第四章 材料改性處理

1、 第四章第四章 材料改性處理材料改性處理 4.1 4.1 鋼的熱處理鋼的熱處理獲得預(yù)期的組織和性能。獲得預(yù)期的組織和性能。冷卻的目的：冷卻的目的：A A體成分均勻化體成分均勻化保溫的目的：保溫的目的：獲得獲得A A體組織體組織加熱的目的：加熱的目的：熱處理熱處理是將鋼在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻，是將鋼在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)而達(dá)到改變其性能的一以改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)而達(dá)到改變其性能的一種工藝方法。種工藝方法。一、定義：一、定義：二、作用：二、作用： 三、必要條件：三、必要條件： 2. 2. 固溶體中溶質(zhì)的溶解度隨溫固溶體中溶質(zhì)的溶解度隨溫 度發(fā)生變化，可形成度

2、發(fā)生變化，可形成過飽和固溶過飽和固溶體體 1. 1. 材料在不同溫度具有不同材料在不同溫度具有不同 的晶體結(jié)構(gòu)（的晶體結(jié)構(gòu)（同素異晶性同素異晶性） 2.2.提高零件或工具的使用性能提高零件或工具的使用性能1.1.消除缺陷，改善材料的加工工藝性能。消除缺陷，改善材料的加工工藝性能。 表面淬火表面淬火表面熱處理表面熱處理普通熱處理普通熱處理熱處理熱處理四、分類：四、分類：退火退火淬火淬火回火回火正火正火 化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火滲碳滲碳滲氮滲氮滲金屬滲金屬4.4.1 4.4.1 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、轉(zhuǎn)變溫度一、轉(zhuǎn)變

3、溫度鐵碳相圖測(cè)定條件：鐵碳相圖測(cè)定條件：平衡平衡（極其緩慢加熱或冷卻），其臨界溫度（極其緩慢加熱或冷卻），其臨界溫度A1A1、A3A3、AcmAcm實(shí)際上，加熱或冷卻遠(yuǎn)離平衡條件實(shí)際上，加熱或冷卻遠(yuǎn)離平衡條件非平衡條件非平衡條件，加熱或冷卻速度加熱或冷卻速度偏離偏離加熱時(shí)的相變溫度：加熱時(shí)的相變溫度：A Ac c1 1、A Ac c3 3、AccmAccm冷卻時(shí)的相變溫度：冷卻時(shí)的相變溫度：A Ar r1 1、A Ar r3 3、A Ar rcmcm二、二、A A體化及影響因素體化及影響因素鋼的鋼的A A體化：體化：鋼加熱至相變溫度以上轉(zhuǎn)變鋼加熱至相變溫度以上轉(zhuǎn)變A A體的過程。體的過程。（一

4、）（一）A A體化過程體化過程: : 共析鋼共析鋼P(yáng) P0.77%c0.77%c( F( F0.0218%C0.0218%C+Fe+Fe3 3C C6.69%C 6.69%C ) )A A0.77%C0.77%C體心體心 斜斜 方方面心面心條件條件: 1) : 1) 晶格的重構(gòu)晶格的重構(gòu)2) 2) 碳原子的重新分配碳原子的重新分配過程過程: :共析鋼奧氏體化過程 a. 形核 （優(yōu)先在相界（F，F(xiàn)e3C）b. 長(zhǎng)大c. 滲碳體完全溶解d. 碳的均勻化（二）（二） A A體化影響因素體化影響因素加熱溫度加熱溫度T T ：TT原子擴(kuò)散能力原子擴(kuò)散能力+A+A體中體中C C濃度梯度濃度梯度（GS-SE

5、GS-SE線距離）線距離）AA體化轉(zhuǎn)變體化轉(zhuǎn)變；加熱速度加熱速度V V ： VV轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變TATA體化轉(zhuǎn)變體化轉(zhuǎn)變；化學(xué)成分：化學(xué)成分： C%F/ Fe3CC%F/ Fe3C界面界面形核部位形核部位AA體化轉(zhuǎn)變體化轉(zhuǎn)變大部分合金元素（大部分合金元素（Co/NiCo/Ni除外）除外）CC速度和擴(kuò)散速度和擴(kuò)散A A體體化轉(zhuǎn)變速度化轉(zhuǎn)變速度合金鋼加熱溫度和保溫時(shí)間合金鋼加熱溫度和保溫時(shí)間 碳鋼碳鋼原始組織：原始組織：晶粒尺寸晶粒尺寸界面積界面積AA體化轉(zhuǎn)變體化轉(zhuǎn)變V V 片狀片狀Fe3CFe3C優(yōu)于粒狀優(yōu)于粒狀Fe3CFe3C三、三、A A體晶粒度及影響因素體晶粒度及影響因素起始晶粒度：起始晶粒度：P

