第八章熱處理教學(xué)講義

Chapter8熱處理（HeatTreatment)§8-1概述

１．熱處理的定義：金屬或合金在固態(tài)下,用加熱、保溫和冷卻的方法改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，獲得所需性能的操作，稱為熱處理。２．目的⑴改變金屬的工藝性能，使之易于加工。ＨＢ２００～２５０⑵提高零件和工具的使用性能例：４５鋼：在正火狀態(tài)：σｂ＝６００Ｎ／ｍｍ２ａｋ＝５０Ｊ／ｃｍ２在調(diào)質(zhì)狀態(tài)：σｂ＝８５０Ｎ／ｍｍ２ａｋ＝８０～１２０Ｊ／ｃｍ２船機(jī)、汽車等動力機(jī)械，９０％以上的零件要進(jìn)行熱處理。３．能進(jìn)行熱處理的前提固態(tài)下能夠發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的金屬，才能進(jìn)行熱處理。鋼和鑄鐵具備這個條件。４．熱處理的工藝過程熱處理三步曲：“加熱、保溫、冷卻”。冷卻加熱保溫T℃TimeA1§８-２鋼在加熱的組織轉(zhuǎn)變一、目的加熱至臨界點(diǎn)以上：使鋼的組織Ａ化，獲得A，稱為A化。加熱至臨界點(diǎn)以下：沒有組織轉(zhuǎn)變，消除應(yīng)力等。二、A的形成當(dāng)加熱到臨界點(diǎn)以上時，發(fā)生重新結(jié)晶（包括原子的擴(kuò)散和晶格的改組）。2非共析鋼非共析鋼的A化要分兩步完成：（1）

加熱到Ac1完成P的A化。（2）加熱到Accm（Ac3）完成F（或Fe3C二次）的A化。（二）影響A轉(zhuǎn)變的因素1加熱溫度2加熱速度3鋼中的C％：C％高，F(xiàn)e3C多，相界面多，A的核心多，轉(zhuǎn)變速度快。4合金元素：不改變A的過程，但影響A形成的速度，影響C的擴(kuò)散速度。（1）Co、Ni等，提高C在A中的擴(kuò)散速度；（2）Cr、Mo、V等，形成難溶解的碳化物，降低C的擴(kuò)散能力，降低A化速度；（3）Si、Mn、Al等，影響不大。5原始組織原始P的Fe3C有兩種形態(tài)：片狀和粒狀。其中片狀的P中相界面多，A化速度快。三、Ａ晶粒的大小１．成分及冶練方法：P721～4粗、5～8細(xì)、9～10級為超細(xì)（新標(biāo)準(zhǔn)）。本質(zhì)細(xì)晶粒鋼（含V、Ti的鋼）和本質(zhì)粗晶粒鋼（用硅鐵和錳鐵脫氧的鋼）。２．加熱溫度及保溫時間四、常見的加熱缺陷１氧化；２脫碳；３加熱不足；４過熱；５過燒。五、加熱時間：加熱至所需溫度需的時間；各部分溫度均勻一致并完成組織轉(zhuǎn)變所需時間。§８-３鋼在冷卻時組織變化一、Ｃ曲線（過冷A等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線）把某種鋼在各種溫度下Ａ的等溫轉(zhuǎn)變結(jié)果繪成一個圖，其形狀如字母“Ｃ”，故稱為Ｃ曲線。共析鋼的Ｃ曲線如圖所示。Ｍf（－50℃）時間溫度Ｍｓ（240℃）A1共析鋼的Ｃ曲線１“Ｃ”曲線的分析：２組織轉(zhuǎn)變⑴Ａ１～５５０℃，即“鼻子”以上部分，過冷Ａ發(fā)生Ｐ轉(zhuǎn)變，稱為Ｐ轉(zhuǎn)變區(qū)，也稱高溫轉(zhuǎn)變區(qū)。Ａ─→（Ｆ＋Ｆｅ３Ｃ）組織特點(diǎn)：片狀Ｆ＋片狀Ｆｅ３Ｃ的機(jī)械混合物。Ｐ轉(zhuǎn)變區(qū)是典型的擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變。★共析鋼在Ａ1～６８０℃之間，形成粗片狀的P組織。片間距〉０．３μｍ，ＨＲＣ１８～２４?！镌冢叮福啊叮埃啊嬷g（過冷度增大），形成細(xì)片狀的Ｐ組織，稱為Ｓ（索氏體）。片間距：０．１～０．３μｍ，ＨＲＣ２４～３２?！镌冢叮埃啊担担啊嬷g（過冷度更大），形成極細(xì)片狀的Ｐ組織，稱為Ｔ（屈氏體）。片間距〈０．１μｍ，ＨＲＣ３２～３６。⑵５５０℃～Ｍｓ，即“鼻子”以下部分，過冷Ａ發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，用B表示，稱為貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，也稱中溫轉(zhuǎn)變區(qū)。Ｂ是過飽和Ｃ的Ｆ與碳化物（注意不一定是：Ｆｅ3Ｃ）的兩相混合物。由于轉(zhuǎn)變溫度較低，鐵原子已失去擴(kuò)散能力，碳原子也只能作短程的擴(kuò)散。

