機(jī)械制造基礎(chǔ)-鋼的熱處理-加熱和冷卻過(guò)程.ppt

鋼的熱處理,1、定義：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝。,1 鋼的熱處理定義,機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過(guò)熱處理。 汽車(chē)、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。 模具、滾動(dòng)軸承100%需經(jīng)熱處理。,熱處理特點(diǎn)：只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，不改變表面形狀與尺寸。,2、熱處理的意義,3、熱處理分類(lèi) 預(yù)備熱處理為隨后的加工或進(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理。 最終熱處理賦予工件所要求的使用性能的熱處理.,4、熱處理工藝分類(lèi)如下（根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點(diǎn)不同）,重點(diǎn)掌握 1. 鋼在加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變的過(guò)程中及影響因素； 2. 共析鋼奧氏體等溫冷卻曲線(xiàn)中各條線(xiàn)的含義。 3. 奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的特點(diǎn)，冷卻速度對(duì)鋼的組織變化和最終性能的影響； 4. 各種熱處理的定義、目的、組織轉(zhuǎn)變過(guò)程，性能變化，用途和使用的鋼種、零件的范圍。,2 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變,加熱目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱(chēng)奧氏體化。,鋼坯加熱,鋼加熱時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表示;冷卻時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示。,臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度 鐵碳相圖中PSK、GS、ES線(xiàn)分別用A1、A3、Acm表示。,第一步 奧氏體晶核形成：首先在F與Fe3C相界形核。 第二步 奧氏體晶核長(zhǎng)大：A晶核通過(guò)碳原子的擴(kuò)散向F和Fe3C方向長(zhǎng)大。 第三步 殘余Fe3C溶解: 鐵素體因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)繼續(xù)溶解直至消失。 第四步 奧氏體成分均勻化：通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。,一、奧氏體的形成過(guò)程（現(xiàn)以共析鋼為例）：,共析鋼奧氏體化過(guò)程,亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)程 與共析鋼基本相同，但由于先共析F 或二次Fe3C的存在，要獲得全部奧氏體組織，必須相應(yīng)加熱到Ac3或Accm以上.,二、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響因素,奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問(wèn)題之一。,三、奧氏體晶粒大小及控制,1、晶粒度概念,2、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素 加熱溫度和保溫時(shí)間： 加熱溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)，晶粒粗大。 加熱速度： 加熱速度越快，過(guò)熱度越大，形核率越高，晶粒越細(xì)。 細(xì)化A晶粒途徑：快速加熱，短時(shí)保溫,一、鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式,3 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,二、過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變,1、 建立共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn) 變曲線(xiàn) - TTT曲線(xiàn) ( C 曲線(xiàn)，形狀像C ),(Time-Temperature-Transformation diagram),共析碳鋼 TTT 曲線(xiàn)建立過(guò)程示意圖,A1,過(guò)冷奧氏體區(qū) 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū) 轉(zhuǎn)變區(qū),2、 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變,隨過(guò)冷度不同，過(guò)冷奧氏體將發(fā)生三種類(lèi)型轉(zhuǎn)變。 珠光體轉(zhuǎn)變 貝氏體轉(zhuǎn)變 和馬氏體轉(zhuǎn)變,（1）珠光體轉(zhuǎn)變,根據(jù)片層厚薄不同，又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體。三種組織無(wú)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。,（2） 貝氏體轉(zhuǎn)變 貝氏體用符號(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）。 上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無(wú)實(shí)用價(jià)值。 下貝氏體具有良好的綜合力學(xué)性能。,（3）馬氏體轉(zhuǎn)變 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu) 碳在-Fe中的過(guò)飽和固溶體稱(chēng)馬氏體,用符號(hào)M 表示。,馬氏體組織,馬氏體的形態(tài) C%小于0.2%時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。 C%大于1.0%C時(shí)則幾乎全部是針狀馬氏體。 C%在0.21.0%之間為板條與針狀的混合組織。,馬氏體的性能 高硬度是馬氏體組織性能的主要特點(diǎn)。 馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。,3、 共析碳鋼 TTT 曲線(xiàn)的分析,穩(wěn)定的奧氏體區(qū),過(guò)冷奧氏體區(qū),A向產(chǎn) 物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn),A向產(chǎn)物 轉(zhuǎn)變終止線(xiàn),A + 產(chǎn) 物 區(qū),產(chǎn)物區(qū),A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū); 擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)。,550230;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)。,過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）,四、過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱(chēng)CCT 曲線(xiàn)，是通過(guò)測(cè)定不同冷速下過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的?？捎肨TT曲線(xiàn)定性說(shuō)明連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變情況。,共析鋼CCT曲線(xiàn),(Continuous-Cooling-Transformation),P,均勻A,細(xì)A,P,退火,(爐冷),正火,(空冷),S,淬火,(油冷),T+M+A,M+A,淬火,(水冷),五、 影響 TTT 曲線(xiàn)形狀 與位置的因素,1、奧氏體中含碳量的影響 共析鋼的過(guò)冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線(xiàn)最靠右； Ms 與Mf 點(diǎn)隨含碳量增加而下降。,2.奧氏體中含合金元素的影響 除Co 外, 凡溶入奧氏體的合金元素都使C 曲線(xiàn)右移； 除Co、Al (2.5% ) 外,所有合金