鋼鐵熱處理和組織轉(zhuǎn)變

1、鋼鐵熱處理和組織轉(zhuǎn)變第五章 鋼鐵熱處理加熱時的組織轉(zhuǎn)變冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼的常規(guī)熱處理鋼的其它熱處理概 述一、熱處理概念及應(yīng)用 通過加熱、保溫、冷卻的方法，改變材料的組織與結(jié)構(gòu)，達(dá)到改善材料性能(力學(xué)、物理、化學(xué)及工藝性能)的工藝過程稱為熱處理。 熱處理在機(jī)械制造業(yè)和材料的研究中應(yīng)用十分廣泛，重要的零(構(gòu))件都要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砗蟛拍苁褂谩C(jī)床中60%70%的零件需進(jìn)行熱處理；汽車中約80%零件需進(jìn)行熱處理；工具及模具則100%需進(jìn)行熱處理。轉(zhuǎn)變時一般都有組織結(jié)構(gòu)的變化，有的轉(zhuǎn)變無新相生成(如再(重)結(jié)晶轉(zhuǎn)變)。相變阻力大。新相形成除增加界面能外，由于存在體積變化造成應(yīng)變能，相變阻力大。新相與母

2、相之間存在一定的晶體學(xué)位向關(guān)系。母相的晶體缺陷對相變起促進(jìn)作用。原子擴(kuò)散遷移成為控制因素，特別是伴隨成分改變的相變過程。易出現(xiàn)過渡相，有些反應(yīng)不能進(jìn)行到底，過渡相可以長期保留。二、熱處理轉(zhuǎn)變過程及其產(chǎn)物的特點(diǎn)三、熱處理分類熱處理整體熱處理最終熱處理工序化學(xué)熱處理表面熱處理表面淬火預(yù)備熱處理工序滲碳滲氮及滲金屬等碳氮共滲及多元共滲等回火(含人工時效)退火正火淬火(含固溶處理)火焰加熱、接觸電阻加熱 感應(yīng)加熱 (高、中頻等) 激光、電子束加熱 物理、化學(xué)氣相沉積 5.1 加熱時的組織轉(zhuǎn)變 這些溫度點(diǎn)是平衡轉(zhuǎn)變溫度，在固態(tài)轉(zhuǎn)變中，轉(zhuǎn)變實(shí)際發(fā)生需要一定的過冷或過熱，顯然加熱轉(zhuǎn)變的實(shí)際發(fā)生溫度在臨界點(diǎn)之

3、上，而冷卻轉(zhuǎn)變的實(shí)際發(fā)生溫度在臨界點(diǎn)之下。一、臨界轉(zhuǎn)變溫度800766780855Ac3 或Accm-700730T10721695727607606827244583568073520Ar3Ar1Ac1鋼號臨界溫度()某些碳鋼的臨界溫度(近似值)AC1、AC3、Accm加熱時轉(zhuǎn)變溫度 Ar1、Ar3、Arcm冷卻時轉(zhuǎn)變溫度二、奧氏體的形成過程以共析鋼為例P0.77%C( F0.02%CFe3C6.69%C) A0.77%C AC1溫度 A形核A長大 Fe3C殘余溶解A均勻化若是亞/過共析鋼則存在過剩相F/Fe3C的溶解.三、影響奧氏體化的因素加熱溫度加熱速度含 碳 量合金元素原始組織 加熱溫

