熱加工-材四教學(xué)課件

1、目錄,第四章 鋼的熱處理 1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變 2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變 3 鋼的退火與正火 4 鋼的淬火與回火,5 鋼的淬透性 6 鋼的表面熱處理 7 熱處理新工藝簡介,第四章 : 鋼的熱處理 定義將鋼在固態(tài)下加熱.保溫.冷卻，以獲 得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。 三階段：加熱、保溫 冷卻 平衡臨界點： A1 A3 Acm； 加熱時 Ac1 Ac3 Accm； 冷卻時 Ar1 Ar2 Ar3,目錄,1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變,奧氏體化 一.奧氏體的形成 （以共析鋼為例） P (F0.0218 + Fe3C )加熱Ac1 A C%0.77 0.0218 6.69 0.77 晶格 Bcc 復(fù)雜 Fcc

2、形成.長大四階段：1. A晶核形成 2.A晶核長大 3.殘余Fe3C的溶解 4.A均勻化 不完全奧氏體化 ,目錄,目錄,二.影響奧氏體形成的因素,1.加熱溫度 溫度.A形成加速 2.加熱速度 縮短A形成時間 3.原始組織 越細. A形成越快 4.合金元素 A形成速度,目錄,三. 奧氏體晶粒長大及其影響因素,1.奧氏體晶粒的長大 希望細小均勻，粗化稱為過熱 2.奧氏體晶粒度GB6394-86 8級 1 4 粗晶； 5 8 細晶 3.影響奧氏體晶粒長大的因素 （1）鋼料的化學(xué)成分和冶煉方法 （2）加熱溫度. 速度 .保溫時間 （3）原始組織 越細 晶粒越細 未溶第二相存在 阻礙奧氏體晶粒長大。,目

3、錄,2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,加熱前提 冷卻關(guān)鍵 冷卻方式 （1）連續(xù)冷卻 （2）等溫冷卻 一. 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變 金相硬度法 過冷A-當(dāng)奧氏體冷至臨界溫度以下，即處于熱 力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)時，稱為過冷A。 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變將A過冷到Ar1以下某一 溫度，并在此溫度停留過程中完成其組織轉(zhuǎn)變過程，稱為過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變。,目錄,目錄,1. 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖 （T T T圖）的建立.分析 建立方法.步驟： （以共析鋼轉(zhuǎn)變圖為例） A等溫轉(zhuǎn)變曲線 又稱“C” 或“T T T” 曲線是過冷A在不同過冷度的等溫過程中，轉(zhuǎn)變溫度. 轉(zhuǎn)變時間與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的關(guān)系曲線。 分析：Ms（230） M開始轉(zhuǎn)變線 M

4、f（約-50）M轉(zhuǎn)變終了線 Ms Mf 馬氏體M轉(zhuǎn)變區(qū) A1以上 穩(wěn)定A A1以下 轉(zhuǎn)變開始線以左為過冷A，轉(zhuǎn)變終了線以,目錄,右. Ms以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。兩線之間 轉(zhuǎn)變過渡區(qū)（A+產(chǎn)物） 孕育期 長短反映了過冷A的穩(wěn)定性大小，隨過冷度而變化，最短，A最不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)變最快。此處稱為 “C” 曲線的“鼻點”（約550），對應(yīng)溫度為“鼻溫”。 A1 鼻溫 等溫溫度 T. 孕育期變短，轉(zhuǎn)變速度 。 鼻溫 Ms 等溫溫度 T. 原子擴散能力，孕育期變長，轉(zhuǎn)變速度。,目錄,2. 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能,（1）珠光體類型轉(zhuǎn)變（高溫轉(zhuǎn)變. 擴散型轉(zhuǎn)變） A1550 A 形核.長大 (F+ Fe3C

