鋼的熱處理課件

1、2022-6-51Heat Treatment of Steel主講人：李安銘主講人：李安銘 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu2定義：定義：經(jīng)過加熱、保溫、冷卻，改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得需要的性能。時間溫度臨界溫度 熱加保 溫冷 卻目的：目的：改變鋼的性能，充分改變鋼的性能，充分發(fā)揮材料的潛力。發(fā)揮材料的潛力。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu3 熱處理的作用：熱處理的作用： 提高材料的力學性能，延長工件使用壽命，充分發(fā)揮材料的潛力；改善材料加工性

2、能。 例1：20號鑄鋼正火后，延伸率提高一倍，韌性提高四倍。正火后，延伸率提高一倍，韌性提高四倍。力學性能b（MPa)、%ak(J/cm2)鑄態(tài)4501520正火后4803098材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu4例2：T8鋼淬火后，硬度大大提高。淬火后，硬度大大提高。力學性能b（MPa)、%硬度（HB）退火態(tài)85018200淬火后20000600熱處理是機械零件加工過程中常用的工序。 例如：齒輪的加工。下料下料 鍛造鍛造 正火正火 粗加工粗加工 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 精加工精加工 表面淬火表面淬火 （精磨）（精磨）T T8 8鋼淬火

3、前后性能比較鋼淬火前后性能比較材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu5熱處理熱處理普普 通通熱處理熱處理表表 面面熱處理熱處理退火退火; ;正火正火; ;淬火淬火; ;回火回火; ;表面淬火表面淬火化化 學學熱處理熱處理感應加感應加熱淬火熱淬火火焰加火焰加熱淬火熱淬火滲碳滲碳; ; 滲氮滲氮; ;碳氮共滲碳氮共滲; ; 熱處理分類：熱處理分類：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu6加加 熱熱 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 變變第 一 節(jié)Heating TransformationH

4、eating Transformation2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu7Ac1A1Ar1Ac3A3Ar3AccmAcmArcmSPGQEFF+PPP+Fe3C AF+AA+ Fe3C C% 一、一、臨界轉(zhuǎn)變溫度：臨界轉(zhuǎn)變溫度：C:表示加熱表示加熱R:表示冷卻表示冷卻實際的相變點不是固定值，隨加熱、冷卻速度而改變。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu8溫度高，轉(zhuǎn)變快。溫度高，轉(zhuǎn)變快。 二二. 影響影響A轉(zhuǎn)變的因素：轉(zhuǎn)變的因素：410410例如：例如：共析鋼 740，10S開始轉(zhuǎn)變，104

5、S轉(zhuǎn)變結(jié)束，800，瞬間開始，100S結(jié)束。原因：原因：擴散容易；碳的濃差大。熱處理生產(chǎn)中，加熱溫熱處理生產(chǎn)中，加熱溫度高，保溫時間短。度高，保溫時間短。FA A+Fe3CF+AF + Fe3CTC1C2T1T2材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu9 （2 2）成）成 分分 碳和合金元素改變碳和合金元素改變A形成速度形成速度.410410 合金鋼淬火加熱溫度比碳鋼高數(shù)十度，保溫時間增加合金鋼淬火加熱溫度比碳鋼高數(shù)十度，保溫時間增加1/31/3左右。左右。 C%C%： C%增加，碳化物數(shù)量相應增多，F(xiàn)和Fe3C的相界面增大，A

6、晶核數(shù)增多，其轉(zhuǎn)變速度加快。合金元素：合金元素：不改變A的形成過程，但影響A的形成速度。因為合金元素改變鋼的臨界點，并影響碳的擴散速度，且自身也存在擴散和重新分布的過程，所以合金鋼的A形成速度一般比碳鋼慢，尤其高合金鋼。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu10 (3) (3) 原原 始始 組組 織織 （4 4）加）加 熱熱 速速 度度410410 鋼中原始P越細，其片間距越小，相界面越多，越有利于形核，同時由于片間距小，碳原子的擴散距離小，擴散速度加快導致A形成速度加快。同樣片狀P比粒狀P的A形成速度快。 加熱速度越快，A化

