航空航天材料工程-6-鋼的熱處理

第3章鋼的熱處理,改善鋼的性能，主要有兩條途徑：一是合金化，這是第4章研究的內(nèi)容。二是熱處理，這是本章要研究的內(nèi)容。,供應(yīng)窄帶鋼行業(yè)熱處理設(shè)備,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.6鑄鐵的熱處理,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.1.1熱處理的概念3.1.2熱處理特點和適用范圍3.1.3熱處理分類3.1.4臨界溫度與實際轉(zhuǎn)變溫度3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.6鑄鐵的熱處理,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.1.1熱處理的概念3.1.2熱處理特點和適用范圍3.1.3熱處理分類3.1.4臨界溫度與實際轉(zhuǎn)變溫度3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.6鑄鐵的熱處理,定義:熱處理是指將鋼在固態(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。,3.1概述,3.1.1熱處理的概念,熱處理作用：大幅度地改善金屬材料的工藝性能和使用性能。,例如45號鋼熱軋鋼板硬度18HRC860加熱，水冷硬度55HRCT10鋼760加熱，爐冷硬度20HRC760加熱，水冷硬度65HRC,熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用。在機床制造中約6070%的零件要經(jīng)過熱處理。在汽車、拖拉機制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)7080%。模具、滾動軸承100%需經(jīng)過熱處理。重要零件都需適當(dāng)熱處理后才能使用。,3.1概述,滾動軸承,3.1.1熱處理的概念,為什么熱處理后材料性能會改變？熱處理后材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)（組織）發(fā)生變化，使材料性能改變。問題1：加熱、冷卻時材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)如何變化（熱處理原理）？問題2：熱處理工藝有哪些？工程實際中有何應(yīng)用？,3.1概述,3.1.1熱處理的概念,熱處理工藝曲線:用溫度時間坐標(biāo)表示的熱處理過程。,3.1概述,3.1.1熱處理的概念,熱處理原理描述熱處理時鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律稱熱處理原理。熱處理工藝根據(jù)熱處理原理制定的溫度、時間、介質(zhì)等參數(shù)稱熱處理工藝。,3.1.1熱處理的概念,(a)940淬火+220回火（板條M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板條M+條狀F+A少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板條M回+條狀F+A少）(f)780淬火+220回火（板條M回+塊狀F）20CrMnTi鋼不同熱處理工藝的顯微組織,3.1概述,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.1.1熱處理的概念3.1.2熱處理特點和適用范圍3.1.3熱處理分類3.1.4臨界溫度與實際轉(zhuǎn)變溫度3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.6鑄鐵的熱處理,熱處理特點熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點是只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。熱處理適用范圍只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強化。,3.1概述,3.1.2熱處理特點和適用范圍,第4章鋼的熱處理,3.1概述3.1.1熱處理的概念3.1.2熱處理特點和適用范圍3.1.3熱處理分類3.1.4臨界溫度與實際轉(zhuǎn)變溫度3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.6鑄鐵的熱處理,預(yù)備熱處理與最終熱處理預(yù)備熱處理為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）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。,3.1熱處理分類,依加熱、冷卻方式等不同，將熱處理工藝分類如下：,3.1熱處理分類,第4章鋼的熱處理,3.1概述3.1.1熱處理的概念3.1.2熱處理特點和適用范圍3.1.3熱處理分類3.1.4臨界溫度與實際轉(zhuǎn)變溫度3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.6鑄鐵的熱處理,在鐵碳相圖中PSKA1線，GSA3線，ESAcm線。