機(jī)械工程材料ch鋼的熱處理

機(jī)械工程材料ch鋼的熱處理第1頁/共135頁

第四章鋼的熱處理

(HeatTreatmentofSteel)概述鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變第2頁/共135頁熱處理概述1.熱處理的定義:時(shí)間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻第3頁/共135頁2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能。3.熱處理的應(yīng)用范圍:整個(gè)制造業(yè)。4.熱處理的分類熱處理普通熱處理表面熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;第4頁/共135頁第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度奧氏體的形成奧氏體晶粒度及對(duì)力學(xué)性能的影響第5頁/共135頁一.轉(zhuǎn)變溫度(transformationtemperature)第6頁/共135頁二、奧氏體的形成過程奧氏體化也是形核和長大的過程，分為四步?，F(xiàn)以共析鋼為例說明：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。第7頁/共135頁FFe3C未溶Fe3CA殘余Fe3CAAAA

形核A

長大殘余Fe3C溶解A均勻化第8頁/共135頁

影響奧氏體形成的因素4、合金元素：合金元素可以改變鋼的臨界溫度，

影響碳的擴(kuò)散速度，從而限制奧氏體的形成

速度。2、加熱速度：速度越大，奧氏體形成時(shí)間越短。3、鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)越多，相界面

增多，則有利于奧氏體的形成。1、加熱溫度：溫度越高，奧氏體形成速度越快。第9頁/共135頁三.奧氏體晶粒度及對(duì)力學(xué)性能的影響一)奧氏體晶粒度:

1.起始晶粒度:珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏體的晶粒大小。

2.實(shí)際晶粒度:熱處理后所獲得的奧氏體晶粒的大小。

3.本質(zhì)晶粒度:度量鋼本身晶粒在930℃

以下,隨溫度升高,晶粒長大的程度。第10頁/共135頁標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)第11頁/共135頁

鋼的本質(zhì)晶粒度示意圖第12頁/共135頁二)奧氏體晶粒大小對(duì)鋼的

力學(xué)性能的影響1.奧氏體晶粒均勻細(xì)小,熱處理后鋼的力學(xué)性能提高。2.粗大的奧氏體晶粒在淬火時(shí)容易引起工件產(chǎn)生較大的變形甚至開裂。第13頁/共135頁三）影響奧氏體晶粒長大的因素（3）合金元素：阻礙奧氏體晶粒長大的元素:

Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。（1）加熱溫度和保溫時(shí)間:加熱溫度高、保溫時(shí)間長,晶粒粗大.（2）加熱速度:加熱速度越快,過熱度越大,形核率越高,晶粒越細(xì).第14頁/共135頁第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變第15頁/共135頁鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式

熱加保溫時(shí)間溫度臨界溫度連續(xù)冷卻等溫冷卻第16頁/共135頁一.過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變一)建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線----TTT曲線

(

C曲線

)T

---

timeT

---

temperatureT

---

transformation第17頁/共135頁

共析碳鋼TTT曲線建立過程示意圖時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1第18頁/共135頁二)共析碳鋼TTT曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;

貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);230～-50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf第19頁/共135頁三)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能1.珠光體型(P)轉(zhuǎn)變(A1～550℃):A1～650℃:

P;15～27HRC;

片間距為0.6～0.7μm(500×)。650～600℃:

細(xì)片狀P---索氏體(S);

片間距為0.2～0.4μm(1000×);27～38HRC。600～550℃:極細(xì)片狀P---托氏體(T);

片間距為＜0.2μm(電鏡);38～43HRC。第20頁/共135頁

珠光體形貌像光鏡下形貌電鏡下形貌第21頁/共135頁光鏡形貌電鏡形貌

索氏體形貌像第22頁/共135頁

托氏體形貌像電鏡形貌光鏡形貌第23頁/共135頁2.貝氏體型(B)轉(zhuǎn)變(550～230℃):550～350℃:

B上;40～45HRC;B上=過飽和碳

α-Fe條狀+Fe3C細(xì)條狀過飽和碳α-Fe條狀Fe3C細(xì)條狀羽毛狀穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;

貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);230～-50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf第24頁/共135頁上貝氏體轉(zhuǎn)變過程第25頁/共135頁

