鋼的熱處理實習報告

1、鋼的【論文集】熱處理實習報告熱處理工藝分類：（根據(jù)熱處理的目的、要求和工藝方法的不同分類如下）1、 整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火和調(diào)質(zhì)；2、 表面熱處理：包括表面淬火、物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積 (CVD)等；3、 化學熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。熱處理的三階段：加熱、保溫、冷卻一、鋼在加熱時的轉變加熱的目的：使鋼奧氏體化（一）奧氏體（A）的形成奧氏體晶核的形成以共析鋼為例A1 點則 W c 0.0218 （體心立方晶格F） W c 6.69 （復雜斜方滲碳體）當T 上升到A c1后 W c 0.77 （面心立方的A）由此可見轉變過程中必須經(jīng)過 C 和 Fe 原子的擴散

2、，必須進行鐵原子的晶格改組，即發(fā)生相變，A 在鐵素體和滲碳體的相界面上形成。有兩個有利條件此相界面上成分介于鐵素體和滲碳體之間原子排列不規(guī)則，空位和位錯密度高。珠光體向奧氏體轉變示意圖a)形核 b)長大 c)剩余滲碳體溶解d)奧氏體均勻化（二）奧氏體晶粒的長大奧氏體大小用奧氏體晶粒度來表示。分為級， 4 級以下為粗晶粒，5-8 級為細晶粒，影響 A 晶粒粗大因素00 ， 0， 1，210 等十二個等級，其中常用的8 級以上為超細晶粒。1 101、加熱溫度越高，保溫時間愈長，奧氏體晶粒越粗大。因此，合理選擇加熱和保溫時間。以保證獲得細小均勻的奧氏體組織。（930950以下加熱，晶粒長大的傾向小，

3、便于熱處理）2、 A 中 C 含量上升則晶粒長大的傾向大。二、鋼在冷卻時的轉變生產(chǎn)中采用的冷卻方式有：等溫冷卻和連續(xù)冷卻（一）過冷奧氏體的等溫轉變A 在相變點A1 以上是穩(wěn)定相，冷卻至A1 以下就成了不穩(wěn)定相。1、共析碳鋼奧氏體等溫轉變產(chǎn)物的組織和性能共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線的建立示意圖1）高溫珠光體型轉變：A1 550（1）珠光體（ P） A1650 粗層狀約 0.3 m<25HRC（2）索氏體（ S） 650 600 細層狀0.1 0.3 m ， 25 35HRC（ 3）屈氏體（ T） 600 550 極細層狀約 0.1 m， 35 40HRC 2） 中溫貝氏體型轉變： 550

4、Ms（ 1）上貝氏體（ B 上） 550 350 羽毛狀 40 45HRC脆性大，無使用價值（ 2）下貝氏體（ B 下） 350Ms 黑色針狀 45 55HRC韌性好，綜合力學性能好（3）低溫馬氏體型轉變：M s M f 當 A 被迅速過冷至M s 以下時，則發(fā)生馬氏體（M）轉變，主要形態(tài)是板條狀和片狀。（當W c 0.2 時，呈板條狀，當Wc 1.0 呈針片狀，當 Wc 0.2 1.0 時，呈針片狀和板條狀的混合物）（二）過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變1共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變產(chǎn)物的組織和性能（ 1） 隨爐冷 P 170 220HBS（ 700 650）（ 2） 空冷 S 25 35HRC

5、（650600）共析碳鋼連續(xù)冷卻轉變曲線應用等溫轉變曲線 分析 奧氏體在連續(xù)冷卻中的轉變2 馬氏體轉變當冷速 > 馬氏體臨界冷卻速度V K 時，奧氏體發(fā)生M轉變，即碳溶于 Fe 中的過飽和固溶體，稱為 M（馬氏體）。1） 轉變特點： M 轉變是在一定溫度范圍內(nèi)進行（Ms Mf） ,M 轉變是在一個非擴散型轉變( 碳、鐵原子不能擴散）,M轉變速度極快（大于 V k ） ,M 轉變具有不完全性（少量的殘A） ,M 轉變只有 Fe、 Fe 的晶格轉變 .（2） M 的組織形態(tài)Wc（）M 形態(tài) b/Mpa s/MPa (%)Ak/JHRC0.1-0.25板條狀1020 1530 820 1330

