項目三熱處理課件

任務(wù)三

鋼的熱處理應(yīng)用本章要點：鋼在加熱和冷卻時組織與性能的改變認知鋼的退火、正火、淬火和回火的應(yīng)用鋼的表面熱處理、化學熱處理的應(yīng)用學習導讀：為什么要對鋼進行熱處理？鋼熱處理后為什么性能會發(fā)生改變？如何提高鋼的強度和硬度？如何改善鋼的切削加工性能？如何使鋼的塑性加工性能變好？如何使零件表面耐磨、并保持良好韌性？

隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時也注意了油和尿的冷卻能力。中國出土的西漢(公元前206～公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15～0.4%，而表面含碳量卻達0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當時作為個人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。1863年，英國金相學家和地質(zhì)學家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。1850～1880年，對于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進行保護加熱曾有一系列專利。1889～1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲碳；30年代出現(xiàn)露點電位差計,使爐內(nèi)氣氛的碳勢達到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法；20世紀60年代以來，熱處理技術(shù)運用等離子場，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學熱處理方法。[熱處理工藝表示法]：任何熱處理工藝一般都可歸納為由加熱、保溫和冷卻三個階段組成的工藝過程。熱處理工藝可用“溫度——時間”坐標圖表示，即熱處理工藝曲線。[鋼的固態(tài)臨界點]：

鋼在固態(tài)下進行加熱、保溫和冷卻時將發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變臨界點根據(jù)Fe-Fe3C相圖確定。平衡狀態(tài)下：當鋼在緩慢加熱或冷卻時，其固態(tài)下的臨界點分別用Fe-Fe3C相圖中的平衡線A1(PSK線)、A3(GS線)、Acm(ES線)表示。實際加熱和冷卻時：發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的臨界點都要偏離平衡臨界點，并且加熱和冷卻速度越快，其偏離的程度越大。實際加熱時——臨界點分別用Ac1、Ac3、Accm表示實際冷卻時——臨界點分別用Ar1、Ar3、Arcm表示熱處理臨界點箱式電阻爐§3-1鋼的熱處理概述臺車式電阻爐§3-1鋼的熱處理概述連續(xù)式熱處理爐§3-1鋼的熱處理概述3）殘留滲碳體的溶解：鐵素體全部消失以后，仍有部分剩余滲碳體未溶解，隨著時間的延長，這些剩余滲碳體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。1）奧氏體形核：奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的界面上形成。2）奧氏體晶核長大：奧氏體晶核形成以后，依靠鐵、碳原子的擴散，使鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變和滲碳體不斷溶入到奧氏體中去而進行的。4）奧氏體均勻化：滲碳體全部溶解完畢時，奧氏體的成分是不均勻的，只有延長保溫時間，通過碳原子的擴散才能獲得均勻化的奧氏體。亞共析鋼的加熱過程：過共析鋼的加熱過程：

2、奧氏體的晶粒大小奧氏體晶粒對性能影響：奧氏體的晶粒越細小、均勻，冷卻后的室溫組織越細密，其強度、塑性和韌性比較高。

[奧氏體的晶粒度]：晶粒度是指多晶體內(nèi)晶粒的大小，可以用晶粒號、晶粒平均直徑、單位面積或單位體積內(nèi)晶粒的數(shù)目來表示。GB/T8493-1987將奧氏體晶粒分為8個等級，其中1~4級為粗晶粒；5~8級為細晶粒。3、影響奧氏體晶粒大小的主要因素

熱處理工藝參數(shù)：加熱速度、加熱溫度越、保溫時間，其中加熱溫度對奧氏體晶粒大小的影響最為顯著。

鋼的化學成分：大多數(shù)合金元素（錳和磷除外）均能不同程度地阻止奧氏體晶粒的長大，特別是與碳結(jié)合能力較強的碳化物形成元素（如鉻、鉬、鎢、釩等）及氮化物元素（如鈮、釩、鈦等），會形成難熔的碳化物和氮化物顆粒，彌散分布于奧氏體晶界上，阻礙奧氏體晶粒的長大。因此，大多數(shù)合金鋼、本質(zhì)細晶粒鋼加熱時奧氏體的晶粒一般較細。

原始組織：鋼的原始晶粒越細，熱處理加熱后的奧氏體的晶粒越細。

熱加保溫時間溫度臨界溫度A1連續(xù)冷卻等溫冷卻過冷奧氏體的兩種冷卻方式把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，快速冷卻到低于A1的某一溫度，并等溫停留一段時間，使奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻到室溫。二、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變§2鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變1、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變§2鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變圖珠光體轉(zhuǎn)變：擴散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)1）在A1～650℃形成的珠光體，因為過冷度小，片間距較大(0.4m)，在500×以上的光學顯微鏡下，能分辨其片層狀形態(tài)；即為粗珠光體，習慣上稱為珠光體（P）?！?鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變2）在650～600℃形成片間距較小的珠光體(0.2~0.4m)，在光學顯微鏡800~1500×能分辨出其為鐵素體薄層和碳化物（滲碳體）薄層交替重疊的復相組織稱為細珠光體或索氏體，用字母S表示（以英國冶金學家H?C?Sorby的名字命名）。珠光體轉(zhuǎn)變：擴散相變

(A1～550℃,A→P（F+Fe3C）)§2鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變：半擴散相變（C）550℃～Ms,A→B)上貝氏體：550～350℃，過飽和片狀F＋滲碳體下貝氏體：350℃～Ms，過飽和針狀F＋彌散-Fe2.4C§2鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變：半擴散相變（C）550℃～Ms,A→B)貝氏體的顯微照片上貝氏體：過飽和片狀F＋滲碳體，性脆無實用價值下貝氏體：過飽和針狀F＋彌散-Fe2.4C，綜合性能好§2鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變：非擴散相變，Ms以下,A→M馬氏體__過飽和的固溶體c/a>1稱為馬氏體的正方度含碳量高，正方度大§2鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變低碳(<0.2%)馬氏體：板條狀__高的強韌性§2鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變高碳(>1.0%)馬氏體：片狀__硬而脆§2鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變2、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變只有P、M轉(zhuǎn)變vk為臨界冷卻速度§2鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用v1---爐冷A→Pv2---空冷A→Sv3---油冷A→T+Mv4---水冷A→M＋A/vk---臨界冷卻速度vkPSMT§2鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變常用熱處理方法的工藝曲線示意圖

退火正火淬火回火退火1.