上貝氏體組織金相圖第26頁/共135頁2.貝氏體型(B)轉(zhuǎn)變(550～230℃):350～230℃:

B下;50～60HRC;B下=過飽和碳

α-Fe針葉狀+Fe3C細(xì)片狀過飽和碳

α-Fe針葉狀Fe3C細(xì)片狀針葉狀第27頁/共135頁

下貝氏體組織金相圖第28頁/共135頁上貝氏體強(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。上貝氏體貝氏體組織的透射電鏡形貌下貝氏體第29頁/共135頁3.馬氏體型(M)轉(zhuǎn)變(230～-50℃):1)定義:馬氏體是一種碳在α–Fe中的

過飽和固溶體。2)馬氏體形成:在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成;轉(zhuǎn)變速度極快,即瞬間形核與長大;無擴(kuò)散轉(zhuǎn)變(Fe、C原子均不擴(kuò)散),

M與原A的成分相同,造成晶格畸變。轉(zhuǎn)變不完全性穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;

貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);230～-50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf第30頁/共135頁第31頁/共135頁3)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu):由于碳的過飽和作用,使α–Fe晶格由面心立方變成體心正方晶格。第32頁/共135頁4)馬氏體的組織形態(tài):板條狀---低碳馬氏體(＜0.2%C);30～50HRC;δ=9～17%。第33頁/共135頁

低碳板條狀馬氏體組織金相圖第34頁/共135頁4)馬氏體的組織形態(tài):針、片狀---高碳馬氏體(＞1%C);66HRC左右;δ≈1%。第35頁/共135頁

高碳針片狀馬氏體組織金相圖第36頁/共135頁5）馬氏體轉(zhuǎn)變的基本特征由于馬氏體轉(zhuǎn)變的無擴(kuò)散性，因而馬氏體的化學(xué)成分與母相奧氏體完全相同。顯然，馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和間隙固溶體。造成晶格的嚴(yán)重畸變，成為具有一定正方度（c/a）的體心正方晶格。過冷奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，必須在不斷降溫條件下轉(zhuǎn)變才能繼續(xù)進(jìn)行，冷卻過程中斷，轉(zhuǎn)變立即停止。馬氏體轉(zhuǎn)變是指鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻，來不及發(fā)生擴(kuò)散分解而產(chǎn)生的無擴(kuò)散型的相變馬氏體轉(zhuǎn)變是，通過切變和原子的微小調(diào)整來實(shí)現(xiàn)γ相向α相轉(zhuǎn)變的。第37頁/共135頁即使冷卻到Mf點(diǎn)，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來，稱殘余奧氏體，用A’

或’表示?！?8頁/共135頁奧氏體含碳量對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響6007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.01.21.41.61.82.00溫度℃Wc100MsMf第39頁/共135頁90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.11.21.31.41.51.61.7Wc100殘余奧氏體量(%)奧氏體含碳量對(duì)殘余奧氏體數(shù)量的影響第40頁/共135頁馬氏體的碳濃度Wc100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度(HRC)2000抗拉強(qiáng)度σb(Mpa)1800140010006002006)馬氏體的性能:

主要取決于馬氏體中的碳濃度。第41頁/共135頁

三、影響TTT曲線形狀

與位置的因素1.奧氏體中含碳量的影響:共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右。Ms

與Mf

點(diǎn)隨含碳量增加而下降。

與共析鋼相比，亞共析鋼和過共析鋼C曲線的上部各多一條先共析相的析出線。第42頁/共135頁

亞共析鋼的TTT曲線

FAP+FS+FTBM+A殘A3時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf第43頁/共135頁

過共析鋼的TTT曲線P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A殘

Fe3CⅡAACM時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf時(shí)間溫度A1第44頁/共135頁過共析鋼共析鋼亞共析鋼時(shí)間溫度A1亞共析鋼隨著含碳量的增加C曲線向右移動(dòng)過共析鋼隨著含碳量的增加C曲線向左移動(dòng)第45頁/共135頁2.奧氏體中含合金元素的影響:

除Co、Al(＞2.5%)外,所有合金元素溶入奧氏體中,會(huì)引起:向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金鋼第46頁/共135頁3.加熱溫度和保溫時(shí)間的影響:

