鋼材的熱處理(材料學(xué)專業(yè)完備課件教程).ppt

1、第五章 鋼的熱處理,第五章 鋼的熱處理,熱處理：通過對鋼件加熱、保溫和冷卻的操作方法，來改善其 內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需要性能的一種加工工藝。,T,t,隨爐冷卻,空冷,油冷,加熱,保溫,（）鋼筋繞成彈簧狀； （）加熱鋼筋至紅熱，急劇冷卻； （）將（）鋼筋再次加熱（溫度相對低）冷卻。,彈簧熱處理過程,為什么彈簧狀鋼筋加熱到紅熱急冷后變得又硬又脆？ 為什么再次加熱和冷卻后變得剛?cè)嵯酀?，成為真正的彈簧?熱處理 熱處理原理,熱處理原理,熱處理工藝,加熱轉(zhuǎn)變奧氏體轉(zhuǎn)變,冷卻轉(zhuǎn)變,珠光體轉(zhuǎn)變,貝氏體轉(zhuǎn)變,馬氏體轉(zhuǎn)變,常見熱處理工藝,普通熱處理,表面熱處理,退火,淬火（Zhan 通蘸）,正火,回火,表面淬

2、火,化學(xué)熱處理,實際生產(chǎn)中的臨界點,5.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,5.3 鋼的退火和正火,5.4 鋼的淬火,5.5 鋼的回火,5.6 鋼的表面淬火,5.7 鋼的化學(xué)熱處理,第五章 鋼的熱處理,5.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變,5.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變,一、奧氏體的形成過程,共析鋼的奧氏體形成過程 ：,奧氏體的形核 奧氏體晶核的長大 殘余滲碳體的溶解 奧氏體成分的均勻化,晶體結(jié)構(gòu)的改變：bcc fcc,Fe、C原子的擴散,亞共析鋼的A化：PA 后，先共析 F溶解 過共析鋼的A化： PA 后， Fe3C 溶解,5.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變,二.、影響奧氏體形成速度的因素,奧氏體形成速度與

3、加熱溫度、加熱速度、鋼的成分以及原始組織等有關(guān)。,加熱溫度越高，奧氏體形成速度越快,加熱速度越快，奧氏體形成速度越快,含碳量增加，利于奧氏體加速形成,合金元素顯著影響奧氏體的形成速度,組織（珠光體）越細，奧氏體形成速度越快,鈷、鎳等 ； 鉻、鉬、釩等； 硅、鋁、錳等。,5.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變,三、奧氏體晶粒大小及其影響因素,1. 奧氏體晶粒度：,起始晶粒度,實際晶粒度,本質(zhì)晶粒度,奧氏體形成剛結(jié)束，奧氏體晶粒邊界剛剛相互接觸時的晶粒大小,奧氏體在具體加熱條件下所獲得奧氏體晶粒的大小,特定條件下鋼的奧氏體晶粒長大的傾向性，并不代表具體的晶粒大小,特定條件,93010，保溫8h,傾向性,本質(zhì)粗晶

4、粒鋼（Mn，Si）,本質(zhì)細晶粒鋼（Al）,5.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變,溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒長大越明 顯。 晶界上存在未溶的碳化物時，會對晶粒長大起阻 礙作用，使奧氏體晶粒長大傾向減小。 合金元素，也影響奧氏體晶粒長大，除錳、磷外 幾乎所有合金元素都阻礙奧氏體晶粒長大。,2. 影響奧氏體晶粒長大的因素,5.1 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變,返回,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,1. 奧氏體是不是降溫到臨界溫度以下就立即 發(fā)生轉(zhuǎn)變呢？,2. 不同的冷卻速度是否也得到同一種的組織 呢？,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,過冷奧氏體：在臨界點以下存在的不穩(wěn)定的且將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧 氏體，稱為

5、過冷奧氏體。,臨界點以下,不穩(wěn)定,將要發(fā)生轉(zhuǎn)變,冷卻方式：等溫冷卻方式和連續(xù)冷卻方式。,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織性能均勻，研究領(lǐng)域應(yīng)用廣,等溫冷卻方式,連續(xù)冷卻方式,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為粗細不勻甚至類型不同的混合組織，實際生產(chǎn)中廣泛采用,高溫轉(zhuǎn)變： A1 550 過冷A P 型組織 中溫轉(zhuǎn)變： 550 MS 過冷A 貝氏體(B) 低溫轉(zhuǎn)變： MS Mf 過冷A 馬氏體 ( M ),一、共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線,A1,T,t,轉(zhuǎn)變開始線,轉(zhuǎn)變終了線,C曲線：形狀似C,TTT曲線： Time，Temperature、Transformation,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,孕育期：過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變開始所經(jīng)歷的時間，

