鋼的熱處理工藝及原理

1、熱處置工藝及原理任何機械零件或工具，在運用過程中，往往要遭到各種方式外力的作用。如起重機上的鋼索，遭到懸吊物拉力的作用；柴油機上的連桿，在傳送動力時，不僅遭到拉力的作用，而且還遭到沖擊力的作用；軸類零件要遭到彎矩、扭力的作用等等。這就要求金屬資料必需具有一種接受機械荷而不超越答應變形或不破壞的才干。這種才干就是資料的力學性能。.金屬資料的力學性能 金屬資料的力學性能是指資料在外力的作用下抵抗變形和破壞的才干，它是金屬資料的主要性能之一，也是工程技術人員正確選用資料的重要根據。金屬資料的力學性能是經過實驗測定的。金屬表現來的諸如彈性、強度、硬度、塑性和韌性等特征就是用來衡量金屬資料資料在外力作用

2、下表現出力學性能的目的.低碳鋼的拉伸實驗，應按(CU22887)制造拉伸試樣，在萬能資料實驗機上緩慢加載拉伸，使試樣接受軸向拉力P，并引起試樣沿軸向產生伸長L(L1L0)，當載荷超越某一數值后，試樣伸長迅速加大，并使試樣部分直徑產生減少(稱為縮頸)，當載荷到達最大值時，試樣斷裂。假設以拉力P除以試樣的原始截面積F 0為縱坐標(即拉應力=PFo)。以L除以試樣原始長度L0為橫坐標(即應變=L/Lo)，那么可畫應力應變圖， .彈性和剛性彈性和剛性 在圖中，當加載應力不超越e，卸載后試樣能恢復原狀，即不產生永久變形，資料的這種性能稱為彈性。e為不產生永久變形的最大應力，稱為彈性極限。 圖中oe是直線

3、，表示應力與應變成正比，此階段服從虎克定律，oe的斜率為試樣資料的彈性模量E，即 E=/ 彈性模量E是衡量資料產生彈性變形難易程度的目的。E越大，那么使其產生一定彈性變形的應力也愈大。因此，工程上把它叫做資料的剛度。剛度表征資料彈性變形抗力的大小。彈性模量E主要決議于資料的本身，是金屬資料最穩(wěn)定的性能之一，合金化、熱處置、冷熱加工對它的影響很小。在室溫下，鋼的彈性模量E大都在190220GPa之間。彈性模量隨溫度的升高而逐漸降低。.強度強度強度是指金屬資料在靜載荷作用下抵抗變形和斷裂的才干。強度目的普通用單位面積所接受的載荷即力表示，符號為，單位為MPa。工程中常用的強度目的有屈服強度和抗拉強

4、度。屈服強度是指金屬資料在外力作用下，產生屈服景象時的應力，或開場出現塑性變形時的最低應力值，用s表示?？估瓘姸仁侵附饘儋Y料在拉力的作用下，被拉斷前所能接受的最大應力值，用b表示。對于大多數機械零件，任務時不允許產生塑性變形，所以屈服強度是零件強度設計的根據；對于因斷裂而失效的零件，而用抗拉強度作為其強度設計的根據。.屈服極限 如圖1，11所示，在s點(屈服點)出現一程度線段，這闡明拉力雖然不再添加，但變形仍在進展，此時假設卸載，試樣的變形不能全部消逝，將保管一部分剩余的變形。這種不能恢復的剩余變形，叫做塑性變形。s表示資料在外力的作用下開場產生塑性變形的最低應力，稱為屈服極限。有些資料的拉伸

5、曲線上沒有明顯的屈服點s，難以確定開場塑性變形的最低應力值，此時規(guī)定試樣產生02剩余變形時的應力值，為該資料的條件屈服極限，以0.2表示。 構件在任務中普通不允許發(fā)生塑性變形。所以屈服極限是設計時的主要參數，是資料力學性能的個重要目的。強度極限 強度極限為試樣被拉斷前的最大承載才干，如圖111所示的b值，b也是設計和選材的主要參數之sb叫屈強比，屈強比愈小，構件的運用可靠性愈高。屈強比太小，那么資料強度的有效利用率太低。 合金化、熱處置、冷熱加工對資料的s、b影響很大。一 .塑性 在外力的作用下，資料發(fā)生不能恢復的變形稱為塑性變形，產生塑性變形而不斷裂的性能稱為塑性。塑性大小用伸長率和斷面收縮

6、率來表塑性是指金屬資料在外力作用下產生塑性變形而不斷裂的才干。工程中常用的塑性目的有伸長率和斷面收縮率。伸長率指試樣拉斷后的伸長量與原來長度之比的百分率，用符號表示。斷面收縮率指試樣拉斷后，斷面減少的面積與原來截面積之比，用y表示。伸長率和斷面收縮率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金屬資料進展壓力加工的必要條件，也是保證機械零件任務平安，不發(fā)生忽然脆斷的必要條件。 .硬度 硬度是指資料外表抵抗比它更硬的物體壓入的才干。 硬度是資料的重要力學性能目的。普通資料的硬度越高，其耐磨性越好。資料的強度越高，塑性變形抗力越大，硬度值也越高。.一、布氏硬度 用一定直徑的鋼球或硬質合金球，以相

