工程材料第四章鋼的熱處理

1、工程材料第四章鋼的熱處理工程材料第4章第1頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章學(xué)習(xí)內(nèi)容熱處理的概念與分類4.1鋼的加熱轉(zhuǎn)變4.2鋼的冷卻轉(zhuǎn)變4.3鋼的普通熱處理4.4第2頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.1 熱處理的概念與分類4.1.1熱處理的概念熱處理：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝。只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。只適用于在固態(tài)下能夠發(fā)生相變的材料第3頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.1 熱處理的概念與分類(a)9

2、40淬火+220回火（板條M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板條M+條狀F+A少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板條M回+條狀F+A少）(f)780淬火+220回火（板條M回+塊狀F） 20CrMnTi鋼不同熱處理工藝的顯微組織第4頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章其他熱處理普通熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理表面熱處理表面淬火感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱等4.1.2熱處理分類化學(xué)熱處理滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等4.1 熱處理的概念與分類第5頁，共38頁，202

3、2年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.2 鋼的加熱轉(zhuǎn)變加熱分兩種：一種是在A1以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是在臨界點(diǎn)以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。4.2.1奧氏體化奧氏體化也是形核和長大的過程，分為形核、長大、溶解、均勻化四步第6頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章第一步 奧氏體晶核形成：首先在與Fe3C相界形核。第二步 奧氏體晶核長大： 晶核通過碳原子的擴(kuò)散向 和Fe3C方向長大。第三步 殘余Fe3C溶解: 鐵素體的成分、結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時間延長繼續(xù)溶解直至消失。第四步 奧氏體成分均勻化

4、：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻。4.2 鋼的加熱轉(zhuǎn)變第7頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.2 鋼的加熱轉(zhuǎn)變4.2.2臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度第8頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.2 鋼的加熱轉(zhuǎn)變4.2.3晶粒長大控制奧氏體化剛結(jié)束時，晶粒細(xì)小均勻隨加熱溫度升高或保溫時間延長，奧氏體晶粒將進(jìn)一步長大，這是一個自發(fā)的過程。奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問題之一。第9頁，共38頁，2022年，

5、5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.3 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變4.3.1過冷奧氏體的冷卻方式與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物處于臨界點(diǎn)A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。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)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變。冷卻方式轉(zhuǎn)變產(chǎn)物等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變兩種。 第10頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.3 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變4.3.2珠光體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體在 A1到 550間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。珠光體是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物。片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示。根據(jù)片層厚薄不同,珠光體又細(xì)分為珠

6、光體、索氏體和托氏體。光鏡下形貌電鏡下形貌第11頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.3 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變珠光體的形態(tài)與性能第12頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.3 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變屬于擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，首先形成滲碳體晶核。珠光體的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)第13頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.3 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變4.3.3貝氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體在550- 230 (Ms)間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類型組織，用B表示。貝氏體是在鐵素體的基體上彌散分布著滲碳體。根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上，羽毛狀

7、)和下貝氏體(B下，針狀)。上貝氏體下貝氏體第14頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.3 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無實(shí)用價值。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)上常用的強(qiáng)化組織之一。上貝氏體形成溫度為550-350。在光鏡下呈羽毛狀。下貝氏體形成溫度為350-Ms。在光鏡下呈竹葉狀。貝氏體的形態(tài)貝氏體的性能第15頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.3 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變下貝氏體形成過程貝氏體轉(zhuǎn)變屬半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變時過冷奧氏體先形成過飽和固溶的鐵素體。上貝氏體形成過

8、程貝氏體的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)第16頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.3 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變4.3.4馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。碳在-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類板條馬氏體的立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀在光鏡下為一束束的細(xì)條組織。針狀馬氏體的立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。第17頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.3 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變0.45%C0.2%C1.2%C馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量。C%小于0.2%時，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時幾

9、乎全部是針狀馬氏體。C%在0.21.0%之間為板條與針狀的混合組織。當(dāng)最大馬氏體片細(xì)到光鏡下無法分辨時，該馬氏體稱隱晶馬氏體馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系馬氏體的形態(tài)第18頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.3 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。合金元素對馬氏體硬度的影響不大。馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性.馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。第19頁，共38頁，20

