機(jī)械工程材料課件(西安交大)3

第三章鋼的熱處理知識(shí)要點(diǎn)（1）過(guò)冷奧氏體的定義。（2）過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線，等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(chǎnwù)及其性能；等溫轉(zhuǎn)變曲線的應(yīng)用。（3）鋼的普通熱處理工藝及應(yīng)用。（4）鋼的表面熱處理工藝及應(yīng)用。(5)編寫典型零件（如軸、齒輪）的工藝路線。精品資料第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)（一般了解）1復(fù)習(xí)“鋼在室溫下的組織”：亞共析鋼，共析鋼，過(guò)共析鋼的組織組成物。以共析鋼為例，了解鋼在加熱時(shí)（727°C以上）組織的轉(zhuǎn)變。（相圖上組織和相的轉(zhuǎn)變是可逆的。）影響(yǐngxiǎng)奧氏體晶粒大小的因素。Fe-Fe3C相圖精品資料一鋼在加熱(jiārè)時(shí)組織的轉(zhuǎn)變（以共析鋼為例）1共析鋼加熱到727°C（A1)以上(yǐshàng)，珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體。（四個(gè)階段）轉(zhuǎn)變步驟奧氏體形核奧氏體核長(zhǎng)大殘余滲碳體溶解奧氏體成分均勻化(a)(b)(c)(d)精品資料二奧氏體晶粒大?。?）影響因素：加熱(jiārè)溫度和保溫時(shí)間。（2）鋼加熱(jiārè)時(shí)的缺陷：過(guò)熱；氧化；脫碳精品資料第二節(jié)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖（重點(diǎn)(zhòngdiǎn)內(nèi)容）知識(shí)要點(diǎn)過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及其性能(xìngnéng)；影響c曲線的因素應(yīng)用等溫轉(zhuǎn)變圖判斷鋼冷卻至室溫的組織精品資料過(guò)冷奧氏體定義(dìngyì)：把在727°C以下尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體稱為過(guò)冷奧氏體。過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變是在臨界點(diǎn)以下某個(gè)恒溫下發(fā)生，就稱為過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變?cè)谶B續(xù)(liánxù)冷卻的過(guò)程中發(fā)生，稱為過(guò)冷奧氏體的連續(xù)(liánxù)冷卻轉(zhuǎn)變。過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖（共析鋼）1等溫轉(zhuǎn)變圖的建立試驗(yàn)測(cè)定精品資料2等溫轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)圖又稱TTT圖或者(huòzhě)C曲線轉(zhuǎn)變開(kāi)始線轉(zhuǎn)變終止線精品資料三、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)類型及其產(chǎn)物1、珠光體轉(zhuǎn)變（共析轉(zhuǎn)變A→P）發(fā)生溫度(wēndù)：7270C---5600C產(chǎn)物：珠光體7270C---6500C：珠光體片層較粗，P（珠光體）6500C---6000C：珠光體層片較細(xì)，S（索氏體）6000C--5600C：珠光體層片極細(xì)，T(托氏體)層片變細(xì)，強(qiáng)度硬度增加，塑性韌性有所增加。

珠光體的鐵素體和滲碳體層片粗細(xì)與轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。溫度越低，珠光體的層片越細(xì)。珠光體形成精品資料2、貝氏體轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)560--3500C:貝氏體呈羽毛狀，稱為(chēnɡwéi)上貝氏體，記為B上.350--Ms（2300C）：貝氏體呈針葉狀，稱之為下貝氏體，記為B下。（1）轉(zhuǎn)變溫度：560—Ms（2300C）（2）產(chǎn)物：貝氏體（3）貝氏體：由過(guò)飽和鐵素體和滲碳體組成的混合物。（4）貝氏體的形狀和性能：（與等溫溫度有關(guān)）上貝氏體形成過(guò)程與形貌下貝氏體形成過(guò)程與形貌特征精品資料（5)性能(xìngnéng)：上貝氏體的硬度高，塑性、韌性差，不用。下貝氏體高強(qiáng)度、硬度、塑性韌性較好，。工業(yè)中應(yīng)用于中碳鋼和中碳合金鋼制造的零件中。3馬氏體轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)（1）轉(zhuǎn)變溫度：Ms（230°C）－Mf（2）產(chǎn)物：馬氏體（3）馬氏體：碳在a--Fe中形成的過(guò)飽和鐵素體，具有體心正方結(jié)構(gòu)。

馬氏體形成示意圖精品資料（4）形貌(xínɡm(xù)ào)：低碳馬氏體：呈板條狀高碳馬氏體：呈透鏡狀，片狀，中間有脊線。馬氏體形貌(xínɡm(xù)ào)（5）性能特點(diǎn)：硬而脆，且隨Wc的增加而增加。