6、反映了 過冷奧氏體的穩(wěn)定性,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,珠光體,貝氏體,馬氏體,二、過冷奧氏體轉(zhuǎn)變及其產(chǎn)物的組織形態(tài)與性能,1. 珠光體轉(zhuǎn)變和珠光體的組織形態(tài)與性能,在A1550 之間，過冷奧氏體（A） 珠光體（P：F+Fe3C） 過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，是通過形核和長大的過程來完成的； 珠光體轉(zhuǎn)變是一個擴散型轉(zhuǎn)變（Fe、C原子都進行擴散）；,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,1）珠光體轉(zhuǎn)變特征,共析鋼成分易在奧氏體晶界處形核 先、過共析鋼在先析相上形核,Fe原子的擴散，完成相（面心立方）向相（體心立方）的轉(zhuǎn)變 C原子的擴散， 相 相過程中多余的C原子以Fe3C形式析出,F,滲碳體,片間距：相鄰兩片滲碳

7、體中心之間的距離,一般情況下，珠光體為片狀鐵素體和片狀滲碳體相間分布的層狀組織，稱為片狀珠光體；,2）珠光體的組織形態(tài)與性能,隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低，片間距減小，強硬度提高，塑韌性也有改善,按照片間距的大小，可將片狀珠光體分為珠光體P，索氏體S和托氏體T（屈氏體），片間距PS T；,珠光體 P 3800,索氏體 S 8000,屈氏體 T 8000,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,相同成分條件下，粒狀珠光體的強硬度較低，塑韌性較好,片狀珠光體,粒狀珠光體,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,除片狀珠光體外，還存在球狀（粒狀）珠光體,滲碳體呈細小的粒狀或球狀分布在鐵素體基體上,返回,2. 馬氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體的組織形態(tài)

8、與性能,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)生擴散分解而產(chǎn)生的無擴散型的相變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物稱為馬氏體。,在Ms點以下，過冷奧氏體（A，相） 馬氏體（M，相） 馬氏體轉(zhuǎn)變的無擴散性 馬氏體轉(zhuǎn)變的瞬時性，轉(zhuǎn)變速度很快（低碳馬氏體 100mm/s）,1）馬氏體轉(zhuǎn)變特征,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,Fe原子通過切變和原子的微小調(diào)整來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變（fccbcc）； C原子不擴散，保留在相中； 馬氏體轉(zhuǎn)變過程中出現(xiàn)表面浮凸效應(yīng)。,馬氏體轉(zhuǎn)變的不徹底性， 馬氏體轉(zhuǎn)變具有很大的體積效應(yīng)，造成較大的內(nèi)應(yīng)力 馬氏體轉(zhuǎn)變的可逆性,M轉(zhuǎn)變在不斷的降溫過程中形成，至Mf溫度，M轉(zhuǎn)變終止，但仍保留部 分殘余奧氏體；

9、 一般生產(chǎn)中快速冷卻的室溫（ Ms和Mf溫度之間），保留更多的殘余 奧氏體，高碳鋼可達10-15%； 存在殘余奧氏體，對材料的穩(wěn)定性有很大影響。,某些鐵或非鐵合金，馬氏體重新加熱時可直接轉(zhuǎn)變成奧氏體或母相； 淬火鋼加熱過程中馬氏體會首先發(fā)生分解，觀察不到可逆性,馬氏體是C在a-Fe中過飽和間隙固溶體，過飽和的C原子處在體 心立方的八面體間隙中，體心立方體心正方，具有一定的正方度,2）馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)及組織形態(tài),鐵原子,碳原子可能位置,鐵原子的振動范圍,C% 1.0 % ，針狀M （孿晶M ） C% = 0.251.0 % 時，混合M,板條M 每個單元呈窄而細長的板條，許多板條總是成群地、相互平