加熱溫度越高,保溫時(shí)間越長,

碳化物溶解充分,奧氏體成分均勻,

提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性,從而

使TTT曲線向右移。第47頁/共135頁過冷奧氏體轉(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淬火第48頁/共135頁四.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變一)建立共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線----CCT曲線C---continuousC---coolingT---transformation第49頁/共135頁Vk

一)共析碳鋼CCT曲線建立過程示意圖時(shí)間(lgτ)溫度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1爐冷空冷第50頁/共135頁二)共析碳鋼TTT曲線與CCT曲線的比較穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMfCCT曲線TTT曲線第51頁/共135頁穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf三)在連續(xù)冷卻過程中TTT曲線的應(yīng)用V1V2VkV3V4V1=5.5℃/s:爐冷;PV2=20℃/s:空冷;SV3=33℃/s:油冷;T+M+A殘V4≥138℃/s:水冷;M+A殘第52頁/共135頁第三節(jié)鋼的退火與正火毛坯生產(chǎn)預(yù)備熱處理機(jī)械加工最終熱處理機(jī)械精加工預(yù)備熱處理:退火;正火最終熱處理:淬火;回火一般零件生產(chǎn)的工藝路線:第53頁/共135頁一.鋼的退火(Annealingofsteel)一)定義:

把零件加溫到臨界溫度以上

30～50℃,保溫一段時(shí)間,然后

隨爐冷卻。二)目的:

消除應(yīng)力;降低硬度;細(xì)化晶粒;均勻成分;為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。第54頁/共135頁三)種類退火重結(jié)晶退火低溫退火完全退火擴(kuò)散退火球化退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火普通退火等溫退火普通球化退火等溫球化退火第55頁/共135頁1.完全退火

將亞共析鋼加熱至Ac3以上20~30℃，保溫足夠時(shí)間奧氏體化后，隨爐緩慢冷卻，從而獲得接近平衡狀態(tài)的組織，這種熱處理工藝稱為完全退火。

完全退火的目的為：

(1)消除鑄、鍛件中存在的魏氏組織或帶狀組織，細(xì)化晶粒和均勻組織；

(2)消除鑄、鍛件中存在的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工。

完全退火只適用于亞共析鋼，不適用于過共析鋼。第56頁/共135頁2.不完全退火

將亞共析鋼在Ac1~Ac3之間或過共析鋼在Ac1~Accm之間兩相區(qū)加熱，保溫足夠時(shí)間后緩慢冷卻的熱處理工藝，稱為不完全退火。

不完全退火的目的是：改善珠光體組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以便切削加工。

亞共析鋼不完全退火的溫度一般為740~780℃，其優(yōu)點(diǎn)是加熱溫度低，操作條件好，節(jié)省燃料和時(shí)間。第57頁/共135頁3.球化退火將過共析鋼加熱在Ac1上，保溫后，當(dāng)冷卻到Ar1下緩慢冷卻的熱處理工藝，稱為不完全退火球化退火是一種將鋼中滲碳體或碳化物由片狀變?yōu)榱?，均勻分布在鐵素體基體上的熱處理工藝。主要用于過共析鋼，是一種不完全退火。球化退火的目的是：消除鋼中的片狀珠光體，代之以粒狀珠光體。第58頁/共135頁

經(jīng)球化退火后的組織有以下優(yōu)點(diǎn)：由片狀珠光體變?yōu)榱钪楣怏w，可降低鋼的硬度，改善其切削加工性能；粒狀珠光體加熱時(shí)奧氏體晶粒不易長大，允許有較寬的淬火溫度范圍，淬火時(shí)變形開裂傾向小，能獲得最佳的淬火組織，即馬氏體片細(xì)小，殘余奧氏體量少，并保留有一定量均勻分布的粒狀碳化物。第59頁/共135頁4.擴(kuò)散退火