4、度越高，原子活動遷移能力大，自由能差大，奧氏體化的進(jìn)程也越快。 加熱速度快，奧氏體化的時間自然短，但是均勻化程度差。 隨碳量的增加,滲碳體與鐵素體的界面數(shù)量也多, 轉(zhuǎn)變速度加快。在過共析鋼中, 二次滲碳體的溶解要求更高的溫度,碳量的增加達(dá)到均勻化時間會增加。 珠光體的層片越細(xì)，界面數(shù)量多，擴(kuò)散的距離小，轉(zhuǎn)變速度加快，片狀珠光體的轉(zhuǎn)變速度高于球狀化珠光體。 碳化物形成元素與碳的結(jié)合力高于鐵，會阻礙碳的擴(kuò)散遷移；在碳化物消失后，合金元素自己擴(kuò)散達(dá)到均勻，達(dá)到均勻奧氏體化的時間要大大延長。四、奧氏體晶粒度及其影響因素1.奧氏體晶粒度 奧氏體晶粒度指奧氏體的晶粒尺寸大小，它對材料熱處理后的性能有重要影

5、響。奧氏體晶粒度的三種不同概念：起始晶粒度 剛剛完成奧氏體化的晶粒大小叫起始晶粒度，此時奧氏體晶粒很細(xì)小又難以測定，無實(shí)際意義。實(shí)際晶粒度 在具體的加熱溫度、保溫時間的條件下獲得的奧氏體晶粒大小。它決定于鋼的成分和奧氏體化的工藝過程，直接影響熱處理后鋼的力學(xué)性能 。 熱處理冷卻后得到的組織都是有奧氏體轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，奧氏體晶粒細(xì)小，得到的組織也就細(xì)小，其力學(xué)性能也就優(yōu)越。奧氏體化過程的晶粒長大是自發(fā)過程，只有控制好奧氏體化的工藝過程，才能得到較細(xì)的晶粒。本質(zhì)晶粒度 不同的鋼在同樣的加熱條件下，奧氏體的長大傾向性不一樣，按冶金部標(biāo)準(zhǔn)，將鋼加熱到93010，保溫8小時得到的實(shí)際晶粒度作為該鋼的本質(zhì)晶粒

6、度。本質(zhì)晶粒度是一材料特性，表示的是鋼在奧氏體化時奧氏體晶粒的長大傾向。本質(zhì)晶粒度一般分為8級。1級 2級 3級 4級5級 6級 7級 8級8級為超細(xì)晶粒本質(zhì)粗晶粒本質(zhì)細(xì)晶粒 沸騰鋼一般為本質(zhì)粗晶粒鋼； 并不是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼奧氏體化得到的晶粒一定細(xì)小,通常加熱溫度在930以下,本質(zhì)細(xì)晶粒鋼奧氏體化得到的晶粒比本質(zhì)粗晶粒鋼細(xì)小,超過這個溫度或工藝處理不當(dāng),結(jié)果可能完全相反(見右圖). 鎮(zhèn)靜鋼一般為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。 需熱處理的鋼應(yīng)為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。 2.影響奧氏體晶粒度的因素 速度快用的時間少，轉(zhuǎn)變在較高溫度，形核率高，最終晶粒尺寸較細(xì)小。 溫度高時間長則奧氏體長大速度快，長大的時間多，晶粒變粗； 珠光

7、體細(xì)小，奧氏體的晶粒也細(xì)??；片狀比球狀細(xì)小，非平衡組織往往也可得到細(xì)小的奧氏體晶粒。(相變組織的遺傳性) 含碳量增加，奧氏體轉(zhuǎn)變加快，生長時間長，奧氏體晶粒的長大傾向增加；碳化物形成元素(Ti、V、Ta、Nb、Zr、W、Mo、Cr)和碳結(jié)合力強(qiáng)，阻礙碳的擴(kuò)散可阻礙奧氏體晶粒生長；不和碳作用而溶入基體的元素(Si、Ni、Cu)對奧氏體晶粒生長無明顯的影響；Co、P、Mn對奧氏體晶粒的長大有加速作用。 加 熱 速 度 溫度和時間原 始 組 織合金元素(成分)五、加熱時的組織缺陷 由于加熱設(shè)備故障、工藝不合理或操作失誤，加熱過程中可能引起的缺陷有：氧化 脫碳過熱 過燒 加熱時工件表面和O2、CO2、