10、行地連在一起,針狀M（凸透鏡狀） 空間形態(tài)為雙凸透鏡片狀，相鄰的馬氏體片一般不互相平行，而是呈一定交角分布,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,鋼中馬氏體的形態(tài)主要為板條狀和針片狀馬氏體,其它形態(tài)的馬氏體,蝶狀馬氏體： 蝴蝶形斷面的細長條片 薄片狀馬氏體： 立體組織薄片狀，顯微組織細長的帶狀 馬氏體： 具有密排六方結(jié)構(gòu)的馬氏體,較高的強度和硬度，C % M 硬度 低碳M 塑韌性較好，高碳M ，塑韌性差，并且存在顯微裂紋。 盡可能細化奧氏體粒度，是細化馬氏體晶粒提高馬氏體韌性的有效手段,時效強化,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,3）馬氏體的性能,固溶強化,亞結(jié)構(gòu),強硬度高,3. 貝氏體轉(zhuǎn)變和貝氏體的組織形態(tài)與性

11、能,鋼的過冷奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變溫度以下、馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度范圍內(nèi)，發(fā)生一種半擴散型相變，稱之為貝氏體轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物貝氏體，通常用字母B表示。,1）貝氏體轉(zhuǎn)變特征,在珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度之間， 過冷奧氏體（A，相） 貝氏體（B，相+碳化物） 半擴散型轉(zhuǎn)變，介于珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變之間 ； 貝氏體形成時會產(chǎn)生表面浮凸,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,Fe原子不擴散，切變完成晶格改組 ； C原子擴散，析出碳化物,2）貝氏體的形貌及性能（上貝氏體、下貝氏體）,上貝氏體形貌：羽毛狀，由成束的、大體上平行的板條狀鐵素體和條間的呈粒狀或條狀的滲碳體所組成的非片層狀組織。 上貝氏體性能： 強度和韌性差,5.2

12、 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,下貝氏體 針片狀，鐵素體針片內(nèi)規(guī)則地分布著細片狀碳化物。,下貝氏體 強度、硬度、塑性、韌性均高于上貝氏體，具有良好的綜合機械性能,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,三、影響過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素,含碳量的影響：亞共析鋼的C曲線隨著含碳量的增加右移，過共析鋼的C曲線隨著含碳量增加左移； 合金元素的影響：除鈷以外所有的合金元素溶入奧氏體中都能增加奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移；合金碳化物降低奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線左移； 奧氏體化過程越充分，奧氏體越穩(wěn)定，使C曲線右移。,5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,四、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT）,P,S,T+M+A,M+A,連續(xù)冷卻過程不會發(fā)生

13、貝氏體轉(zhuǎn)變 ； 存在轉(zhuǎn)變終止線KK 連續(xù)冷卻，產(chǎn)物不可能是單一均勻物質(zhì),5.2 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變,返回,5.3 鋼的退火和正火,5.3 鋼的退火和正火,銅棒 24 mm,如何消除拉拔過程中的硬化現(xiàn)象？,電纜線 0.15 mm,切削件的硬度在170230HB范圍內(nèi)，切削性能較好。,刀具具有較高的韌性時，不容易發(fā)生崩刃。,切削件的硬度如何調(diào)整？刀具如何才能具有較高的韌性？,如何消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力？,5.3 鋼的退火和正火,在實際的制造過程中，常見的工藝路線如：,退火和正火是應(yīng)用最為廣泛的熱處理工藝！,為什么將其安排在鑄/鍛造與 切削加工之間呢?,為什么退火與正火有著非常廣泛的應(yīng)用?,5.3

14、 鋼的退火和正火,在鑄造/鍛造/焊接之后，鋼件中不但殘留有鑄造或鍛造應(yīng)力，而且還往往存在著 成分和組織上的不均勻性，因而機械性能也不均勻，還會導(dǎo)致以后淬火時的變形和 開裂。也會存在硬度偏高或偏低的現(xiàn)象，嚴重影響后續(xù)的切削加工性能。,經(jīng)過退火和正火后，便可得到細而均勻的組織，并消除應(yīng)力，改善鋼件的機械 性能并為隨后的淬火作了準備,經(jīng)過退火與正火后，鋼的組織接近于平衡組織，其硬度適中，有利于下一步的 切削加工。,如果工件的性能要求不高時，退火或正火常作為最終熱處理。,5.3 鋼的退火和正火,一. 鋼的退火 完全退火 等溫退火 球化退火 去應(yīng)力退火 擴散退火 二. 鋼的正火 三. 退火和正火的選擇,