6、9 1760 18030 500.77片狀2350204011066(3) M 的力學性能 M 的強度與硬度隨C的上升M的硬度、強度上升 M 的塑性與韌性：低碳板條狀M良好；板條狀 M 具有較高的強度、硬度和較好塑性和韌性相配合的綜合力學性能；針片狀M 比板條 M 具有更高硬度，但脆性較大，塑、韌性較差。第二節(jié)鋼的退火1、概念：將鋼件加熱到適當溫度(Ac1以上或以下) ，保持一定時間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火。2、目的：（1）降低硬度，提高塑性，（2）細化晶粒，消除組織缺陷（3）消除內(nèi)應力（4）為淬火作好組織準備3、類型：根據(jù)加熱溫度可分為在臨界溫度（Ac1 或A

7、c3）以上或以下的退火，前者又稱相變重結晶退火，包括完全退火、擴散退火、均勻化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再結晶退火及去應力退火。（1）完全退火：1）概念：將亞共析鋼（Wc 0.3 0.6 ）加熱到AC3 +（ 30 50），完全奧氏體化后，保溫緩冷（隨爐、埋入砂、石灰中），以獲得接近平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝稱為完全退火。2）目的：細化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應力、降低硬度、改善切削加工性能。3）工藝：完全退火采用隨14） 適用范圍：中碳鋼和中碳合金鋼的鑄、焊、鍛、軋制件等。（ 2） 球化退火1） 概念：使鋼中碳化物球狀化而進行的退火工藝稱為球化退火。2） 工藝：一般球化退火工藝Ac1

8、+(10 20) 隨爐冷至500 600空冷。3） 目的：降低硬度、改善組織、提高塑性和切削加工性能。4） 適用范圍：主要用于共析鋼、過共析鋼的刃具、量具、模具等。（）均勻化退火（擴散退火）1） 工藝：把合金鋼鑄錠或鑄件加熱到 Ac3 以上 150100，保溫 10 15h 后緩慢冷卻以消除化學成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。2） 目的：消除結晶過程中的枝晶偏析，使成分均勻化。由于加熱溫度高、時間長，會引起奧氏體晶粒嚴重粗化，因此一般還需要進行一次完全退火或正火，以細化晶粒、消除過熱缺陷。3） 適用范圍：主要用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件、鍛件。4） 注意：高溫擴散退火生產(chǎn)周期長，消耗能量大，工

9、件氧化、脫碳嚴重，成本很高。只是一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。對于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件，因其偏析程度較輕，可采用完全退火來細化晶粒，消除鑄造應力。（）去應力退火1) 概念：為去除由于塑性變形加工、焊接等而造成的應力以及鑄件內(nèi)存在的殘余應力而進行2)工藝：將工件緩慢加熱到Ac1的退火稱為去應力退火。以下 100 200（ 500600）保溫一定時間（1 3h）后鋼的一般在隨爐緩冷至200，再出爐冷卻。500 600；鑄鐵一般在500 550超過550容易造成珠光體的石墨化；件一般為500 600。焊接3）適用范圍：消除鑄、鍛、焊件，冷沖壓件以及機加工工件中的

10、殘余應力，以穩(wěn)定鋼件的尺寸，減少變形，防止開裂。第三節(jié)鋼的正火1、概念：將鋼件加熱到 Ac3( 或 Accm)以上 3050，保溫適當時間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。2、目的：細化晶粒，均勻組織，調(diào)整硬度等。3、組織：共析鋼P、亞共析鋼F+P、過共析鋼Fe3C P4、工藝：正火保溫時間和完全退火相同，應以工件透燒，即心部達到要求的加熱溫度為準，還應考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設備等因素。正火冷卻方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中 自然 冷卻。對于大件也可采用吹風、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達到要求的組織和性能。5、應用范圍：1）改善鋼的切削加工性