必須經(jīng)過(guò)回火才能使用?；鼗鸷螅焊咛捡R氏體具有高強(qiáng)度高硬度、高耐磨性。低碳馬氏體具有好的綜合性能。（6）應(yīng)用高碳馬氏體用于高硬度高耐磨性的零件，如車刀、銑刀等。低碳馬氏體用于綜合性能好的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓、缸蓋螺栓，石油鉆井的吊環(huán)、吊鉗等。

精品資料四影響C曲線(qūxiàn)的主要因素1含碳量含碳量合金元素等溫轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)圖合金元素除Co（鈷）元素外，其它合金元素溶入奧氏體后使C曲線右移。

C曲線的形狀C曲線距縱坐標(biāo)的距離Ms、Mf的溫度影響精品資料五過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻(lěngquè)轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)圖：又稱CCT曲線在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)過(guò)程中，亞共析鋼有貝氏體轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)，共析鋼和過(guò)共析鋼無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變(zhuǎnbiàn)。CCT曲線測(cè)定比TTT曲線困難。CCT曲線C曲線CCT曲線精品資料六c曲線的應(yīng)用

(用c曲線估計(jì)(gūjì)碳鋼連續(xù)冷卻至室溫得到的組織)A－PC曲線冷卻速度線APABAM精品資料第三節(jié)鋼的普通(pǔtōng)熱處理知識(shí)要點(diǎn)“四把火”（退火、正火、淬火、回火）的工藝過(guò)程；“四把火”對(duì)零件加工和使用(shǐyòng)的影響和作用。精品資料一普通(pǔtōng)熱處理的作用改善材料的切削加工性能；提高材料的力學(xué)性能，保證零件安全(ānquán)運(yùn)行。退火和正火退火：采用爐冷，冷卻速度很低球狀珠光體完全退火球化退火去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火亞共析成分的碳鋼和合金鋼共析或過(guò)共析碳鋼和合金鋼分類精品資料2正火（采用空冷，冷卻(lěngquè)速度較快）目的低碳鋼：調(diào)整硬度（適當(dāng)增加硬度），利于切削；過(guò)共析鋼：消除網(wǎng)狀二次滲碳體，利于珠光體球化。中碳鋼：普通(pǔtōng)零件的最終熱處理；退火和正火的選擇（從以下三個(gè)方面考慮）提高切削加工性能性能成本精品資料三淬火(cuìhuǒ)和回火（最終熱處理）淬火（采用水冷、油冷，冷卻速度很大）目的：獲得(huòdé)馬氏體工藝：加熱－保溫－水冷（油冷）常用的淬火介質(zhì):水、鹽水、油鋼的淬透性（鋼的一種性能）（1）定義：鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。（2）淬透性的測(cè)定：臨界直徑法，頂端淬火法（3）影響淬透性的因素：合金元素，碳含量（4）選材與淬透性理想淬火介質(zhì)精品資料一般規(guī)律1）表面和心部力學(xué)性能一致的零件，即要求表面和心部組織一致；如螺栓、連桿、鍛模、錘桿（承受(chéngshòu)拉壓載荷）選用淬透性高的鋼；2）表面心部力學(xué)性能不一致（表面強(qiáng)度硬度要求高一些，心部塑性韌性要求高），組織可以不一致。如軸類零件，冷鐓模具、齒輪。選用淬透性低的鋼。3）焊接件：選用淬透性低的鋼。

精品資料3回火（與淬火(cuìhuǒ)配合）（1）定義：將淬火鋼重新加熱至A1（727C)溫度以下的某個(gè)溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻至室溫的工藝操作。（2）目的：降低馬氏體的脆性，增加塑性韌性。穩(wěn)定組織(zǔzhī)。降低內(nèi)應(yīng)力。調(diào)整鋼的硬度。（3）回火的類型低溫回火溫度：150—2000C；得到的組織：M回（過(guò)飽和鐵素體+e碳化物）

精品資料性能：高硬度、高耐磨性，內(nèi)應(yīng)力、脆性降低。應(yīng)用：高碳鋼、高碳合金鋼制造的工具(gōngjù)和模具、滾動(dòng)軸承；滲碳和表面淬火零件.(Wc>0.6%)中溫回火溫度：350—5000C；得到的組織：T回（針葉狀鐵素體+極細(xì)小顆粒滲碳體組成）性能：高強(qiáng)度、硬度，高的彈性(tánxìng)極限及屈服強(qiáng)度；具有一定的塑性、韌性；應(yīng)用：Wc=0.5—0.7%碳鋼、合金鋼制造的各種彈簧。精品資料高溫回火溫度：500-6500C，組織：S回（由等軸狀的鐵素體和球狀滲碳體組成）性能：具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、硬度和足夠的塑性、韌性（即良好綜合性能）。應(yīng)用：用于Wc為0.3—0.5%的中碳鋼和合金鋼制造(zhìzào)的軸、連桿、螺栓等。生產(chǎn)上將淬火和高溫回火稱為“調(diào)質(zhì)處理”。一般規(guī)律：隨回火溫度↑，強(qiáng)度、硬度(yìngdù)↓，塑性韌性↑?；鼗饻囟扰c力學(xué)性能精品資料第四節(jié)鋼的表面(biǎomiàn)熱處理知識(shí)要點(diǎn)表面(biǎomiàn)熱處理的目的、分類常用的表面(biǎomiàn)熱處理工藝了解表面(biǎomiàn)熱處理的典型零件精品資料一、基本概念目的：使零件(línɡjiàn)具有“表硬心韌”的性能特點(diǎn)。二、分類表面淬火表面化學(xué)熱處理表面淬火：表面與心部的成分一致，組織不一樣。1工藝：將工件表面快速加熱到奧氏體區(qū)，在熱量尚未達(dá)到(dádào)心部時(shí)立即迅速冷卻，使表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持原始組織的一種局部淬火方法。精品資料2分類火焰加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火激光加熱表面淬火