5、 ) P（層片狀） 0.77%C 0.0218%C 6.69%C 0.77%C Fcc Bcc 復(fù)雜晶格 F與Fe3C 層片間距主要取決于過冷度T，溫度低，T，間距.P普通.細.極細。,目錄,共析鋼珠光體類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,目錄,珠光體 X5000,索氏體 X5000,目錄,屈氏體 X12000,目錄,（2）貝氏體類型轉(zhuǎn)變,中溫轉(zhuǎn)變.半擴散型轉(zhuǎn)變 550 Ms （230） 產(chǎn)物： 貝氏體 貝氏體-是含碳過飽和的F 和滲碳體（Fe3C）（或碳化物）組成的兩相混合物。貝氏體分： 上貝氏體（B上） 550350 呈羽毛狀 強度低.塑韌性差. 硬度4050HRC 避免出現(xiàn) 下貝氏體（B下） 350 Ms （

6、230） 竹葉狀 強度.塑韌性均高于B上. 硬度5060HRC 生產(chǎn)中用“等溫淬火”獲得B下,目錄,目錄,目錄,（3）馬氏體類型轉(zhuǎn)變,低溫.非擴散型 Ms（230） Mf（約-50） 馬氏體 M-是碳在- Fe中的過飽和固溶體。 C Ms. Mf均. A 冷處理 A M 兩種M： 片狀馬氏體 C1% C飽和度大.強度硬度高但內(nèi)應(yīng)力大.塑韌性差.硬脆.片越大.脆性.6065HRC.少用。 板條狀馬氏體C0.25% C飽和度小.畸變較小. 強度硬度 較高. 塑韌性好.綜合機好.3050HRC.廣泛應(yīng)用。 混合M,目錄,目錄,總結(jié)M特點：,高硬度。 強度硬度塑韌性均取決于M的含碳量. C.硬度。 A

7、比容M比容 A M膨脹. C.應(yīng)力. A殘抵消M膨脹.變形.開裂。 B比容 M比容 等溫淬火 AB下 .可變形、 開裂。,目錄,4.影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素,(1) 碳的影響 共析鋼 鼻點離溫度坐標最遠亞共析鋼 C C曲線右移 多先析線 過共析鋼 C C曲線左移 多先析線 (2) 合金元素的影響 除Co.AI外，所有元素A穩(wěn)定性 C曲線右移 使 Ms. Mf均. A。 (3) 加熱溫度和保溫時間的影響 T加.T保 A越穩(wěn)定.晶粒.界面.過冷奧氏體穩(wěn)定.C曲線右移。,目錄,目錄,二. 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變,目錄,二. 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變,“T T T” 曲線在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用 疊加.

8、定性如下：VK臨界 V1 700650 爐冷退火 AP 170220HBS V2 650600 空冷正火AS 2535HRC V3 570 油冷AT+M 4555HRC V4 Vk 水淬 AM+ A 65HRC,目錄,鋼的熱處理分類： 預(yù)備熱處理 退火. 正火 按用途分 最終熱處理 淬火. 回火.表面處理,目錄,普通熱處理（整體） 退. 正. 淬. 回火 感應(yīng)加熱 表面淬火 火焰加熱 工藝方法 表面熱處理 滲碳 （分類） 滲氮 化學(xué)熱處理 碳氮共滲 滲金屬 低溫形變熱處理 形變熱處理 高溫形變熱處理,目錄,3 鋼的退火與正火,熱處理分 ：預(yù)備熱處理 最終熱處理 一. 退火 加熱. 保溫. 緩冷

9、（爐冷） 目的： （1）HB. 改善切削性能； （2）細化晶粒.調(diào)整組織.消除組織缺陷； （3）消除內(nèi)應(yīng)力.穩(wěn)定尺寸.變形開裂傾向。,目錄,退火種類：,1.完全退火(退火) 亞共析鋼 加熱Ac3+3050 完全奧氏體化 保溫 緩冷（爐冷） F+ P 2. 球化退火 過共析鋼 目的：使Fe3C球化. F+Fe3C球= P球 硬度.以利切削. 為淬火作準備 工藝：加熱 Ac1 +2040 保溫 緩冷（爐冷） P球硬度 P片 塑性好,目錄,目錄,3. 等溫退火 冷卻在 A1 以下等溫一定時間 A P. 再空冷至室溫 生產(chǎn)率 4.去應(yīng)力退火 加熱 500650 保溫 緩冷（爐冷）（100/h）至200