6、 P剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)閯倓側(cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)锳 A時(shí)的晶粒大小時(shí)的晶粒大小 實(shí)際晶粒度：實(shí)際晶粒度：鋼在某一熱處理或熱加工條件下所得到的鋼在某一熱處理或熱加工條件下所得到的A A晶粒大小晶粒大小本質(zhì)晶粒度：本質(zhì)晶粒度：將鋼加熱到將鋼加熱到9309301010、保溫、保溫8 8小時(shí)后冷卻測(cè)定的小時(shí)后冷卻測(cè)定的 晶粒度，它標(biāo)示不同鋼種晶粒度，它標(biāo)示不同鋼種A A體晶粒長(zhǎng)大傾向體晶粒長(zhǎng)大傾向GB6394-86GB6394-86金屬平均晶粒度測(cè)定法金屬平均晶粒度測(cè)定法 12 12級(jí)級(jí)1-41-4級(jí)級(jí)本質(zhì)粗晶粒鋼；本質(zhì)粗晶粒鋼；5 58 8級(jí)級(jí)本質(zhì)細(xì)晶粒鋼；本質(zhì)細(xì)晶粒鋼；8 8級(jí)以上級(jí)以上超細(xì)晶粒鋼超細(xì)晶粒鋼影響因

7、素：影響因素：加熱加熱TT、加熱、加熱VV、保溫時(shí)間、保溫時(shí)間AA晶粒尺寸晶粒尺寸 C%AC%A晶粒長(zhǎng)大速度晶粒長(zhǎng)大速度AA晶粒尺寸晶粒尺寸強(qiáng)形成碳化物元素（強(qiáng)形成碳化物元素（TiTi、NbNb、V V、W W、CrCr、MoMo等）等）阻礙晶粒長(zhǎng)大阻礙晶粒長(zhǎng)大AA晶粒尺寸晶粒尺寸4.1.2 4.1.2 鋼冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變鋼冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變冷卻方式：冷卻方式：等溫冷卻：等溫冷卻：將加熱到奧氏體的鋼將加熱到奧氏體的鋼先以較快的冷卻速度冷卻到先以較快的冷卻速度冷卻到A A1 1線以線以下一定溫度，然后進(jìn)行保溫使奧氏下一定溫度，然后進(jìn)行保溫使奧氏體在體在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變完，轉(zhuǎn)變

8、完后再冷卻到室溫。后再冷卻到室溫。連續(xù)冷卻：連續(xù)冷卻：將加熱到奧氏體的鋼將加熱到奧氏體的鋼一直連續(xù)冷卻到室溫，使鋼中的奧一直連續(xù)冷卻到室溫，使鋼中的奧氏體在氏體在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成組織轉(zhuǎn)一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成組織轉(zhuǎn)變。變。一、過冷一、過冷A A等溫冷卻轉(zhuǎn)變等溫冷卻轉(zhuǎn)變 600 500 700600 500 700 500500600600700700TimeTimeTimeTimeA1A10 050%50%100%100%A AP PB BA PA PA AA BA BMsMsMfMf過冷奧氏體：過冷奧氏體：在臨界溫度以下尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體在臨界溫度以下尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體 ( (尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變，并存在于

9、非奧氏體區(qū)的奧氏體尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變，并存在于非奧氏體區(qū)的奧氏體) )TTTTTT曲線曲線/C/C曲線：金相法曲線：金相法+ +膨脹法測(cè)定膨脹法測(cè)定（共析鋼共析鋼）4 4、Ms MfMs Mf5 5、轉(zhuǎn)變、轉(zhuǎn)變TT轉(zhuǎn)變產(chǎn)物硬度轉(zhuǎn)變產(chǎn)物硬度 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1、過冷、過冷A A等溫轉(zhuǎn)變都需一段時(shí)等溫轉(zhuǎn)變都需一段時(shí)間后才開始轉(zhuǎn)變間后才開始轉(zhuǎn)變?cè)杏谠杏冢? 2、轉(zhuǎn)變量、轉(zhuǎn)變量50%50%轉(zhuǎn)變速度最快轉(zhuǎn)變速度最快 此時(shí)新舊相界面積最大；此時(shí)新舊相界面積最大；3 3、鼻尖處孕育期最短；、鼻尖處孕育期最短； 過冷過冷A A轉(zhuǎn)變速度轉(zhuǎn)變速度原子擴(kuò)散原子擴(kuò)散V V* *自由能差自由能差T T（To-TTo-T）