11、能。碳的含量低于0.25 的碳素鋼和低合金鋼，退火后硬度較低，切削加工時易于“粘刀”，通過正火處理，可以減少自由鐵素體，獲得細片狀 P，使硬度提高，改善鋼的切削加工性，提高刀具的壽命和工件的表面光潔程度。2）消除熱加工缺陷。中碳結構鋼鑄、鍛、軋件以及焊接件在加熱加工后易出現(xiàn)粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。通過正火處理可以消除這些缺陷組織，達到細化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應力的目的。3）消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。過共析鋼在淬火之前要進行球化退火，以便于機械加工并為淬火作好組織準備。但當過共析鋼中存在嚴重網(wǎng)狀碳化物時，將達不到良好的球化效果。通過正火處理可以消除網(wǎng)狀碳化物。4）提高普通結

12、構零件的機械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件采用正火處理，達到一定的綜合力學性能，可以代替調(diào)質(zhì)處理，作為零件的最終熱處理。第四節(jié)的淬火鋼1、定義：將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1 以上某一溫度，保持一定時間。然后以適當速度冷卻獲得M或 B 組織的熱處理工藝。 2 、 目的：顯著提高鋼的強度和硬度。3、淬火溫度的選擇1）碳鋼的淬火加熱溫度由Fe Fe3C 相圖來確定，其目的是為了淬火后得到全部細小的M；淬火后希望硬度高。 亞共析鋼 Ac3 +(3050) , 可獲得細小的均勻的M，如溫度過高則有晶粒粗化現(xiàn)象，淬火后獲得粗大的M，使鋼的脆性增大；如溫度過低則淬火后M+F，有鐵素體

13、出現(xiàn)，淬火硬度不足。 共析鋼與過共析鋼Ac1 +(3050) ，由于有高硬度的滲碳體和M存在，能保證得到高的硬度和耐磨性。如果加熱溫度超過Accm 將會使碳化物全部溶入A 中，使 A 中的含碳量增加，淬火后殘余奧氏體量增多，降低鋼的硬度和耐磨性；淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗化、含碳量又高，淬火后易得到含有顯微裂紋的粗片狀馬氏體，使鋼的脆性增大。2）合金鋼對含有阻礙奧氏體晶粒長大的強碳化物形成元素（如Ti 、 Nb 等），淬火溫度可以高一些，以加速其碳化物的溶解，獲得較好的淬火效果.對含有促進奧氏體晶粒長大的元素（如Mn 等），淬火加熱溫度應低一些，以防止晶粒粗大。理想冷卻速度：650以上應當慢冷

14、，以盡量降低淬火熱應力。650400之間應當快速冷卻，以通過過冷奧氏體最不穩(wěn)定的區(qū)域，避免發(fā)生珠光體或貝氏體轉變。400 以下至 Ms 點附近應當緩以盡量減小馬氏體轉變時產(chǎn)生的組織應力。具有這種冷卻特性的冷卻介質(zhì)可以保證在獲得 M組織條件下減少淬火應力、避免工件產(chǎn)生變形或開裂。4、淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)：鋼從奧氏體狀態(tài)冷至Ms 點以下所用的冷卻介質(zhì)。常用的有三種：水： 650400范圍內(nèi)冷卻速度較小，不超過200/s，但在需要慢冷的馬氏體轉變溫度區(qū)，其冷卻速度又太大，在340最大冷卻速度高達775/s，很容易引起工件變形和開裂。此外，水溫對水的冷卻特性影響 很大，水溫升高，高溫區(qū)的冷卻速度顯著下降，