7、應的實驗力壓入試件外表，經規(guī)定堅持時間后，卸除實驗力，丈量試樣外表的壓痕直徑，之后將測得參數代入計算公式，即可得布氏硬度值：HBF/SN/mm2，F所加壓力，S壓痕外表積，可經過鋼球直徑和壓痕直徑計算。.2、布氏硬度特點優(yōu)點：丈量數值穩(wěn)定，準確，普通不標單位缺陷：操作慢，不適用批量消費和太薄、太硬450HB的資料3、布氏硬度的運用范圍：鑄鐵，有色金屬，退火、正火、調質處置鋼，原資料，毛坯4、布氏硬度的表示方法：HBS：淬火鋼球，HBW：硬質合金球 如200 HBW10/1000/30表示用直徑10mm的硬質合金壓頭在1000kgf(9807kN)作用下堅持30s(繼續(xù)時間1015s時，可以不標

8、注.洛氏硬度當HB450或者試樣過小時，不能采用布氏硬度實驗而改用洛氏硬度計量。洛氏硬度是以頂角為120的金剛石圓錐體或直徑為1.588的淬火鋼球作壓頭，以規(guī)定的實驗力使其壓入試樣外表。實驗時，先加初實驗力，然后加主實驗力。壓入試樣外表之后卸除主實驗力，在保管初實驗力的情況下，根據試樣外表壓痕深度，確定被測金屬資料的洛氏硬度值。.在規(guī)定條件下，將壓頭金剛石圓錐、鋼球或硬質合金球分2個步驟壓入試樣外表。卸除主實驗力后，在初實驗力下丈量壓痕剩余深度h。以壓痕剩余深度代表硬度的高低。洛氏硬度實驗原理如下圖。 1在初始實驗力F0下的壓入深度； 2在總實驗力F0+F1下的壓入深度； 3去除主實驗力F1后

9、的彈性回復深度； 4剩余壓入深度h； 5試樣外表； 6丈量基準面； 7壓頭位置 .洛氏硬度的三種標尺中，以HRC運用最多，普通經淬火處置的鋼或工具都采用HRC丈量。在中等硬度情況下，洛氏硬度HRC與布氏硬度HBS之間關系約為1：10，如40HRC 相當于400HBS 。如50HRC，表示用HRC標尺測定的洛氏硬度值為50。硬度值應在有效丈量范圍內HRC為2070為有效 .洛氏硬度值由h的大小確定，壓入深度h越大，硬度越低；反之，那么硬度越高。普通說來，按照人們習慣上的概念，數值越大，硬度越高。因此采用一個常數c減去h來表示硬度的高低。并用每0.002的壓痕深度為一個硬度單位。由此獲得的硬度值稱

10、為洛氏硬度值，用符號HR表示.2、洛氏硬度特點優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，可用于廢品和薄形件缺陷：丈量數值分散，不如布氏硬度丈量準確.維氏硬度HV 丈量方法和布氏硬度類似。以120kg以內的載荷和頂角為的金剛石方形錐壓入器壓入資料外表，用資料壓痕凹坑的外表積除以載荷值，即為維氏硬度值(HV)。.硬度實驗是機械性能實驗中最簡單易行的一種實驗方法。為了能用硬度實驗替代某些機械性能實驗，消費上需求一個比較準確的硬度和強度的換算關系。實際證明，金屬資料的各種硬度值之間，硬度值與強度值之間具有近似的相應關系。由于硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決議的，資料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就

11、越高。 .第三節(jié) 沖擊韌性 一、概念： 沖擊載荷作用下，金屬資料抵抗破壞的才干，其值以沖擊韌度ku表示，ku越大，資料的韌性越好，在遭到沖擊時越不易斷裂。二、沖擊韌度 概念：沖擊韌度反響了資料抵抗沖擊載荷的才干。目的：沖擊韌度ku=Aku/S J/cm2Aku沖擊功，擺錘沖斷試樣所失去的能量，即對試樣斷裂所作的功，S 試樣缺口處截面積.第四節(jié) 疲勞強度 一、交變應力： 大小、方向隨時間周期性變化的應力稱為交變應力。二、疲勞景象： 資料在交變載荷長期作用下，無明顯塑性變形就斷裂。三、疲勞極限： 資料經無限多次應力循環(huán)而不斷裂的最大應力,它表示資料抵抗疲勞斷裂的才干。當循環(huán)的應力是對稱循環(huán)交變應力

12、時，疲勞強度用-1表示。.第五章 鋼 的 熱 處 理 將固態(tài)金屬或合金，采用適當的方式進展加熱、保溫暖冷卻，以獲得所需組織構造與性能的工藝方法稱熱處置。.第五章 鋼 的 熱 處 理本質：在加熱、保溫暖冷卻過程中，鋼的組織結 構發(fā)生了變化，從而改動了其性能；目的：改善鋼工件的力學性能或工藝性能；作用：充分發(fā)揚資料的性能潛力，提高零件質量， 延伸零件壽命；運用：非常廣泛。.第五章 鋼 的 熱 處 理按目的、加熱條件和特點不同，熱處置分為： 整體熱處置 外表熱處置 化學熱處置 其它熱處置.熱處置的工藝參數有： 加熱溫度 保溫時間 冷卻方式. 目的：經過加熱使原始組織轉變?yōu)閵W氏體； 將鋼加熱至Ac3或

