第六章鋼的熱處理1

熱處理工藝分類：熱處理普通熱處理退火正火淬火回火表面熱處理化學(xué)熱處理表面淬火滲碳氮化碳氮共滲火焰加熱淬火感應(yīng)加熱淬火激光加熱淬火目前一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成目前二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)1.奧氏體化的四個(gè)階段：奧氏體形核：有效晶核大小取決于奧氏體化的過(guò)熱度；奧氏體長(zhǎng)大：取決于奧氏體化后的溫度及保溫時(shí)間；殘余滲碳體的溶解：取決于奧氏體化后的保溫時(shí)間；奧氏體成分的均勻化：取決于奧氏體化后的保溫時(shí)間；目前三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)2.鋼在加熱或冷卻時(shí)的相變溫度：目前四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)二、奧氏體晶粒的長(zhǎng)大晶粒度N：

n—1mm2表面中晶粒的個(gè)數(shù)。1）起始晶粒度；2）實(shí)際晶粒度；3）本質(zhì)晶粒度；晶粒大小與晶粒度的概念：目前五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向與溫度的關(guān)系：目前六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素：加熱溫度和保溫時(shí)間；加熱速度；含碳量；合金元素；1）在保證奧氏體成分均勻的情況下選擇盡量低的奧氏體化溫度；2）快速加熱到較高的溫度經(jīng)短暫的保溫使形成的奧氏體來(lái)不及長(zhǎng)大而冷卻得到細(xì)小的晶粒。目前七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)三、鋼的加熱缺陷氧化：溫度高于560℃時(shí)形成疏松的FeO；脫碳：含碳越高，脫碳越嚴(yán)重；過(guò)熱：晶粒粗大或工件變形嚴(yán)重；過(guò)燒：部分晶界氧化甚至熔化的現(xiàn)象。目前八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變擴(kuò)散型相變變溫馬氏體相變目前九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)一、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線：目前十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)1.等溫曲線的建立：目前十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)2.共析鋼TTT曲線的分析：特性線和區(qū)域：孕育期和“鼻尖”：C曲線分為三個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)：P、B、M。轉(zhuǎn)變開(kāi)始線轉(zhuǎn)變終止線目前十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)3.亞共析鋼和過(guò)共析鋼的TTT曲線：目前十三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)二、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的組織與性能：珠光體型轉(zhuǎn)變；貝氏體型轉(zhuǎn)變；馬氏體型轉(zhuǎn)變；目前十四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)1.珠光體轉(zhuǎn)變：擴(kuò)散型方式：目前十五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)組織形態(tài)（P、S、T）：1）P：A1~650℃，片層間距在150~450nm；2）S：600~650℃，片層間距在80~150nm；3）T：550~600℃，片層間距在30~80nm。目前十六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)力學(xué)性能：珠光體的抗拉強(qiáng)度取決于片間距離的大?。?）P：~800MPa；2）S：~1100MPa；3）T：~1500MPa。

片間距離越小，強(qiáng)度、硬度越高，且塑性和韌性也有所改善。目前十七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)2.貝氏體轉(zhuǎn)變：上貝氏體：鐵素體板條間分布著粒狀或短桿狀的滲碳體；560--3500C:貝氏體呈羽毛狀，稱為上貝氏體，記為B上.目前十八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)上貝氏體的組織形態(tài)（TEM照片）：目前十九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)下貝氏體：針狀鐵素體內(nèi)分布有細(xì)小的滲碳體，350--Ms（2300C）：貝氏體呈針葉狀，稱之為下貝氏體，記為B下。