10、（二）、過冷（二）、過冷A A轉(zhuǎn)變產(chǎn)物分析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物分析 1 1、P P型轉(zhuǎn)變（高溫區(qū)轉(zhuǎn)變）：型轉(zhuǎn)變（高溫區(qū)轉(zhuǎn)變）： A1A1550550APAP（F+Fe3CF+Fe3C）等溫溫度等溫溫度PP層間距層間距硬度硬度PP索氏體索氏體SS屈氏體屈氏體T T硬度：屈氏體硬度：屈氏體T T 索氏體索氏體S PS P轉(zhuǎn)變過程：交替進(jìn)行轉(zhuǎn)變過程：交替進(jìn)行層片狀層片狀P P團(tuán)。團(tuán)。擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變b.b.f.f.珠光體團(tuán)珠光體團(tuán)e.e.d.d.c.c.a.a.Fe3CFe3C貧貧C C區(qū)區(qū)貧貧C C區(qū)區(qū)片狀珠光體形成過程示意圖片狀珠光體形成過程示意圖過冷過冷A A體晶粒體晶粒2 2、貝氏體型轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變

11、）區(qū)：、貝氏體型轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變）區(qū)： 鼻尖處鼻尖處550-Ms550-Ms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .過冷過冷A A過飽和過飽和F FFe3CFe3C過冷過冷A AF F過飽和過飽和Fe3CFe3C羽毛狀羽毛狀B B上上強(qiáng)、韌性差強(qiáng)、韌性差針片狀針片狀B B下下強(qiáng)、韌性好強(qiáng)、韌性好轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：Fe3CFe3C分布在過飽和的分布在過飽和的F F上的兩相混合物上的兩相混合物貝氏體貝氏體B B。轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變- -中溫區(qū)中溫區(qū)FeFe難以擴(kuò)散難以擴(kuò)散/C/C可以擴(kuò)散?？梢詳U(kuò)散。上貝

12、氏體：上貝氏體：550-350550-350產(chǎn)物產(chǎn)物 羽毛狀羽毛狀 轉(zhuǎn)變過程：轉(zhuǎn)變過程：A A晶界貧晶界貧C C區(qū)區(qū)F F晶核形晶核形成成/ /晶內(nèi)長(zhǎng)大晶內(nèi)長(zhǎng)大排排CACA富富C C區(qū)區(qū)FF片間析出斷續(xù)小條、小片狀片間析出斷續(xù)小條、小片狀Fe3CFe3C羽毛狀羽毛狀B B上。上。 特點(diǎn)：片狀特點(diǎn)：片狀Fe3CFe3C割裂割裂F F基體基體 強(qiáng)韌性差強(qiáng)韌性差下貝氏體：下貝氏體：350- Ms350- Ms產(chǎn)物產(chǎn)物 針狀針狀F+F+細(xì)小細(xì)小Fe3CFe3C轉(zhuǎn)變過程：轉(zhuǎn)變過程：A A晶界貧晶界貧C C區(qū)區(qū)F F晶核形晶核形成成/ /一定晶向針狀長(zhǎng)大一定晶向針狀長(zhǎng)大溫度低，溫度低，C C原子短距離擴(kuò)散

13、，原子短距離擴(kuò)散，F(xiàn) F針片內(nèi)以細(xì)針片內(nèi)以細(xì)小小Fe3CFe3C析出析出下貝氏體下貝氏體B B下。下。特點(diǎn)：特點(diǎn)：F F針細(xì)小，無方向針細(xì)小，無方向+Fe3C+Fe3C彌散分布彌散分布良好的強(qiáng)韌性配合。良好的強(qiáng)韌性配合。3 3、馬氏體轉(zhuǎn)變（低溫轉(zhuǎn)變）區(qū)：、馬氏體轉(zhuǎn)變（低溫轉(zhuǎn)變）區(qū)： Ms Ms 原原A A體晶界體晶界M M體針體針/ /片片M M體板條體板條針狀馬氏體針狀馬氏體強(qiáng)硬度高強(qiáng)硬度高塑韌性差塑韌性差板條狀馬氏體板條狀馬氏體綜合機(jī)械綜合機(jī)械性能良好性能良好馬氏體馬氏體M M：溫度低于溫度低于MsMs點(diǎn)時(shí)，過冷點(diǎn)時(shí)，過冷A A在溫度范圍內(nèi)（在溫度范圍內(nèi)（Ms-MfMs-Mf）連續(xù)）連續(xù)冷