8、H2O等氣氛接觸,工件表面發(fā)生氧化,嚴(yán)重時氧化氣氛沿晶界向內(nèi)擴(kuò)散造成較深的晶界氧化, 晶界處的易氧化元素和氧結(jié)合使晶界性能下降,為內(nèi)氧化。加熱時間較長、溫度高且表面要求較高，加工余量小時特別注意氧化。 含碳量較高的鋼加熱時,碳和O2、CO2、H2O、H2等結(jié)合生成CO溢出,脫碳使鋼表層出現(xiàn)貧碳區(qū)影響表層性能。可用CO、CH4等進(jìn)行保護(hù)甚至滲碳。加熱溫度過高或保溫時間過長使奧氏體晶粒過大。 加熱溫度太高，晶界過度氧化，甚至局部熔化，過燒工件只能報廢。 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變過冷奧氏體：等溫冷卻：將鋼迅速過冷到臨界點(diǎn)(Ar1)以下某一溫度，使奧氏體保持在該溫度下進(jìn)行轉(zhuǎn)變。連續(xù)冷卻：將鋼以某一固定速度

9、不停地冷卻到室溫，使奧氏體在連續(xù)降溫的過程中轉(zhuǎn)變。冷卻方式： 鋼奧氏體化后，從高溫冷卻到Ar1以下時奧氏體并不立即轉(zhuǎn)變，而處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài).這種存在于Ar1溫度下暫未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體稱為過冷奧氏體。一、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖，也稱TTT(或C)曲線,它綜合反映了過冷奧氏體在不同溫度下等溫轉(zhuǎn)變的開始和終了時間以及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)得到過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線(轉(zhuǎn)變時間-A轉(zhuǎn)變量圖)。對轉(zhuǎn)變后的試樣進(jìn)行金相分析,確定轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。在轉(zhuǎn)變時間-冷卻溫度坐標(biāo)系中，將相同性質(zhì)的連接起來, 并標(biāo)明出相應(yīng)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,即得TTT曲線或C曲線。 1.共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的

10、建立 以共析鋼為例孕育期 2.等溫轉(zhuǎn)變曲線的特征3. 珠光體型轉(zhuǎn)變 1)珠光體的形成 過冷奧氏體在Ar1到鼻尖(550)之間的轉(zhuǎn)變方式屬于珠光體型轉(zhuǎn)變。 在A晶界形成Fe3C晶核；在Fe3C晶核附近出現(xiàn)鐵素體晶核；鐵素體和滲碳體的晶核長大,形成層片狀組織；奧氏體晶粒內(nèi)多處形核，各自沿不同方向長大直到奧氏體完全消失；珠光體晶粒長大并連成一體；奧氏體全部轉(zhuǎn)變成珠光體。 2)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 過冷奧氏體按珠光體型方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，通常所得產(chǎn)物為鐵素體和滲碳體交替分布的層片狀組織，隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低，片間距愈細(xì)，即不同溫度下所得產(chǎn)物的差別是層片間距不同。 采用特殊的方式冷卻，可能得到顆粒狀滲碳體均勻分布于鐵素體基

11、體上的球狀珠光體。 3)珠光體的性能 不同類型的珠光體由于層片間距不同，力學(xué)性能有較大的區(qū)別，總體趨勢是隨著片間距的減小，材料的強(qiáng)度和硬度呈現(xiàn)上升；塑性和韌性以索氏體為最高,雖然強(qiáng)度最高，但塑性卻下降。 組織符號片間距/m形成溫度/硬 度/HRC可分辨層片的倍數(shù)珠光體P0.4 0.7A16505 25500X索氏體S0.25 0.465060025 351000X托氏體T0.25600550355 402000X4.貝氏體型轉(zhuǎn)變 1)特點(diǎn)和組織特征 過冷到550以下,相變驅(qū)動力雖然較大,但鐵原子的擴(kuò)散系數(shù)已很小,相變時來不及擴(kuò)散,碳盡管擴(kuò)散速度比高溫下小了很多,但因半徑很小仍能進(jìn)行短距離擴(kuò)散,

