工程材料及成形技術基礎 金屬材料熱處理

金屬材料熱處理碳鋼的問題:1.強度較低,不能承受高載荷;

改善鋼性能的途徑：合金化3.熱硬性差,只能在200oC以下工作

2.淬透性差,不能做大件和復雜件4.不能滿足某些特殊性能要求熱處理

一般機械零件的加工路線是：毛坯（鑄、鍛）預備熱處理機加工最終熱處理分類：

普通熱處理：退火、正火、淬火、回火表面熱處理：

表面淬火：感應加熱淬火、火焰加熱淬火化學熱處理：滲碳、滲氮、滲金屬亞共析鋼：Ac3+30~50oC,

組織：F+P共析鋼：Ac1+30~50oC,

組織：P過共析鋼：Ac1+30~50oC,

組織：P球

4.1退火與正火4.1.1退火(annealing)隨爐冷卻退火的目的：1.降低硬度以便于切削加工2.消除殘余內應力以防止鋼件在淬火和使用時發(fā)生變形和開裂3.細化晶粒，改善組織，提高力學性能4.為最終熱處理做準備2.等溫退火可使工件在爐內的停留時間大大縮短。1.完全退火適于亞共析鋼和鑄件、鍛件及焊接件，使鋼軟化以便于切削加工，并可消除內應力。3.球化退火適于共析鋼和過共析鋼，獲得球狀珠光體，以降硬度，改善切削加工性能，減小淬火的變形和開裂。5.去應力退火適于：鑄件、鍛件、焊接件、冷拉伸件、切削加工件目的：消除殘余應力，以提高尺寸穩(wěn)定性，防止在切削加工中和使用過程中的變形和裂紋傾向4.擴散退火適于：合金鋼大型鑄、鍛件目的：消除晶內偏析