13、Ac1以上，獲得完全或部分奧氏體組織的操作稱為奧氏體化。 鋼熱處置加熱的臨界溫度為727 。 5.1 鋼在加熱時的組織轉變 .5.1 鋼在加熱時的組織轉變 在實踐消費中，由于加熱和冷卻不是很緩慢，因此實踐發(fā)生組織轉變的溫度與相圖的A1、A3、Acm 有一定的偏離。通常加熱用 Ac1、Ac3、Accm 表示，冷卻用Ar1、Ar3、Arcm表示。. . 一奧氏體的構成 1.奧氏體晶核的構成 奧氏體的晶核易于在滲碳體相界面上構成。這是由于在兩相的相界上為形核提供了良好的條件。 . 2.奧氏體晶核的長大 A形核后,由于A與Fe 3 C形界處的含C量不同。將引起A中C的分散。經過Fe、C原子的分散和Fe

14、原子的晶格改組,A向F和Fe 3 C兩個方向長大。 . 3.剩余滲碳體溶解在奧氏體構成過程中 ,鐵素體比滲碳體先消逝,因此奧氏體構成之后,還殘存未溶滲碳體。這部分未溶的剩余滲碳體將隨著時間的延伸,繼續(xù)不斷地溶入奧氏體,直至全部消逝。 . 4.奧氏體均勻化 滲碳體完全溶解后奧氏體中碳的濃度分布并不均勻 ,原先是滲碳體地方碳濃度高,原先鐵素體的地方碳濃度低。必需繼續(xù)保溫,經過碳的分散,使奧氏體成分均勻化。 . . 二影響奧氏體轉變的要素1.加熱溫度和加熱速度的影響 提高加熱溫度，將加速A的構成。 隨著加熱速度的添加,奧氏體構成溫度升高(A C1 越高),構成所需的時間縮短。 2.化學成分的影響 隨

15、著鋼中含碳量添加,鐵素體核滲碳體相界面總量增多,有利于奧氏體的構成。 3.原始組織的影響 由于奧氏體的晶核是在鐵素體和滲碳體的相界面上構成,所以原始組織越細,相界面越多,構成奧氏體晶核的基地越多,奧氏體轉變就越快。 . 三奧氏體晶粒大小及其控制1.奧氏體晶粒大小普通根據規(guī)范晶粒度等級圖確定鋼的奧氏體晶粒大小。規(guī)范晶粒度等級分為8級，14級為粗晶粒度，58級為細晶粒度。.2.實踐晶粒度和本質晶粒度 某一詳細熱處置或熱加工條件下的奧氏體的晶粒度叫實踐晶粒度，它決議鋼的性能。 鋼在加熱時奧氏體晶粒長大的傾向用本質晶粒度來表示。 鋼加熱到93010、保溫8小時、冷卻后測得的晶粒度叫本質晶粒度。假設測得

16、的晶粒細小，那么該鋼稱為本質細晶粒鋼，反之叫本質粗晶粒鋼。 . .3.奧氏體晶粒大小的控制1合理選擇加熱溫度和保溫時間隨著溫度升高晶粒度將之間長大。溫度愈高,晶粒長大于愈明顯。在一定溫度下,保溫時間愈長,奧氏體晶粒也越粗大。 2參與合金元素奧氏體中的含碳量增高時,晶粒長大的傾向增多。假設碳以未溶的碳化物方式存在,那么它有妨礙晶粒長大的作用。 3合理選擇原始組織. .5.2 鋼在冷卻時的組織轉變冷卻是熱處置的最后一個工序，也是最關鍵的工序，它決議了鋼熱處置后的組織和性能。同一種鋼，加熱溫度和保溫時間一樣，冷卻方法不同，熱處置后的性能截然不同。這是由于過冷奧氏體在冷卻過程中轉變成了不同的產物。那么

17、奧氏體在冷卻時轉變成什么產物？有什么規(guī)律呢？這就是本次課的主要內容。.5.2 鋼在冷卻時的組織轉變當溫度在A1以上時, 奧氏體是穩(wěn)定的。當溫度降到A1以下后，奧氏體即處于過冷形狀，這種奧氏體稱為過冷奧氏體。過冷A是不穩(wěn)定的，會轉變?yōu)槠渌慕M織。鋼在冷卻時的轉變，本質上是過冷A的轉變。 . 延續(xù)冷卻轉變使加熱到奧氏體化的鋼延續(xù)降溫進展組織轉變 等溫冷卻轉變使加熱到奧氏體化的鋼以較快的冷卻速度冷到A1以下某溫度保溫，在等溫下發(fā)生組織轉變。. .5.2 鋼在冷卻時的組織轉變碳鋼熱處置時的冷卻速度普通較大，大多都偏離了平衡形狀除退火外，所以熱處置后的組織為非平衡組織。碳鋼非平衡組織和按鐵碳相圖結晶得到