12、所以發(fā)生混合型轉(zhuǎn)變(半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變),在鋼中叫貝氏體轉(zhuǎn)變。 在較大的驅(qū)動力下，晶格中的鐵原子以切變方式，將其晶格點(diǎn)陣從面心立方改組為體心立方。這時鐵原子不改變相鄰關(guān)系，每個原子相對周圍原子發(fā)生僅為原來晶格間距幾分之一的移動，整個晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。一方面原子移動距離小，另一方面，要求所有原子同時移動，所以變化阻力大，僅在驅(qū)動力足夠大時才發(fā)生。碳在面心立方中的溶解度大于體心立方晶格，對切變形成了阻力，含碳量愈低，轉(zhuǎn)變愈容易。貝氏體(B)-含碳過飽和鐵素體和滲碳體的兩相機(jī)械混合物.2)上貝氏體轉(zhuǎn)變 這種以原奧氏體晶界為干線, Fe3C以小條狀(短棒)或小片狀斷續(xù)的分布于平行而密集的鐵素體片之間,呈現(xiàn)

13、羽毛狀的組織叫上貝氏體。 轉(zhuǎn)變溫度:550350轉(zhuǎn)變過程:a.奧氏體晶界因含碳量低優(yōu)先生成形成鐵素體晶 核,晶核向晶內(nèi)長大; b.鐵素體附近出現(xiàn)碳富集,形成Fe3C晶核,因長大慢, Fe3C以小條狀(短棒)或小片狀斷續(xù)的分布于平行 而密集的鐵素體片之間. 在碳鋼中，上貝氏體的力學(xué)性能指標(biāo)并不好，這時的強(qiáng)度和硬度不太高，而韌性很低，工業(yè)生產(chǎn)中一般不用這種組織的材料來制造機(jī)械零件。 組織、性能特點(diǎn)3)下貝氏體轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變溫度: 350230轉(zhuǎn)變過程:a.鐵素體晶核優(yōu)先在奧氏體晶界生成,并沿一定晶面呈針 葉狀向晶內(nèi)生長;b.由于轉(zhuǎn)變溫度較低,C原子不能長程擴(kuò)散,只能在鐵素體 片內(nèi)沿一定晶面以極細(xì)小的碳

14、化物-FeC沉淀析出. 這種碳以極細(xì)小的碳化物(如-FeC)在針葉狀鐵素體內(nèi)沿一定晶面析出的組織叫下貝氏體。 下貝氏體是生產(chǎn)中一種常見的組織,它有較高的強(qiáng)度、硬度和一定的韌性,即有較好的強(qiáng)韌性(或良好的綜合力學(xué)性能)。 下貝氏體的轉(zhuǎn)變時間長, 為了完成下貝氏體轉(zhuǎn)變,生產(chǎn)時不能將鋼直接冷到室溫,需要保溫設(shè)備,故生產(chǎn)效率不高。 組織、性能特點(diǎn)5、馬氏體型轉(zhuǎn)變 1)轉(zhuǎn)變過程 當(dāng)鋼很快冷卻到MS(共析鋼約為230)以下, 這時碳的可遷移能力也很低, 在巨大的轉(zhuǎn)變驅(qū)動力作用下, 鐵以切變的方式進(jìn)行從fcc到bcc的晶格改組, 形成了碳在鐵素體中的過飽和間隙固溶體, 即馬氏體(M). 由于碳的大量過飽和，

