汽車材料鋼的熱處理

1、 鋼的熱處理鋼的熱處理 1 1、了解鋼在加熱和冷卻的組織轉(zhuǎn)變。、了解鋼在加熱和冷卻的組織轉(zhuǎn)變。 2 2、了解冷卻轉(zhuǎn)變后產(chǎn)物的組織和性能。、了解冷卻轉(zhuǎn)變后產(chǎn)物的組織和性能。 3 3、掌握退火、正火、淬火、回火、表面、掌握退火、正火、淬火、回火、表面熱處理的工藝特點(diǎn)熱處理的工藝特點(diǎn)熱處理是一種重要的加工工藝，熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用。在機(jī)床制造中約在機(jī)床制造中約60-70%60-70%的零件要經(jīng)過熱處理。的零件要經(jīng)過熱處理。在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%70-80%。至于模具、滾動(dòng)軸承則要至于模具、滾

2、動(dòng)軸承則要100%100%經(jīng)過熱處理。經(jīng)過熱處理。總之，重要的零件都要經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍苁褂??？傊?，重要的零件都要?jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍苁褂谩?2 2、熱處理特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn)：熱處理熱處理區(qū)別于其他加工工藝如區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過改變工件的組織只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。來改變性能，而不改變其形狀。 鑄造鑄造軋制軋制 鋼的熱處理鋼的熱處理 材料的性能可以通過下面方法得以改善材料的性能可以通過下面方法得以改善 1.改變含碳量 2. 對(duì)材料進(jìn)行后續(xù)處理熱處理 3. 在鋼鐵的冶煉過程中，加入所需的合金元素 鋼的熱處理是指將鋼在固

3、態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需要性能的一種工卻，以改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需要性能的一種工藝方法。藝方法。熱處理的定義熱處理的定義: :時(shí)間溫度溫度 熱熱加加保溫保溫冷冷 卻卻箱式電阻爐臺(tái)車式電阻爐 鋼的臨界點(diǎn)：理論溫度線：理論溫度線：實(shí)際加熱溫度線：實(shí)際加熱溫度線：實(shí)際冷卻溫度線：實(shí)際冷卻溫度線：A1、 A3、 AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm 碳鋼的室溫組織基本上是鐵素體和滲碳體組成。碳鋼的室溫組織基本上是鐵素體和滲碳體組成。只有加熱到奧氏體狀態(tài)才能通過不通過的冷卻方式使只有加熱到奧氏體狀態(tài)才能通

4、過不通過的冷卻方式使剛轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌M織，獲得所需要的性能。剛轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌M織，獲得所需要的性能。 加熱是熱處理的第一道工序，在臨界點(diǎn)以上加熱加熱是熱處理的第一道工序，在臨界點(diǎn)以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱為，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱為奧氏體化。奧氏體化。 以共析鋼的奧氏體形成過程為例以共析鋼的奧氏體形成過程為例 (遵循形核和長(zhǎng)大）1、奧氏體的形成一、一、 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變第一步：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：第三步：殘余Fe3c溶解。（鐵素體在成分、結(jié)構(gòu)上比Fe3c更接近于奧氏體，因而Fe3c先消失，而殘余Fe3c隨保溫時(shí)間

5、延長(zhǎng)不斷溶解直至消失。）第四步：奧氏體均勻化。（Fe3c溶解后，其所在部位含碳量仍很高，通過長(zhǎng)時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。）2 2、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素 加熱溫度和保溫時(shí)間：加熱溫度和保溫時(shí)間： 加熱溫度高、晶粒長(zhǎng)大越快，晶粒粗大。加熱溫度高、晶粒長(zhǎng)大越快，晶粒粗大。 當(dāng)加熱溫度一定時(shí)，隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，晶粒不斷長(zhǎng)大，當(dāng)加熱溫度一定時(shí)，隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，晶粒不斷長(zhǎng)大，但長(zhǎng)大緩慢，不會(huì)無限長(zhǎng)大。但長(zhǎng)大緩慢，不會(huì)無限長(zhǎng)大。 加熱速度加熱速度：加熱速度越快，形核率越高，時(shí)間短，晶粒越細(xì)。加熱速度越快，形核率越高，時(shí)間短，晶粒越細(xì)。（3 3）鋼的成分）鋼的成分：兩種冷卻