18、的平衡組織相比差別很大。所以不能再用鐵碳相圖加以分析，而應運用C曲線來確定。. . . 共析鋼過冷A的等溫轉變曲線圖. 1高溫轉變珠光體型轉變在A1550 之間, 過冷奧氏體的轉變產物為珠光體型組織, 此溫區(qū)稱珠光體轉變區(qū)。 珠光體型組織是鐵素體和滲碳體的機械混合物, 滲碳體呈層片狀分布在鐵素體基體上，轉變溫度越低，層間距越小，可將珠光體型組織按層間距大小分為珠光體(P)、索氏體(S)和屈氏體(T)。奧氏體向珠光體的轉變?yōu)榉稚⑿偷男魏?、長大過程, 是經過碳、鐵的分散和晶體構造的重構來實現的。2.過冷奧氏體的等溫轉變產物組織和性能. A1 650 片層珠光體 25HRC 650 600 細珠光體

19、索氏 體 S 25HRC30HRC 600 550 極細珠光體托氏體 T35HRC40HRC . (a)珠光體 3800倍. (b) 索氏體 8000倍. (c)屈氏體 8000倍. (2) 中溫轉變 在550 Ms之間, 過冷奧氏體的轉變產物為貝氏體型組織, 此溫區(qū)稱貝氏體轉變區(qū)。 貝氏體是滲碳體分布在碳過飽和的鐵素體基體上的兩相混合物。奧氏體向貝氏體的轉變屬于半分散型轉變，鐵原子不分散而碳原子有一定分散才干。.過冷奧氏體在550 350 之間轉變構成的產物稱上貝氏體上B)。上B呈羽毛狀, 小片狀的滲碳體分布在成排的鐵素體片之間。40HRC45HRC . (a)光學顯微照片 500 (b)

20、電子顯微照片 5000上貝氏體形狀. 在350-Ms之間等溫時，過冷奧氏體轉變成下貝氏體B下，呈黑色針狀或竹葉狀，其中顆粒狀碳化物(Fe2.4C)沿一定方向分布分布在F片之上，50HRC55 HRC。. 光學顯微照片 500倍 (b) 電子顯微照片 12000倍下貝氏體形狀 . .上貝氏體中鐵素體片較寬，塑性變形抗力較低；同時滲碳體分布在鐵素體片之間，容易引起脆斷，因此強度和韌性都較差。下貝氏體中鐵素體針細小，無方向性，碳的過飽和度大，位錯密度高，且碳化物分布均勻、彌散度大，所以硬度高，韌性好，具有較好的綜合機械性能。這種下貝氏體運用廣泛。 . .共析鋼不同轉變溫度轉變產物的硬度和沖擊韌度.

21、1.亞共析鋼過冷奧氏體的等溫轉變 亞共析鋼的過冷奧氏體等溫轉變曲線與共析鋼C曲線不同的是，在其上方多了一條過冷奧氏體轉變?yōu)殍F素體的轉變開場線。亞共析鋼隨著含碳量的減少，C曲線位置往左移，同時Ms、Mf線住上移。 亞共析鋼的過冷奧氏體等溫轉變過程與共析鋼類似。只是在高溫轉變區(qū)過冷奧氏體將先有一部分轉變?yōu)殍F素體，剩余的過冷奧氏體再轉變?yōu)橹楣怏w型組織。 . 45鋼過冷A等溫轉變曲線 . 2.過共析鋼過冷奧氏體的等溫轉變 過共析鋼過冷A的C曲線的上部為過冷A中析出二次滲碳體(Fe3CII)開場線。當加熱溫度為Ac1以上3050 時，過共析鋼隨著含碳量的添加, C曲線位置向左移, 同時Ms、Mf線往下移

22、。 過共析鋼的過冷A在高溫轉變區(qū), 將先析出Fe3CII, 其他的過冷A再轉變?yōu)橹楣怏w型組織。. T10鋼過冷A的等溫轉變曲線 .二、過冷奧氏體的延續(xù)冷卻轉變 1.共析鋼過冷奧氏體的延續(xù)冷卻轉變 . .過冷奧氏本的延續(xù)冷卻轉變曲線CCT曲線)中，共析鋼以大于Vk上臨界冷卻速度的速度冷卻時, 得到的組織為馬氏體。冷卻速度小于Vk下臨界冷卻速度時, 鋼將全部轉變?yōu)橹楣怏w型組織。共析鋼過冷奧氏體在延續(xù)冷卻轉變時得不到貝氏體組織。 與共析鋼的TTT曲線相比， 共析鋼的CCT曲線稍靠右靠下一點，闡明延續(xù)冷卻時，奧氏體完成珠光體轉變的溫度較低，時間更長。. . 共析鋼過冷奧氏體的延續(xù)冷卻轉變組織.(2)