15、而低溫區(qū)的冷卻速度仍然很高。因此淬火時水溫不應超過30，加強水循環(huán)和工件的攪動可以加速工件在高溫區(qū)的冷卻速度。水雖不是理想淬火介質(zhì)，但卻適用于尺寸不大、形狀簡單的碳鋼工件淬火。油：在 650550內(nèi)冷卻較慢，不適用于碳鋼，300200范圍內(nèi)冷很慢，有利于淬火工件的組織應力，減少工件變形和開裂傾向。與水相反，提高油溫可以降低粘度，增加流動性，故可6080體比較穩(wěn)定的合金鋼。水與油作為淬火介質(zhì)各有優(yōu)缺點，但均不是屬于理想的冷卻介質(zhì)。水的冷卻能力很大，但冷卻特性不好；油冷卻特性較好，但其冷卻能力又低。由于水是價廉、容易獲得、性能穩(wěn)定的淬火介質(zhì)，因此5、淬火方法（常用的淬火方法：單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火

16、、馬氏體分級淬火、貝氏體等溫淬火）1、 單介質(zhì)淬火優(yōu)點：操作簡單、易實現(xiàn)機械化、應用廣泛。缺點：水中淬火變形與開裂傾向大；油中淬火冷卻速度小，淬透直徑小，大件無法淬透。2、 雙介質(zhì)淬火優(yōu)點：減少熱應力與相變應力，從而減少變形、防止開裂。缺點：工藝不易掌握，要求操作熟練。適用于中等形狀復雜的高碳鋼和尺寸較大的合金鋼工件。3、局部淬火為了避免工件其它部分產(chǎn)生變形或開裂，即可用局部淬火4、馬氏體分級淬火。優(yōu)點：使過冷奧氏體在緩冷條件下轉變成馬氏體，從而減少變形。缺點：只適用于尺寸較小的零件，否則淬火介質(zhì)冷卻能力不足，溫度也難于控制。5、馬氏體等溫度淬火優(yōu)點：下貝氏體的硬度略低于馬氏體，但綜合力學性能

17、較好，應用廣泛。6、鋼的淬透性與淬硬性（一）淬透性：決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性，即應該是全淬成馬氏體的深度。1. 影響淬透性因素（ 1） 鋼的化學成分。除 Co 以外的合金元素溶于奧氏體后，均能增加過冷奧氏體穩(wěn)定性，降低馬氏體臨界冷卻速度，從而提高鋼的淬透性。（ 2） 奧氏體化條件。提高奧氏體的溫度，延長保溫時間，使奧氏體晶粒粗大，成分均勻，殘余滲碳體和碳化物的溶解徹底，使過冷奧氏體起穩(wěn)定，使C 曲線越向右移，馬氏體臨界冷卻速度就越小，則鋼的淬透性越好。2. 淬透性表示方法。常用臨界直徑大小來定理的比較不同鋼種的淬透性大小。臨界直徑是指鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體（或50

18、馬氏體）組織的最大直徑。用示。在同一冷卻介質(zhì)中，鋼的臨界直徑越大，其淬透性越好；但同一鋼種在冷卻能力大的介質(zhì)中，比冷卻能力小的介質(zhì)中所得的臨界直徑要大些。牌號臨界直徑/mm淬水淬油4513 16.55 9.520Cr12 196 12Dc 表3. 淬透性的實用意義：1）淬 透性能均勻一致2）未淬透韌性降低（二）鋼的淬硬性：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。值得注意的：鋼的淬透性與淬硬性是兩個不同的概念。淬透性好的鋼其淬硬性不一定高，而淬火后硬度低的鋼也可能是具有高的淬透性。7、鋼的淬火缺陷及其防止措施1. 淬火工件的過熱和過燒過熱：工件在淬火加熱時，由于溫度過高或時間過長造成