目前二十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)下貝氏體的組織形態(tài)：目前二十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)下貝氏體的組織形態(tài)（TEM照片）：目前二十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)貝氏體的力學(xué)性能：1）上貝氏體的強(qiáng)度、硬度高但韌性差，容易引起脆斷，不用；2）下貝氏體高強(qiáng)度、硬度、塑性韌性較好，工業(yè)中應(yīng)用于中碳鋼和中碳合金鋼制造的零件中。思考題：上、下貝氏體為什么有這樣大的力學(xué)性能差異？目前二十三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)3.馬氏體轉(zhuǎn)變：定義：替換原子經(jīng)無(wú)擴(kuò)散切變位移并產(chǎn)生形狀改變和表面浮突、呈不變平面應(yīng)變特征的一級(jí)形核、長(zhǎng)大的相變。馬氏體轉(zhuǎn)變的無(wú)擴(kuò)散性；馬氏體形成有共格關(guān)系；馬氏體轉(zhuǎn)變的不完全性；馬氏體相變是一級(jí)形核、長(zhǎng)大的相變。目前二十四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)1）馬氏體轉(zhuǎn)變的基本特征：馬氏體相變的無(wú)擴(kuò)散性：（1）鐵基馬氏體的正方度：碳原子隨機(jī)地處于面心立方八面體間隙；（2）Fe-C合金馬氏體形成速度很高；~5×10-7s/片（3）Cu-Al合金馬氏體相變中，有序母相轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蝰R氏體；只要冷卻速度快到能避免擴(kuò)散型的相變，所有金屬及合金的高溫相均可以發(fā)生馬氏體相變。目前二十五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)馬氏體晶格示意圖：目前二十六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)馬氏體形成有共格關(guān)系：（1）位移是以切變?yōu)橹?；a.不應(yīng)變的慣習(xí)面證實(shí)馬氏體相的產(chǎn)生是通過(guò)母相的切變而獲得。b.馬氏體內(nèi)部呈現(xiàn)各種不同的亞結(jié)構(gòu)，說(shuō)明相變是不均勻切變的產(chǎn)物。原子移動(dòng)方式有兩種：均勻的點(diǎn)陣形變（點(diǎn)陣畸變）和原子的改組。目前二十七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)馬氏體與母相奧氏體間的共格關(guān)系：目前二十八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變的不完全性：1)X-衍射實(shí)驗(yàn)；2）透射電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)。目前二十九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)馬氏體相變是一級(jí)相變：膨脹儀測(cè)定的曲線上存在拐點(diǎn)，說(shuō)明此溫度體積的變化是不連續(xù)的；差熱分析曲線上存在明顯的吸熱或放熱峰。目前三十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)2）鋼中馬氏體的形態(tài)：板條狀馬氏體：目前三十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)片狀馬氏體：目前三十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)3）馬氏體的性能：硬度HRC含碳量0.8%~63目前三十三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)4）馬氏體的應(yīng)用：高碳馬氏體用于高硬度高耐磨性的零件，如車刀、銑刀、鉆頭等。低碳馬氏體用于綜合性能好的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓、缸蓋螺栓，石油鉆井的吊環(huán)、吊鉗等。目前三十四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)4.影響C曲線的因素：影響C曲線的主要因素含碳量合金元素1）含碳量：C曲線的形狀C曲線距縱坐標(biāo)的距離Ms、Mf的溫度影響2）合金元素：除Co（鈷）元素外，其它合金元素溶入奧氏體后使C曲線右移目前三十五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)5.過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖：又稱CCT曲線在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程中，亞共析鋼有貝氏體轉(zhuǎn)變，共析鋼和過(guò)共析鋼無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變。CCT曲線測(cè)定比TTT曲線困難。CCT曲線C曲線CCT曲線目前三十六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)6.C曲線的應(yīng)用

用c曲線估計(jì)碳鋼連續(xù)冷卻至室溫得到的組織。①②③④⑤目前三十七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)第三節(jié)鋼的普通熱處理知識(shí)要點(diǎn)“四把火”（退火、正火、淬火、回火）的工藝過(guò)程；“四把火”對(duì)零件加工和使用的影響和作用。目前三十八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)一普通熱處理的作用：改善材料的切削加工性能；提高材料的力學(xué)性能，保證零件安全運(yùn)行。退火和正火：退火：采用爐冷，冷卻速度很低球狀珠光體完全退火球化退火去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火亞共析成分的碳鋼和合金鋼共析或過(guò)共析碳鋼和合金鋼分類目前三十九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)