均稱為臨界溫度實際加熱或冷卻時存在著過冷或過熱現(xiàn)象鋼加熱時的實際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表示。冷卻時的實際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示。,因加熱冷卻速度直接影響轉(zhuǎn)變溫度，因此一般手冊中的數(shù)據(jù)是以30-50/h的速度加熱或冷卻時測得的。,3.1.4臨界溫度與實際轉(zhuǎn)變溫度,3.1概述,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.2.1奧氏體的形成過程3.2.2奧氏體晶粒長大及其影響因素3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.6鑄鐵的熱處理,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.2.1奧氏體的形成過程3.2.2奧氏體晶粒長大及其影響因素3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.6鑄鐵的熱處理,加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種：一種是在A1以下加熱，不發(fā)生相變。另一種是將鋼加熱至臨界相變溫度Ac1以上，以獲得全部或部分奧氏體組織，該過程稱為奧氏體化。,3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變,3.2.1奧氏體的形成過程,鋼坯加熱,奧氏體化是一個形核和長大的過程，分為四步。現(xiàn)以共析鋼為例說明,3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變,當(dāng)共析鋼加熱溫度高于Ac1時，珠光體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體,方,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大：A晶核通過鐵、碳原子的擴散向F和Fe3C方向長大。第三步殘余Fe3C溶解：鐵素體的成分、結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時間延長繼續(xù)溶解直至消失。第四步奧氏體成分均勻化:Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，原鐵素體處碳濃度低，因而，要通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻。,奧氏體化的四個過程,3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變,3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變,奧氏體組織,亞共析鋼的奧氏體化過程,3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變,亞共析鋼F+P組織,奧氏體組織,Ac3以上,Ac1Ac3,A+F,A,P+F,過共析鋼的奧氏體化過程,3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變,過共析鋼P+Fe3C組織,奧氏體組織,Accm以上,Ac1Accm,A+FeC3,A,P+FeC3,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.2.1奧氏體的形成過程3.2.2奧氏體晶粒長大及其影響因素3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.6鑄鐵的熱處理,奧氏體晶粒長大隨加熱溫度升高或保溫時間延長，奧氏體晶粒將進(jìn)一步長大，這也是一個自發(fā)的過程。起始晶粒度奧氏體化剛結(jié)束時的晶粒度稱起始晶粒度，此時晶粒細(xì)小均勻。實際晶粒度在某一具體熱處理或熱加工條件下的奧氏體的晶粒度。本質(zhì)晶粒度鋼加熱到93010、保溫8小時、冷卻后測得的晶粒度。,3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變,3.2.2奧氏體晶粒長大及其影響因素,實際晶粒度的大小，決定了鋼的性能。,表征鋼在加熱時奧氏體晶粒長大的傾向。,如果測得的晶粒細(xì)小（5-8級)，則該鋼稱為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼,如果測得的晶粒粗大（1-4級)，則該鋼稱為本質(zhì)粗晶粒鋼,3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變,影響奧氏體晶粒長大的因素加熱溫度和保溫時間鋼的成分控制加熱速度,溫度越高，或在一定溫度下保溫時間越長，奧氏體晶粒越粗大。,本質(zhì)粗晶粒鋼,本質(zhì)細(xì)晶粒鋼,奧氏體中碳含量增高，晶粒長大傾向增大。加入鈦、釩、鈮、鋯、鋁等元素，阻礙晶粒長大，有利于得到本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。