14、卻，所得到的一種冷卻，所得到的一種C C在在-Fe-Fe中的中的過飽和固溶體過飽和固溶體。轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：一個(gè)溫度范圍一個(gè)溫度范圍連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻形成形成速度極快速度極快；無擴(kuò)散轉(zhuǎn)變；無擴(kuò)散轉(zhuǎn)變；新舊相成分同新舊相成分同轉(zhuǎn)變不完全性：轉(zhuǎn)變不完全性：C%C%殘殘AAC0.2% C1.0% C1.0% 片狀片狀M/M/針狀針狀M/M/高高CM/CM/孿晶孿晶M M： 強(qiáng)硬度高、塑韌性差強(qiáng)硬度高、塑韌性差0.2%C0.8% 0.2%C0.8% 混合馬氏體混合馬氏體M M（三）、影響（三）、影響C-C-曲線的因素：曲線的因素： C0.77%C0.77%C0.77%時(shí)，時(shí)，C%AC%A穩(wěn)定性穩(wěn)定性C

15、-C-曲線左移；曲線左移；（先共析（先共析Fe3CIIFe3CII析出）析出）合金元素（合金元素（CoCo除外）除外）AA穩(wěn)定性穩(wěn)定性C-C-曲線右移；曲線右移；加熱加熱T+T+保溫時(shí)間保溫時(shí)間Fe3CFe3C溶解充分溶解充分/A/A晶粒粗大晶粒粗大 （形核部位少）（形核部位少）C-C-曲線右移。曲線右移。 二、過冷二、過冷A A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 實(shí)際多數(shù)熱處理工藝是連續(xù)實(shí)際多數(shù)熱處理工藝是連續(xù)冷卻冷卻, ,所以所以連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變研究研究更具有特別重要的意義更具有特別重要的意義. . 1.1. 過冷過冷A A連續(xù)冷卻曲線連續(xù)冷卻曲線(CCT)(CCT)測(cè)測(cè)定：膨脹法定：膨脹法

16、 2.2.臨界冷卻速度臨界冷卻速度VcVc：獲得全部獲得全部M M組織的最小冷速；組織的最小冷速；VcVc越越容易得當(dāng)容易得當(dāng)M M組織。組織。3.3.冷卻速度冷卻速度VVcVVc時(shí)，時(shí)， M+M+殘殘A A4. V24. V2冷卻速度冷卻速度VVcVVc時(shí)，時(shí)， M+T+B+M+T+B+殘殘A A5.5.冷卻速度冷卻速度V V2V/TTT臨界冷卻速臨界冷卻速度度VcVc/CCT/CCT； 共析鋼共析鋼CCTCCT曲線無曲線無B B轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變聯(lián)系聯(lián)系：借助借助TTTTTT曲線可定性分析連續(xù)曲線可定性分析連續(xù) 冷卻組織。冷卻組織。 C曲線的應(yīng)用V1:爐冷（退火） PV2: 空冷，S，TV3：空冷，

17、S，TV4：油冷，T+M+AV5 ：M+A4.1.3 4.1.3 鋼的普通熱處理鋼的普通熱處理 一、退火：一、退火：將鋼加熱到適當(dāng)溫將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫后緩慢冷卻（隨爐度，保溫后緩慢冷卻（隨爐冷或砂冷）的熱處理工藝?yán)浠蛏袄洌┑臒崽幚砉に囶A(yù)備熱處理。預(yù)備熱處理。完全退火完全退火：Ac3+20-30Ac3+20-30目的：重結(jié)晶細(xì)化晶粒，改善目的：重結(jié)晶細(xì)化晶粒，改善粗大、不均勻組織；粗大、不均勻組織；硬度硬度改改善機(jī)加性能。善機(jī)加性能。特點(diǎn)：周期長(zhǎng)。特點(diǎn)：周期長(zhǎng)。 應(yīng)用：亞共析鋼應(yīng)用：亞共析鋼/ /結(jié)構(gòu)鋼預(yù)備熱結(jié)構(gòu)鋼預(yù)備熱處理。處理。等溫退火等溫退火：Ac3/Ac1Ac3/Ac1以上，以上，