擴(kuò)散退火是通過高溫長時(shí)間加熱，使合金元素?cái)U(kuò)散均勻，以消除或減弱枝晶偏析的熱處理工藝。主要用于合金鋼錠或鑄件。

擴(kuò)散退火溫度通常為1100~1200℃，保溫時(shí)間為10~15小時(shí)。5.軟化退火

軟化退火是消除鋼錠或合金結(jié)構(gòu)鋼鍛軋鋼材內(nèi)應(yīng)力，降低其硬度的熱處理工藝。

軟化退火溫度通常為650~720℃，保溫后出爐空冷。第60頁/共135頁6.再結(jié)晶退火

再結(jié)晶退火是將冷加工后的鋼材加熱至T再~Ac1之間，通常為650~700℃，使變形晶粒恢復(fù)成等軸狀晶粒，從而消除加工硬化的熱處理工藝。第61頁/共135頁四)常用的工藝參數(shù):溫度(°C)名稱Ac3+30～50完全退火Ac1+30～50球化退火500～600去應(yīng)力退火Ac3+150～250擴(kuò)散退火目的應(yīng)用細(xì)化晶粒，降低硬度，改善切削加工性能。亞共析鋼和合金鋼網(wǎng)狀滲碳體球化，改善組織，為淬火作準(zhǔn)備過共析鋼和合金工具鋼消除應(yīng)力各類鋼鐵材料消除枝晶偏析鑄態(tài)產(chǎn)生枝晶偏析材料第62頁/共135頁第63頁/共135頁二.鋼的正火(Normalizingofsteel)一)定義:

把零件加溫到臨界溫度以上

30～50℃,保溫一段時(shí)間,然后

在空氣中冷卻。二)目的:

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。第64頁/共135頁三)工藝參數(shù)及目的:溫度(°C)名稱Ac3

+30～50亞共析鋼Ac1

+30～50共析鋼Accm+30～50過共析鋼目的：亞共析鋼細(xì)化晶粒，消除組織中的缺陷，其珠光體片層較細(xì)，鋼的強(qiáng)度和硬度提高，過共析鋼正火的目的主要是抑制或消除網(wǎng)狀滲碳體第65頁/共135頁四)工藝參數(shù):第66頁/共135頁四)熱處理后的組織:S(Wc=0.6～1.4%)S+F(Wc＜0.6%)五)應(yīng)用范圍:

1.預(yù)備熱處理:調(diào)整低、中碳鋼的硬度;消除過共析鋼中的Fe3CⅡ。

2.最終熱處理:用于力學(xué)性能要求不高的普通零件。第67頁/共135頁一、定義:

把零件加溫到臨界溫度以上

30～50℃,保溫一段時(shí)間,然

后快速冷卻(水冷)。二、目的:為了獲得馬氏體組織,提高鋼的硬度和耐磨性。獲得優(yōu)異

的綜合性能，或者某些特殊的物理和化學(xué)性能。第四節(jié)鋼的淬火Vk時(shí)間(lgτ)溫度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1爐冷空冷第68頁/共135頁三、工藝參數(shù):溫度(°C)名稱Ac3

+30～50亞共析鋼Ac1

+30～50共析鋼Ac1

+30～50過共析鋼Ac3、Ac1

+50～100合金鋼第69頁/共135頁四、熱處理后的組織:M+Fe3C+A殘Ac1+30～50過共析鋼M+A殘Ac1+30～50

共析鋼M+A殘Ac3+30～50亞共析鋼Wc＞0.5%MAc3+30～50亞共析鋼Wc≤0.5%

最終組織淬火溫度(℃)

鋼種第70頁/共135頁五、淬火加熱時(shí)間(t)的選擇:t

=α

K

D工件有效厚度(尺寸最小部位)裝爐量有關(guān)系數(shù)一般K=1～1.5加熱系數(shù),與鋼種及加熱介質(zhì)有關(guān)第71頁/共135頁六、淬火冷卻介質(zhì)1.理想淬火冷卻介質(zhì)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMfVk第72頁/共135頁2.常用的淬火冷卻介質(zhì)

名稱

最大冷卻速度時(shí)平均冷卻速度/(℃?s-1)所在溫度/℃冷卻速度/(℃?s-1)650～550℃300～200℃20℃靜止水34077513545040℃靜止水28554511041060℃靜止水2202758018510%NaCl