錳和磷促進(jìn)晶粒長大。,加熱速度越高，晶粒越細(xì)小,3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變,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。加熱保溫得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問題之一。,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.3.1過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變3.3.2過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變3.3.3影響C曲線的因素3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.6鑄鐵的熱處理,A1,t,等溫冷卻,連續(xù)冷卻,完成相變和組織變化過冷奧氏體：在A1以下，未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體。,在鋼的熱處理工藝中，被加熱之奧氏體有兩種冷卻方式,t,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.3.1過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變3.3.2過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變3.3.3影響C曲線的因素,A1線為相變臨界溫度，Ms和Mf分別為馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度和終了溫度。A1線以上為奧氏體穩(wěn)定存在區(qū)；Ms線以下為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)；A1與Ms間的區(qū)域為過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變區(qū),孕育期-表示過冷A的穩(wěn)定程度孕育期長短過冷度（相變驅(qū)動力）原子擴散能力,冷卻是熱處理更重要的工序。鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變實質(zhì)上是過冷A的轉(zhuǎn)變。,共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變,（a）珠光體（高溫）轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度范圍A1550珠光體組成F和Fe3C的機械混合物滲碳體呈層片狀分布在鐵素體基體上形成特點在固態(tài)下形核、長大,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,是擴散型相變（原子擴散能力強，通過碳、鐵原子的擴散和晶體結(jié)構(gòu)的重構(gòu)來實現(xiàn)）,共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變,（a）珠光體（高溫）轉(zhuǎn)變形態(tài)層片狀，根據(jù)粗細(xì)不同，分為A1650：珠光體P650600：索氏體S（細(xì)P）600550：托氏體T（極細(xì)P，又稱屈氏體）轉(zhuǎn)變溫度越低，層間距越小。,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,珠光體型組織的光學(xué)顯微鏡照片,珠光體,索氏體,屈氏體,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,珠光體3800倍索氏體8000倍屈氏體8000倍珠光體型組織的掃描電鏡照片,珠光體的性能片間距越小，鋼的強度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,（b）貝氏體（中溫）轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度范圍550MS貝氏體組成過飽和F和Fe3C的機械混合物。,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,（b）貝氏體（中溫）轉(zhuǎn)變形成特點原子擴散能力較弱；過冷度較大，主要通過相變驅(qū)動力來改變晶格結(jié)構(gòu)半擴散型相變（鐵原子難擴散，碳原子通過擴散形成碳化物）形態(tài)550350：碳原子有一定的擴散能力，上貝氏體B上350Ms：碳原子擴散能力更弱，下貝氏體B下,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,上貝氏體形貌（羽毛狀）,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,光鏡下,電鏡下,光鏡下：在鐵素體片的晶界上析出不連續(xù)短桿狀的滲碳體，形似羽毛，分辨不清條間的滲碳體粒子。電鏡下觀察：滲碳體沿條的長軸方向排列成行。