火焰(huǒyàn)加熱表面淬火材料(cáiliào)及典型零件中碳鋼（Wc0.4—0.5%）,如40、45鋼機(jī)床齒輪、軸等零件。常用的表面淬火方法淬硬層深度：2—6mm優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)便；無(wú)需特殊設(shè)備；適用于單件、小批量生產(chǎn)零件；缺點(diǎn)：需要操作熟練，否則造成質(zhì)量不穩(wěn)定

精品資料應(yīng)用：軋鋼機(jī)齒輪(chǐlún)、軋輥；礦山機(jī)械齒輪(chǐlún)、軸；機(jī)床導(dǎo)軌、齒輪(chǐlún)；感應(yīng)加熱表面淬火淬硬層與頻率有關(guān)：0.2—2mm，高頻感應(yīng)加熱（100—1000KHZ）2---8mm，中頻感應(yīng)加熱（0.5—10KHZ）；〉10—15mm，工頻感應(yīng)加熱（50HZ）特點(diǎn)：淬火質(zhì)量好，表層(biǎocéng)組織細(xì)、硬度高、脆性小、生產(chǎn)效率高、便于自動(dòng)化，缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，勞動(dòng)條件差。精品資料激光加熱表面淬火工藝：將高功率密度的激光束照射到工件表面，使表面快速加熱到奧氏體區(qū)，依靠工件本身熱傳導(dǎo)迅速自冷而獲得一定淬硬層的工藝操作。硬化層：1—2mm應(yīng)用：汽車、拖拉機(jī)汽缸套、汽缸、活塞環(huán)、凸輪軸等零件；特點(diǎn)：淬火質(zhì)量好，組織(zǔzhī)超細(xì)化，硬度高、脆性極小、工件變形小、不需要回火、節(jié)約能源、無(wú)污染、效率高、便于自動(dòng)化，但是設(shè)備昂貴。精品資料四、表面(biǎomiàn)化學(xué)熱處理（表層與心部的成分、組織都不同）1工藝:將工件置于某種化學(xué)介質(zhì)中，通過(guò)加熱、保溫(bǎowēn)和冷卻使介質(zhì)中的某些元素滲入工件表層以改變工件表層的化學(xué)成分和組織，從而達(dá)到“表硬心韌”的性能特點(diǎn)。2

可滲的元素：滲碳、氮、碳氮共滲（C、N、C\N）滲硼、鉻(B、Cr）滲鋁、硅(Al、Si)滲硫(S)精品資料3滲碳（重點(diǎn)內(nèi)容）（1）常用(chánɡyònɡ)的材料：低碳鋼或者低碳合金鋼，如，20，25，（20CrMnTi）（用于汽車齒輪）（2）介質(zhì)：最常用的氣體（煤油(méiyóu)、苯、甲醇等高溫分解的混合氣體（CO,CH4C2H4等））具有活性碳原子（3）過(guò)程：吸附：活性碳原子吸附至工件表面擴(kuò)散：碳原子向工件里層擴(kuò)散。（4）溫度：在奧氏體區(qū)，900—9500C時(shí)間：根據(jù)滲層深度而定，約10小時(shí)左右，精品資料（5）熱處理：滲碳+淬火+低溫回火(huíhuǒ)組織表層：高碳回火(huíhuǒ)馬氏體+碳化物+A’組織心部：F+P或者M(jìn)回（低碳）+F+A’典型零件工藝路線(lùxiàn)的制定1軸類零件（機(jī)床主軸）（1）分析工作條件：承受中等交變扭矩載荷、交變彎曲載荷或者是拉壓載荷；局部（軸頸、花鍵）承受摩擦和磨損。（2）失效形式：疲勞斷裂，軸頸處磨損（主要方式）；沖擊過(guò)載斷裂等（偶爾發(fā)生）精品資料（3）性能(xìngnéng)要求：高的疲勞強(qiáng)度；良好的綜合性能(xìngnéng)；局部高硬度；（4）中碳