15、5.3 鋼的退火和正火,定義：將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當 溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻 （爐冷、坑冷、灰冷），以獲得接近 平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。,目的：減輕鋼的成分及組織的不均勻性， 細化晶粒， 調(diào)整硬度， 消除內(nèi)應(yīng)力， 為淬火作組織準備,返回,5.3 鋼的退火和正火,名稱由來：經(jīng)歷完全奧氏體化過程,問題2：奧氏體區(qū)的溫度區(qū)間很大，如果你是熱處理工程師，你認為完全退火應(yīng)該具體在哪一個溫度段保溫？,問題1:在相圖的哪一個區(qū)域可以獲得完全奧氏體組織？,完全退火的目的： 細化、均勻化，粗大、不均勻組織 得到接近平衡組織調(diào)整硬度切削性 消除內(nèi)應(yīng)力,5.3 鋼的退火和正火,加熱溫度

16、：Ac3以上20-30度,溫度過高：奧氏體晶粒粗大， 綜合機械性能下降（霍爾佩奇公式）,溫度過低：不能得到均勻的單相奧氏體，溫度較低熱處理效率低。,5.3 鋼的退火和正火,答：完全退火不能用于過共析鋼，因為加熱到Accm 以上再緩慢冷卻時會得到平衡組織，即在晶界處析出網(wǎng)狀滲碳體，造成鋼的脆化。,應(yīng)用范圍：亞共析鋼，共析鋼， 不適用于過共析鋼。,反問：過共析鋼的平衡組織？,網(wǎng)狀滲碳體,問題：為什么不適用于過共析鋼呢？,5.3 鋼的退火和正火,完全退火組織,P+F,問題：亞共析鋼（共析鋼）的平衡狀態(tài)組織？,返回,5.3 鋼的退火和正火,等溫退火：先以較快的速度，將工件加熱到Ac3以上3050，保溫

17、一定時間后，先以較快的冷速冷到珠光體的形成溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體，待等溫轉(zhuǎn)變結(jié)束再快冷。這樣就可大大縮短退火的時間。,完全退火的缺點：所需時間很長，特別是對于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，往往需要幾十小時,解決： 為了縮短退火時間，可采用等溫退火。,5.3 鋼的退火和正火,可見等溫退火所需時間比完全退火縮短很多。,等溫溫度根據(jù)要求的組織和性能而定：等溫溫度越高，則珠光體組織越粗大，鋼的硬度越低。,返回,5.3 鋼的退火和正火,球化退火目的：使Fe3C球化，降低硬度； 提高韌性，改善切削加工性； 為以后淬火做準備。 實質(zhì)：通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，球化退火后的組

18、織是由鐵素體和球狀滲碳體組成的球狀珠光體。,5.3 鋼的退火和正火,球化退火工藝：Ac1以上20-40度保溫，緩冷,應(yīng)用范圍： 過共析鋼，共析鋼,組織：球狀P （F+球狀FeC3）,返回,5.3 鋼的退火和正火,去應(yīng)力退火目的：消除鑄、鍛、焊件、冷沖壓件 （或冷拔件）及機加工件的,切削加工或使用中的變形和開裂； 降低機器的精度； 甚至?xí)l(fā)生事故。,5.3 鋼的退火和正火,殘余內(nèi)應(yīng)力。,將工件隨爐緩慢加熱至500650（A1點 ），保溫一段時間后隨爐緩慢冷卻，至200出爐空冷。,退火溫度愈高， 內(nèi)應(yīng)力消除越充分， 退火所需的時間越短。,在去應(yīng)力退火中不發(fā)生相變。,返回,5.3 鋼的退火和正火,為

19、減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分和組織不均勻性，將其加熱到略低于固相線（固相線以下100 200 ）的溫度，長時間保溫（10h15h），并進行緩慢冷卻的熱處理工藝，稱為擴散退火或均勻化退火。,返回,5.3 鋼的退火和正火,擴散退火后鋼的晶粒很粗大，因此一般再進行完全退火或正火處理。,正火：將工件加熱到Ac3或Accm以上3080，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。,冷速快（空冷），組織細，強/硬度提高。,應(yīng)用范圍廣,保溫溫度高,5.3 鋼的退火和正火,共析鋼正火后組織：S， 而退火后組織：P。,5.3 鋼的退火和正火,正火的應(yīng)用,（2）用于低、中碳鋼作為預(yù)先熱處理，得合適的硬度便于切削加工。,（3）

