金屬材料任務(wù)四 之活動(dòng)3

1、2022-1-10任務(wù)四任務(wù)四 鋼的熱處理鋼的熱處理 熱處理的基本方法建議：6課時(shí)學(xué)習(xí)活動(dòng)3學(xué)習(xí)目的與要求學(xué)習(xí)目的與要求學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)了解、熟悉并掌握熱處理的基本方法及其種類了解、熟悉并掌握熱處理的各方法的目的、溫度、組織了解、熟悉并掌握熱處理后金屬材料的性能（與熱處理前有何不同） 熱處理的基本方法及其種類、熱處理的各方法的目的、溫度、組織、熱處理后金屬材料的性能（與熱處理前有何不同）根據(jù)工藝類型、工藝名稱和實(shí)現(xiàn)工藝的加熱將熱處理分為：根據(jù)工藝類型、工藝名稱和實(shí)現(xiàn)工藝的加熱將熱處理分為：概述：1、整體熱處理、整體熱處理退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火2、表面熱處理、表

2、面熱處理表面淬火、氣相沉積表面淬火、氣相沉積3 3、化學(xué)熱處理、化學(xué)熱處理 滲碳、氮化、碳氮共滲滲碳、氮化、碳氮共滲1、概念：將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后在爐中緩慢地冷卻的熱處理工藝。2、退火的目的： (1)降低硬度，提高切削加工性能； (2)提高塑性，便于冷變形加工； (3)細(xì)化晶?；蛳M織缺陷，改善使用性能， (4)消除鑄造偏析，均勻化學(xué)成分； (5)消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，減小變形，防止開裂； (6)消除淬火過熱影響，再進(jìn)行重新淬火; (7)脫氫，防止白點(diǎn)。2、退火的種類1）完全退火 完全退火是將亞共析鋼加熱到Ac3線以上3050C，保溫一定時(shí)間使之完全奧氏體化，隨爐冷卻至

3、500C，然后緩慢冷卻。大部分鋼的完全退火加熱溫度在780880C.1-普通退火2-等溫退火完全退火的目的： 消除組織應(yīng)力、組織缺陷、過熱缺陷；改善組織、細(xì)化晶粒；降低硬度，便于機(jī)加工；提高塑性與韌性。 這種退火主要用于亞共析鋼的鑄造、鍛造件。2）不完全退火 是將鋼加熱到Ac1Ac3（亞共析鋼）或Ac1Accm（過共析鋼），并在此溫度停留一定時(shí)間，然后緩慢冷卻。 不完全退火主要用于過共析鋼。進(jìn)行不完全退火時(shí)，加熱至Ac1Accm，此時(shí)還保留一部分未溶二次滲碳體，這些片狀的二次滲碳體在長期保溫過程中，會(huì)自發(fā)球化，保溫后緩慢冷卻，新的滲碳體析出時(shí)，就以已經(jīng)球化了的滲碳體為晶核。3）球化退火 一般采

4、用隨爐加熱值A(chǔ)c1線以上2030C，保溫一定時(shí)間使鋼中的碳化物球化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。主要用于共析鋼、過共析鋼和合金工具鋼。目的是降低硬度，均勻組織，改善切削加工性能，并為淬火組織做準(zhǔn)備。T7T12鋼球化退火工藝 4）擴(kuò)散退火 將鋼加熱到Ac3或Accm以上150300C，進(jìn)行較長時(shí)間保溫，以使成分和組織均勻化，然后緩慢冷卻。擴(kuò)散退火因加熱溫度過高保溫時(shí)間長，故退火后晶粒粗大，因此擴(kuò)散退火后還要進(jìn)行完全退火或正火處理，以細(xì)化晶粒、提高力學(xué)性能。擴(kuò)散退火用于鑄鋼件化學(xué)成分和組織不均勻。5）再結(jié)晶退火 將根據(jù)加熱至最低結(jié)晶溫度以上100200C.并適當(dāng)保溫使金屬發(fā)生在結(jié)晶。由于在結(jié)晶

