狀貝氏體的力學(xué)性能貝氏體的力學(xué)性能: :取決于其組織形態(tài)。取決于其組織形態(tài)。上貝氏體上貝氏體- -鐵素體條粗大鐵素體條粗大- -碳化物顆粒粗大碳化物顆粒粗大- -強(qiáng)度和韌性均強(qiáng)度和韌性均差，無(wú)實(shí)用價(jià)值差，無(wú)實(shí)用價(jià)值。

17、下貝氏體下貝氏體- -鐵素體針細(xì)小、分布均勻鐵素體針細(xì)小、分布均勻- -碳化物碳化物細(xì)小且呈彌散分布細(xì)小且呈彌散分布- -強(qiáng)度高強(qiáng)度高，韌性也好，韌性也好，較較好的綜合力學(xué)性能好的綜合力學(xué)性能- -是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一?？椫?。(二二)鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式 熱熱加加保溫保溫時(shí)間溫度臨界溫度臨界溫度連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻等溫冷卻等溫冷卻連續(xù)冷卻：鋼從高溫奧氏體狀態(tài)連續(xù)冷卻：鋼從高溫奧氏體狀態(tài)一直連續(xù)冷卻到室溫一直連續(xù)冷卻到室溫等溫冷卻：將奧氏體狀態(tài)的鋼等溫冷卻：將奧氏體狀態(tài)的鋼迅速迅速冷卻到臨冷卻到臨界點(diǎn)以下某一溫度保溫，讓其發(fā)生恒溫轉(zhuǎn)變界點(diǎn)以下某一溫

18、度保溫，讓其發(fā)生恒溫轉(zhuǎn)變，然后在繼續(xù)冷卻到室溫，然后在繼續(xù)冷卻到室溫(三三) 過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線建立建立共析鋼共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫冷卻過(guò)冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線轉(zhuǎn)變曲線-TTT曲線曲線 ( C 曲線曲線 )它表示過(guò)冷奧氏體急速冷卻到臨界點(diǎn)它表示過(guò)冷奧氏體急速冷卻到臨界點(diǎn)A1以下在各以下在各不同溫度下的保溫過(guò)程中轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與轉(zhuǎn)變時(shí)間不同溫度下的保溫過(guò)程中轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。T - timeT - temperatureT - transformation 共析碳鋼共析碳鋼 TTT 曲線建立過(guò)程示意圖曲線建立過(guò)程示意圖時(shí)間時(shí)間(s)3001

19、021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1二二) 共析碳鋼共析碳鋼 TTT 曲線的分析曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn)產(chǎn) 物物 區(qū)區(qū)產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū)高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。550230;中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變區(qū)區(qū); 半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;貝氏體貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū);230 - 50; 低溫轉(zhuǎn)低溫轉(zhuǎn)變區(qū)變區(qū); 非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(

20、s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf 2. 2.亞共析鋼的亞共析鋼的TTT曲線曲線 FAP + FS + FTBM + A殘殘A3時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1MsMf 3. 3.過(guò)共析鋼的過(guò)共析鋼的TTT曲線曲線P + Fe3CS + Fe3CTBM + A殘殘 Fe3CAACM時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1MsMf (四四) 影響影響 TTT 曲線形狀與

21、位置的因素曲線形狀與位置的因素1.奧氏體中含碳量的影響奧氏體中含碳量的影響:亞共析鋼亞共析鋼共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼2.奧氏體中含合金元素的影響奧氏體中含合金元素的影響: 除除Co、Al (2.5% ) 外外,所有合金元素溶入奧所有合金元素溶入奧氏體中氏體中,會(huì)引起曲線右移，會(huì)引起曲線右移，Ms和和Mf下降下降:向右移向右移向下移向下移MsA1A1Ms含含Cr合金鋼合金鋼合金元素的影響合金元素的影響3.奧氏體狀態(tài)的影響奧氏體狀態(tài)的影響1）奧氏體晶粒越細(xì)，越有利形核和擴(kuò)散，有利轉(zhuǎn)變。）奧氏體晶粒越細(xì)，越有利形核和擴(kuò)散，有利轉(zhuǎn)變。2）加熱溫度越高）加熱溫度越高, 保溫時(shí)間越長(zhǎng)，碳化物溶解充分保

22、溫時(shí)間越長(zhǎng)，碳化物溶解充分, 奧氏體成分均勻，提高了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，從奧氏體成分均勻，提高了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而使而使 TTT曲線向右移，越穩(wěn)定。曲線向右移，越穩(wěn)定。（五）過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（五）過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變建立共析鋼建立共析鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線曲線-CCT 曲曲線線它表示鋼經(jīng)奧氏體化后在不同冷卻速度的連續(xù)冷卻它表示鋼經(jīng)奧氏體化后在不同冷卻速度的連續(xù)冷卻條件下，過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)定產(chǎn)物時(shí)，轉(zhuǎn)變條件下，過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)定產(chǎn)物時(shí)，轉(zhuǎn)變開始及轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間與轉(zhuǎn)變溫度之間的關(guān)系曲開始及轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間與轉(zhuǎn)變溫度之間的關(guān)系曲線圖線圖。C - c