18、P P區(qū)等區(qū)等溫轉(zhuǎn)變溫轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：等溫溫度特點(diǎn)：等溫溫度PP組織尺寸組織尺寸硬度硬度 球化退火：球化退火：使鋼中碳化物變成球狀使鋼中碳化物變成球狀/ /顆顆 粒的熱處理工藝；粒的熱處理工藝；工藝：溫度工藝：溫度Ac1+20-30Ac1+20-30目的：目的：硬度硬度改善機(jī)性能；淬火作改善機(jī)性能；淬火作組織調(diào)整組織調(diào)整- -預(yù)備熱處理。預(yù)備熱處理。特點(diǎn)：特點(diǎn)：F+F+顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物應(yīng)用：過共析鋼應(yīng)用：過共析鋼/ /合金工具鋼合金工具鋼 擴(kuò)散退火：擴(kuò)散退火：加熱到熔點(diǎn)加熱到熔點(diǎn)100200100200保保溫溫10-15H10-15H后緩慢冷卻的熱處理工藝。后緩慢冷卻的熱處理工藝。目的：目的

19、：成分偏析和組織不均勻性。成分偏析和組織不均勻性。去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火：將鋼加熱到將鋼加熱到Ac1Ac1以下某以下某一溫度保溫后，緩慢冷卻的熱處理工一溫度保溫后，緩慢冷卻的熱處理工藝。藝。目的：消除鑄、鍛、焊件和機(jī)加工、目的：消除鑄、鍛、焊件和機(jī)加工、 冷變形過程中的殘余應(yīng)力。冷變形過程中的殘余應(yīng)力。 二、二、正火正火：將鋼加熱到將鋼加熱到Ac3Ac3（亞共析（亞共析鋼）或鋼）或AccmAccm（過共析鋼）以上（過共析鋼）以上30-5030-50，保溫后在空氣中冷卻，保溫后在空氣中冷卻，得當(dāng)?shù)卯?dāng)P P類（如類（如S S）組織的熱處理工）組織的熱處理工藝。藝。特點(diǎn)特點(diǎn)：組織尺寸：組織尺寸 退火

20、，成本退火，成本 退火。退火。應(yīng)用應(yīng)用：1 1）預(yù)備熱處理：預(yù)備熱處理：中低碳鋼硬度，中低碳鋼硬度，改善機(jī)加工性能；改善機(jī)加工性能；2 2）消除過共析鋼網(wǎng)狀）消除過共析鋼網(wǎng)狀Fe3C,Fe3C,為球?yàn)榍蚧嘶鹱骰嘶鹱鹘M織準(zhǔn)備；組織準(zhǔn)備；3 3）細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒、組織均勻化、消除、組織均勻化、消除內(nèi)應(yīng)力、內(nèi)應(yīng)力、強(qiáng)硬度強(qiáng)硬度- -最終熱處理最終熱處理 加熱溫度加熱溫度T T： 三、三、淬火淬火：將鋼加熱到將鋼加熱到Ac3Ac3（亞共析鋼）或（亞共析鋼）或Ac1Ac1（過共析鋼）以上（過共析鋼）以上 30-5030-50，保溫后快速冷卻以獲得，保溫后快速冷卻以獲得M M組織的熱處理工藝。組織的熱

21、處理工藝。特點(diǎn)：強(qiáng)化鋼的最重要方法，特點(diǎn)：強(qiáng)化鋼的最重要方法，強(qiáng)硬度和耐磨性，配合回火工強(qiáng)硬度和耐磨性，配合回火工 藝，調(diào)整鋼的強(qiáng)韌性。藝，調(diào)整鋼的強(qiáng)韌性。亞共析鋼亞共析鋼：Ac3+ 30-50 Ac3+ 30-50 TATA晶粒粗化晶粒粗化韌性韌性 T T未轉(zhuǎn)變的未轉(zhuǎn)變的FF軟點(diǎn)軟點(diǎn)/F/F相相 過共析鋼過共析鋼：Ac1+ 30-50Ac1+ 30-50部分未熔部分未熔Fe3CFe3C顆粒顆粒阻止阻止A A體晶粒長(zhǎng)體晶粒長(zhǎng)大大+耐磨性耐磨性 隱晶隱晶M M A A體體C C含量含量形成低形成低CMCM脆性脆性 加熱時(shí)間：升溫時(shí)間加熱時(shí)間：升溫時(shí)間+ +保溫時(shí)間保溫時(shí)間=K D=K D淬火冷卻