5、溫度低于相變溫度，在冷卻過程中不會(huì)再發(fā)生組織變化，所以冷卻速度可比一般退火快些；再結(jié)晶的目的消除加工硬化。其主要用于經(jīng)冷變形而產(chǎn)生較高硬化的材料或零件。 6）去內(nèi)應(yīng)力退火 定義：將工件加熱到低于Ac1線的某一溫度（一般500600C）保溫足夠時(shí)間后，緩慢冷卻。 目的：主要用于消除鑄造件、鍛件、焊接件及冷變形零件的內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸，減少和防止使用過程中變形，但不改變零件的內(nèi)部組織。 適用范圍：用于所有的鋼。二）鋼的正火 1）將鋼加熱到上臨界點(diǎn)(A3、Acm)以上適當(dāng)溫度，保溫特點(diǎn)時(shí)間，進(jìn)行完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻(有時(shí)吹風(fēng)或噴霧冷卻)的熱處理過程稱為正火。 2）正火與退火相比，冷卻速度比較

6、快，接近共析成分的碳鋼(含碳量為Wc=0.6%1.4)正火后得到珠光體或索氏體的偽共析組織；中碳鋼正火后的組織是少量鐵素體加偽共析組織；對(duì)于低碳鋼，正火后的組織中珠光體量多, 片細(xì)(與退火相比較)。 3）主要應(yīng)用：）主要應(yīng)用：（1）低碳鋼和低碳合金鋼，鍛件或型材經(jīng)正火后可提高硬度（140190HBS），從而改善切削加工性能。（2）用于中碳鋼制造一般重要零件，可作為最終熱處理。主要是細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能。（3）用于過共析鋼，可抑制和消除二次滲碳體網(wǎng)的形成，有利于強(qiáng)化退火的進(jìn)行。正火與退火相比，操作簡便、生產(chǎn)周期短，能源消耗少、力學(xué)性能高，可在任何條件下進(jìn)行，應(yīng)優(yōu)先采用正火處理。 各種退火、正火

7、的加熱溫度范圍 二、鋼的淬火 鋼的淬火：是將鋼加熱到臨界點(diǎn)3050C以上，保溫一定時(shí)間進(jìn)行奧氏體化，然后在水或油中快速冷卻，使奧氏體冷卻到Ms點(diǎn)以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。鋼的淬火組織主要是馬氏體，雖然馬氏體不是熱處理所要得到的最終組織，但馬氏體再經(jīng)適當(dāng)?shù)幕鼗?，可以使鋼獲得需要的組織和使用性能，最終達(dá)到熱處理的目的。1、淬火操作方法 將鋼加熱到Ac3或Ac1線以上，保溫一段時(shí)間，然后在水、硝鹽、油或空氣中快速冷卻。 2、目的： 為了獲得高硬度的馬氏體組織。有時(shí)對(duì)某些高合金鋼（如不銹鋼、耐磨鋼）淬火是，則是為了得到單一均勻奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性。3、應(yīng)用要點(diǎn)： 一般用于含碳量大于0

8、.3%的碳鋼和合金鋼；淬火能充分發(fā)揮鋼的強(qiáng)度和耐磨性潛力，但會(huì)造成很大的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的塑性和沖擊韌性，故要進(jìn)行回火，以得到較好的綜合力學(xué)性能。 4、淬火加熱溫度： 淬火加熱溫度的確定應(yīng)以獲得晶粒細(xì)小成分均勻的奧氏體為原則，以便得到細(xì)小的馬氏體組織。（1）亞共析鋼淬火加熱溫度約為Ac3+(3050)C， 亞共析合金鋼可以是Ac3+(3070)C。 （2）對(duì)于過共析鋼，淬火前的組織應(yīng)是粒狀珠光體，淬火 加熱溫度為A1+(3050)C。 5、淬火冷卻 （1）理想的淬火冷卻速度： 淬火時(shí)，工件的冷卻速度必須大于臨界冷卻速度，才能獲得馬氏體組織。（2）冷卻介質(zhì)： 鹽水 水 油（冷卻速度） 淬火理想的冷