23、ontinuousC - coolingT - transformationVcVc 1、 共析碳鋼共析碳鋼 CCT 曲線建立過(guò)程示意圖曲線建立過(guò)程示意圖時(shí)間( lg )溫度A1PfPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷爐冷爐冷空冷空冷中止線中止線無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)Vc上臨界冷卻速度上臨界冷卻速度V下臨界冷卻速度下臨界冷卻速度c珠光體珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf2 共析碳鋼共析碳鋼 TTT 曲線與曲線與CCT曲線的比較曲線的比較CC

24、T曲線曲線TTT曲線曲線共析碳鋼共析碳鋼 TTT 曲線與曲線與CCT曲線的比較曲線的比較CCT曲線在曲線在TTT曲線的右下方，表明連續(xù)冷卻時(shí)過(guò)冷曲線的右下方，表明連續(xù)冷卻時(shí)過(guò)冷奧氏體更穩(wěn)定，孕育期更長(zhǎng)；奧氏體更穩(wěn)定，孕育期更長(zhǎng)；CCT曲線中沒有貝氏體轉(zhuǎn)變；曲線中沒有貝氏體轉(zhuǎn)變；連續(xù)冷卻過(guò)程中，過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度區(qū)連續(xù)冷卻過(guò)程中，過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的，隨著冷卻速度的增大，轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間逐間內(nèi)進(jìn)行的，隨著冷卻速度的增大，轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間逐漸移向低溫，而轉(zhuǎn)變時(shí)間則縮短；漸移向低溫，而轉(zhuǎn)變時(shí)間則縮短；等溫冷卻條件下得到的組織產(chǎn)物基本為單一產(chǎn)物和殘等溫冷卻條件下得到的組織產(chǎn)物基本

25、為單一產(chǎn)物和殘余奧氏體，但是連續(xù)冷卻條件下先后經(jīng)過(guò)幾個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)余奧氏體，但是連續(xù)冷卻條件下先后經(jīng)過(guò)幾個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物經(jīng)常是幾種組織的混合物，且由于轉(zhuǎn)變開，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物經(jīng)常是幾種組織的混合物，且由于轉(zhuǎn)變開始溫度較高，使先轉(zhuǎn)變的組織晶粒粗大，后轉(zhuǎn)變的組始溫度較高，使先轉(zhuǎn)變的組織晶粒粗大，后轉(zhuǎn)變的組織晶粒相對(duì)細(xì)小?？椌ЯＯ鄬?duì)細(xì)小。VcV4水冷水冷V3油冷油冷Vc 3、CCT曲線在連續(xù)冷卻過(guò)程中的應(yīng)用曲線在連續(xù)冷卻過(guò)程中的應(yīng)用時(shí)間( lg )溫度A1PfPsA+PKMsMfV1爐冷爐冷V2空冷空冷V1 = 5.5/s :爐冷爐冷 ; PV2 = 20/s :空冷空冷 ; SV3 = 33/s :油冷油冷;

26、T+M+A殘殘V4 138/s :水冷水冷 ; M+A殘殘穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf連續(xù)冷卻過(guò)程中連續(xù)冷卻過(guò)程中 TTT 曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用V1V2VkV3V4V1 = 5.5/s :爐冷爐冷 ; PV2 = 20/s :空冷空冷 ; SV3 = 33/s :油冷油冷;T+M+A殘殘V4 138/s :水冷水冷 ; M+A殘殘 第二節(jié)第二節(jié) 鋼的普通熱處理工藝鋼的普通熱處理工藝毛坯生產(chǎn)毛坯生產(chǎn) 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理 機(jī)械加工機(jī)械加工 最終熱處理最終熱處理 機(jī)械精加工機(jī)械精加工預(yù)

27、備熱處理預(yù)備熱處理 : 為了消除上一道加工工藝中造成的某些為了消除上一道加工工藝中造成的某些缺陷，并為隨后的加工和最終熱處理做準(zhǔn)備。包括缺陷，并為隨后的加工和最終熱處理做準(zhǔn)備。包括退火退火和和正火正火。最終熱處理最終熱處理 : 為了使零件滿足使用性能要求。包括為了使零件滿足使用性能要求。包括淬淬火火和和回火回火。一般零件生產(chǎn)的工藝路線一般零件生產(chǎn)的工藝路線:回火回火保溫保溫保溫保溫溫度溫度時(shí)間時(shí)間加熱加熱臨界溫度臨界溫度隨爐冷卻隨爐冷卻退火退火緩慢加熱緩慢加熱正火正火空氣冷卻空氣冷卻空氣冷卻空氣冷卻水冷或油冷水冷或油冷淬火淬火一、鋼的退火一、鋼的退火 一一)定義定義: 把零件加溫到一定溫度，保

28、溫一段時(shí)間把零件加溫到一定溫度，保溫一段時(shí)間,然后然后緩慢緩慢（隨爐）（隨爐）冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。 二二)目的目的: 1、消除應(yīng)力、消除應(yīng)力; 2、降低硬度以改善切削加工性能、降低硬度以改善切削加工性能; 3、細(xì)化晶粒、細(xì)化晶粒; 4、均勻成分、均勻成分; 5、為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。、為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。 三三) 種類種類退火退火相變重結(jié)晶相變重結(jié)晶退火退火低溫退火低溫退火完全退火完全退火擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火球化退火球化退火再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火普通退火普通退火等溫退火等溫退火普通球化普通球化 退退 火火等