6.再結晶退火用于處理冷軋、冷拉、冷擠壓等發(fā)生加工硬化的鋼材亞共析鋼：F+S共析鋼：S過共析鋼：S+Fe3C粒狀

4.1.2正火(normalizing)：空中冷卻目的的：獲獲得得馬馬氏氏體體和和貝貝氏氏體體組組織織，，提高高硬硬度度和和耐耐磨磨性性（工工具具、、模模具具、、量量具具、、滾滾動動軸軸承承））4.2鋼鋼的的淬淬火火（最最重重要要，，最最廣廣泛泛））(quenching)定義義；是是將將鋼鋼件件加加熱熱到到Ac1或Ac3以上上保保溫溫一一定定時時間間后后，，快快速速冷冷卻（（通通常常大大于于臨臨界界冷冷卻卻速速度度Vc）），，以得得到到馬馬氏氏體體（（下下貝貝氏氏體））組組織織的的熱熱處處理理工工藝藝亞共共析析鋼鋼：M共析析鋼鋼、、過過共共析析鋼鋼：M+Fe3C粒狀狀合金金鋼鋼：M+MxCy粒狀狀4.2.1淬淬火火加加熱熱溫溫度度和和加加熱熱時時間間原則則：：得得到到均均勻勻細細小小的的奧奧氏氏體體晶晶粒粒4.2.2淬淬火火冷冷卻卻介介質質在C曲線線鼻鼻尖尖出出處處冷冷卻卻速速度度足足夠夠快快，，其其余余各各處處不不必必太太快快水：：碳素素鋼鋼鹽水水：：形狀狀簡簡單單、、變變形形要求求不不嚴嚴、、截截面面較較大大的碳碳鋼鋼零零件件油：：合金金鋼鋼4.2.3淬淬火火冷冷卻卻方方法法單介介質質淬淬火火法法雙介介質質淬淬火火法法馬氏氏體體分分級級淬淬火火法法貝氏氏體體等等溫溫淬淬火火法法冷處處理理局部部淬淬火火4.3鋼鋼的的淬淬透透性性(hardenability)淬硬硬層層深深度度：工工件件表表面面到到半半馬馬氏氏體體區(qū)區(qū)（（50%M+50%T)的深深度度4.3.1鋼鋼的的淬淬透透性性淬透透性性：是是指指鋼鋼在在淬淬火火時時獲獲得得淬淬硬硬層層深深度度的的能能力力。。淬硬硬性性：是是指指鋼鋼在在淬淬火火后后所所能能達達到到的的最最高高硬硬度度影響響臨臨界界冷冷卻卻速速度度的的因因素素有有：：1））鋼的的含含碳碳量量2））合金金元元素素：：除除Co、、Al外的的元元素素都都提提高高淬淬透透性性3））鋼中中未未溶溶物物質質淬透透性性是是鋼鋼材材本本身身所所固固有有的的屬屬性性淬透透性性主主要要受受臨臨界界冷冷卻卻速速度度影影響響，，臨臨界界冷冷卻卻速速度度越越小小，，鋼鋼的的淬淬透透性性越越大大。。4.3.2淬淬透透性性的的測測試試方方法法臨界界直直徑徑法法：45鋼鋼Dοο（水））=16mm45鋼鋼Dοο（油））=8mm頂端端淬淬火火法法：用于于測測定定碳碳素素結結構構鋼鋼和和低低、、中中合合金金結結構構鋼鋼的的淬淬透透性性表示示：：如：：45鋼鋼40Cr鋼40Cr鋼Dοο（（水））=36mm40Cr鋼Dοο（（油））=20mm4.3.3淬淬透透性性與與選選材材的的關關系系1））連連桿桿、、螺螺栓栓、、鍛鍛模模、、錘錘桿桿————高高淬淬透透性性（（并并要要求求全全部部淬淬透透））2））彈彈簧簧————高高淬淬透透性性3））機機床床主主軸軸、、汽汽車車半半軸軸、、齒齒輪輪————低低淬淬透透性性（淬淬透透層層深深度度＝＝1/2~1/3D）4））工工具具類類工工件件————高高淬淬透透性性5））焊焊接接件件、、表表面面淬淬火火件件————低低淬淬透透性性4.4淬淬火火鋼鋼的的回回火火(tempering)4.4.1回回火的目的的：目的的：1）降低低脆性，減少少或消除內應應力，防止工工件變形和和開裂2）提高塑性性和韌性3）穩(wěn)定組織織，從而穩(wěn)定定工件尺寸4）代替軟化化退火組織1.鋼在回回火時的組織織轉變過程：：4.4.2回回火組組織轉變及性性能變化滲碳體聚集長長大馬氏體的分解解---殘余奧氏體分分解--滲碳體的形成成--2.回火火后的組織和和性能3）回火索氏體（500~650℃℃）2）回火托氏體（350~450℃℃）1）回火馬氏體（250℃℃以下）**4.4.3回火工工藝及應用2）中溫回火(350~500℃)—T回，35~45HRC特點：內應應力基本消除除，具有極高高的彈性極限限和良好的韌韌性。用于：各種種彈簧零件及及熱鍛模具的的處理。1）低溫回火(150~250℃)—M回，55~64HRC特點：降低低鋼中殘余應應力和脆性，，而保持高強強度、硬度和和耐磨性用于：工具具、量具、滾滾動軸承、滲滲碳工件以及及表面淬火工工件等。3）高溫回火(500~650℃)—S回，25~35HRC淬火+高高溫回火——調質處理特點：具有有較高綜合機機械性能用于：中碳碳成分結構鋼鋼制造的各種種重要的結構構零件，特別別是在交變載荷下工作作的連桿、螺螺栓以及軸類類等，還可作作為某些精密零件（如精精密量具、模模具）的預先先熱處理快冷可避免對大件可加Mo、W、Nb4.4.4回回火脆性1.第一類回火脆脆性（低溫回回火脆性）：250~350ooC回火時出現(xiàn)，，無法消除，所所以避開。2.第二類回火脆脆性（高溫回回火脆性）：500~650ooC回火時出現(xiàn)，，主要發(fā)生在含含Cr、Si、Ni、、Mn等合金元素的的結構鋼中，，當在此溫度內長長時間保溫或或緩冷時出現(xiàn)現(xiàn)表面：M回表面淬火+低溫回火后的的組織：S回心部：F+S表面淬火是通通過快速加熱熱使鋼件表面面達到臨界溫溫度以上，不不等熱量傳到到工件內層就就迅速予以冷冷卻，只使表表面被淬硬為為馬氏體，而而內層仍為塑塑、韌性良好好的組織。4.5鋼鋼的表面淬火火用于承受彎曲曲、扭轉、摩摩擦或沖擊的的零件。材料：：含碳量0.40%~0.50%預先熱處理：：正火或調質4.5.1感感應加熱表面面淬火1.