9、卻速度示意圖 6、淬透性 1）淬透性定義：是鋼的一種熱處理工藝性能，表征鋼在淬火時(shí)所能得到的淬硬層深度。 一般將有50%分解產(chǎn)物加50%馬氏體組織(又稱半馬氏體組織)處的深度定義為淬硬層深度，從表面到半馬氏體處又稱為淬透層。 同樣形狀和尺寸的工件，在同樣條件下淬火，由于所用的鋼種不同，淬硬層的深度不同， 淬硬層深的鋼淬透性好淬硬層深的鋼淬透性好2） 影響淬透性因素 淬透性的好壞取決于鋼的過冷奧氏體的穩(wěn)定性，過冷奧氏體穩(wěn)定性越大，分解轉(zhuǎn)變的孕育期越長，C曲線越向右移，臨界冷卻速度越小，越容易得到馬氏體，鋼的淬透性越好。亞共析鋼：C增高，淬透性提高；過共析鋼：C增高，淬透性降低； 除Co以外，溶入

10、奧氏體的合金元素，都增大奧氏體的穩(wěn)定性，使淬透性提高；A化溫度越高淬透性增大。淬透性與冷卻速度關(guān)系 3）淬透性的意義： 鋼的淬透性在生產(chǎn)中有很重要的意義。在拉壓或剪切載荷下服役的工件，希望其整個(gè)截面上性能均勻一致，由于所用鋼種的淬透性差，淬硬層淺，只有表面很淺一層強(qiáng)度高，其他部位性能低，不能充分發(fā)揮材料的潛力。所以對(duì)于截面較大的重要工件，應(yīng)選用淬透性好的鋼種，便于工件在淬火時(shí)能夠淬透，使截面獲得均勻的組織和性能。對(duì)于形狀比較復(fù)雜，或者變形要求嚴(yán)格的工件，如果選用淬透性好的鋼，可以在較緩和的淬火劑中淬火，減少淬火應(yīng)力和變形。淬透性很好的合金鋼，甚至可以在空氣中冷卻得到馬氏體組織。 （1）單液淬火

11、）單液淬火：將加熱后的零件投入一種：將加熱后的零件投入一種 冷卻冷卻 劑中冷卻至室劑中冷卻至室溫。溫。 特點(diǎn)：操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。特點(diǎn)：操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（2）雙液淬火）雙液淬火：先水后油，或先油后空氣。先水后油，或先油后空氣。 特點(diǎn)：可防止變形與開裂。特點(diǎn)：可防止變形與開裂。（3）分級(jí)淬火）分級(jí)淬火：先放入一定溫度的鹽浴或堿浴中，再空冷。先放入一定溫度的鹽浴或堿浴中，再空冷。 特點(diǎn)：有效減小內(nèi)應(yīng)力，防止變形與開裂；特點(diǎn)：有效減小內(nèi)應(yīng)力，防止變形與開裂； 但只適于小尺但只適于小尺寸工件。寸工件。4）淬火方法： 為了保證獲得所需淬火組織，又要防止變形和開裂，必須為了保證獲得所需淬火

12、組織，又要防止變形和開裂，必須采用已有的淬火介質(zhì)再配以各種冷卻方法才能解決。如下頁圖采用已有的淬火介質(zhì)再配以各種冷卻方法才能解決。如下頁圖所示。所示。（4）等溫淬火）等溫淬火 將奧氏體化的工件先置于溫度約高于Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴中冷卻，待工件內(nèi)外溫度一致后，再取出在油中或空氣中冷卻，如圖中的曲線4所示。（5）局部淬火）局部淬火（6）冷處理）冷處理5）淬火介質(zhì)三、鋼的回火 淬火狀態(tài)的鋼是不穩(wěn)定的；過飽和碳的馬氏體要發(fā)生脫溶分解；殘余奧氏體是高溫相處于過冷狀態(tài)，也要發(fā)生轉(zhuǎn)變；淬火應(yīng)力要逐漸松弛。 鋼的回火是將淬火鋼加熱至A1以下的某一溫度，保溫，然后冷卻到室溫的一種熱處理工藝。 回火可以減少或消除應(yīng)