29、溫球化等溫球化 退退 火火四四) 工藝參數(shù)工藝參數(shù):500600Ac1 + 3050Ac3 + 3050Ac3 + 150250t再再+150250再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火熱處熱處理理完全退火完全退火等溫退火等溫退火球化退火球化退火擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 去應(yīng)力去應(yīng)力退火退火再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火溫度Ac3+3050Ac3（Ac1）以上Ac1+2030Ac3+150300Ac1-100200t再+150250（T再=T熔 0.4）冷卻保溫后緩冷保溫后快冷到Ar1下保溫再空冷保溫后冷卻到Ar1后再緩冷長(zhǎng)時(shí)間保溫后爐冷保溫后爐冷保溫后空冷目的細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力細(xì)化，軟化、省時(shí)得到球狀 Fe3C，軟

30、化均勻成分去內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織降低硬度，提高塑性使用材料亞共析鋼的鑄、鍛件，熱軋型材，焊接件中、高合金鋼共析鋼，過(guò)共析鋼鑄鋼件冷加工件，熱加工件冷變形工件組織F + PF + P 或 Fe3C+ P球狀 P粗大A不變等軸晶粒二、鋼的正火二、鋼的正火一一)定義定義: 把零件加溫到臨界溫度把零件加溫到臨界溫度Ac3或或Accm以上以上3050，保溫一段時(shí)間，然后在，保溫一段時(shí)間，然后在空氣中冷卻空氣中冷卻。 二二)目的目的: 消除應(yīng)力；調(diào)整硬度；細(xì)化晶粒；均勻成消除應(yīng)力；調(diào)整硬度；細(xì)化晶粒；均勻成分；為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。分；為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。 三）適用于：三）適用于： 低碳鋼低碳鋼 改

31、善切削加工性改善切削加工性 要求不高的結(jié)構(gòu)件要求不高的結(jié)構(gòu)件 機(jī)械性能機(jī)械性能四四)組織：組織：S（wc=0.6-1.4%） S+F（Wc0.6%） 。 500600Ac1 + 3050Ac3 + 3050Ac3 + 150250正火正火正火與退火的區(qū)別：正火與退火的區(qū)別：1. 正火的冷卻速度比較快，得到的組織比較細(xì)小，強(qiáng)度和硬正火的冷卻速度比較快，得到的組織比較細(xì)小，強(qiáng)度和硬度也稍高一些。度也稍高一些。2. 如果對(duì)鋼件性能的要求不高，可采用正火作為最終熱處理如果對(duì)鋼件性能的要求不高，可采用正火作為最終熱處理。如果零件尺寸較大或形狀復(fù)雜，則正火會(huì)使零件內(nèi)產(chǎn)生較。如果零件尺寸較大或形狀復(fù)雜，則正

32、火會(huì)使零件內(nèi)產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力，這時(shí)應(yīng)選擇退火；大殘余應(yīng)力，這時(shí)應(yīng)選擇退火；3. 從減少變形和開裂的傾向性來(lái)說(shuō)，淬火和回火前的預(yù)備熱從減少變形和開裂的傾向性來(lái)說(shuō)，淬火和回火前的預(yù)備熱處理應(yīng)選擇退火；處理應(yīng)選擇退火；4. 正火的生產(chǎn)周期短，操作簡(jiǎn)單，故在可能條件下，特別是正火的生產(chǎn)周期短，操作簡(jiǎn)單，故在可能條件下，特別是在大批量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮正火。在大批量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮正火。5. 低中碳鋼適合選用正火作為預(yù)備熱處理，高碳鋼則適合退低中碳鋼適合選用正火作為預(yù)備熱處理，高碳鋼則適合退火特別是球化退火作為預(yù)備熱處理較為合適?；鹛貏e是球化退火作為預(yù)備熱處理較為合適。三、鋼的淬火三、鋼的淬火一、定義一、

33、定義: 把零件加溫到臨界溫度把零件加溫到臨界溫度Ac1或或Ac3以上以上30 50，保溫一段時(shí)間，然后快速冷卻，保溫一段時(shí)間，然后快速冷卻 ( 水冷水冷 )。 二、目的二、目的: 為了獲得馬氏體組織，提高鋼的硬度和為了獲得馬氏體組織，提高鋼的硬度和耐磨性。耐磨性。 淬火后必須有回火工藝！淬火后必須有回火工藝！三、熱處理后的組織三、熱處理后的組織 鋼種鋼種淬火溫度淬火溫度()最終組織最終組織亞共析鋼Wc0.5%Ac3+3050M亞共析鋼Wc0.5%Ac3+3050M + A殘共析鋼Ac1+3050M + A殘過(guò)共析鋼Ac1+3050M+Fe3C+A殘四、淬火加熱時(shí)間四、淬火加熱時(shí)間 ( ) 的選