6、方式示意兩種冷卻方式示意圖圖1等溫冷卻等溫冷卻2連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻 熱處理中對(duì)鋼進(jìn)行加熱和保溫的主要目的是為了使鋼獲得細(xì)小熱處理中對(duì)鋼進(jìn)行加熱和保溫的主要目的是為了使鋼獲得細(xì)小而均勻的奧氏體晶粒，以什么方式和速度冷卻，將對(duì)鋼的組織和性而均勻的奧氏體晶粒，以什么方式和速度冷卻，將對(duì)鋼的組織和性能有著決定性的作用。能有著決定性的作用。一、冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 等溫冷卻：等溫冷卻： 奧氏體化的鋼先以較快的冷卻速度冷卻到相變點(diǎn)（A1線）以下一定的溫度，這時(shí)的奧氏體尚未轉(zhuǎn)變，但成為過冷奧氏體化。（等溫退火、等溫淬火) 連續(xù)冷卻：連續(xù)冷卻： 溫度連續(xù)下降過程中發(fā)生組織的轉(zhuǎn)變。(水、油、空冷）

7、二、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能二、過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能 隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體變和馬氏體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變。三種類型轉(zhuǎn)變。 以共析鋼為例說明：以共析鋼為例說明： 過冷奧氏體的高溫轉(zhuǎn)變（過冷奧氏體的高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）珠光體轉(zhuǎn)變）1 1、珠光體的組織形態(tài)及性能、珠光體的組織形態(tài)及性能 過冷奧氏體在過冷奧氏體在A A1 1到到550550間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織，它，它是是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物，根據(jù)片層厚薄不，根據(jù)

8、片層厚薄不同，又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體。同，又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體。珠光體珠光體索氏體索氏體托氏體托氏體光鏡下形貌光鏡下形貌電鏡下形貌電鏡下形貌 珠光體：珠光體： 形成溫度為形成溫度為A A1 1-650-650，片層較厚，片層較厚，500500倍光鏡下倍光鏡下可辨，用符號(hào)可辨，用符號(hào)P P表示。表示。光鏡形貌電鏡形貌 索氏體索氏體 形成溫度為形成溫度為650-600650-600，片層較薄，片層較薄，800-1000800-1000倍光倍光鏡下可辨，用符號(hào)鏡下可辨，用符號(hào)S S 表示。表示。 托氏體托氏體形成溫度為形成溫度為600-550600-550，片層極薄，電鏡下可辨，用

9、，片層極薄，電鏡下可辨，用符號(hào)符號(hào)T T 表示。表示。電鏡形貌光鏡形貌珠光體、索氏體、托氏體珠光體、索氏體、托氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分只是形態(tài)上的粗細(xì)之分。 貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變 1 1、貝氏體的組織形態(tài)及性、貝氏體的組織形態(tài)及性能能 過 冷 奧 氏 體 在過 冷 奧 氏 體 在 5 5 0 - 5 5 0 - 230230 間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類型間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類型組織，貝氏體用符號(hào)組織，貝氏體用符號(hào)B B表示。表示。 根據(jù)其組織形態(tài)不同，根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝貝氏體氏體又分為又分為上貝氏體上貝氏體( (B B上上) )和和下下貝氏體貝氏體（B B下下）

10、。）。上貝氏體上貝氏體下貝氏體下貝氏體 上貝氏體上貝氏體 形成溫度為形成溫度為550-350550-350。 在光鏡下呈在光鏡下呈羽毛狀。羽毛狀。 光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下 下貝氏體下貝氏體 形成溫度為形成溫度為350- 350- 230 230 在光鏡下呈在光鏡下呈竹葉狀。竹葉狀。 光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下上貝氏體上貝氏體下貝氏體下貝氏體貝氏體組織的透射電鏡形貌貝氏體組織的透射電鏡形貌f上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無實(shí)用價(jià)值。上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無實(shí)用價(jià)值。f下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上