23、馬氏體轉變特點 過冷A轉變?yōu)轳R氏體是低溫轉變過程, 轉變溫度在MsMf之間, 該溫區(qū)稱馬氏體轉變區(qū)。 過冷A轉變?yōu)轳R氏體是一種非分散型轉變 鐵和碳原子都不能進展分散。鐵原子沿奧氏體一定晶面, 集體地(不改動相互位置關系)作一定間隔的挪動(不超越一個原子間距)， 使面心立方晶格改組為體心正方晶格，碳原子原地不動，過飽和地留在新組成的晶胞中；增大了其正方度c/a 。馬氏體就是碳在-Fe中的過飽和固溶體。過飽和碳使-Fe 的晶格發(fā)生很大畸變，產生很強的固溶強化。 . 馬氏體的構成速度很快 奧氏體冷卻到Ms點以下后，無孕育期， 瞬時轉變?yōu)轳R氏體。隨著溫度下降，過冷奧氏體不斷轉變?yōu)轳R氏體，是一個延續(xù)冷卻

24、的轉變過程。 馬氏體轉變是不徹底的 總要殘留少量奧氏體。剩余奧氏體的含量與MS、Mf的位置有關。奧氏體中的碳含量越高，那么MS、Mf越低，剩余A含量越高。只在碳質量分數少于0.6%時, 剩余A可忽略。 馬氏體構成時體積膨脹體積膨脹在鋼中呵斥很大的內應力, 嚴重時導致開裂。.奧氏體碳質量分數對剩余奧氏體含量的影響. (3)馬氏體的形狀與性能 馬氏體形狀碳質量分數在0.25%以下時，根本上是板條馬氏體亦稱低碳馬氏體，板條馬氏體在顯微鏡下為一束束平行陳列的細板條。在高倍透射電鏡下可看到板條馬氏體內有大量位錯纏結的亞構造，所以也稱位錯馬氏體。 .當碳質量分數大于1.0%時，那么大多數是針狀馬氏體。針狀

25、馬氏體在光學顯微鏡中呈竹葉狀或凸透鏡狀，在空間形同鐵餅。馬氏體針之間構成一定角度(60)。高倍透射電鏡分析闡明，針狀馬氏體內有大量孿晶，因此亦稱孿晶馬氏體。.高碳馬氏體的組織形狀.碳質量分數在0.251.0%之間時，為板條馬氏體和針狀馬氏體的混和組織。如45鋼淬火的組織就是混合馬氏體。.2馬氏體的性能 a.硬度高。 馬氏體是鋼中最硬的組織，馬氏體的硬度主要取決于其中的含碳量，與其它要素關系不大。但當含碳量增大到0.6%時,馬氏體的硬度不再繼續(xù)升高,大約為60-64HRC 。馬氏體的高硬度主要是由于固溶強化呵斥的,另外還有位錯和孿晶的影響,奧氏體向馬氏體轉變呵斥的組織細化也是一個要素。.碳質量分

26、數對馬氏體硬度的影響.b.馬氏體的塑性和韌性與其碳含量或形狀親密相關。高碳馬氏體由于過飽和度大、內應力高和存在孿晶構造，所以硬而脆，塑性、韌性極差，但晶粒細化得到的隱晶馬氏體卻有一定的韌性。而低碳馬氏體，由于過飽和度小，內應力低和存在位錯亞構造，那么不僅強度高，塑性、韌性也較好。 c.馬氏體的比容比奧氏體大。當奧氏體轉變?yōu)轳R氏體時，體積會膨脹。馬氏體是鐵磁相，而奧氏體為順磁相。馬氏體晶格畸變嚴重，因此電阻率高。.2. 亞共析鋼過冷奧氏體的延續(xù)冷卻轉變 亞共析鋼過冷A在高溫時有一部分將轉變?yōu)镕，在中溫轉變區(qū)會有少量貝氏體上B產生。如油冷的產物為F+T+上B+M，但F和上B量很少，有時可忽略。亞共

27、析鋼過冷奧氏體的延續(xù)冷卻轉變 .3. 過共析鋼過冷奧氏體的延續(xù)冷卻轉變 過共析鋼過冷A在高溫區(qū)，將首先析出二次滲碳體, 而后轉變?yōu)槠渌M織。由于奧氏體中碳含量高，所以油冷、水冷后的組織中應包括剩余奧氏體。與共析鋼一樣，其冷卻過程中無貝氏體轉變。過共析鋼過冷奧氏體的延續(xù)冷卻轉變. 前二節(jié)學習的內容是熱處置的原理，從這一節(jié)開場學習熱 處置工藝，也就是詳細的熱處置實現方法。 在一個零件的加工道路中，熱處置起著很重要的作用， 普通有兩種情況，如一個齒輪： 下料-鍛造-預備熱處置退火或正火-銑齒- 最終熱處置淬火回火-精加工磨削； 其中預備熱處置的作用是消除鍛造的缺陷，如晶粒粗大、內應力、缺陷組織等，同