34、擇的選擇 = K D工工 件件 有有 效效 厚厚 度度(尺寸最小部位尺寸最小部位)裝爐量有關(guān)系數(shù)裝爐量有關(guān)系數(shù)一般一般 K = 11.5加熱系數(shù)加熱系數(shù),與鋼種與鋼種及加熱介質(zhì)有關(guān)及加熱介質(zhì)有關(guān)淬火時(shí)間不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒或表面氧化、脫碳等缺陷。淬火時(shí)間不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒或表面氧化、脫碳等缺陷。五、淬火冷卻介質(zhì)五、淬火冷卻介質(zhì)1.淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力1.1 熱應(yīng)力熱應(yīng)力 內(nèi)外溫差內(nèi)外溫差 熱脹冷縮熱脹冷縮 熱應(yīng)力熱應(yīng)力1.2 組織應(yīng)力組織應(yīng)力 內(nèi)外溫差內(nèi)外溫差 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 比體積比體積 組織組織 應(yīng)力應(yīng)力比體積：奧氏體比體積：奧氏體珠光體珠光體貝氏體貝氏體馬氏體馬氏體工件冷卻時(shí)熱應(yīng)力變

35、化示意圖工件冷卻時(shí)熱應(yīng)力變化示意圖時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf2.常用的淬火冷卻介質(zhì)常用的淬火冷卻介質(zhì) 名名 稱稱 最大冷卻速度時(shí)最大冷卻速度時(shí) 平均冷卻速度平均冷卻速度/(s-1)所在溫所在溫度度/ 冷卻速度冷卻速度 /( s-1)650550 300200 20靜止水靜止水34077513545040靜止水靜止水28554511041060靜止水靜止水2202758018510%NaCl 溶液溶液58020001900100010%NaOH 溶液溶液560283027507752010號(hào)機(jī)油號(hào)機(jī)油4302

36、3060658010號(hào)機(jī)油號(hào)機(jī)油4302307055203號(hào)號(hào)錠子油錠子油50012010050六、六、 常用的淬火方法常用的淬火方法單液淬火單液淬火雙液淬火雙液淬火分級(jí)淬火分級(jí)淬火等溫淬火等溫淬火時(shí)間時(shí)間溫度MsA1鹽浴鹽浴單液淬火法單液淬火法雙液淬火法雙液淬火法分級(jí)淬火法分級(jí)淬火法等溫淬火法等溫淬火法深冷處理深冷處理原理將工件放入一種介質(zhì)中冷卻至室溫工件先在冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，300以下在冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻將工件放入溫度略高于Ms點(diǎn)的鹽浴中適當(dāng)時(shí)間保溫后空冷將工件放入溫度略高于Ms點(diǎn)的鹽浴中足夠長(zhǎng)時(shí)間保溫后空冷將工件冷卻到-80或更低的溫度，保持一段時(shí)間后使殘留奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏

37、體特點(diǎn)操作簡(jiǎn)單，易于機(jī)械化，應(yīng)用較廣，但水淬工件變形開裂傾向大，油淬冷卻能力低，大件淬不硬淬火應(yīng)力小，減少了變形和開裂的傾向，但工藝較難控制，操作難度大可較好的彌補(bǔ)單/雙液淬火法的不足，但只試用于尺寸較小，形狀復(fù)雜或截面不均勻的零件轉(zhuǎn)變組織為下貝氏體，可以極大降低工件淬火應(yīng)力和變形，適用于復(fù)雜、精密零件，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低可提高鋼的硬度和耐磨性，并穩(wěn)定工件尺寸，適用于量具、滾動(dòng)軸承等精密零件七七 、鋼的淬硬性、鋼的淬硬性1.定義定義:是指鋼在淬火后所能達(dá)到的最高硬度。是指鋼在淬火后所能達(dá)到的最高硬度。2.影響鋼的淬硬性的因素影響鋼的淬硬性的因素:主要取決于馬氏體的含碳量。主要取決于馬氏體

38、的含碳量。WC/%八、鋼的淬透性八、鋼的淬透性 1.定義定義:是指鋼在淬火時(shí)所能獲得到的馬氏體的能力。是指鋼在淬火時(shí)所能獲得到的馬氏體的能力。2.淬透層的深度：淬透層的深度：從表面至半馬氏體（馬氏體組織從表面至半馬氏體（馬氏體組織占占50%）處的距離。）處的距離。3.影響鋼的淬透性的因素影響鋼的淬透性的因素:主要是臨界淬火冷卻速度主要是臨界淬火冷卻速度Vc的大小的大小, Vc越大越大,鋼的淬透性越小。鋼的淬透性越小。（1）碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：）碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 亞共析鋼：亞共析鋼：Wc 淬透性淬透性 過(guò)共析鋼：過(guò)共析鋼：Wc 淬透性淬透性（2）合金元素：）合金元素：合金元素合金元素 淬透性（除淬透性（

39、除CoCo）；（3）奧氏體化溫度：奧氏體化溫度）奧氏體化溫度：奧氏體化溫度 淬透性淬透性 ；（4）鋼中未溶第二相：夾雜物）鋼中未溶第二相：夾雜物 淬透性淬透性工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系心部冷速心部冷速表面冷速表面冷速馬氏體區(qū)馬氏體區(qū)非馬氏體區(qū)非馬氏體區(qū)心部心部表面表面MsMf淬硬性淬硬性表示鋼淬火發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變后所能得到的最高表示鋼淬火發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變后所能得到的最高硬度。主要取決于馬氏體中的含碳量。馬氏體中含碳硬度。主要取決于馬氏體中的含碳量。馬氏體中含碳量越高，鋼的淬硬性越高。量越高，鋼的淬硬性越高。淬透性淬透性是指鋼淬火后獲得馬氏體的能力。主要取決于是指鋼淬火后獲