7、溫度越高，過熱度越大，相變驅(qū)動力也越大；同時由于A化溫度高，原子擴散速度也加快，提高形核與長大的速度,從而加快A的形成。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu11 三、奧氏體晶粒度及影響因素：三、奧氏體晶粒度及影響因素：1. 1. 奧氏體晶粒度：奧氏體晶粒度：14級，粗晶粒；58級，細晶粒；8級以上，超細晶粒。晶粒度評定標準晶粒度評定標準材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu12 （3 3）本質(zhì)晶粒度）本質(zhì)晶粒度: : 鋼加熱到93010、保溫8小時、得到的晶

8、粒度。 表示鋼在加熱時奧氏體晶粒長大的傾向表示鋼在加熱時奧氏體晶粒長大的傾向. . 分為：本質(zhì)細晶粒鋼；本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)細晶粒鋼；本質(zhì)粗晶粒鋼 。 （1）起始晶粒度）起始晶粒度: 珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏體的晶粒大小。 （2）實際晶粒度）實際晶粒度: 鋼在加熱時所獲得的實際奧氏體晶粒的大小, 實際晶粒度決定鋼的性能。實際晶粒度決定鋼的性能。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu13材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu14（1）加熱溫度，保溫時間）加熱溫度，保溫時

9、間加熱溫度高，保溫長，晶粒粗大。溫度/9001000110012001300晶粒(m2)4000800026000840001600000.8%C0.8%C鋼的晶粒與鋼的晶粒與T T的關系的關系( (保溫保溫3h)3h)材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu15(2) 含碳量含碳量（3）合金元素）合金元素V Ti Zr Nb Al 阻止長大，阻止長大，Mn P 促進長大促進長大隨C%增加，長大傾向增大。若C以未溶碳化物形式存在，阻止晶粒長大。例如：例如：錳鋼淬火過熱傾向大； 滲碳鋼中加入V、Ti、Nb等。材料科學與工程學院材料

10、科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu16冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物第 二 節(jié)Cooling Transformation MatterCooling Transformation Matter2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu17 一、珠光體類一、珠光體類( A1550 ) ：1 1、珠光體類組織：、珠光體類組織：珠光體P、索氏體S、屈氏體T2 2、形態(tài)與性能：、形態(tài)與性能：F與Fe3C層片狀，區(qū)別為片層間距不同。 T的強硬度最高，S次之，P最差。P P在在A Ar1r1以下長時間保溫，以下長時間保溫，F(xiàn)eFe3 3C C可球

11、化，形成球狀可球化，形成球狀P P。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu18組織轉(zhuǎn)變溫度/片層間距(m)硬度(HRC)顯微觀察/X珠光體Ar1-6500.45-27500索氏體650-6000.4-0.227-33800-1000曲氏體600-5500.233-43電鏡珠光體類組織珠光體類組織珠光體索氏體曲氏體材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu19形成溫度：形成溫度：550350 二、貝氏體類二、貝氏體類( 550230 ) ：組織形態(tài)：組織形態(tài)：光學顯

12、微鏡觀察，呈羽毛狀；電鏡下觀察， 平行排列的F板條之間，分布短桿狀的Fe3C，F(xiàn)為位錯 亞結(jié)構(gòu)。1.1.上貝氏體上貝氏體 B B上上：過飽和的過飽和的 -Fe-Fe板條板條+ +細條狀細條狀FeFe3 3C C材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu20 光光 鏡鏡 電電 鏡鏡 上上 貝貝 氏氏 體體 形形 貌：貌：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu21力學性能：力學性能：強韌性不高，硬度4045HRC。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5

13、Anming Li, Dept of MSE,hpu22形成溫度：形成溫度：350Ms2.2.下貝氏體下貝氏體 B B下下：過飽和的針葉過飽和的針葉 -Fe+-Fe+細片細片C C化物化物組織形態(tài)：組織形態(tài)：光學顯微鏡觀察，F(xiàn)呈凸透鏡狀，彼此交叉，分布無規(guī)則；電鏡下觀察， F片內(nèi)規(guī)則分布著碳化物粒子，粒子分布與長軸方向呈55-600的夾角。F片為位錯亞結(jié)構(gòu)。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu23光光 鏡鏡電電 鏡鏡 下下 貝貝 氏氏 體體 形形 貌：貌：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming L

14、i, Dept of MSE,hpu24性能：性能：具有很好的綜合力學性能。很好的綜合力學性能。 例如：共析鋼B下，b=1600MPa,0.2=1400MPa =20% =13%。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu251.1.定義定義: :碳在 Fe中的過飽和固溶體。2.2.馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu): : 由于碳的過飽和作用, 使- Fe晶格由體心立 方變成體心正方晶格。 三、馬氏體類三、馬氏體類( 23050 ) ：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE

15、,hpu263. 3. 馬氏體的組織形態(tài)馬氏體的組織形態(tài): :板條狀 體心立方結(jié)構(gòu) 位錯亞結(jié)構(gòu) 好的綜合性能片(針)狀 體心正方結(jié)構(gòu) 攣晶亞結(jié)構(gòu) 硬、脆M材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu27板條狀板條狀M - 低碳馬氏體低碳馬氏體 性能：性能：板條M具有良好的綜合力學性能。 原因：一是過飽和度較低，二是位錯亞結(jié)構(gòu)。 例如例如0.2%C0.2%C鋼，鋼，HRC50HRC50、 b b1500MPa1500MPa、a ak k=180J/cm=180J/cm2 2組織形貌：組織形貌：一個A晶?？梢杂袔讉€板條束，在板條束中有時

16、又可以分成幾個平行的板條塊，在板條內(nèi)分步著稠密的平行的M板條。稠密的板條之間是一層連續(xù)的高度變形的極薄的A薄膜(約20nm)，M內(nèi)有大量位錯。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu28n 光光 鏡鏡電電 鏡鏡 板條狀板條狀 馬馬 氏氏 體：體：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu29片片(針針)狀狀 - 高碳馬氏體高碳馬氏體組織形貌：組織形貌：立體形態(tài)是雙凸透鏡片狀，在A晶粒中，首先形成一個貫穿整個晶粒的M片，后形成的M片尺寸受到限制，在已存在的M和A晶界或

17、M片之間，后形成的M片越小。M片之間互不平行，最后的三角區(qū)為A殘。性能：性能：高的強硬度,塑、韌性很低.HRC60、ak=1J/cm2原因原因:片狀M過飽和度大，晶格畸變嚴重, 內(nèi)應力大， 片間易產(chǎn)生顯微裂紋;孿生亞結(jié)構(gòu)變形困難。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu30n 光光 鏡鏡電電 鏡鏡 針針(片片) 狀狀 馬馬 氏氏 體：體：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu31冷卻轉(zhuǎn)變曲線第 三 節(jié)Cooling Transformation CurveTra

18、nsformation Curve2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu32 過冷奧氏體：過冷奧氏體：A從高溫冷卻到A1以下，并不立即轉(zhuǎn)變，而處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，把這種存在于存在于A1A1溫度以下暫未發(fā)生轉(zhuǎn)溫度以下暫未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定變的不穩(wěn)定A A稱為過冷稱為過冷A A。等溫冷卻：等溫冷卻：將鋼迅速過冷到臨界點(Ar1)以下某一溫度，使奧氏體在該溫度下進行轉(zhuǎn)變。連續(xù)冷卻：連續(xù)冷卻：將鋼以某一速度不停地冷卻(到室溫)，使奧氏體在連續(xù)降溫的過程中轉(zhuǎn)變。冷卻方式：冷卻方式：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of M

19、SE,hpu33 熱熱加加保溫保溫時間溫度臨界溫度臨界溫度連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻等溫冷卻等溫冷卻 熱處理的冷卻方式熱處理的冷卻方式材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu34 一、等溫冷卻轉(zhuǎn)變一、等溫冷卻轉(zhuǎn)變共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn) 變曲線變曲線 - TTT曲線曲線 ( C 曲線曲線 )T - timeT - temperatureT - transformation材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu35 快冷到某溫度下保溫，過冷奧氏體

20、經(jīng)過a1時間開始轉(zhuǎn)變，該時間稱為轉(zhuǎn)變孕育期。隨著時間的延長，轉(zhuǎn)變量不斷增加。經(jīng)過b1時間后全部轉(zhuǎn)變完畢。 一、一、C曲線建立：曲線建立：1. 轉(zhuǎn)變動力學曲線：轉(zhuǎn)變動力學曲線： 時間轉(zhuǎn)變量(%)2.時間時間轉(zhuǎn)變溫度曲線：轉(zhuǎn)變溫度曲線： 將相同性質(zhì)的點連接起來材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu36時間時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu37 共析鋼的