28、時調整硬度，為后續(xù)的切削做預備。最終熱處置的作用是使資料具有運用形狀下的性能，如強度、硬度等。.第三節(jié) 鋼的退火和正火 一、退火加熱到適當的溫度，保溫一定時間后緩慢冷卻爐冷。過冷奧氏體在C曲線的上部進展轉變，熱處置后的組織接近于平衡組織，以珠光體為主。亞共析鋼為F+P，共析、過共析鋼為球狀珠光體。用途：降低硬度，以利于切削比較適宜的切削硬度為160-260HBS；消除內應力，穩(wěn)定尺寸，防止變形或開裂；消除偏析，均勻成分；.第一類退火分散退火、再結晶退火、去應力退火是不以組織轉變?yōu)槟康牡墓に嚪椒ǎ刹黄胶庑螤钸^渡到平衡形狀。第二類退火完全退火、不完全退火、等溫退火、球化退火是以改動組織和性能為目

29、的，改動鋼中珠光體、鐵素體和碳化物等組織形狀及分布。 .完全退火：適用于亞共析鋼的鑄件、鍛件、焊接件。工藝參數為：加熱到Ac3+30-50，保溫，隨爐冷卻到600出爐空冷。.等溫退火：原理與完全退火一樣，主要是為了縮短工藝周期，特別是對一些大型合金鋼件的退火。.球化退火：適用于共析及過共析鋼，目的是為了獲取球狀珠光體，降低這些高碳鋼的硬度，以利于切削。一切的高碳鋼在切削之前普通都要進展球化退火。工藝參數為：加熱到Ac1+30-50，保溫，隨爐冷卻或等溫冷卻；.均勻化退火：普通用于鑄件，消除偏析，使成分均勻；通常是將鋼加熱到固相線以下100-200長時間保溫，使原子充分分散。去應力退火：屬于低溫

30、熱處置，加熱溫度普通在A1線以下，對于鋼來說，大約為600。. . 二、正火 加熱到Ac3或Accm 以上3050，保溫后在空氣中冷卻。它的主要特點是空冷，對于大型零件或在炎熱地域，也可用風冷或噴霧冷卻。區(qū)別：冷卻速度比退火稍快，組織較細，強度硬度稍有提高。.正火能提高硬度，普通用于低碳鋼的預備熱處置；正火可以消除魏氏組織、粗大組織、網狀組織等；如過共析鋼在球化退火之前，應先用正火消除網狀的Fe3C；對于一些大件，正火可替代調質作為最終熱處置運用；. .第四節(jié) 鋼的淬火 將鋼加熱到Ac1或Ac3以上30-50，適當保溫，然后快速冷卻，獲取馬氏體或下貝氏體的一種熱處置工藝。 淬火是一種很早就運用

31、的熱處置工藝，它的目的是獲得馬氏體或下貝氏體，但主要是馬氏體。從性能上看，它是為了強化資料，提高資料的強度或硬度。.一、淬火工藝參數 為了獲得好的淬火效果，就必需制定正確的淬火工藝參數。加熱溫度 根據鋼的成分確定，亞共析鋼加熱到Ac3+30-50，共析、過共析鋼加熱到Ac1+30-50；根據鐵碳相圖進展解釋.一、淬火工藝參數例如，45鋼的A3=780， 其淬火溫度為840-860 T8、T12鋼的Ac1=737， 其淬火溫度為770-790；合金鋼由于合金元素的影響，加熱溫度比碳鋼高，詳細情況可以查閱熱處置手冊。.一、淬火工藝參數加熱時間普通將升溫時間和保溫時間加在一同，稱為加熱時間。加熱時間

32、確實定應思索二個問題，一個是資料的均溫，一個是組織轉變的時間。淬火加熱時間與零件的尺寸和加熱設備有關，可按以下閱歷公式確定； =D； 其中是系數，普通取11.5；D是零件的有效厚度。. 淬火冷卻介質 淬火冷卻速度應大于VK，但不是越快越好，在保證大于VK的前提下應盡量緩慢，這主要是為了防止出現大的應力，引起變形或開裂。 理想淬火冷卻介質在“NOSE處600400要快，以避開它保證獲得全部的馬氏體組織；而在“NOSE下面300200 ，特別是在Ms線以下要慢，以防止變形和開裂。 但是實踐運用的淬火介質都不滿足這個條件。. .一、淬火工藝參數水及水溶液 在650400相對冷卻速度較大，常用作碳鋼的

33、淬火。 油 在300200間冷卻速度比水小，用于合金鋼的淬火。. 2.淬火方法 1單液淬火 外形簡單的碳鋼件在水中淬火，合金鋼和 小尺寸碳鋼件在油中淬火 2雙液淬火外形復雜的高碳鋼工件和尺寸較大的合金鋼件 3分級淬火尺寸較小、外形復雜工件的淬火 4等溫淬火外形復雜，尺寸要求較準確，強韌性要求較高的小型工模具及彈簧等的淬火. . . .三、淬透性與淬硬性淬硬性是鋼在理想條件下淬火硬化所能到達的最高硬度。取決于M中C%，C%淬硬性.三、淬透性與淬硬性 淬透性是指在規(guī)定條件下，決議鋼淬硬深度和硬度分布的特性。 . .三、淬透性與淬硬性影響淬透性的要素主要是C曲線的位置，C曲線右移，淬火臨界冷卻速度減