40、得馬氏體的能力。主要取決于鋼的臨界冷去速度。臨界冷卻速度越小，鋼的淬透性鋼的臨界冷去速度。臨界冷卻速度越小，鋼的淬透性越好。越好。兩者沒有必然聯(lián)系！兩者沒有必然聯(lián)系！淬硬性與淬透性的區(qū)別淬硬性與淬透性的區(qū)別：鋼鋼 種種淬硬性淬硬性淬透性淬透性碳素結(jié)構(gòu)鋼( 20 )低小碳素工具鋼( T10A )高小低碳合金結(jié)構(gòu)鋼 ( 18Cr2Ni4WA )低大高碳高合金工具鋼 ( Cr12MoV )高大 4.4.鋼的淬透性的測(cè)量鋼的淬透性的測(cè)量 1)“末端淬火法末端淬火法”測(cè)定。測(cè)定。 2)2)臨界淬火直徑：臨界淬火直徑：dHRCJ最大淬透直徑最大淬透直徑D Do oD Do o越大，鋼的淬透性越好越大，鋼的

41、淬透性越好5 . 344:45 J1244:40JCr5、淬透性的應(yīng)用淬透性是機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)選材和指定熱處理工藝的重要依據(jù)。 根據(jù)端淬曲線合理選用鋼材，以滿足心部硬度的要求； 預(yù)測(cè)工件淬火后硬度分布； 根據(jù)端淬曲線選擇淬火介質(zhì)，制訂熱處理工藝。四、鋼的回火四、鋼的回火一、定義一、定義:把淬火后的零件重新加溫到把淬火后的零件重新加溫到A1線以下某個(gè)線以下某個(gè)溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻到窒溫。溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻到窒溫。二、目的：二、目的：降低淬火鋼的脆性，提高韌性，調(diào)整硬降低淬火鋼的脆性，提高韌性，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，獲得所需要的力度，消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，獲得所需

42、要的力學(xué)性能。學(xué)性能。淬火鋼不經(jīng)回火處理，一般不能直接使用；鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即回火，否則在放置過(guò)程中就會(huì)變形和開裂。淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變：馬氏體分解和殘余奧氏體的分解。 1.1.馬氏體分解（馬氏體分解（100100200200）100100以上，以上，M M分解，固溶于分解，固溶于M M中的過(guò)飽和中的過(guò)飽和C C以以-Fe-Fe2.42.4C C碳化物碳化物析出，由析出，由M M和以細(xì)片狀分布在和以細(xì)片狀分布在M M基體上的碳化物稱為回火馬氏基體上的碳化物稱為回火馬氏體體(M(M回回) )。這個(gè)階段中內(nèi)應(yīng)力有所減小，但力學(xué)性能變化不大。這個(gè)階段中內(nèi)應(yīng)力有所減小，但力學(xué)性能變化不大。根據(jù)轉(zhuǎn)變的過(guò)程和形

43、成的組織，一般把回火轉(zhuǎn)變分為四個(gè)階段：M M回回A三、回火時(shí)的組織變化：三、回火時(shí)的組織變化： 3.3.碳化物的轉(zhuǎn)變（碳化物的轉(zhuǎn)變（300300400400）由于此溫度區(qū)間內(nèi)由于此溫度區(qū)間內(nèi)C C原子擴(kuò)散能力增加，原子擴(kuò)散能力增加，M M內(nèi)過(guò)飽和的內(nèi)過(guò)飽和的C C原子原子幾乎全部脫溶，轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，同時(shí)亞穩(wěn)定的幾乎全部脫溶，轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，同時(shí)亞穩(wěn)定的碳化物也轉(zhuǎn)碳化物也轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的滲碳體。這種針狀的鐵素體和細(xì)粒狀的滲碳體變?yōu)楦€(wěn)定的滲碳體。這種針狀的鐵素體和細(xì)粒狀的滲碳體組成的機(jī)械混合物稱為回火屈氏體組成的機(jī)械混合物稱為回火屈氏體T T回回。這個(gè)階段中，淬火應(yīng)力大部分消除，鋼的硬度、強(qiáng)度下降，

44、這個(gè)階段中，淬火應(yīng)力大部分消除，鋼的硬度、強(qiáng)度下降，塑性、韌性提高。塑性、韌性提高?；鼗饻囟雀哂诨鼗饻囟雀哂?00400時(shí)滲碳體開始聚集長(zhǎng)大。時(shí)滲碳體開始聚集長(zhǎng)大。F F明顯回復(fù)，但明顯回復(fù)，但仍保持原有的板條狀或針狀，仍保持原有的板條狀或針狀，450450 時(shí)時(shí)F發(fā)生發(fā)生多邊形化，這多邊形化，這種多邊形種多邊形F F和粗大粒狀滲碳體的混合物稱為回火索氏體和粗大粒狀滲碳體的混合物稱為回火索氏體S S回回。這個(gè)階段中，鋼的硬度和強(qiáng)度進(jìn)一步下降，塑性、韌性進(jìn)一這個(gè)階段中，鋼的硬度和強(qiáng)度進(jìn)一步下降，塑性、韌性進(jìn)一步提高。步提高。 4.4.滲碳體的聚集長(zhǎng)大和滲碳體的聚集長(zhǎng)大和相的再結(jié)晶（相的再結(jié)晶（4