22、介質(zhì)：水、油、鹽水、堿水、淬火冷卻介質(zhì)：水、油、鹽水、堿水、堿浴、鹽浴堿浴、鹽浴 淬火介質(zhì) 650C以上，慢，減小熱應(yīng)力650-400C，快，避免C曲線400C以下，慢，減輕相變應(yīng)力4.4.方法方法 單液淬火單液淬火用于形狀簡(jiǎn)單的小件用于形狀簡(jiǎn)單的小件 雙液淬火雙液淬火 碳鋼碳鋼 水淬油冷水淬油冷合金鋼合金鋼 油淬空冷油淬空冷用于形狀復(fù)雜的重要件。用于形狀復(fù)雜的重要件。 分級(jí)淬火分級(jí)淬火用于截面較小，形狀復(fù)雜用于截面較小，形狀復(fù)雜的小件的小件 等溫淬火等溫淬火用于要求高硬度和強(qiáng)韌性、用于要求高硬度和強(qiáng)韌性、形狀復(fù)雜、截面較小的重形狀復(fù)雜、截面較小的重要件要件5 5、淬火缺陷及預(yù)防、淬火缺陷及預(yù)

23、防 硬度不足硬度不足/ /不均勻：不均勻：VV冷冷/ /氧化脫氧化脫C/C/溫度，時(shí)溫度，時(shí)間，消除間，消除F F軟點(diǎn)；軟點(diǎn)； 變形、開裂：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變形、開裂：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/ /預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理/溫度，溫度，時(shí)間時(shí)間/ /冷卻介質(zhì)及方法冷卻介質(zhì)及方法/ /及時(shí)回火。及時(shí)回火。四、回火：四、回火：將淬火鋼加熱到將淬火鋼加熱到Ac1Ac1以下某一溫度保以下某一溫度保溫后，冷卻至室溫度的熱處理工藝。溫后，冷卻至室溫度的熱處理工藝。目的：消除應(yīng)力，目的：消除應(yīng)力，脆性；穩(wěn)定尺寸脆性；穩(wěn)定尺寸（M+AM+A非穩(wěn)定相，有向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)化要求）；非穩(wěn)定相，有向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)化要求）； 調(diào)整性能。調(diào)整性能。 （一）

24、、淬火鋼回火時(shí)組織性能變化（一）、淬火鋼回火時(shí)組織性能變化 M M分解（分解（100-200100-200）：）：M M共格析出共格析出-FexCM-FexCM過飽和過飽和度度正方度正方度內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力回火回火M M：低飽和度的固溶體基：低飽和度的固溶體基體上分布極細(xì)的體上分布極細(xì)的-碳化物的組織。碳化物的組織。 殘殘A A分解（分解（200-300200-300）：）：MMMM回回體積體積殘殘A A壓力壓力BB下（少量）下（少量）回火回火M+ BM+ B下（少量）下（少量） 。 T T回形成（回形成（300-500300-500）：）：C C擴(kuò)散能力擴(kuò)散能力飽和飽和固溶體固溶體F/F/（-Fe

25、xCFe3C-FexCFe3C失去共格）失去共格）TT回：回：F F基體上分布極基體上分布極細(xì)顆粒狀細(xì)顆粒狀Fe3CFe3C。S S回形成（回形成（500-650500-650）：）：F F片片/ /板條再結(jié)晶、板條再結(jié)晶、F F等軸化等軸化/Fe3C/Fe3C內(nèi)應(yīng)力完全消失內(nèi)應(yīng)力完全消失多邊形等軸晶多邊形等軸晶F+F+較大顆粒較大顆粒Fe3CSFe3CS回?；?。 性能變化：性能變化：200300300，TT強(qiáng)硬度強(qiáng)硬度塑韌性塑韌性。 回火類型回火類型 1 1、低溫（、低溫（150-250150-250）回火：）回火：應(yīng)力應(yīng)力/ /脆性脆性塑韌性，保塑韌性，保持高硬度持高硬度58/64HRC5

26、8/64HRC和耐磨性。組織：和耐磨性。組織：M M回回+ +殘殘A A，對(duì)象：高，對(duì)象：高C C工具鋼、模具鋼、軸承鋼、表面淬火工具鋼、模具鋼、軸承鋼、表面淬火/ /滲滲C C鋼。鋼。 2 2、中溫（、中溫（350-500350-500）回火：高的彈性極限和屈服強(qiáng)度及）回火：高的彈性極限和屈服強(qiáng)度及合適韌性。組織：合適韌性。組織：T T回，彈簧。回，彈簧。3 3、高溫（、高溫（500-650500-650）回火：）回火：S S回，綜合性能好，結(jié)構(gòu)件回，綜合性能好，結(jié)構(gòu)件如：齒輪、軸、連桿等。如：齒輪、軸、連桿等。調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理。 回火脆性：淬火鋼在回火脆性：淬火鋼在250-400250-4