溶液58020001900100010%NaOH溶液5602830275077520℃10號(hào)機(jī)油430230606580℃10號(hào)機(jī)油430230705520℃3號(hào)錠子油50012010050第73頁/共135頁水的冷卻能力強(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(jí)淬火和等溫淬火。第74頁/共135頁七、常用的淬火方法單液淬火雙液淬火分級(jí)淬火等溫淬火時(shí)間溫度MsA1第75頁/共135頁采用不同的淬火方法可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足。1、單液淬火法加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。操作簡單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

水淬工件變形開裂傾向大；油淬火冷卻能力低。第76頁/共135頁2、雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷，卻躲過鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如水淬油冷，油淬空冷.優(yōu)點(diǎn)是冷卻理想，缺點(diǎn)是不易掌握。用于形狀復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件。第77頁/共135頁3、分級(jí)淬火法在Ms附近的鹽浴或堿浴中淬火，待內(nèi)外溫度均勻后再取出緩冷?？蓽p少內(nèi)應(yīng)力，用于小尺寸工件。鹽浴爐第78頁/共135頁4、等溫淬火法將工件在稍高于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的淬火方法。經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學(xué)性能，淬火應(yīng)力小.適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。第79頁/共135頁八、鋼的淬硬性(Hardeningofsteel)1.定義: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:主要取決于馬氏體的含碳量。第80頁/共135頁九、鋼的淬透性

(Hardenabilityofsteel)1.定義:是指鋼在淬火時(shí)所能得到的淬硬層(馬氏體組織占50%處)的深度。2.影響鋼的淬透性的因素:主要是臨界淬火冷卻速度VK的大小,

VK越大,鋼的淬透性越小。第81頁/共135頁工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系第82頁/共135頁第83頁/共135頁3.影響淬透性的因素鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度Vk，Vk越小，淬透性越高。Vk取決于C曲線的位置，C曲線越靠右，Vk越小。因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素.即除Co外，凡溶入奧氏體的合金元素都使鋼的淬透性提高；奧氏體化溫度高、保溫時(shí)間長也使鋼的淬透性提高。第84頁/共135頁4.淬透性測(cè)試方法(1)端淬法（Jominy）:第85頁/共135頁第86頁/共135頁

J

表示末端淬透性，d表示半馬氏體區(qū)到水冷端的距離，HRC為半馬氏體區(qū)的硬度。即用表示(2)用臨界淬透直徑表示臨界淬透直徑是指圓形鋼棒在介質(zhì)中冷卻，中心被淬成半馬氏體的最大直徑，用D0表示。第87頁/共135頁5.淬透性的大小對(duì)鋼的熱處理后的力學(xué)性能的影響未淬透鋼淬透鋼第88頁/共135頁第五節(jié)鋼的回火

(Temperingofsteel)一、定義:

把淬火后的零件重新加溫到

A1線以下某個(gè)溫度,保溫一段時(shí)間,然后冷卻到室溫。二、目的:

消除淬火應(yīng)力,降低脆性;穩(wěn)定工件尺寸;調(diào)整淬火零件的力學(xué)性能。第89頁/共135頁三、鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變

1.馬氏體分解（100～200℃）

100℃以上回火，馬氏體開始發(fā)生分解，從過飽和α固溶體中析出彌散的ε碳化物，這種碳化物的成分和結(jié)構(gòu)不同于滲碳體，是亞穩(wěn)定相。一定飽和度的α固溶體和彌散分布的ε碳化物組成的復(fù)相組織，稱為回火馬氏體。第90頁/共135頁2.殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（200～300℃）在200～300℃之間回火時(shí)，鋼中的殘余奧氏體將會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)物是過飽和的α固溶體和ε碳化物組成的復(fù)相組織，相當(dāng)于回火馬氏體或下貝氏體。

3.碳化物的轉(zhuǎn)變（300～400℃）在300～400℃范圍內(nèi)回火，ε碳化物將自發(fā)地向穩(wěn)定相滲碳體轉(zhuǎn)變。由飽和針狀的α固溶體和細(xì)小顆粒狀的滲碳體組成的組織稱為回火托氏體。

第91頁/共135頁4.滲碳體的聚集長大和相的再結(jié)晶（400℃以上）回火溫度升高到400℃以上，滲碳體明顯聚集長大。由等軸的相和粗粒狀的滲碳體組成的組織稱為回火索氏體。第92頁/共135頁