20、用于過共析鋼，消除網(wǎng)狀Fe3C，有利于球化退火的進行。,（1）用于普通結(jié)構(gòu)零件，作為最終熱處理，細化晶粒提高機械性能。,返回,5.3 鋼的退火和正火,（2）從使用性能上考慮 如工件性能要求不太高，隨后不再進行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機械性能。 但若零件的形狀比較復(fù)雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險，應(yīng)采用退火。,（3）從經(jīng)濟上考慮 正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，操作簡便，故在可能的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮正火。,（1）從切削加工性上考慮 一般金屬的硬度在HB170230范圍內(nèi)，切削性能較好。高則過硬，難加工，刀具磨損快；低則切屑不易斷，刀具發(fā)熱和磨損，加工后零件表面粗糙度大。 對于低、中

21、碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預(yù)先熱處理比較合適， 高碳結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和中碳以上合金鋼則以退火為宜。,5.3 鋼的退火和正火,正火和退火工藝總結(jié),5.3 鋼的退火和正火,退火：完全退火(等溫退火)、不完全退火(球化退 火)、擴散退火、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火。 正火：空冷、吹風(fēng)冷、噴霧冷。,淬火的定義和目的 鋼的淬火工藝 鋼的淬透性,5.3 鋼的淬火,5.3 鋼的淬火,概念：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上3050，保溫一定時間，然后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體（或下貝氏體）的一種操作。 目的：獲得馬氏體（或下貝氏體） 。,下,板條,針狀,返回,淬火加熱溫度的選擇 淬火冷卻介質(zhì) 淬火方法 中國古

22、代淬火技術(shù),5.3 鋼的淬火,返回,淬火加熱溫度是淬火工藝的主要參數(shù)。它的選擇應(yīng)以得到均勻細小的奧氏體晶粒為原則，以使淬火后獲得細小的馬氏體組織。為防止奧氏體晶粒粗化，淬火加熱溫度一般限制在臨界點以上30一50范圍。,淬火加熱溫度的選擇,亞共析鋼: 溫度：Ac3(3050)。 組織：均勻細小的馬氏體組織。,溫度過高:粗大馬氏體組織，嚴重變形 溫度過低:組織中出現(xiàn)鐵素體，硬度不足。,“軟點”,淬火加熱溫度的選擇,共析鋼和過共析鋼 溫度： Ac1(3050) 組織：共析鋼: 均勻細小 M+少量 A 過共析鋼: 均勻細小 M+粒狀 Fe3C+少量 A 有利于獲得最佳硬度和耐磨性。,溫度過高：粗大的M

23、+較多A，降低了鋼的硬度和耐磨性，增大淬火變形和開裂傾向。 溫度過低：？,淬火加熱溫度的選擇,淬火加熱溫度的選擇,為得到馬氏體組織，淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度Vk。但這必然會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，往往會引起工件變形和開裂，為此人們提出了理想的淬火冷卻曲線 。,淬火加熱溫度的選擇,返回,在“鼻尖”溫度以上，在保證不出現(xiàn)珠光體類型組織的前提下，可以盡量緩冷；在“鼻尖”溫度附近則必須快冷，以躲開“鼻尖”，保證不產(chǎn)生非馬氏體相變；而在Ms點附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉(zhuǎn)變時的相變應(yīng)力。,淬火冷卻介質(zhì),淬火冷卻介質(zhì),生產(chǎn)中常用的淬火介質(zhì),淬火冷卻介質(zhì),單液淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入一種介質(zhì)中連續(xù)冷