10、300出爐 A1 屬于低溫退火 5. 均勻化退火（擴散退火） 加熱 Ac3 +150250 保溫1015 h 緩冷（爐冷）再進行一次完全退火或正火，消除過熱缺陷. 細化晶粒。,目錄,二. 正火,加熱到Ac3(或Accm)以上3050 保溫 空冷 將鋼加熱到Ac3以上100150的正火.則稱為高溫正火 實質(zhì)：退火的特例 S+少量F 亞共析鋼 P量多.細小為S S 共析鋼 S+Fe3C（少）過共析鋼 強度.硬度.塑.韌性高于退火,目錄,目的應(yīng)用：,（1）普通結(jié)構(gòu)件，作為最終熱處理； （2）低碳鋼.硬度.以利切削.避免“粘刀” ； （3）要求高中碳結(jié)構(gòu)件，預(yù)備.改善切削加 工.變形開裂.代替調(diào)質(zhì)，為

11、高頻表淬 作準備； （4）過共析鋼.為球化退火作好組織準備， 消除.抑制Fe3C網(wǎng).有利球化。,目錄,三. 退火與正火的應(yīng)用,考慮三方面： 1.從切削加工性上考慮 硬度170230 HBS 切削加工性好 中低碳鋼 正火；高碳結(jié)構(gòu)（軸承鋼）.工具 退火（球化退火）；中碳以上合金鋼 退火 2.從使用性能上考慮 3.從經(jīng)濟上考慮 可能條件.優(yōu)先正火,目錄,4 鋼的淬火與回火,淬火加熱到Ac3或Ac1+3050.保溫.然后 快冷（VK）獲得M組織的熱處工藝。 回火鋼件淬火后.為消除殘余應(yīng)力及獲得所要 求的組織和性能.將其加熱到A1以下某一 溫度.保溫.然后冷至室溫的工藝。 回火與淬火共生. 一.淬火

12、目的：得M 兩點： （1）提高硬度和耐磨性； （2）.強化方法.獲多種優(yōu)良使用性能。,目錄,1.淬火加熱工藝 溫度 時間,1）加熱溫度 a. 亞共析鋼 Ac3+3050 均勻細小M+ A 亞溫淬火 Ac3以下 510 A+F淬火M+F （軟點） b. 共析碳 Ac1+3050 M+ A （少量） C.過共析鋼 Ac1+3050 均勻細小M+ Fe3C粒狀+A（少量）,目錄,目錄,若Accm Fe3C溶于A， A中C.Ms.A.HB， 此外A 晶粒粗大.M也粗大.韌性.脆 性.HB.變形.開裂.脫碳.氧化.為軟而裂。 d. 合金鋼 大多數(shù)合金元素阻礙A晶粒長大(除 Mn.P)，可允許溫度比相同C

13、量的碳鋼稍提高。 2）淬火加熱時間 = 淬火加熱升溫和保溫時間 的總和。 3）加熱介質(zhì) 爐類型有關(guān),目錄,2. 淬火冷卻工藝 （冷卻劑=淬火劑）,得M. V冷VK 了應(yīng)力.變形.開裂選冷卻劑. 冷卻方法十分重要.關(guān)鍵因素。 （1）理想淬火冷卻速度 防止A P （2）常用淬火冷卻介質(zhì) 水 加鹽類或堿類（510%） 汽膜爆破 碳鋼件合適 油 合金鋼件適用 不適用碳鋼件 另有 熔鹽、空氣,目錄,(3) 淬火方法 （冷卻方法）,單液淬火法 雙液淬火法 （碳鋼水淬油冷.合金鋼油淬空冷） 分級淬火法 （熱浴淬火法） 局部淬火法 預(yù)冷淬火法 冷處理 使A M，盡量A,目錄,3.常見的淬火缺陷及防止方法,（1

14、）氧化與脫碳 （2）變形與開裂 內(nèi)應(yīng)力 （3）軟點及硬度不足 二.回火 1.目的 （1）獲得需要的組織和性能 調(diào)整 改善 （2）穩(wěn)定鋼件尺寸 穩(wěn)定組織.形狀.尺寸 （3）消除和減少淬火應(yīng)力,目錄,2、回火轉(zhuǎn)變與組織,回火轉(zhuǎn)變四階段： （1）回火第一階段 200碳化物析出 M分解 組織：過飽和的固溶體與碳化物組成，稱為 回火馬氏體回。 （2）回火第二階段 200300 殘余奧氏體分解 （3）回火第三階段 300400 滲碳體形成 組織：為鐵素體基體內(nèi)分布著極細小顆粒滲碳體，稱為 回火屈氏體“T回” （4）回火第四階段400滲碳體聚集長大與相再結(jié)晶 形成由多邊形的鐵素體和顆粒狀滲碳體組組成，稱為回