,下貝氏體形貌（竹葉狀黑針狀）,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,光鏡下,電鏡下,光學(xué)顯微鏡下：鐵素體相呈針狀或片狀，針與針之間相交一定角度，分辨不清碳化物。電鏡下，可看出滲碳體呈斷續(xù)條狀，在晶內(nèi)沿著與片的長軸相夾5565的方位排列。,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,下貝氏體,貝氏體組織的透射電鏡形貌,（b）貝氏體（中溫）轉(zhuǎn)變性能轉(zhuǎn)變F片細(xì)，過飽和度，F(xiàn)e3C細(xì)小，彌散度HB，b，耐磨性，塑、韌性好,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,上貝氏體強度、塑性、韌性都較差，無使用價值。,下貝氏體強韌性好，是生產(chǎn)上常用的強化組織之一。,(c)過冷奧氏體的低溫轉(zhuǎn)變重點內(nèi)容馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)：轉(zhuǎn)變溫度在MsMf之間。Ms-馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度Mf-馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度過冷A快速冷卻到Ms溫度以下，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,馬氏體轉(zhuǎn)變觀察,馬氏體轉(zhuǎn)變特點過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（M）是一種非擴散型轉(zhuǎn)變,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,鐵、碳原子失去擴散能力。過冷度大，相變驅(qū)動力改變過冷A的晶格結(jié)構(gòu)。鐵原子沿奧氏體一定晶面，集體地按一定角度進(jìn)行切變，使面心立方晶格改組為體心正方晶格。碳原子原地不動，過飽和地留在新組成的晶胞中，增大了其正方度c/a。,馬氏體轉(zhuǎn)變特點過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（M）是一種非擴散型轉(zhuǎn)變,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,馬氏體本質(zhì)碳在-Fe中的過飽和固溶體。晶格為體心正方晶格。過飽和碳使-Fe的晶格發(fā)生很大畸變，產(chǎn)生很強的固溶強化。,馬氏體轉(zhuǎn)變特點馬氏體變溫形成，形成速度很快,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,奧氏體冷卻到Ms點以下后，無孕育期,瞬時轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。隨著溫度下降，過冷A不斷轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,是一個連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變過程。冷卻中斷，轉(zhuǎn)變隨即停止。,馬氏體轉(zhuǎn)變特點馬氏體形成時體積膨脹,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,體積膨脹在鋼中造成很大的內(nèi)應(yīng)力,嚴(yán)重時導(dǎo)致變形和開裂。,馬氏體轉(zhuǎn)變特點馬氏體轉(zhuǎn)變不徹底,3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,總要殘留少量奧氏體。殘余奧氏體的含量與MS、Mf的位置有關(guān)。奧氏體中的碳含量越高，則MS、Mf越低，殘余A含量越高。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)400,過飽和-Fe,碳化物,回火M,過飽和F,細(xì)Fe3C,回火T,多邊形塊狀F,顆粒Fe3C,回火S,再結(jié)晶,殘留奧氏體在200-300下轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，鋼的硬度下降,硬度,強度、硬度，韌性,3.4鋼的基本熱處理工藝,回火馬氏體,在光學(xué)顯微鏡下M回為黑色，A為白色析出的碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏體基體上,光鏡下,TEM,3.4鋼的基本熱處理工藝,回火屈氏體,在保持馬氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀組織,3.4鋼的基本熱處理工藝,回火索氏體,光鏡下,電鏡下,鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅卧诙噙呅舞F素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織,3.4鋼的基本熱處理工藝,淬火鋼回火時馬氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、殘余奧氏體量、內(nèi)應(yīng)力及碳化物尺寸隨溫度的變化規(guī)律,3.4鋼的基本熱處理工藝,回火時的性能變化總的趨勢是隨回火溫度提高，鋼的強度、硬度下降，塑性、韌性提高。