11、常用的強(qiáng)化組即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。織之一。 馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。1 1、馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)、馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)碳在碳在-Fe-Fe中的過飽和固溶體稱中的過飽和固溶體稱馬氏體馬氏體, ,用符號(hào)用符號(hào)M M 表示。表示。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。馬氏體組織馬氏體組織鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝鋼的普通熱處理：退火、正火、淬火和回鋼的普通熱處理：退火、正火、淬火和回火火鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理表面淬火：表面淬火：感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱、火焰加

12、熱、火焰加熱表面化學(xué)熱處理：表面化學(xué)熱處理：滲碳滲碳、滲氮、滲氮、碳氮共滲等碳氮共滲等 鋼的普通熱處理鋼的普通熱處理重要零部件重要零部件:鑄造鑄造(或鍛造或鍛造)退火退火(或正火或正火)粗加工粗加工淬火淬火回火回火精加工精加工成品成品退火與正火冷卻速度較慢，退火與正火冷卻速度較慢，主要用來改善材料工藝性能，主要用來改善材料工藝性能，消除殘余應(yīng)力、改善組織、消除殘余應(yīng)力、改善組織、調(diào)整硬度、改善切削性能等調(diào)整硬度、改善切削性能等等等預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理獲得優(yōu)異的綜合力學(xué)性獲得優(yōu)異的綜合力學(xué)性能能最終熱處理最終熱處理三、鋼的退火三、鋼的退火 將退火是將鋼件加熱到高于或低于鋼的相變將退火是將鋼件加熱

13、到高于或低于鋼的相變點(diǎn)適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，隨后在爐中或埋入點(diǎn)適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，隨后在爐中或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻，以獲得接近平衡導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的一種太熱處理工藝。狀態(tài)組織的一種太熱處理工藝。 根據(jù)目的和要求不同，又可以分為根據(jù)目的和要求不同，又可以分為完全退火、完全退火、球化退火和去應(yīng)力退火球化退火和去應(yīng)力退火。 1、完全退火：、完全退火：A）工藝：）工藝： Ac3以上以上（3050），保溫后隨爐或埋入），保溫后隨爐或埋入石灰緩慢冷卻，至石灰緩慢冷卻，至500 以下后在空氣中繼續(xù)冷卻以下后在空氣中繼續(xù)冷卻 。B）目的：）目的： 使熱加工過程

14、中的造成的粗大晶粒細(xì)化，使熱加工過程中的造成的粗大晶粒細(xì)化，不均勻組織均勻化，或使中碳以上的碳鋼及合金鋼不均勻組織均勻化，或使中碳以上的碳鋼及合金鋼降低硬度，改善切削加工性能。同時(shí)消除殘余應(yīng)力。降低硬度，改善切削加工性能。同時(shí)消除殘余應(yīng)力。2、球化退火：、球化退火：A）工藝：）工藝： Ac1以上以上（2030），保溫后隨爐緩冷至），保溫后隨爐緩冷至600 以下出爐空冷以下出爐空冷 。B）目的：）目的：降低硬度，提高韌性，改善切削加工性能，降低硬度，提高韌性，改善切削加工性能，并為后續(xù)的淬火做好組織準(zhǔn)備。并為后續(xù)的淬火做好組織準(zhǔn)備。4、去應(yīng)力退火：、去應(yīng)力退火：A）工藝：）工藝： A1以下某一溫

15、度（以下某一溫度（500650 ），保溫后），保溫后隨爐緩冷至隨爐緩冷至200 以下出爐空冷以下出爐空冷 。B）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：低溫退火，無組織變化低溫退火，無組織變化C）目的：）目的： 消除鑄、鍛、焊件等的殘余應(yīng)力消除鑄、鍛、焊件等的殘余應(yīng)力,減少變形，減少變形，穩(wěn)定尺寸穩(wěn)定尺寸三、鋼的正火三、鋼的正火將鋼件加熱至（將鋼件加熱至（ Ac3、Ac1 以上），保溫后出爐以上），保溫后出爐空冷的熱處理工藝?？绽涞臒崽幚砉に?。A）工藝：）工藝： Ac3、Ac1 以上（以上（3050），空冷），空冷 。B）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：冷卻速度快，組織較細(xì)，鋼的強(qiáng)度和硬度冷卻速度快，組織較細(xì)，鋼的強(qiáng)度和硬度有所提高。有