21、等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線(TTT)，象字母“C”，俗稱C曲線。孕育期最短的點在550附近，該點稱為C曲線的“鼻尖”。 溫度低于臨界值Ms后，孕育期消失，到達Ms立即發(fā)生轉(zhuǎn)變，Ms為馬氏體轉(zhuǎn)變溫度。 3. TTT3. TTT曲線曲線特征：特征：A1Ms材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu38穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn)產(chǎn) 物物 區(qū)區(qū)產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)。550550230230; ;中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變區(qū)區(qū); ;

22、 半擴散型轉(zhuǎn)變半擴散型轉(zhuǎn)變; ;貝氏體貝氏體( B ) ( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū); ;230230 - 50- 50; ; 低溫轉(zhuǎn)低溫轉(zhuǎn)變區(qū)變區(qū); ; 非擴散型轉(zhuǎn)變非擴散型轉(zhuǎn)變; ;馬氏體馬氏體 ( M ) ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf 二、二、C 曲曲 線線 分分 析：析：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu39穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時間(s)3001021031041010800-10010020050

23、0600700溫度()0400A1MsMfTTT 曲線的應用曲線的應用V1V2VkV3V4V V1 1 = 5.5/s : = 5.5/s :爐冷爐冷 ; P; PV V2 2 = 20/s : = 20/s :空冷空冷 ; S; SV V3 3 = 33/s : = 33/s :油冷油冷;T+M+A;T+M+A殘殘V V4 4 138/s : 138/s :水冷水冷 ; M+A; M+A殘殘材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu40三、影響三、影響 TTT TTT 曲線形狀曲線形狀與位置的因素與位置的因素1. 1. 奧氏體中

24、含碳量的影響奧氏體中含碳量的影響: :(1).(1).碳含量偏離共析點成分碳含量偏離共析點成分: : 平衡轉(zhuǎn)變時存在先共析相的析出, 在C曲線的上方有一條先共析相析出線，上趨近于Ac3或Accm，下到C曲線的鼻尖處。亞共析鋼中為鐵素體的析出線，過共析鋼則為二次滲碳體的析出線。 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu41 FAP + FS + FTBM + A殘殘A3時間時間(s)3001021031041010 0800-100100200500600700溫度溫度()0400A1MsMf 亞共析鋼亞共析鋼TTTTTT曲線：曲

25、線：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu42P + Fe3CS + Fe3CTBM + A殘殘 Fe3CAACm時間時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A1MsMf 過共析鋼過共析鋼TTT曲線：曲線：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu43過共過共析鋼析鋼共析共析 鋼鋼亞共亞共析鋼析鋼時間溫度A1含碳量對含碳量對C C曲線位置的影響：曲線位置的影響：亞共析鋼隨含碳量增加，C曲線右移，轉(zhuǎn)變

26、的孕育期和轉(zhuǎn)變時間都加長；過共析鋼隨含碳量的增加，C曲線左移，轉(zhuǎn)變的孕育期和轉(zhuǎn)變時間都減少，先析出的碳化物促使奧氏體分解; 共析鋼的奧氏體最穩(wěn)定。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu44 2. 2.奧氏體中合金元素的影響奧氏體中合金元素的影響: : 除Co外，幾乎所有元素都使C曲線右移，提高奧氏體的穩(wěn)定性。 大量合金元素的加入，還會改變C曲線的形狀。向右移向右移向下移向下移MsA1A1Ms含含Cr合金鋼合金鋼材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu453.3.

27、加熱溫度和保溫時間的影響加熱溫度和保溫時間的影響: : 加熱溫度越高加熱溫度越高, , 保溫時間越長保溫時間越長. . C C曲線右移。曲線右移。 原因：原因：碳化物溶解充分, 奧氏體成分均勻,提高了過冷 奧氏體的穩(wěn)定性, 從而使使 TTTTTT曲線向右移。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu46四、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變四、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn) 變曲線 - CCT 曲線的建立C - continuousC - coolingT - transformation材料科學與工程學院材料科學與工程

28、學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu47Vk1. 1. 共析碳鋼共析碳鋼 CCT CCT 曲線的建立曲線的建立時間( lg )溫度A1PfPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷Vk1爐冷爐冷空冷空冷材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu482. 2. 共析碳鋼共析碳鋼CCTCCT曲線的分析曲線的分析A+P時間( lg )溫度A1PfPsKMsMf材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu49在一個溫度范圍內(nèi)在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷

29、卻完成連續(xù)冷卻完成; ; Ms開始， Mf結(jié)束。轉(zhuǎn)變不完全性轉(zhuǎn)變不完全性, Q, QM M = = f f ( T )( T ) C0.5%，存在A殘， C0.5%不考慮A殘。 五、五、M 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 變變 特特 點點 ：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu50退火與正火第 四 節(jié)Annealing and NormalisingAnnealing and Normalising2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu51一般零件生產(chǎn)的工藝路線一般零件生產(chǎn)的工藝路線: :毛坯生產(chǎn)毛坯生產(chǎn) 預備熱處理預備

30、熱處理 機械加工機械加工最終熱處理最終熱處理 機械精加工機械精加工預備熱處理預備熱處理 : 退火退火 ; 正火正火最終熱處理最終熱處理 : 淬火淬火 ; 回火回火材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu52一一. 鋼的退火鋼的退火(Annealing of steel)定義定義: 把零件加溫到一定溫度，保溫后隨爐冷卻， 以獲得接近平衡狀態(tài)組織。目的目的: 1、消除應力，減少變形，防止開裂; 2、降低硬度，便于切削加工; 3、細化晶粒，改善組織; 4、均勻成分，消除偏析。 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5An

31、ming Li, Dept of MSE,hpu531 1完全退火：完全退火： 方法：方法：加熱到Ac3+3050，保溫后，緩慢冷卻(隨爐冷 卻或埋入石灰、干沙中冷卻)到500以下，取出空冷。目的：目的： 改善粗大、不均勻組織; 調(diào)整硬度; 消除內(nèi)應力.應用范圍：應用范圍：亞共折鋼，共析 鋼，不適用于過共析鋼。組織：組織：P+FP+F材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu542 2等溫退火：等溫退火： 方法：方法：亞共析鋼加熱Ac3+3050，保溫后，快冷到珠光體開始轉(zhuǎn)變前(打開爐門，甚至吹風)，在珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)等溫，轉(zhuǎn)變完

32、畢后，取出空冷。組織：組織：F+P目的：目的：與完全退火、球化退火相同；得到均勻的組織和硬度；縮短生產(chǎn)周期。應用范圍：應用范圍：高碳鋼，合金工 具鋼，高合金鋼。A1V1V2材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu553 3球化退火球化退火: : 方法：方法：過共析鋼加熱到Ac1+3050，保溫較長時間，冷卻到Ar1附近時要足夠慢 (比爐冷還要慢)。應用范圍：應用范圍： 過共析鋼，共析鋼組織：組織：球狀P（F+球狀FeC3）目的：目的： 使FeC3球化HRC， 韌性切削性 為淬火作準備材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022

33、-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu56T10鋼球化退火700 共析鋼球化退火500 球球 化化 退退 火火 后后 的的 組組 織：織：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu574 4去應力退火去應力退火: : 方法：方法：緩慢加熱(100150/h)到500650，保 溫后隨爐冷(50100/h)，到200300以下出爐。目的：目的：鋼中無相變發(fā)生，組織沒有明顯變化，可消除殘余內(nèi)應力。用途：用途：消除變形或其它原因產(chǎn) 生的內(nèi)應力。 例如：鑄件、焊接件、拉、拔、 擠壓等工件的內(nèi)應力 材料科學與工程學院材

34、料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu58二二. .鋼的正火鋼的正火( Normalizing of steel )1. 定義定義: 把零件加溫到臨界溫度以上3050, 保溫后，在空氣中冷卻。亞共析鋼亞共析鋼 Ac3 + 3050共析鋼共析鋼 Ac1 + 3050 過共析鋼過共析鋼 Accm + 3050 2.2.加熱溫度：加熱溫度：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu593. 目的目的: ( (1)同于退火; (2)消除網(wǎng)狀二次滲碳體； (3)為最終熱處理作組織準備； (4)

35、作為最終熱處理。從使用性能上考慮：從使用性能上考慮： 如工件性能要求不高，隨后不再進行淬火和回火，往往用正火來提高力學性能；若零件的形狀比較復雜，正火冷卻有開裂的危險，應采用退火。從經(jīng)濟上考慮：從經(jīng)濟上考慮： 正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，且操作簡便材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu60 S (Wc=0.61.4%) S+F (Wc0.6%) 1.預備熱處理預備熱處理: 調(diào)整低、中碳鋼的硬度; 消除過共析鋼中的Fe3C。 2.最終熱處理最終熱處理: 用于要求不高的零件。 4. 正正 火火 后后 組組 織：織： 5. 應應