24、卻獲得馬 氏體組織的一種淬火方法 雙液淬火：是先將奧氏體化后的鋼件淬入冷卻能力較強的介質(zhì)中冷 至接近MS點溫度時快速轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷 卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變。 分級淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入稍高于MS點溫度的鹽浴中， 保持到工件內(nèi)外溫度接近后取出，使其在緩慢冷卻條件 下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。 等溫淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入高于MS點溫度的鹽浴中，等 溫保持，以獲得下貝氏體組織的一種淬火工藝。,淬火冷卻介質(zhì),直徑為10 mm 的共析鋼小試樣加熱 Ac+ 60 ，用圖1-6 所示的冷卻曲線進行冷卻，分析其所得到的組織，說明各屬于什么熱處理方法。,答： a M + A單液淬火 b M +

25、 A分級淬火 c T + M + A油冷淬火 d 下B 等溫淬火 e S 正火 f P 完全退火 g P 等溫退火,亞共析鋼 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變,爐冷 F + P 空冷 F + S 油冷 T + M 水冷 M,過共析鋼 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變,爐冷 P + Fe3C 空冷 S + Fe3C 油冷 T + M + A 水冷 M + A,返回,中國在春秋晚期已掌握冶鐵技術(shù)。戰(zhàn)國時期，冶鐵業(yè)已逐漸盛行，到了晚期，不僅能煉出高碳鋼，并掌握了淬火技術(shù)，于是開始進入以鐵兵器代替銅兵器的時代。戰(zhàn)國晚期還出現(xiàn)了鐵制鎧甲。,西漢史記天官書中有“水與火合為淬”一說， 正確地說出了鋼鐵加熱、水冷的淬火熱處理工藝要點。 漢書王褒傳中

26、記載有“清水淬其鋒”的制劍技術(shù)。 明代科學(xué)家宋應(yīng)星在天工開物一書中對鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝作了詳細的論述。,返回,鋼的淬透性,一、淬透性的概念,鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，其大小可用鋼在一定條件下淬火獲得淬透層的深度表示。淬透層越深，表明鋼的淬透性越好。,（a）,（b）,（c）,淬火得M組織,淬火后未得M組織,淬透性與淬硬性？,淬透性是鋼淬火時獲得M的能力！,淬硬性是鋼淬火獲得M的硬度！,淬透性與具體工件的淬透深度？,淬透性是鋼的一種屬性，在相同的奧氏體化溫度下淬火時，其淬透性是不變的！,具體工件的淬透深度是指在實際生產(chǎn)條件下得到半馬氏體區(qū)至工件表面的距離，是不確

27、定的，受淬透性、工件尺寸、冷卻介質(zhì)等的影響。,鋼的淬透性,二、淬透性的影響因素,主要為化學(xué)成分，除Co外，合金使VK , 淬透性 奧氏體的均勻性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都會影響淬透性,鋼的淬透性,三、淬透性的測定及表示方法,測定鋼的淬透性的最常用的方法是末端淬火法（簡稱端淬法）。先將標準試樣加熱至奧氏體化溫度，停留30 40min，然后迅速放在端淬試驗臺上噴水冷卻，從試樣的末端開始向上測量硬度值，得出硬度沿軸線方向的分布。,淬透性實驗,鋼的淬透性,四、淬透性曲線的應(yīng)用,根據(jù)淬透性曲線可以比較不同鋼種的淬透性大小 利用淬透性曲線可以確定鋼棒的臨界淬火直徑 利用淬透性曲線可推導(dǎo)圓鋼淬火后橫

28、截面上的硬度分布 淬透性與機械設(shè)計,鋼的淬透性,5.5 鋼的回火,回火的主要目的是： 降低脆性 穩(wěn)定組織和工件尺寸 獲得要求的機械性能,回火是將淬火鋼加熱到臨界點Acl以下的某一溫度，保溫后以適當方式冷卻到室溫的一種熱處理工藝。,一、淬火鋼在回火時的轉(zhuǎn)變與回火組織,1.淬火鋼在回火時的轉(zhuǎn)變,殘余奧氏體轉(zhuǎn)變 200-300 ,碳化物的轉(zhuǎn)變 250-400 ,滲碳體聚集長大和相再結(jié)晶 400 以上,馬氏體分解 80-350 ,第五章 鋼的熱處理,2. 回火組織,碳鋼的主要回火組織分為三類： 回火馬氏體 回火托氏體 回火索氏體,二、回火鋼的性能,淬火鋼在回火過程中，回火溫度回火組織鋼的性能之間存在著