45、00400以上）以上）低溫回火（低溫回火（150250 ） 組織：回火組織：回火M 極細(xì)極細(xì)碳化物碳化物 + 過(guò)飽和過(guò)飽和相相 目的：目的：內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力，脆性，保持高硬度和耐磨性脆性，保持高硬度和耐磨性 適用：工具，量具，軸承適用：工具，量具，軸承 高碳鋼高碳鋼 滲碳件，表面淬火件滲碳件，表面淬火件 HRC5862 2 中溫回火（中溫回火（350500 ） 組織：回火組織：回火T 針狀針狀 F + 極細(xì)極細(xì) Fe3C 目的：獲得高目的：獲得高s ，e HRC3545 適用：彈簧，扳手，模具適用：彈簧，扳手，模具 中高碳鋼中高碳鋼 3 高溫回火（高溫回火（500650 ） 組織：回火組織：回火

46、S 塊狀塊狀 F + 粒狀粒狀 Fe3C 目的：獲得良好的綜合機(jī)械性能目的：獲得良好的綜合機(jī)械性能 HRC2535 適用：軸，齒輪，螺栓等重要結(jié)構(gòu)件適用：軸，齒輪，螺栓等重要結(jié)構(gòu)件 中碳鋼中碳鋼淬火淬火 + 高溫回火高溫回火 = 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)耐磨件耐磨件M回回=0.3%C+150250低溫回火低溫回火彈簧等彈簧等T回回=F針針+Fe3C粒粒350500中溫回火中溫回火調(diào)質(zhì)件調(diào)質(zhì)件S回回=F多多+Fe3C球球500650高溫回火高溫回火高合金鋼高合金鋼P(yáng)回回=F多多+Fe3C粒粒650A1高溫軟化高溫軟化用途用途組組 織織溫度溫度()名名 稱稱淬火淬火 + 高溫回火高溫回火 = 調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理五、

47、回火種類五、回火種類四、回火時(shí)的性能變化四、回火時(shí)的性能變化隨回火溫度隨回火溫度 b，S，HRC，K， e K第一類回火脆性：第一類回火脆性：250400 每種鋼都有，難以避免每種鋼都有，難以避免 回火溫度禁區(qū)（一般不在回火溫度禁區(qū)（一般不在此溫度范圍內(nèi)回火）此溫度范圍內(nèi)回火）六、回火脆性六、回火脆性韌性隨回火溫度升高而升高？韌性隨回火溫度升高而升高？300 600 300 600 回火脆性：回火脆性：在某溫度區(qū)間回火時(shí)，在某溫度區(qū)間回火時(shí)， k 顯著降低顯著降低第二類回火脆性：第二類回火脆性：500600 含含CrCr、MnMn、NiNi的鋼明顯的鋼明顯 可以消除：可以消除： 鋼中加鋼中加

48、MoMo、W W 回火后快冷回火后快冷化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理表面淬火表面淬火第五節(jié)第五節(jié) 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理對(duì)軸、齒輪、凸輪對(duì)軸、齒輪、凸輪的機(jī)械性能要求的機(jī)械性能要求表面：硬，耐磨，耐疲勞表面：硬，耐磨，耐疲勞M心部：塑，韌，耐沖擊心部：塑，韌，耐沖擊F，P解決思路：解決思路：選材選材低淬透性材料低淬透性材料工藝工藝只改變表層組織只改變表層組織同時(shí)改變表層同時(shí)改變表層組織、成分組織、成分表面熱處理表面熱處理工藝的核心工藝的核心:使零件具有使零件具有“表硬里韌表硬里韌”一、表面淬火一、表面淬火一一) 定義定義: 將工件的表面層淬硬到一定深度，而心將工件的表面層淬硬到一定深度，而心部仍保

49、持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火法。部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火法。二二) 工藝特征工藝特征:通過(guò)快速加熱使鋼的表層奧氏體化，通過(guò)快速加熱使鋼的表層奧氏體化，然后急冷，使表層形成馬氏體組織，而心部仍保持然后急冷，使表層形成馬氏體組織，而心部仍保持不變。不變。 三三)表面淬火用鋼表面淬火用鋼:選用中碳或中碳低合金鋼。選用中碳或中碳低合金鋼。40、45、40Cr、40MnB等。等。 四四)表面淬火加工的方法表面淬火加工的方法: 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱( 高、中、工頻高、中、工頻 )、火焰加熱、激光加熱等?；鹧婕訜帷⒓す饧訜岬?。集膚效應(yīng)示意圖集膚效應(yīng)示意圖1.感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火1)感應(yīng)加熱的基