16、所提高。C）目的：）目的： （1） 對(duì)于低、中碳鋼對(duì)于低、中碳鋼(0.6C%)，目的與退火的相，目的與退火的相同。同。 對(duì)于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為對(duì)于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。球化退火作組織準(zhǔn)備。 普通件最終熱處理。普通件最終熱處理。與退火相比具有以下特點(diǎn)：與退火相比具有以下特點(diǎn)： 1）由于冷卻速度較退火快，所得組織比退火時(shí)要細(xì)；）由于冷卻速度較退火快，所得組織比退火時(shí)要細(xì)； 2）正火后的零件的強(qiáng)度和硬度比退火時(shí)高，且含碳量越）正火后的零件的強(qiáng)度和硬度比退火時(shí)高，且含碳量越高，差別越大；高，差別越大； 3）低碳鋼經(jīng)正火處理后的強(qiáng)度與硬度，與退火處理的

17、差）低碳鋼經(jīng)正火處理后的強(qiáng)度與硬度，與退火處理的差別不多，但正火處理是在爐外進(jìn)行，不占用設(shè)備，生產(chǎn)率別不多，但正火處理是在爐外進(jìn)行，不占用設(shè)備，生產(chǎn)率高，所以低碳鋼多采用正火代替退火處理。高，所以低碳鋼多采用正火代替退火處理。三、鋼的淬火三、鋼的淬火 淬火淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后，使奧氏體是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。淬火是應(yīng)用最廣的熱淬火是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。處理工藝之一。淬火的目的：淬火的目的： 獲得馬氏體組織，提高鋼的性能。獲得馬氏體組織，提高鋼的性能。1.鋼的淬火材料鋼的淬火材料A水：冷卻速度快，但容易造成組

18、織應(yīng)力，導(dǎo)致工件變水：冷卻速度快，但容易造成組織應(yīng)力，導(dǎo)致工件變形、開裂。一般碳素鋼多采用水做冷卻液。形、開裂。一般碳素鋼多采用水做冷卻液。油：冷卻速度慢，合金鋼多采用。油：冷卻速度慢，合金鋼多采用。2.淬透性的應(yīng)用 （1 1）對(duì)于截面承載均勻的重要件，要全部淬透。如螺對(duì)于截面承載均勻的重要件，要全部淬透。如螺 栓、連桿、模具等。栓、連桿、模具等。 （2 2）對(duì)于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透（淬硬層深度一般為對(duì)于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透（淬硬層深度一般為半徑的半徑的1/21/31/21/3），如軸類、齒輪等。），如軸類、齒輪等。 淬硬層深度與工件尺寸有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意尺寸效應(yīng)淬硬層深度

19、與工件尺寸有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意尺寸效應(yīng)。 高強(qiáng)螺栓高強(qiáng)螺栓柴油機(jī)連桿柴油機(jī)連桿齒輪齒輪三、鋼的回火三、鋼的回火 鋼的回火就是將鋼的回火就是將淬火淬火后的鋼重新加熱到后的鋼重新加熱到Ac1點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。（基本所有淬火零件都到室溫的熱處理工藝。（基本所有淬火零件都需要回火處理）需要回火處理）1.工藝：工藝：A1以下某一溫度（以下某一溫度（150650 ），保溫后出），保溫后出爐空冷爐空冷 。2.目的：目的：（1）降低或消除淬火應(yīng)力，減小變形，防止開裂；）降低或消除淬火應(yīng)力，減小變形，防止開裂；（2）通過不同的回火溫度來調(diào)整硬度，減小脆性；）通過不同的回火溫度來調(diào)整硬度，減小脆性；（3）使淬火組織穩(wěn)定化，避免工件在使用過程中發(fā)生）使淬火組織穩(wěn)定化，避免工件在使用過程中發(fā)生尺寸和形狀的變化。尺寸和形狀的變化。 通常把淬火加高溫回火的熱處理工藝稱作通常把淬火加高溫回火的熱處理工藝稱作“調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)處理處理”，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱“調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)”。l調(diào)質(zhì)廣泛用于連桿、調(diào)質(zhì)廣泛用于連