工程材料-第四章-鋼的熱處理課件

工程材料第四章鋼的熱處理學(xué)習(xí)內(nèi)容熱處理的概念與分類4.1鋼的加熱轉(zhuǎn)變4.2鋼的冷卻轉(zhuǎn)變4.3鋼的普通熱處理4.4工程材料第4章4.1熱處理的概念與分類4.1.1熱處理的概念熱處理：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝。只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。只適用于在固態(tài)下能夠發(fā)生相變的材料工程材料第4章其他熱處理普通熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理表面熱處理表面淬火—感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱等4.1.2熱處理分類化學(xué)熱處理—滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等4.1熱處理的概念與分類工程材料第4章4.2鋼的加熱轉(zhuǎn)變加熱分兩種：一種是在A1以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是在臨界點(diǎn)以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。4.2.1奧氏體化奧氏體化也是形核和長大的過程，分為形核、長大、溶解、均勻化四步工程材料第4章第一步奧氏體晶核形成：首先在與Fe3C相界形核。第二步奧氏體晶核長大：晶核通過碳原子的擴(kuò)散向和Fe3C方向長大。第三步殘余Fe3C溶解:鐵素體的成分、結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時(shí)間延長繼續(xù)溶解直至消失。第四步奧氏體成分均勻化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。4.2鋼的加熱轉(zhuǎn)變工程材料第4章4.2鋼的加熱轉(zhuǎn)變4.2.3晶粒長大控制奧氏體化剛結(jié)束時(shí)，晶粒細(xì)小均勻隨加熱溫度升高或保溫時(shí)間延長，奧氏體晶粒將進(jìn)一步長大，這是一個(gè)自發(fā)的過程。奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問題之一。工程材料第4章4.3鋼的冷卻轉(zhuǎn)變4.3.1過冷奧氏體的冷卻方式與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物處于臨界點(diǎn)A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變。冷卻方式轉(zhuǎn)變產(chǎn)物等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變兩種。

工程材料第4章4.3鋼的冷卻轉(zhuǎn)變4.3.2珠光體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體在A1到550℃間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。珠光體是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物。片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示。根據(jù)片層厚薄不同,珠光體又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體。光鏡下形貌電鏡下形貌工程材料第4章4.3鋼的冷卻轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變屬于擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，首先形成滲碳體晶核。珠光體的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)工程材料第4章4.3鋼的冷卻轉(zhuǎn)變4.3.3貝氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體在550℃-230℃(Ms)間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類型組織，用B表示。貝氏體是在鐵素體的基體上彌散分布著滲碳體。根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上，羽毛狀)和下貝氏體(B下，針狀)。上貝氏體下貝氏體工程材料第4章4.3鋼的冷卻轉(zhuǎn)變上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無實(shí)用價(jià)值。下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。上貝氏體形成溫度為550-350℃。在光鏡下呈羽毛狀。下貝氏體形成溫度為350℃-Ms。在光鏡下呈竹葉狀。貝氏體的形態(tài)貝氏體的性能工程材料第4章4.3鋼的冷卻轉(zhuǎn)變4.3.4馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。碳在-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類板條馬氏體的立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀在光鏡下為一束束的細(xì)條組織。針狀馬氏體的立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。工程材料第4章4.3鋼的冷卻轉(zhuǎn)變0.45%C0.2%C1.2%C馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量。C%小于0.2%時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時(shí)幾乎全部是針狀馬氏體。C%在0.2~1.0%之間為板條與針狀的混合組織。當(dāng)最大馬氏體片細(xì)到光鏡下無法分辨時(shí)，該馬氏體稱隱晶馬氏體馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系馬氏體的形態(tài)工程材料第4章4.3鋼的冷卻轉(zhuǎn)變馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。合金元素對馬氏體硬度的影響不大。馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性.馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。工程材料第4章過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）

轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度，℃轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650~600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600~550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350~MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS~Mf無擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MS~Mf板條狀50淬火工程材料第4章時(shí)間溫度A1MSMfA過冷PBMA→MA→BA→P轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線奧氏體工程材料第4章工程材料第4章P均勻A細(xì)AP退火(爐冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’M+A’淬火(水冷)A1MSMf時(shí)間650℃600℃550℃工程材料第4章4.4鋼的普通熱處理4.4.1退火將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻(爐冷)的熱處理工藝叫做退火。退火目的⑴調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。⑵消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。⑶細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。退火工藝退火的種類很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火。退火組織：P+F，P，P+Fe3C工程材料第4章4.4鋼的普通熱處理4.4.3淬火淬火目的是為獲得馬氏體組織，提高鋼的性能.淬火組織：

亞共析鋼：馬氏體+殘余奧氏體

共析鋼：馬氏體+殘余奧氏體

過共析鋼：馬氏體+殘余奧氏體+滲碳體淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于Vk速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體工程材料第4章4.4鋼的普通熱處理淬火溫度工程材料第4章4.4鋼的普通熱處理淬火介質(zhì)理想的冷卻曲線應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達(dá)到既獲得馬氏體組織，又減小內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒有找到理想的淬火介質(zhì)。常用淬火介質(zhì)是水和油。水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡單的碳鋼件。油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間，用于形狀復(fù)雜件的分級淬火和等溫淬火。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì).工程材料第4章4.4鋼的普通熱處理淬火方法1—單液淬火法：簡單2—雙液淬火法：水淬油冷，油淬空冷等，冷卻理想，技術(shù)要求高，適用于形狀復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件3—分級淬火法：Ms附近的鹽浴或堿浴，減少內(nèi)應(yīng)力，用于小尺寸工件4—等溫淬火法：稍高于Ms的鹽浴或堿浴中保溫足夠長時(shí)間，從而獲得下貝氏體組織。工程材料第4章4.4鋼的普通熱處理T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織45鋼(含0.45%C)正常淬火組織淬火工藝鋼在淬火前應(yīng)為退火或正火組織過共析鋼應(yīng)進(jìn)行球化退火處理鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火

淬火加高溫回火的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理，簡稱調(diào)質(zhì).工程材料第4章4.4鋼的普通熱處理淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。淬透性大小用規(guī)定條件下淬硬層深度來表示。淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M+50%P)的深度。淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力.淬透性取決于臨界冷卻速度Vk，Vk越小，淬透性越高。淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。淬透性工程材料第4章4.4鋼的普通熱處理回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝?；鼗鸬哪康?、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力,防止變形或開裂2、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。3、穩(wěn)定尺寸。淬火M和A’都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒筂與A’轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時(shí)變形。4、對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。4.4.4回火未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。工程材料第4章回火分類與工藝廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，具有良好的塑性和韌性。提高e及s，同時(shí)使工件具有一定韌性。在保留高硬度、高耐磨性的同時(shí)，降低內(nèi)應(yīng)力?；鼗鹉康腟回

T回

M回

回火組織500-650℃350-500℃150-250℃回火溫度高溫回火中溫回火低溫回火適用于彈簧熱處理4.4鋼的普通熱處理工程材料第4章4.4鋼的普通熱處理回火時(shí)組織轉(zhuǎn)變馬氏體的分解：從馬氏體中析出-碳化物(-FeXC)，使馬氏體過飽和度降低。析出的碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體，用M回表示。殘余奧氏體分解為-碳化物和過飽和鐵素體，即M回。-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C：M回轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀Fe3C組織，稱回火托氏體，用T回表示。Fe3C聚集長大和鐵素體多邊形化，形成回火索氏體工程材料第4章4.4鋼的普通熱處理