10、22年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.3 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變馬氏體的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)無擴(kuò)散性共格切變性轉(zhuǎn)變伴隨著體積的變化，轉(zhuǎn)變速度快會產(chǎn)生浮凸現(xiàn)象。降溫形成在Ms以下，隨溫度下降,轉(zhuǎn)變量增加，冷卻中斷,轉(zhuǎn)變停止。高速長大轉(zhuǎn)變不完全總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來，稱殘余奧氏體，用A 或 表示。鐵和碳原子都不擴(kuò)散， 形成過飽和的-Fe固溶體。第20頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼） 轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度， 轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650600細(xì)片狀

11、，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MSMf無擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MSMf板條狀50淬火第21頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三時間溫度A1MSMfA過冷PBMAMABAP轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線奧氏體第22頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三第23頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三VkVk2

12、00100第24頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三P均勻A細(xì)AP退火(爐冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+AM+A淬火(水冷)A1MSMf時間650600550第25頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.4 鋼的普通熱處理4.4.1退火將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻 (爐冷) 的熱處理工藝叫做退火。退火目的調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。 消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。 細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。退火工藝退火的種類很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火。退

13、火組織：P+F，P，P+Fe3C第26頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.4 鋼的普通熱處理球化退火球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。主要用于共析、過共析鋼。球狀珠光體填空亞共析鋼退火后的組織是（），相是（）共析鋼退火后的組織是（），相是（）過共析鋼退火后的組織是（），相是（）第27頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.4 鋼的普通熱處理正火溫度正火比退火冷卻速度大，在空氣中冷卻（空冷）。4.4.2正火正火目的 對于低、中碳鋼(0.6C%)，目的與退火的相同。 對于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織

14、準(zhǔn)備。 普通件最終熱處理。正火組織： 0.6%C時，組織為F+S； 0.6%C時，組織為S 。第28頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.4 鋼的普通熱處理4.4.3淬火淬火目的是為獲得馬氏體組織，提高鋼的性能.淬火組織：亞共析鋼：馬氏體+殘余奧氏體共析鋼：馬氏體+殘余奧氏體過共析鋼：馬氏體+殘余奧氏體+滲碳體淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于Vk速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體第29頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.4 鋼的普通熱處理淬火溫度第30頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第

15、4章4.4 鋼的普通熱處理淬火介質(zhì)理想的冷卻曲線應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達(dá)到既獲得馬氏體組織，又減小內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒有找到理想的淬火介質(zhì)。常用淬火介質(zhì)是水和油。水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡單的碳鋼件。油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間，用于形狀復(fù)雜件的分級淬火和等溫淬火。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì).第31頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.4 鋼的普通熱處理淬火方法1單液淬火法：簡單2雙液淬火法：水淬

16、油冷，油淬空冷等，冷卻理想，技術(shù)要求高，適用于形狀復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件3分級淬火法： Ms附近的鹽浴或堿浴，減少內(nèi)應(yīng)力，用于小尺寸工件4等溫淬火法：稍高于 Ms 的鹽浴或堿浴中保溫足夠長時間，從而獲得下貝氏體組織。第32頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.4 鋼的普通熱處理T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織45鋼(含0.45%C)正常淬火組織淬火工藝鋼在淬火前應(yīng)為退火或正火組織過共析鋼應(yīng)進(jìn)行球化退火處理鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火 淬火加高溫回火的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理，簡稱調(diào)質(zhì).第33頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章

17、4.4 鋼的普通熱處理淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。淬透性大小用規(guī)定條件下淬硬層深度來表示。淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M + 50%P)的深度。淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力.淬透性取決于臨界冷卻速度Vk， Vk越小，淬透性越高。淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。淬透性第34頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章4.4 鋼的普通熱處理回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝?；鼗鸬哪康?、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力, 防止變形或開裂2、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。3、

18、穩(wěn)定尺寸。淬火M和A都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒筂與A轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時變形。4、對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。4.4.4回火未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。第35頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)13分，星期三工程材料第4章回火分類與工藝廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。 適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。 應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時，具有良好的塑性和韌性。 提高e及s，同時使工件具有一定韌性 。在保留高硬度、高耐磨性的同時，降低內(nèi)應(yīng)力。