15、火索氏體?！癝回”,目錄,回火三組織 （1）M回 高硬度 較低韌性 （2）T回 中硬度 高強度 一定的韌性 （3）S回 低硬度 良好的綜合機性 T回.S回 比T .S在硬度相同時，有較好的強度和韌性。 Fe3C為粒。 3. 回火過程中力性的變化 （1）硬度 溫度 硬度； （2）強度. 塑性 ； （3）回火脆性溫度而韌性的現(xiàn)象。 第一類250350 (低溫) 避免 ； 第二類500650內(nèi) （高溫） 可避免.抑制 。,目錄,4.三類回火與應(yīng)用,目錄,5.調(diào)質(zhì)與時效,（1）調(diào)質(zhì)處理-鋼件淬火及高溫回火獲得綜 合力性的復(fù)合熱處理工藝。 S回 =F+ Fe3C粒 正火能達到調(diào)質(zhì)的硬度，正火S=F+ F

16、e3C片 S回具有更高的b.ak 重要件多用調(diào)質(zhì)處理. （2）時效處理（人工處理. 穩(wěn)定化處理）精密件（量具.軸承） 100150（1050h）保溫， 為時效處理。 應(yīng)力. 穩(wěn)定尺寸 6.自回火 利用淬硬區(qū)殘余熱量加熱，達到回火目的的 工藝，稱為自回火。硬度要求不高件用。,目錄,5 鋼的淬透性,一.淬透性的概念 : -獲得馬氏體的能力.可淬硬的深度 。 半M： 50% M + 50% T（或其它） 二.淬透性的測定及表示方法 1.臨界直徑法 以Do表示，Do 淬透性 2. 端淬試驗法（Jominy法.末端淬火法） 淬透性曲線淬透性帶 表示 :Jd 例 J 425 冷端5mm 42HRC 主要與

17、M臨界冷卻速度Vk有關(guān)。,目錄,三. 影響淬透性的因素,主要因素： 1.鋼的化學(xué)成分 （C.合金）大多數(shù)元素（Co.AI）A的穩(wěn)定性. C曲線右移 Vk 淬透性 2. 奧氏體化條件 溫度.時間.晶粒大小 3.未溶入碳化物的影響 4. 工件截面尺寸和淬火介質(zhì)的影響 同一鋼材：介質(zhì)相同.截面大.淬透性小.淬硬層深度小.尺寸小比大尺寸淬硬層深。 同一鋼材：截面相同.介質(zhì)冷卻能力大.淬透性大.淬硬層深度大.水淬比油淬鋼件淬硬層深。,目錄,四. 淬透性的實際意義,1. 淬透性對鋼機械性能的影響 很大 淬透性高.調(diào)質(zhì)后組織性能截面均勻一致；否則不均勻，尤其是 s. ak明顯。未被淬透。 2.淬透性的實際意

18、義 （1）是進行設(shè)計選材的重要依據(jù)(尺寸效應(yīng) ) （2）是制定熱處理工藝的重要依據(jù)； （3）對鑄.鍛.焊件 （4）必須根據(jù)加工工藝.零件具體工作條件.受 力情況.性能要求選用不同淬透性的鋼材； （5）注意：手冊小尺寸試樣性能,目錄,五、鋼的淬硬性,鋼的淬硬性-指鋼在理想條件下，進行淬火硬化所能達到的最高硬度的能力。也稱可淬硬性。 正常理想條件 Vk 主要取決于含碳量 淬透性和淬硬性兩個熱處理工藝性能，概念不同，不可混淆 高碳鋼淬硬性高 而淬透性低；低碳鋼.低 碳合金鋼硬性低 而淬透性高,目錄,6 鋼的表面熱處理,僅對鋼件表層進行熱處理.以改變其組織和性能的工藝，稱為表面熱處理。 表面淬火 分兩