★在５５０～３５０℃內(nèi)，形成上Ｂ（Ｂ上），呈羽毛狀，F(xiàn)條較寬，滲碳體在F片間析出，故機(jī)械性能差（ＨＲＣ４０～４５、脆性大），使用價值不大?！镌冢常担啊妗停髢?nèi)，形成下Ｂ（Ｂ下），呈針狀或竹葉狀，具有較高的強(qiáng)度和韌性，硬度（ＨＲＣ４５～５５）和耐磨性也好，是一種理想的組織，具有很高的使用價值。⑶Ｍｓ～Ｍf，過冷Ａ發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，稱為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，也稱低溫轉(zhuǎn)變區(qū)。這種轉(zhuǎn)變是典型的非擴(kuò)散型相變。Ｍ是Ｃ在α－Ｆｅ中的過飽和固溶體，或者說是含過飽和Ｃ的Ｆ。Ｍ轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：①Ｍ是在一個溫度范圍內(nèi)（Ｍｓ～Ｍｆ）完成的，Ｍ的轉(zhuǎn)變量與溫度有關(guān)；②Ａ不能全部轉(zhuǎn)變成Ｍ，總有一部分Ａ未轉(zhuǎn)變而殘留在鋼中，稱為殘余Ａ（用Ａ＇或ＡＲ表示）。小結(jié)：小結(jié)：相變類型

主要異同點(diǎn)

珠光體轉(zhuǎn)變

貝氏體轉(zhuǎn)變

馬氏體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度范圍高溫轉(zhuǎn)變（Ar1～550℃)中溫轉(zhuǎn)變（550℃～MS)低溫轉(zhuǎn)變（MS～Mf)擴(kuò)散性Fe、C原子都擴(kuò)散Fe不擴(kuò)散、C原子擴(kuò)散Fe、C原子都不擴(kuò)散

組成相兩相組織Ａ─→（Ｆ＋Ｆｅ３Ｃ）兩相組織Ａ─→（Ｆ＋Ｆｅ３Ｃ）（>350℃）Ａ─→（Ｆ＋ＦｅxＣ）（<350℃）單相組織Ａ─→Ｆ（過飽和C）合金元素的分布合金元素?cái)U(kuò)散重新分布合金元素不擴(kuò)散合金元素不擴(kuò)散相變的完全性相變在衡溫下進(jìn)行到底相變可在恒溫下充分進(jìn)行，相變完成的程度與轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)，溫度越低，轉(zhuǎn)變越不充分，有殘余奧氏體存在。主要在連續(xù)冷卻過程中進(jìn)行，相變不能進(jìn)行到底，有殘余奧氏體存在。二、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線與等溫轉(zhuǎn)變Ｃ曲線的關(guān)系連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變曲線與Ｃ曲線很相似（但不相同，如共析鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線中沒有Ｂ轉(zhuǎn)變區(qū)）。★Ｖ5相當(dāng)于爐冷，Ａ轉(zhuǎn)變成Ｐ?！铮?相當(dāng)于空冷，A轉(zhuǎn)變成Ｓ。★

Ｖ2相當(dāng)于油冷，最后的組織是Ｍ＋Ｔ＋Ａ＇?！铮?相當(dāng)于水冷，最后的組織是Ｍ＋Ａ＇★Ｖ3相當(dāng)于等溫冷卻，發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。Mf（－50℃）時間→Ms（240℃）A1v1v2v4v3v5連續(xù)冷卻與Ｃ曲線的關(guān)系§８-４鋼的退火和正火