27、00和和450-650450-650兩個(gè)溫度兩個(gè)溫度區(qū)間回火后，其韌性下降的現(xiàn)象。區(qū)間回火后，其韌性下降的現(xiàn)象。1 1、低溫回火脆性：、低溫回火脆性：原因：原因：C C化物在化物在M M片、條、束邊界析出，片、條、束邊界析出，基體割裂?；w割裂。措施：措施：回避、等溫淬火。回避、等溫淬火。 2 2、高溫回火脆性：、高溫回火脆性：原因：原因：復(fù)雜，微量雜志晶界析出復(fù)雜，微量雜志晶界析出 措施：措施：回火快冷回火快冷/ /加加Mo.Mo.合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響 a. 提高回火穩(wěn)定性b. 產(chǎn)生二次硬化c. 增大回火脆性回火脆性：指隨回火溫度升高時(shí)，在250-400度和450-650度兩個(gè)區(qū) 出現(xiàn)沖

28、擊韌性明顯下降的脆化現(xiàn)象?；鼗鸸に嚰捌鋺?yīng)用回火類型回火溫度組織性能及應(yīng)用組織形態(tài)低溫回火150250回火M高硬度，降低脆性及殘余應(yīng)力，工模具鋼，表面淬火及滲碳淬火件過和a-Fe+ 碳化物中溫回火350-500 回火屈氏體（T）硬度下降，韌性、彈性極限和屈服強(qiáng)度，彈性元件保留馬氏體針形F+細(xì)粒狀Fe3C高溫回火500-650回火索氏體（S）強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、綜合機(jī)械性能，中碳鋼、重要零件。多邊形F+粒狀Fe3C淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理六、鋼的淬透性和淬硬性六、鋼的淬透性和淬硬性淬透性淬透性/ /可淬性可淬性：指鋼淬火時(shí)能形成指鋼淬火時(shí)能形成M M組織多少的能力，組織多少的能力，是鋼種本身固有

29、屬性是鋼種本身固有屬性。 淬硬層深度淬硬層深度：鋼表面到內(nèi)部鋼表面到內(nèi)部M M組織占組織占50%50%處的距離；處的距離； 淬硬性淬硬性/ /可硬性可硬性：指正常淬火情況下獲得指正常淬火情況下獲得M M組織所能達(dá)到組織所能達(dá)到的最高硬度。的最高硬度。C%C%淬硬性淬硬性，與合金元素?zé)o關(guān)。，與合金元素?zé)o關(guān)。 影響淬透性因素：影響淬透性因素： 1 1、亞共析鋼、亞共析鋼C%/C%/過共析鋼過共析鋼C%C%淬透性淬透性 2 2、合金元素（、合金元素（CoCo除外）右移除外）右移C C曲線曲線淬透性淬透性 3 3、淬火溫度、淬火溫度/ /保溫時(shí)間保溫時(shí)間AA晶粒粗化晶粒粗化淬透性淬透性 淬透性測(cè)定：臨

30、界淬透直徑法淬透性測(cè)定：臨界淬透直徑法DcDc 末端淬火法：末端淬火法：JHRc/dJHRc/d，如，如J40-45/5J40-45/54.1.4 4.1.4 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理 表面淬火表面淬火：將鋼件表面迅速加熱到將鋼件表面迅速加熱到A A化溫度后急冷，使表層形成化溫度后急冷，使表層形成M M組組織而心部保持不變的熱處理工藝。織而心部保持不變的熱處理工藝。 表面淬火用鋼：多為中碳鋼表面淬火用鋼：多為中碳鋼/ /中碳低合中碳低合金鋼（預(yù)備熱處理：調(diào)質(zhì)金鋼（預(yù)備熱處理：調(diào)質(zhì)/ /正火處理）。正火處理）。 加熱方法：感應(yīng)、火焰、電接觸加熱方法：感應(yīng)、火焰、電接觸 感應(yīng)加熱原理：電磁感應(yīng)