,40鋼機械性能與回火溫度的關(guān)系,3.4鋼的基本熱處理工藝,回火時的性能變化總的趨勢是隨回火溫度提高，鋼的強度、硬度下降，塑性、韌性提高。,回火脆性鋼在250-350和500-600兩個溫度區(qū)間回火后,鋼的沖擊韌度明顯下降。,3.4鋼的基本熱處理工藝,第一類回火脆性（250400）每種鋼都有，難以避免回火溫度禁區(qū)。原因：碳化物沿馬氏體晶界析出，破壞了馬氏體間的連續(xù)性,第二類回火脆性（500600）含Cr、Mn、Ni的鋼明顯。原因：合金元素在晶界處偏聚可以消除：鋼中加Mo、W或回火后快冷。,3.4鋼的基本熱處理工藝,回火的種類低溫回火（150250）組織：回火M極細(xì)碳化物+過飽和相目的：內(nèi)應(yīng)力，脆性，保持高硬度和耐磨性適用：工具，量具，軸承（高碳鋼，滲碳件，表面淬火件）一般硬度：HRC5862,3.4鋼的基本熱處理工藝,需經(jīng)低溫回火處理后使用的零件,3.4鋼的基本熱處理工藝,回火的種類低溫回火（150250）組織：回火M極細(xì)碳化物+過飽和相目的：內(nèi)應(yīng)力，脆性，保持高硬度和耐磨性適用：工具，量具，軸承（高碳鋼，滲碳件，表面淬火件）一般硬度：HRC5862,中溫回火（350500）組織：回火T針狀過飽和F+極細(xì)Fe3C目的：獲得高s，e適用：彈簧，扳手（中高碳鋼）一般硬度：HRC3545,3.4鋼的基本熱處理工藝,需經(jīng)中溫回火處理后使用的零件,3.4鋼的基本熱處理工藝,回火的種類低溫回火（150250）組織：回火M極細(xì)碳化物+過飽和相目的：內(nèi)應(yīng)力，脆性，保持高硬度和耐磨性適用：工具，量具，軸承（高碳鋼，滲碳件，表面淬火件）一般硬度：HRC5862,中溫回火（350500）組織：回火T針狀過飽和F+極細(xì)Fe3C目的：獲得高s，e適用：彈簧，扳手（中高碳鋼）一般硬度：HRC3545,高溫回火（500650）組織：回火S塊狀F+粒狀Fe3C目的：獲得良好的綜合機械性能適用：軸，齒輪，螺栓等重要結(jié)構(gòu)件（中碳鋼）一般硬度：HRC2535,淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì),3.4鋼的基本熱處理工藝,需經(jīng)高溫回火處理后使用的零件,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.5.1鋼的表面淬火3.5.2.鋼的化學(xué)熱處理3.6鑄鐵的熱處理,化學(xué)熱處理,表面淬火,對軸、齒輪、凸輪的機械性能要求,表面：硬，耐磨，耐疲勞,M,心部：塑，韌，耐沖擊,F，P,解決思路：,選材,低（或高）淬透性材料、低（或高）碳鋼,工藝,只改變表層組織,同時改變表層組織、成分,表面熱處理,3.5鋼的表面熱處理,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.5.1鋼的表面淬火3.5.2.鋼的化學(xué)熱處理3.6鑄鐵的熱處理,表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化，當(dāng)熱量還未傳至內(nèi)層時，就進(jìn)行淬火以強化零件表面的熱處理方法。,3.5鋼的表面熱處理,3.5.1鋼的表面淬火,適用范圍承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。中碳鋼（0.4-0.5%C）或鑄鐵含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過高,心部韌性下降。一般用正火或調(diào)質(zhì)作為預(yù)備熱處理。,3.5鋼的表面熱處理,機床導(dǎo)軌,表面淬火齒輪,常用加熱方法感應(yīng)加熱（最為常用）利用交變電流的集膚效應(yīng)在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱。,3.5鋼的表面熱處理,感應(yīng)加熱表面淬火示意圖,常用加熱方法感應(yīng)加熱（最為常用）高頻感應(yīng)加熱（頻率為250-300KHz,淬硬層深度0.5-2mm）,3.5鋼的表面熱處理,感應(yīng)加熱的感應(yīng)圈,常用加熱方法感應(yīng)加熱（最為常用）高頻感應(yīng)加熱（頻率為250-300KHz,淬硬層深度0.5-2mm）中頻感應(yīng)加熱（頻率為2.5-8KHz,淬硬層深度2-10mm）,3.5鋼的表面熱處理,中頻感應(yīng)加熱的感應(yīng)圈,常用加熱方法感應(yīng)加熱（最為常用）高頻感應(yīng)加熱（頻率為250-300KHz,淬硬層深度0.5-2mm）中頻感應(yīng)加熱（頻率為2.5-8KHz,淬硬層深度2-10mm）工頻感應(yīng)加熱（頻率為50Hz,淬硬層深度10-15mm）,3.5鋼的表面熱處理,600毫米直徑冷軋輥工頻感應(yīng)加熱淬火,3.5鋼的表面熱處理,各式感應(yīng)加熱,感應(yīng)加熱表面熱處理的特點高頻感應(yīng)加熱時，加熱速度快、時間短、表面氧化、脫碳較小，生產(chǎn)率較高。