29、一一對應(yīng)關(guān)系。 回火溫度越高，鋼的硬度越低 在較低溫度（200-300）回火時，因淬火引起的內(nèi)應(yīng)力被消除，鋼的屈服強度和抗拉強度都得到提高。,第五章 鋼的熱處理,三、回火種類,淬火鋼回火后的組織和性能決定于回火溫度。按回火溫度范圍的不同，可將鋼的回火分為三類： 低溫回火：回火溫度范圍一般為150250，得到回火馬氏體組織。（HRC58-64） 中溫回火：回火溫度范圍通常為350500，得到回火托氏體組織。 （HRC35-45） 高溫回火：回火溫度范圍通常為500650，得到回火索氏體組織。 （HRC25-35）,調(diào)質(zhì)處理,四、回火脆性,1. 低溫回火脆性 淬火鋼在250400溫度范圍內(nèi)回火出現(xiàn)

30、的脆性稱為低溫回火脆性，也叫第一類回火脆性。 2. 高溫回火脆性 淬火鋼在500-650溫度范圍內(nèi)回火出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性，又叫第二類回火脆性。,不可逆回火脆性,可逆回火脆性，快速冷卻可消除,5.6 鋼的表面淬火,概念：表面淬火是采用快速加熱的方法使工件表面奧氏體化，然后快冷獲得表層淬火組織，而心部仍保持原來組織的一種熱處理工藝。 應(yīng)用：中低碳鋼和中低碳合金鋼 特點： a. 加熱速度快 (幾秒幾十秒) b. 加熱時實際晶粒細小，淬火得到極細馬氏體 c. 殘余壓應(yīng)力，提高壽命 d. 不易氧化、脫碳、變形小 e. 工藝易控制，設(shè)備成本高,表面淬火方法 1. 感應(yīng)加熱表面淬火（）（） 2. 火

31、焰加熱表面淬火 3.接觸電阻加熱表面淬火 4.電解液加熱表面淬火 5.激光加熱表面淬火,5.6 鋼的表面淬火,感應(yīng)加熱表面淬火,圖5-28 感應(yīng)加熱表面淬火示意圖,感應(yīng)加熱的基本原理 感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理，使工件表面產(chǎn)生密度很高的感應(yīng)電流，將工件表層迅速加熱。 2. 感應(yīng)加熱表面淬火的種類 1)高頻感應(yīng)加熱表面淬火 2) 中頻感應(yīng)加熱表面淬火 3) 工頻感應(yīng)加熱表面淬火,火焰加熱表面淬火,激光表面處理示例,核電站閥門蓋修復(fù),船用阻尼套激光強化,齒圈激光淬火,齒弧激光表面處理,電解液加熱表面淬火,將工件淬火部位浸入電解液中，工件接陰極，電解槽接陽極。 接較高電壓的直流電后，電解液發(fā)生電解，

32、在陰極上生成氫氣，圍繞工件表面形成氫氣膜，電流流經(jīng)電阻大的氫氣膜時產(chǎn)生大量的熱量。迅速將浸入的工件表面層加熱到淬火溫度；斷電后氫氣膜消失，電解液變?yōu)槔鋮s介質(zhì)，使工件表面層淬火。,電接觸加熱表面淬火,5.7 鋼的化學(xué)熱處理,一、化學(xué)熱處理的基本過程,化學(xué)熱處理過程是一個比較復(fù)雜的過程。一般將它看成由滲劑的分解、工件表面對活性原子的吸收和滲入工件表面的原子向內(nèi)部擴散三個基本過程組成。,二、鋼的滲碳,將低碳鋼放人滲碳介質(zhì)中，在900950加熱保溫，使活性碳原子滲入鋼件表面以獲得高碳滲層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲碳。 主要目的是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲勞強度，同時保持心部具有一定強度和良好的塑性與韌性。,1. 滲碳方法,氣體滲碳固體滲碳液體滲碳,第五章 鋼的熱處理,2. 滲碳層成分、組織和厚度,低碳鋼滲碳后，表層含碳量可達過共析成分，由表往里碳濃度逐漸降低，直至滲碳鋼的原始成分 滲碳件緩冷后，表層組織為珠光體加二次滲碳體；心部為鐵素體加少量珠光體組織；兩者之間為過渡層，越靠近表層鐵素體越少 一般規(guī)定，從表面到過渡層一半處的厚度為滲碳層的厚度。,3. 滲碳后的熱處理,