2正火（采用空冷，冷卻速度較快）目的低碳鋼：調(diào)整硬度（適當(dāng)增加硬度），利于切削；過(guò)共析鋼：消除網(wǎng)狀二次滲碳體，利于珠光體球化。中碳鋼：普通零件的最終熱處理；

退火和正火的選擇（從以下三個(gè)方面考慮）：提高切削加工性能性能成本目前四十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)三淬火和回火（最終熱處理）淬火（采用水冷、油冷，冷卻速度很大）目的：獲得馬氏體工藝：加熱－保溫－水冷（油冷）常用的淬火介質(zhì):水、鹽水、油鋼的淬透性（鋼的一種性能）（1）定義：鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。（2）淬透性的測(cè)定：臨界直徑法，頂端淬火法（3）影響淬透性的因素：合金元素，碳含量（4）選材與淬透性理想淬火介質(zhì)目前四十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)頂端淬火法：目前四十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)鋼的理想淬火冷卻曲線：目前四十三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)各種淬火方法示意圖：目前四十四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后的力學(xué)性能：目前四十五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)

一般規(guī)律1）表面和心部力學(xué)性能一致的零件，即要求表面和心部組織一致；如螺栓、連桿、鍛模、錘桿（承受拉壓載荷）

選用淬透性高的鋼；

2）表面心部力學(xué)性能不一致（表面強(qiáng)度硬度要求高一些，心部塑性韌性要求高），組織可以不一致。如軸類零件，冷鐓模具、齒輪。

選用淬透性低的鋼。3）焊接件：選用淬透性低的鋼。

目前四十六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)3回火（與淬火配合）：（1）定義：將淬火鋼重新加熱至A1（727C)溫度以下的某個(gè)溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻至室溫的工藝操作。（2）目的：降低馬氏體的脆性，增加塑性韌性。穩(wěn)定組織。降低內(nèi)應(yīng)力。調(diào)整鋼的硬度。目前四十七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)（1）低溫回火：性能：高硬度、高耐磨性，內(nèi)應(yīng)力、脆性降低。應(yīng)用：高碳鋼、高碳合金鋼制造的工具和模具、滾動(dòng)軸承；滲碳和表面淬火零件(Wc>0.6%)。溫度：150~300℃。組織：回火馬氏體（M回）。目前四十八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)（2）中溫回火：溫度：350—500℃；組織：T回（針葉狀鐵素體+極細(xì)小顆粒滲碳體組成）。性能：高強(qiáng)度、硬度，高的彈性極限及屈服強(qiáng)度；具有一定的塑性、韌性；應(yīng)用：Wc=0.5—0.7%碳鋼、合金鋼制造的各種彈簧。目前四十九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)（3）高溫回火溫度：500-650℃，組織：S回（由等軸狀的鐵素體和球狀滲碳體組成）性能：具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、硬度和足夠的塑性、韌性（即良好綜合性能）。應(yīng)用：用于Wc為0.3—0.5%的中碳鋼和合金鋼制造的軸、連桿、螺栓等。生產(chǎn)上將淬火和高溫回火稱為“調(diào)質(zhì)處理”。目前五十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)（4）回火溫度與力學(xué)性能：一般規(guī)律：隨回火溫度上升，強(qiáng)度、硬度下降，塑性韌性上升。目前五十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)（5）回火脆性：目前五十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)第四節(jié)鋼的表面熱處理知識(shí)要點(diǎn)表面熱處理的目的、分類；常用的表面熱處理工藝；了解表面熱處理的典型零件。目前五十三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)一、基本概念目的：使零件具有“表硬心韌”的性能特點(diǎn)。二、分類表面淬火表面化學(xué)熱處理目前五十四頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)表面淬火：表面與心部的成分一致，組織不一樣。