36、 用用 范范 圍：圍：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu61鋼鋼 的的 淬淬 火火第 五 節(jié)Quenching of SteelQuenching of Steel2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu62 定義定義: 亞共析鋼加熱 Ac3 + 3050，共析鋼 、 過共析鋼 加熱Ac1 + 3050 ，保溫后，快速冷卻快速冷卻 ，以獲得馬氏體組織。目的目的: 獲得馬氏體組織，提高鋼的硬度和耐磨性。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MS

37、E,hpu63亞共析鋼：亞共析鋼： Ac3 + 3050共析鋼、過共析鋼共析鋼、過共析鋼 ：Ac1 + 3050 FeTFe3CF+AAA+ Fe3C 1、淬火加熱溫度：、淬火加熱溫度：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu64亞共析鋼亞共析鋼（W Wc0.5% c0.5% ） M M亞共析鋼亞共析鋼（W Wc c0.5% 0.5% ） M + AM + A殘殘共析鋼共析鋼 M + AM + A殘殘過共析鋼過共析鋼 M+FeM+Fe3 3C+AC+A殘殘 淬淬 火火 后后 組組 織：織：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2

38、022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu652、淬火冷卻介質(zhì)、淬火冷卻介質(zhì)時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMfV1V2V V冷冷V Vk k的前提下，的前提下， V V冷冷適當小點好。適當小點好。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu66時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf 1 1、 理想冷卻曲線：理想冷卻曲線：材料科學與工程學院材料科學與工程學院

39、 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu67600-450 300-200水 600/S 270 /S 油 150 /S 30 /S鹽水 1100 /S 同于水堿浴 弱于水強于油 弱于油鹽浴 弱于油 弱于油 2 2、常用冷卻介質(zhì)：、常用冷卻介質(zhì)：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu68時間時間溫度MsA1優(yōu)點：優(yōu)點：操作簡單，易實現(xiàn)機械化、自動化。缺點缺點：淬火冷卻介質(zhì)不理想。 單液淬火法單液淬火法三三. .常用淬火方法常用淬火方法1 1）單液淬火法）單液淬火法材料科學與工程學院材料科學與工程學

40、院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu69雙液淬火雙液淬火時間時間溫度MsA1優(yōu)點：優(yōu)點：既保證淬硬， 又防止開裂， 減少變形。缺點：缺點：操作復雜。例如：例如：水淬油冷法水淬油冷法 2 2）雙液淬火法）雙液淬火法材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu70時間時間溫度MsA1分級淬火分級淬火3 3）分級淬火法）分級淬火法優(yōu)點：優(yōu)點：內(nèi)應力小，減少 變形與開裂。 缺點：缺點：鹽浴冷卻能力 弱，只適合形狀 復雜的小工件。 放入略高于Ms的鹽浴或減浴中，待其表面和心部溫度均勻后，再置于空氣中冷卻。

41、材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu71時間時間溫度MsA1等溫淬火等溫淬火4 4）等溫淬火法）等溫淬火法優(yōu)點：優(yōu)點：得到B下組織， 綜合性能好 缺點：缺點：生產(chǎn)周期長， 效率低，局限 于小工件。將奧氏體化后的鋼件在稍高于Ms溫度的鹽浴或堿浴中停留足夠時間，得到B下組織。 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu72常用淬火方法比較常用淬火方法比較單液淬火單液淬火雙液淬火雙液淬火分級淬火分級淬火等溫淬火等溫淬火時間時間溫度MsA1材料科學與工程學院材料科學與工

42、程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu73鋼的淬透性第 六 節(jié)HardenabilityHardenability of Steel of Steel2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu74M%表層表層心部心部1 定義定義: 是指鋼在淬火時所能得到的是指鋼在淬火時所能得到的淬硬層淬硬層( (馬氏馬氏體組織占體組織占50%50%處處) )的深度的能力的深度的能力 淬透性是材料的特性，與零件的尺寸和淬火工藝無關，并不直接表明鋼淬火能得到多大的淬硬層深度，因淬硬層深度與工件大小和冷卻速工件大小和冷卻速度有關。度有關。材料科學與工程