34、小，淬透性提高。.C%亞共析鋼 C%淬透性，過共析鋼C%淬透性奧氏體化溫度t淬透性合金元素除Co以外，C曲線右移，淬透性未溶第二相淬透性.三、淬透性與淬硬性淬透性的運用 1根據服役條件，確定對鋼淬透性的要求 選材的根據 焊接用鋼材不希望淬透性高； 2熱處置工藝制定的根據 3尺寸效應.第五節(jié) 鋼的回火郭志強.溫故而知新鋼淬火后的組織是什么? 鋼淬火后的組織是馬氏體和剩余奧氏體。 等溫淬火后為下貝氏體.溫故而知新什么是馬氏體？馬氏體的性能如何？ 馬氏體是碳在-鐵中的過飽和固溶體。 馬氏體硬度高，但脆性大。.溫故而知新馬氏體轉變有什么特點？ 奧氏體轉變?yōu)轳R氏體時，工件的體積增大 ，同時由于冷卻速度較

35、快，所以淬火后工件內常存在內應力。.溫故而知新淬火后的工件能直接運用嗎？不能.溫故而知新1、馬氏體是不穩(wěn)定組織；另外還有一定數 量的剩余奧氏體；2、淬火后的性能不能滿足工件的運用要求，如脆性太大；3、淬火后工件內部有內應力，會導致工件的變形或開裂； .溫故而知新那怎樣辦？.鋼的回火回火的定義和目的淬火鋼在回火時的組織轉變淬火鋼在回火時的性能變化回火的分類.回火的定義鋼件淬火后, 為了消除內應力并獲得所要求的組織和性能, 將其加熱到Ac1以下某一溫度, 保溫一定時間, 然后冷卻到室溫的熱處置工藝叫做回火。 .回火的目的穩(wěn)定組織調整性能消除內應力.淬火鋼在回火時的組織轉變非常復雜。普通是馬氏體由過

36、飽和形狀向非飽和形狀轉變，也就是碳以一定的方式析出；剩余奧氏體也發(fā)生變化 ，它們的最后轉變產物是鐵素體和滲碳體。 .淬火鋼在回火時的組織轉變.淬火鋼在回火時的組織轉變在低溫回火時，從淬火馬氏體內部會析出碳化物薄片Fe2.4C, 馬氏體的過飽和度減小。部分剩余奧氏體轉變?yōu)橄仑愂象w, 但量不多。所以低溫回火后組織為回火馬氏體剩余奧氏體。.回火馬氏體.淬火鋼在回火時的組織轉變回火溫度為350500，得到鐵素體基體與大量彌散分布的細粒狀滲碳體的混合組織，叫做回火屈氏體(回火T)。鐵素體仍保管馬氏體的形狀，滲碳體比回火馬氏體中的碳化物粗。 .回火托氏體.淬火鋼在回火時的組織轉變 回火溫度為500650,

37、 得到粒狀滲碳體和鐵素體基體的混和組織, 稱回火索氏體(回火S)。 .回火索氏體.淬火鋼在回火時的性能變化隨回火溫度升高，馬氏體中的碳不斷析出，所以鋼的強度、硬度不斷下降，而塑性、韌性不斷升高。.硬度強度塑性 淬火鋼在回火時的性能變化.低溫回火 回火溫度為150250。 回火后組織為回火馬氏體。低溫回火的目的是降低淬火應力，提高工件韌性，保證淬火后的高硬度(普通為58HRC64HRC)和高耐磨性。 適用于工具、模具和外表處置件。 .中溫回火回火溫度為350500，回火后組織為回火屈氏體(回火T)。 回火屈氏體具有高的彈性極限和屈服強度，同時也具有一定的韌性，硬度普通為35HRC45HRC。適用

38、于彈簧等彈性元件。 .高溫回火回火溫度為500650, 得到粒狀滲碳體和鐵素體基體的混和組織, 稱回火索氏體。 在消費中將淬火后高溫回火的復合熱處置工藝稱為調質，調質后得到的回火索氏體具有良好的綜合力學性能，回火后硬度為200330HBS。廣泛用于軸類、齒輪、連桿等受力復雜的零件。.鋼的外表熱處置 資料成型及控制 郭志強.1、鋼的普通熱處置包括哪些工藝? 正火、退火、淬火和回火，統(tǒng)稱“四把火。2、什么是調質？調質處置后鋼的組織和性能怎樣？ 淬火后高溫回火的復合熱處置工藝稱調質。 調質后的組織為回火索氏體，具有綜合力學性能。3、什么是鋼的淬透性？ 鋼在淬火條件下得到M組織或淬透層深度的才干，是鋼

39、的固有屬性。溫故知新. 截面較大、外形復雜以及受力較苛刻的螺栓、拉桿、鍛模、錘桿等工件，要求截面機械性能均勻，應選用淬透性好的鋼。.心部：硬度低，韌性高在消費中，有很多零件要求外表和心部具有不同的性能，普通是外表硬度高，有較高的耐磨性和疲勞強度；而心部要求有較好的塑性和韌性。外表：硬度高，耐磨.外表和心部性能要求不同的零件實例. 在這種情況下，單從資料選擇入手或采用普通熱處置方法，都有不能滿足其要求。低碳鋼 ：可滿足心部要求， 外表要求不能滿足；高碳鋼： 可滿足外表要求， 心部要求不能滿足；處理這一問題的方法是外表熱處置和化學熱處置. 僅對鋼的外表加熱、冷卻而不改動其成分的熱處置工藝稱為外表熱