一、退火（Annealing）１定義將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上或以下，保溫一定時間后緩慢冷卻的一種操作，稱為～。實(shí)質(zhì)：使A發(fā)生P轉(zhuǎn)變２．種類３．目的（１）降低硬度，改善切削加工性能。（２）提高塑性，便于冷加工。（３）消除組織缺陷，改善性能。（４）消除應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸、防止變形。（５）脫氫，防止白點(diǎn)。大型鍛件。（６）作為預(yù)先熱處理。二、完全退火將亞共析鋼零件加熱到Ａｃ３以上２０～５０℃，保溫一定時間后緩慢冷卻的一種操作。（普通退火）目的是細(xì)化晶粒、消除過熱、降低硬度，便于機(jī)械加工。注意：適用于亞共析鋼。周期長，十幾小時。三、等溫退火將零件加熱到Ａｃ１或Ａｃ３以上，保溫后迅速轉(zhuǎn)入低于Ａ１（６００～７００℃）的恒溫爐中長時間保溫，然后出爐空冷，這種工藝稱等溫退火。四、球化退火將共析鋼和過析鋼加熱到Ａｃ１＋２０～５０℃，然后緩慢冷卻的操作方法。經(jīng)過處理后，碳化物呈球形分布。目的：降低硬度，改善切削加工性，為淬火作組織準(zhǔn)備。五、再結(jié)晶退火六、低溫退火：加熱Ａｃ１以下１００～２００℃，保溫后緩冷。目的：消除應(yīng)力，提高零件尺寸的穩(wěn)定性。七、正火(Normalizing)將鋼加熱到上臨界點(diǎn)（Ａｃ３或Ａｃｃｍ）以上，保溫后，在空氣中冷卻的一種操作。與退火的區(qū)別：①冷速大，得到Ｓ組織。②過共析鋼：加熱溫度不同，Ａｃｃｍ以上。由于冷速大，滲碳體不會以網(wǎng)狀形式析出。目的：①細(xì)化組織及消除鍛件、鑄件的過熱組織缺陷。②低碳鋼：提高硬度，改善切削加工性。③中碳鋼：可代替直經(jīng)〉４００mm的軸類零件（３５、４５鋼）的調(diào)質(zhì)處理工藝。④高碳鋼：消除網(wǎng)狀滲碳體。⑤獲得Ｓ，好的綜合機(jī)械性能。§８-５鋼的淬火與回火（QuenchingandTempering）一、淬火（一）定義將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后，在冷卻介質(zhì)中快速冷卻獲得M的一種操作，是一種強(qiáng)化工藝。最重要的強(qiáng)化方法。實(shí)質(zhì)：使Ａ急冷發(fā)生Ｍ轉(zhuǎn)變，獲得Ｍ＋少量的殘余Ａ的組織。（二）目的：獲得Ｍ。但Ｍ硬度高，脆性大，不能直接使用，必須與回火配合使用。⑴淬火＋低溫回火，提高硬度和耐磨性；⑵淬火＋中溫回火，提高彈性；⑶淬火＋高溫回火（調(diào)質(zhì)處理），強(qiáng)韌性（好的綜合機(jī)械性能）（三）工藝過程１加熱：目的：獲得Ａ。溫度：亞共析鋼：Ａｃ３＋３０～５０℃，完全Ａ化。（Ｍ）共析鋼、過共析鋼：Ａｃ１＋３０～５０℃，非完全Ａ化。2保溫時間：保溫時間由試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定。3冷卻（工藝的關(guān)鍵）（1）理想的冷卻介質(zhì)：（2）常用的冷卻介質(zhì)：A水；B鹽水；C油。選用原則:在保證淬硬的前提下,盡量選用較為緩和的冷卻介質(zhì),以減小變形和開裂.(4)常用的淬火方式：A單液淬火；B雙液淬火；C分級淬火；D等溫淬火（5）冷處理：將經(jīng)過常規(guī)淬火后的零件，再深冷至室溫以下的操作。目的：減少殘余A的含量，提高硬度和尺寸穩(wěn)定性。實(shí)質(zhì)：零下淬火。應(yīng)用：精密偶件和貴重的工模具等。（四）淬透性（HARDENABILITY〕

鋼接收淬火的能力，稱為淬透性。它是鋼的一種固有屬性，是指鋼在淬火時能夠獲得M的能力。衡量指標(biāo)：淬透性的大小是在一定條件下，鋼淬火時能獲得的淬硬層的深度來表示。淬硬層的深度：表面（M）到半M層（50％M＋50％S或T）的深度。應(yīng)用：（1）選材：（2）制定熱處理工藝：確定冷卻方法、冷卻介質(zhì)等。（五）淬火缺陷：（1）淬火變形：只能減小，不能消除。（2）淬火裂紋：淬火應(yīng)力

b的結(jié)果，C％ 高，產(chǎn)生裂紋的傾向大。（3）硬度低（又稱沒淬上火）；（4）軟點(diǎn)二、回火（TEMPERING）1定義：淬火后的鋼，在臨界點(diǎn)以下加熱，保溫一定時間后，在空氣中冷卻的操作。稱為回火。實(shí)質(zhì)：組織由不穩(wěn)定

