機(jī)械工程材料第4章鋼熱處理課件

機(jī)械工程材料第4章鋼熱處理課件第一頁，共48頁。重難點(diǎn)重點(diǎn)：鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼的熱處理工藝難點(diǎn)：鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第二頁，共48頁。

第一節(jié)概述1.熱處理的定義:將鋼在固態(tài)下施以不同的加熱、保溫和冷卻，從而獲得所需的組織結(jié)構(gòu)和性能的工藝過程。時(shí)間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻第三頁，共48頁。熱處理熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用，如在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。熱處理特點(diǎn):

熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。相圖則清晰反應(yīng)了鐵碳合金成分、溫度、組織的關(guān)系。第四頁，共48頁。2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能。3.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;第五頁，共48頁。

第二節(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)性能的影響第六頁，共48頁。一.轉(zhuǎn)變溫度第七頁，共48頁。奧氏體的形成FFe3C未溶Fe3CA殘余Fe3CAAAA

形核A

長大殘余Fe3C溶解A均勻化第八頁，共48頁。奧氏體形成的四個(gè)階段

奧氏體晶核形成：晶核首先在F與Fe3C相界形核。奧氏體晶核長大：

晶核通過碳原子的擴(kuò)散向F和Fe3C方向長大殘余Fe3C溶解：由于F成分、結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體，因而先消失。殘余Fe3C隨保溫時(shí)間延長繼續(xù)溶解直至消失。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。第九頁，共48頁。奧氏體形成快慢的影響因素加熱溫度及保溫時(shí)間加熱速度鋼中含碳量合金元素原始組織第十頁，共48頁。

第三節(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)變第十一頁，共48頁。鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

過冷奧氏體：指的是處于臨界點(diǎn)A1以下的奧氏體。過冷奧氏體是不穩(wěn)定的組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。冷卻是熱處理的關(guān)鍵步驟，金屬材料熱處理后的組織結(jié)構(gòu)和性能在很大程度上就取決于冷卻。第十二頁，共48頁。一.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)冷卻等溫冷卻第十三頁，共48頁。二.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

)C曲線：表示過冷奧氏體冷卻到臨界點(diǎn)A1以下的保溫過程中轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系曲線。T---

timeT

---

temperatureT

---

transformation第十四頁，共48頁。

共析碳鋼TTT曲線建立過程示意圖時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1第十五頁，共48頁。C曲線的分析⑴轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。孕育期越小，過冷奧氏體穩(wěn)定性越小.孕育期最小處稱C曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處的溫度為550℃。第十六頁，共48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第十七頁，共48頁。㈠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，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物，根據(jù)片層厚薄不同,又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體.⑴珠光體形成溫度為A1-650℃，片層較厚，用符號(hào)P表示.⑵索氏體形成溫度為650-600℃,片層較薄，用符號(hào)S表示。⑶托氏體形成溫度為600-550℃，片層極薄，用符號(hào)T表示。珠光體、索氏體、屈氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對(duì)的。片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。第十八頁，共48頁。㈡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，用符號(hào)B表示。根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下).⑴上貝氏體(550-350℃)在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長的鐵素體條之間。⑵下貝氏體(350℃-Ms)在電鏡下為細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長軸方向呈55-60o角。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。

第十九頁，共48頁。㈢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。馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。碳在-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中.馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類。⑴板條馬氏體立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀。⑵針狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。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。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性。第二十頁，共48頁。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物顯微組織時(shí)間溫度A1MSMfA過冷PBMA→MA→BA→P轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線奧氏體第二十一頁，共48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V1V2VkV3V4第二十二頁，共48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殘第二十三頁，共48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:過共析鋼共析鋼亞共析鋼時(shí)間溫度A1加熱溫度越高,保溫時(shí)間越長,使TTT曲線向???移。第二十四頁，共48頁。

第四節(jié)鋼的普通熱處理工藝毛坯生產(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:第二十五頁，共48頁。一.鋼的退火一)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。第二十六頁，共48頁。三)工藝參數(shù):名稱目的加熱溫度適用對(duì)象完全退火細(xì)化組織、消除應(yīng)力Ac3以上30-50℃亞共析鋼球化退火降低硬度，改善切削性能Ac1以上30-50℃過共析鋼再結(jié)晶退火重新得到等軸晶粒650-700℃經(jīng)冷加工坯料去應(yīng)力退火消除殘余應(yīng)力500-600℃經(jīng)熱加工坯料第二十七頁，共48頁。三)工藝參數(shù):第二十八頁，共48頁。二.鋼的正火一)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。第二十九頁，共48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Accm+30～50過共析鋼第三十頁，共48頁。三)工藝參數(shù):第三十一頁，共48頁。四)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。第三十二頁，共48頁。三.鋼的淬火一)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。第三十三頁，共48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過共析鋼第三十四頁，共48頁。三)工藝參數(shù):第三十五頁，共48頁。（一）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，適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。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì).第三十六頁，共48頁。四)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第三十七頁，共48頁。常用的淬火方法名稱工藝要點(diǎn)特點(diǎn)適用單液淬火在一種淬火介質(zhì)中冷卻到室溫操作簡單、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化形狀簡單的碳素鋼制件雙液淬火先后在冷卻能力強(qiáng)、弱的兩種介質(zhì)中冷卻到室溫操作復(fù)雜，技術(shù)要求高，可有效防止開裂形狀復(fù)雜的高碳鋼或合金鋼制件分級(jí)淬火先在鹽(或堿)浴中使工件溫度均勻、再(在空氣中)冷卻淬火操作復(fù)雜，技術(shù)要求高，可明顯減少變形和開裂截面尺寸小的制件等溫淬火先在鹽(或堿)浴中使工件轉(zhuǎn)變成貝氏體、再在空氣中冷卻操作復(fù)雜，技術(shù)要求高，零件強(qiáng)韌性好形狀復(fù)雜、精度高、性能高的制件第三十八頁，共48頁。五)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。六)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。第三十九頁，共48頁。四.鋼的回火一)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。第四十頁，共48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50