40、處置, 也叫外表淬火。 化學熱處置是將鋼件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的外表，改動其化學成分和組織，到達改良外表性能，滿足技術要求的熱處置過程。讓我們首先學習一下外表熱處置吧。.外表淬火按照實現方式，外表淬火可分為： 感應加熱外表淬火 火焰加熱外表淬火 激光加熱外表淬火 .感應加熱外表淬火原理分類運用特點.感應加熱外表淬火原理感應線圈中通以交流電時，即在其內部和周圍產生一與電流一樣頻率的交變磁場。假設把工件置于磁場中，那么在工件內部產生感應電流，并由于電阻的作用而被加熱。由于交流電的集膚效應，接近工件外表的電流密度大，而中心幾乎為零。工件外表溫度快速升高到相變點以上，而

41、心部溫度仍在相變點以下。感應加熱后，采用水、乳化液或聚乙烯醇水溶液放射淬火，淬火后進展180-200低溫回火，以降低淬火應力，并堅持高硬度和高耐磨性。 . 感應加熱表面淬火示意圖.電流頻率與淬硬深度的關系在淬火溫度形狀下，電流透入的深度與感應電流的頻率有關，電流頻率越高，電流透入深度越薄，淬火后硬化層也就越薄。 .感應加熱外表淬火分類名稱頻率（HZ）淬硬深度（mm)適用零件高頻感應加熱1001000K0.22中小型，如小模數齒輪，直徑較小的圓柱型零件中頻感應加熱5001000028中大型，如直徑較大的軸，大中等模數的齒輪工頻感應加熱501015 以上大型零件，如直徑大于300mm 的軋輥及軸類

42、零件.感應加熱外表淬火運用范圍普通用于中碳鋼和中碳低合金鋼,如45、40Cr、40MnB鋼等。用于齒輪、軸類零件的外表硬化，提高耐磨性。為零件心部的性能，感應加熱淬火的預備熱處置常采用正火或調質。感應加熱淬火零件的加工工藝道路為： 下料-鍛造-調質或正火-切削加工-感應加熱淬火+低溫回火-精加工-檢驗.感應加熱外表淬火特點高頻感應加熱時，鋼的奧氏體化是在較大的過熱度Ac3以上80150)進展的, 因此晶核多, 且不易長大，組織細小。 外表層淬得馬氏體后, 由于體積膨脹在工件外表層呵斥較大的剩余壓應力, 顯著提高工件的疲勞強度。因加熱速度快，沒有保溫時間，工件的氧化脫碳少。另外，由于內部未加熱，

43、工件的淬火變形也小。加熱溫度和淬硬層厚度從外表到半馬氏體區(qū)的間隔容易控制，便于實現機械化和自動化。 工藝設備較貴，維修調整困難，對于外形復雜的零件的感應器不易制造。.火焰加熱外表淬火火焰加熱外表淬火是用乙炔氧或煤氣氧等火焰加熱工件外表，進展淬火。 火焰加熱外表淬火和高頻感應加熱外表淬火相比，具有設備簡單，本錢低等優(yōu)點。但消費率低，零件外表存在不同程度的過熱，質量控制也比較困難。因此主要適用于單件、小批量消費及大型零件如大型齒輪、軸、軋輥等的外表淬火。.火焰加熱外表淬火表示圖.化學熱處置將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改動其化學成分、組織和性能的熱處

44、置工藝。 .化學熱處置化學熱處置的作用主要有以下兩個方面，一方面是提高工件表層的某些力學性能，如表層硬度、耐磨性、疲勞極限等。另一方面是維護工件外表 ，提高工件表層的物理、化學性能，如耐高溫、耐腐蝕等。按滲入的元素不同，化學熱處置可分為： 滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等。 滲入元素介質可以是固體、液體和氣體。.化學熱處置 根本過程： 活性介質分解，外表吸收，向內部分散。.滲 碳鋼件在滲碳介質中加熱和保溫，使碳原子滲入到鋼表層的化學熱處置工藝叫滲碳。目的：提高表層的硬度的耐磨性，并堅持心部良好的韌性。 .滲 碳滲碳適用于含碳量為0.10-0.25%的低碳鋼或低碳合金鋼，經滲碳和淬火、低溫回火后，可在零件的表層和心部分別獲得高碳和低碳組織，使高碳鋼和低碳鋼的不同性能結合在一個零件上，從而滿足了零件的運用性能要求。.滲 碳根據滲碳劑的不同，滲碳方法可分為固體滲碳、液體滲碳和氣體滲碳。氣體滲碳法的消費率高，滲碳過程容易控制，滲碳層質量好，且易實現機械化與自動化，故運用最廣。本節(jié)將引見國內運用較廣的氣體滲碳法。.氣體滲碳滴注法氣體滲