穩(wěn)定組織。2特點(diǎn)（1）加熱溫度：臨界溫度以下。（2）回火是在淬火后進(jìn)行。即：它從屬于淬火操作。3目的：（1）消除淬火應(yīng)力和脆性；（2）提高韌性；（3）穩(wěn)定組織：M是不穩(wěn)定的組織；（4）調(diào)整性能，得到所需的性能。4種類（1）低溫回火（150～250℃）：M轉(zhuǎn)變成回火M，用“M’”表示。組織是：M＋碳化物（

－Fe2.4C）,M的過飽和度降低。特點(diǎn)：消除了應(yīng)力，保留高硬度（HRC58～64），硬度并不降低，但內(nèi)應(yīng)力和脆性下降，耐磨性好。C作短程的擴(kuò)散。應(yīng)用：工具、模具、柴油機(jī)的精密偶件等。（2）中溫回火（350～500℃）：M轉(zhuǎn)變成回火T，用“T’”表示。組織是：F的基體上彌散分布著微小粒狀（或片狀）的碳化物。F基體基本恢復(fù)，但尚未再結(jié)晶。特點(diǎn)：彈性及韌性好，硬度HRC35～45。應(yīng)用：彈簧。（3）高溫回火（500～650℃）：M轉(zhuǎn)變成回火S，用“S’”表示。組織是：F的基體上彌散分布著細(xì)粒狀的滲碳體。F基體已經(jīng)再結(jié)晶（等軸晶粒）。M的痕跡消失。應(yīng)用：軸類零件（曲軸，連桿，螺栓等）特點(diǎn)：綜合機(jī)械性能好（高韌性，高強(qiáng)度，高疲勞強(qiáng)度，中等硬度HRC25～35）。通常將淬火后進(jìn)行高溫回火的操作稱為調(diào)質(zhì)處理。5回火脆性：在某一段溫度回火時，韌性大大降低，這種現(xiàn)象稱為回火脆性。（1）低溫回火脆性：溫度范圍：250～350℃，不可逆，無法消除，應(yīng)避開這個溫度范圍。（2）高溫回火脆性：溫度范圍：450～650℃，可逆回火脆性，可消除，常見于合金鋼?！?－5表面熱處理

（CASEHARDENING〕一、問題的提出二、表面淬火：適用范圍：中碳鋼（40、45、40Cr等）1．火焰表面淬火（flamehardening)2．感應(yīng)加熱表面淬火（inductionhardening)3．電接觸加熱表面淬火三、表面化學(xué)熱處理定義：將零件在一定的加熱介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入零件表面層的一種熱處理工藝。目的：通過改變表面層的化學(xué)成分和顯微組織，來提高表面的性能（機(jī)械和理化性能），實(shí)際上使同一零件由兩種成分的材料制成。與表面淬火的區(qū)別：既有組織轉(zhuǎn)變，又有成分改變，而后者只有組織轉(zhuǎn)變。過程：由三個過程組成：介質(zhì)的分解、活性原子的吸收、活性原子在零件中的擴(kuò)散。（一）滲碳（carburizing)把低碳鋼的零件放在可以提供活性C原子的物質(zhì)中加熱，使其表面變成高碳鋼，再通過淬火，得到表面的高硬度和高耐磨性，而零件的心部仍然保持高韌性。應(yīng)用：受沖擊載荷的摩擦零件；如齒輪、活塞銷等。滲碳鋼的含碳量：C％低于0．2％，否則韌性下降。優(yōu)缺點(diǎn)：性能好，（外強(qiáng)內(nèi)韌）周期長，生產(chǎn)效率低，成本高。（二）滲N（Nitriding）1滲N：把N原子滲入鋼件表面的過程，叫滲N。2離子N化：應(yīng)用：齒輪、槍炮管、活塞銷、缸套（本校工藝所有專利設(shè)備）。（三）C－N共滲C－N共滲，分為兩種：高溫C－N共滲：830～850℃，1～2小時。低溫C－N共滲（軟N化）：570℃，以滲N為主。1.熱處理是鋼在B下，通過加熱，保溫和冷卻來變其內(nèi)部組織達(dá)到改變性能的操作。A.液態(tài)B.固態(tài)C.過冷態(tài)D.經(jīng)預(yù)處理后2.影響熱處理工藝的主要因素是C