基本原理理δ=，，800~1000oC1）高頻感應加熱熱：100~500KHz，δδ=0.5~2.0mm中小模數(shù)的齒齒輪及中小尺尺寸的軸2）中頻感應加熱熱：500~10000Hz，δ=2~10mm較大尺寸的軸軸和大中模數(shù)數(shù)的齒輪3）工頻感應加熱熱：50Hz，δ=10~15mm直徑300以以上的軋輥、、火車車輪2.感應加熱熱表面淬火+低溫回火4.5.2火火焰加熱表表面淬火利用乙炔火焰焰將工件表面面快速加熱到到淬火溫度，，然后立即用用水噴射冷卻卻，此法適于于單件或小批批量零件的表表面淬火。4.7.1.鋼的滲碳碳4.7鋼的的化學熱處理理是利用物理、、化學反應來來改變工件表表面的成分與與組織，從而而使工件表面面獲得與心部部不同的力學學或物理、化化學性能的工工藝方法滲碳材料：低碳鋼和低碳碳低合金鋼（20，20CrMnTi）方法法：：氣體滲碳、固體滲碳和和液體滲碳工藝藝：：滲碳+淬淬火+低低溫回火目的的：：表面具有高硬硬度和高的耐耐磨性，而心心部仍保持良良好的塑、韌性(如汽車、拖拉拉機上的變速速齒輪）氣體滲碳碳滲碳后淬火+低溫回火：表表層為：馬氏氏體+碳碳化物心部為：珠光光體+鐵鐵素體用于：表面要求耐磨磨，并承受較較大沖擊載荷荷的零件不需滲碳的部部位：可鍍銅銅或留留加工余量量4.7.2滲滲氮方法：使使用氨氣形成成顆粒細小、、分布均勻、、硬度很高并并且十分穩(wěn)定的各種氮化化物，如AlN、CrN、MoN、TiN、、VN等，適于：有有35CrMo、18CrNiW和38CrMoAlA等。而碳鋼由由于滲氮后不形成特殊殊氮化物，固固不用作氮化化用鋼特點：氮化后表面硬硬度高（HV100~1200)；氮化溫度低，，且不需要后后續(xù)熱處理，，變形??；耐蝕性高；氮化層薄，周周期長，成本本高。9、靜夜四無鄰鄰，荒居舊業(yè)業(yè)貧。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中中黃葉葉樹，，燈下下白頭頭人。。。21:02:0921:02:0921:0212/28/20229:02:09PM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。12月-2221:02:0921:02Dec-2228-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。21:02:0921:02:0921:02Wednesday,December28,202213、乍見翻疑疑夢，相悲悲各問年。。。12月-2212月-2221:02:0921:02:09December28,202214、他他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生生白白發(fā)發(fā)，，舊舊國國見見青青山山。。。。28十十二二月月20229:02:09下下午午21:02:0912月月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月229:02下午午12月-2221:02December28,202216、行動動出成成果，，工作作出財財富。。。2022/12/2821:02:0921:02:0928December202217、做前前，能能夠環(huán)環(huán)視四四周；；做時時，你你只能能或者者最好好沿著著以腳腳為起起點的的射線線向前前。。。9:02:09下下午9:02下下午午21:02:0912月月-229、沒有失敗敗，只有暫暫時停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很多事情努努力了未必有有結果，但是是不努力卻什什么改變也沒沒有。。21:02:0921:02:0921:0212/28/20229:02:09PM11、成功就是日日復一日那一一點點小小努努力的積累。。。12月-2221:02:0921:02Dec-2228-Dec-2212、世世間間成成事事，，不不求求其其絕絕對對圓圓滿滿，，留留一一份份不不足足，，可可得得無無限限完完美美。。。。21:02:0921:02:0921:02Wednesday,December28,202213、不不知知香香積積寺寺，，數(shù)數(shù)里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2221:02:0921:02:09December28,202214、意志志堅強強的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥塊一一樣任任意揉揉捏。。28十十二二月20229:02:09下下午21:02:0912月月-2215、楚塞三湘湘接，荊門門九派通。。。。十二月229:02下下午12月-2221:02December28,202216、少年十五五二十時，，步行奪得得胡馬騎。。。2022/12/2821:02:0921:02:0928December202217、空山新新雨后，，天氣晚晚來秋。。。9:02:09下午午9:02下午午21:02:0912月-229、楊柳散和風風，青山澹吾吾慮。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、閱讀一切好好書如同和過過去最杰出的的人談話。21:02:0921:02:0921:0212/28/20229:02:09PM