43、學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu75 二二. 影響鋼的淬透性的因素影響鋼的淬透性的因素: 主要是主要是臨界淬火冷卻速度臨界淬火冷卻速度V VK K 的大小的大小, , VK VK 越大，鋼越大，鋼的淬透性越小。的淬透性越小。1. 鋼的含碳量，共析鋼的淬透性最高；2. 除Co外，大部分合金元素都使C曲線右移，提高淬透性；3. 奧氏體化的溫度、時間影響奧氏體的均勻性和穩(wěn)定性，影響淬透程度，但這不全部為材料特征。 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu76三三. 鋼的淬硬性

44、鋼的淬硬性 ( Hardening of steel )1. 定義定義: 是指鋼在淬火后所能達到的最高硬度。最高硬度。2. 影響鋼的淬硬性的因素影響鋼的淬硬性的因素: 主要取決于馬氏體的含碳量。含碳量。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu77淬透性好，淬硬性不一定好淬透性好，淬硬性不一定好. .例如：例如：鋼鋼 種種淬硬性淬硬性淬透性淬透性 T T1212A A 好好 差差 20Cr20Cr2 2NiNi4 4A A 差差 好好材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE

45、,hpu78鋼鋼 的的 回回 火火第 七 節(jié)Tempering of SteelTempering of Steel2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu79一、定義一、定義: : 把淬火后淬火后的零件重新加溫到A A1 1線線以下某個溫度，保溫后冷卻到窒溫。二、目的二、目的: : 1、降低脆性，消除或減少淬火應力、降低脆性，消除或減少淬火應力; 鋼淬火后，存在較大的內(nèi)應力，加上淬火馬氏體性能較脆，容易開裂，有的零件在內(nèi)應力作用下，放置或稍有受力就開裂。利用回火可以消除或減小內(nèi)應力，達到防止變形和開裂。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anmi

46、ng Li, Dept of MSE,hpu80 2、調(diào)整淬火零件的力學性能；、調(diào)整淬火零件的力學性能； 淬火后得到的馬氏體一般硬度高，脆性大，通過控制回火的溫度和時間，達到需要的強度、塑性和韌性。例如：45SiMnV 高強度鋼筋，淬火后430回火，b1600MPa,設計用1200MPa，但枕木養(yǎng)護過程中鋼筋斷裂，改用淬火后460回火，問題解決。40CrNiMo 回火后的力學性能（回火后的力學性能（850油淬）油淬）回火溫度 b(MPa)(%) (%) ak(J/cm2)HB600850105598270200150083020530材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anm

47、ing Li, Dept of MSE,hpu81 3、穩(wěn)定工件尺寸：、穩(wěn)定工件尺寸： 淬火后的組織為M+A殘，都是不穩(wěn)定組織，使用過程中會發(fā)生轉(zhuǎn)變，帶來零件的尺寸和性能的變化?；鼗鹱尶赡艿淖兓跓崽幚頃r發(fā)生，得到的亞穩(wěn)組織在使用過程中不再發(fā)生變化，達到穩(wěn)定零件的組織性能和尺寸。4、軟化某些合金鋼：、軟化某些合金鋼： 例如：例如：18Cr2Ni4WA材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu82材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu83材料科學與工程學院材料科學與

48、工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu84 三、三、回回 火火 工工 藝藝淬火淬火 + + 高溫回火高溫回火 = = 調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理溫度溫度()組組 織織用途用途中溫回火350500 T回回彈簧等低溫回火150250M回回耐磨件高溫回火500650 S回回調(diào)質(zhì)件高溫軟化650A1 P回回高合金鋼工藝工藝材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu85四、回火脆性：四、回火脆性：鋼回火時韌性出現(xiàn)谷值的現(xiàn)象稱為鋼回火時韌性出現(xiàn)谷值的現(xiàn)象稱為“回火脆性回火脆性”。AkT T回回250-400450

49、-650材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu86 1. 1. 第一類回火脆性：第一類回火脆性： 鋼在250350附近回火，其韌性降低，稱為第一類回火脆性。 原因：原因：薄片狀過渡碳化物和滲碳體在馬氏體的板條或馬氏體片的邊界析出，脆性碳化物割裂了基體的連續(xù)性使鋼的韌性下降，殘余奧氏體分解的應力加重了脆性的程度。 幾乎所有的鋼都存在第一類回火脆性，一般應避免在250400進行回火。彈簧鋼加一定的合金元素來改變第一類回火脆性出現(xiàn)的溫度范圍。 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of