15、鐵素體的晶格畸變很大，碳原子處于體心立方的八面體間隙處，體心立方的八面體間隙是一扁形，溶入碳原子基本在一個方向變形即可，為了減小晶格畸變，碳原子大多在同樣的方向，故馬氏體的晶格點(diǎn)陣已不是體心立方，而是體心正方，即晶格常數(shù)在一個方向被拉長(c), 馬氏體的正方度c/a約為1。 2)馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn) 馬氏體轉(zhuǎn)變溫度: 馬氏體轉(zhuǎn)變有一個溫度范圍(MS Mf ), 所得馬氏體數(shù)量與最低轉(zhuǎn)變溫度有關(guān); 無擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變(切變轉(zhuǎn)變): 轉(zhuǎn)變速度非?？?瞬間形核長大); 轉(zhuǎn)變的不完全性:即使冷至Mf以下也得不到100%的馬氏體,存在殘余奧氏體(A殘或A), A殘量與過冷A的穩(wěn)定性、MS和Mf有關(guān); 轉(zhuǎn)變時體積膨脹

16、: 相變應(yīng)力殘余應(yīng)力淬火裂紋.板條馬氏體的形貌(光鏡,500X)3)馬氏體的形態(tài) (板條狀和針片狀)a.板條馬氏體 當(dāng)奧氏體中的含碳量較低時(0.3%),形成的馬氏體為板條狀(低碳馬氏體). 組織形貌:原奧氏體晶?？梢杂袔讉€板條束,在板條束中有時又可以分成幾個平行的板條塊,在板條內(nèi)分步著稠密的平行的馬氏體板條.稠密的板條之間是一層連續(xù)的高度變形的極薄的奧氏體薄膜(約20nm),板條馬氏體內(nèi)有大量位錯。板條馬氏體的示意圖 奧氏體含碳量高)時，馬氏體形狀呈針片狀或竹葉狀,故叫片狀馬氏體(透鏡M或高碳M). b.針片狀馬氏體 針片馬氏體的形貌(光鏡,500X)針片馬氏體的示意圖 組織形貌:立體形態(tài)是

17、雙凸透鏡片狀. 在原奧氏體晶粒中,首先形成一個貫穿整個晶粒的馬氏體片;以后形成的馬氏體片尺寸受到限制，馬氏體片越來越小;馬氏體片之間互不平行,并存在一定夾角,最后的三角區(qū)為殘余奧氏體.板條狀馬氏體針片狀馬氏體C%0.3%1.0缺 陷大量位錯大量位錯、顯微裂紋和較大內(nèi)應(yīng)力性 能特 點(diǎn)較高的強(qiáng)度和韌性(良好綜合力學(xué)性能)高硬度和強(qiáng)度低塑性和韌性淬火后的性能舉 例低碳鋼(0. 10.25%C) : 3050HRC, = 917%, = 4065%, ak=6080J/cm2,s=8201330MPa,b=10201330MPa,T8鋼:65HRC, 1%, = 30%, ak=10J/cm2,s=2

18、040MPa,b=2350MPa,4) 馬氏體的性能特點(diǎn)6、影響C曲線的因素 1)含C量的影響 鋼的碳含量A的含碳量位置的變化； 形狀的變化； 轉(zhuǎn)變溫度的變化 A的含碳量M的含碳量?2)加熱溫度和保溫時間的影響 升高加熱溫度,延長保溫時間,奧氏體的均勻化程度提高(奧氏體穩(wěn)定性提高),不利于過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變形核和分解,使C曲線右移. 3)金屬元素的影響 除Co外, 幾乎所有金屬元素都會使C曲線右移;(提高奧氏體穩(wěn)定性) 大量合金元素加入, 還會改變C曲線的形狀.(詳解見“合金鋼”) 二、過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變1.連續(xù)冷卻曲線及其建立 將奧氏體化后的鋼置于某一介質(zhì)中連續(xù)冷卻, 材料溫度隨時間的延長而不