31、感應(yīng)加熱原理：電磁感應(yīng)鋼件表面鋼件表面渦流渦流- -集膚效應(yīng)：集膚效應(yīng)：=500/SQR=500/SQR（F F） 高頻加熱：高頻加熱：0.5-2.0mm 0.5-2.0mm 中頻加熱：中頻加熱： 2.0-10mm 2.0-10mm 工頻加熱：工頻加熱： 10-15mm10-15mm 感應(yīng)加熱特點(diǎn)：速度快、氧化脫感應(yīng)加熱特點(diǎn)：速度快、氧化脫C C和變和變形?。恍涡?；M M組織細(xì)小、疲勞性能好；組織細(xì)小、疲勞性能好；可可控、易于自動(dòng)化生產(chǎn)；鋼件形狀簡(jiǎn)單控、易于自動(dòng)化生產(chǎn)；鋼件形狀簡(jiǎn)單 火焰加熱表面淬火特點(diǎn)： 設(shè)備簡(jiǎn)單，容易操作，靈活性較大，但淬火質(zhì)量不夠穩(wěn)定。 主要用于單件小批生產(chǎn)及大型工件的表

32、面淬火。二、化學(xué)熱處理：二、化學(xué)熱處理：將鋼件置將鋼件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中加熱、于一定的化學(xué)介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中一種或幾保溫，使介質(zhì)中一種或幾種元素滲入工件表面，從種元素滲入工件表面，從而改變鋼表層化學(xué)成分和而改變鋼表層化學(xué)成分和組織的熱處理工藝。組織的熱處理工藝。 與表面淬火比較：表層化學(xué)成與表面淬火比較：表層化學(xué)成分、組織同時(shí)發(fā)生變化分、組織同時(shí)發(fā)生變化表層表層硬度硬度/ /耐磨蝕性耐磨蝕性/ /疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 基本過程：基本過程：介質(zhì)分解介質(zhì)分解待滲元素待滲元素活性原子活性原子表面吸附表面吸附/ /溶解溶解擴(kuò)散（擴(kuò)散（T/T/時(shí)間調(diào)節(jié)滲層）時(shí)間調(diào)節(jié)滲層） 滲滲C C：低低C C低

33、合金鋼低合金鋼 氣體法：氣體法：井式爐內(nèi)井式爐內(nèi)(900-950)(900-950)滴入有機(jī)液體滴入有機(jī)液體煤油、甲醇煤油、甲醇 CH4C+2H2 CH4C+2H2 2COC+CO2 2COC+CO2 CO+H2C+H2O CO+H2C+H2O C -Fe-FeCC -Fe-FeC固體法：固體法：預(yù)埋顆粒狀滲預(yù)埋顆粒狀滲C C劑（木炭劑（木炭+BaCO3/NaCO3+BaCO3/NaCO3催化劑）中催化劑）中2C+O22CO 2C+O22CO BaCO32CO+BaO BaCO32CO+BaO 2COC+CO2 2COC+CO2 組織組織- -表表心：過共析心：過共析共析共析亞共析亞共析過渡層

34、過渡層原始原始 滲滲C C后熱處理：直接淬火、一次淬火、二次淬火后熱處理：直接淬火、一次淬火、二次淬火+ +低回低回 組織：組織： M M回回+ +顆粒狀顆粒狀Fe3C+Fe3C+殘殘A A 工藝路線：工藝路線： 鍛造鍛造正火正火機(jī)械加工機(jī)械加工滲滲CC淬火淬火低回低回精磨成型精磨成型 滲滲N/NN/N化：化：在在A1A1以下（以下（520-600520-600）使活性）使活性N N滲入鋼件滲入鋼件表層的化學(xué)熱處理工藝。表層的化學(xué)熱處理工藝。 N N化鋼：化鋼：38CrMnAl 38CrMnAl 氣體氣體N N化法：化法： 2NH32N+3H22NH32N+3H2 特點(diǎn)：表面硬度高特點(diǎn)：表面硬度高1000HV/69HRC/1000HV/69HRC/熱硬性高熱硬性高550-600550-600 /N /N化溫度低，變形小化溫度低，變形小/N/N化層淺化層淺 工藝路線：鍛造工藝路線：鍛造退火退火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工去應(yīng)去應(yīng)力退火力退火粗磨粗磨滲滲NN精磨精磨/ /研磨研磨 碳氮共滲碳氮共滲氰化：氰化：同時(shí)向鋼件表面滲入同時(shí)向鋼件表面滲入C C和和N N原子的化原子的化學(xué)熱處理。