。A.加熱B.加熱速度C.加熱溫度和保溫時間D.零件的形狀3.普通熱處理包括ABEF。A.退火B(yǎng).正火C.表面淬火D.滲碳E.淬火F.回火4.退火是把鋼加熱到一定溫度、保溫后A冷卻的操作。A.緩慢B.較快C.快速D.急速5.退火是把鋼加熱到一定溫度、保溫后A冷卻的操作。A.隨爐或埋灰B.空氣C.油冷D.水冷6.完全退火使用于B

。A.工業(yè)純鐵B.亞共析鋼C.共析鋼D.過共析鋼7.完全退火是把亞共析鋼加熱到D，保溫后緩冷的操作。A.>A1B.>Ac1C.<Ac3D.>

Ac38.完全退火是把亞共析鋼加熱到全部呈C狀態(tài)。A.FB.F+AC.AD.A+Fe3C9.不完全退火是把過共析鋼加熱到全部呈D狀態(tài)。A.鐵素體B.鐵素體+奧氏體C.奧氏體D.奧氏體+滲碳體10..不完全退火適用于D。A.工業(yè)純鐵B.亞共析鋼C.共析鋼D.過共析鋼11..不完全退火實(shí)質(zhì)上是把過共析鋼加熱到

狀態(tài)D。A.FB.AC.P+Fe3CD.A+Fe3C12.球化退火適用于BD。A.工業(yè)純鐵B.亞共析鋼C.共析鋼D.過共析鋼13.球化退火的目的是為了

。A.提高硬度B.消除網(wǎng)狀Fe3C

C.提高塑性D.消除應(yīng)力14.再結(jié)晶退火適用于B。A.淬火鋼B.經(jīng)冷變形C.經(jīng)熱加工的鋼D.碳鋼15.ZG35的鑄造齒輪需采用

處理。A.完全退火B(yǎng).球化退火C.再結(jié)晶退火D.低溫退火16.經(jīng)冷軋后的10鋼鋼板應(yīng)進(jìn)行

處理。A.完全退火B(yǎng).低溫退火C.再結(jié)晶退火D.球化退火17.碳素工具鋼T13鋼坯欲加工成銼刀等應(yīng)先進(jìn)行

處理。A.低溫退火B(yǎng).完全退火C.再結(jié)晶退火D.球化退火18.鍛造過熱的50鋼坯件零進(jìn)行

處理。A.低溫退火B(yǎng).完全退火C.不完全退火D.再結(jié)晶退火19.碳鋼正火處理后將獲得S組織。A.FB.PC.SD.T20.碳鋼正火處理后可獲得C組織。A.鐵素體B.珠光體C.索氏體D.屈氏體21.索氏體是鐵素體與滲碳體層片較細(xì)的B。A.混合物B.機(jī)械混合物C.化合物D.固體22.低碳鋼正火處理是為了D目的。A降低塑性/提高硬度B.提高塑性/降低硬度C.降低硬度/便于切削D.提高硬度/便于切削23.中碳鋼大直經(jīng)或形狀復(fù)雜的零件用正火處理代替B處理。A.退火B(yǎng).調(diào)質(zhì)C.淬火D.淬火+低溫回火24.40Cr鋼曲軸鍛造毛坯進(jìn)行正火處理是為了

。A.代替退火處理B.代替調(diào)質(zhì)處理C.降低硬度便于加工D.改善組織25.把鋼加熱使之全部為奧氏體，保溫后快速冷卻至珠光體轉(zhuǎn)變溫度，等溫停留一段時間使奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w后再空冷只至室溫，這種操作稱為C。A.完全退火B(yǎng).球化退火C.等溫退火D.正火26等溫火的目的稱為

。A.準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)變產(chǎn)物B.降低硬度C.零件截面性能一致D.消除應(yīng)力27.把鋼加熱、保溫后在爐或熱灰中緩慢冷卻的一種操作稱為C。A.正火B(yǎng).回火C.退火D.調(diào)質(zhì)28.把鋼加熱到臨界點(diǎn)前或后某一溫度，保溫一定時間后緩冷，而獲得近似穩(wěn)定狀態(tài)的組織這種工藝過程稱為A。A.退火B(yǎng).正火C.回火D.淬火29.鋼經(jīng)退火處理后，可使其硬度A，塑性

。A.降低/提高B.提高/降低C.降低/降低D.提高/提高30.完全退火的目的之一是

。A.降低硬度B.提高韌性C.減少塑性D.降低脆性