50、本感應(yīng)加熱的基本原理原理:* 感應(yīng)電流感應(yīng)電流 - 渦流渦流* 集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)淬火層深度淬火層深度()電流頻率電流頻率( f )(500mmf分類：分類：高頻（高頻（200300 KHz），）， 中頻（中頻（2.58 KHz），工），工頻（頻（50 Hz），厚度分別為），厚度分別為0.5-2，3-6，10-15mm特點(diǎn)：特點(diǎn)： 加熱速度快，時(shí)間短加熱速度快，時(shí)間短 表層為極細(xì)的隱晶表層為極細(xì)的隱晶M 硬度高硬度高 脆性低脆性低 23HRC 體積膨脹形成壓應(yīng)力體積膨脹形成壓應(yīng)力,-1 變形小，不易氧化脫碳變形小，不易氧化脫碳 易機(jī)械化、自動(dòng)化易機(jī)械化、自動(dòng)化 設(shè)備價(jià)貴，維修調(diào)整困難設(shè)備價(jià)貴，維

51、修調(diào)整困難適用于：需淬硬層薄的中、小零件適用于：需淬硬層薄的中、小零件多用于：中碳鋼、中碳合金鋼多用于：中碳鋼、中碳合金鋼2)工藝要求工藝要求: * 表面淬火前表面淬火前,必須對(duì)零件進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)必須對(duì)零件進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理處理,以保證零件有良好的基體。以保證零件有良好的基體。 * 表面淬火后表面淬火后,必須對(duì)零件進(jìn)行低溫回火處必須對(duì)零件進(jìn)行低溫回火處理理,以降低淬火應(yīng)力和脆性。以降低淬火應(yīng)力和脆性。2.火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火1)火焰加熱表面淬火的基本方法火焰加熱表面淬火的基本方法2)火焰加熱表面淬火的特點(diǎn)火焰加熱表面淬火的特點(diǎn):*設(shè)備簡(jiǎn)單設(shè)備簡(jiǎn)單, 操作方便操作方便, 成本低。成本

52、低。*淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。*適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。淬硬層淬硬層2-6mm（三）激光加熱表面淬火（三）激光加熱表面淬火無(wú)需冷卻介質(zhì)無(wú)需冷卻介質(zhì),加熱加熱:高功率密度高功率密度:103105W/cm2淬硬層：淬硬層：0.1-0.8mm硬度高、耐磨性好硬度高、耐磨性好(50%)復(fù)雜件的拐角、溝槽、深孔等復(fù)雜件的拐角、溝槽、深孔等二、化學(xué)熱處理二、化學(xué)熱處理一一)定義定義:將零件置于一定的將零件置于一定的化學(xué)介質(zhì)化學(xué)介質(zhì)中中 , 通過(guò)加熱、通過(guò)加熱、保溫保溫,使介質(zhì)中一種或幾種元素原子滲入工件表層使介質(zhì)中一種或幾種元素原子滲入工件表層,以以改變

53、鋼表層的化學(xué)成分改變鋼表層的化學(xué)成分和組織的熱處理工藝。和組織的熱處理工藝。 二二) 化學(xué)熱處理的基本過(guò)程化學(xué)熱處理的基本過(guò)程:3.吸收吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶解?；钚栽颖涣慵砻嫖蘸腿芙狻?.擴(kuò)散擴(kuò)散: 活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散, 形成一定的形成一定的擴(kuò)散層。擴(kuò)散層。2.分解分解: 化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。 2CO CO2 +C1.加熱加熱: 工件加熱到合適的溫度使之有利于吸收滲入工件加熱到合適的溫度使之有利于吸收滲入元素元素.三三) 化學(xué)熱處理進(jìn)行的條件化學(xué)熱處理進(jìn)行的條件:1. 滲入元素的原

54、子必須是滲入元素的原子必須是活性原子活性原子, 而且具有較大而且具有較大的的擴(kuò)散擴(kuò)散能力。能力。2. 零件本身具有零件本身具有吸收吸收滲入原子的能力滲入原子的能力,即對(duì)滲入原即對(duì)滲入原子有一定的溶解度或能與之化合子有一定的溶解度或能與之化合, 形成化合物。形成化合物。四四) 化學(xué)熱處理的種類化學(xué)熱處理的種類: 滲碳滲碳; 滲氮滲氮; 碳氮共滲碳氮共滲; 滲硼滲硼; 滲鋁滲鋁; 滲硫滲硫; 滲硅滲硅; 滲鉻等。滲鉻等。1.鋼的滲碳鋼的滲碳1)定義定義: 把鋼置于含有活性炭的介質(zhì)中，加熱、保把鋼置于含有活性炭的介質(zhì)中，加熱、保溫，使溫，使活性活性碳原子碳原子滲入鋼的表面的熱處理工藝。滲入鋼的表面的