回火馬氏體組織金相圖第93頁/共135頁

回火托氏體組織金相圖第94頁/共135頁

回火索氏體組織金相圖第95頁/共135頁耐磨件M回=α0.3%C+ε150～250低溫回火彈簧等T回=F針+Fe3C粒350～500中溫回火調(diào)質(zhì)件S回=F多+Fe3C球500～650高溫回火高合金鋼P(yáng)回=F多+Fe3C粒650～A1高溫軟化四、工藝參數(shù)用途組織溫度(℃)名稱淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)處理第96頁/共135頁五、回火脆性1.低溫回火脆性（第一類回火脆性）淬火鋼在250-400℃之間回火時(shí)出現(xiàn)的回火脆性，幾乎所有鋼都存在，也稱為不可逆回火脆性。產(chǎn)生原因尚不清楚，一般不在此溫度回火。2.高溫回火脆性（第二類回火脆性）一些含Ni、Cr、Mn的合金鋼，淬火后在400-550℃回火，產(chǎn)生脆性。主要原因時(shí)由于Ni、Cr、Mn促進(jìn)雜質(zhì)元素在晶界的偏聚，回火后快冷可抑制該脆性。第97頁/共135頁用C曲線定性說明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

根據(jù)與C曲線交點(diǎn)位置判斷轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

P均勻A細(xì)AA1MSMf時(shí)間等溫退火PP退火(爐冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’等溫淬火B(yǎng)下M+A’分級(jí)淬火M+A’淬火(水冷)M回150-250℃T回350-500℃S回500-650℃????PT+S回ST+B下+M+A’第98頁/共135頁第六節(jié)可控氣氛熱處理和化學(xué)熱處理工藝一、可控氣氛熱處理和真空熱處理熱處理過程中產(chǎn)生燒損和熱氧化、脫碳等缺陷。1、可控氣氛熱處理向爐內(nèi)通入一種或幾種一定成分的氣體，通過對(duì)這些氣體成分的控制，使工件在熱處理過程中不發(fā)生氧化和脫碳。第99頁/共135頁

四種氣體具有氧化和脫碳作用的氣體：O2，CO2，H2O

具有還原作用的氣體：CO和H2

中性氣體：N2。具有強(qiáng)烈滲碳作用的氣體：CH4及其他碳?xì)浠衔锼念惪煽貧夥辗艧崾綒夥眨好簹饣虮榛旌峡諝馊紵乐沽慵趸?。吸熱式氣氛：煤氣、天然氣或丙烷混合空氣，外加熱反?yīng)，防止氧化和脫碳，用于滲碳處理。氨分解氣氛：氨氣分解為氮和氧，含鉻較高的合金鋼。滴注式氣氛：液體有機(jī)化合物，甲醇、乙醇等用于井式爐，可以控制碳氮?dú)夥?，?shí)現(xiàn)滲碳、碳氮共滲，軟氮化等。第100頁/共135頁2、真空熱處理真空具有保護(hù)作用；表面凈化作用；脫脂作用；脫氣作用及工件變形小等特點(diǎn)。利用真空熱處理可以進(jìn)行真空退火，光亮退火，用于冷拉鋼絲的中間退火，不銹鋼及有色合金的退火?？梢赃M(jìn)行真空淬火，應(yīng)用于各種鋼的淬火處理，尤其是高合金工具鋼的淬火處理，保證熱處理工件質(zhì)量，提高工件的性能。第101頁/共135頁第102頁/共135頁工藝的核心:使零件具有“表硬里韌”的力學(xué)性能。二、鋼的化學(xué)熱處理(ChemicalHeatTreatment)一)定義:將零件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中,通過加熱、保溫,使介質(zhì)中一種或幾種元素原子滲入工件表層,以改變鋼表層的化學(xué)成分和組織的熱處理工藝。第103頁/共135頁二)化學(xué)熱處理的基本過程:2.吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶解。3.擴(kuò)散:

活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散,形成一定的擴(kuò)散層。1.分解:

化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。

2COCO2+〔C〕第104頁/共135頁三)化學(xué)熱處理進(jìn)行的條件:1.滲入元素的原子必須是活性原子,而且具有較大的擴(kuò)散能力。2.零件本身具有吸收滲入原子的能力,

即對(duì)滲入原子有一定的溶解度或能與之化合,形成化合物。第105頁/共135頁1.鋼的滲碳(Carburizeofsteel)1)定義:向鋼的表面滲入碳原子的過程。2)目的:獲得具有表硬里韌性能的零件。3)用鋼:低碳鋼和低碳合金鋼。4)方法:固體、氣體、液體滲碳。四)化學(xué)熱處理的種類:滲碳;滲氮;碳氮共滲;滲硼;滲鋁;滲硫;滲硅;滲鉻等。第106頁/共135頁

固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱第107頁/共135頁

氣體滲碳法示意圖第108頁/共135頁5)工藝:

加熱溫度為900～950℃;

滲碳時(shí)間一般為3～9小時(shí);6)滲碳后的組織:

1%CP+Fe3CⅡ0.2%C

F+P少表面中心零件PP+F第109頁/共135頁第110頁/共135頁7)滲碳后的熱處理工藝(1)直接淬火法

將滲碳工件出爐預(yù)冷到稍高于心部的Ar3溫度，而后直接淬火的熱處理工藝叫直接淬火法。淬火后在150~200℃回火2~3小時(shí)。(2)一次淬火法

工件滲碳后隨爐冷卻或出爐坑冷或空冷到室溫，然后再加熱到淬火溫度進(jìn)行淬火和低溫回火的處理工藝，稱為一次淬火法。第111頁/共135頁滲碳后一次淬火工藝曲線第112頁/共135頁(3)二次淬火法

工件滲碳后冷至室溫，再重新加熱兩次，進(jìn)行兩次淬火，或一次正火一次淬火。

第一次淬火是為了細(xì)化心部組織和消除表層網(wǎng)狀碳化物，因此，加熱溫度應(yīng)選在心部的Ac3以上。

第二次淬火是為了改善滲碳層的組織和性能，使其獲得細(xì)針狀馬氏體和均勻分布的未溶碳化物顆粒，因此，加熱溫度通常選在Ac1以上30~50℃。

滲碳零件經(jīng)淬火、低溫回火后，表層組織應(yīng)由細(xì)片狀回火馬氏體、細(xì)粒狀碳化物和少量殘余奧氏體組成，硬度為HRC58~62。第113頁/共135頁滲碳后二次淬火工藝曲線第114頁/共135頁7)滲碳后的熱處理工藝第115頁/共135頁8)熱處理后的組織低碳M回+FM回+Cm+A殘低碳合金鋼F+PM回+Fe3C+A殘低碳鋼心部組織表層組織鋼種9)常用的鋼種:

15、20、20Cr、20Mn2、

20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。第116頁/共135頁20CrMnTi鋼滲碳層組織(化染)320滲碳體(白色塊狀)+高碳M(蘭色針狀)+殘余A(棕黃色)第117頁/共135頁2.鋼的滲氮(Nitridationofsteel)1)定義:向鋼的表面滲入氮原子的過程。2)目的:獲得具有表硬里韌及抗蝕性能的零件。3)用鋼:中碳合金鋼。4)方法:氣體滲氮。第118頁/共135頁5)工藝:加熱溫度500～600℃;

保溫時(shí)間0.3～0.5mm/20～50h。6)熱處理特點(diǎn):

滲氮前需調(diào)質(zhì)處理;

滲氮后不需熱處理。7)滲氮處理后的組織

表層:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、

MoN、TiN、VN。

心部:S回。8)常用的鋼種:

35CrMo、18CrNiW、

38CrMoAlA

(氮化王牌鋼)等。第119頁/共135頁38CrMoAl氣體滲氮層組織(化染)650黃色區(qū):ε(Fe2-3N)+γ’(Fe4N);紅色區(qū):γ’(Fe4N);藍(lán)綠色區(qū):含氮索氏體+脈狀氮化物;

綠黃色區(qū):索氏體基體。第120頁/共135頁3.鋼的碳氮共滲

(Carbonitridingofsteel)1)定義:向鋼的表面同時(shí)滲入碳和氮原