1）工藝：將工件表面快速加熱到奧氏體區(qū)，在熱量尚未達(dá)到心部時(shí)立即迅速冷卻，使表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持原始組織的一種局部淬火方法。

2）分類

火焰加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火激光加熱表面淬火

材料及典型零件：中碳鋼（Wc0.4—0.5%）,如40、45鋼機(jī)床齒輪、軸等零件。目前五十五頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)火焰加熱表面淬火：淬硬層深度：2—6mm；優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)便；無(wú)需特殊設(shè)備；適用于單件、小批量生產(chǎn)零件；缺點(diǎn)：需要操作熟練，否則造成質(zhì)量不穩(wěn)定。應(yīng)用：軋鋼機(jī)齒輪、軋輥；礦山機(jī)械齒輪、軸；機(jī)床導(dǎo)軌、齒輪；目前五十六頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)感應(yīng)加熱表面淬火：

淬硬層與頻率有關(guān)：0.2—2mm，高頻感應(yīng)加熱（100—1000KHZ）2---8mm，中頻感應(yīng)加熱（0.5—10KHZ）；10—15mm，工頻感應(yīng)加熱（50HZ）。特點(diǎn)：淬火質(zhì)量好，表層組織細(xì)、硬度高、脆性小、生產(chǎn)效率高、便于自動(dòng)化，缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，勞動(dòng)條件差。目前五十七頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)感應(yīng)加熱淬火示意圖：目前五十八頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)激光加熱表面淬火：

工藝：將高功率密度的激光束照射到工件表面，使表面快速加熱到奧氏體區(qū)，依靠工件本身熱傳導(dǎo)迅速自冷而獲得一定淬硬層的工藝操作。

硬化層：1—2mm

應(yīng)用：汽車、拖拉機(jī)汽缸套、汽缸、活塞環(huán)、凸輪軸等零件；特點(diǎn)：淬火質(zhì)量好，組織超細(xì)化，硬度高、脆性極小、工件變形小、不需要回火、節(jié)約能源、無(wú)污染、效率高、便于自動(dòng)化，但是設(shè)備昂貴。目前五十九頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)表面化學(xué)熱處理：（表層與心部的成分、組織都不同）。工藝:將工件置于某種化學(xué)介質(zhì)中，通過(guò)加熱、保溫和冷卻使介質(zhì)中的某些元素滲入工件表層以改變工件表層的化學(xué)成分和組織，從而達(dá)到“表硬心韌”的性能特點(diǎn)?？蓾B的元素：滲碳、氮、碳氮共滲（C、N、C\N）；滲硼、鉻(B、Cr）；滲鋁、硅(Al、Si)；滲硫(S)；目前六十頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)滲碳（重點(diǎn)內(nèi)容）：（1）常用的材料：低碳鋼或者低碳合金鋼，如，20，25，20CrMnTi等（用于汽車齒輪）；（2）介質(zhì)：最常用的氣體（煤油、苯、甲醇等高溫分解的混合氣體（CO,CH4C2H4等））具有活性碳原子；（3）過(guò)程：吸附：活性碳原子吸附至工件表面擴(kuò)散：碳原子向工件里層擴(kuò)散。（4）溫度：在奧氏體區(qū)，900—950℃，

時(shí)間：根據(jù)滲層深度而定，約10小時(shí)左右，目前六十一頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)滲碳的工藝曲線及組織：熱處理：滲碳+淬火+低溫回火；組織表層：高碳回火馬氏體+碳化物+A’組織心部：F+P或者M(jìn)回（低碳）+F+A’溫度時(shí)間目前六十二頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)氣體滲碳裝置示意圖目前六十三頁(yè)\總數(shù)七十頁(yè)\編于七點(diǎn)典型零件工藝路線的制定：軸類零件（機(jī)床主軸）：（1）分析工作條件：承受中等交變扭矩載荷、交變彎曲載荷或者是拉壓載荷；局部（軸頸、花鍵）承受摩擦和磨損。（2）失效形式：疲勞斷裂，軸頸處磨損（