19、奧氏體晶粒粗大的缺陷。由于過熱不僅在淬火后得到粗大馬氏體組織，而且易于引起淬火裂紋，因此，淬火過熱的工件強度和韌性降低，易于產(chǎn)生脆性斷裂。輕微的過熱可用延長回火時間補救。嚴重的過熱則需進行一次細化晶粒退火，然后再重新淬火。過燒：淬火加熱溫度太高，使奧氏體晶界局部熔化或者發(fā)生氧化的現(xiàn)象。過燒是嚴重的加熱缺陷，工件一旦過燒無法補救，只能報廢。過燒的原因主要是設備失靈或操作不當造成的。高速鋼淬火溫度高容易過燒，火焰爐加熱局部溫度過高也容易造成過燒。2. 淬火加熱時的氧化和脫碳淬火加熱時，鋼件與周圍加熱介質(zhì)相互作用往往會產(chǎn)生氧化和脫碳等缺陷。氧化使工件尺寸減小，表面光潔度降低，并嚴重影響淬火冷卻速度，

20、進而使淬火工件出現(xiàn)軟點或硬度不足等新的缺陷。工件表面脫碳會降低淬火后鋼的表面硬度、耐磨性，并顯著降低其疲勞強度。因此，淬火加熱時，在獲得均勻化奧氏體時，必須注意防止氧化和脫碳現(xiàn)象。 在空氣介質(zhì)爐中加熱時，防止氧化和脫碳最簡單的方法是在爐子升溫加熱時向爐內(nèi)加入無水分的木炭，以改變爐內(nèi)氣氛，減少氧化和脫碳。此外，采用鹽爐加熱、用鑄鐵屑覆蓋工件表面，或是在工件表面熱涂硼酸等方法都可有效地防止或減少工件的氧化和脫碳。3. 淬火時形成的內(nèi)應力有兩種情況：工作在加熱或冷卻時，引起的熱應力。由于熱處理過程中各部位冷速的差異引起的相變應力。當兩力相復合超過鋼的屈服強度時，工件就變形；當復合力超過鋼的抗拉強度時

21、，工件就開裂。解決辦法：工件在加熱爐中安放時，要盡量保證受熱均勻，防止加熱時變形；對形狀復雜或?qū)嵝圆畹母吆辖痄?，應緩慢加熱或多次預熱，以減少加熱中產(chǎn)生的熱應力；選擇合適的淬火冷卻介質(zhì)和淬火方法，以減少冷卻中熱應力和相變應力。但淬火不是最終熱處理，為了消除淬火鋼的殘余內(nèi)應力，得到不同強度、硬度和韌性配合的性能，需要配以不同溫度的回火。鋼淬火后再經(jīng)回火，是為了使工件獲得良好的使用性能，以充發(fā)揮材料的潛力。所以淬火和回火是不可分割的、緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝。第五節(jié)鋼的回火1、定義：鋼件淬火后，再加熱到 A1 以下某一溫度，保持一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。2、目的：1）穩(wěn)定

22、組織，消除淬火應力2）調(diào)整硬度、強度、塑性、韌性3、淬火鋼在回火時組織的轉變1）馬氏體的分解（100）2）殘余奧氏體的轉變（200300）3）碳化物的轉變（250450）4）滲碳體的聚集長大和鐵素體再結晶（450）4、鋼在回火時性能變化1）回火方法：（ 1）低溫回火（150250），組織是回火馬氏體，和淬火馬氏體相比，回火馬氏體既保持了鋼的高硬度、高強度和良好耐磨性，又適當提高了韌性。硬度為 58 64HRC，主要用于高碳鋼，合金工具鋼制造的刃具、量具、模具及滾動軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等。（）中溫回火（ 350 500），組織為回火屈氏體，對于一般碳鋼和低合金鋼，中溫回火相當于回火的第三階段，此時碳化物開始聚集，基體開始回復，淬火應力基本消除。硬度為35 50HRC，具有高的彈性極限，有良好的塑性和韌性，主用于彈性件及模具處理。（）高溫回火（ 500 650），組織為回火索氏體，硬度為 220 330HBS