退火是將金屬制件加熱到高于或低于這種金屬的臨界溫度，經(jīng)保溫一定時間，隨后在爐中或埋入導熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理工藝。退火的目的：

a.降低硬度，以利于切削加工；

b.細化晶粒，改善組織，提高機械性能；

c.消除內(nèi)應(yīng)力，為下一道熱處理作好準備；

d.提高金屬材料的塑性、韌性，便于進行冷沖壓或冷拉拔加工。退火的缺點：占用設(shè)備；生產(chǎn)率低。2.正火

正火是將金屬制件加熱到高于或低于這種金屬的臨界溫度，經(jīng)保溫一定時間，隨后在空氣中冷卻，以獲得更細組織的一種熱處理工藝。正火的作用與退火相似，與退火不同之處是：

a.正火是在空氣中冷卻，冷卻速度快，所獲得的組織更細。

b.正火后的強度、硬度較退火后的稍高，而塑性、韌性則稍低。

c.不占用設(shè)備；生產(chǎn)率高。3.淬火

淬火是將金屬制件加熱到這種金屬的臨界溫度以上30～50℃，經(jīng)保溫一定時間，隨后在水或油中快速冷卻，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝。淬火的目的：提高金屬材料的強度和硬度，增加耐磨性，并在回火后獲得高強度和一定韌性相配合的性能。4.回火

回火是把淬火后的金屬制件重新加熱到某一溫度，保溫一段時間，然后置于空氣或油中冷卻的熱處理工藝?；鼗鸬哪康模簽榱讼慊饡r因冷卻過快而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低金屬材料的淬性，使它具有一定的韌性。根據(jù)加熱溫度的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。

（1）低溫回火：回火溫度為150～250℃。低溫回火能消除一定的內(nèi)應(yīng)力，適當?shù)亟档弯摰拇嘈?，提高韌性，同時工件仍保持高硬度、高耐磨性，應(yīng)用于各種量具和刃具。（2）中溫回火：回火溫度為350～500℃。中溫回火可大大減小鋼的內(nèi)應(yīng)力，提高了彈性、韌性，但硬度有所降低，應(yīng)用于彈簧和熱鍛模等。（3）高溫回火：回火溫度為500～650℃。高溫回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，硬度有顯著的下降，可獲得具有強度、塑性、韌性等綜合機械性能，應(yīng)用于齒輪、連桿、曲軸等。5.調(diào)質(zhì)處理淬火后再經(jīng)高溫回火的熱處理工藝，稱為調(diào)質(zhì)處理。一般要求具有較高綜合機械性能的重要結(jié)構(gòu)零件，都要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。

4、回火脆性：一般來講，隨回火溫度↑，其σ、HB↓，δ、ak↑，但在250—350℃之間其ak↓的現(xiàn)象，稱“回火脆性”。碳化物沿著馬氏體周圍析出，形成脆性薄殼，受力易裂紋。1、退火、正火、淬火、回火簡稱“四把火”的概念、工藝、目的、應(yīng)用。

小結(jié)：2、回火后的組織性能、應(yīng)用如何？作業(yè)：P74；第五節(jié)鋼的表面熱處理和化學熱處理簡介一、表面熱處理

surfaceheat--treatment1、概念：將工件快速加熱，表面達到淬火溫度立即淬火（噴水），表面層獲得M，而心部保持了原有的韌性、塑性且達到表面耐磨的工藝。2、應(yīng)用：齒輪、凸輪、套筒、頂桿等，WC=0.4%—0.5%較好。3、方法：按加熱方式不同，分為：感應(yīng)加熱和火焰加熱（1）感應(yīng)加熱表面淬火①原理——“集膚效應(yīng)”高頻加熱：200KHZ—300KHZ；0.3—2.5mm,小件；軸；齒輪中頻加熱：1KHZ—10KHZ；2—10mm；較大件，凸輪，曲軸工頻加熱：50HZ；硬度層10—20mm；應(yīng)用大件②特點：a、生產(chǎn)率高，加熱速度快；b、淬火后晶粒細、硬度高；c、加熱不氧化、不脫碳、不變形；d、有較高疲勞強度；e、缺點是設(shè)備投資大。應(yīng)用大批量生產(chǎn)小件，齒輪等。（2）、火焰加熱——用乙炔—氧氣混合氣體燃燒的火焰。特點：操作簡單，效率低；表面層2—6mm，工作表面嚴重氧化，質(zhì)量難以控制。應(yīng)用單件、小批生產(chǎn)。第六節(jié)化學熱處理簡介Thermo—chemicaltreatment一、概念：是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，改變化學成分、組織和性能的熱處理工藝。二、工藝方法1、滲碳：向工件表面深入碳原子過程，↑WC，滲碳層0.5—2mm.（1）目的：提高耐磨性；此時心部有良好的韌性；“外強里韌”。（2）應(yīng)用：低碳鋼，低合金鋼。（3）方法：氣體滲碳，固體滲碳。（4）熱處理：滲碳、淬火+低溫回火。2、氮化：向工件表面