19、類 化學(xué)熱處理 一. 鋼的表面淬火 僅對件表層淬火的工藝。 表硬心韌： 表層：高硬度耐磨損的細針狀M。 心部：仍保持塑韌性較好的原始組織（正火.退 火或調(diào)質(zhì)組織）。,目錄,1.感應(yīng)加熱表面淬火,（1）基本原理 “集膚 效應(yīng)” （2）感應(yīng)加熱得分類 A、高頻 100500KHz. 常用200300KHz. 淬深0.52.5mm。 B、中頻 50010000Hz. 常用2.58KHz . 淬深28mm C、工頻 50Hz . 淬深1020mm。 D、超音頻 2040KHz,目錄,（3）感應(yīng)加熱表面淬火的特點,a. 加熱速度快； b. 加熱時間短；“細針狀M”或“隱針狀M” 細 c. 不易氧化.脫碳

20、.心部無變化.變形??； d. 生產(chǎn)率高； e. 設(shè)備貴.維修調(diào)整困難. 感應(yīng)圈形狀復(fù)雜，適用 大批量生產(chǎn).不適用單件生產(chǎn)。 （4） 感應(yīng)加熱表面淬火用鋼 中碳鋼. 中碳合金鋼：40. 45. 40Cr. 40MnB ,目錄,（5）感應(yīng)加熱表淬技術(shù)條件 a.硬度:50-58HRC以上. b.層深:1/10R （6）感應(yīng)加熱表面淬火工藝 預(yù)先 : 正火或調(diào)質(zhì) 感應(yīng)加熱方法: 同時、連續(xù)加熱兩種 冷卻方法 : 噴水或浸入兩種 淬火后回火 : 低回170200. 表淬零件一般工藝過程： 齒輪 2、火焰加熱表面淬火 火焰：氧乙炔 3200 淬硬層26 mm 適用：單件.小批.大件 機床導(dǎo)軌,目錄,二.

21、鋼的化學(xué)熱處理,1. 概述 將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分.組織和性能的熱處理工藝。 表硬心強韌 （1）介質(zhì)分解 三個基本階段 （2） 表面吸收 （3） 向里擴散 鋼能吸收.溶解.化合或二者兼有 兩個條件 滲入元素活性.擴散能力大,目錄,2、鋼的滲碳,（1）目的：表層硬度.耐磨性和疲勞強度；心部一定強度.較高韌性. 表硬心強韌 （2）用鋼 0.100.25%C的低碳鋼或低碳合金鋼 15. 20. 20Cr （3）滲碳方法 （按滲碳劑分）：固體滲碳 ； 液體滲碳；氣體滲碳 (應(yīng)用最廣 ),目錄,a.氣體滲碳法 滲碳劑：煤油 溫度900930 b

22、.固體滲碳法 溫度：900930滲碳劑：木炭 （4）滲碳層含碳量和滲碳層深度 含碳量： 0.851.05%C 緩冷后組織：過共析（P+Fe3C網(wǎng)） 共析（P） 亞共析（F+P） （5）熱處理及組織.性能 淬火+低溫回火 組織：表層：M回為主 + Fe3C顆粒 + A 5864HRC 心部：低碳M回或低碳M回 + F 3545HRC， （合金鋼） P+F 20HRC （低碳鋼）,目錄,目錄,三種淬火方法 直接法 節(jié)約 ； 一次法 較重要件； 兩次法 重要件.受重負荷件,目錄,3、鋼的滲氮 - N化,一定的溫度下（Ac1以下），使活性N原子滲入鋼件表面的化學(xué)熱處理工藝稱滲氮。（N化）。 （1）滲氮原理: （2）滲氮層組織 氮溶于-Fe外或氮化物 細蜜分布于F基體， 深為0.30.5mm，硬度10001100HV. 67HRC. 向心部：過渡到原始組織（S回） （3）滲氮前的準備 調(diào)質(zhì) 得S回 （4）滲氮件選材及滲氮方法: 1）抗磨滲氮（硬滲氮）選材：專用38CrMoAI 應(yīng)用：模.量.齒輪.蝸桿 熱處理后再氮