19、斷下降, 奧氏體分解和轉(zhuǎn)變在不同的溫度下都進(jìn)行, 得到比較復(fù)雜的組織. 冷卻環(huán)境和冷卻速度不同, 所得組織及其性能也不同. 這種過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變規(guī)律的冷卻曲線叫連續(xù)冷卻曲線或CCT曲線。2.碳鋼CCT曲線特征 珠光體型轉(zhuǎn)變滯后 只有大于臨界冷卻速度 才發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變與TTT曲線比較: 貝氏體轉(zhuǎn)變被抑制 有過冷A轉(zhuǎn)變中止線共析鋼的TTT圖與CCT圖的比較3. 碳鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的組織 V冷5/S 得到 P 5/S V冷33/S 得到索氏體S或屈氏體T 33/S V冷138/S 得到 T + M + A殘余(少量) V冷138/S 得到 M + A殘余(少量)VK =138/S：臨界冷卻速度或

20、上臨界冷卻速度V K=33/S：下臨界冷卻速度5.3 鋼的常規(guī)熱處理一、退火退火：將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟? 保溫一定時間后緩慢冷卻 (如隨爐冷)的熱處理工藝叫做退火. 常用退火方法:完全退火等溫退火球化退火去應(yīng)力退火均勻化退火 各種退火工藝的加熱溫度規(guī)范退火方法操作規(guī)范目的用途適用鋼材完全退火(普通或重結(jié)晶退火)AC3+ 3050緩冷,500后空冷改善組織, 去內(nèi)應(yīng)力,降低硬度,便于加工預(yù)先熱處理工序或終熱處理工序亞共析鋼球化退火AC1+3050緩冷至Ar1附近得到球化體, 降低硬度,便于加工, 淬火前組織準(zhǔn)備工具鋼的預(yù)先熱處理工序共、過共析鋼和高碳合金鋼去應(yīng)力退火AC1以下(500650或20

21、0400 )消除殘余應(yīng)力鍛、鑄件、焊接件、冷加工件所有鋼材等溫退火縮短完全退火時間亞共析鋼過共析鋼的球化退火工藝高速鋼的等溫退火與完全退火的比較二、正 火45鋼退火和正火狀態(tài)的力學(xué)性能比較2. 目的、用途及性能預(yù)先熱處理, 適當(dāng)提高中、低碳鋼的硬度, 改善加工性能;消除過共析鋼中的網(wǎng)狀滲碳體, 為求化退火做組織準(zhǔn)備;終熱處理, 細(xì)化組織, 消除應(yīng)力, 得到所希望的強(qiáng)度和韌性.1. 定義 將鋼加熱到AC3 (亞共析鋼)或Accm (過共析鋼)以上3050，保溫一定時間后從爐中取出在空氣中冷卻,得到珠光體型組織的熱處理工藝稱為正火.狀態(tài)b/ MPa5/ %ak/ J/cm2HBS退火6507001

22、5204060180正火70080015205060220三、 淬 火1.定義和目的 淬火：將鋼加熱到AC3 或AC1以上3050 保溫一定后,以大于VK的速度快冷到MS點(diǎn)以下以獲得M或在MS點(diǎn)稍上等溫獲得B下的熱處理工藝.目的：提高鋼的高硬度、耐磨性和承受高的接觸應(yīng)力; 一般作為工具鋼的終熱處理工序.常用淬火介質(zhì)的冷卻特性及應(yīng)用理想淬火介質(zhì)的冷卻能力如圖. 2.淬火冷卻介質(zhì)冷卻(能力)特性用途水不理想: “鼻尖”處不足而低溫又太強(qiáng)形狀簡單的小碳鋼件鹽水鼻尖”處很強(qiáng),低溫較強(qiáng),是最強(qiáng)冷卻介質(zhì).(含1015NaCl)形狀簡單、硬度要求高而均勻、變形要求低的的碳鋼件礦物油“鼻尖”處弱,低溫也弱,冷