表面層淬得馬氏體后,由于體積膨脹在工件表面層造成較大的殘余壓應(yīng)力,顯著提高工件的疲勞強度。表層組織細(xì)小，表面硬度較高，且脆性較低。工件變形較小。,3.5鋼的表面熱處理,感應(yīng)加熱表面熱處理的組織淬火后：表面：馬氏體，心部：組織不變。如先經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，心部組織為回火索氏體。低溫（180-200）回火后：表面：M回火，降低淬火應(yīng)力，保持高硬度和高耐磨性。心部：S回火，保證強韌性。感應(yīng)加熱表面熱處理的工程應(yīng)用用于中碳鋼和中碳低合金鋼,如45、40Cr、40MnB等用于齒輪、主軸、曲軸等零件表面硬化，提高耐磨性,3.5鋼的表面熱處理,常用加熱方法感應(yīng)加熱（最為常用）火焰加熱利用乙炔火焰直接加熱工件表面。成本低，質(zhì)量不易控制。,3.5鋼的表面熱處理,火焰加熱淬火,常用加熱方法感應(yīng)加熱（最為常用）火焰加熱激光加熱淬火利用高能量密度的激光對工件表面進(jìn)行加熱。效率高，質(zhì)量好。,3.5鋼的表面熱處理,齒形表面激光淬火處理,第3章鋼的熱處理,3.1概述3.2鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的基本熱處理工藝3.5鋼的表面熱處理3.5.1鋼的表面淬火3.5.2.鋼的化學(xué)熱處理,3.6鑄鐵的熱處理,化學(xué)熱處理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面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進(jìn)表面性能，滿足技術(shù)要求的熱處理過程。與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。,3.5鋼的表面熱處理,3.5.2鋼的化學(xué)熱處理,主要類型滲碳滲氮碳氮共滲滲硫滲硼滲鉻,3.5鋼的表面熱處理,主要介紹滲碳，滲氮和碳氮共滲,化學(xué)熱處理的基本過程在較高的溫度下一定介質(zhì)(滲劑)的分解分解的同時釋放出活性原子。滲碳：CH42H2+C滲氮：2NH33H2+2N工件表面的吸收活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。原子向內(nèi)部擴散。,氮化擴散層,3.5鋼的表面熱處理,鋼的滲碳向鋼的表面滲入碳原子的工藝目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強度。同時保持心部良好的韌性。滲碳用鋼含0.1-0.25%C的低碳鋼或低碳合金鋼。如20，20Cr，20CrMnTi等,3.5鋼的表面熱處理,經(jīng)滲碳的機車從動齒輪,滲碳方法氣體滲碳,3.5鋼的表面熱處理,將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。滲劑為氣體(煤氣、液化氣等)或有機液體(煤油、甲醇等)。優(yōu)點:質(zhì)量好,效率高。缺點:滲層成分與深度不易控制。,氣體滲碳爐,氣體滲碳裝置示意圖,滲碳方法氣體滲碳固體滲碳,3.5鋼的表面熱處理,將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。滲劑：木炭。優(yōu)點：操作簡單；缺點：滲速慢，勞動條件差。,滲碳回火爐,滲碳方法氣體滲碳固體滲碳真空滲碳法,3.5鋼的表面熱處理,將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。優(yōu)點:表面質(zhì)量好,滲碳速度快。,真空滲碳爐,滲碳溫度：900-950。滲碳層厚度（由表面到過渡層一半處的厚度）：一般為0.5-2mm。滲碳層表面含碳量：以0.85-1.05為最好。滲碳緩冷后組織：表層：P+網(wǎng)狀Fe3C心部：F+P中間：過渡區(qū),3.5鋼的表面熱處理,低碳鋼滲碳緩冷后的組織,滲碳后的熱處理預(yù)冷直接淬火+低溫回火滲碳后預(yù)冷到略高于Ar1溫度直接淬火，然后低溫回火。組織較粗大，預(yù)冷可減少滲碳層殘余A，但心部有F組織：表面：高碳M回+碳化物+殘余A心部：F+低碳M回,3.5鋼的表面熱處理,滲碳后的熱處理一次淬火+低溫回火滲碳緩冷后，重新加熱到臨界溫度以上保溫后淬火，然后低溫回火。,3.5鋼的表面熱處理,受載不大但表面性能要求較高的零件,淬火溫度Ac1以上30-50,使表層晶粒細(xì)化。組織：表面：高碳M回+碳化物+殘余A（少量）心部：F+低碳M回,3.5鋼的表面熱處理,心部組織要求高時，淬火加熱溫度略高于Ac3。組織：表面：高碳M回+殘余A（較多）心部：低碳M回,滲碳后的熱處理二次淬火+低溫回火滲碳緩冷后，第一次加熱為Ac3+30-50，細(xì)化心部。第二次表面加熱為Ac1+30-50，細(xì)化表層。,3.5鋼的表面熱處理,二次淬火后的組織（較為理想）表面：高碳M回+碳化物+殘余A（少量）心部：低碳M回滲碳后的性能表面硬度高表面硬度58-64HRC以上，耐磨性好；心部硬度30-45HRC，心部強韌。疲勞強度高表層體積膨脹大，心部體積膨脹小，表層中造成壓應(yīng)力，零件的疲勞強度提高。,3.5鋼的表面熱處理,實際應(yīng)用20、20Cr、20CrMnTi等低碳鋼和低