50、 MSE,hpu87 2. 2. 第二類回火脆性：第二類回火脆性： 對于含Ni、Cr、Mn的鋼在450600時，出現(xiàn)韌性下降現(xiàn)象，稱為第二類回火脆性。 原因：原因：回火后冷卻時，雜質(zhì)元素在晶界的偏聚。 僅在部分材料中發(fā)生，回火后采用快速冷卻可以抑制其發(fā)生，對具有第二類回火脆性的鋼在高溫回火后必須采用快速冷卻。 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu88兩類回火脆性比較兩類回火脆性比較：第一類回火脆性第一類回火脆性第二類回火脆性存在鋼種幾乎所有的鋼含Ni、Cr合金鋼產(chǎn)生原因碳化物在M邊界處形成薄膜晶界析出某種新相，包括雜質(zhì)的偏聚

51、防止措施1.避開該溫度回火2.用等溫淬火代替該溫度回火1.該溫度快冷避免析出2.加入W、Mo元素3.提高鋼的純度第一類回火脆性：不可逆；第二類回火脆性：可逆。第一類回火脆性：不可逆；第二類回火脆性：可逆。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu89表面熱處理第 八 節(jié)Surface Heat TreatmentSurface Heat Treatment 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu90引言引言: 磨損磨損斷齒斷齒 一些零件要求表面與心部具有不同的力學性能。例如齒輪：表面承受巨大的接觸應力

52、，希望有高的硬度來提高其耐磨性和接觸疲勞抗力；齒部經(jīng)受彎曲疲勞，要求材料有高的韌性。其失效形式為磨損或斷齒。 達到材料表面和心部具有不同性能的方法：一是相同的材料，表面和心部經(jīng)過不同方式的熱處理；另一是通過改變材料表面成分的方法來達到具有不同的性能。 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu91目的目的: 使零件具有使零件具有“表硬里韌表硬里韌”的力學性能。的力學性能。工藝：工藝： 表面淬火表面淬火 化學熱處理化學熱處理材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu92

53、一一. .表面淬火表面淬火( Surface Hardening )1. 定義定義: 工件淬透一定深度，心部保留未淬火組織的局部熱處理工藝?；驹恚夯驹恚菏紫葘α慵M行整體熱處理，讓零件心部達到要求的性能，例如軸、齒輪類，先進行調(diào)質(zhì)，再利用快速加熱的方法，只將工件的部分表層奧氏體化，然后淬火。表面淬表面淬火不改變材料的化學成分，使表面獲得馬氏體組織，得到強火不改變材料的化學成分，使表面獲得馬氏體組織，得到強化和硬化化和硬化。心部組織并不發(fā)生變化，保持高的韌性。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu932. 工藝工藝: 通

54、過快速加熱使鋼的表層奧氏體化,然后急冷，表層得到馬氏體組織，心部仍保持不變。淬火組織：淬火組織：加熱時，從表面到心部的溫度不同，淬火后組織不同，表層加熱溫度到 Ac3以上，為細小的馬氏體；次表層的溫度在Ac1Ac3之間，淬火組織為鐵素體加馬氏體或鐵素體加屈氏體；里層溫度在 Ac1以下，未奧氏體化，不能形成馬氏體，依然保持原始組織。 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu943. 3. 表面淬火用鋼表面淬火用鋼: : 選用選用中碳中碳或或中碳低合金鋼。中碳低合金鋼。 4040、4545、40Cr40Cr、40MnB40MnB等。等。4. 4. 表面淬火加熱方法表面淬火加熱方法: : 感應加熱感應加熱( ( 高、中、工頻高、中、工頻 ) )、火、火 焰加熱、電接觸加熱法等焰加熱、電接觸加熱法等。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 2022-6-5Anming Li, Dept of MSE,hpu95集膚效應示意圖集膚效應示意圖 將工件置于中頻或高頻(500500KHz)的交變磁場中，在工件上有感應電流，由于電流的集膚效應，電流集中于表層，大的電流產(chǎn)生的熱量將工件表面迅速達到 8001000，然后迅速置于水中或噴水冷卻，達到表層淬硬的結(jié)果。