23、卻能力為水的1/41/8形狀復(fù)雜、變形要求高的中、小合金鋼件堿浴或硝鹽浴介于水和油之間形狀復(fù)雜、變形要求嚴(yán)格的小件單液淬火深冷處理 4.淬火方法雙液淬火(水淬+油冷)分級淬火 (堿浴或硝鹽浴+空冷) 等溫淬火 (鹽浴淬火,得到B下 )局部淬火 單液雙液分級等溫卡規(guī)的局部淬火法變形與開裂 5.淬火時易出現(xiàn)的問題及其預(yù)防硬度不足或不均勻 原因： 冷卻速度不夠或不均勻； 加熱工件表面氧化脫碳； 鋼未完全A化。 預(yù)防措施有： 合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)，正確選材； 預(yù)先熱處理為淬火作組織準(zhǔn)備； 控制加熱溫度和時間，避免過熱； 采用適當(dāng)?shù)睦鋮s方式； 及時回火。四. 回 火 將淬火后的鋼制工件, 加熱到AC1以下的

24、某一溫度,保溫一段時間, 然后冷卻到室溫的一種熱處理工藝.目的：回火:消除內(nèi)應(yīng)力, 降低脆性;穩(wěn)定工件尺寸; 獲得不同組織以調(diào)整性能.回火溫度轉(zhuǎn) 變 特 征所得組織100 200M開始分解, 析出-FeC(與M保持一定共格), M飽和度, 正方度c/a, 內(nèi)應(yīng)力, A殘的量未變.A殘+M回 (F飽和+-FeC)200 300A殘的分解: A殘B下 (即FC飽和+-FeC) , M繼續(xù)分解, 正方度c/a繼續(xù), 內(nèi)應(yīng)力繼續(xù)M回+B下(少量)300 500FC飽和(片、條裝) F(等軸晶); -FeC Fe3C(無共格關(guān)系, 顆粒狀);500時內(nèi)應(yīng)力完全消除.T回 (F +Fe3C細(xì))500 65

25、0Fe3C聚集長大S回 1.淬火鋼回火時的轉(zhuǎn)變及所得組織高溫T回S回M回低溫T回2回火組織的性能回火溫度對中碳鋼力學(xué)性能的影響回火溫度及含碳量對鋼硬度的影響低溫回火脆性(250350) 又叫第一類回火脆性, 所有鋼都存在,預(yù)防方法是避免在此溫度回火.高溫回火脆性(450650） 又叫第二類回火脆性, 含Ni、Cr、Mn 、Si等 鋼回火后慢冷時發(fā)生,預(yù)防方法是回火后快冷和加W和 Mo等合金元素.3回火脆性4.回火種類及其應(yīng)用回火類型組織和性能應(yīng) 用低溫回火150250A殘+M回,高硬度,耐磨(5864HRC)工具鋼、模具鋼、軸承鋼、表面淬火及滲碳淬火件中溫回火350500T回,一定韌性和高屈強(qiáng)

26、比(s/b)(3545HRC)彈性零件和要求較高強(qiáng)度硬度又要一定韌性的工件(如刀桿、軸套等)高溫回火500650S回，綜合力學(xué)性能尤其是沖擊韌性高(2535HRC)綜合性能要求高的零件如軸、連桿、齒輪等,或預(yù)先熱處理 淬火+高溫回火的熱處理工藝叫調(diào)質(zhì)處理五. 鋼的淬透性和淬硬性1.淬透性與淬硬性的區(qū)別 淬透性: 指鋼在淬火時能獲得淬硬層(馬氏體層)深度的一種固有特性. 它主要受含碳量、合金元素和晶粒度等影響, 與零件尺寸和淬火工藝無關(guān).淬 硬 性: 指在正常淬火情況下獲得馬氏體組織所能達(dá)到的最高硬度. 它主要決定于馬氏體中的含碳量, 合金元素含量對其影響不大.一般規(guī)律：淬透性好的鋼, 其淬硬性