13、力，可以根據(jù)加熱溫度調(diào)整回火后所得到的組織和性能，穩(wěn)定尺寸，使工件達(dá)到服役狀態(tài)的要求。 100C M未分解,組織：M+殘A； 100200C M開始分解，正方度降低，碳脫熔析出滲碳體（Fe2.4C）,組織：過飽和 的固溶體+ 滲碳體+殘A回火M； 200300C 殘余A分解為M或下B，硬度和強(qiáng)度并不下降（Why？）； 300400C M分解為F()+Fe3C，滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C； 400C 固溶體回復(fù)再結(jié)晶，c/a下降到1變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)，亞結(jié)構(gòu)明顯減少或消失。 一）淬火鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在回火時(shí)的組織、內(nèi)應(yīng)力變化 1、回火操作方法：將淬火工件重新加熱到Ac1線以下某一溫度，經(jīng)保溫后，與

14、空氣、油、熱水、水中冷卻。2、目的：降低或消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力，減少工件的變形和開裂；調(diào)整硬度、提高塑性韌性，獲得工作需要的力學(xué)性能；穩(wěn)定工件尺寸。3、回火種類 1）低溫回火（150250C） 組織：回火M-極細(xì)碳化物和過飽和相 目的：降低內(nèi)應(yīng)力、降低脆性、保持高硬度和耐磨性5864HRC。 適應(yīng)：工具、量具、模具、滾動(dòng)軸承、滲碳鋼、表面淬火件 2）中溫回火（350500C） 組織：回火T-針狀F+極細(xì)Fe3C 目的：獲得較高彈性和韌性，3050HRC 適應(yīng)：彈簧 3）高溫回火（500650C） 組織：回火S-塊狀F+粒狀Fe3C 目的：獲得良好的綜合機(jī)械性能，2535HRC 適應(yīng)：軸、齒輪、螺

15、栓等重要結(jié)構(gòu)件-中碳鋼 淬淬火后高溫回火稱為調(diào)質(zhì)。其操作方法是：將鋼淬火，然后火后高溫回火稱為調(diào)質(zhì)。其操作方法是：將鋼淬火，然后在較高溫度下回火。在較高溫度下回火。 調(diào)質(zhì)的目的調(diào)質(zhì)的目的：改善切削加工性能，提高加工表面質(zhì)量；減少淬火時(shí)的變形和開裂；獲得良好的綜合力學(xué)性能 調(diào)質(zhì)應(yīng)用調(diào)質(zhì)應(yīng)用：善于淬透性較高的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、高速鋼；不僅可以作為各種較重要結(jié)構(gòu)的最后熱處理，還可以作為某些緊密連接的預(yù)先熱處理，以減少變形。 4、回火組織金相 5、 回火脆性回火脆性：淬火鋼在回火時(shí)，隨回火溫度升高，硬度降低，韌性升高，但許多鋼的回火溫度與沖擊韌性的關(guān)系曲線出現(xiàn)了低谷。 1）第一類回火脆性不可逆回

16、火脆性，低溫回火脆性，發(fā)生溫度為250400C； 特征：具有不可逆性；與回火后的冷卻速度無關(guān)；端口為晶脆性斷裂。 防治方法：無法消除，不在這一溫度回火；沒有抑制回火脆性的合金元素，通過一下方法減弱回火脆性的影響-降低鋼中雜質(zhì)元素含量；用Al脫氧或加入Nb、V、Ti等合金元素細(xì)化奧氏體晶粒；加入Nb、W可減輕回火脆性；加熱Cr、Si調(diào)整溫度范圍（推向高溫）；采用等溫淬火代替淬火回火工藝。 2）第二類回火脆性可逆回火脆性，發(fā)生溫度為400650C 特征特征：具有可逆性；與回火后的冷卻速度有關(guān)，保溫后緩慢冷卻出現(xiàn)，塊冷卻不出現(xiàn)，出現(xiàn)脆性后可重新加熱后快冷消除；與制造狀態(tài)無關(guān)，但馬氏體催化傾向大，在催化去內(nèi)回火，回火后與冷卻速度無關(guān)；斷口為沿晶脆性斷裂。 防治方法防治方法：提高鋼材的純度，盡量減少雜質(zhì)；加入適量的Mo、W等合金元素；對(duì)尺寸、形狀簡單的零件，采用回火后快冷卻方法；采用亞溫淬火、細(xì)化晶粒；采用高溫?zé)嶙冃翁幚恚咕Я３?xì)化，晶界面積