55、熱處理工藝。2)目的目的: 獲得具有表硬里韌性能的零件。獲得具有表硬里韌性能的零件。3)用鋼用鋼:低碳鋼和低碳合金鋼。低碳鋼和低碳合金鋼。4)方法方法: 固體、氣體、液體滲碳。固體、氣體、液體滲碳。 固體滲碳法示意圖固體滲碳法示意圖 設(shè)備簡(jiǎn)單 操作方便 生產(chǎn)率低 質(zhì)量不易控制 勞動(dòng)條件差 單件、小批量零件零件滲碳劑滲碳劑試棒試棒蓋蓋泥封泥封滲碳箱滲碳箱222222CCOCOCOCOCCOOC 氣體滲碳法示意圖氣體滲碳法示意圖 煤油、甲醇等 生產(chǎn)率高 滲碳層質(zhì)量好 勞動(dòng)條件好2222224COHHCOCCOCOCHCH液體滲碳法液體滲碳法 工件放入熔融的液體中工件放入熔融的液體中 設(shè)備簡(jiǎn)單設(shè)備簡(jiǎn)

56、單 質(zhì)量容易控制質(zhì)量容易控制 操作方便操作方便 滲入速度快滲入速度快 鹽浴配方大多含有氰鹽鹽浴配方大多含有氰鹽 單件，小批量單件，小批量5)工藝工藝: 加熱溫度為加熱溫度為900950; 滲碳時(shí)間一般為滲碳時(shí)間一般為39小時(shí)小時(shí);滲碳層厚滲碳層厚0.5-2mm,Wc%1.0%6)滲碳后的組織滲碳后的組織: 1%CP+Fe3C0.2%C F + P少少表面表面中心中心零零 件件PP+F滲滲碳碳層層的的組組織織過(guò)共析組織過(guò)共析組織(P+Fe3C) 共析組織共析組織(P) 過(guò)渡區(qū)亞共析組織過(guò)渡區(qū)亞共析組織(P+F) 原始亞共析組織原始亞共析組織(F+P) 7) 滲碳后的熱處理工藝滲碳后的熱處理工藝8

57、) 熱處理后的組織熱處理后的組織低碳低碳M回回+FM回回+Cm+A殘殘低碳低碳合金鋼合金鋼F+PM回回+Fe3C+A殘殘低碳鋼低碳鋼心部組織心部組織表層組織表層組織鋼種鋼種9)常用的鋼種常用的鋼種: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。等。2.鋼的滲氮鋼的滲氮1)定義定義:把鋼置于含有活性氮原子的介質(zhì)中，加熱、把鋼置于含有活性氮原子的介質(zhì)中，加熱、保溫，使活性保溫，使活性氮原子氮原子滲入鋼的表面的熱處理工藝。滲入鋼的表面的熱處理工藝。2)目的目的:獲得具有獲得具有表硬里韌表硬里韌及及抗蝕性能抗蝕性能 的零件。的零件。3)用鋼用鋼:中碳合金鋼。中碳合金鋼

58、。4)方法方法:氣體滲氮、離子滲氮。氣體滲氮、離子滲氮。5)工藝工藝:加熱溫度加熱溫度500600; 保溫時(shí)間保溫時(shí)間2050h （0.30.5mm）。）。6)熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn): 滲氮前需調(diào)質(zhì)處理滲氮前需調(diào)質(zhì)處理; 滲氮后不需熱處理。滲氮后不需熱處理。7)滲氮處理后的組織滲氮處理后的組織 表層表層 : Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、 MoN、TiN、VN。 心部心部 : S回回。8)常用的鋼種常用的鋼種 : 35 CrMo、38CrNiW、 38 CrMoAlA 等。等。滲氮件的性能：滲氮件的性能：表面強(qiáng)化和表面保護(hù)表面強(qiáng)化和表面保護(hù)1)高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性合金氮化物層，

59、合金氮化物層，100010001100HV1100HV，而且在，而且在600600650650下保持不下降；下保持不下降；2)疲勞極限高疲勞極限高滲氮層的體積增大產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，疲勞極限提高達(dá)滲氮層的體積增大產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，疲勞極限提高達(dá)15%15%35%35%；3)高的耐蝕性能高的耐蝕性能致密的耐蝕的氮化物，使工件在水、過(guò)熱的蒸氣和堿性溶液中都致密的耐蝕的氮化物，使工件在水、過(guò)熱的蒸氣和堿性溶液中都很穩(wěn)定很穩(wěn)定4)變形很小變形很小滲氮溫度低。滲氮溫度低。工藝路線：工藝路線：鍛造鍛造正火正火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工去應(yīng)力去應(yīng)力粗磨粗磨氮化氮化精磨或研磨精磨或研磨1 1、氣體滲氮、氣體滲

60、氮?dú)怏w滲氮：氣體滲氮： 在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮的工藝稱為氣體滲氮。在氣體介質(zhì)中進(jìn)行滲氮的工藝稱為氣體滲氮。工藝過(guò)程工藝過(guò)程 ：在滲氮爐內(nèi)通入氨氣，在：在滲氮爐內(nèi)通入氨氣，在380380以上氨分解出活以上氨分解出活性氮原子性氮原子:2NH:2NH3 33H3H2 2+2N+2N活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，在保溫過(guò)程中向里擴(kuò)散，形成滲氮層。在保溫過(guò)程中向里擴(kuò)散，形成滲氮層。工藝特點(diǎn)：工藝特點(diǎn)：溫度低：溫度低：500500600600550550570570氮在鐵素體中有一定的溶解能力。氮在鐵素體中有一定的溶解能力。時(shí)間長(zhǎng)：時(shí)間長(zhǎng)：404070h70h，氮化