27、不一定高, 反之亦然； 低碳合金鋼的淬透性好, 但其淬硬性不高;高碳鋼的淬硬性高, 但其淬透性卻差.淬硬層深度: 指由鋼表面到內(nèi)部馬氏體組織占50處的距離. 材料的淬透性常用末端淬火法測得的淬硬層深度值的大小來衡量. 鋼的淬透性好壞取決于鋼的過冷奧氏體的穩(wěn)定性，即C曲線上的臨界冷卻速度。影響因素有：鋼的含碳量: 共析鋼的淬透性最高；2.影響淬透性的因素合金元素及其含量: 除Co外,絕大部分都使C曲線右移,提高淬透性；奧氏體化程度:淬火溫度和時間因影響奧氏體的均勻性和穩(wěn)定性, 故影響淬透性。3.淬透性的測定方法 末端淬火法(GB225-88) 加工標(biāo)準(zhǔn)試樣鋼奧氏體化噴水冷卻測量到端面不同距離處表

28、面的硬度作硬度-距離曲線表示方法J-表示端淬法,HRC-硬度,d-到端面的距離,例如:40Cr鋼的淬透性帶(A)淬透性曲線舉例；(B)鋼的半馬氏體區(qū)硬度與鋼的含碳量的關(guān)系(A)(B)4.淬透性的應(yīng)用對心部性能要求較高的如連桿、鍛模等,為保證心部的性能,選用高淬透性的鋼；對焊接件為減小熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)淬火組織造成變形開裂, 應(yīng)用淬透性較低的鋼. 根據(jù)鋼的淬透性,在淬火時選用合適的冷卻介質(zhì). 由于淬透性影響,校核零件強(qiáng)度時,大小不同零件的性能數(shù)據(jù)是有區(qū)別的. 低淬透性的大鋼件,因淬不透常用正火來代替調(diào)質(zhì),既可減少因淬火導(dǎo)致的開裂,又工藝簡單經(jīng)濟(jì). 可選用的熱處理方法:一. 不改變材料成分, 表面和心

29、部經(jīng)不同的熱處理;二. 改變材料表面成分, 并熱處理.5.4 鋼鐵的其它熱處理 機(jī)械零件服役要求零件力學(xué)性能熱處理方法如:齒輪和曲軸小型汽車用中型汽車用重型汽車用表面和心部性能要求不同概 況b.表面淬火用鋼：中碳鋼及中碳低合金鋼最表層次表層里 層a.表面淬火工藝M或 M+F(少量)M + F 或 F + T原始組織d.表面淬火加熱方法 感應(yīng)加熱、火焰加熱、接觸加熱一、表面淬火c.表面淬火后的組織2.感應(yīng)加熱表面淬火a.基本原理及過程感應(yīng)器交流電(非工頻)工件內(nèi)產(chǎn)生渦流電流集膚效應(yīng)表面加熱到溫迅速水冷加熱速度快, 變形小, 不易脫碳;馬氏體組織極細(xì), 硬度高(比普通淬火高23HRC)、脆性小,

30、疲勞強(qiáng)度好;加熱層深度易控制, 易于自動化批量生產(chǎn), 感應(yīng)功率越大, 頻率越高, 淬硬層越淺; 設(shè)備投資大.3.火焰加熱表面淬火(自學(xué))b.感應(yīng)加熱表面淬火特點(diǎn)定義： 化學(xué)熱處理是指將材料置于一定的化學(xué)介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中一種或幾種元素的原子滲入工件表層，以改變工件表層化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，來獲得心部和表層兼顧有不同性能要求的熱處理方法。 過 程：介質(zhì)分解出待滲元素活性原子;活性原子被材料表面吸附和溶解；活性原子向材料內(nèi)部擴(kuò)散。種 類： 滲碳、氮化、滲硼、滲鋁等。 二、化學(xué)熱處理簡介 (1)目的及用途： 提高鋼制工件表面的含碳量然后淬火，達(dá)到提高工件表面硬度、耐磨性和抗接觸疲勞性，并使心部具有良好的塑性和韌性。主要用